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心跳机制是在计算机系统、网络通信和许多其他技术领域广泛应用的一种机制#xff0c;用于检测两个实体之间的连接是否仍然活跃#xff0c;或者设备是否还在正常运行。就是每隔一段时间发送一个固定的消息给服务端#xff0c;服务端回复一个固定… 心跳机制 什么是心跳机制
心跳机制是在计算机系统、网络通信和许多其他技术领域广泛应用的一种机制用于检测两个实体之间的连接是否仍然活跃或者设备是否还在正常运行。就是每隔一段时间发送一个固定的消息给服务端服务端回复一个固定消息如果服务端一段时间没有收到固定消息就自动断开连接 心跳机制有什么用
在长连接下 可能很长时间都没有数据往来理论上说 这个连接是一直保持连接得 但实际情况 会因为什么故障什么的 难以维持连接在这个时候 我们要知道 需要心跳包的 用于保持长时间连接 和保活 心跳机制怎么实现
1 应用层自己的心跳包
2 使用SO_KEEPALIVE 套接字选项
3 在一些硬件设备中例如网络路由器会有专门的芯片和电路来实现心跳机制 拥塞控制
算机网络领域中用于管理和防止网络拥塞的一系列机制 为什么要拥塞控制
1 网络中的链路容量和交换结点的缓存机制和处理机制都有工作极限 当网络需求超过它的工作极限时候 就会出现拥塞
2 在网络拥塞时候 如果继续发送大量数据包 肯会导致数据包时延 丢失等
3 这是TCP就会重传数据 但是这一重传会导致网络负担更重 于是导致更大时延以及更多丢包 这个情况会导致恶性循环不断放大 控制方法和触发机制
慢开始Slow - Start 原理在连接建立初期发送方会以一个较小的拥塞窗口开始发送数据这个窗口大小通常初始化为 1 个或几个最大报文段长度MSS。然后每次收到接收方的确认ACK拥塞窗口就会成倍增加。目的通过这种方式发送方可以快速探测网络的可用带宽同时避免一开始就向网络中注入过多的数据包而导致拥塞。拥塞避免Congestion Avoidance 原理当拥塞窗口增长到一定程度后发送方进入拥塞避免阶段。在这个阶段拥塞窗口不再成倍增长而是每次收到一个 ACK 后cwnd 增加 1MSS。这类似于在发现事情进展比较顺利后开始放慢扩张的速度更加谨慎地前进以防止过度扩张导致问题。目的这种线性增长方式可以使发送方更加平稳地利用网络带宽避免过快地占用网络资源而引发拥塞。快速重传Fast Retransmit 原理当接收方收到乱序的数据包时会立即发送重复的 ACK告知发送方期望收到的数据包序列号。如果发送方收到三个或更多连续的重复 ACK就会认为相应的数据包丢失了然后立即重传该数据包而不需要等待超时定时器RTO到期。目的这种机制可以快速恢复丢失的数据包减少数据传输的延迟因为等待 RTO 到期的时间通常比收到三个重复 ACK 的时间长。快速恢复Fast Recovery 原理在快速重传之后发送方会进入快速恢复阶段。此时发送方会将拥塞窗口减半cwnd cwnd/2同时将慢启动阈值设置为当前拥塞窗口的值。目的快速恢复机制使得发送方可以在数据包丢失后尽快地调整发送策略恢复数据传输同时避免过度降低发送速率以保持网络的利用率。 实现方式
端到端End - to - End拥塞控制
这是一种在传输层如 TCP 协议实现的拥塞控制方式。发送端根据从接收端反馈的信息如 ACK来调整发送策略。
网络辅助Network - Assisted拥塞控制
这种方式是由网络中的路由器等设备参与拥塞控制。路由器可以监测经过它的数据包流量当发现拥塞迹象时向发送端发送拥塞反馈信息。 Nagle算法
为了发送大数据块 避免网络拥塞许多小数据块 什么是Nagle算法
Nagle 算法是一种用于网络拥塞控制的算法主要应用在 TCP 协议中。它的目的是减少网络中因频繁发送小数据包而导致的带宽浪费和网络拥塞
