TCP的发送系列 — 发送缓存的管理(一)
TCP-IP协议(第8章传输控制协议)
主机A (客户端)
报文段1：SYN seq=x ack:-
主机B （服务器端）
报文段2：SYN+ACK
时
seq=y ack=x+1
间
报文段3：ACK seq=x+1 ack=y+1
TCP协议建立连接三次握手的过程
20
TCP协议中建立连接采用三次握手（three-way handshake） 的方式实现 I.客户端发起请求建立连接报文（SYN报文），SYN报文中 指明打算连接的服务器端口，自身的临时端口以及客户端 的初始序号。报文中SYN=1，ACK=0； II.服务器同意建立连接则响应SYN=1，ACK=1的SYN+ACK响 应报文，报文中选择服务器端的初始序号，并将客户端的 初始序号加1，对客户的SYN报文进行确认； III.客户端发送ACK=1的AKC报文对连接进行确认，报文中 本端序号加1，并对客户端序号加1，已确认SYN+ACK报文。
30
五、TCP的连接管理状态转换
为表达TCP在建立连接、释放连接和数据传输期间的所有状 态及状态的转换，可以通过有限状态机描述。该状态机有11 种状态。在任何时刻，TCP只处于某一种状态，并一直保持 这个状态，直到发生新的事件使机器进入一个新的状态。
状态 CLOSE LISTEN SYN_SENT
报文段4：ACK seq=x+1 ack=z+1
主机B （服务器端）
时 间
25
一个TCP连接是全双工的，每个方向单独关闭，原则为： 一方没有数据发送后，就发送FIN关闭这个方向的连接， 但仍能接收另一方发来的数据。只有两个方向的连接都 关闭后，该TCP连接才被完全释放。
TCP连接释放四次握手的步骤: I. 首先进行关闭的客户端的TCP发送第一个报文段，FIN标
tcp进行流量控制的方法
tcp进行流量控制的方法TCP (Transmission Control Protocol) 是一种可靠的协议，用于在计算机之间传输数据。
TCP 可以在网络中通过流量控制来保证数据的传输质量和系统性能。
它可以慢慢地将数据传送到接收方的缓冲区，以保证数据传输的平稳和有效。
在本文中，我们将探讨 TCP 进行流量控制的方法。
TCP 根据接收端可用缓存容量的大小，调整数据的发送速度。
当接收端的缓存满载时，TCP 会发出一个通知，告诉发送端需要降低发送的数据速度。
这样可以避免网络拥塞，提高数据传输的效率和性能。
TCP 实现了两种流量控制机制：滑动窗口和拥塞控制。
一、滑动窗口滑动窗口是 TCP 流量控制的一个重要特征。
它控制了 TCP 协议中数据的发送速率和接收端的处理速率之间的平衡。
TCP 使用一个滑动窗口来跟踪网络中允许发送多少数据块。
滑动窗口大小由接收方控制，并且接收方会根据其可用缓存的大小来调整窗口的大小。
每当接收方成功地接收了一些数据时，他会通知发送方，发送方可以发送新的数据块。
如果接收方的可用缓存已满，发送方就会停止发送新数据，直到接收方有更多的空间可用。
滑动窗口是动态调整的，因此它可以自适应不同的网络环境和数据流。
二、拥塞控制拥塞控制是 TCP 协议另一个重要的流量控制特征。
网络拥塞会导致数据丢失、网络延迟和数据包的乱序发送等问题，从而影响数据传输的效率和性能。
TCP 通过拥塞控制机制来避免这些问题。
拥塞控制是通过发送窗口大小进行调整来实现的。
如果检测到网络拥塞，TCP 会降低发送的速度，并且减少窗口的大小。
当拥塞消失后，TCP 将逐渐增加窗口的大小，以恢复正常的数据传输速率。
TCP 的拥塞控制有四种算法:1. 慢启动算法慢启动算法是 TCP 拥塞控制的一种算法。
在开始数据传输时，TCP 会将发送窗口大小设置为一个很小的值，然后逐步增加该值以使数据传输速度能够逐步增加。
这样可以避免一开始就发送大量的数据，导致网络拥塞。
简述tcp协议的连接管理
简述tcp协议的连接管理
TCP协议的连接管理是指在TCP连接的建立、维护和关闭过
程中所采取的操作和机制。
1. TCP连接的建立:
在TCP连接的建立阶段，客户端使用SYN（同步）报文发
送给服务器，然后服务器使用SYN-ACK（同步-应答）报文
作为响应，最后客户端再发送ACK（应答）报文确认连接的
建立。
这个过程也被称为“三次握手”。
2. TCP连接的维护:
一旦TCP连接建立，连接的维护就包括以下方面：
- 数据传输窗口的管理：TCP连接会通过滑动窗口机制来管
理发送和接收的数据量，确保数据的可靠传输。
- 序列号和确认号的管理：TCP会为每个字节分配一个序列号，以便对数据包进行正确的排序和重组。
确认号则用于确认已经成功接收的数据。
- 超时与重传机制：当发送方发送数据时，如果在一定时间
内没有收到接收方的确认应答，TCP会自动进行数据的重传，以保证数据的可靠传输。
3. TCP连接的关闭:
在TCP连接的关闭阶段，通常使用四次握手来完成连接的
关闭：
- 客户端发送FIN（结束）报文给服务器，表示客户端不再
发送数据。
- 服务器收到FIN报文后，发送ACK报文作为应答，并进入
半关闭状态，不再发送数据。
- 服务器再发送FIN报文给客户端，表示服务器也不再发送
数据。
- 客户端收到服务器的FIN报文后，发送ACK报文作为应答，进入TIME_WAIT状态，并等待一段时间后关闭连接。
通过以上的连接管理机制，TCP协议能够实现可靠的数据传
输和连接的建立与关闭。
TCP拥塞控制算法理论及调优实践
TCP拥塞控制算法理论及调优实践TCP（Transmission Control Protocol）是当前Internet上最重要的传输协议之一，其主要特点是提供了可靠的数据传输服务。
然而，在高负载情况下，TCP数据传输过程中容易出现拥塞现象，导致网络性能下降、数据丢失等问题。
因此，TCP拥塞控制算法成为网络性能优化中的重要一环。
TCP拥塞控制算法的原理TCP拥塞控制算法主要基于网络反馈机制实现，在网络出现拥塞时，TCP协议会相应地降低发送数据的速度，以此来缓解网络负载压力。
