本文主要是最近看了以下《tcp/ip详解 卷1》的部分小结，个人最感兴趣的是 经典问题 40ms 延时 的问题！
个人建议着重看19-24章节。每章都有干货。

单播、多播、广播、组播、泛播概念区分

参考

ICMP

ICMP的作用

• 差错控制
• “Ping”的过程实际上是ICMP协议工作的过程。还有其他的网络命令如跟踪路由的Traceroute命令也是

tcp

几个概念

msl 最长报文段存活时间
mss 最大报文段长度 ，主要是为了防止报文端被分段发送。 如果超过1mss 将会被分段发送。
定时器

1. 重传定时器
2. 坚持(presist)定时器 窗口探查
3. 保活(keepalive)定时器 就是心跳检测
4. 2MSL定时器 测量一个连接处于TIME_WAIT状态的时间。

• 状态流转

  
  

常见的情况,比如server关了，端口依然占用，其实就是处于TIME_WAIT状态 ，2MSL超时，用于超时重传最后的ack。

• 接收窗口和发送窗口的区别
  接收窗口是接收方发给发送方的，（就是抓包看到的win= ），
  发送窗口是由sender根据receiver的接收窗口以及当前已发送未ack的数据来自己计算的。tcp抓包看不到
• tcp 滑动窗口和拥塞窗口的区别
  滑动窗口：滑动窗口不是真实存在的窗口，需要sender和recever共同作用。通告窗口(window offered by receiver) ，也就是我们抓包看到的win=xxx,是接收方使用的流量控制。

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我们来分析一下1的情况，当sender 连续发送数据给receiver的时候，如果receiver的应用层来不及把数据从内核recv buffer拷贝到应用buffer，那么recv buffer会爆满，这时候receiver ack win=0。然后sender会把数据一直拷贝到send buffer而send buffer不发给receiver，直到receiver ack win> 0。

由此可见，通告窗口win就是recv buffer的剩余空间。

具体例子的分析可见 《tcp/ip 详解1》p213 。我们可以简单根据这个抓包的时序对滑动窗口进行分析。尤其我们看到 报文段8 win=3072.说明在receiver的recv buffer中还有1024个字节未被应用层buffer拷贝过去。因此在图2中可以看到的滑动窗口的通告窗口就是3072。

图1 图2

其实我们仔细想想看这里貌似存在一个缺陷，如果receiver win=0 之后 通告的win>0 的ack报文段(比如图1的报文段8)丢失了，那sender岂不是要一直等下去？
这个问题设计者早就发现了，采用了一个tcp坚持定时器。 sender周期性的向receiver 查询，以便发现窗口是否已经增大。 这些sender发出去的报文段叫做窗口探查。

**tcp window scale ** ：

由于缓冲区大小在TCP头部只有16位来表示，所以它的最大值是65536，但是对于一些情况来说需要使用更大的滑动窗口，这时候就要使用扩展的滑动窗口，如光纤高速通信网络，或者是卫星长连接网络，需要窗口尽可能的大。这时会使用扩展的32位的滑动窗口大小。

shift count 在tcp三次握手的时候确认
最终的calculated window size =2^7 × 227 =128 * 227 都可在上面找到对应的数值。

拥塞窗口：是发送端维护的一个窗口，是发送方使用的流量控制。主要就是维护cwnd。下面可以看到分析。

慢启动和拥塞避免

超时重传采用“指数退避算法”
慢启动和拥塞避免是两个独立的算法，但通常一起作用。
需要维持的变量：

• 拥塞窗口 cwnd(默认初始化为1)
• 慢启动门限 ssthresh(默认初始化为65535字节)

拥塞算法：

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当拥塞发生时（超时或收到重复确认） ssthresh被设置为当前窗口大小的一半（ cwnd和接收方通告窗口大小的最小值，但最少为 2个报文段） 。此外，如果是超时引起了拥塞，则c w n d被设置为1个报文段（这就是慢启动） 。

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前半段是慢启动(由cwnd=1开始可判断)，后半段是拥塞避免。此时ssthresh是16个报文段大小。
拥塞避免的公式：

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图中都是收到重复ack的 拥塞避免。从图中我们可以清晰的看到每个序号下降的地方就是一次重传，共有3处，而且每处都只有一个下落点，因此可以得出每处只重传了一个报文段。
对于cwnd的曲线，在每处发现重传后，就

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详细分析参看《tcp/ip详解》21章

延迟确认和Nagle算法

延迟确认：接收端收到数据之后，并不立即发送ACK确认收到数据，而是延迟发送ACK，等待一段时间，以期望和沿该方向传送的数据一起发送。是为了提高网络性能，因为少发了几次，然而，在某些情况下，该技术可以降低应用程序的性能。

Nagle算法：尽可能发送大块数据，避免使网络中充斥小分组，从而减少发送包的个数来增加网络的利用率。Nagle算法要求在任意时刻，最多有一个未被确认的分组，在收到确认之前，小分组将被缓存在发送端。直到缓存了一定量，等待了一定的时间，或者收到前一个数据的确认，才能发送出去。由TCP_NODELAY选项控制。

我觉得: 这两个主要是为了解决传输中 连续数据包都很小的情况，为了优化性能，而采用延迟确认和nagle，这样在发的时候可以屯多一点数据一起发，应答的时候，把数据和ack一起带过去。但是对于传输成块数据的情况就不太适用了，这两个默认都是打开的，要注意适时关闭！！，否则会带来数据传输延迟。所以一般我们实际工作中遇到由200ms以内的延时，可以怀疑下和tcp的延时ack，nagle算法有无关系。

