前端别错过的Web性能解读之TCP

   日期:2020-07-17     浏览:94    评论:0    
核心提示:一起来读Web性能权威指南先看看前言今天拜读了grigorik的Web性能权威指南,这本书一开始便找了一个大牛做序,而且说的是栩栩如生,引人入胜,不可否认,也吸引到我了。当我读到这一句,转而看了一看书是2014年出版的,就算原作者是2014年估计的把,哈哈,没想到去网上一查,今年,保守估计,750亿体量的智能设备被使用,平均一个人4台智能设备,我不仅看了一下我手边的手机,还有switch,还有pc,还有一个笔记本,好了不看了,我已经贡献超过平均值了。网站越快,好处一万第一章算开宗明义了,

一起来读Web性能权威指南

简单记一下关于TCP和一些网络技术的概况

先看看前言

今天拜读了grigorik的Web性能权威指南,这本书一开始便找了一个大牛做序,而且说的是栩栩如生,引人入胜,不可否认,也吸引到我了。

当我读到下面这一句,转而看了一看书是2014年出版的,就算原作者是2014年估计的把,哈哈,没想到去网上一查,今年,保守估计,750亿体量的智能设备被使用,平均一个人4台智能设备,我不仅看了一下我手边的手机,还有switch,还有pc,还有一个笔记本,好了不看了,我已经贡献超过平均值了。

网站越快,好处一万


第一章算开宗明义了

网站越快,用户粘性越高,网站越快,用户忠诚度越高,网站越快,用户转化率越高。

粘性不用说了,最近我使用的两个直播平台,不说名字了,一个我打开感觉很流畅,另一个我就卸载了。
忠诚度感觉同上吧,没什么可说的,慢的要死谈何忠诚,转化率,不用专业的角度,某游戏平台因为用水果做服务器导致我付款都付不上,一气之下不仅不想花钱而且卸载了。
明细两个概念问题:

延迟:分组从信息源发送到目的地所需的时间。
是消息或分组从起点到终点经历的时间。
带宽:逻辑或物理通信路径最大的吞吐量。

说说延迟

这两个词应该我们都并不陌生,你要是陌生我和你讲一下王者荣耀的460ms和学校拉网的10M,大家应该都明白了, 说多了都是泪。之前读过一本书叫货币战争,在说过这个金融市场交易的时候可能一个1ms延迟都会产生相当大的损失,所以要尽可能的降低延迟,尽多大可能呢,就比如8000w美元降低1ms这种可能。


这里的Hibernia Express 就是斥资四个亿,目的减少城市间的路由所搭建的海底光缆,最终减少了5ms的延迟。
延迟如果严格来说应该分为几个部分,分别是传播延迟,传输延迟,处理延迟和排队延迟。
这里很熟悉,计网应该学过的hhhhh。

  1. 传播延迟:消息从发送端到接收端需要的时间
  2. 传输延迟:把消息中的所有比特转移到链路中需要的时间
  3. 处理延迟:处理分组首部,检查位错误及确定分组目标所需的时间
  4. 排队延迟:到来的分组排队等待处理的时间

看起来懵懵的,整个例子大家就都懂了。
若是从网购剖析这个问题,特别是快递行业,就清晰明了了。

传播延迟呢,就比如发货点和收货点之间的距离,这和距离还有用什么交通工具是有关系的(速度不同)
传输延迟呢,比如你网购了一个东西,买家要给你包装,贴上相应的快递的条码,这样快递公司才能认得出
处理时延就更简单了,快递公司的每个环节会检查一下,这个物件是不是违禁品啊,有没有东西坏了丢了?(字段缺失)
最后一个排队时延,逢年过节,大家都网购,快递运的慢啊。

CDN又是什么

CDN这个词在学习前端框架经常会遇到,比如以CDN方式引入vue。

CDN全名,content Delivery Network 内容分发网络,服务用途最重要的就是通过把内容部署在全球各地,让用户从最近的服务器加载内容,大幅降低传播分组的时间。这种方式其实就是缩短了两者之间的距离,减少了传播时延。
(知道玩绝地求生不开加速器会延迟很高的原因了吧)

测网速除了鲁大师一类的国产评测,https://www.speedtest.net/ 在文中也推荐了Ookla运营的speedtest

总体目标:高带宽,低延迟

TCP/IP

而作为web开发,或多或少应该都知道IP和TCP协议,当然还有经常拿来和TCP比较的UDP协议,当我们在应用层做的某些处理可能会影响到底层网络性能的时候,这些我们也就必须要了解一下了。

为什么没有IPv5

IP协议现在经常出现在我们周围,IPv6 IPv4 为什么没有1-3和5呢?

由于第四版本IPv4仅仅是代表继承前三个版本,前三个版本并没有独立发布,所以也就并没有IPv1-3,而第五号版本分配给了一个适应性协议ST,而ST一直并没有进展和声明,所以当版本迭代的时候就迭代到了v6.

TCP Fast Open

拥塞预防及控制

ok,举个栗子。一到大厂送游戏,白嫖 的时候,有没有进不去,刷不出页面?

流量控制

通告接收窗口(rwnd)

最初的TCP规范分配给通告窗口大小的字段是16位的,这相当于设定了发送端和接收端窗口的最大值。
在带宽延迟积很大的网络中,比如xxx网络,100M,延迟500ms,在这个限制经常获得不了最优性能。

解决:
TCP Windows Scaling 选项
可将原本接收窗口大小由65535字节,提高到1G字节,缩放TCP窗口是在三次握手期间完成的,其中有一个值表示在将来的ACK中左移16位窗口字段的位数。
现在,此机制在主要平台都是默认启动的,中间节点和路由器可以重写和控制。
提高窗口字节数量。

慢启动和cwnd

根据交换数据来估算客户端与服务器之间的可用带宽是唯一方法。
服务器通过TCP连接初始化一个新的**拥塞窗口(cwnd),**将其设置为一个系统设定的保守值。
客户端和服务器之间最大可以传输的数据量取rwnd和cwnd变量中的最小值。
连接确立后,不可能直接了解带宽和其他网络因素,从开始到完全利用连接的最大带宽需要时间过程。


开始慢启动以指数增长到(数据包丢失或超出流量控制窗口rwnd),成倍减少(AIMD倍减加增),之后拥塞预防算法介入。

拥塞预防

介入标志:丢包。

AIMD(Multiplicative Decrease and Additive Increase):倍减加增。如上图所示,在丢包后进行倍数递减后增加某个固定参数恢复传输。

PRR(Proportional Rate Reduction):比例降速,由于AIMD的保守性,RFC6937重新规定了一个新的算法,改进丢包后的恢复速度。

带宽延迟积

BDP:(Bandwidth-delay product) :
数据链路的容量与其端到端延迟的乘积,这个结果就是任意时刻处于在途中未确认状态的最大数据量。
带宽×延迟

计算最大吞吐量和窗口大小
最大吞吐量的影响因素
  • 往返时间(反比)
  • 最小窗口值(正比)

窗口大小计算


也就是说至少122.1KB的窗口才可以充分利用10Mbit的带宽,在之前改变rwnd大小的解决办法就运用在这里。

情境下比TCP更优的选择------UDP

无需按序交付数据或能够处理分组丢失的应用程序,以及对延迟或抖动要求很高的 应用程序,最好选择 UDP 等协议。

比如 qq 微信等即时通讯工具。

把丢包看作一种反馈机制

丢包在TCP中恰恰是为了寻找最优的传输速率和窗口而产生的,使发送端和接收端调整各自的速度,以避免网络拥堵,保持最优延迟的过程。

 
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