TCP拥塞控制算法主要包括四种基本算法：Slow Start、Congestion Avoidance、Fast Retransmit和Fast Recovery。
Slow Start算法是TCP拥塞控制算法中最基本的算法之一，其主要原理是当TCP协议开始发送数据时，先以一个较小的速率进行发送，逐渐递增发送速率，同时不断根据网络反馈调整发送速率，直到网络达到拥塞阈值时，TCP协议则根据反馈信息逐渐降低发送速率，以缓解网络拥塞压力。
Congestion Avoidance算法主要是在Slow Start算法的基础上进一步进行优化，其主要想法是当网络出现拥塞时，不仅仅是降低发送速率，同时也要通过降低拥塞窗口大小来减少拥塞现象的发生。
Fast Retransmit算法主要是当发送方在经过一段时间后始终没有收到确认数据包时，则会认为数据包已经丢失，此时会立即重发数据包以避免数据包过多地停留在网络中发生拥塞现象。
这种方式可以大大缩短丢包重传的时间，提高数据传输的时效性。
Fast Recovery算法主要是在Fast Retransmit中进一步进行优化，当收到重复的确认数据包时，TCP协议会认为数据包已经被正确接收，此时会立即完成重传操作并根据网络反馈情况以逐渐增加发送速率的方式来提高数据传输效率。
TCP拥塞控制算法的调优实践TCP拥塞控制算法的调优是一项非常复杂的工作，需要综合考虑网络拓扑结构、流量类型、网络负载情况等多个因素。
TCP协议传输机制
TCP协议传输机制TCP（Transmission Control Protocol）是一种可靠的、面向连接的传输协议，广泛应用于互联网上的数据传输。
TCP协议主要通过以下几个机制来保证传输的可靠性和顺序性：1.建立连接：在进行数据传输之前，发送方和接收方需要先建立一个TCP连接。
建立连接的过程中，发送方和接收方将交换一些控制信息，以确保双方都准备好进行数据传输。
建立连接是通过三次握手的方式进行的。
首先，发送方发送一个SYN（同步）包给接收方，接收方收到SYN包后回复一个SYN+ACK包给发送方，最后发送方再回复一个ACK包给接收方。
通过三次握手，发送方和接收方都确认对方的接收能力和发送能力，建立了一个可靠的连接。
2.可靠性确认：在数据传输过程中，接收方需要向发送方确认已经接收到的数据。
发送方在发送数据时，会给每个数据包标记一个序列号，接收方在接收到数据后，会通过发送一个确认（ACK）包来告知发送方已经成功接收到数据。
如果发送方在一定时间内没有收到接收方的确认包，那么认为数据丢失或者损坏，发送方会重传这些数据，以确保数据的可靠传输。
3.拥塞控制：TCP协议通过拥塞控制机制来避免网络拥塞。
当发送方发送数据的速度超过了网络的处理能力时，会导致网络的拥塞，从而造成数据的丢失。
为了避免这种情况的发生，TCP协议通过拥塞窗口来控制发送数据的速度。
拥塞窗口的大小会根据网络的情况动态调整，当网络拥塞时，会减小窗口的大小，从而减小数据的发送速度，当网络畅通时，会增大窗口的大小，提高数据的发送速度。
4.顺序控制：TCP协议保证了数据的按序到达，即接收方接收到的数据包的顺序和发送方发送的顺序一致。
为了实现顺序控制，发送方会给每个数据包标记一个序列号，接收方在接收到数据包后，会按照序列号的顺序将数据包进行重组，确保数据的按序到达。
5.可靠重传：当数据包在传输过程中丢失或损坏时，TCP协议会进行可靠重传。
发送方会定期向接收方发送心跳消息，如果一定时间内没有收到接收方的确认，那么发送方会将未确认的数据包进行重传，确保数据的可靠到达。
tcp超时机制
tcp超时机制TCP超时机制TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）是一种用于互联网通信的协议，它提供了可靠的、面向连接的通信服务。
在TCP连接的过程中，超时机制起着重要的作用，它能够有效地处理网络中可能出现的延迟、丢包等问题，保证数据的可靠传输。
一、TCP超时机制的作用在TCP连接中，超时机制的作用是为了检测并处理网络中的异常情况，例如数据包的丢失、网络延迟等。
当发送端发送数据后，如果在规定的时间内没有收到接收端的确认信息，那么发送端会认为数据包丢失，并进行相应的重传操作。
这样可以保证数据的可靠传输，提高网络通信的质量。
二、超时时间的选择超时时间的选择很重要，过长的超时时间会导致网络通信的延迟，而过短的超时时间可能会误判数据包的丢失。
通常情况下，超时时间的选择会根据网络的情况和应用需求来确定。
一般来说，超时时间会根据网络的往返时延（RTT）进行动态调整，以保证在大多数情况下能够及时检测到数据包的丢失。
三、超时重传机制当发送端发送数据后，如果在超时时间内没有收到接收端的确认信息，发送端会进行超时重传。
超时重传的实现方式可以分为两种：停止等待重传和连续重传。
1. 停止等待重传在停止等待重传机制中，发送端发送一个数据包后会等待一个超时时间。
如果在超时时间内没有收到确认信息，发送端会进行重传。
重传的次数可以根据需要进行设置，以保证数据的可靠传输。
2. 连续重传在连续重传机制中，发送端会设置一个滑动窗口，用于控制可以发送的数据包的数量。
如果在超时时间内没有收到确认信息，发送端会重新发送窗口内的所有数据包。
通过连续重传，可以减少重传的次数，提高网络的传输效率。
四、超时时间的动态调整为了适应不同网络环境下的延迟变化，TCP超时机制通常会进行动态调整。
一种常用的方法是通过RTT的估计来调整超时时间。
当发送端发送数据包后，会启动一个计时器，超时时间设置为当前估计的RTT加上一定的冗余时间。
TCP协议的性能优化与调优方法总结
TCP协议的性能优化与调优方法总结概述：TCP协议是互联网中最重要的传输协议之一，它在保证可靠性的同时，也面临着性能方面的挑战。
本文将总结TCP协议的性能优化与调优方法，帮助提高网络传输的效率与体验。
