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。

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

• 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

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

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

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：

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