经典问题 40ms 延时

产生条件

1. 延迟确认与Nagle算法相互作用
2. 延迟确认与拥塞控制相互作用

延迟确认与Nagle算法相互作用

• 延时ack

如果收到的数据内容大于一个MSS， 发送ACK；(大部分情况是这个)
如果收到了接收窗口以外的数据， 发送ACK；
如果处于quick mode， 发送ACK；
如果收到乱序的数据， 发送ACK；
其他， 延迟发送ACK

延迟ack其实是动态变化的，跟 Pingpong 这个值有关。
Pingpong是一个状态值， 用来标识当前tcp交互的状态， 以预测是否是W-R-W-R-W-R这种交互式的通讯模式(交互数据流)， 如果处于(=1)， 可以用延迟ack。
我们来看以下这个图。

当检测到是交互数据流时 ，Pingpong=1，启用了延时ack。当出现一个延迟纯ack时取消交互模式 Pingpong=0；

• Nagle算法

如果发送内容大于等于1个MSS， 立即发送；
如果之前没有包未被确认， 立即发送；
如果之前有包未被确认， 缓存发送内容；
如果收到ack， 立即发送缓存的内容。
如果该包含有FIN，则允许发送；
设置了TCP_NODELAY选项，则允许发送；

接下来分析以一下下面的情况：

1 00:44:37.878027 IP 172.25.38.135.44792 > 172.25.81.16.9877: S 3512052379:3512052379(0) win 5840 <mss 1448,wscale 7> 
2 00:44:37.878045 IP 172.25.81.16.9877 > 172.25.38.135.44792: S 3581620571:3581620571(0) ack 3512052380 win 5792 <mss 1460,wscale 2> 
3 00:44:37.879080 IP 172.25.38.135.44792 > 172.25.81.16.9877: . ack 1 win 46 
 ...... 
4 00:44:38.885325 IP 172.25.38.135.44792 > 172.25.81.16.9877: P 1321:1453(132) ack 1321 win 86 
5 00:44:38.886037 IP 172.25.81.16.9877 > 172.25.38.135.44792: P 1321:1453(132) ack 1453 win 2310 
6 00:44:38.887174 IP 172.25.38.135.44792 > 172.25.81.16.9877: P 1453:2641(1188) ack 1453 win 102 
7 00:44:38.887888 IP 172.25.81.16.9877 > 172.25.38.135.44792: P 1453:2476(1023) ack 2641 win 2904 
8 00:44:38.925270 IP 172.25.38.135.44792 > 172.25.81.16.9877: . ack 2476 win 118
9 00:44:38.925276 IP 172.25.81.16.9877 > 172.25.38.135.44792: P 2476:2641(165) ack 2641 win 2904 
10 00:44:38.926328 IP 172.25.38.135.44792 > 172.25.81.16.9877: . ack 2641 win 134

前三个报文段是三次握手，可以看出172.25.81.16.9877 为server，172.25.38.135.44792为client
4,5,6,7 是client和server互相交互数据流，并且8 出现了40ms延时ack，这个流程符合我们上面的流程分析。我们可看到延时ack是在client端开启了，server端开启了nagle算法。
在报文段5到达client时，client就知道了这是交互数据流，所以开启延时ack。当7发给client时，由于cleint并不需要发送什么数据给server，所以ack就一直等着定时器超时溢出，我们看到这时候延迟了40ms。
由于8报文段，即字节序号2476的ack一直没来，并且server端开启着nadle算法(如果之前有包未被确认， 缓存发送内容),所以报文段9 在收到8后才发。
40ms 这个是时间不同系统可能默认不同，rethat 默认40ms

解决延时的方案
对于这个例子而言
client

1. client端关闭延迟ack
   但是， 每个tcp请求都返回一个ack包， 导致网络包量的增加，需要斟酌
2. 设置TCP_QUICKACK属性。 但是需要每次recv后再设置一次。

server

1. 关闭nagel算法，即设置TCP_NODELAY。

staticvoid_set_tcp_nodelay(intfd) {
intenable =1;
setsockopt(fd, IPPROTO_TCP, TCP_NODELAY,(void*)&enable,sizeof(enable));
}

但这样会导致网络中出现很多小于1mss的报文段，因此最好能将这些小报文段先缓存起来，大于1mss的时候再发出去，这样这个mss 会被分段，1个正好是1mss，1个小于1mss，cilent连续收到这两个分段后，判断接受到的数据大于1mss,因此，立即发送ack。无延迟。

延迟确认与拥塞窗口相互作用

前提发送方(关闭Nagle)，接收方(启用延时ack)
同样分析，即比如接收方mss大小1460 ，发送方连续发了三个数据大小为100的报文段，此时到达了拥塞窗口cwnd=3，不能在发送了，那么接收方接受到300<1460 ,所以接收方也会出现40ms延时ack。
缩短延时方案
参考 http://www.jianshu.com/p/6f795599e4ab * 为什么是40ms？这个时间能不能调整呢？* 这段。

【参考文章】

• http://www.jianshu.com/p/ca4f68be6664
• http://www.jianshu.com/p/6f795599e4ab

总结TCP的一些算法或者实现方式，在我们平常开发中的应用和可借鉴的地方

1. 滑动窗口
2. 超时重传
3. 延迟确认和Nagle算法 ：优化延时

[附送 好文推荐]

• http://www.cnblogs.com/promise6522/archive/2012/03/03/2377935.html

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