一、流量控制与拥塞控制的关系流量控制和拥塞控制是TCP协议中的两个关键机制，它们的合理应用对于保证网络传输的效率至关重要。
流量控制的优化TCP协议中的流量控制通过窗口大小来限制发送方的发送速率，保证接收方能够及时处理接收到的数据。
优化流量控制可以改善网络传输的效率。
首先，合理设置窗口大小。
通过增大窗口大小（窗口扩大）可以提高传输速率。
但是窗口扩大过大可能会引发拥塞，需要与拥塞控制机制配合使用。
其次，采用快速重传和快速恢复机制。
快速重传允许发送方在连续收到三个重复的ACK时立即重传丢失的数据，从而避免等待超时。
快速恢复机制则可以更快地恢复拥塞窗口，提高网络传输的效率。
拥塞控制的优化拥塞控制主要通过检测网络的拥塞程度，并根据拥塞程度来调整发送方的发送速率，避免网络拥塞进一步加剧。
优化拥塞控制有助于提高网络的稳定性和可靠性。
首先，采用拥塞窗口调整算法。
拥塞窗口调整算法如慢启动、拥塞避免、快重传和快恢复等都是针对不同阶段和拥塞状态的优化算法，通过动态调整拥塞窗口的大小，使得发送方的发送速率能够适应网络的拥塞程度。
其次，使用拥塞控制机制。
常见的拥塞控制机制有随机早期检测（RED）和队列管理算法等，这些机制可以通过丢包率和延迟等指标来判断网络拥塞程度，并及时调整发送方的发送速率，从而避免拥塞的发生。
二、TCP窗口大小的优化TCP窗口大小是影响网络传输速率的一个重要参数，合理设置窗口大小有助于提高网络传输的效率。
扩大窗口大小通过扩大TCP窗口大小可以提高网络的传输速率。
窗口大小受到操作系统缓冲区的限制，可以通过更改操作系统的参数来调整窗口大小。
动态窗口大小调整动态调整窗口大小可以根据网络状况来自适应地调整发送方的发送速率，提高网络传输的效率。
TCP协议的性能优化与调优方法总结(一)
TCP协议的性能优化与调优方法总结介绍随着互联网的迅猛发展，TCP协议作为网络传输层的核心协议，扮演着重要的角色。
TCP协议的性能优化与调优对于提高网络传输效率、降低延迟和增强抗拥塞能力具有重要意义。
本文将探讨TCP协议的性能优化与调优方法，帮助读者更好地了解并应用于实际网络环境。
一、拥塞控制算法拥塞控制是TCP协议的一项重要功能，保证网络的稳定和公平性。
常见的拥塞控制算法包括慢启动、拥塞避免和快速重传等。
1. 慢启动：TCP连接建立时，发送端发送的数据量逐渐增加，以逐步探测网络的拥塞情况。
可以通过调整初始拥塞窗口大小和指数增长倍数来优化慢启动算法。
2. 拥塞避免：在慢启动阶段结束后，进入拥塞避免状态。
此时，TCP发送端发送的数据量按线性方式递增。
可以通过调整拥塞窗口大小和增长因子来优化拥塞避免算法。
3. 快速重传：当发送端接收到连续的重复ACK时，认为网络发生了丢包，立即进行重传。
通过优化重传次数和时间间隔，可以提高TCP 协议的性能。
二、流量控制技术流量控制是TCP协议的另一个重要功能，用于避免发送端的数据过载接收端。
常见的流量控制技术包括滑动窗口和延迟确认等。
1. 滑动窗口：滑动窗口是TCP协议用于控制发送端发送数据量的一种机制。
通过调整窗口大小和滑动窗口的起始位置，可以优化TCP 的流量控制效果。
2. 延迟确认：TCP协议中，接收端接收到数据后并不立即发送确认ACK，而是等待一定时间再发送。
通过调整延迟确认时间，可以减少网络中的ACK数量，提高网络传输效率。
三、拥塞避免方法拥塞避免是保证TCP协议性能的关键，以下是常见的拥塞避免方法：1. 拥塞窗口调整：当网络出现拥塞时，TCP发送端通过减小拥塞窗口来避免进一步的拥塞。
可以通过调整窗口减小的速率和阈值来优化拥塞窗口调整方法。
2. 动态重传超时参数调整：TCP协议中定义了重传超时时间，用于探测丢包并进行重传。
通过调整重传超时时间的算法和参数，可以提高TCP协议的传输效率和侦测丢包的准确性。
全网最全-TCP传输控制协议详解
TCP协议概述传输控制协议Transmission Control Protocol，TCP协议比较复杂，下文将由浅入深，对TCP 协议进行一般介绍，然后逐步深入介绍可靠传输、流量控制、拥塞控制等。
TCP主要特点（1）协议端口是在协议栈层间的抽象描述，是软件端口。
端口只具有本地意义，目的是标识本计算机应用层中各个进程在和传输层交互时的层间接口，采用16位标志共65535个端口号，传输层端口号共分为两类：●服务端使用的端口号熟知端口号（系统端口号）：0~1023登记端口号：1024~49151●客户端使用的端口号（短暂端口号）：49152~65535（2）面向连接TCP是面向连接的协议，应用程序在使用TCP前必须先建立TCP连接，数据传送完成后必须释放此连接。
（3）点对点每一条连接只能有两个端点，每一条TCP连接只能是点对点的（即一对一）。
TCP把连接作为最基本的抽象，TCP连接的端点叫做套接字或插口。
RFC793定义，端口号拼接到ip地址就构成了套接字。
即套接字=ip地址:端口号。
每一条TCP连接被通信两端的端点确定，而且是唯一确定。
（4）可靠TCP提供可靠交付的服务，通过TCP传送的数据，无差错、不丢失、不重复、按序到达。
（5）全双工TCP提供全双工通信，通信双方的应用程序在任何时候都能发生数据，TCP连接的两端都设有发送缓存和接收缓存，将发送或接收的数据放于缓存中，应用程序就可以忙别的事，等合适的时候再由TCP将缓存数据发出去，或者等合适的时候应用程序再从缓存中读取数据。
（6）面向字节流流（stream）是指流入到进程或者从进程流出的字节序列。
面向字节流的意思是：虽然应用程序将数据分成大小不一的数据块交付给TCP，但TCP将应用程序交下来的数据仅仅当成一连串无结构的字节流，不关心发送和接收数据块的对应关系。
这也要求应用程序必须能够识别字节流并将其还原成有意义的数据。
可靠传输的工作原理理想的传输条件：●传输信道不产生差错●不管发送方以多快的速度发送数据，就收方总是来得及接受和处理很显然实际网络不具备上述两个理想条件，TCP的可靠传输机制，可以解决上述问题。
