理解TCP协议的滑动窗口原理
什么是TCP协议的滑动窗口
首先，先看一下TCP协议在TCP/IP五层模型中的位置。
众所周知，TCP协议是一个基于字节流的传输层协议，它位于应用层之下和网络层之上，它提供了可靠的机制，能保证数据有序、可靠地到达对方系统。TCP连接首先会经过三次握手，三次握手成功之后连接就建立起来。此时发送方会将数据发送给接收方，接收方的系统内核接收到数据之后，一般会先将数据放到系统缓冲区中，直到系统发生中断后再处理。
在网络传输过程中，IP头部占用了20字节，TCP头部占用了20字节，换言之，每一次传输TCP报文都会有40字节的固定消耗。因此通信双方总是倾向于发送尽可能大的报文以提高网络效率。
由于通信双方处理数据的性能有所差异，如果接收到的数据大于自己的处理能力，就会引起问题。为了避免对方无限量地推送信息过来，在数据传输的过程中要进行流量控制，接收方在接收数据后，会发送ACK确认，此时就需要告知对方自己能够一次最多处理的字节数，以便对方能按照自己设定的数据大小来传输数据，这就是【滑动窗口】。
滑动窗口在TCP头部的表示
我们复习一下TCP头部的结构。
红框中表示的就是滑动窗口在TCP报文中的位置，滑动窗口是跟着ACK一起的，因此ACK的Flag置为1，同时指定窗口大小。可以看到，滑动窗口的范围是通过16个bit来表达，也就是从0到2的16次方，即接收端最多可以提供65535个字节的缓冲。滑动窗口的值会随着系统的资源和处理能力动态变化。
使用wireshark抓取TCP报文查看滑动窗口的实际值
这里使用wireshark抓取baidu.com的TCP报文。可以看到，No.36是本机对服务器之前发送数据（No.31）的一个ACK确认（ACK的Flag标记成1），同时声明窗口大小（window size）为1040。
紧接着是No.37对No.30发送一个ACK确认，受系统进程资源的影响，这时窗口的大小动态调整为948。
滑动窗口的简单例子
假设通信双方建立了一条TCP连接，我们就可以对某一时刻的数据进行快照，这时我们的发送方的窗口可以分为以下四部分：
如图所示，发送方的窗口快照可以将窗口分为四个部分：
Category 1:已发送且已收到ACK确认的部分：1-31字节
Category 2:已发送但未收到ACK确认的部分：32-45字节
Category 3:未发送且在接收方范围内的部分：46-51字节（这部分数据仍在对方系统处理能力之内）
Category 4:未发送但数据大小超过对方系统处理范围之外的部分：52以后的字节
发送窗口与可用窗口
我们可以对这个窗口模型进一步划分，分为【发送窗口】和【可用窗口】，如图所示
Category 3意味着如果我们需要继续发信息，46-51字节是能够发送的，我们称为【可用窗口】（Usable Window）。而Category2 + Category3的部分（32-51字节），我们称为【发送窗口】（Send Window）。
当46-51字节发送完毕后，且如果还没接收到对方的ACK，这时【可用窗口】就会耗尽，即【可用窗口】为0，窗口关闭，不能再继续发送。
发送窗口的移动
假设这时32-36字节得到了对方的ACK确认，如图所示
在【发送窗口不变】的前提下，窗口会往后移动5个字节，这时52-56字节将变为【可用窗口】，此时又可以继续发送数据。这就是滑动窗口名字的来源。
后记
TCP的滑动窗口机制，能够有效地对发送和接收双方实现流量控制。当然，流量控制除了滑动窗口之外，还受拥塞窗口的影响，里面又包括了慢启动和拥塞算法的原理。TCP协议自面世以来经受了多年的实践应用而屹立不倒，里面蕴含的设计思想值得深入研究。
by Ryan.Ou