【计算机网络】TCP通讯的细节及TCP链接对HTTP事务处理性能影响

从三次握手的细节提及

刚开始尝试使用java等后端语言写IO流，或用套接字(socket)实现简单C/S通讯的同窗们，经常会接触到的一个概念：就是所谓的“三次握手”,socket做为一个API接口，封装了TCP／IP通讯的细节，使咱们只须要调用简单的接口而无需关心具体的实现，那么

Socket三次握手的细节是如何实现的？

三次握手的过程实际上就是相互抛/接（3次）包的过程

三次握手的过程：

1. 客户端抛 --> SYN包（创建链接包） --> 服务器接收
2. 服务器抛 --> ACK包（确认应答包）和SYN包 --> 客户端接收
3. 客户端抛 --> ACK包（确认应答包） --> 服务器接收

 

创建链接后客户端即可从服务器接收数据包进行通讯

注意：三次握手时抛/接的包和链接创建后收发的数据包是不一样的！前者是只携带有TCP报文和IP报文头部的包，不携带具体的数据内容，而后者除了TCP和IP报文头部还携带了具体的数据

创建链接后的通讯过程：

l  发送端  -->   数据包  -->  接收端

l  接收端  -->  ACK确认应答  --> 发送端

TCP是全双工通讯：

这里的发送端/接收端能够是客户端/服务器，也能够是服务器/客户端，由于TCP通讯是全双工通讯，因此创建链接后能够同时进行如下两个过程：

A.   客户端 --> 数据包 --> 服务器 --> ACK应答 --> 客户端

B.   服务器 --> 数据包 --> 客户端 --> ACK应答 --> 服务器

 

ACK包/FIN包/SYN包的具体组成：

以下图三次握手时交换包的具体组成：TCP首部+IP首部（无具体数据内容！）

 

 

创建链接后收发数据包的具体组成：

（TCP首部+IP首部+具体数据）

 

 

TCP通讯的单位——段

TCP通讯以段为单位，段由TCP数据和TCP首部组成

 

若是再将网络层的IP协议考虑进去的话，TCP／IP通讯以IP分组为单位

 

 

IP分组=TCP段+IP首部=（TCP数据+TCP首部）+IP首部

注：TCP首部也算是IP数据包的一部分

TCP的"串行式"链接和"管道式"链接

A.TCP“串行式”链接

创建链接后，最简单的TCP通行是串行进行的，单次通讯发送端只能发送一个段。只有在接收到接收端发来的ACK应答包前，才能将第二个段发出去，这段时间内发送端只能空等待

 

 

B.TCP“管道式”链接

很显然，串行通讯效率很低，因此咱们想，能不能在第一个段发送出去后，无需等待ACK应答的返回就发送第二个段呢？这样效率不就提升了吗？基于这个理念人们提出了窗口的概念：

窗口：无需等待ACK应答的返回就能够连续发送的段的数量的最大值

 

 

上图中，窗口大小为4，段的发送就好像管道通常，窗口大小就比如是“管道”的流量

TCP链接对HTTP事务处理性能的影响

HTTP做为一种应用层协议，其事务处理要依赖于传输层的TCP协议机制的运做，因此HTTP事务处理的性能瓶颈很大程度上来源于TCP链接，体如今下面几点：

• TCP链接时间的消耗
• TCP的慢启动机制
• TCP采用的Nagle算法

每次TCP链接带来的时延是HTTP时延的重要来源

 

 

解决方法：采用HTTP持久链接技术消除屡次链接的时延

 

 TCP的慢启动机制

TCP慢启动机制体如今两方面：

a.限制初次启动时发送的段的数量：

上面提到了TCP窗口的概念，但TCP能不能一开始就发送窗口上限的段呢？答案是不能的，由于这会形成网络拥塞，为了不这个问题，TCP采用了慢启动机制，一开始发送的段数为1，抛接完成后将段数上升为2，而后是4，再而后是8，段数将以指数形式递增，直到窗口大小的上限

 

 

b.设置慢启动阀值

由上图能够看到，当达到拥堵窗口的大小时，将致使超时重发，这时初次发送的段数又从1开始指数递增，不一样的地方是：这时候设置了慢启动阀值（拥堵窗口的一半），发送的段数达到慢启动阀值时，将再也不以指数形式上升，而是按必定的比例缓慢得直线上升

 

 解决方法：正是由于单次TCP链接的时延和TCP的慢启动机制，HTTP的持久链接才显得尤其重要

Nagle算法

TCP协议自己并无有规定发送单个段的数据包大小的最小值，那让咱们想一想，若是咱们试图在单个段中发送几个字节的数据包会怎样呢？若是这样，TCP将经过Nagle算法的机制来提升网络利用率，很显然，将包含数据量极小的段都单独发出去将会极大下降网络利用率，因此经过Nagle算法，不直接派发小数据量的段，而是选择将它们绑定在一块儿，当达到要求尺寸后才派发出去，这形成了时间上的延迟。Nagle算法是一把双刃剑，它提升了网络利用率，但同时形成了TCP的时延

解决方法：Nagle是能够选择关闭的，固然，前提是你得在TCP通讯中写入大块的数据

 

参考资料：

《HTTP权威指南》做者古尔利

《图解TCP/IP》做者竹下隆史