深入理解HTTP协议——针对TCP的优化建议

1. TCP协议

TCP 是一个自适应的、对所有网络节点一视同仁的、最大限制利用底层网络的协议。因此，优化TCP 的最佳途径就是调整它感知当前网络状况的方式，根据它之上或之下的抽象层的类型和需求来改变它的行为。无线网络可能需要不同的拥塞算法，而某些应用程序可能需要自定义服务品质（QoS，Quality of Service）的含义，从而交付最佳的体验。

不同应用程序需求间的复杂关系，以及每个 TCP 算法中的大量因素，使得 TCP 调优成为学术和商业研究的一个“无底洞”。本章只蜻蜓点水般地介绍了影响 TCP 性能的几个典型因素，而没有探讨的选择性应答（SACK）、延迟应答、快速转发等，随便一个都能让你领略到 TCP 的复杂性（或者乐趣），感受到理解、分析和调优之难。尽管如此，而且每个算法和反馈机制的具体细节可能会继续发展，但核心原理以及它们的影响是不变的：

• TCP 三次握手增加了整整一次往返时间；
• TCP 慢启动将被应用到每个新连接；
• TCP 流量及拥塞控制会影响所有连接的吞吐量；
• TCP 的吞吐量由当前拥塞窗口大小控制。

结果，现代高速网络中 TCP 连接的数据传输速度，往往会受到接收端和发送端之间往返时间的限制。另外，尽管带宽不断增长，但延迟依旧受限于光速，而且已经限定在了其最大值的一个很小的常数因子之内。大多数情况下，TCP 的瓶颈都是延迟，而非带宽。

2. 服务器配置调优

在着手调整 TCP 的缓冲区、超时等数十个变量之前，最好先把主机操作系统升级到最新版本。TCP 的最佳实践以及影响其性能的底层算法一直在与时俱进，而且大多数变化都只在最新内核中才有实现。一句话，让你的服务器跟上时代是优化发送端和接收端 TCP 栈的首要措施。

有了最新的内核，我们推荐你遵循如下最佳实践来配置自己的服务器。

• 增大TCP的初始拥塞窗口

加大起始拥塞窗口可以让 TCP 在第一次往返就传输较多数据，而随后的速度提升也会很明显。对于突发性的短暂连接，这也是特别关键的一个优化。

• 慢启动重启

在连接空闲时禁用慢启动可以改善瞬时发送数据的长 TCP 连接的性能。

• 窗口缩放（RFC 1323）

启用窗口缩放可以增大最大接收窗口大小，可以让高延迟的连接达到更好吞吐量。

• TCP快速打开

在某些条件下，允许在第一个 SYN 分组中发送应用程序数据。TFO（TCP Fast Open，TCP 快速打开）是一种新的优化选项，需要客户端和服务器共同支持。为此，首先要搞清楚你的应用程序是否可以利用这个特性。

以上几个设置再加上最新的内核，可以确保最佳性能：每个 TCP 连接都会具有较低的延迟和较高的吞吐量

根据应用程序的类型，可能还有必要调整服务器上的其他 TCP 设置，以便优化高速连接的速度、内存占用，或者其他类似的关键选项。不过，这些系统配置与平台、应用程序、硬件有关，超出了本文讨论范围；必要时，可以参考平台文档。但更重要的是要分清轻重缓急，着力解决真正的瓶颈，而不是眉毛胡子一把抓。

3. 应用程序行为调优

调优 TCP 性能可以让服务器和客户端之间达到最大吞吐量和最小延迟。而应用程序如何使用新的或已经建立的 TCP 连接同样也有很大的关系。

• 再快也快不过什么也不用发送，能少发就少发。
• 我们不能让数据传输得更快，但可以让它们传输的距离更短。
• 重用 TCP 连接是提升性能的关键。

当然，消除不必要的数据传输本身就是很大的优化。比如，减少下载不必要的资源，或者通过压缩算法把要发送的比特数降到最低。然后，通过在不同的地区部署服务器（比如，使用 CDN），把数据放到接近客户端的地方，可以减少网络往返的延迟，从而显著提升 TCP 性能。最后，尽可能重用已经建立的 TCP 连接，把慢启动和其他拥塞控制机制的影响降到最低。

4. 性能检查清单

优化 TCP 性能的回报是丰厚的，无论什么应用，性能提升可以在与服务器的每个连接中体现出来。下面几条请大家务必记在自己的日程表里：

• 把服务器内核升级到最新版本（Linux：3.2+）；
• 确保 cwnd 大小为 10；
• 禁用空闲后的慢启动；
• 确保启动窗口缩放；
• 减少传输冗余数据；
• 压缩要传输的数据；
• 把服务器放到离用户近的地方以减少往返时间；
• 尽最大可能重用已经建立的 TCP 连接。