有哪些TCP的必备知识（开发人员应掌握的知识）

某个网友 • 2023年4月11日 • 经验干货 • 阅读 32

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。

有哪些TCP的必备知识（开发人员应掌握的知识）

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。

有哪些TCP的必备知识（开发人员应掌握的知识）

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。

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。

有哪些TCP的必备知识（开发人员应掌握的知识）

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：

有哪些TCP的必备知识（开发人员应掌握的知识）

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。

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。

(本文翻译自Roberto Vitillo的文章《What every developer should know about TCP》，参考：

https://medium.com/swlh/what-every-developer-should-know-about-tcp-755ece34f13b)

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