计算机网络核心知识--1.5 TCP的滑动窗口
了解滑动窗口之前，先了解两个概念，即RTT和RTO。
（1）RTT：发送一个数据包到收到对应的ACK，所花费的时间。
简单来说，就是我发送一个数据包，然后对端回应一个ACK，那么当我接收到ACK之后，就能计算出从我发出包到接到回应过了多久，这个时间就是RTT。
（2）RTO：重传时间间隔。
TCP在发送一个数据包之后，会启动一个重传定时器，而RTO就是这个定时器的重传时间。再通俗一点地讲，我一开始预先算一个定时器时间，如果你回复了ACK，那重传定时器就自动失效，也就是说不用重传了。如果没有回复给我ACK，然后RTO定时器的时间又到了，我就重传。由于RTO是本次发送当前数据包所预估的超时时间，那么RTO就需要一个很好的算法来统计，来更好地预测这次的超时时间。RTO不是固定写死的配置，而是经过RTT计算出来的，有了RTT才能计算出RTO。
前面我们了解到，TCP会将数据拆分成段进行发送，出于效率和传输速度的考虑，我们不可能等一段一段数据去发送，即等到上一段数据被确认之后再发送下一段数据，这个效率是非常低的，我们是要实现对数据的批量发送。TCP必须要解决可靠传输，以及包乱序的问题，所以TCP需要知道网络实际的数据处理带宽，或是数据处理速度，这样才不会引起网络拥塞而导致丢包。
TCP使用滑动窗口做流量控制与乱序重排。
TCP的滑动窗口主要有两个作用：
（1）保证TCP的可靠性
（2）保证TCP的流控特性
之前学过的TCP报文中，有一个字段叫Window，我们也可以叫做AdvertisedWindow，用于接收方通知发送方自己还有多少缓冲区可以接收数据，发送方根据接收方的处理能力来发送数据，不会导致接收方处理不过来，这便是流量控制。
同时滑动窗口机制还体现了TCP面向字节流的设计思路。
窗口数据的计算过程如下：
上图左边部分是TCP协议的发送端缓冲区，右边部分是接收端的缓存区，左边往右边发数据。两个图中下面的长方形表示要发送的数据流，里面假设装满了数据，并且需要按照顺序从左往右发送或者接收。假设对应的数据段的位置序号也是从左到右增长的。
对于发送方来讲，LastByteAcked指向收到的连续最大的ACK的位置，也就是从左端算起，连续已经被接收端的程序发送ack回执确认已收到的sequence number。而LastByteSent指向已发送的最后一个字节的位置，该位置只是发出去了，但是还没有收到ACK的回应。而LastByteWritten指向上层应用已写完的最后一个字节的位置，即当前程序已经准备好的需要发送的最新的数据量，“2”表示的部分是发送出去但是还没有收到确认的，“1”表示的部分是发送出去并且已经收到接收端的确认的了。我们可以看到，从LastByteAcked到LastByteWritten都是没有出现间隔的，都是连续的。
对于接收方来讲，LastByteRead指向上层应用已经读完的最后一个字节的位置，也就是说，我收到了发送方的数据，并且已经处理，并且已经给了回执了的数据的最后一个位置，而NextByteExpected指向收到的连续最大的sequence的位置，比如“5”部分我已经收到了，但是还没有给你发送回执，而LastByteRcvd是指向已收到的最后一个字节的位置，可以看到，NextByteExpected和LastByteRcvd之间有一些sequence还没有到达，对应的是空白的区域。
此时我们可以根据上面的数值计算出接收方的AdvertisedWindow的大小，之后回发给发送方，让其计算出发送方的剩余可发送的数据量的大小，
（1）AdvertisedWindow = MaxRcvBuffer - （LastByteRcvd - LastByteRead）
该公式可以计算出接收方还能处理的数据的量。
MaxRcvBuffer是指接收方能接收的最大数据量，也可以理解为接收方缓存池的大小。
