在深谈TCP/IP三步握手&四步挥手原理及衍生问题—长文解剖IP (10)

发送端在窗口变成0后,会发ZWP的包给接收方,来探测目前接收端的窗口大小,让接收方来ack他的Window尺寸。一般这个值会设置成3次,每次大约30-60秒(不同的实现可能会不一样)。如果3次过后还是0的话,有的TCP实现就会发RST掉这个连接。

注意:只要有等待的地方都可能出现DDoS攻击。攻击者可以在和Server建立好连接后,就向Server通告一个0窗口,然后Server端就只能等待进行ZWP,于是攻击者会并发大量的这样的请求,把Server端的资源耗尽。

Silly Window Syndrome

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如果接收端处理能力很慢,这样接收端的窗口很快被填满,然后接收处理完几个字节,腾出几个字节的窗口后,通知发送端,这个时候发送端马上就发送几个字节给接收端吗?发送的话会不会太浪费了,就像一艘万吨油轮只装上几斤的油就开去目的地一样。我们的TCP+IP头有40个字节,为了几个字节,要达上这么大的开销,这太不经济了。

对于发送端产生数据的能力很弱也一样,如果发送端慢吞吞产生几个字节的数据要发送,这个时候该不该立即发送呢?还是累积多点在发送?

本质就是一个避免发送大量小包的问题。造成这个问题原因有二:

接收端一直在通知一个小的窗口;

在接收端解决这个问题,David D Clark’s 方案,如果收到的数据导致window size小于某个值,就ACK一个0窗口,这就阻止发送端在发数据过来。等到接收端处理了一些数据后windows size 大于等于了MSS,或者buffer有一半为空,就可以通告一个非0窗口。

发送端本身问题,一直在发送小包。这个问题,TCP中有个术语叫Silly Window Syndrome(糊涂窗口综合症)。解决这个问题的思路有两:

接收端不通知小窗口,

发送端积累一下数据在发送。

是在发送端解决这个问题,有个著名的Nagle’s algorithm。Nagle 算法的规则

如果包长度达到 MSS ,则允许发送;

如果该包含有 FIN ,则允许发送;

设置了 TCP_NODELAY 选项,则允许发送;

设置 TCP_CORK 选项时,若所有发出去的小数据包(包长度小于 MSS )均被确认,则允许发送;

上述条件都未满足,但发生了超时(一般为 200ms ),则立即发送。

规则[4]指出TCP连接上最多只能有一个未被确认的小数据包。从规则[4]可以看出Nagle算法并不禁止发送小的数据包(超时时间内),而是避免发送大量小的数据包。由于Nagle算法是依赖ACK的,如果ACK很快的话,也会出现一直发小包的情况,造成网络利用率低。TCP_CORK选项则是禁止发送小的数据包(超时时间内),设置该选项后,TCP会尽力把小数据包拼接成一个大的数据包(一个 MTU)再发送出去,当然也不会一直等,发生了超时(一般为 200ms ),也立即发送。Nagle 算法和CP_CORK 选项提高了网络的利用率,但是增加是延时。从规则[3]可以看出,设置TCP_NODELAY 选项,就是完全禁用Nagle 算法了。

这里要说一个小插曲,Nagle算法和延迟确认(Delayed Acknoledgement)一起,当出现( write-write-read)的时候会引发一个40ms的延时问题,这个问题在HTTP svr中体现的比较明显。场景如下:

客户端在请求下载HTTP svr中的一个小文件,一般情况下,HTTP svr都是先发送HTTP响应头部,然后在发送HTTP响应BODY(特别是比较多的实现在发送文件的实施采用的是sendfile系统调用,这就出现write-write-read模式了)。当发送头部的时候,由于头部较小,于是形成一个小的TCP包发送到客户端,这个时候开始发送body,由于body也较小,这样还是形成一个小的TCP数据包,根据Nagle算法,HTTP svr已经发送一个小的数据包了,在收到第一个小包的ACK后或等待200ms超时后才能在发小包,HTTP svr不能发送这个body小TCP包;

客户端收到http响应头后,由于这是一个小的TCP包,于是客户端开启延迟确认,客户端在等待Svr的第二个包来在一起确认或等待一个超时(一般是40ms)在发送ACK包;这样就出现了你等我、然而我也在等你的死锁状态,于是出现最多的情况是客户端等待一个40ms的超时,然后发送ACK给HTTP svr,HTTP svr收到ACK包后在发送body部分。大家在测HTTP svr的时候就要留意这个问题了。

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