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文章編號：11478時間：2024-09-30人氣：
TCP窗口是TCP連接中雙方用來控制數據傳輸速率的機制。它定義了接收方可以接收的未確認數據包的最大數量，而發送方一次性發送的數據包的數量不能超過該值。
TCP窗口的主要作用是優化網絡帶寬利用率，具體如下：
TCP窗口的大小是由多種因素決定的，包括：
TCP連接中的窗口大小不是固定的，而是根據網絡狀況和可用資源動態調整的。有兩種主要的方式來調整窗口大小：
可以通過以下方法優化TCP窗口的性能：
TCP窗口是TCP連接中優化網絡帶寬利用率的關鍵機制。它通過控制數據傳輸速率來防止擁塞，最大化帶寬利用率并提高吞吐量。通過了解TCP窗口的工作原理，您可以優化網絡性能，確保應用程序能夠有效地傳輸數據。
TCP協議中的Window Size對吞吐量起著至關重要的作用。 窗口大小不僅控制了發送速率，還通過滑動窗口機制影響數據傳輸。 接收端的窗口（Window Size）告知發送端當前能接收的數據量，實現流量控制和擁塞控制。 發送窗口基于接收窗口計算，數據傳輸分為四類狀態：已發送并確認、未確認、允許發送但未發送和未發送不允許。 窗口機制通過TCP頭部的字段來調整，初始限制在56Kb/s，但RFC1323引入窗口尺寸選擇，允許通過協商增大窗口。 窗口大小實際上是一個乘積，由Window Size Value（16位）和Window Size Scaling Factor（縮放因子，通常是2的冪）決定，可以達到Gbit級別的容量。 TCP窗口設置需要考慮慢啟動、擁塞避免和擁塞控制等策略，優化設置通?；趲捄蜁r延的乘積（BDP）。 一個簡單原則是窗口大小為2倍的BDP，或者使用ping測量的RTT來計算。 例如，帶寬20Mbps，延遲20ms，窗口大小應設置為bps*8*0.02的兩倍，即104,856 bytes。 窗口流量控制確保發送方不過載接收方，但需區分慢啟動和擁塞避免階段。 接收窗口（rwnd）與發送窗口（cwnd）的大小決定了實際傳輸速率，通過丟包來反饋網絡狀況并進行調整。 接收窗口應根據帶寬和延遲來設置，而初始cwnd值通?；贛SS大小計算。 在實際應用中，調整窗口大小是提高吞吐量的關鍵，特別是在時延較大的網絡環境下，接收窗口至少應等于BDP，而發送窗口的初始值則需要根據具體場景進行適當地計算和設置。
三個窗口分別是 發送窗口、接收窗口、擁塞窗口。接收窗口 rwnd (receive window)發送窗口swnd(send window)擁塞窗口cwnd(congestion window)
TCP擁塞控制是通過控制一些重要參數的改變而實現的。 TCP用于擁塞控制的參數主要有： (1) 擁塞窗口（cwnd）:擁塞控制的關鍵參數，它描述源端在擁塞控制情況下一次最多能發送的數據包的數量。 (2) 通告窗口（awin）:接收端給源端預設的發送窗口大小，它只在TCP連接建立的初始階段發揮作用。 (3) 發送窗口（win）:源端每次實際發送數據的窗口大小。 (4) 慢啟動閾值（ssthresh）:擁塞控制中慢啟動階段和擁塞避免階段的分界點。 初始值通常設為byte。 (5) 回路響應時間（RTT）:一個TCP數據包從源端發送到接收端，源端收到接收端確認的時間間隔。 (6) 超時重傳計數器（RTO）:描述數據包從發送到失效的時間間隔，是判斷數據包丟失與否及網絡是否擁塞的重要參數。 通常設為2RTT或5RTT。 (7) 快速重傳閾值(tcprexmtthresh):：能觸發快速重傳的源端收到重復確認包ACK的個數。 當此個數超過tcprexmtthresh時，網絡就進入快速重傳階段。 