Unix/Linux编程：不要低估TCP的性能&避免重新编写TCP

忘是亡心i 2022-10-08 12:22 74阅读 0赞

# 不要低估TCP的性能 #

TCP是一个复杂的协议，在基本IP数据报的服务基础上添加了可靠性和流量控制功能，而UDP只添加了一个校验和，所以看起来UDP可能要比TCP块一个数量级或者更多。基于这种假设，很多应用程序的程序员都认为只有使用UDP才能获得可接受的性能。在某些情况下，UDP运行的确是比TCP块很多，但并不总是这样的。我们会看到，有时TCP比UDP运行的好得多。

问题：为什么以及在什么情况下UDP的性能会大大超过TCP。

> 首先，TCP更加复杂，所以和UDP相比要进行更多的处理。

总的来说，这两种协议的CPU处理都是在进行数据的复制和校验，因此，在这部分没有什么太大的差别

另外需要注意的是，为了提供可靠性，接收端TCP必须向发送端TCP发送ACK，这就增加了两端程序必须处理的内容，但是工作量可能不会有我们预想的那么多。

*  首先，接收端可以通过它要发回给对等实体的数据来捎带ACK。实际上，很多TCP实现都会将ACK延迟几个毫秒发送，以防止本端应用程序有对输入分段的应答要发送。
 *  第二，TCP没有必要为每个段产生一个ACK。正常情况下，大部分TCP实现都是隔一段发送一个ACK的

> TCP和UDP之间的另一个主要区别在于TCP是面向连接的协议，而UDP是无连接的。

TCP是面向连接的协议，必须进行连接的建立和拆除。通常情况下，连接的建立需要交换三个段。连接拆除需要四个段，但除了最后一个段外，其他所有段通常都可以和包含数据的段一起发送。

其连接建立过程如下图所示：

*  客户端向服务器发送一个SYN(同步段)，请求建立连接。这个段生命了客户端为其数据使用的第一个序列号，一起其他一些连接参数，比如它能够接受的MSS（最大段长度）以及其初始接受窗口的大小
 *  服务端会以它自己的SYN段应答，这个SYN段还包括了对客户端SYN的ACK
 *  最后，客户端对服务器的SYN进行ACK，完成连接建立过程。此时，客户端就可以发送它的第一个数据段中  
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 *  图中RTT表示一个往返时间------分组从一台主机发送到其对等实体再发送回来所需的时间。如上图，连接建立需要花费一又二分之一往返时间。如果客户端和服务器之间的连接维持的时间足够长(比如，有大量数据在客户端和服务器之间传送)，这一个半RTT会由所有的数据分摊，不会对性能产生很严重的影响。但如果有一个简单事务，客户发送一条请求，服务器对其进行应答，那么连接建立时间在整个事务所用时间中就会占据很大部分。因此我们预计，**应用程序仅包含简短的请求/应答会话时，UDP的性能会比TCP好，当连接持续的时间很长，并且传输了大量数据时，TCP的性能会比UDP好得多**

# 避免重新编写TCP #

从上面可以知道，对简单的请求/应答程序来说，UDP的性能会限制由于TCP。这样我们就会考虑将UDP作为这种基于事务的应用程序的协议，但UDP协议是不可靠的，因此可靠性要有应用程序自己提供。

一个合理，健壮的UDP应用程序都必须提供：

*  在合理时间内没有收到应答时，重传请求报文的功能
 *  确保应答和请求正确匹配

可以在发送每条请求时，启动一个RTO定时器来满足第一项要求。如果在收到应答之前定时器到期了，就必须冲段请求

在每条请求之后附加一个序列号，并要求服务器在其应答中携带此序列号就可以很方便的满足第二项要求。

如果要在因特网上运行我们的应用程序，即使在很短的时间间隔内，两台主机间的RTT也可能有很大的差异，因此，定长RTO的效果不会很好。所以，我们希望能够根据网络条件的变化来调整RTO定时器的值。而且，如果RTO定时器确实到期了，很可能是因为原来的值太小了，要为重传增大此值。这样，需要重传时，就要考虑对RTO进行某种类型的指数退避

简单的请求/应答协议就是客户端发送一条数据，然后在发送其他数据报之前要等待服务器的应答。如果应用程序不仅仅需要使用简单的请求/应答协议，或者服务器的应答中可以包含多条数据报的话，就需要提供某种形式的流量控制。比如，如果服务器是人事部分的数据库应用程序，客户端请求“每个雇员的名字和地址”，那么应答中就会包含多条记录，每条记录都作为一个独立的数据报发送，如果没有流量控制，服务器应答中的多条数据报就会使客户端的缓冲区溢出。TCP使用滑动窗口流量控制方式(对数据报而不是字节进行计数)是实现这项功能的一种常见方式。

最后，如果应用程序要连续传送大量的数据报，就需要考虑拥塞控制的问题。不考虑拥塞控制就像网络中插入数据报的应用程序很容易使网络中所有用户的吞吐量急剧下降，甚至会造成网络故障

要使一个基于UDP协议的应用程序变得可靠需要很多步骤，对所有这些进行研究，就会发现我们基本上要重新编写TCP。如果应用程序需要可靠性的话，使用TCP是最好的选择。

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