TCP传输机制
TCP传输机制简介摘要：传输层是计算机网络中重要的一层，它负责连接下层物理结构和上层的应用程序，TCP协议是运输层的重要协议之一，本文对TCP协议做一个简单的介绍，然后为了介绍TCP传输机制，首先介绍TCP报文段的结构，而后介绍TCP协议可靠传输的实现方法以及TCP协议的流量控制和TCP协议的拥塞控制，最后介绍TCP协议整个的传输过程，从连接的建立一直到连接的释放。
关键词：TCP协议；TCP报文段；流量控制；拥塞控制1 引言运输层是整个网络体系结构中的关键层次之一，为应用进程之间提供端到端的逻辑通信。
TCP（Transport Control Protocol，传输控制协议）协议是运输层两个重要的协议之一（另一个是UDP协议）。
它是提供面向连接的服务，为用户提供一条可靠的通信信道，这在一些场合（比如说文件传输，电子邮件等）中是必须的。
本文对TCP协议做一个简要的介绍，重点叙述TCP报文的结构以及TCP是如何实现可靠传输的，包括流量控制和拥塞控制，帮助初学者更好的了解TCP传输机制。
2 TCP协议概述传输控制协议TCP是运输层的重要协议之一，当运输层采用面向连接的TCP协议时，尽管下面的网络是不可靠的（只是提供尽最大努力服务），但这种逻辑通信信道就相当于一条全双工的可靠信道。
它提供一种点对点的面向连接的服务，在传输数据之前必须先建立连接，数据传输结束后要释放连接。
TCP不提供广播或多播服务。
由于TCP要提供可靠的、面向连接的运输服务，因此不可避免地增加了许多开销，如确认、流量控制、计时器以及连接管理等。
这不仅使协议数据单元的首部增大很多，还要占用许多的处理机资源。
TCP提供可靠的交互服务的含义是，通过TCP连接传送的数据，无差错、不丢失、不重复、并且按序到达。
TCP提供全双工通信的含义是，TCP允许通信双方的应用进程在任何时候都能发送数据。
TCP连接的两端都设有发送缓存和接受缓存，在发送时将数据发送到缓存中，而后TCP在合适的时候将数据发送出去；接受时将数据先存入缓存中，上层的程序在合适的时候读取缓存中的数据进行处理。
TCP系列01—概述及协议头格式
TCP系列01—概述及协议头格式⼀、TCP简单介绍我们经常听⼈说TCP是⼀个⾯向连接的(connection-oriented)、可靠的(reliable)、字节流式(byte stream)传输协议， TCP的这三个特性该怎么理解呢？⾯向连接：在应⽤TCP协议进⾏通信之前双⽅通常需要通过三次握⼿来建⽴TCP连接，连接建⽴后才能进⾏正常的数据传输，因此⼴播和多播不会承载在TCP协议上。
(⾕歌提交了⼀个RFC⽂档，建议在TCP三次握⼿的过程允许SYN数据包中带数据，即 TFO(TCP Fast Open)，⽬前ubuntu14.04已经⽀持该TFO功能)。
但是同时⾯向连接的特性给TCP带来了复杂的连接管理以及⽤于检测连接状态的存活检测机制。
可靠性：由于TCP处于多跳通信的IP层之上，⽽IP层并不提供可靠的传输，因此在TCP层看来就有四种常见传输错误问题，分别是⽐特错误(packet bit errors)、包乱序(packet reordering)、包重复(packet duplication)、丢包(packet erasure或称为packet drops)，TCP要提供可靠的传输，就需要有额外的机制处理这⼏种错误。
因此个⼈理解可靠性体现在三个⽅⾯，⾸先TCP通过超时重传和快速重传两个常见⼿段来保证数据包的正确传输，也就是说接收端在没有收到数据包或者收到错误的数据包的时候会触发发送端的数据包重传(处理⽐特错误和丢包)。
其次TCP接收端会缓存接收到的乱序到达数据，重排序后在向应⽤层提供有序的数据(处理包乱序)。
最后TCP发送端会维持⼀个发送"窗⼝"动态的调整发送速率以适⽤接收端缓存限制和⽹络拥塞情况，避免了⽹络拥塞或者接收端缓存满⽽⼤量丢包的问题(降低丢包率)。
因此可靠性需要TCP协议具有超时与重传管理、窗⼝管理、流量控制、拥塞控制等功能。
另外TFO下TCP有可能向应⽤层提供重复的数据，也就是不可靠传输，但是只会发⽣在连接建⽴阶段，我们后续会进⾏介绍。
TCPIP体系机构及TCP协议
比特 0
8
源 端 口
16
24
目 的 端 口
31
序 号 TCP 首部 确 认 号 数据 偏移 保 留 检 验 和 选 项 （长 度 可 变）
U R G A P C S K H R S T S Y N F I N
20 字节 固定 首部 窗 口 紧 急 指 针 填 充
终止比特 FIN (FINal) —— 用来释放一个连接。当FIN 1 时，表明此报文段的发送端的数据已发送完 毕，并要求释放运输连接。
7
应 用 层
应用层（Application Layer）是TCP/IP协议族的最高层，直接针对用户需求的协议。它包含了 所有OSI参考模型中会话层、表示层和应用层这些高层的协议的功能。每个应用层协议都是为 了解决某一类应用问题。 互连网络上应用层协议有下面几种：
> 电子邮件协议（SMTP）
比特 0
8 源 端 口
16
24 目 的 端 口
31
序 号
TCP 首部
确 认 号 数据 偏移
保 留 检 验 和
U R G
A P C S K H
R S T
S Y N
F I N
20 字节 固定 首部 窗 口
紧 急 指 针
填 充
选 项 （长 度 可 变）
紧急指针字段 —— 占 16 bit。紧急指针指出在本报文段中的紧急数据的位置。
比特 0
8 源 端 口
16
24 目 的 端 口
31
TCP 首部
MSS 是 TCP 报文段中的数据字段的最大长度。 序 号 数据字段加上 TCP 首部 才等于整个的 TCP 报文段。 确 认 号
数据 偏移
通信中的缓存技术及应用
通信中的缓存技术及应用随着移动互联网的普及和发展，通讯技术在我们的生活中扮演了越来越重要的角色。
随之而来的是海量的数据传输和处理，因此通讯中的缓存技术逐渐成为其中的核心技术，它为数据传输和处理提供了必要的保障。
