每个开发人员都应该掌握的TCP知识

为什么需要将服务器在地理位置上靠近用户? 原因之一是获得较低的延迟。 当您发送应尽快传送的短数据突发时，这很有意义。 但是，大文件(例如视频)呢? 接收第一个字节肯定会带来延迟损失，但是在那之后难道不是一帆风顺吗?

通过TCP(例如HTTP)发送数据时，常见的误解是带宽与延迟无关。 但是，对于TCP，带宽是延迟和时间的函数。 让我们看看如何。

握手

在客户端可以开始向服务器发送数据之前，它需要为TCP执行一次握手，为TLS执行一次握手。

TCP使用三向握手来创建新连接。

• 发送方选择一个随机生成的序列号" x"，并将SYN数据包发送给接收方。
• 接收器递增" x"，选择一个随机生成的序列号" y"，然后发回SYN / ACK数据包。
• 发送方增加序列号，并用ACK数据包和应用程序数据的第一个字节进行回复。

TCP使用序列号来确保按顺序传送数据且没有空洞。

握手会引入完整的往返，这取决于基础网络的延迟。 TLS握手也最多需要两次往返。 在TLS连接打开之前，无法发送任何应用程序数据，这意味着在此之前您的带宽出于所有目的和目的均为零。 往返时间越短，建立连接的速度就越快。

流量控制

流控制是一种退避机制，旨在防止发送方压倒接收方。

接收器将等待应用程序处理的传入TCP数据包存储到接收缓冲区中。

每当接收方确认数据包时，接收方还将其大小发送回发送方。 如果发件人遵守协议，则应避免发送更多可能容纳在收件人缓冲区中的数据。

此机制与应用程序级别的速率限制不太相似。 但是，TCP不是在API密钥或IP地址上进行速率限制，而是在连接级别上进行速率限制。

发送方和接收方之间的往返时间(RTT)越短，发送方将其出站带宽调整到接收方容量的速度就越快。

拥塞控制

TCP不仅可以防止接收器不堪重负，还可以防止淹没底层网络。

发送者如何找出底层网络的可用带宽是多少? 估计它的唯一方法是根据经验进行测量。

这个想法是发送者维护一个所谓的"拥塞窗口"。 该窗口表示无需等待对方的确认就可以发送的未完成数据包的总数。 接收器窗口的大小限制了拥塞窗口的最大大小。 拥塞窗口越小，在任何给定时间可以传输的字节越少，并且占用的带宽越少。

建立新连接后，拥塞窗口的大小将设置为系统默认值。 然后，对于每个确认的数据包，该窗口的大小都会成倍增加。 这意味着建立连接后，我们无法立即使用网络的全部容量。 同样，往返时间越短，发件人就可以越快地开始利用基础网络的带宽。

如果丢包怎么办? 当发件人通过超时检测到错过的确认时，就会启动一种称为"避免拥塞"的机制，从而减小拥塞窗口的大小。 从那时起，时间将窗口大小增加了一定数量，而超时又将窗口大小减少了一些。

如前所述，拥塞窗口的大小定义了无需等待确认即可发送的最大位数。 发件人需要等待完整的往返行程才能获得确认。 因此，通过将拥塞窗口的大小除以往返时间，可以得到最大的理论带宽：

这个简单的方程式表明带宽是等待时间的函数。 TCP会尽力优化窗口大小，因为它无法解决往返时间。 但是，这并不总是能产生最佳配置。

总之，拥塞控制是一种自适应机制，用于推断网络的基础带宽和拥塞。 类似的模式也可以应用于应用程序级别。 想一想当您在Netflix上观看电影时会发生什么。 开始模糊; 然后，它会稳定到合理的水平，直到出现打ic为止，然后质量再次变差。 应用于视频流的这种机制称为自适应比特率流。

记住这一点

如果您使用的是HTTP，那么您将受基础协议的约束。 如果您不知道香肠的制作方法，就无法获得最佳性能。

突发请求受到冷启动惩罚。 可能需要多次往返，才能发送带有TCP和TLS握手的第一个字节。 而且由于拥塞控制的工作方式，往返时间越短，底层网络的带宽利用就越好。

关于此主题的所有书籍都已经写好了，您可以做很多事情来压缩每一盎司的带宽。 但是，如果您必须记住关于TCP的一件事，那就这样：

您发送数据的速度不能超过光速，但是您可以做的是使服务器离客户端更近，并重新使用连接以避免冷启动的代价。

【责任编辑：赵宁宁 TEL：（010）68476606】
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