TCP速度慢？注意WS窗口因子~

【写在前面的话】

本文介绍一下Window Scaling的概念，以及配套的例子运用。转载请标明出处~~

【目录】

1、窗口因子介绍

2、案例介绍

什么是WS（window scaling）？

tpc有两个窗口，一个是滑动窗口，一个是拥塞窗口。WS与滑动窗口相关。通过增加一个因子来扩大默认滑动窗口的值。

滑动窗口的定义：收到ACK之前可以连续发送的字节数。举个例子，某接收端的窗口值假设为10240字节，假设发送端发的包每次都是1024字节大小，那么发送端可以连续发送10个包，而不需要收到接收端的ACK确认。

窗口大小占TCP头部16位，也就是窗口值最大能有：2^16=65535bytes=64K

65535字节到底有多大？在以前网速没有那么快的情况下是足够使用的，但是随着网速的不断提升，65535字节不够用了。

有个比喻叫填满水管（填网络链路）。自己按照理解画了张图。满打满算，水管的最大限度就是下图的矩形面积

有个计算方法： bandwidth * delay。带宽乘以延迟。

假设有两台主机连接在10Mbps的网络上，单程耗时是80ms。统一换算成字节。水管的面积就是：10,000,000bps/8bit*0.08秒=100,000bytes/s,也就是发送端可以连续发送100,000字节的数据给接收端。问题是刚才说了TCP的窗口大小最大只有65,535字节。也就是发送端尽全力发，最多也只有65,535字节可以发。

水管绿色部分就被浪费掉了。因此引入了WS，在tcp的option中增加16位作为滑动窗口因子window scaling。窗口值*窗口因子=最终的窗口值。但是并不是所有的客户端、服务端都支持窗口因子的。

为了更直观的看窗口因子，拿了两台服务器抓包。

【场景一】两端都支持窗口因子

窗口因子是在TCP三次握手时，SYN包进行同步的。

如上图，TCP第一个包：

10.123.4.10告诉10.123.4.4自己的窗口大小是29200，窗口因子是128。因此总大小是29200*128=3,737,600bytes这个值就远远大过默认的65,535bytes。

最底下的tcp option说明了窗口因子是7，2^7=128。这个128是算好了的，而且告诉你直接multiple 128。

TCP第二个包：

10.123.4.4告诉10.123.4.10，自己的窗口是28960，窗口因子是128。

【场景二】只有一端支持窗口因子

接下来我把10.123.4.4的窗口因子支持功能关闭。抓包如下：

还是一样，第一个包，10.123.4.10告知10.123.4.4自己的窗口大小是29200，同时窗口因子是128

第二个包，10.123.4.4告诉10.123.4.10，自己的窗口大小是28960，并没有什么窗口因子

第三个包，10.123.4.10也没有继续使用窗口因子了，最后红框可以看出（no window scaling used）

总结一下:

1、两端都支持，窗口因子才会最终被启用。如有一端不支持，则因子不会被使用。

2、窗口因子是在TCP的SYN包协商的，而且只协商一次。也就是滑动窗口是根据实际情况进行变化的，但是因子是固定的。

【一个案例】

用户访问源站速度正常，用户通过代理访问源站则速度慢

原因就在窗口因子上，代理和客户端本身支持窗口因子，但源站没有开启窗口因子协商。

在客户端直接访问源站的情况下，TCP三次握手情况如下，

客户端得知源站不支持窗口因子，于是接下来数据包的发送，滑动窗口的值就直接了当了。该给多少给多少。举个例子，原本客户端告知源站自己的窗口是1024，因子是1，总数就是1024*2^1=2048

但是从源站发回来的包得知源站并不支持因子，于是，接下来的包客户端在告知源站的时候，直截了当，窗口是2048。

客户端通过代理再去访问源站的情况如下：

客户端和代理都支持窗口因子，因此在step1的协商中，使用了窗口因子。且step1是优先于step2的。毕竟代理是先和客户端建联，然后在和源站建联。

但是在step2中，源站是不支持因子的，代理和源站之间协商的结果，没有使用窗口因子。

举个例子：

step1中，客户端告知代理，自己的win是1024，因子是1，总量就是1024*2^1=2048

step2中，代理告知源站一样的情况，win是1024，因子是1。但是源站不支持因子，于是就变成了，总量是1024。

于是，情况就变成了，前面的水管大，后面的水管小。整条链路上看，水管变小了。

【解决办法】

源站打开窗口因子的支持功能。

vim /etc/sysctl.conf

添加

net.ipv4.tcp_window_scaling = 1 #写入配置文件，永久生效

sysctl -p #立刻生效

sysctl -a | grep tcp_window #查看生效结果

参考资料：https://packetlife.net/blog/2010/aug/4/tcp-windows-and-window-scaling/

【后记】

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