本文将介绍通信中的缓存技术及其应用。
一、缓存技术的基础概念缓存技术是计算机应用最广泛的技术之一，它是一种存储数据的方式，目的是在需要时提供快速访问。
缓存技术在通信领域中应用的原理与计算机中的应用相同，即通过缓存将频繁访问的数据放置在更快速的存储器中，这样可以提高数据访问的速度，降低数据传输时的延迟。
在通信领域中，缓存技术被广泛应用于路由器、交换机、调度器、网关等网络设备中。
二、通信中的缓存技术种类通信中的缓存技术包括三种类型：流缓存、域缓存和路由器缓存。
下面分别介绍一下这三个技术。
1.流缓存流缓存是在传输层协议（TCP/UDP）中应用的一种缓存技术。
其主要功能是在传输层协议中建立一个识别某一特定数据流的标记，并将数据流传输的过程中对数据进行缓存，以提高数据传输的效率。
流缓存可以减轻网络拥塞带来的压力，提高网络的通信效率。
2.域缓存域缓存是在路由器中使用的一种缓存技术。
其主要功能是在路由过程中对数据包进行分类处理，将数据包按照其所属于的域放置在缓存中，并对这些数据进行缓存。
域缓存可以帮助路由器更快速地识别数据包，并在处理数据时更加高效。
3.路由器缓存路由器缓存是在路由器中应用的一种缓存技术。
它通过在路由器内存中缓存路由表，将经过该路由器的数据包进行缓存，从而提高数据的传输效率。
路由器缓存可以减少路由的计算时间，降低网络的延迟，增加网络的吞吐量。
三、通信中的缓存技术应用通信中的缓存技术被广泛应用于各种网络设备中，包括路由器、交换机、调度器和网关等。
这些缓存技术在网络设备中的应用目的都是为了提高网络的通讯效率和传输速度。
缓存技术的应用可以大大提高网络的性能，也减少了网络通信中的延迟和丢包等问题。
TCP系列32—窗口管理流控—6、TCPzerowindows和persisttimer
TCP系列32—窗⼝管理流控—6、TCPzerowindows和persisttimer⼀、简介我们之前介绍过，TCP报⽂中的window size表⽰发出这个报⽂的⼀端准备多少bytes的数据，当TCP的⼀端⼀直接收数据，但是应⽤层没有及时读取的话，数据⼀直在TCP模块中缓存，最终受限于接收缓存的⼤⼩，window size会变为0，此时我们称呼这个接收窗⼝为零窗(zero window)，对端也不能在发送更多的数据。
如果随后本端应⽤层从TCP接收缓存中读取了⾜够数据，TCP模块有了⾜够的新的接收缓存的时候，就会发送⼀个TCP报⽂，并带有⼀个有效⾮零的Window size来指⽰对端⾃⼰已经可以接收新数据了。
这个带有有效Window size的报⽂我们称为窗⼝更新(window update)报⽂。
窗⼝更新⼀般就是⼀个普通的ACK报⽂，并不会带有有效的数据(pure ACK)，ACK报⽂不消耗系列号，如果发⽣丢失并不会进⾏重传。
因此TCP需要处理window update消息丢失的场景。
如果窗⼝更新报⽂发⽣丢失，那么接收端(这⾥的接收端是指window update消息的发送端)会等待发送端发送新的数据，⽽发送端会等待接收window update消息来发送新的数据，这种场景下，两端互相等待对⽅，就会产⽣⼀种deadlock(还记得Nagle算法和延迟ACK同时⽣效的时候也会产⽣类似的deadlock吧)。
为了阻⽌这种死锁⼀直等待下去，TCP的发送端会使⽤⼀个persist timer定时器来定时查询接收端的window size是否增长，每当这个定时器超时的时候，发送端就会发送window probes报⽂。
接收端在接收到window probe消息的时候会提供⼀个带有window size的ACK报⽂。
RFC1122建议初始window probe定时器定时时间为RTO，随后进⾏window probe 的时候应该进⾏指数回退，最⼤指数回退次数为tcp_retries2，如果此时还没收到有效的window size，则会⼀直进⾏window probe过程(我们之前通过⽰例介绍过RTO超时最后会释放连接，这个是与window probe的重要区别)。
TCP的传输效率
ห้องสมุดไป่ตู้
Nagle算法
• 若发送应用进程把要发送的数据逐个字节地送到 TCP 的发送缓存，则 发送方就把第一个数据字节先发送出去，把后面到达的数据字节都 缓 存起来。
• 当发送方收到对第一个数据字符的确认后，再把发送缓存中的所有数 据组装成一个报文段发送出去，同时继续对随后到达的数据进行缓存。
• 第三种机制是发送方的一个计时器期限到了，这时就把当前已有的缓存数据装入报文 段（但长度不能超过 MSS）发送出去。
• 如何控制 TCP 发送报文段的时机仍然是一个较为复杂的问题。
发送方糊涂窗口综合症
• 发送方 TCP 每次接收到一字节的数据后就发送。
• 这样，发送一个字节需要形成 41 字节长的 IP 数据报。若接收方确认， 并回送这一字节，就需传送总长度为 162 字节共 4 个报文段。效率很 低。
• 只有在收到对前一个报文段的确认后才继续发送下一个报文段。 • 当到达的数据已达到发送窗口大小的一半或已达到报文段的最大长度
时，就立即发送一个报文段。
接收方糊涂窗口综合症
• 当接收方的 TCP 缓冲区已满，接收方会向发送方发送窗口大小为 0 的 报文。
• 若此时接收方的应用进程以交互方式每次只读取一个字节，于是接收 方又发送窗口大小为一个字节的更新报文，发送方应邀发送一个字节
5.7.2 必须考虑传输效率
• 可以用不同的机制来控制 TCP 报文段的发送时机:
• 第一种机制是 TCP 维持一个变量，它等于最大报文段长度 MSS。只要缓存中存放的数 据达到 MSS 字节时，就组装成一个 TCP 报文段发送出去。
• 第二种机制是由发送方的应用进程指明要求发送报文段，即 TCP 支持的推送 (push)操 作。
tcp_process处理流程
TCP处理流程是指TCP协议在进行数据传输时所经过的各个阶段和步骤。
