从三次握手的细节说起

刚开始尝试使用java等后端语言写IO流,或用套接字(socket)实现简单C/S通信的同学们,常常会接触到的一个概念:就是所谓的“三次握手”,socket作为一个API接口,封装了TCP/IP通信的细节,使我们只需要调用简单的接口而无需关心具体的实现,那么

Socket三次握手的细节是如何实现的?

三次握手的过程实际上就是相互抛/接(3次)包的过程

三次握手的过程:

  1. 客户端抛 --> SYN包(建立连接包) --> 服务器接收
  2. 服务器抛 --> ACK包(确认应答包)和SYN包 --> 客户端接收
  3. 客户端抛 --> ACK包(确认应答包) --> 服务器接收

建立连接后客户端便可从服务器接收数据包进行通信

注意:三次握手时抛/接的包和连接建立后收发的数据包是不同的!前者是只携带有TCP报文和IP报文头部的包,不携带具体的数据内容,而后者除了TCP和IP报文头部还携带了具体的数据

建立连接后的通信过程:

l  发送端  -->   数据包  -->  接收端

l  接收端  -->  ACK确认应答  --> 发送端

TCP是全双工通信:

这里的发送端/接收端可以是客户端/服务器,也可以是服务器/客户端,因为TCP通信是全双工通信,所以建立连接后可以同时进行以下两个过程:

A.   客户端 --> 数据包 --> 服务器 --> ACK应答 --> 客户端

B.   服务器 --> 数据包 --> 客户端 --> ACK应答 --> 服务器

ACK包/FIN包/SYN包的具体组成:

如下图三次握手时交换包的具体组成:TCP首部+IP首部(无具体数据内容!)

建立连接后收发数据包的具体组成:

(TCP首部+IP首部+具体数据)

TCP通信的单位——段

TCP通信以段为单位,段由TCP数据和TCP首部组成

如果再将网络层的IP协议考虑进去的话,TCP/IP通信以IP分组为单位

IP分组=TCP段+IP首部=(TCP数据+TCP首部)+IP首部

注:TCP首部也算是IP数据包的一部分

TCP的"串行式"连接和"管道式"连接

A.TCP“串行式”连接

建立连接后,最简单的TCP通行是串行进行的,单次通信发送端只能发送一个段。只有在接收到接收端发来的ACK应答包前,才能将第二个段发出去,这段时间内发送端只能空等待

B.TCP“管道式”连接

很显然,串行通信效率很低,所以我们想,能不能在第一个段发送出去后,无需等待ACK应答的返回就发送第二个段呢?这样效率不就提高了吗?基于这个理念人们提出了窗口的概念:

窗口:无需等待ACK应答的返回就可以连续发送的段的数量的最大值

上图中,窗口大小为4,段的发送就好像管道一般,窗口大小就好比是“管道”的流量

TCP连接对HTTP事务处理性能的影响

HTTP作为一种应用层协议,其事务处理要依赖于传输层的TCP协议机制的运作,所以HTTP事务处理的性能瓶颈很大程度上来源于TCP连接,体现在下面几点:

  • TCP连接时间的消耗
  • TCP的慢启动机制
  • TCP采用的Nagle算法

每次TCP连接带来的时延是HTTP时延的重要来源

解决方法:采用HTTP持久连接技术消除多次连接的时延

TCP的慢启动机制

TCP慢启动机制体现在两方面:

a.限制初次启动时发送的段的数量:

上面提到了TCP窗口的概念,但TCP能不能一开始就发送窗口上限的段呢?答案是不能的,因为这会造成网络拥塞,为了避免这个问题,TCP采用了慢启动机制,一开始发送的段数为1,抛接完成后将段数上升为2,然后是4,再然后是8,段数将以指数形式递增,直到窗口大小的上限

b.设置慢启动阀值

由上图可以看到,当达到拥堵窗口的大小时,将导致超时重发,这时初次发送的段数又从1开始指数递增,不同的地方是:这时候设置了慢启动阀值(拥堵窗口的一半),发送的段数达到慢启动阀值时,将不再以指数形式上升,而是按一定的比例缓慢得直线上升

解决方法:正是因为单次TCP连接的时延和TCP的慢启动机制,HTTP的持久连接才显得尤为重要

Nagle算法

TCP协议本身并没有有规定发送单个段的数据包大小的最小值,那让我们想想,如果我们试图在单个段中发送几个字节的数据包会怎样呢?如果这样,TCP将通过Nagle算法的机制来提高网络利用率,很显然,将包含数据量极小的段都单独发出去将会极大降低网络利用率,所以通过Nagle算法,不直接派发小数据量的段,而是选择将它们绑定在一起,当达到要求尺寸后才派发出去,这造成了时间上的延迟。Nagle算法是一把双刃剑,它提高了网络利用率,但同时造成了TCP的时延

解决方法:Nagle是可以选择关闭的,当然,前提是你得在TCP通信中写入大块的数据

参考资料:

《HTTP权威指南》作者古尔利

《图解TCP/IP》作者竹下隆史

【学习笔记】TCP通信的细节及TCP连接对HTTP事务处理性能影响的更多相关文章

  1. 【计算机网络】TCP通信的细节及TCP连接对HTTP事务处理性能影响

    从三次握手的细节说起 刚开始尝试使用java等后端语言写IO流,或用套接字(socket)实现简单C/S通信的同学们,常常会接触到的一个概念:就是所谓的“三次握手”,socket作为一个API接口,封 ...