tcprexmtthresh缺省值為3。 四個階段 1．慢啟動階段 舊的TCP在啟動一個連接時會向網絡發送許多數據包,由于一些路由器必須對數據包進行排隊，因此有可能耗盡存儲空間，從而導致TCP連接的吞吐量（throughput）急劇下降。 避免這種情況發生的算法就是慢啟動。 當建立新的TCP連接時，擁塞窗口被初始化為一個數據包大?。ㄒ粋€數據包缺省值為536或512byte）。 源端按cwnd大小發送數據，每收到一個ACK確認，cwnd就增加一個數據包發送量。 顯然，cwnd的增長將隨RTT呈指數級(exponential)增長：1個、2個、4個、8個……。 源端向網絡中發送的數據量將急劇增加。 2．擁塞避免階段 當發現超時或收到3個相同ACK確認幀時，網絡即發生擁塞（這一假定是基于由傳輸引起的數據包損壞和丟失的概率小于1%)。 此時就進入擁塞避免階段。 慢啟動閾值被設置為當前cwnd的一半；超時時，cwnd被置為1。 如果cwnd≤ssthresh,則TCP重新進入慢啟動過程;如果cwnd>ssthresh，則TCP執行擁塞避免算法，cwnd在每次收到一個ACK時只增加1/cwnd個數據包（這里將數據包大小segsize假定為1）。 3．快速重傳和恢復階段 當數據包超時時，cwnd被設置為1，重新進入慢啟動，這會導致過大地減小發送窗口尺寸，降低TCP連接的吞吐量。 因此快速重傳和恢復就是在源端收到3個或3個以上重復ACK時，就斷定數據包已經被丟失，并重傳數據包，同時將ssthresh設置為當前cwnd的一半，而不必等到RTO超時。 圖2和圖3反映了擁塞控制窗口隨時間在四個階段的變化情況。 效率和公平性 除了TCP擁塞控制的自相似性外，TCP擁塞控制的效率和公平性問題目前也受到了廣泛的關注。 1. 效率 網絡資源的使用效率是由源端要求的總資源與網絡資源的接近程度決定的。 如果源端總資源接近或等于網絡所能提供的資源，那么這種算法的效率就是高的。 超載或負載不足都是效率不高的表現。 顯然，效率只與總資源的利用率有關，而與各個源端之間的資源利用無關。 2．公平性 公平性是在發生擁塞時各源端（或同一源端建立的不同TCP連接或UDP數據報）能公平地共享同一網絡資源（如帶寬、緩存等）。 處于相同級別的源端應該得到相同數量的網絡資源。 產生公平性的根本原因在于擁塞發生必然導致數據包丟失，而數據包丟失會導致各數據流之間為爭搶有限的網絡資源發生競爭，爭搶能力弱的數據流將受到更多損害。 因此，沒有擁塞，也就沒有公平性問題。 TCP層上的公平性問題表現在兩方面： (1) 面向連接的TCP和無連接的UDP在擁塞發生時對擁塞指示的不同反應和處理，導致對網絡資源的不公平使用問題。 在擁塞發生時，有擁塞控制反應機制的TCP數據流會按擁塞控制步驟進入擁塞避免階段，從而主動減小發送入網絡的數據量。 但對無連接的數據報UDP，由于沒有端到端的擁塞控制機制，即使網絡發出了擁塞指示（如數據包丟失、收到重復ACK等），UDP也不會像TCP那樣減少向網絡發送的數據量。 結果遵守擁塞控制的TCP數據流得到的網絡資源越來越少，沒有擁塞控制的UDP則會得到越來越多的網絡資源，這就導致了網絡資源在各源端分配的嚴重不公平。 網絡資源分配的不公平反過來會加重擁塞，甚至可能導致擁塞崩潰。 因此如何判斷在擁塞發生時各個數據流是否嚴格遵守TCP擁塞控制，以及如何“懲罰”不遵守擁塞控制協議的行為，成了目前研究擁塞控制的一個熱點。 在傳輸層解決擁塞控制的公平性問題的根本方法是全面使用端到端的擁塞控制機制。 目前，判斷擁塞時不遵守擁塞控制的數據流的幾種方法如下： ● 如果數據流遵守TCP擁塞控制方式，那么在擁塞發生時，作為響應，它首先應將擁塞窗口cwnd減半，然后在每個RTT內按常數速率增加cwnd。 