网络协议：TCP保活机制和Nagle算法

一 Nagle算法背景

有时候，我们可能会遇到一些很小的分组，比如，20字节的IP首部，20字节的TCP首部和1字节的数据，如果很多这样的小分组数据，在局域网一般不会出现拥塞，但是在广域网就可有可能。所以Nagle算法就是为了解决这样的小分组问题

二 Nagle算法详解

#1 TCP连接上最多只能有一个未被确认的小分组，该分组的确认到达之前不能发送其他的小分组

#2 发送端需要收集这些小分组,然后在未被确认的小分组确认的时候，就可以将收集的这些小分组组成一个报文段发送出去

#3 但是如果长时间没有被确认，就不发送收集的分组数据吗。满足以下三个任何一个条件，都可以发送出去：

第一：如果窗口长度大于MSS(1460)且数据字节长度大于或等于MSS

第二：等待了一定的时间(默认200毫秒)

第三：如果有紧急数据发送

三延迟确认

延迟确认

如果TCP对每一个报文段都进行ack确认，那么只是一个单独的报文段，只为发送一个ack代价比较高，所以TCP会延迟一端时间，如果这段时间内有数据发送到对端，则捎带发送ACK确认；或者在ACK定时器触发的时候，发现ACK尚未发送，则立即单独发送。

如果Nagle算法遇上了延迟确认怎么办？

第一次写入的数据到达对端之后，对端延迟确认，不发送ACK确认，而本端因为要发送的数据长度小于MSS，所以Nagle算法起作用，数据并不会立即发送，而是需要对端确认第一次发送的白文段的ACK,如果一直不ACK,只有等待对端超时才发送ACK，然后本端才能发送数据，从而会带来延迟。

四禁用Nagle算法

默认情况下TCP是开启Nagle算法的，但是并不是适用于所有场景。Nagle算法比较适用于发送方发送大批量的小数据，提高了网络吞吐量，但是降低了实时性。但是在有些实时性比较强的应用程序，是不允许的，所以可以禁止Nagle算法。

那如何禁止Nagle算法呢？

我们可以通过参数tcp_nodelay来禁用。

五 Keepalive保活机制

如果发送端和接收端建立了连接，但是一直没有数据通信，连接是不会自动释放，除非重启了（一个空闲的TCP连接没有任何的数据交换）。

一般我们使用keepalive时会修改空闲时长，避免资源浪费，系统内核会为每一个TCP连接建立一个保护记录，相对于应用层面效率更高。

常见的几种使用场景：

#1 检测挂掉的连接 (导致连接挂掉的原因很多，如服务停止、网络波动、宕机、应用重启等)

#2 防止因为网络不活动而断连（使用NAT代理或者防火墙的时候，经常会出现这种问题）

#3 TCP层面的心跳检测

tcp_keepalive_time：一个连接需要TCP开始发送keepalive探测数据包之前的空闲时间。以秒为单位

tcp_keepalive_probes：发送TCP keepalive探测数据包的最大数量，默认是9.如果发送9个keepalive探测包后对端仍然没有响应，就关掉这个连接

tcp_keepalive_intvl：发送两个TCP keepalive探测数据包的间隔时间，默认是75秒

六 http协议的keepalive机制和tcp的keepalive机制区别

主要是目的不一样：

在http早期，每个http请求都要求打开一个tpc socket连接，并且使用一次之后就断开这个tcp连接。使用keep-alive可以改善这种状态，即在一次TCP连接中可以持续发送多份数据而不会断开连接。通过使用keep-alive机制，可以减少tcp连接建立次数，也意味着可以减少TIME_WAIT状态连接，以此提高性能和提高httpd服务器的吞吐率。总之，http keep-alive是为了让tcp活得更久一点，以便在同一个连接上传送多个http

TCP协议中，keepalive是TCP保鲜定时器，当网络两端建立了TCP连接之后，闲置idle（双方没有任何数据流发送往来）了tcp_keepalive_time后，服务器内核就会尝试向客户端发送侦测包，来判断TCP连接状况(有可能客户端崩溃、强制关闭了应用、主机不可达等等)。如果没有收到对方的回答(ack包)，则会在 tcp_keepalive_intvl后再次尝试发送侦测包，直到收到对对方的ack,如果一直没有收到对方的ack,一共会尝试 tcp_keepalive_probes次，每次的间隔时间在这里分别是15s, 30s, 45s, 60s, 75s。如果尝试tcp_keepalive_probes,依然没有收到对方的ack包，则会丢弃该TCP连接。TCP连接默认闲置时间是2小时，一般设置为30分钟足够了。

总之，TCP的keepalive机制一种检测TCP连接状况的保鲜机制。

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