TCP 流量控制 (Flow Control)，
用於平衡 傳送端 與 接收端的流量，
避免 高速傳送端 癱瘓了 低速接收端。
 

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接收緩衝區 (Receiving Buffers)

滿了的信箱，繼續塞信會如何?
— — 爆掉

 
 
滿了的胃，不斷地吃會如何?
— — 死掉

 
 
信 與 食物的補充，與『消化』速度並不相等!
它們需要『消化』，才能繼續裝新東西，
信箱或胃，這種用來儲存、待消化的空間，
即是 — — 接收緩衝區 (Receiving Buffers) 概念。
 
同理，維護應用層資料的 — — 傳輸控制協定 (Transmission Control Protocol, TCP) ，
由於 發送者 (Sender) 與 接收者 (Recipient) 傳輸、讀取的速率不相等，
接收端 會將資料暫存在 接收緩衝區 (Receiving Buffers)，
並等待 應用層讀取後 (消化)，再從 接收緩衝區 中清除。
 

 
TCP 每次 發送 與 接收 單位為: TCP 區段 (TCP Segment)，
每個區段的大小不盡相同，有可能 數百~數萬 個位元組。

 
TCP/IP 的網路層 — — IP 協定，不保證資料會照發送順序抵達 接收端，
接收端 可利用表頭中的 序列號 (Sequence Number, SEQ) 欄位 進行排序、消除重複 (eliminate duplicates)，
以保證資料接收的正確順序，並以 位元組串流 (byte-stream) 的方式，傳遞給應用層。
 
 

接收視窗 (Receive Window)

接收緩衝區 (Receiving Buffers)，實際上就是一段記憶體位址，
時常使用 環狀佇列 (circular queue) 資料結構來實作，
使空間有效率的復用，並避免大量資料的搬移。

 
『環狀』僅為概念上的表示，實際仍為線性資料，
因此更常表示為:

(僅為示意，實際大小通常為數萬個以上之位元組)
 

• 1、2 ，為應用層已讀取，
  並從 接收緩衝區 清除之位元組。
• 3、4、5、6 為已接收 並 確認 (acknowledged) 收到，
  應用層尚未讀取 (消化) 之位元組。
• 在 接收視窗 內的 7、8、9、10、11 為等待接收資料的 空的緩衝區，
  3、4、5、6、7、8、9、10、11 合計就是 接收緩衝區大小 !
• 超出 接收視窗大小 (Receive Window Size, rwnd) 的部分則無法接收。

 
接收視窗 (Receive Window)，
是 TCP 用來計算 接收緩衝區 的機制，
一般稱 接收視窗大小 (Receive Window Size) 為 — — rwnd，

rwnd = 接收緩衝區大小 – 等待被應用層接收之位元組大小

 
公式推導 (參考上圖):

盤子 7、8、9、10、11 = 接收緩衝區大小 - (披薩 + 漢堡 + 雞腿 + 啤酒)  (咦?)
=> 5 = 9 - 4

 

• 當 接收端 收到資料，並回覆 確認 (acknowledgment) 收到，
  接收視窗 會 關閉 (Close) (左牆 往右移)。
• 當 接收段 應用層讀取資料 (消化) 時，資料會被清除，
  接收視窗 會 開啟 (Open) (右牆 往右移)。

 
 

範例

延續上述例子，這時收到了 7、8 位元組，並回覆 確認 (acknowledgment)，
接收視窗 關閉 (Close) (左牆 往右移)，rwnd = 3

 

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接著，應用層讀取了 3、4、5 位元組，其自 接收緩衝區 中清除，
接收視窗 開啟 (Open) (右牆 往右移)，rwnd = 6

 
再次提醒:
實際上不可能傳輸這麼小的區段，僅為幫助理解用。
 

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發送緩衝區 (Sending Buffers)

發送者 將欲傳送的資料，
置於 發送緩衝區 (Sending Buffers) 並送出。
 
就像 接收緩衝區 會等到『消化』(應用層接收資料) 後才將資料清除，
發送緩衝區 (Sending Buffers) 送出資料後，
會等到 接收者 回覆: 確認 (acknowledgment) 收到，
才將資料由 發送緩衝區 中清除。
 

不論是 發送 或 接收緩衝區，
其空間都會被回收，重複利用，
這也是為何，緩衝區 時常以 『環狀』資結來實作。

 

發送視窗 (Send Window)

• 1、2 ，為已傳送 並 收到接收端 確認 (acknowledgment)，
  並從 發送緩衝區 清除之位元組。
• 在 發送視窗 內的 3、4、5、6 為已傳送 但 未被確認 (unacknowledged)，
  待 接收者 回覆確認之位元組。
• 在 發送視窗 內的 7、8、9、10、11 為準備傳送的位元組。
• 超出 發送視窗 外的 12、13、14，為等待置放欲傳送資料的 空的緩衝區，
  3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14 合計就是 發送緩衝區大小 !

