Nagle算法與CORK算法區別

以下內容轉自:http://blog.163.com/li_xiang1102/blog/static/607140762011111103213616/

1. Nagel算法

        TCP/IP協議中,無論發送多少數據,總是要在數據前面加上協議頭,同時,對方接收到數據,也需要發送ACK表示確認。爲了儘可能的利用網絡帶寬,TCP總是希望儘可能的發送足夠大的數據。(一個連接會設置MSS參數,因此,TCP/IP希望每次都能夠以MSS尺寸的數據塊來發送數據)。
Nagle算法就是爲了儘可能發送大塊數據,避免網絡中充斥着許多小數據塊。

        Nagle算法的基本定義是任意時刻,最多只能有一個未被確認的小段。 所謂“小段”,指的是小於MSS尺寸的數據塊,所謂“未被確認”,是指一個數據塊發送出去後,沒有收到對方發送的ACK確認該數據已收到

        Nagle算法的規則(可參考tcp_output.c文件裏tcp_nagle_check函數註釋):

      (1)如果包長度達到MSS,則允許發送;

      (2)如果該包含有FIN,則允許發送;

      (3)設置了TCP_NODELAY選項,則允許發送;

      (4)未設置TCP_CORK選項時,若所有發出去的小數據包(包長度小於MSS)均被確認,則允許發送;

      (5)上述條件都未滿足,但發生了超時(一般爲200ms),則立即發送。


        Nagle算法只允許一個未被ACK的包存在於網絡,它並不管包的大小,因此它事實上就是一個擴展的停-等協議,只不過它是基於包停-等的,而不是基於字節停-等的。Nagle算法完全由TCP協議的ACK機制決定,這會帶來一些問題,比如如果對端ACK回覆很快的話,Nagle事實上不會拼接太多的數據包,雖然避免了網絡擁塞,網絡總體的利用率依然很低。

        Nagle算法是silly window syndrome(SWS)預防算法的一個半集。SWS算法預防發送少量的數據,Nagle算法是其在發送方的實現,而接收方要做的時不要通告緩衝空間的很小增長,不通知小窗口,除非緩衝區空間有顯著的增長。這裏顯著的增長定義爲完全大小的段(MSS)或增長到大於最大窗口的一半。

注意
BSD的實現是允許在空閒鏈接上發送大的寫操作剩下的最後的小段,也就是說,當超過1個MSS數據發送時,內核先依次發送完n個MSS的數據包,然後再發送尾部的小數據包,其間不再延時等待。(假設網絡不阻塞且接收窗口足夠大)


        舉個例子,比如之前的blog中的實驗,一開始client端調用socket的write操作將一個int型數據(稱爲A塊)寫入到網絡中,由於此時連接是空閒的(也就是說還沒有未被確認的小段),因此這個int型數據會被馬上發送到server端,接着,client端又調用write操作寫入‘\r\n’(簡稱B塊),這個時候,A塊的ACK沒有返回,所以可以認爲已經存在了一個未被確認的小段,所以B塊沒有立即被髮送,一直等待A塊的ACK收到(大概40ms之後),B塊才被髮送。整個過程如圖所示:

Nagle 算法 - Shiney - Shiney
          這裏還隱藏了一個問題,就是A塊數據的ACK爲什麼40ms之後才收到?這是因爲TCP/IP中不僅僅有nagle算法,還有一個TCP確認延遲機制 。當Server端收到數據之後,它並不會馬上向client端發送ACK,而是會將ACK的發送延遲一段時間(假設爲t),它希望在t時間內server端會向client端發送應答數據,這樣ACK就能夠和應答數據一起發送,就像是應答數據捎帶着ACK過去。在我之前的時間中,t大概就是40ms。這就解釋了爲什麼'\r\n'(B塊)總是在A塊之後40ms才發出。
        當然,TCP確認延遲40ms並不是一直不變的,TCP連接的延遲確認時間一般初始化爲最小值40ms,隨後根據連接的重傳超時時間(RTO)、上次收到數據包與本次接收數據包的時間間隔等參數進行不斷調整。另外可以通過設置TCP_QUICKACK選項來取消確認延遲。
        關於TCP確認延遲的詳細介紹可參考:
http://blog.csdn.net/turkeyzhou/article/details/6764389



2. TCP_NODELAY 選項

        默認情況下,發送數據採用Negale 算法。這樣雖然提高了網絡吞吐量,但是實時性卻降低了,在一些交互性很強的應用程序來說是不允許的,使用TCP_NODELAY選項可以禁止Negale 算法。

        此時,應用程序向內核遞交的每個數據包都會立即發送出去。需要注意的是,雖然禁止了Negale 算法,但網絡的傳輸仍然受到TCP確認延遲機制的影響。



3. TCP_CORK 選項

        所謂的CORK就是塞子的意思,形象地理解就是用CORK將連接塞住,使得數據先不發出去,等到拔去塞子後再發出去。設置該選項後,內核會盡力把小數據包拼接成一個大的數據包(一個MTU)再發送出去,當然若一定時間後(一般爲200ms,該值尚待確認),內核仍然沒有組合成一個MTU時也必須發送現有的數據(不可能讓數據一直等待吧)。
        然而,TCP_CORK的實現可能並不像你想象的那麼完美,CORK並不會將連接完全塞住。內核其實並不知道應用層到底什麼時候會發送第二批數據用於和第一批數據拼接以達到MTU的大小,因此內核會給出一個時間限制,在該時間內沒有拼接成一個大包(努力接近MTU)的話,內核就會無條件發送。
也就是說若應用層程序發送小包數據的間隔不夠短時,TCP_CORK就沒有一點作用,反而失去了數據的實時性(每個小包數據都會延時一定時間再發送)。


4. Nagle算法與CORK算法區別

 
Nagle算法和CORK算法非常類似,但是它們的着眼點不一樣,Nagle算法主要避免網絡因爲太多的小包(協議頭的比例非常之大)而擁塞,而CORK算法則是爲了提高網絡的利用率,使得總體上協議頭佔用的比例儘可能的小如此看來這二者在避免發送小包上是一致的,在用戶控制的層面上,Nagle算法完全不受用戶socket的控制,你只能簡單的設置TCP_NODELAY而禁用它,CORK算法同樣也是通過設置或者清除TCP_CORK使能或者禁用之,然而Nagle算法關心的是網絡擁塞問題,只要所有的ACK回來則發包,而CORK算法卻可以關心內容,在前後數據包發送間隔很短的前提下(很重要,否則內核會幫你將分散的包發出),即使你是分散發送多個小數據包,你也可以通過使能CORK算法將這些內容拼接在一個包內,如果此時用Nagle算法的話,則可能做不到這一點。


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