什么是 TCP 窗口缩放？

在 TCP 报头中，窗口大小字段的大小为 16 位。使用此字段，TCP 用户（客户端或服务器）最多可以将 2 ¹⁶ = 65536 字节或 64 KiB 作为其缓冲区大小通告给其他最终用户。但是现代端点设备（例如，电话、标签、PC 等）的缓冲区中有更多可用内存。在 1980 年代 TCP 的初始设计中，这个 16 位字段就足够了。但是今天内存更便宜，网络非常快，因此情况有所不同。因此，如果端点的缓冲区中有超过 64 KiB 的内存可用于 TCP 连接，它如何使用相同的 16 位窗口大小字段将此信息传递给对等端点？

有两种可能的解决方案：

1. 将窗口大小字段从 16 位增加到 30 位。但这实际上是不可能的。在全球范围内使用 TCP 的所有设备中都无法更新此字段。

2.改变窗口大小的定义。使用比例因子仅使用 TCP 标头中的 16 位字段来传达 30 位窗口大小。这称为窗口缩放。

TCP 标头：

TCP 标头

什么是 TCP 窗口缩放？

它解决了“接收窗口”或“广告窗口”或“用户缓冲区”的可伸缩性问题，而无需增加 TCP 标头中“窗口”字段（16 位）的大小。它将窗口字段的“定义”扩展为 32 位，然后使用“比例因子”在 TCP 标头的 16 位窗口字段中携带这个 32 位值。比例因子在一个名为“ Window Scale ”的新 TCP 选项中携带。

TCP 标头中有一个选项字段，旨在适应 TCP 中的所有未来优化。窗口缩放也使用该选项。客户端首先在 SYN 数据包中与服务器共享其缩放因子。当服务器在'SYN'包中接收到客户端的缩放因子时；然后它使用“ SYN+ACK ”数据包中的相同选项字段发送其比例因子，该数据包是客户端发出的连接请求的确认数据包。有一个严格的限制，即在任何其他数据包（客户端首先发送的 SYN 数据包除外）上收到的“窗口缩放”选项应被服务器忽略（服务器不应首先共享其缩放因子）。

Let say client sends SYN packet to server and says that its scaling factor = 2 and receives scaling factor of receiver in ‘SYN+ACK’ packet from receiver.

Now in next packet sender tells its window size = 200 bytes. 

Then Server will calculate the real buffer size available at client as: window_size * 2² = 800 bytes.

Client first finds its real buffer size = 800 bytes then it right shifts(reduces) this value 2 times and stores in window size in header and shares with server.

When server receives scaling factor and window size then it left shifts(multiplies) this value 2 times to get real value of client buffer size.

有一点需要注意，当客户端将其在 SYN 数据包中的比例因子共享给服务器时，该比例因子不适用于该数据包。只有当服务器接受它并在 SYN+ACK 数据包中共享其缩放因子时，它才适用。一旦客户端和服务器都预先知道彼此的缩放因子，缩放因子就适用于下一个数据包。从下一个数据包开始，它们不会在每个数据包中发送缩放因子。

我们可以更改窗口缩放因子吗？

很有可能更新窗口缩放因子。当客户端以后再次联系服务器时，它可以再次向服务器指定它的窗口缩放因子，作为回复服务器也会在SYN+ACK包中共享它的窗口缩放因子。现在，如果启用 TFO 会怎样？是的，那么客户端也可以与 GET 请求一起在 SYN 数据包本身中将其更新的窗口缩放因子共享给服务器。作为对此的回复，服务器还将在 ACK 数据包中共享其当前的窗口缩放因子以及 GET 请求的数据。另一种方法是更新窗口缩放因子。客户端应首先删除其 cookie。当 cookie 被删除时，最初的 3 次握手将发生，然后客户端本身可以共享其新的窗口缩放因子。

比例因子在一个名为“ Window Scale ”的新 TCP 选项中携带。 “转移。 cnt”携带缩放值。如果转移。 cnt = 2 然后窗口大小字段值左移 2 次以获得实际缓冲区大小。因此，比例因子 = 2 ^shift.cnt 。调动，转移。 cnt' 限制为 14。因此，可以使用此选项通告的最大窗口大小为 2 ³⁰ = 1 GiB。

16 bits can be stored in window size field. Maximum of 14 bits can be stored in shift.cnt variable. Thus total bits advertised = 16+14 = 30

如果'转移。 cnt' 值大于 14，TCP 将记录错误但仍使用 '14' 而不是 'Window Scale' 选项中指定的较大值。记住！缩放因子仅适用于 TCP 标头的“窗口大小”字段，而不适用于在本地机器中存储“窗口值”的“变量”。

Linux 命令行：

检查 Linux 内核中 TCP Window Scaling 的默认设置

$ sysctl net.ipv4.tcp_window_scaling

预期输出（这意味着 TCP 窗口缩放已启用）：

$ net.ipv4.tcp_window_scaling = 1

禁用 TCP 窗口缩放（不推荐，但尝试学习并重新启用）

$ sudo sysctl -w net.ipv4.tcp_window_scaling=0

预期输出：

$ net.ipv4.tcp_window_scaling = 0