TCP协议是一种面向连接的、可靠的传输协议，它主要用于确保数据的准确传输和数据包的顺序传送。
在实际应用中，TCP处理流程包括连接建立、数据传输、连接释放等多个阶段，每个阶段都有其特定的处理流程和机制。
下面将从连接建立、数据传输和连接释放三个方面，详细介绍TCP处理流程的各个阶段和具体的处理流程。
一、连接建立阶段1.1 TCP三次握手在TCP连接建立阶段，通信双方需要进行三次握手来建立连接。
具体的处理流程如下：1）客户端向服务器发送SYN包，同时进入SYN_SENT状态。
2）服务器收到SYN包后，向客户端发送SYN+ACK包，同时进入SYN_RCVD状态。
3）客户端收到SYN+ACK包后，向服务器发送ACK包，连接建立，双方进入ESTABLISHED状态。
1.2 服务器端队列在连接建立阶段，服务器端需要维护一个队列来存储待连接的请求。
如果队列已满，新的连接请求将被拒绝或者放入等待队列中，直到队列有空闲位置。
二、数据传输阶段2.1 数据分割与重组在数据传输阶段，TCP协议会对数据进行分割，并为每个数据包添加序号和校验和。
接收端会根据序号对数据包进行重组，以确保数据的完整性和顺序性。
2.2 拥塞控制在数据传输阶段，TCP协议会根据网络的拥塞情况动态调整数据传输速率，以避免网络拥塞导致丢包和传输延迟。
具体的拥塞控制算法包括慢启动、拥塞避免和快重传等。
2.3 确认机制在数据传输阶段，接收端会向发送端发送确认包，以确认已成功接收到数据。
发送端会根据确认情况来进行数据重传和调整发送窗口。
三、连接释放阶段3.1 TCP四次挥手在TCP连接释放阶段，通信双方需要进行四次挥手来释放连接。
具体的处理流程如下：1）客户端向服务器发送FIN包，同时进入FIN_W本人T_1状态。
2）服务器收到FIN包后，向客户端发送ACK包，同时进入CLOSE_W本人T状态。
tcp的拥塞控制机制
tcp的拥塞控制机制TCP的拥塞控制机制是指在网络传输过程中，通过一系列算法和控制策略来避免网络拥塞和保持网络的稳定性。
本文将从TCP拥塞控制机制的基本原理、具体算法以及应用场景等方面进行介绍和分析。
一、TCP拥塞控制机制的基本原理TCP拥塞控制机制的基本原理是通过检测网络拥塞的程度，并根据检测结果采取相应的控制策略来调整数据的发送速率，以保持网络的稳定性和可靠性。
其基本原理包括以下几个方面：1.1 慢启动：当TCP连接刚建立时，发送方将初始拥塞窗口设置为一个较小的值，然后随着时间的推移逐渐增加发送窗口的大小，以逐步探测网络的容量。
这样可以避免在网络刚启动时出现大量数据的拥塞。
1.2 拥塞避免：一旦网络出现拥塞，TCP发送方将根据网络的拥塞程度来调整发送窗口的大小。
具体而言，TCP发送方会根据网络丢包的情况来判断网络拥塞的程度，并相应地减小发送窗口的大小，以降低数据的发送速率。
1.3 快速重传和快速恢复：当TCP发送方检测到丢包时，它会立即重传丢失的数据包，而不是等待超时后再进行重传。
此外，TCP发送方还会根据收到的重复确认来判断网络的拥塞情况，并相应地调整发送窗口的大小，以快速恢复数据的发送速率。
二、TCP拥塞控制算法TCP拥塞控制机制主要通过以下几种算法来实现：2.1 慢启动算法：慢启动算法通过逐渐增加发送窗口的大小来控制数据的发送速率，以避免在网络启动时出现拥塞。
具体而言，慢启动算法将初始拥塞窗口设置为一个较小的值，然后每经过一个往返时间（RTT），发送窗口的大小就翻倍，直到达到一个阈值。
2.2 拥塞避免算法：拥塞避免算法主要通过线性增加发送窗口的大小来控制数据的发送速率，以避免网络拥塞。
具体而言，拥塞避免算法将发送窗口的大小每经过一个RTT就增加一个MSS大小，直到达到一个阈值。
2.3 快速重传算法：快速重传算法主要通过接收到的重复确认来判断网络的拥塞情况，并及时重传丢失的数据包，以提高数据的传输效率。
TCP协议实现文件传输
TCP协议实现文件传输TCP（Transmission Control Protocol）是一种基于连接的协议，用于在计算机网络中可靠地传输数据。
它对数据分割、传输顺序、丢包、拥塞控制等问题进行了有效的处理。
因此，TCP协议非常适合用于文件传输。
1.建立连接：发送方（客户端）首先向接收方（服务器）发送一个特殊的请求，即SYN包，该请求用于建立连接。
服务器收到请求后，向发送方发送一个SYN-ACK包，确认连接的建立。
发送方再发送一个ACK包，确认收到服务器的确认。
这个过程称为三次握手。
2.传输数据：连接建立后，发送方将文件拆分为数据包，并将其按顺序发送给接收方。
接收方根据数据包的顺序将它们重新组装成完整的文件。
如果发送方发送了一个数据包，但没有及时收到接收方的确认，发送方会重新发送该数据包，以确保数据的可靠传输。
通过TCP的拥塞控制机制，它可以根据网络状况来动态调整发送数据包的速率，确保网络的稳定性。
3.关闭连接：在文件传输完成后，发送方向接收方发送一个特殊的请求，即FIN包，表示关闭连接。
接收方收到FIN包后，向发送方发送一个ACK包进行确认。
发送方再发送一个FIN包给接收方，接收方收到后再发送一个ACK包进行确认。
这个过程称为四次挥手。
然而，正是因为TCP协议在可靠性和流量控制方面的强大能力，导致了它的传输效率相对较低。
TCP协议会对每个数据包进行确认和重传，这样会增加传输的延迟。
对于大文件的传输，TCP协议可能会造成网络拥塞，导致传输速度下降。
为了解决这个问题，可以采用一些优化策略，如使用分段传输、窗口大小调整、数据压缩等技术。
此外，还可以使用UDP（User Datagram Protocol）协议实现文件传输。
相比TCP，UDP协议不提供可靠性和流控制机制，但传输速度更快。
因此，根据具体的应用场景和需求，可以选择合适的协议来实现文件传输。
总结起来，TCP协议实现文件传输具有可靠性高的优点，但传输效率相对较低。
tcp流量控制原理
tcp流量控制原理
