為什么需要將服務(wù)器在地理位置上靠近用戶? 原因之一是獲得較低的延遲。 當(dāng)您發(fā)送應(yīng)盡快傳送的短數(shù)據(jù)突發(fā)時(shí)，這很有意義。 但是，大文件(例如視頻)呢? 接收第一個(gè)字節(jié)肯定會(huì)帶來(lái)延遲損失，但是在那之后難道不是一帆風(fēng)順嗎?

通過(guò)TCP(例如HTTP)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，常見的誤解是帶寬與延遲無(wú)關(guān)。 但是，對(duì)于TCP，帶寬是延遲和時(shí)間的函數(shù)。 讓我們看看如何。

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握手

在客戶端可以開始向服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)之前，它需要為TCP執(zhí)行一次握手，為TLS執(zhí)行一次握手。

TCP使用三向握手來(lái)創(chuàng)建新連接。

• 發(fā)送方選擇一個(gè)隨機(jī)生成的序列號(hào)" x"，并將SYN數(shù)據(jù)包發(fā)送給接收方。
• 接收器遞增" x"，選擇一個(gè)隨機(jī)生成的序列號(hào)" y"，然后發(fā)回SYN / ACK數(shù)據(jù)包。
• 發(fā)送方增加序列號(hào)，并用ACK數(shù)據(jù)包和應(yīng)用程序數(shù)據(jù)的第一個(gè)字節(jié)進(jìn)行回復(fù)。

TCP使用序列號(hào)來(lái)確保按順序傳送數(shù)據(jù)且沒(méi)有空洞。

握手會(huì)引入完整的往返，這取決于基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的延遲。 TLS握手也最多需要兩次往返。 在TLS連接打開之前，無(wú)法發(fā)送任何應(yīng)用程序數(shù)據(jù)，這意味著在此之前您的帶寬出于所有目的和目的均為零。 往返時(shí)間越短，建立連接的速度就越快。

流量控制

流控制是一種退避機(jī)制，旨在防止發(fā)送方壓倒接收方。

接收器將等待應(yīng)用程序處理的傳入TCP數(shù)據(jù)包存儲(chǔ)到接收緩沖區(qū)中。

每當(dāng)接收方確認(rèn)數(shù)據(jù)包時(shí)，接收方還將其大小發(fā)送回發(fā)送方。 如果發(fā)件人遵守協(xié)議，則應(yīng)避免發(fā)送更多可能容納在收件人緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)。

此機(jī)制與應(yīng)用程序級(jí)別的速率限制不太相似。 但是，TCP不是在API密鑰或IP地址上進(jìn)行速率限制，而是在連接級(jí)別上進(jìn)行速率限制。

發(fā)送方和接收方之間的往返時(shí)間(RTT)越短，發(fā)送方將其出站帶寬調(diào)整到接收方容量的速度就越快。

擁塞控制

TCP不僅可以防止接收器不堪重負(fù)，還可以防止淹沒(méi)底層網(wǎng)絡(luò)。

發(fā)送者如何找出底層網(wǎng)絡(luò)的可用帶寬是多少? 估計(jì)它的唯一方法是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行測(cè)量。

這個(gè)想法是發(fā)送者維護(hù)一個(gè)所謂的"擁塞窗口"。 該窗口表示無(wú)需等待對(duì)方的確認(rèn)就可以發(fā)送的未完成數(shù)據(jù)包的總數(shù)。 接收器窗口的大小限制了擁塞窗口的最大大小。 擁塞窗口越小，在任何給定時(shí)間可以傳輸?shù)淖止?jié)越少，并且占用的帶寬越少。

建立新連接后，擁塞窗口的大小將設(shè)置為系統(tǒng)默認(rèn)值。 然后，對(duì)于每個(gè)確認(rèn)的數(shù)據(jù)包，該窗口的大小都會(huì)成倍增加。 這意味著建立連接后，我們無(wú)法立即使用網(wǎng)絡(luò)的全部容量。 同樣，往返時(shí)間越短，發(fā)件人就可以越快地開始利用基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的帶寬。

如果丟包怎么辦? 當(dāng)發(fā)件人通過(guò)超時(shí)檢測(cè)到錯(cuò)過(guò)的確認(rèn)時(shí)，就會(huì)啟動(dòng)一種稱為"避免擁塞"的機(jī)制，從而減小擁塞窗口的大小。 從那時(shí)起，時(shí)間將窗口大小增加了一定數(shù)量，而超時(shí)又將窗口大小減少了一些。

如前所述，擁塞窗口的大小定義了無(wú)需等待確認(rèn)即可發(fā)送的最大位數(shù)。 發(fā)件人需要等待完整的往返行程才能獲得確認(rèn)。 因此，通過(guò)將擁塞窗口的大小除以往返時(shí)間，可以得到最大的理論帶寬：

這個(gè)簡(jiǎn)單的方程式表明帶寬是等待時(shí)間的函數(shù)。 TCP會(huì)盡力優(yōu)化窗口大小，因?yàn)樗鼰o(wú)法解決往返時(shí)間。 但是，這并不總是能產(chǎn)生最佳配置。

總之，擁塞控制是一種自適應(yīng)機(jī)制，用于推斷網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)帶寬和擁塞。 類似的模式也可以應(yīng)用于應(yīng)用程序級(jí)別。 想一想當(dāng)您在Netflix上觀看電影時(shí)會(huì)發(fā)生什么。 開始模糊; 然后，它會(huì)穩(wěn)定到合理的水平，直到出現(xiàn)打ic為止，然后質(zhì)量再次變差。 應(yīng)用于視頻流的這種機(jī)制稱為自適應(yīng)比特率流。

記住這一點(diǎn)

如果您使用的是HTTP，那么您將受基礎(chǔ)協(xié)議的約束。 如果您不知道香腸的制作方法，就無(wú)法獲得最佳性能。

突發(fā)請(qǐng)求受到冷啟動(dòng)懲罰。 可能需要多次往返，才能發(fā)送帶有TCP和TLS握手的第一個(gè)字節(jié)。 而且由于擁塞控制的工作方式，往返時(shí)間越短，底層網(wǎng)絡(luò)的帶寬利用就越好。

關(guān)于此主題的所有書籍都已經(jīng)寫好了，您可以做很多事情來(lái)壓縮每一盎司的帶寬。 但是，如果您必須記住關(guān)于TCP的一件事，那就這樣：

您發(fā)送數(shù)據(jù)的速度不能超過(guò)光速，但是您可以做的是使服務(wù)器離客戶端更近，并重新使用連接以避免冷啟動(dòng)的代價(jià)。