TCP

前言

因特网有两个核心协议包括ip和tcp，ip负责主机之间的路由选择和寻址，而tcp负责传输。

三次握手

正常开始通讯之前都要经过三次通讯确定，第一次发送给服务器端，第二次服务返回，第三次发送应用数据。就三次通讯的模型来讲，通讯建立连接是昂贵的。图解下就非常清楚了：

拥塞预防以及控制

常见的是ip网关在连接不同带宽时经常因为差别性，导致拥塞崩溃，为此tcp引进了很多机制来解决这个问题。

流量控制

流量控制就是根据场景去限定服务器或者用户的窗口大小，比如一般情况下是从服务器下载内容到客户端，此时的瓶颈是客户端；而如果是上传资料，此时的瓶颈是服务器端。如果发生了拥塞的情况，那么就会返回一个较小的窗口，如果窗口为0，那么就会清空缓存，然后接收剩余的数据。

慢启动

慢启动存在的原因是虽然有了流量控制，但是在连接初期，我们不清楚双方的窗口大小，所以需要从初始字段指数级增长直到达到或者超过其峰值。也就是说，我们不可能开始就直接使用宽带的最大值。

拥塞预防

拥塞预防，指的是通过慢启动达到或者超过宽带最大值之后，直接减倍，然后变成小数量的线性增长，直到达到其阙值。这个过程需要多次往返。（其中一次往返的时间我们称为RTT）。
其中还有一个比较重要的概念是：慢启动重启机制，指的是一定时间后重置连接的拥塞窗口，原因是一段时间后网络情况可能发生了变化，因此将窗口重置为安全的默认值。

带宽延迟积

概念解释：数据链路的容量与其端到端的延迟的乘积。这个结果就是任意时刻处于在途未确认状态的最大数据量。
换句话就是说无论实际带宽和速度是多少，其实际能使用到的最大带宽时被贷款延迟积限制的。假设我们发送端以及接收端的窗口大小都为16kb，往返时间为100ms，最终计算得到的可用的最大速率是1.31m/s.

队首阻塞

要理解这个阻塞产生的原因，必须要了解tcp传输的机制是什么，它会每个分组都携带唯一的序列号触发，而却所有的分组必须按照顺序到达接收端，如果不是按顺序的，或者丢失数据，也就是我们说的丢包，那么后续收到的必须等待丢失的部分全部到达才能访问数据。这种效应就是队首阻塞。

针对tcp的优化建议

总结下tcp的基本特点：

• 三次握手增加了整整一次的往返时间
• 慢启动将整个应用到每个新连接
• tcp的流量以及拥塞控制将影响所有连接的吞吐量
• tcp的吞吐量由拥塞窗口的大小控制
  

分析结果：

• 高速网络中的tcp的传输速度受到往返时间的控制
• 宽度不断增长，但还是低于光速，短期内无法突破
• 大多数情况下，tcp的瓶颈还是因为延迟而不是带宽

服务器配置调优

首先建议你将主机的操作系统升级到最新的版本，因为tcp的最佳实践以及影响性能的底层算法一直在于是俱进，大多数的变化只有在最新的内核中才有实现。

有了最新的内核，那么你可以遵循下面的最佳实践配置服务器:

• 增大tcp的初始拥塞窗口。可以让其在第一次就传输比较多的数据，减少慢启动中的往返次数。
• 慢启动重启，在连接空闲时禁止慢启动可以改善瞬时发送数据的长tcp连接的性能
• 窗口缩放，启用窗口缩放可以增大最大接受窗口的大小，可以让高延迟的连接达到更好的吞吐
• tcp快速打开，需要客户端和服务器共同支持，是一种优化选项

应用程序行为调优

• 减少发送
• 减短发送的距离
• 重用tcp连接

优化清单

• 服务器内核升级
• 确保cwnd大小为10或其他
• 禁用空闲后的慢启动
• 确保启动窗口缩放
• 减少传输冗余的数据
• 压缩传输的数据
• 把服务器部署到和用户近的位置，减少往返时间
• 尽可能重用已经建立的tcp连接

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语雀原文链接：TCP常识

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