3.3　网络传输优化

这里从两方面来进行优化，具体如下。

1. TCP三次握手优化

上文在介绍步骤2时提到，初始化网络连接会经过TCP三次握手，而众多传输协议都基于TCP网络传输，因此进行Web网络传输优化，TCP是其中重要的环节。建立一次TCP连接需要进行三次握手，三次握手给TCP带来了很大的延迟，那是否可以减少握手的次数呢？

当Server端收到Client端的SYN连接请求报文后，可以直接发送SYN+ACK报文。其中ACK报文是用来应答的，SYN报文是用来同步的。如果没有三次握手，有可能会出现一些已经失效的请求包突然又传到服务端的情况，服务端认为这是客户端发起的一次新的连接，于是发出确认包，表示同意建立连接，而客户端并不会有响应，导致服务器空等，白白浪费服务器资源或造成死锁。

• 长连接：HTTP 1.1引入了长连接，通过在请求头中加入Connection: keep-alive，来告诉请求响应完毕后不要关闭连接。不过HTTP长连接也是有限制的，服务器通常会设置keep-alive超时时间和最大请求数，如果请求超时或者超过最大请求数，服务器会主动关闭连接。
• TFO（TCP快速打开）：用于三次握手过程，它通过握手开始时的SYN包中的TFO cookie（一个TCP选项）来验证一个之前连接过的客户端。如果验证成功，它可以在三次握手最终的ACK包收到之前就开始发送数据。
• 流量控制：传输数据时，如果发送方传输的数据量超过了接收方的处理能力，那么接收方会出现丢包。为了避免出现此类问题，流量控制要求数据传输双方在每次交互时声明各自的接收窗口rwnd的大小，以表明自己最大能保存多少数据。
• 慢启动：流量控制可以避免发送方过载接收方，但是却无法避免过载网络，这是因为接收窗口rwnd只反映了服务器个体的情况，却无法反映网络整体的情况。为了避免出现过载网络的问题，慢启动引入了拥塞窗口cwnd的概念，用来表示发送方在得到接收方确认前，最大允许传输的未经确认的数据。与rwnd不同的是，cwnd只是发送方的一个内部参数，无须通知接收方，其初始值往往比较小，然后随着数据包被接收方确认，窗口会成倍扩大。

注意，慢启动的过程中，随着cwnd的增加，可能会出现网络过载，其外在表现就是丢包，一旦出现此类问题，cwnd的大小会迅速衰减，以便网络能够缓过来。网络中实际传输的未经确认的数据大小取决于rwnd和cwnd中的较小值。那么，如何调整rwnd到合理值？

当遇到过网络传输速度过慢的问题，例如“百兆网路”，最大传输数据理论值至少10MB，但实际可能只有1MB，存在的最大问题是接收窗口rwnd设置不合理。实际上接收窗口rwnd的合理值取决于BDP的大小，也就是带宽和延迟的乘积。假设宽带100Mbps，延迟100ms，计算过程如下：

BDP=100Mbps * 100ms =（100 / 8）*（100 / 1000）= 1.25MB

如果想最大限制提升吞吐量，接收窗口“rwnd”的大小需要大于1.25MB。那如何调整cwnd到合理值？

cwnd的初始值取决于MSS的大小，计算方法为min(4 * MSS, max(2 * MSS, 4380))，以太网标准的MSS大小通常是1460，所以cwnd的初始值是3MSS。当我们浏览视频或者下载软件的时候，cwnd初始值的影响并不明显，这是因为传输的数据量比较大，时间比较长，相比之下，即便慢启动阶段cwnd初始值比较小，也会在相对短的时间内加速到满窗口。当我们浏览网页时，情况就不一样了，这是因为传输的数据量比较小，时间比较短，相比之下，如果慢启动阶段cwnd初始值比较小，那么很可能还没来得及加速到满窗口，通信就结束了。

2. 网络传输优化

关于网络传输优化，可以从以下几个方面考虑：

• 利用浏览器缓存，尽量不请求服务器端；
• 特殊情况须向服务器端发送请求以获取数据时，可以精简传输内容；
• 利用Gzip压缩传输内容，客户端接收压缩的内容后由浏览器解压，以提高宽带利用率；
• 减少cookie、session传递。

3.4　本章小结

本章主要讲述了分布式环境中网络及网络传输的过程。在网络传输过程中协议是基础，其中TCP/IP协议起了非常重要的作用。TCP协议能确保数据稳定传输，并且能监控传输过程中是否会出现数据失真、数据丢失等情况。若传输过程中出现问题，TCP协议会自动请求重新传输数据，并重组数据报。

在数据传输过程中，传输协议有自己的技术标准。OSI是一个开放的通信系统互连参考模型，通过它的7层结构可以让网络传输变得稳定。通过有效的网络优化手段（TCP三次握手、精简传输内容、浏览器缓存等），能让网络传输变得更高效。