TCP流量控制是一种网络传输机制，用于控制发送端发送数据的速率，以防止接收端的缓冲区溢出或丢包。
它通过接收端发送的确认信号（ACK）来实现。
TCP流量控制主要涉及两个因素：窗口大小和拥塞窗口。
窗口大小是接收端向发送端传达的一个数值，表示接收端能够接收的数据量。
发送端应根据此值来控制发送速率。
接收端会在每个ACK中返回一个窗口大小，如果窗口大小为0，则表示接收端的缓冲区已满，发送端应暂停发送。
拥塞窗口是发送端自己设置的一个变量，用于限制当前发送到网络中的数据量。
发送端根据拥塞窗口大小来控制发送速率。
当网络拥塞时，拥塞窗口会减小，以降低发送速率，从而减少拥塞程度。
具体来说，TCP流量控制通过以下步骤实现：
1. 发送端向接收端发送数据段，并将其添加到发送缓冲区中。
2. 接收端接收到数据段后，将其从接收缓冲区中取出，并发送ACK确认信号给发送端，同时返回当前窗口大小。
3. 发送端收到ACK确认信号后，根据接收端返回的窗口大小和当前的拥塞窗口大小，决定下一次发送的数据段数量。
4. 发送端重复以上步骤，不断调整发送速率，以适应网络的变化情况。
通过TCP流量控制，发送端和接收端能够保持相对稳定的数据传输速率，从而实现高效可靠的数据传输。
它能够根据网络状况和接收端的处理能力动态调整发送速率，以提高传输效率和减少数据丢失的可能性。
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TCP的发送系列—发送缓存的管理（一）数据结构TCP对发送缓存的管理是在两个层面上进行的，一个层面是单个socket的发送缓存管理，另一个层面是整个TCP层的内存管理。
单个socket的发送缓存所涉及的变量。
[java]struct sock {.../* 预分配缓存大小，是已经分配但尚未使用的部分 */int sk_forward_alloc;.../* 提交给IP层的发送数据大小(累加skb->truesize) */atomic_t sk_wmem_alloc;...int sk_sndbuf; /* 发送缓冲区大小的上限 */struct sk_buff_head sk_write_queue; /* 发送队列 */.../* 发送队列的总大小，包含发送队列中skb负荷大小，* 以及sk_buff、sk_shared_info结构体、协议头的额外开销。
*/int sk_wmem_queued;...};整个TCP层的内存相关变量。
[java]struct proto tcp_prot = {.name = "TCP",.owner = THIS_MODULE,.../* 设置TCP的内存压力标志，把tcp_memory_pressure置为1 */.enter_memory_pressure = tcp_enter_memory_pressure,/* 检查sock是否有剩余的发送缓存(sk_wmem_queued < sk_sndbuf)。
* 值得注意的是，用户可以使用TCP_NOTSENT_LOWAT选项来避免占用过多的发送缓存。
*/.stream_memory_free = tcp_stream_memory_free,.../* TCP目前已经分配的内存 */.memory_allocated = &tcp_memory_allocated,/* TCP内存压力标志，超过tcp_mem[1]后设置，低于tcp_mem[0]后清除 */ .memory_pressure = &tcp_memory_pressure,/* TCP内存使用的最小值、压力值、最大值，单位为页 */.sysctl_mem = sysctl_tcp_mem,/* 每个sock写缓存的最小值、默认值、最大值，单位为字节 */.sysctl_wmem = sysctl_tcp_wmem,/* 每个sock读缓存的最小值、默认值、最大值，单位为字节 */.sysctl_rmem = sysctl_tcp_rmem,.max_header = MAX_TCP_HEADER, /* 协议头的最大长度 */...};atomic_long_t tcp_memory_allocated; /* Current allocated memory. */int tcp_memory_pressure __read_mostly;初始化(1) tcp_memtcp_mem是整个TCP层的内存消耗，单位为页。
long sysctl_tcp_mem[3] __read_mostly;tcp_mem - vector of 3 INTEGERs: min, pressure, maxmin: below this number of pages TCP is not bothered about its memory appetite.pressure: when amount of memory allocated by TCP exceeds this number of pages,TCP moderates it memory consumption and enters memory pressure mode, which is exited when memory consumption falls under min.max: number of pages allowed for queueing by all TCP sockets. Defaults are calculated at boot time from amount of available memory.在tcp_init()中，调用tcp_init_mem()来初始化sysctl_tcp_mem[3]数组。
tcp_mem[0]是最小值，为3/32的系统内存。
tcp_mem[1]是压力值，为1/8的系统内存，也是最小值的4/3。
tcp_mem[2]是最大值，为3/16的系统内存，也是最小值的2倍。
