スライディングウィンドウ

読み：すらいでぃんぐうぃんどう　／　英語表記：sliding window

通信の基礎
性能・監視・運用

確認応答を待たずに送れるデータの範囲を設け、受信済みと確認できた位置に合わせて範囲の先頭を進める方式。TCPでは受信側が通知するウィンドウサイズなどに応じて送信量を調整し、フロー制御に利用する。

イマシルちゃんの解説

データを一つ送るたびに相手の返事を待つと、待ち時間が長い通信では回線を十分に使えないんだ。
スライディングウィンドウは、確認応答を待たずに送れる範囲を決めて、続けてデータを送る方式だよ。
TCPでは受信側が受け入れられる量をウィンドウサイズとして知らせるんだ。
送信側は届いたことを確認できた位置まで範囲の先頭を進め、相手が知らせた量に応じて続きを送るよ。
相手の空きが少なくなれば、一度に送れる量も小さくするの。
一つずつ返事を待つ無駄を減らしながら、相手の受信能力に合わせて通信を進められるんだ。

より深い解説

定義

スライディングウィンドウは、確認応答を待たずに送信できるデータの範囲（ウィンドウ）を設け、確認応答を受け取るたびにウィンドウを前に移動（スライド）させながら送信を続ける方式である。TCPでは、受信側が受け入れられる量をウィンドウサイズとして通知し、送信側はその範囲内で送る。これにより、受信側の処理が追いつかないほど送りすぎることを防ぐ（フロー制御）。

1つずつ確認する方式との比較

方式	動作	1往復の時間（RTT）あたりに送れる量
ストップアンドウェイト	1つ送るごとに確認応答を待つ	1セグメント
スライディングウィンドウ	ウィンドウの範囲まで続けて送る	ウィンドウサイズ分

ウィンドウの動き

送信するデータは、送信側から見て次の4つに分けられる。

|  確認済み  |  送信済み・未確認  |  送信可能・未送信  |  送信不可  |
             └────────── ウィンドウ ──────────┘

確認応答番号が届くと、ウィンドウの左端がその番号まで進み、右端も同じだけ進む。その結果、新しく送れるデータが増える。

ウィンドウサイズとスループット

ウィンドウ制御を使うTCPでは、1つのコネクションのスループットの上限は、次のように見積もれる。

スループットの上限 ≒ ウィンドウサイズ ÷ RTT

例：ウィンドウサイズ64Kバイト、RTT 10ミリ秒の場合
65,536バイト × 8 ÷ 0.01秒 ≒ 52Mビット/秒

回線がどれだけ速くても、ウィンドウサイズが小さいとこの上限を超えられない。回線の帯域とRTTの積（帯域遅延積）より大きなウィンドウが必要になる。

ウィンドウスケールオプション

TCPヘッダーのウィンドウサイズのフィールドは16ビットで、最大65,535バイトまでしか表せない。高速で遅延の大きい回線では足りないため、ウィンドウスケールオプション（RFC 7323）で、ウィンドウサイズを最大2^14倍（約1Gバイト）まで拡大できる。倍率は、3ウェイハンドシェイクのSYNで交換する。

フロー制御と輻輳制御

TCPが実際に送れる量は、2つのウィンドウの小さいほうで決まる。

ウィンドウ	決める側	目的
受信ウィンドウ（rwnd）	受信側が通知する	フロー制御：受信側のバッファがあふれないようにする
輻輳ウィンドウ（cwnd）	送信側が推測する	輻輳制御：ネットワークが混雑しないようにする

輻輳ウィンドウは、スロースタートでは確認応答のたびに大きくなり（1往復ごとにほぼ倍）、パケットの損失を検知すると小さくなる。

ゼロウィンドウ

受信側のバッファがいっぱいになると、ウィンドウサイズ0を通知し、送信側は送信を止める。送信側は、定期的に小さなセグメント（ウィンドウプローブ）を送って、ウィンドウが開いたかを確かめる。

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