TCP:Nagle算法和延迟确认

Nagle 算法（Nagle’s Algorithm）和延迟确认（Delayed ACK）是两种用于提高 TCP 协议性能的机制。它们旨在减少网络中的小数据包数量，从而提高网络效率。然而，这两种机制有时也会相互影响，导致性能问题。

Nagle算法

Nagle算法作用于发送端，其目的在于通过减少小数据包的发送，来减少网络的拥塞。
在讲解TCP三次握手的时候，我们提到TCP头部结构，其大小为20~60个字节。设想一下，如果我们要发送一个字节的数据，为了这一个字节，我们需要加上20字节的TCP头部，再加了20字节的IP头部，一共40字节的头部，就为了搭载这一个字节的数据，显得效率太低，于是就有了Nagle算法：

• 发送数据时，如果当前有尚未确认的数据(已发出数据但还没收到ACK)，则将数据缓存起来。
• 当所有未确认的数据都被确认后，TCP会发送缓冲区中的数据。
• 如果缓冲区的数据大于MSS时，也会直接发送缓冲区的数据。

MSS（Maxinum Segment Size）指最大报文段长度，MSS的常见计算方式为 MTU（最大传输单元）减去20字节的TCP头部和20字节的IP头部，通常MSS值设置为1460字节。这个值有助于避免 IP 分片。

当启用Nagle算法的时候，我们发送多个小包，就会被合成一个大包，以及来减少网络中数据包的数量。但是，对于实时性要求较高的应用，这样做相当于带来延迟，并不适合。

我们可以通过设置TCP_NODELAY选项来关闭Nagle算法：

int enable = 1;
setsockopt(sock, IPPROTO_TCP, TCP_NODELAY, &enable, sizeof(enable));

延迟确认

Nagle算法是从发送端减少包的数据，而延迟确认则是从接收方的角度，通过减少ACK的数量，还达到减少网络拥塞的目的。

• 当TCP收到数据包后，不立即发送ACK，而是等待一小段时间（通常是 200 毫秒）。
• 在这个等待时间内，如果有数据需要发送，则将ACK和数据一起发送，这样可以减少单独的ACK包。
• 在这个等待时间内，如果收到第二份数据，则发送ACK。
• 如果等待时间到期，还没有数据要发送，则发送ACK。

TCP 连接中，客户端发送数据包，服务器收到后，如果立即发送 ACK，网络中会有大量的 ACK 包。启用延迟确认后，服务器在接收数据包后会等待一段时间，如果在这段时间内客户端继续发送数据，服务器可以一起确认多个数据包，减少 ACK 包数量。

Nagle算法和延迟确认导致的性能问题

Nagle在发送数据的环节增加了延迟，而延迟确认在接收的环节增加了延迟，如果发送方一直发小包，而接收方也没有数据返回的时候，可能会造成更多的延迟：

所以，在对延迟比较敏感的应用中，通常会关闭Nagle算法，来提高延迟。

参考资料

• 维基百科-Nagle算法