  2. Windows phone 8 学习笔记(3) 通信

    原文:Windows phone 8 学习笔记(3) 通信 Windows phone 8 可利用的数据通信方式比较广泛,在硬件支持的前提下,我们可以利用WiFi.蓝牙.临近感应等多种方式.数据交互一 ...

  3. TCP协议学习笔记(一)首部以及TCP的三次握手连接四次挥手断开

    TCP协议是一种面向连接的.可靠的流协议. 流即不间断的数据结构.这样能够保证接收到数据顺序与发送相同.但是犹如数据间没有间隔,因此在TCP通信中,发送端应用可以在自己所要发送的消息中设置一个标示长度 ...

  4. 《即时消息技术剖析与实战》学习笔记8——IM系统如何保证长连接的可用性:心跳机制

    假设有以下突发意外情况: 用户进入信号不好的地方,手机没有网络信号了 上网的路由器突然掉线了 这个时候,比如微信发消息,消息就会转圈圈,甚至变成红色叹号-- 上面情况都会导致"长连接&quo ...

  5. TCP/IP学习笔记16--TCP--特点,数据重发,连接管理,段

    TCP充分实现了数据传输时各种控制功能,可以进行丢包时的重发控制,还可以对次序乱掉的包进行顺序控制,这些在UDP中都是没有的.UDP是一种没有复杂控制,提供面向无连接通信服务的一种协议.TCP是面向有 ...

  6. twisted 学习笔记二:创建一个简单TCP客户端

    #coding=utf-8 from twisted.internet import reactor,protocol class QuickClient(protocol.Protocol): de ...

  7. UNP学习笔记(第四章 基本TCP套接字编程)

    本章讲解编写一个完整的TCP客户/服务器程序所需要的基本套接字函数. socket函数 #include <sys/socket.h> int socket(int family,int ...

  8. Java学习笔记53(网络编程:TCP协议案例)

    简易的案例 客户端: package demo; import java.io.IOException; import java.io.InputStream; import java.io.Outp ...

  9. Adaptive AUTOSAR 学习笔记 12 - 通信管理

    本系列学习笔记基于 AUTOSAR Adaptive Platform 官方文档 R20-11 版本 AUTOSAR_EXP_PlatformDesign.pdf 缩写 CM:Communicatio ...

随机推荐

  1. java_JDBC(2)

    1.Statement 每次执行sql语句,数据库都要执行sql语句的编译 ,最好用于仅执行一次查询并返回结果的情形,效率高于PreparedStatement. 2.PreparedStatemen ...

  2. (原创)Java多线程作业题报java.lang.IllegalMonitorStateException解决

    作业: 有一个水池,水池容量500L,一边为进水口,一边为出水口,要求进水放水不能同时进行,水池一旦满了不能继续注水,一旦空了,不能继续放水,进水速度5L/s,放水速度2L/s. 这是我学多线程时做的 ...

  3. 封装keyframes插件

    模仿jquery,使用简单,自动添加浏览器前缀 var keyframes = new SHBKerframes(); keyframes.define([{ name:'myAnimate', 0% ...

  4. Asp.Net MVC学习总结(一)——Asp.Net MVC简单入门

    一.MVC简单入门 1.1.MVC概念 视图(View) 代表用户交互界面,对于Web应用来说,可以概括为HTML界面,但有可能为XHTML.XML和Applet. 模型(Model) 表示用户对其数 ...

  5. ASP.NET MVC5 实现分页查询

    对于大量数据的查询和展示使用分页是一种不错的选择,这篇文章简要介绍下自己实现分页查询的思路. 分页需要三个变量:数据总量.每页显示的数据条数.当前页码. //数据总量 int dataCount; / ...

  6. tomcat基础应用

    1. Tomcat版本和支持的API和JDK版本 Apache Tomcat Servlet API JSP API JDK 7.0 3.0 2.2 1.6 6.0 2.5 2.1 1.5 5.5 2 ...

  7. [MongoDB] - 数据的增删改操作

    在前一篇中简单的介绍了一些基本操作命令,现在分别针对这些命令进行比较详细的说明: 一.数据插入 插入数据使用命令insert,insert的参数只有一个,就是要插入的文档BSON数据.MongoDB的 ...

  8. 什么是DOCTYPE?

    一.DOCTYPE是什么? DOCTYPE是文档类型的速记(文档.网页中指定页面的XHTML或HTML版本类型).使符合标准的页面,一个关键组成部分是DOCTYPE声明.只有确定了正确的XHTML D ...

  9. 读书笔记 effective c++ Item 17 使用单独语句将new出来的对象放入智能指针

    1. 可能会出现资源泄漏的一种用法 假设我们有一个获取进程优先权的函数,还有一个在动态分类的Widget对象上根据进程优先权进行一些操作的函数: int priority(); void proces ...

  10. 前端学PHP之日期与时间

    前面的话 在Web程序开发时,时间发挥着重要的作用,不仅在数据存储和显示时需要日期和时间的参与,好多功能模块的开发,时间通常都是至关重要的.网页静态化需要判断缓存时间.页面访问消耗的时间需要计算.根据 ...