（LastByteRcvd - LastByteRead）表示的是，我们当前的接收方已为接收到的数据，或者还没有接收到的预定的数据留下的空间，当前的这些空间已经占据了一定的缓存了，我们就将最大空间减去这些已经占据的空间，就得到我们还能够接收到的数据量，进而我们就能够将这个AdvertisedWindow告知发送端。
（2）EffectiveWindow = AdvertisedWindow - （LastByteSent-LastByteAcked）
而发送端根据ack中的AdvertisedWindow的值，就需要保证，LastByteSent减去LastByteAcked的值要小于或等于AdvertisedWindow，即已发送且待确认的数据量要小于接收方的window大小，而窗口剩余可发送数据大小，即EffectiveWindow的大小。
滑动窗口的基本原理：
对于TCP会话的发送方，任何时候在其发送缓存内的数据，都可以分为4类，
（1）已发送，已收到端的回应的；
（2）已发送，还未收到端的回应的；
（3）未发送，但对端允许发送的；
（4）未发送，且由于达到了window大小，对端不允许发送的数据。
其中，第二部分和第三部分，这两个部分的数据所组成的这么一个连续空间，就称为发送窗口。
当收到接收方新的ACK，对于发送窗口中后续字节的确认时，窗口就会进行滑动，滑动原理如下图所示。我们先从原滑动窗口说起，它由虚线部分组成。前面我们已经知道，滑动窗口里面包含了已经发送但还没有收到接收方回应的数据 和 未发送，但允许向接收方发送的数据，我们假设原先滑动窗口的边界是从32到51，我们假设已发送但未被确认的序号是3240，而4151为未发送但对端允许发送的，此时，只要收到对端大于32的序号的ACK，即收到32~40之间某个ACK序号的回执的时候，咱们的滑动窗口才会发生移动，而此时序号大于或等于52的数据，即窗口外的数据，是不能发送的。这里假设收到对端序号为36的ACK回执，则滑动窗口会向右移动4位，到36这个地方，进而我们的程序就能够发送序号为52到55的数据了。
对于TCP会话的接收方来说，在某一时刻，在其接收缓存内会在3种状态，
（1）已接收。并且已经发送回执的状态；
（2）未接收，但可以接收的状态，即准备接收的状态；
（3）未接收，并且不能接收的状态，因为达到窗口的阈值了。
由于ACK直接由TCP栈回复，默认没有应用延迟，因此不存在已接收但未回复这种状态。
其中，未接收并且准备接收这一段空间，就称为接收窗口。接收窗口的滑动机制和前面发送方的一致。
经过上面的学习，我们得知TCP最基本的传输可靠性来源于确认重传机制，TCP滑动窗口的可靠性也是建立在确认重传的基础上的。发送窗口只有收到接收端对于本段发送窗口内字节的ACK确认，才会移动发送窗口的左边界，接收窗口只有在前面所有的段都确认的情况下，才会移动左边界。当在前面还有字节未接收，但收到后面的字节的情况下，窗口是不会移动的，并不对后续字节确认，以此确保对端会对这些数据进行重传。
滑动窗口的大小可以依据一定策略动态调整，应用会根据自身处理能力的变化，通过本端TCP接收窗口的大小的控制，来实现对端的发送窗口的流量控制。
问题：
1，什么是滑动窗口？
答：简单来说，滑动窗口就是一种流量控制技术，用于接收方通知发送方自己还有多少缓冲区可以接收数据，发送方根据接收方的处理能力来发送数据，不会导致接收方处理不过来。
2，滑动窗口有什么用？
答：一是保证TCP的可靠性；二是保证TCP的流控特性。
3，滑动窗口怎么用？其原理是什么？
答：发送窗口只有收到接收端对于本段发送窗口内字节的ACK确认，才会移动发送窗口的左边界，接收窗口只有在前面所有的段都确认的情况下，才会移动左边界。当在前面还有字节未接收，但收到后面的字节的情况下，窗口是不会移动的，并不对后续字节确认，以此确保对端会对这些数据进行重传