【計算機網絡】TCP通訊的細節及TCP鏈接對HTTP事務處理性能影響

從三次握手的細節提及

剛開始嘗試使用java等後端語言寫IO流，或用套接字(socket)實現簡單C/S通訊的同窗們，經常會接觸到的一個概念：就是所謂的「三次握手」,socket做爲一個API接口，封裝了TCP／IP通訊的細節，使咱們只須要調用簡單的接口而無需關心具體的實現，那麼

Socket三次握手的細節是如何實現的？

三次握手的過程實際上就是相互拋/接（3次）包的過程

三次握手的過程：

1. 客戶端拋 --> SYN包（創建鏈接包） --> 服務器接收
2. 服務器拋 --> ACK包（確認應答包）和SYN包 --> 客戶端接收
3. 客戶端拋 --> ACK包（確認應答包） --> 服務器接收

 

創建鏈接後客戶端即可從服務器接收數據包進行通訊

注意：三次握手時拋/接的包和鏈接創建後收發的數據包是不一樣的！前者是隻攜帶有TCP報文和IP報文頭部的包，不攜帶具體的數據內容，而後者除了TCP和IP報文頭部還攜帶了具體的數據

創建鏈接後的通訊過程：

l  發送端  -->   數據包  -->  接收端

l  接收端  -->  ACK確認應答  --> 發送端

TCP是全雙工通訊：

這裏的發送端/接收端能夠是客戶端/服務器，也能夠是服務器/客戶端，由於TCP通訊是全雙工通訊，因此創建鏈接後能夠同時進行如下兩個過程：

A.   客戶端 --> 數據包 --> 服務器 --> ACK應答 --> 客戶端

B.   服務器 --> 數據包 --> 客戶端 --> ACK應答 --> 服務器

 

ACK包/FIN包/SYN包的具體組成：

以下圖三次握手時交換包的具體組成：TCP首部+IP首部（無具體數據內容！）

 

 

創建鏈接後收發數據包的具體組成：

（TCP首部+IP首部+具體數據）

 

 

TCP通訊的單位——段

TCP通訊以段爲單位，段由TCP數據和TCP首部組成

 

若是再將網絡層的IP協議考慮進去的話，TCP／IP通訊以IP分組爲單位

 

 

IP分組=TCP段+IP首部=（TCP數據+TCP首部）+IP首部

注：TCP首部也算是IP數據包的一部分

TCP的"串行式"鏈接和"管道式"鏈接

A.TCP「串行式」鏈接

創建鏈接後，最簡單的TCP通行是串行進行的，單次通訊發送端只能發送一個段。只有在接收到接收端發來的ACK應答包前，才能將第二個段發出去，這段時間內發送端只能空等待

 

 

B.TCP「管道式」鏈接

很顯然，串行通訊效率很低，因此咱們想，能不能在第一個段發送出去後，無需等待ACK應答的返回就發送第二個段呢？這樣效率不就提升了嗎？基於這個理念人們提出了窗口的概念：

窗口：無需等待ACK應答的返回就能夠連續發送的段的數量的最大值

 

 

上圖中，窗口大小爲4，段的發送就好像管道通常，窗口大小就比如是「管道」的流量

TCP鏈接對HTTP事務處理性能的影響

HTTP做爲一種應用層協議，其事務處理要依賴於傳輸層的TCP協議機制的運做，因此HTTP事務處理的性能瓶頸很大程度上來源於TCP鏈接，體如今下面幾點：

• TCP鏈接時間的消耗
• TCP的慢啓動機制
• TCP採用的Nagle算法

每次TCP鏈接帶來的時延是HTTP時延的重要來源

 

 

解決方法：採用HTTP持久鏈接技術消除屢次鏈接的時延

 

 TCP的慢啓動機制

TCP慢啓動機制體如今兩方面：

a.限制初次啓動時發送的段的數量：

上面提到了TCP窗口的概念，但TCP能不能一開始就發送窗口上限的段呢？答案是不能的，由於這會形成網絡擁塞，爲了不這個問題，TCP採用了慢啓動機制，一開始發送的段數爲1，拋接完成後將段數上升爲2，而後是4，再而後是8，段數將以指數形式遞增，直到窗口大小的上限

 

 

b.設置慢啓動閥值

由上圖能夠看到，當達到擁堵窗口的大小時，將致使超時重發，這時初次發送的段數又從1開始指數遞增，不一樣的地方是：這時候設置了慢啓動閥值（擁堵窗口的一半），發送的段數達到慢啓動閥值時，將再也不以指數形式上升，而是按必定的比例緩慢得直線上升

 

 解決方法：正是由於單次TCP鏈接的時延和TCP的慢啓動機制，HTTP的持久鏈接才顯得尤其重要

Nagle算法

TCP協議自己並無有規定發送單個段的數據包大小的最小值，那讓咱們想一想，若是咱們試圖在單個段中發送幾個字節的數據包會怎樣呢？若是這樣，TCP將經過Nagle算法的機制來提升網絡利用率，很顯然，將包含數據量極小的段都單獨發出去將會極大下降網絡利用率，因此經過Nagle算法，不直接派發小數據量的段，而是選擇將它們綁定在一塊兒，當達到要求尺寸後纔派發出去，這形成了時間上的延遲。Nagle算法是一把雙刃劍，它提升了網絡利用率，但同時形成了TCP的時延

解決方法：Nagle是能夠選擇關閉的，固然，前提是你得在TCP通訊中寫入大塊的數據

 

參考資料：

《HTTP權威指南》做者古爾利

《圖解TCP/IP》做者竹下隆史