給定包丟失率p,TCP連接的最大傳送速率為T byte/s，B為一個數據包的最大字節數，R為最小RTT。 當某數據流的發送速率大于T時，則可斷定該數據流沒有執行擁塞控制。 這一公式主要應用于沒有突發級數據包丟失的情況。 實際使用中以大于1.45B/(R)判定數據流沒有執行擁塞控制，以小于1.22B/(R)為解除對該數據流“懲罰”的條件。 ● 通過判斷網絡中占據高帶寬的數據流是否對擁塞指示進行響應來決定其是否執行擁塞控制，也就是隨著網絡包丟失率的增加，其傳送速率應相應降低。 如果包丟失率p增加x，則源端的發送速率應大致減少。 例如，如果包丟失率增加4倍，那么發送速率應減少2倍。 正是根據這一關系，通過檢測數據流對包丟失率的反應，就可以大致判斷該流是否執行了擁塞控制。 對有ON/OFF特性的數據源和接收者經常變動的多點廣播（multicast）方式，由于傳送速率本身經常變化，所以這種判斷方法在以上兩種情況下并不理想。 (2) 一些TCP連接之間也存在公平性問題。 產生問題的原因在于一些TCP在擁塞前使用了大窗口尺寸，或者它們的RTT較小，或者數據包比其他TCP大，這樣它們也會多占帶寬。 總之，解決TCP擁塞控制公平性問題的根本出路是在Internet上全面實行端到端擁塞控制和融合IP層擁塞控制的新算法。 改進 事實上，在TCP Reno之前還有TCP Tahoe,兩者的主要區別在于后者只有擁塞控制的前三部分，沒有快速恢復，所以可以認為TCP Reno是TCP Tahoe的改進版。 但TCP Reno算法仍有不足。 首先，源端在檢測到擁塞后，要重傳從數據包丟失到檢測到丟失時發送的全部數據包（即Go-back-n算法），而這中間有些數據包被正確地傳到接收端，而不必重傳。 另外，在大多數TCP實現中，RTO計數器的值被認為是RTT的均值和方差的估計值的函數。 而準確估計RTO和RTT值并不是一件容易的事。 理論上，RTT的測量比較簡單。 它只是數據包從發出到確認ACK返回源端的時間。 但由于TCP使用的是用一個ACK確認所有已收到數據的“累積”確認方式，所以實際中RTT的估計往往很復雜。 針對以上缺點，近年來人們又提出了一些改進算法，其中New-Reno和SACK都是改進版。 SACK算法是在Reno基礎上進行擴展，對數據包進行有選擇地確認和重傳。 這樣，源端就能準確地知道哪些數據包被正確的傳到接收端，從而避免不必要的重傳，減少時延，提高網絡吞吐量。 New-Reno沒有選用SACK方法，而是盡力避免了Reno在快速恢復階段的許多重傳超時，利用一個ACK確認部分發送窗口，立即重傳余下的數據包。 顯然，New-Reno只需修改源端代碼。 綜合來看，即使源端不通過等待超時來恢復一個窗口數據中丟失的包，Reno和New-Reno在一個RTT內至多也只能重傳一個被丟棄的包。 SACK使用“管道”（pipe）變量表示在發送路徑上損失的數據包的數量。 用tcpremtthresh判斷擁塞是否發生。 Reno 優于Tahoe，New-Reno和SACK則優于Tahoe和Reno。 由于SACK不像New-Reno一次全部重傳已發送包，而是有選擇地重傳，因此在一個窗口中出現數據包大量丟失時，SACK的性能優于New-Reno，但SACK的最大缺點在于要修改TCP協議。 由于RTT值與網絡運行情況密切相關，因此近幾年又出現了利用RTT控制擁塞的Vegas算法。 Vegas就是通過觀察以前的TCP連接中RTT值的改變情況來控制擁塞窗口cwnd。 如果發現RTT變大，那么Vegas就認為網絡發生擁塞，并開始減小cwnd；如果RTT變小，Vegas則解除擁塞，再次增加cwnd。 這樣，cwnd在理想情況下就會穩定在一個合適的值上。 