TCP的滑动窗口机制，谈谈其设计演化过程 _TCP

理解TCP滑动窗口是如何工作的，对于理解TCP的其他知识是至关重要的。
相比于更为简单，同为传输层协议的UDP而言，TCP提供了对传输数据的质量保证。
在可靠性上，TCP确保传输的数据不丢失、不重复，也不会产生乱序。
同时，TCP还提供了流量控制，用于控制数据发送的速度，防止较快主机导致较慢主机的缓冲区溢出。
接下来，从不可靠的协议开始说起，看看TCP面向流的滑动窗口机制是如何演化而来的。
不可靠的协议对于不可靠的协议（例如IP、UDP），当数据发出去之后，可能到达目的地，也可能丢失。
如果没有提供消息反馈的机制，那么发送方将无法获知数据是否已成功的送达目的地，因而也无法对丢失的数据进行重传。
没有消息反馈机制，是造成传输不可靠，没有流控的一个主要原因。

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支持重传的确认机制为了能够在一个不可靠协议的基础之上，进行可靠的数据传输，引入了消息反馈机制。
消息反馈发送方发送一条信息，当接收方收到数据之后，给发送方返回一个接收成功的反馈信息。
简单的实现流程如下：

主机A给主机B发送一条消息；
主机B收到后，给主机A发送一条确认消息，告诉A消息已经被成功的接收了；
主机A在收到B的确认消息之后，就知道该消息已发送成功。

但是这个简单的机制，可能存在2个问题：

由于IP协议是不可靠的，实际上消息可能没有到达目的地。这样，主机A将会处于等待消息确认的状态，可能永远也收不到确认。
另一方面，也有可能主机B在收到了从A发送过来的消息之后，返回了确认消息，但这个消息却意外的丢失了。

以上2种情况，都有可能导致主机A一直处于等待确认消息的状态，但却永远也等不到。
超时重传为了解决这个问题，当主机A发送一条消息之后，可以同时启动一个计时器。这个计时器的时间要足够长，让消息能够送达主机B，同时让确认消息也能够返回给主机A 。
如果在确认消息到达主机A之前，计时器超时了。那么，主机A会认为发送消息的过程中遇到了问题（可能是丢失了，或者网络堵塞导致包延迟），于是就重传该消息。
由于这种对消息的确认机制，既包含了对消息已收到的确认应答，也包含了发生超时后对消息的重传，因此被称为支持重传的确认机制（PAR，Positive Acknowledgment with Retransmission）。

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基于PAR机制，能够给数据传输提供基本的可靠性保证。
但PAR机制存在一个缺点，就是在任何时候，只能有一条消息是未被确认的。这会使得系统变得非常慢，因为后续消息的发送都得等待前一条消息的确认。
消息标识和发送限制PAR机制比较适用于传输少量数据，或者交互不是很频繁的协议。由于PAR传输效率低下，因此也不适用于像TCP这样的协议。
为了解决传输效率低下的问题，引入了消息标识。
消息标识当发送方发送消息的时候，为这个消息增加一个唯一标识。接收方在收到消息之后，返回的确认消息也带上该消息标识。
这样，发送方就可以针对不同的消息使用不同的标识。发送方可以同时发送多条消息，在收到确认消息之后，只要根据消息标识进行匹配，确认对应的消息即可。
以上，只是从发送方的角度，解决了发送方的发送速率问题（在任何时候，只能有一条消息是未被确认的）。
发送限制我们再换个角度，原来是发送一个消息，接收方处理完，返回确认消息后，等待下一条消息。这个过程，对于接收方来说，并不会存在什么问题。
在引入消息标识之后，发送方可以同时发送多条消息了。但如果发送过快，接收方可能由于处理不过来，被压垮了。
因此，对于接收方来说，需要保证在自己能够正常接收处理数据的情况下，通过一种机制，来通知发送方尽量不要发送得太快，发送的数据尽量按照自己的处理能力来。
比较容易想到的，就是在接收方返回确认消息的时候，将接收方的发送限制信息带上，传递给发送方。
发送方在收到确认消息中的发送限制字段时，就可以按照接收方的要求来控制自己的发送速率。
有了这个发送限制，接收方就可以根据自己的实际负载情况，进行动态反馈以调整发送速率，最优化发送性能。