TCP IP 協議中的滑動視窗

2022-03-22 01:03:07 字數 2501 閱讀 9779

乙個例子明白傳送緩衝區、接受緩衝區、滑動視窗協議之間的關係。 

在上面的幾篇文章中簡單介紹了上述幾個概念在tcp網路程式設計中的關係,也對應了幾個基本socket系統呼叫的幾個行為,這裡再列舉乙個例子,由於對於每乙個tcp的socket來說,都有乙個傳送緩衝區和接受緩衝區與之對應,所以這裡只做單方向jiāo流,不做互動,在recv端不send,在send端不recv。細細揣摩其中的含義。 

一、recv端 

在監聽套接字上準備accept,在accept結束以後不做什麼操作,直接sleep很久,也就是在recv端並不做接受資料的操作,在sleep結束之後再recv資料。 

二、send端 

通過檢視本系統核心預設的支援的最大傳送緩衝區大小,cat/proc/sys/net/ipv4/tcp_wmem,最後乙個引數為傳送緩衝區的最大大小。接受緩衝區最大的配置檔案在tcp_rmen中。 

將套接字設定為阻塞,一次傳送的buffer大於最大傳送緩衝區所能容納的資料量,一次send結束,在傳送返回後接著答應傳送的資料長度 

測試結果: 

階段一: 

接受端表現:在剛開始傳送資料時,接收端chǔ於慢啟動狀態,滑動視窗大小越來愈大,但是由於接收端不chǔ理接受緩衝區內的資料,其滑動視窗越來越小(因為接受端回應傳送端中的win大小表示接受端還能夠接受多少資料,傳送端下次傳送的資料大小不能超過回應中win的大小),最後傳送端回應給接受端的ack中顯示的win大小為0,表示接收端不能夠再接受資料。 

傳送端表現:傳送端一直不能返回,如果接受端一直回應win為0的情況下,傳送端的send就會一直不能返回,這種僵局一直持續到接收端的sleep結束。 

原因分析:首先需要明白幾個事實,阻塞式i/o會一直等待,直達這個操作完成;傳送端接受到接收端的回應後才能將傳送緩衝區中的資料進行清空。 

在接收端不recv,那麼接收端的接受緩衝區內會一直有資料,接受緩衝區滿,導致滑動視窗為0,導致傳送端不能傳送資料。但是send操作為何不能反悔呢?send操作只是將應用緩衝區的資料拷貝到傳送緩衝區,但是傳送緩衝區的資料並沒有完全得到接收端的ack回應,所以暫時不能將傳送緩衝區中的資料丟棄,導致傳送緩衝區的被填滿,這樣應用層中的資料也就不能拷貝到核心傳送緩衝區內,也就會一直阻塞在這裡,直到可以繼續講應用層的資料拷貝到傳送緩衝區中,何時觸發這個操作呢?等到傳送端回應win大於0時才有這樣的操作。 

階段二; 

接受端:在sleep結束以後,開始呼叫recv系統呼叫。這個時候接受端的滑動視窗又開始大於零。那麼這樣就喚醒了傳送端繼續傳送資料。 

傳送端:傳送端接受到接收端win大於0的回應,這個時候傳送端又可以將應用層buffer中的資料拷貝到核心的傳送緩衝區中。 

原因分析:由於接受端呼叫recv將核心接受緩衝區的資料拷貝到應用層中,這樣滑動視窗又大於0了所以激發了傳送端繼續傳送資料,由於傳送端可以傳送資料了,核心協議棧便將傳送緩衝區中的資料傳送給接受端,這樣傳送緩衝區又有空間了,那麼send操作就可以將應用層的資料拷貝到傳送緩衝區了!這樣的操作一直保持到send操作返回,這樣代表著將應用層的資料全部拷貝到傳送緩衝區內,但不代表將資料傳送給對端。傳送給對端成功的標誌是接受到對端的ack回應,這個時候傳送端才可以將傳送緩衝區的資料丟棄。不丟棄的原因是時刻準備重發丟失/出錯的資料! 

ps: tcp通訊為了保證可靠xìng,每次傳送的資料都需要得到對方的ack才確認對方收到了(僅保證對方tcp接收緩衝收到 資料了,但不保證對方應用程式取到資料了),這時如果每次傳送一次就要停下來等著對方的ack訊息,顯然是一種極大的資源浪費和低下的效率,這時就有了滑動視窗的出現。

傳送方的滑動視窗維持著當前傳送的幀序號,已發出去幀的計時器,接收方當前的視窗大小(由接收方ack通知,大體等於接收緩衝大小-未chǔ理的訊息包),接收方滑動視窗儲存的有已接收的幀資訊、期待的下一幀的幀號等,至於滑動視窗的具體工作原理這裡就不說了。

一 個socket有兩個滑動視窗(乙個sendbuf、乙個recvbuf),兩個視窗的大小是通過setsockopt函式設定的,現在問題就出在這裡, 通過抓包顯示,設定的視窗大小沒有生效,最後排查發現setsockopt函式是後來加上的,寫到了listen函式的後面,這樣每次accept出的 socket並沒有繼承得到主socket設定的視窗大小,無語啊……

解決辦法:setsockopt函式提前到listen函式之前,這樣在伺服器程式啟動監聽前recvbuf就已經有了,accept後的鏈結得到的就是recvbuf了,啟動程式執行,抓包顯示視窗已經是指定的大小了。 

一、tcp的滑動視窗大小實際上就是socket的接收緩衝區大小的位元組數 

二、 對於server端的socket一定要在listen之前設定緩衝區大小,因為,accept時新產生的socket會繼承監聽socket的緩衝區大 小。對於client端的socket一定要在connet之前設定緩衝區大小,因為connet時需要進行三次握手過程,會通知對方自己的視窗大小。在 connet之後再設定緩衝區,已經沒有什麼意義。 

三、由於緩衝區大小在tcp頭部只有16位來表示,所以它的最大值是65536,但是對於一些情況來說需要使用更大的滑動視窗,這時候就要使用擴充套件的滑動視窗,如光纖高速通訊網路,或者是衛星長連線網路,需要視窗盡可能的大。這時會使用擴充套件的32位的滑動視窗大小。 

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