Nagle's algorithm 封包网络游戏协议封包需注意点封包挂

阅读原文时间：2023年07月08日阅读：2

w41字节的数据包只有1字节的可用信息。以减少数据包发送量来提高TCP/IP网络性能。

https://en.wikipedia.org/wiki/Nagle's_algorithm

https://zh.wikipedia.org/wiki/纳格算法

http://www.ietf.org/rfc/rfc896.txt

Nagle's algorithm is a means of improving the efficiency of TCP/IP networks by reducing the number of packets that need to be sent over the network. It was defined by John Nagle while working for Ford Aerospace and Communications Corporation.

Nagle's document, Congestion Control in IP/TCP Internetworks (RFC 896) describes what he called the "small packet problem", where an application repeatedly emits data in small chunks, frequently only 1 byte in size. Since TCP packets have a 40 byte header (20 bytes for TCP, 20 bytes for IPv4), this results in a 41 byte packet for 1 byte of useful information, a huge overhead. This situation often occurs in Telnet sessions, where most keypresses generate a single byte of data that is transmitted immediately. Worse, over slow links, many such packets can be in transit at the same time, potentially leading to congestion collapse.

Nagle's algorithm works by combining a number of small outgoing messages, and sending them all at once. Specifically, as long as there is a sent packet for which the sender has received no acknowledgment, the sender should keep buffering its output until it has a full packet's worth of output, so that output can be sent all at once.

if there is new data to send
if the window size >= MSS and available data is >= MSS
send complete MSS segment now
else
if there is unconfirmed data still in the pipe
enqueue data in the buffer until an acknowledge is received
else
send data immediately
end if
end if
end if

纳格算法是以减少数据包发送量来增进TCP/IP网络的性能。它是由约翰．纳格任职于Ford Aerospace时命名。

纳格的文件[注 1]描述了他所谓的“小数据包问题”－某个应用程序不断地提交小单位的数据，且某些常只占1字节大小。因为TCP数据包具有40字节的标头信息（TCP与IPv4各占20字节），这导致了41字节大小的数据包只有1字节的可用信息，造成庞大的浪费。这种状况常常发生于Telnet工作阶段－大部分的键盘操作会产生1字节的数据并马上提交。更糟的是，在慢速的网络连接下，这类的数据包会大量地在同一时点传输，造成壅塞碰撞（Congestion Collapse）。

纳格算法的工作方式是合并（coalescing）一定数量的输出数据后一次提交。特别的是，只要有已提交的数据包尚未确认，发送者会持续缓冲数据包，直到累积一定数量的数据才提交。

if有新資料要傳送
if訊窗大小>= MSS and可傳送的資料>= MSS
立刻傳送完整MSS大小的segment
else
if管線中有尚未確認的資料
在下一個確認（ACK）封包收到前，將資料排進緩衝區佇列
else
立即傳送資料

MSS = 最大segment大小

                      Introduction

Congestion control is a recognized problem in complex networks.
We have discovered that the Department of Defense's Internet Pro-
tocol (IP) , a pure datagram protocol, and Transmission Control
Protocol (TCP), a transport layer protocol, when used together,
are subject to unusual congestion problems caused by interactions
between the transport and datagram layers. In particular, IP
gateways are vulnerable to a phenomenon we call "congestion col-
lapse", especially when such gateways connect networks of widely
different bandwidth. We have developed solutions that prevent
congestion collapse.

https://en.wikipedia.org/wiki/Maximum_segment_size
The default TCP Maximum Segment Size is 536.[6]
Where a host wishes to set the maximum segment size to a value other than the default,
the maximum segment size is specified as a TCP option,
initially in the TCP SYN packet during the TCP handshake.
The value cannot be changed after the connection is established.[7]

https://baike.baidu.com/item/封包/19498479

封包

锁定

本词条由“科普中国”科学百科词条编写与应用工作项目审核。

数据要在通讯系统中必须要先经过某些处理，才能在网络当中传递，例如将数据切割为数个区块之后，才能在网络上依照某种通讯协议来传送，这种过程就好像将包裹打包一样，称为分封。

中文名

封包

外文名

Packet

编辑

分析

IP封包分析从一直以来讨论至今我们都不断地接触到“封包”这个词相信您也很有兴趣想知道这个“封包”究竟是个什么样的东东吧下面就让我们一起看看一个IP封包究竟包含了那些内容。撷取IP封包如果您的机器上面装有 netxray 等封包撷取软件或使用NT的“网路监视器”我们就可以撷取那些进出本机的封包了。当我们打开撷取功能之后然后使用ping命令随便ping一个地址。我们可以撷取到如下这些封包

DNS

正如我们所见到的我们撷取到DNS和ICMP的封包了因为网址t需要到DNS解释而ping是一个ICMP协定。您或许知道ICMP封包的type为“Echo Request”和“Echo Reply”分别代表什么意思吧让我们再深入一点看看DNS封包里面有些什么东东

如果您往上卷回有关“DNS”的文章看看我们用 nslookup 的 debug 模式查找这个网址时候引一下那里的内容您就知道这个封包说些什么了。下面让我们再看看ICMP封包里面的内容

