Nagle算法

Nagle算法简介

Nagle算法主要是避免发送小的数据包，要求TCP连接上最多只能有一个未被确认的小分组，在该分组的确认到达之前不能发送其他的小分组。

在默认的情况下,Nagle算法是默认开启的，Nagle算法比较适用于发送方发送大批量的小数据，并且接收方作出及时回应的场合，这样可以降低包的传输个数。

但是如果你的程序是 write-write-read 模式，在使用了Nagle算法后，第二个 write 就会被推后一个RRT发送而造成一个很长的ack等待，从而产生一个延迟。为了避免这种情况，一般建议在应用层做缓冲，将两个write合在一起，成为 write-read。

代码分析

我们通过一个例子观察下Nagle算法的延迟

服务器端代码：recipes/tpc/nodelay_server.cc
客户端代码：recipes/tpc/nodelay.cc

客户端代码

// ...... 仅展示出部分代码if (tcpnodelay){// 设置tcp TCP_NODELAYstream->setTcpNoDelay(true);printf("connected, set TCP_NODELAY\n");}else{stream->setTcpNoDelay(false);printf("connected\n");}for (int n = 0; n < num; ++n){printf("Request no. %d, sending %d bytes\n", n, len);if (buffering){std::vector<char> message(len + sizeof len, 'S');memcpy(message.data(), &len, sizeof len);int nw = stream->sendAll(message.data(), message.size());printf("%.6f sent %d bytes\n", now(), nw);}else{// 先发送头 在发送数据 验证Nagel算法stream->sendAll(&len, sizeof len);printf("%.6f sent header\n", now());usleep(1000); // prevent kernel merging TCP segmentsstd::string payload(len, 'S');int nw = stream->sendAll(payload.data(), payload.size());printf("%.6f sent %d bytes\n", now(), nw);}}

上面可以看出，正常下我们开启Nagel，并发送header和data两个数据包，我们还可以合并header和data，将其合成一个包发送，此外，我们还可以设置TCP_NODELAY选项。

测试

环境：两台桥联的虚拟机
我们使用ping命令测试一下两台机器正常情况下的延迟

wang@localhost tpc]$ ping 192.168.1.104
PING 192.168.1.104 (192.168.1.104) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 192.168.1.104: icmp_seq=1 ttl=64 time=4.30 ms
64 bytes from 192.168.1.104: icmp_seq=2 ttl=64 time=4.08 ms
64 bytes from 192.168.1.104: icmp_seq=3 ttl=64 time=4.26 ms
64 bytes from 192.168.1.104: icmp_seq=4 ttl=64 time=3.06 ms
64 bytes from 192.168.1.104: icmp_seq=5 ttl=64 time=3.77 ms
^C
--- 192.168.1.104 ping statistics ---
5 packets transmitted, 5 received, 0% packet loss, time 4016ms
rtt min/avg/max/mdev = 3.064/3.900/4.307/0.459 ms

大概在4ms左右

开启Nagle发送两个数据包

[wang@localhost tpc]$ ./nodelay 192.168.1.104 3210
connecting to 192.168.1.104:3210
connected
Request no. 0, sending 3210 bytes
1715777496.470708 sent header
1715777496.478341 sent 3210 bytes
Sent all 1 requests, receiving responses.
1715777496.483114 received 4 bytes, ack = 3210
total 0.013132 seconds

大概在13ms左右

关闭Nagle发送两个数据包

[wang@localhost tpc]$ ./nodelay -D 192.168.1.104 3210
connecting to 192.168.1.104:3210
connected, set TCP_NODELAY
Request no. 0, sending 3210 bytes
1715777794.851212 sent header
1715777794.855121 sent 3210 bytes
Sent all 1 requests, receiving responses.
1715777794.856854 received 4 bytes, ack = 3210
total 0.006093 seconds

可以看见，关闭Nagel后，延迟大约6ms左右

开启Nagel合并发送一个数据包

[wang@localhost tpc]$ ./nodelay -b 192.168.1.104 3210
connecting to 192.168.1.104:3210
connected
Request no. 0, sending 3210 bytes
1715778177.438170 sent 3214 bytes
Sent all 1 requests, receiving responses.
1715778177.441433 received 4 bytes, ack = 3210
total 0.004178 seconds