什么是 TCP 窗口缩放？

概述

TCP 窗口缩放是通过扩大 TCP 连接的接收窗口来提高网络传输性能的一种技术。它可以允许接收方的 TCP 栈和发送方之间的数据传输更加高效。

TCP 窗口

TCP 窗口是 TCP/IP 协议栈中非常重要的一个组件。它表示在任何给定时间内可以通过一个 TCP 连接从发送端传输到接收端的未确认字节数量。TCP 窗口的大小是根据网络状况和主机处理能力来调整的。

TCP 窗口缩放的原理

TCP 窗口缩放是通过在 TCP 头中包含窗口缩放选项来实现的。这个选项的长度是可变的，并且可以在 TCP 握手期间交换。

当接收方打算要求窗口缩放时，它将在 SYN/ACK 数据报文段中发送一个窗口缩放选项。这个选项包含两个 16 位的字段，其中一个是缩放因子，另一个是窗口尺寸。

发送方收到 SYN/ACK 数据报文段后，如果支持窗口缩放，则将同样的选项值追加到它带有 SYN 标志的数据报文段中。这样，发送方和接收方就都知道如何调整窗口。

代码示例

以下是使用 C 实现 TCP 窗口缩放选项的代码示例：

#include <netinet/tcp.h>
#include <stdio.h>

void add_window_scale_option(struct tcphdr *tcp_header, uint8_t scale_factor) {
  tcp_header->doff =
      (sizeof(struct tcphdr) + 3) / 4; // 计算 TCP 头长度，以 4 字节为单位
  tcp_header->window =
      ((uint16_t)1) << scale_factor; // 计算实际窗口大小
  tcp_header->urg_ptr = 0;           // 设置紧急指针为 0
  tcp_header->options[0] = 0x01;     // 设置选项类型
  tcp_header->options[1] = 0x01;     // 设置选项长度
  tcp_header->options[2] = scale_factor; // 设置缩放因子
  tcp_header->options[3] = 0;           // 设置 NOP 操作码
}

在这个示例中，对传入的 tcphdr 结构体（包含 TCP 头）添加了一个窗口缩放选项。窗口大小的计算方法是将 1 左移缩放因子位以得到实际大小。选项类型、长度和 NOP 操作码也被设置为了默认值。