[java]static void tcp_init_mem(void){/* nr_free_buffer_pages()计算ZONE_DMA和ZONE_NORMAL的页数，* 对于64位系统来说，其实就是所有内存了。
*/unsigned long limit = nr_free_buffer_pages() / 8;limit = max(limit, 128UL); /* 不能低于128页 */sysctl_tcp_mem[0] = limit / 4 * 3; /* 最小值设为3/32的系统内存 */sysctl_tcp_mem[1] = limit; /* 压力值设为1/8的系统内存 */ sysctl_tcp_mem[2] = sysctl_tcp_mem[0] * 2; /* 最大值设为3/16的系统内存 */}(2) tcp_wmemtcp_wmem是每个sock的写缓存，单位为字节。
int sysctl_tcp_wmem[3] __read_mostly;tcp_wmem - vector of 3 INTEGERs: min, default, maxmin: Amount of memory reserved for send buffers for TCP sockets. Each TCP socket has rights to use it due to fact of its birth. Default: 1 pagedefault: initial size of send buffer used by TCP sockets.This value overrides net.core.wmem_default used by other protocols.It is usually lower than net.core.wmem_default.Default: 16Kmax: Maximal amount of memory allowed for automatically tuned send buffers for TCP sockets. This value does not override net.core.wmem_max. Calling setsockopt() with SO_SNDBUF disables automatic tuning of that socket's send buffer size, in which case this value is ignored. Default: between 64K and 4MB, depending on RAM size.tcp_wmem[0]是最小值，为4KB。
tcp_wmem[1]是默认值，为16KB。
tcp_wmem[2]是最大值，为4MB。
tcp_rmem[0]是最小值，为4KB。
tcp_rmem[1]是默认值，为87380字节。
tcp_wmem[2]是最大值，为6MB(之前的内核为4MB)。
[java]void __init tcp_init(void){.../* 初始化sysctl_tcp_mem数组 */tcp_init_mem();/* Set per-socket limits to no more than 1/128 the pressure threshold *//* 系统内存的1/128，单位为字节 */limit = nr_free_buffers_pages() << (PAGE_SHIFT - 7);max_wshare = min(4UL * 1024 * 1024, limit); /* 不能低于4MB */ max_rshare = min(6UL * 1024 * 1024, limit); /* 不能低于6MB */ sysctl_tcp_wmem[0] = SK_MEM_QUANTUM; /* 最小值为一页，4KB */ sysctl_tcp_wmem[1] = 16 * 1024; /* 默认值为16KB *//* 取系统内存的1/128、4MB中的小者，并且不能低于64KB。
* 也就是说如果系统内存超过512MB，那么最大值为4MB。
*/sysctl_tcp_wmem[2] = max(64 * 1024, max_wshare);sysctl_tcp_rmem[0] = SK_MEM_QUANTUM; /* 最小值为一页，4KB */ sysctl_tcp_rmem[1] = 87380; /* 默认值为差不多85KB *//* 去系统内存的1/128、6MB中的小者，且不能低于87380。
* 也就是说如果系统内存超过768MB，那么最大值为6MB。
* 在较低内核版本中，是如果系统内存超过512MB，最大值为4MB。
*/sysctl_tcp_rmem[2] = max(87380, max_rshare);...}(3) 发送缓存区上限sk->sk_sndbufsock发送缓冲区的上限sk->sk_sndbuf在tcp_init_sock()中初始化，初始值为tcp_wmem[1]，一般为16K。
[java]void tcp_init_sock(struct sock *sk){...sk->sk_sndbuf = sysctl_tcp_wmem[1]; /* 16K */sk->sk_rcvbuf = sysctl_tcp_rmem[1]; /* 85K */...}(4) wmem_default和wmem_max/proc/sys/net/core/wmem_max和/proc/sys/net/core/wmem_default，默认值为256个的负荷为256字节的数据段的总内存消耗。
对于TCP而言，wmem_default会被tcp_wmem[1]给覆盖掉，而wmem_max作为一个上限，限制着用户使用SO_SNDBUF时可设置的发送缓存的大小。