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15.1 引言
15.2 交互式通信
15.3 延时确认
15.4 Nagle 算法
15.4.1 延时ACK与Nagle算法结合
15.4.2 禁用Nagle算法
15.5 流量控制与窗口管理
15.5.1 滑动窗口
15.5.2 零窗口与TCP持续计时器
15.5.3 糊涂窗口综合征
15.5.4 大容量缓存与自动调优
15.6 紧急机制…目录
15.1 引言
15.2 交互式通信
15.3 延时确认
15.4 Nagle 算法
15.4.1 延时ACK与Nagle算法结合
15.4.2 禁用Nagle算法
15.5 流量控制与窗口管理
15.5.1 滑动窗口
15.5.2 零窗口与TCP持续计时器
15.5.3 糊涂窗口综合征
15.5.4 大容量缓存与自动调优
15.6 紧急机制
15.7与窗口管理相关的攻击
15.8总结 15.1 引言
两类TCP传输 交互式传输 单个报文小如ssh网络游戏中账号信息鼠标操作等信息。 批量传输 即大量数据传输。如文件共享下载web访问。 需流量控制防止接收端溢出。
15.2 交互式通信
网络中大部分是大批量传输少部分是交互式传输。 ssh是典型交互式数据。 特点小包。 ssh每个输入一个字符会生成4个TCP数据段 1. 客户端指令输入 2. 服务器ACK 3. 服务器执行结果 4. 客户端ACK
其中23可合并一起发送即ACK报文携带回显数据这叫延迟ACK。 TCP段PSH标志含义 表示发送端没有其他数据需要传输。而接收端收到数据后应立即传递给应用层。 因为SSH客户端产生的都是短小信息通常SSH TCP报文都带PSH标志。
15.3 延时确认
延迟ACK TCP不会对收到的每个数据都回复一个ACK而是通过累积ACK后将延迟的ACK和后续需要传的数据结合发送。 常用于批量数据传输中。 好处减少ACK数目减轻网络负载。 而快速ACK即每个报文都会回复一个ACK。
15.4 Nagle 算法
SSH客户端一个单击动作会产生四个TCP报文其中包含TCP头IP头等开销代价很高会加重广域网阻塞。 解决方法Nagle算法 Nagle翻译突然 Nagle原理 若发送端没有收到所有数据的ACK时不发送小报文。直到所有在传数据收到ACK在这个等待期间会整合多个小数据通过一个更大报文发送。 所以ACK返回越快数据发送越快。 优点在高延迟网络中可整合小数据减少小包数目。
缺点增加了时延。 Nagle算法适用场景 频繁传输小数据块并延迟不敏感。
15.4.1 延时ACK与Nagle算法结合
延时ACK延迟发送ACK用于减少ACK包的数量降低网络开销。
Nagle算法等待收到所有已发送数据的ACK后期间合并小包成大包再发送数据。 所以可知两者结合使用导致短暂死锁。 所以如果SSH服务器开启了延迟ACK功能客户端最好禁用Nagle。
15.4.2 禁用Nagle算法
Nagle算法增加了时延对实时应用不适合。 如SSH实时网络游戏。 内核协议栈禁用Nagle net.ipv4.tcp_no_delay 1 应用程序禁用 设置socket TCP_NODELAY选项 setsockopt(sockfd, IPPROTO_TCP, TCP_NODELAY, (void *)flag, sizeof(int))
15.5 流量控制与窗口管理
每个TCP报文段包含序列号ACK号窗口大小。 ACK号下一次期待收到的报文序列号说明之前的数据已全部接收。 窗口大小向对方指示自己的接收缓冲区还剩多少空间。
15.5.1 滑动窗口