在第一行里面我们看到“00 80 c7 47 8c 9a 48 54 e8 27 75 77”这串数字所代表的分别是目的地和来源地的MAC地址然后“08 00”代表的是一个Ethernet II的IP协定类型。Ethernet II可以说是IEEE802.3的改进版本。(还记得“网路概论”里面关于“逻辑形态”的叙述么)。这里可以说是Datalink网路层所要追踪的资料。然后接下来的是属于IP封包的内容

请先记着上图的内容我打算在下一节里面在详细讨论每一行的意思。

IP封包格式

首先让我们看看IP封包的格式是怎样的和其组成部份以及各部份的长度如何 Version (4) Internet Header Length (4) Type of Service (8) Total Length (16)

Identification (16) Flags (3) Fragment Offset (13)

Time To Live (8) Protocol (8) Header checksum (16)

Source Address (32)

Destination Address (32)

Options (Variable) Padding (0-24) Data

…. 在上图中括号之内的数字就是各部件的长度(bit)如果您够细心就会计算得出每一列的总长度都是32bit。下面我们分别对各部件名称解释一下

版本(VER)

表示的是IP规格版本目前的IP规格多为版本4(version 4)所以这里的数值通常为 0x4 (注意封包使用的数字通常都是十六进位的)。

标头长度(IHL)

我们从IP封包规格中看到前面的6列为header如果Options和Padding没有设定的话也就只有5列的长度所以这里的长度为“5”我们知道每列有32bit也就是4byte那么5列就是20byte了20这个数值换成16进位就成了0x14所以当封包标头长度为最短的时候这里数值最终会被换算为 0x14 。让我们看看我们撷取的ICMP封包其中属于IP部份的开头在这里我们看到的数值是“45”前面的“4”就是版本号数而后面的“5”则是标头长度。

服务类型(TOS)

这里指的是IP封包在传送过程中要求的服务类型其中一共由8个bit组成其中每个bit的组合分别代表不同的意思 000….. Routine 设定IP顺序预设为0否则数值越高越优先

…0…. Delay 延迟要求0是正常值1为低要求

….0… Throughput 通讯量要求0为正常值1为高要求

…..0.. Reliability 可靠性要求0为正常值1为高要求

……00 Not Used 未使用

在下例中我们可以看到TOS的值为0也就是全部设置为正常值

封包总长(TL)

通常以byte做单位来表示该封包的总长度此数值包括标头和数据的总和。

从上图我们看到的十六进位数值是“003C”换成十进位就是“60”了。

识别码(ID)

每一个IP封包都有一个16bit的唯一识别码。我们从OSI的网路层级知识里面知道当程式产生的数据要通过网路传送时都会被拆散成封包形式发送当封包要进行重组的时候这个ID就是依据了。

从上图我们可以看到此封包的ID为40973 (将 a00d 换成十进制就知道了)。

Flag标记(FL)

这是当封包在传输过程中进行最佳组合时使用的3个bit的识别记号。请参考下表 000. 当此值为0的时候表示目前未被使用。

.0.. 当此值为0的时候表示封包可以被分割如果为1则不能被分割。

..0. 当上一个值为0时此值为0就示该封包是最后一个封包如果为1则表示其后还有被分割的封包。在下例中我们看到这个封包的标记为“0”也就是目前并未使用。

分割定位(FO)

当封包被切开之后由于网路情况或其它因素影响其抵达顺序并不会和当初切割顺序一至的。所以当封包进行切割的时候会为各片段做好定位记录所以在重组的时候就能够依号入座了。因为我们刚才撷取到的封包并没有被切割所以暂时找不到例子参考在上例中我们看到的FO为“0”。

延续时间(TTL)

这个TTL我们在许多网路设定上都会碰到当一个物件被赋予TTL值(以秒为单位)之后就会进行计时如果物件在到达TTL值的时候还没被处理的话就会被遗弃。不过并不是所有的 TTL 都以时间为单位例如 ICMP 协定的 TTL则以封包路由过程中的跳站数目(Hop Count)做单位。TTL 值每经过一个跳站(或被一个 router 处理)之后就会被减低一个数值。这样当封包在传递过程中由于某些原因而未能抵达目的地的时候就可以避免其一直充斥在网路上面。

上图中我们看到的数值可不是 20 哦因为这是个十六进位数字要换成十进位才知道 TTL 原来是 32 个跳站。

协定(PROT)

这里指的是该封包所使用的网路协定类型例如ICMPDNS等。要注意的是这里使用的协定是网路层的协定这和上层的程式协定(如FTPPOP等)是不同的。您可以从Linux的/etc/protocol这个档案中找到这些协定和其代号此档案也存放于NT的\winnt\system32\drivers\etc目录里面。其内容如下

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ip 0 IP # internet protocol， pseudo protocol number

icmp 1 ICMP # internet control message protocol

igmp 2 IGMP # Internet Group Management

ggp3 GGP # gateway-gateway protocol

ipencap 4 IP-ENCAP # IP encapsulated in IP (officially ``IP')

st 5 ST # ST datagram mode

tcp 6 TCP # transmission control protocol

egp 8 EGP # exterior gateway protocol

pup 12 PUP # PARC universal packet protocol

udp 17 UDP # user datagram protocol

hmp 20HMP# host monitoring protocol