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2. TCP窗口缩放选项

2. TCP窗口缩放选项 (TCP Window Scale Option)​

2.1 简介 (Introduction)​

窗口缩放扩展将TCP窗口的定义扩展到32位，然后使用缩放因子在TCP头的16位窗口字段（RFC-793中的SEG.WND）中携带这个32位值。缩放因子在新的TCP选项窗口缩放 (Window Scale) 中携带。此选项仅在SYN段（具有SYN位的段）上发送，因此在打开连接时每个方向的窗口缩放都是固定的。（另一个设计选择是在每个TCP段中指定窗口缩放。仅在缩放因子更改时发送窗口缩放选项是不正确的，因为确认段中的TCP选项不会可靠传递（除非ACK恰好在另一个方向的数据上捎带）。在打开连接时固定缩放具有较低开销的优点，但缺点是在连接期间无法更改缩放因子。）

最大接收窗口，因此缩放因子，由最大接收缓冲区空间确定。在典型的现代实现中，此最大缓冲区空间默认设置，但可以在打开TCP连接之前由用户程序覆盖。这决定了缩放因子，因此窗口缩放不需要新的用户接口。

2.2 窗口缩放选项 (Window Scale Option)​

三字节的窗口缩放选项可以由TCP在SYN段中发送。它有两个目的：(1) 表示TCP准备好进行发送和接收窗口缩放，以及 (2) 传达要应用于其接收窗口的缩放因子。因此，准备缩放窗口的TCP应该发送该选项，即使其自己的缩放因子为1。缩放因子限制为2的幂并以对数方式编码，因此可以通过二进制移位操作实现。

TCP窗口缩放选项 (WSopt):​

Kind: 3 Length: 3字节

       +---------+---------+---------+
       | Kind=3  |Length=3 |shift.cnt|
       +---------+---------+---------+

此选项是一个提议，而不是承诺；双方都必须在其SYN段中发送窗口缩放选项，以在任一方向启用窗口缩放。如果启用了窗口缩放，则发送此选项的TCP将其真实的接收窗口值右移'shift.cnt'位以在SEG.WND中传输。'shift.cnt'的值可以为零（提议缩放，同时对接收窗口应用缩放因子1）。

此选项可以在初始<SYN>段（即具有SYN位且没有ACK位的段）中发送。它也可以在<SYN,ACK>段中发送，但仅当在初始<SYN>段中接收到窗口缩放选项时。在没有SYN位的段中的窗口缩放选项应被忽略。

SYN段（即<SYN>或<SYN,ACK>）中的窗口字段本身永远不会被缩放。

2.3 使用窗口缩放选项 (Using the Window Scale Option)​

窗口缩放的模型实现如下，使用RFC-793的符号：

  • 所有窗口在连接控制块中存储和本地计算时都被视为32位量。这包括发送窗口 (SND.WND) 和接收窗口 (RCV.WND) 值，以及拥塞窗口。

  • 连接状态由两个窗口移位计数增强，Snd.Wind.Scale和Rcv.Wind.Scale，分别应用于传入和传出的窗口字段。

  • 如果TCP接收到包含窗口缩放选项的<SYN>段，它会在<SYN,ACK>段中发送自己的窗口缩放选项。

  • 窗口缩放选项与shift.cnt = R一起发送，其中R是TCP希望用于其接收窗口的值。

  • 在接收到包含shift.cnt = S的窗口缩放选项的SYN段时，TCP将Snd.Wind.Scale设置为S并将Rcv.Wind.Scale设置为R；否则，它将Snd.Wind.Scale和Rcv.Wind.Scale都设置为零。

  • 除SYN段外，每个传入段的头中的窗口字段 (SEG.WND) 在更新SND.WND之前左移Snd.Wind.Scale位：

    SND.WND = SEG.WND << Snd.Wind.Scale

    （假设满足RFC793的其他条件，并使用"C"符号"<<"表示左移）。

  • 除SYN段外，每个传出段的窗口字段 (SEG.WND) 右移Rcv.Wind.Scale位：

    SEG.WND = RCV.WND >> Rcv.Wind.Scale.

TCP通过测试段的序列号是否在窗口左边缘的231字节内来确定数据段是"旧"还是"新"，如果不是，则将数据作为"旧"丢弃。为了确保新数据永远不会被错误地视为旧数据，反之亦然，发送方窗口的左边缘距离接收方窗口的右边缘最多必须是231。同样，发送方的右边缘和接收方的左边缘也是如此。由于发送方或接收方窗口的右边缘和左边缘相差窗口大小，并且由于发送方和接收方窗口最多可以相差窗口大小，因此上述约束意味着2倍的最大窗口大小必须小于2**31，即

max window < 2**30

由于最大窗口是2S（其中S是缩放移位计数）乘以最多216 - 1（最大未缩放窗口），因此如果S <= 14，则保证最大窗口< 230。因此，移位计数必须限制为14（允许230 = 1 GB的窗口）。如果接收到shift.cnt值超过14的窗口缩放选项，TCP应记录错误但使用14而不是指定的值。

缩放因子仅适用于TCP头中传输的窗口字段；使用扩展窗口的每个TCP将在本地将窗口值维护为32位数字。例如，由慢启动和拥塞避免计算的"拥塞窗口"不受缩放因子的影响，因此窗口缩放不会在拥塞窗口中引入量化。

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