每对TCP连接的两端都维护一个发送窗口和接收窗口。 其中发送窗口大小由对端的接收窗口通告。 在没收到数据的ACK情况下最多可发送的数据量就是发送窗口大小。 滑动窗口作用 优化网络利用率 滑动窗口允许发送方连续发送多个数据段而不必等待每个数据段ACK。提高网络利用率。 避免拥塞 发送方根据接收方通告的窗口大小来控制发送量避免发送过快而引起拥塞。 发送窗口 一旦收到已发送数据的ACK后就移动窗口可继续发送更多数据。 接收窗口 把接收窗口值给通告给发送方。 收到数据的序列号小于左边界RCV.NXT就是重复报文丢弃数据。 收到数据的序列号大于右左边界RCV.NXTRCV.WND超出处理范围丢弃数据。
15.5.2 零窗口与TCP持续计时器
TCP通过接收端的窗口通告实现流量控制。指示接收端缓冲区可接收数量。 通告的接收窗口为0时可阻止对方发送。 接收端缓冲区重新有可用空间时可传输一个窗口更新给发送端。该窗口更新是一个纯ACK不包含数据。 问题 如果接收端的窗口更新报文丢失而发送方需要等到窗口更新报文才可继续发送。造成死锁。
解决方法 周期向接收端查询窗口值即发送窗口探测接收端回复一个ACK报文其中包含窗口大小。 TCP报文是纯ACK则不会重传ACK。
TCP报文不是纯ACK会重传ACK和数据。
15.5.3 糊涂窗口综合征
糊涂窗口综合征SWS 出现原因有 接收端没等到窗口变大就通告导致通告的窗口小。 发送端没等到将小数据合成更大报文就方法导致发送数据小。 坏处 传输的TCP数据很小。传输效率低。 解决方法 接收端不通告小窗口值。 发送端不发送小报文段由Nagle控制如何发送。
15.5.4 大容量缓存与自动调优
不必提前设置一个过大发送/接收缓存。而是根据待传数据大小不断估算缓存大小不断通告窗口大小。 即窗口自动调优。 如何设置窗口的自动调优范围 接收窗口 net.ipv4.tcp_rmem 4096 87380 174760 发送窗口 net.ipv4.tcp_wmem 4096 87380 174760 上述三个值分别是最小值默认值最大值。 最小值 应用程序设置发送缓冲区小于最小值时内核自动扩大到最小值如4096。
默认值 应用程序未指定发送缓冲区大小时内核会使用这个默认值。
最大值 应用程序不能设置发送缓冲区的大小超过最大值。 自动调优 当接收端根据接收缓存区剩余大小动态发送窗口更新报文给发送端控制发送端发送速率。 若TCP的接收缓存区太小会严重限制TCP吞吐量。 小结接收窗口和发送窗口值会根据网络环境和系统配置而动态调整通常范围为几KB到几MB。
15.6 紧急机制
TCP URG标志 指示该TCP报文包含紧急数据。 MSG_OOB标志可发送接收带外数据。 带外数据使用带外额外通道来传输数据可不受滑动窗口控制实现传输紧急数据。 MSG_OOB使用方法如 send(socket_fd, buff, buff_len, MSG_OOB); recv(socket_fd, buffer, MAX_BUFFER_SIZE, MSG_OOB);
MSG_OOB数据比普通数据有更高优先级。
15.7与窗口管理相关的攻击
通告非常小的窗口让发送方缓慢发送并保持忙碌发送耗尽资源。
15.8总结
延迟ACK 使用场景交互式通信中当接收方收到数据后延迟回复ACK等到有数据发送时再一起携带ACK发送。 优点减少包数量。 缺点延时增大。 Nagle算法 使用场景广域网中RTT较大的环境中采用Nagle算法可以合并多个小数据包成一个再发送。 优点减少包数量降低传输开销。 缺点延时增大。 延迟ACK和Nagle算法会短暂死锁有的会禁用Nagle算法。 通常延时不敏感的交互式应用可使用Nagle。 当接收端的接收缓存为空会通告窗口为0。此时发送端会停止发送并周期发送窗口探测直到通告不为0。 糊涂窗口综合症 接收端通告了小窗口发送端立即发送小数据导致网络太多小数据。 解决方法 接收端不通告小窗口。 发送端不发送小数据。
