TCP连接中启用和禁用TCP_NODELAY有什么影响？

﹏ヽ暗。殇╰゛Y 2022-09-11 07:28 239阅读 0赞

TCP/IP协议中针对TCP默认开启了[Nagle][]算法。Nagle算法通过减少需要传输的数据包，来优化网络。在内核实现中，数据包的发送和接受会先做缓存，分别对应于写缓存和读缓存。  
  
启动TCP\_NODELAY，就意味着禁用了Nagle算法，允许小包的发送。对于延时敏感型，同时数据传输量比较小的应用，开启TCP\_NODELAY选项无疑是一个正确的选择。比如，对于SSH会话，用户在远程敲击键盘发出指令的速度相对于网络带宽能力来说，绝对不是在一个量级上的，所以数据传输非常少；而又要求用户的输入能够及时获得返回，有较低的延时。如果开启了Nagle算法，就很可能出现频繁的延时，导致用户体验极差。当然，你也可以选择在应用层进行buffer，比如使用java中的buffered stream，尽可能地将大包写入到内核的写缓存进行发送；vectored I/O（writev接口）也是个不错的选择。

对于关闭TCP\_NODELAY，则是应用了Nagle算法。数据只有在写缓存中累积到一定量之后，才会被发送出去，这样明显提高了网络利用率（实际传输数据payload与协议头的比例大大提高）。但是这又不可避免地增加了延时；与TCP delayed ack这个特性结合，这个问题会更加显著，延时基本在40ms左右。当然这个问题只有在连续进行两次写操作的时候，才会暴露出来。

连续进行多次对小数据包的写操作，然后进行读操作，本身就不是一个好的网络编程模式；在应用层就应该进行优化。

对于既要求低延时，又有大量小数据传输，还同时想提高网络利用率的应用，大概只能用UDP自己在应用层来实现可靠性保证了。好像企鹅家就是这么干的。

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TCP/IP协议中，无论发送多少数据，总是要在数据前面加上协议头，同时，对方接收到数据，也需要发送ACK表示确认。为了尽可能的利用网络带宽，TCP总是希望尽可能的发送足够大的数据。（一个连接会设置MSS参数，因此，TCP/IP希望每次都能够以MSS尺寸的数据块来发送数据）。

Nagle算法就是为了尽可能发送大块数据，避免网络中充斥着许多小数据块。

Nagle算法的基本定义是**任意时刻，最多只能有一个未被确认的小段。** 所谓“小段”，指的是小于MSS尺寸的数据块，所谓“未被确认”，是指一个数据块发送出去后，没有收到对方发送的ACK确认该数据已收到。

举个例子，比如之前的blog中的实验，一开始client端调用socket的write操作将一个int型数据(称为A块)写入到网络中，由于此时连接是空闲的（也就是说还没有未被确认的小段），因此这个int型数据会被马上发送到server端，接着，client端又调用write操作写入‘/r/n’（简称B块），这个时候，A块的ACK没有返回，所以可以认为已经存在了一个未被确认的小段，所以B块没有立即被发送，一直等待A块的ACK收到（大概40ms之后），B块才被发送。整个过程如图所示：

![aHR0cHM6Ly9waWM0LnpoaW1nLmNvbS81MC80MDhhYjg3MTRiMDE4N2U5NzM4NjcyNTY3Zjg1NTAxOF9oZC5qcGc][]![aHR0cHM6Ly9waWM0LnpoaW1nLmNvbS84MC80MDhhYjg3MTRiMDE4N2U5NzM4NjcyNTY3Zjg1NTAxOF9oZC5qcGc][]

这里还隐藏了一个问题，就是A块数据的ACK为什么40ms之后才收到？这是因为TCP/IP中不仅仅有nagle算法，还有一个**ACK延迟机制** 。当Server端收到数据之后，它并不会马上向client端发送ACK，而是会将ACK的发送延迟一段时间（假设为t），它希望在t时间内server端会向client端发送应答数据，这样ACK就能够和应答数据一起发送，就像是应答数据捎带着ACK过去。在我之前的时间中，t大概就是40ms。这就解释了为什么'/r/n'(B块)总是在A块之后40ms才发出。

如果你觉着nagle算法太捣乱了，那么可以通过**设置TCP\_NODELAY将其禁用** 。当然，更合理的方案还是**应该使用一次大数据的写操作，而不是多次小数据的写操作。**

[Nagle]: https://link.zhihu.com/?target=https%3A//en.wikipedia.org/wiki/Nagle%2527s_algorithm
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