[分享] 19- TCP 协议（Nagle）

前面我们所用的 unp/protocol/tools/winclient/echo_cli.cpp 程序的特别之处是它总会发送一个小分组（TCP 段，只有 41 字节）到服务器。这样的小分组在英文中称为 tinygram，在网络状态好的情况下，比如局域网中，通常不会引起什么麻烦。但是在广域网中，这样的小分组会增加网络拥塞的可能。

为了能够减少这样的 tinygram 在网络中的数量，在 TCP 协议栈中，默认使用了 Nagle 算法。

1. Nagle 算法
Nagle 算法要求：

一个 TCP 连接上最多只能有一个未被确认的未完成的小分组，在它到达目的地前，不能发送其它分组。
在上一个小分组未到达目的地前，即还未收到它的 ack 前，TCP 会收集后来的小分组。当上一个小分组的 ack 收到后，TCP 就将收集的小分组合并成一个大分组发送出去。
在广域网中，一般网络延时都比较大，小分组发送出去后，可能要等很久才会收到 ack，因此，在收到 ack 前，发送方可能会累积好多好多未发送的小分组。


这里写图片描述
图1 Nagle 算法如何处理小分组
在图 1 中，客户端首先发送了一个字符 l 给服务器，在收到服务器的回应前，客户端又发送了三个分组，根据 Nagle 算法规则，在未收到 ack 前，这些小分组都不能发出去。收到 ack 后，tcp 将这三个小分组合并成一个，一次性发出去。

2. 实验 1（开启 Nagle 算法）
默认情况下 Nagle 算法就是开启的。

在图 1 中，假设往返时间是 16ms，要想在这 16ms 里连续发送 4 个字符 l, o, v, e 几乎是不可能的，这意味着我们每秒打字速度要超过 250 个左右，16 ms 里发送至少 2 个字符，打字速度也得要超过每秒 60 个。那么如何在实验中模拟快速发送字符呢？

客户端 echo_client.cpp 提供了一个选项，它能帮我们在键入一个字符时，连续将此字符发送多次。比如键入字符 x，echo_client.cpp 会在极短时间内将 x 发送很多次。

客户端路径：unp/protocol/tools/winclient/echo_client.cpp，部署在 windows 上。
服务器路径：unp/protocol/tools/tcpserver/echo_serv.c，部署在 Linux 上。
2.1 实验步骤
在 Linux 上启动服务器 echo_serv
$ ./echo_serv 192.168.80.130 8000
1
在 Windows 上打开 OmniPeek 抓包
Windows 上启动 echo_client.exe
// 注意 echo_client 后面又加了个参数 5，表示将输入的字符连续发送 5 次
echo_client.exe 192.168.80.130 8000 5
1
2
接下来，我在 client 中键入了一个字符 x，然后按 q 键结束。

2.2 抓包结果

这里写图片描述
图2 OmniPeek 抓的数据
图 2 中，客户端首先发送了一个字符 x 过去，接下来等待 ack，在此期间，客户端又请求发送了四个 x，TCP 将这些后来的小分组收集，当收到 ack 后，将这 4 个 x 合并成了一个分组一次发送出去。

3. 实验 2（关闭 Nagle 算法）
这一次我们关闭 Nagle 算法。

和实验 1 不同的地方在于，客户端启动的时候，再加一个参数，NONAGLE.

// 启动客户端

echo_client.exe 192.168.80.130 8000 5 NONAGLE
1
2
3
同样的在客户端中输入一个字符 x，此时客户端会帮我们连续发送 5 次 x，然后按 q 退出。抓包结果如下：


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图3 没有 Nagle 算法的情况下，客户端发数据的结果
从图 3 中可以看到，红色框框包含的那 5 个数据包，在极短的时间内被发送出去，TCP 在发送第一个包后，并没有等待对方回送的确认。

4. 总结
掌握 Nagle 算法的规则
有 Nagle 算法和无 Nagle 有什么不同