一次简单的 HTTP 调用，为什么时延这么大？抓个包分析下

试想如果应用程序每次产生 1 个字节的数据，然后这 1 个字节数据又以网络数据包的形式发送到远端服务器，那么就很容易导致网络由于太多的数据包而过载。在这种典型情况下，传送一个只拥有1个字节有效数据的数据包，却要花费 40 个字节长包头(即 IP 头部 20 字节 + TCP 头部 20 字节)的额外开销，这种有效载荷(payload)的利用率是极其低下。

Nagle 算法的内容比较简单，以下是伪代码：

if there is new data to send  
if the window size >= MSS and available data is >= MSS  
send complete MSS segment now  
else  
if there is unconfirmed data still in the pipe  
enqueue data in the buffer until an acknowledge is received  
else 
send data immediately  
end if 
end if 
end if 

具体的做法就是：

• 如果发送内容大于等于 1 个 MSS， 立即发送;
• 如果之前没有包未被 ACK， 立即发送;
• 如果之前有包未被 ACK， 缓存发送内容;
• 如果收到 ACK， 立即发送缓存的内容。(MSS 为 TCP 数据包每次能够传输的最大数据分段)

5.3 Delayed ACK 又是什么玩意?

大家都知道 TCP 协议为了保证传输的可靠性，规定在接受到数据包时需要向对方发送一个确认。只是单纯的发送一个确认，代价会比较高(IP 头部 20 字节 + TCP 头部 20 字节)。TCP Delayed ACK(延迟确认)就是为了努力改善网络性能，来解决这个问题的，它将几个 ACK 响应组合合在一起成为单个响应，或者将 ACK 响应与响应数据一起发送给对方，从而减少协议开销。

具体的做法是：

• 当有响应数据要发送时，ACK 会随响应数据立即发送给对方;
• 如果没有响应数据，ACK 将会延迟发送，以等待看是否有响应数据可以一起发送。在 Linux 系统中，默认这个延迟时间是 40ms;
• 如果在等待发送 ACK 期间，对方的第二个数据包又到达了，这时要立即发送 ACK。但是如果对方的三个数据包相继到达，第三个数据段到达时是否立即发送 ACK，则取决于以上两条。

5.4 Nagle 与 Delayed ACK 一起会发生什么化学反应?

Nagle 与 Delayed ACK 都能提高网络传输的效率，但在一起会好心办坏事。例如，以下这个场景：

A 和 B 进行数据传输 : A 运行 Nagle 算法，B 运行 Delayed ACK 算法。

如果 A 向 B 发一个数据包，B 由于 Delayed ACK 不会立即响应。而 A 使用 Nagle 算法，A 就会一直等 B 的 ACK，ACK 不来一直不发送第二个数据包，如果这两个数据包是应对同一个请求，那这个请求就会被耽误了 40ms。

5.5 抓个包玩玩吧

我们来抓个包验证下吧，在后端HTTP服务上执行以下脚本，就可以轻松完成抓包过程。

and 
 host  
10.48 
. 
159.165 
 -s  
0 
 -w traffic.pcap 

如下图，这是使用 Wireshark 分析包内容的展示，红框内是一个完整的 POST 请求处理过程，看 130 序号和 149 序号之间相差 40ms(0.1859 - 0.1448 = 0.0411s = 41ms)，这个就是 Nagle 与 Delayed ACK 一起发送的化学反应，其中 10.48.159.165 运行的是 Delayed ACK，10.22.29.180 运行的是 Nagle 算法。10.22.29.180 在等 ACK，而 10.48.159.165 触发了 Delayed ACK，这样傻傻等了 40ms。

这也就解释了为什么测试环境耗时是 39.2ms，因为大部分都被 Delayed ACK 的 40ms 给耽误了。

但是本地复现时，为什么本地测试的平均时延是 55ms，而不是 ping 的时延 26ms?我们也来抓个包吧。

如下图，红框内是一个完整的 POST 请求处理过程，看 8 序号和 9 序号之间相差 25ms 左右，再减去网络延时约是ping延时的一半 13ms，因此 Delayed Ack 约 12ms 左右(由于本地是 MAC 系统与 Linux 有些差异)。

1. Linux 使用的是 /proc/sys/net/ipv4/tcp_delack_min 这个系统配置来控制 Delayed ACK 的时间，Linux 默认是 40ms； 
2.MAC 是通过 net.inet.tcp.delayed_ack 系统配置来控制 Delayed ACK 的。 
delayed_ack=0 responds after every packet (OFF) 
delayed_ack=1 always employs delayed ack, 6 packets can get1 ack 
delayed_ack=2immediate ack after 2ndpacket, 2 packets per ack (Compatibility 
Mode) 
delayed_ack=3should autodetect when to employ delayed ack, 4packets per ack. (DEFAULT)设置为 0 表示禁止延迟 ACK，设置为 1 表示总是延迟 ACK，设置为 2 表示每两个数据包回复一个 ACK，设置为 3 表示系统自动探测回复 ACK 的时机。 

5.6 为什么 TCP_NODELAY 能够解决问题?

TCPNODELAY 关闭了 Nagle 算法，即使上个数据包的 ACK 没有到达，也会发送下个数据包，进而打破 Delayed ACK 造成的影响。一般在网络编程中，强烈建议开启 TCPNODELAY，来提升响应速度。

当然也可以通过 Delayed ACK 相关系统的配置来解决问题，但由于需要修改机器配置，很不方便，因此，这种方式不太推荐。

6. 总结

（编辑：晋中站长网）

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