這樣做的最大好處在于擁塞機制的觸發只與RTT的改變有關，而與包的具體傳輸時延無關。 由于它沒有采用包丟失來判斷網絡可用帶寬，而改以用RTT的改變來判斷，所以能較好地預測網絡帶寬使用情況，并且對小緩存的適應性較強，其公平性、效率都較好。 但Vegas算法距離在Internet上普遍應用還有一段距離。 這倒不是算法本身的問題，而是由于使用Vegas和未使用Vegas算法在競爭帶寬方面不公平所致。 --------------------------------------------------------------------------------
TCP 是 Internet 事實上的傳輸協議，它用于確保發送和接收互聯網上各種類型的內容和信息。 如今，TCP 已經成為互聯網協議（IP）的核心協議之一，可以說是無處不在，當您打開一個網站、發送電子郵件或觀看視頻網站時都會用到它。
雖然在設計之初就考慮到了在發送數據方面避免擁塞，但 TCP/IP 還是可以進一步進行優化的。 下面系統極客就為大家介紹，如何使用 TCP Optimizer 這款 TCP/IP 優化軟件對 Windows PC 進行 TCP/IP 優化。
分析 Windows PC 的 TCP/IP 配置首先是分析，其次是優化，總共可以分為兩大部分。 請訪問SG TCP/IP Analyzer網站對當前計算機（支持 Windows、Linux 和 macOS 系統）進行 TCP/IP 分析操作。 該網站的分析結果有關 MTU、MSS、RWIN 等詳細信息，可能會讓普通用戶難以理解。 但如果簡單一點來說，就是這些 TCP 設置是可以調整、更改和優化的，只需按照SG TCP/IP Analyzer網站的分析結果建議進行調整即可。
例如筆者的 Windows 10 系統 TCP/IP 分析結果如下：
使用 TCP Optimizer 優化 TCP/IPTCP Optimizer是一款綠色小工具，它可以幫助新手或高級用戶調整 Windows 系統中相關的 TCP/IP 參數，從而可以輕松地將系統調整為適用所使用的 Internet 連接類型。
TCP Optimizer 使用高級算法和帶寬延遲來為您的特定連接速度找到最佳 TCP 窗口，它可以輕松調整幾乎所有相關的 TCP/IP 參數，例如：MTU、RWIN、甚至是 QoS 和 ToS/Diffserv 優先級等高級參數。
TCP Optimizer 的配置調整有如下 4 種選項：
Default要回退到原始設置，請選擇此選項。 Current當前設置。 Optimal讓軟件自動選擇適合您的配置，比較安全。 Custom自定義配置，通過此選項您可以按 SG TCP/IP Analyzer 頁面的分析結果手動進行調整。（筆者就將 MTU 值更改為 1500 并優化了 RWIN值）對于想自動應用「最佳 TCP/IP 配置」的用戶，可以選擇應用Optimal選項。 使用該選項 TCP Optimizer 會根據 PC 連接的網絡通過高級算法找出并應用最佳設置。
應用新設置后，會要求您重啟 Windows PC 以獲得最佳效果。 建議您密切關注優化 TCP/IP 配置后的互聯網性能，如果出現問題可以選擇回滾到默認的 Windows 設置。
最后提示一下，Windows 系統從 Vista 開始就附帶了「接收窗口自動調節」功能
調整網絡帶寬利用率、優化傳輸性能。 1、調整網絡帶寬利用率：根據網絡帶寬和設備處理能力，合理設置最大段大小，以充分利用網絡帶寬，提高傳輸速度。 2、優化傳輸性能：在不同的網絡環境下，合理調整最大段大小，以降低數據包丟失率，提高傳輸穩定性和可靠性。
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