TCP之网络优化

上一篇文章我提到了Nagle算法，是为了解决报头大数据小从而导致网络利用率低的问题，这其实会带来新的问题。除此之外我们一起来看看tcp还会有什么优化策略呢！本文纯属学习记录，不完善或错误之处若指正将不胜感激。如有被误导的朋友，望海涵。

首先我们先康康Nagle算法

Nagle算法规则

• （1）如果包长度达到MSS，则允许发送；
• （2）如果该包含有FIN，则允许发送；
• （3）设置了TCP_NODELAY选项，则允许发送；
• （4）未设置TCP_CORK选项时，若所有发出去的小数据包（包长度小于MSS）均被确认，则允许发送；
• （5）上述条件都未满足，但发生了超时（一般为200ms），则立即发送。

延迟ACK

ACK机制中，在接收方收到一个包之后会先检查是否需要立即回应ACK，否则进入延迟ACK逻辑。 参考，
优点显而易见，提高了网络信道的利用率

当Nagle遇见延迟ACK

假想一个场景 MSS为8个中文字（最大报文长度）
甲需要发送两个应用层报文给乙——“你好”！“我是甲”。显然这两个报文都是不足8的，但是由于“你好”满足Nagel的第4条规则所以会第一时间发送出去，由于ACK延迟，甲迟迟收不到乙的确认。于是等到超时发送。
这会产生一个明显的延迟
解决

• 关闭Nagle算法，使用TCP套接字选项TCP_NODELAY可以关闭套接字选项（不推荐，有更多的优化策略）
• 使用writev，而不是两次调用write，单个writev调用会使tcp输出一次而不是两次，只产生一个tcp分节，这是首选方法

流量控制之滑动窗口

滑动窗口是为了平衡发送方和接收方速率不匹配，发送窗口在连接建立时由双方商定。但在通信的过程中，一般由接收方反馈本身的缓冲区大小从而动态调节发送窗口（缓冲区）大小

拥塞控制

为了方便，我们假设主机A给主机B传输数据
我们知道，两台主机在传输数据包的时候，如果发送方迟迟没有收到接收方反馈的ACK，那么发送方就会认为它发送的数据包丢失了，进而会重新传输这个丢失的数据包。 然而实际情况有可能此时有太多主机正在使用信道资源，导致网络拥塞了，而A发送的数据包被堵在了半路，迟迟没有到达B。这个时候A误认为是发生了丢包情况，会重新传输这个数据包。
结果就是不仅浪费了信道资源，还会使网络更加拥塞。因此，我们需要进行拥塞控制

慢开始和拥塞避免

• 在建立连接之后是如何确定拥塞窗口的大小？(拥塞窗口和滑动窗口注意区别)
  • 第一种策略，第一次发送一个包，如果没有丢失就+1，以此类推
  • 第二种策略，第一次发送一个包，如果没有丢失就乘以2，以此类推
  实际上第一种方式增长过于缓慢，难以快速适应网络拥塞情况，而第二种方式指数型增长，很容易到达拥塞阈值。
  所以二者取其长，在前期使用指数增长，当到达某一个数值之后进行线性增长
  但是无论是指数增长还是线性增长最终都会到达一个MAX值，此时会重新以1开始启动并把阈值设置为MAX/2
  我们把确定拥塞窗口大小的过程中指数增长阶段称之为 慢开始，线性增长阶段称之为 拥塞避免

快速重传与快速恢复

前面说过了，当出现网络拥塞时会重启慢开始过程

• 怎么判断网络拥塞？
  • 当网络拥塞时，会出现大量的丢包
• 超时重发（丢包）一定是网络拥塞吗？
  • 网络拥塞会导致大量的包触发超时重发事件。而当一个单独的包出现损坏或者丢包时，也会导致超时重发，所以超时重发不一定是网络拥塞
• 如何判断超时重发的原因
  • 网络拥塞会导致大量的丢包
  • 单个的丢包，由于延迟ACK规则，后序到达的每到达一个包，接收端都会回复相同的ACK。故当发送方接收到三个相同的ACK时，表明发生了单个的丢包

单个丢包事件，当发送方接收到三个相同的ACK时，此时发送方不必等待序号为ACK-1包的超时，会立即重发。并把当前的阈值设置为MAX，新的阈值为MAX/2，以 拥塞窗口 = MAX/2 进行增长
重发阶段我们称之为 快速重传 ，窗口参数的调整阶段称之为 快速恢复