运输相同数量的人 利用出租车 和大客车 大客车数量少更不容易造成拥堵
所以再传输数据时候 利用路由器 再每个包里存放数量越大 包个数越少 传递速度越快
Nalge算法也是TCP发送端产生粘包问题主要原因 算法规则
1 如果包长度达到mss(最大报文长度)则允许发送
2 如果该包含FIN则允许发送
3 设置TCP_NODELAY选项允许发送
4 未设置TCP_CORK选项网络比较通畅时 则所有发送出去的最小数据包小于mss长度
5 上述条件都未满足时候 但发生超时一般200ms则立即发送 Nagle算法是默认打开的
Nagle算法是默认打开的 如果对应一些需要小数据包交互场景程序 比如talent ssh这样交互性比较强的程序 则需要关闭Nagle算法 TCP特有功能 1 RTT 往返时延 往返时延RTT是指从发送端发送数据开始到发送端收到来自接收端的确认ACK所经历的时间。它是计算机网络性能评估中的一个重要指标
RTT决定三部分 1 链路传播时间 2 末端系统处理时间 3 路由器缓存和排队时间和处理时间 2 RTO 超时重传 RTO即超时重传时间是指在 TCP协议中发送端在发送数据后等待接收端确认ACK的最长时间。如果在这个时间内没有收到 ACK发送端就会认为数据包丢失从而进行重传。这是一种保障数据可靠传输的机制 TCP发送一个报文段 就对此报文段设置一个超时重传计时器 这个计时器设置超时重传时间应当略大于TCP报文段平均往返时延PTO2RTT 影响因素
网络拥塞程度当网络拥塞严重时数据包的传输延迟会增加往返时延RTT也会随之增大。
链路质量和稳定性链路的质量差如信号干扰大、带宽不足等或者稳定性差如频繁断连会影响 RTT 的测量从而影响 RTO 的计算。
接收端和发送端的处理能力如果接收端或发送端的处理速度慢例如接收端处理数据包的速度跟不上接收速度可能会导致 ACK 返回延迟使得发送端误认为数据包丢失而触发 RTO。 可以根据实时 情况调整RTO 3 累计应答 1 累计几个data包一起回复ack效率高 2 累计几个和滑动窗口TCP有关 3 ack4001代表seq4000之前数据都接收成功
优点
减少网络开销通过累计应答可以减少确认消息的数量。如果对每个数据包都单独发送确认在网络中会产生大量的确认消息占用网络带宽和设备资源。而累计应答机制使得确认消息的数量与按序接收的数据包组数量相对应有效降低了网络中的信令开销。
提高确认效率这种机制与发送方的发送策略如滑动窗口机制配合良好。发送方可以根据累计确认来判断接收方的接收情况快速了解哪些数据包已经被成功接收哪些可能丢失或延迟。 4 滑动窗口 滑动窗口Sliding Window是一种流量控制和可靠传输的机制主要应用于传输协议如 TCP 协议中。它允许发送方在未收到接收方确认的情况下连续发送多个数据包这些数据包的数量由窗口大小决定。可以将滑动窗口想象成一个有固定容量的管道。发送方在这个管道中填充数据包发送给接收方接收方从管道的另一端接收数据包并进行处理。窗口大小就代表了这个管道的容量它决定了发送方一次最多能发送多少个数据包。
优点
流量控制通过接收方窗口大小的反馈滑动窗口机制能够有效地控制发送方的发送速率使其与接收方的接收能力相匹配。这样可以避免接收方因为来不及处理过多的数据包而导致数据丢失或性能下降。提高传输效率与逐个发送数据包并等待确认的方式相比滑动窗口允许发送方在等待确认的同时发送多个数据包大大提高了数据传输的效率。特别是在网络延迟较高的情况下滑动窗口机制可以充分利用等待确认的时间来发送更多的数据包减少了传输时间。可靠传输结合累计应答机制滑动窗口能够确保数据的可靠传输。发送方可以根据接收方的确认消息准确地判断哪些数据包已经被成功接收哪些需要重传。
有了窗口 可以指定窗口大小 。 窗口大小每到达最大限度等待应答可以继续发送到数据最大值。