 
為什麼發送完的資料，要等到接收者回覆確認，
不立即從緩衝區中清除，卡在那拖台錢?

先別說台錢了，你聽過 錯誤控制 (Error Control) 嗎?

 
TCP 透過 錯誤控制 (Error Control) 機制，
確保了傳輸的可靠性 (reliable)，
其中最常見的是: 檢驗和 (checksum)、確認 (acknowledgment)、重送 (retransmission)。
 
TCP 會為每個連線啟動 一個 逾時重送 (Retransmission Time-out, RTO) 計時器 ⏰，
當時間到期，尚未收到接收端的 確認 (acknowledgment) 回覆，
則視同區段毀損 (遺失、延遲)，並 重送 該 區段 (Segment)，
這便是為何 發送完的資料，會等到接收者回覆確認後，才從佇列中清除。
 
 

接收視窗 vs. 發送視窗

若不看 已清除 及 無法接收的部分，接收緩衝區 有兩種資料空間:

1. 已接收 並 確認 (acknowledged) 收到，
   應用層尚未讀取 (消化) 之位元組。
2. 等待接收資料的 空的緩衝區。

 
不同於 接收緩衝區，發送緩衝區 有三種資料空間:

1. 已傳送 但 未被確認 (unacknowledged)，
   待 接收者 回覆確認之位元組。
2. 等待置放欲傳送資料的 空的緩衝區。
3. 準備傳送的位元組。

 
且不同於 接收緩衝區: 空的緩衝區在 接收視窗 內，
發送緩衝區: 空的緩衝區在 發送視窗 外!
 

• 當 接收端 收到資料，並回覆 確認 (acknowledgment) 收到，
  發送視窗 會 關閉 (Close) (左牆 往右移)。
• 當收到 接收端 的 接收視窗大小 (rwnd)，大於 發送視窗大小，
  發送視窗 會 開啟 (Open) (右牆 往右移)。

 
 

範例

延續上述例子，這時收到了 接收端 確認號 (acknowledgment number): 7 與 接收視窗大小 (rwnd): 5，
(表 3、4、5、6 確認收到，對方還能接收 5 個位元組)
接收視窗 關閉 (Close) (左牆 往右移):

 

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接著，收到了 接收端 確認號 (acknowledgment number): 9 與 接收視窗大小 (rwnd): 6，
(表 7、8 確認收到，對方還能接收 6 個位元組)
接收視窗 先 關閉 (Close) (左牆 往右移)，再 開啟 (Open) (右牆 往右移):

 

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TCP 流量控制
(TCP Flow Control)

 
聰明如你，有沒有覺得奇怪?
為何 接收視窗 可以自行計算視窗大小，
然而 發送視窗 皆需取決於 接收端?
 
 
因為，這就是 流量控制 (Flow Control)。
 
 
TCP 流量控制 (TCP Flow Control)，
用於平衡 傳送端 與 接收端的流量，
避免 高速傳送端 癱瘓了 低速接收端。
 
也就是透過 回饋 (feedback):

接收端 告知 傳送端，目前能接收多少資料。
接收端 告知 傳送端，目前能接收多少資料。
接收端 告知 傳送端，目前能接收多少資料。
— — 覺得很重要 0.0

 
就像你要告訴你媽: 「我今天沒很餓，只吃一點點」，
否則媽咪可能會煮 10 盤菜 😂
 
暫不考慮 壅塞控制 (congestion control):

TCP 的 發送視窗大小，主要由 接收端 來維護，
每次回報確認時，皆會告知傳送端 接收視窗 (rwnd) 大小。

 
這種 動態調整視窗大小，來實現流量控制的方式，
即是鼎鼎大名的 — — 滑動視窗 (Sliding Window)。
 
如果滿了的 接收緩衝區，傳送端 繼續傳送? 🤔
— — 接收端 丟棄區段
 
正常情況:

接收端 可能因為某些因素傳送 rwnd = 0，
傳送端 會停止傳送 (而非收縮 發送視窗)，
直到 接收端 送出 != 0 的 rwnd。

 
儘管 TCP 是可靠的 (reliable) 傳輸協定，
擁有重送 (retransmission) 的機制。
仍應使用 TCP 流量控制 (TCP Flow Control) 改善傳輸效率，並預防資料項目的遺失。
 
 

誤解

另外，有個很大的誤會:

傳送端 = 客戶端

接收端 = 伺服端

 
並非如此!
 
要知道 TCP 為 全雙工 (Full-Duplex, FDX)，
也就是每個端點，在同一時間，資料可雙向的流動，
因此每個端點，各有一個 傳送緩衝區 與 接收緩衝區!