TCP之Nagle算法&&延迟ACK

Posted 2020-10-31 fchy822

1. Nagle算法：

是为了减少广域网的小分组数目，从而减小网络拥塞的出现；

该算法要求一个tcp连接上最多只能有一个未被确认的未完成的小分组，在该分组ack到达之前不能发送其他的小分组，tcp需要收集这些少量的分组，并在ack到来时以一个分组的方式发送出去；其中小分组的定义是小于MSS的任何分组；（已经有一个小分组待确认，则下一个小分组禁止发送）。

该算法的优越之处在于它是自适应的，确认到达的越快，数据也就发哦送的越快；而在希望减少微小分组数目的低速广域网上，则会发送更少的分组；

Nagle算法的规则（可参考tcp_output.c文件里tcp_nagle_check函数注释）：

（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。

 所谓的CORK就是塞子的意思，形象地理解就是用CORK将连接塞住，使得数据先不发出去，等到拔去塞子后再发出去。设置该选项后，内核会尽力把小数据包拼接成一个大的数据包（一个MTU）再发送出去，当然若一定时间后（一般为200ms，该值尚待确认），内核仍然没有组合成一个MTU时也必须发送现有的数据（不可能让数据一直等待吧）。
　　然而，TCP_CORK的实现可能并不像你想象的那么完美，CORK并不会将连接完全塞住。内核其实并不知道应用层到底什么时候会发送第二批数据用于和第一批数据拼接以达到MTU的大小，因此内核会给出一个时间限制，在该时间内没有拼接成一个大包（努力接近MTU）的话，内核就会无条件发送。也就是说若应用层程序发送小包数据的间隔不够短时，TCP_CORK就没有一点作用，反而失去了数据的实时性（每个小包数据都会延时一定时间再发送）。

2. 延迟ACK：

如果tcp对每个数据包都发送一个ack确认，那么只是一个单独的数据包为了发送一个ack代价比较高，所以tcp会延迟一段时间，如果这段时间内有数据发送到对端，则捎带发送ack，如果在延迟ack定时器触发时候，发现ack尚未发送，则立即单独发送；

延迟ACK好处：

(1) 避免糊涂窗口综合症；

(2) 发送数据的时候将ack捎带发送，不必单独发送ack；

(3) 如果延迟时间内有多个数据段到达，那么允许协议栈发送一个ack确认多个报文段；

 

3. 当Nagle遇上延迟ACK：

试想如下典型操作，写-写-读，即通过多个写小片数据向对端发送单个逻辑的操作，两次写数据长度小于MSS，当第一次写数据到达对端后，对端延迟ack，不发送ack，而本端因为要发送的数据长度小于MSS，所以nagle算法起作用，数据并不会立即发送，而是等待对端发送的第一次数据确认ack；这样的情况下，需要等待对端超时发送ack，然后本段才能发送第二次写的数据，从而造成延迟；

 

4. 关闭Nagle算法：

使用TCP套接字选项TCP_NODELAY可以关闭套接字选项;

如下场景考虑关闭Nagle算法：

(1) 对端不向本端发送数据，并且对延时比较敏感的操作；这种操作没法捎带ack；

(2) 如上写-写-读操作；对于此种情况，优先使用其他方式，而不是关闭Nagle算法：

--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；

--把两次写操作的数据复制到单个缓冲区，然后对缓冲区调用一次write；

--关闭Nagle算法，调用write两次；有损于网络，通常不考虑；

 

5. 禁止Nagle和开启Nagle算法发送数据与确认示意图：