TCP/IP詳解--舉例明白髮送/接收緩衝區滑動視窗協議之間的關係

阿新 • • 發佈：2018-11-10

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一個例子明白髮送緩衝區、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，這裡再列舉一個例子，由於對於每一個TCP的SOCKET來說，都有一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交流，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發送緩衝區大小，cat/proc/sys/net/ipv4/tcp_wmem，最後一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大於最大發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，接收端處於慢啟動狀態，滑動視窗大小越來愈大，但是由於接收端不處理接受緩衝區內的資料，其滑動視窗越來越小（因為接受端迴應傳送端中的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迴應中win的大小），最後傳送端迴應給接受端的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，如果接受端一直迴應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迴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迴應，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？等到傳送端迴應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的迴應，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迴應，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通訊為了保證可靠性，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-未處理的訊息包)，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(一個sendbuf、一個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後的連結得到的就是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，需要視窗儘可能的大。這時會使用擴充套件的32位的滑動視窗大小。

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TYPE	ASCII	HTML
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Gamma公式展示 $\Gamma(n) = (n-1)!\quad\forall n\in\mathbb N$ 是通過尤拉積分

$\Gamma(z) = \int_0^\infty t^{z-1}e^{-t}dt\,.$

你可以找到更多關於的資訊 LaTeX 數學表示式here.

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gantt
        dateFormat  YYYY-MM-DD
        title Adding GANTT diagram functionality to mermaid
        section 現有任務
        已完成               :done,    des1, 2014-01-06,2014-01-08
        進行中               :active,  des2, 2014-01-09, 3d
        計劃一               :         des3, after des2, 5d
        計劃二               :         des4, after des3, 5d

關於 甘特圖 語法，參考這兒,

UML 圖表

可以使用UML圖表進行渲染。 Mermaid. 例如下面產生的一個序列圖：:

這將產生一個流程圖。:

關於 Mermaid 語法，參考這兒,

FLowchart流程圖

我們依舊會支援flowchart的流程圖：

關於 Flowchart流程圖 語法，參考這兒.

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mermaid語法說明 ↩︎
註腳的解釋 ↩︎

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