TCP发送优化（ZeroWindow分析）

通信模型一：

Client 创建一个 TCP 的 socket，并通过 SO_SNDBUF 选项设置它的发送缓冲区大小为 2048Byte，连接到 Server 后，每 1 秒发送一个 TCP报文(1024Byte)。Server 端不调用 recv()。预期的结果则分为以下几个阶段：

阶段1：Server 端的 socket 接收缓冲区未满，所以尽管 Server 不会 recv()，但依然能对 Client 发出的报文回复 ACK;

阶段2： Server 端的 socket 接收缓冲区被填满了，向 Client 端通告零窗口(Zero Window)。Client 端待发送的数据开始累积在 socket 的发送缓冲区;

阶段3： Client 端的 socket 的发送缓冲区满了，用户进程阻塞在 send函数里。

实际执行时，表现出来的现象也"基本"符合预期。不过当我们在 Client 端通过 netstat -an 监控 TCP 连接的发送队列长度时，发现这个值竟然从 0 最终增长到 14480，它轻松地超了之前设置的 SO_SNDBUF 值(2048)

分析

以上就是一个简单的Zero Window产生的模型，简单来说，Zero Window问题就是指在TCP连接中，发送方为了保障可靠传输，会根据接收方反馈的窗口大小来控制发送窗口的大小，但当接收方窗口大小为0时，发送方就会停止发送，从而导致通讯阻断的问题。所以起解决办法有以下几种。

一、增加接收方窗口大小

一种常用的方法是增加接收方的窗口大小。这样可以使得接收方有更多的缓存空间，从而避免出现Zero Window的情况。可以通过修改TCP接收缓冲区大小的方法来解决

int sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
int buf_size = 1024 * 1024 * 5; //设置缓存区大小为5MB
setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, &buf_size, sizeof(buf_size));

二、禁用Nagle算法（默认是打开的）

Nagle算法是一种优化TCP传输的算法，其原理是将小的数据包合并成一个大的数据包再发送，从而减少网络传输量。但是当数据量很小的时候，会导致数据包积压，造成Zero Window问题。可以通过禁用Nagle算法来解决，示例代码如下：

int sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
int enable = 1;
setsockopt(sock, IPPROTO_TCP, TCP_NODELAY, (void*)&enable, sizeof(enable));

三、增加发送方的等待时间

在一些情况下，由于网络状况不良，导致接收方没有足够的时间处理数据，造成Zero Window的情况。可以通过增加发送方的等待时间，等待接收方处理完成后再发送数据，从而避免出现Zero Window的情况，示例代码如下：

int sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
struct timeval timeout;
timeout.tv_sec = 0; 
timeout.tv_usec = 500*1000; //等500毫秒
setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_SNDTIMEO, (char *)&timeout, sizeof(timeout));

四、增加发送方的重传次数

在一些情况下，由于网络状况不良或者其他原因，导致数据丢失或者接收方无法正确接收数据，造成Zero Window的情况。可以通过增加发送方的重传次数，保证数据能够正确传输，从而避免出现Zero Window的情况，示例代码如下：

int sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
int retry_count = 6; //最多重试6次
setsockopt(sock, SOL_TCP, TCP_SYNCNT, (void*)&retry_count, sizeof(retry_count));

五、使用TCP Keepalive机制

TCP Keepalive机制是一种保持TCP连接的机制，其原理是在TCP连接空闲一段时间后，会向对端发送心跳包，以检测连接是否还存活。可以通过使用TCP Keepalive机制来避免出现Zero Window的情况，示例代码如下：

int sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
int enable = 1; //开启TCP Keepalive机制
setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_KEEPALIVE, (void*)&enable, sizeof(enable));