TCP協(xié)議與基于Nagle算法的嵌入式介紹

　　本文提出了一種適用于8/ 16 位低速處理器的簡(jiǎn)化TCP 協(xié)議。對(duì)其性能進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，在嵌入式網(wǎng)絡(luò)大量使用小數(shù)據(jù)包，造成網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率低下并且容易造成網(wǎng)絡(luò)阻塞。 因此在簡(jiǎn)化的TCP 協(xié)議中引入Nagle 算法，大幅度減少了嵌入式網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送的小數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)，提高了吞吐率，并減少了所需的帶寬。

　　簡(jiǎn)化TCP 協(xié)議的提出

　　TCP 協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸分為3 個(gè)階段： 建立連接、傳輸數(shù)據(jù)和斷開連接，可以用狀態(tài)機(jī) 來實(shí)現(xiàn)。8/ 16 位嵌入式微控制器要完整實(shí)現(xiàn)這樣復(fù)雜的狀態(tài)機(jī)是十分困難的。在嵌入式系統(tǒng)中簡(jiǎn)化TCP 的實(shí)現(xiàn)已有相關(guān)的研究，本文進(jìn)一步引入了Nagle 算法并且進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)模擬，給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

　　連接建立和斷開機(jī)制

　　TCP 建立連接有兩種方式：主動(dòng)打開和被動(dòng)打開。如果實(shí)現(xiàn)服務(wù)器端應(yīng)用，可以將TCP 狀態(tài)機(jī)的主動(dòng)打開連接部分簡(jiǎn)化掉。同理客戶端應(yīng)用，可以將狀態(tài)機(jī)的被動(dòng)打開連接部分簡(jiǎn)化掉。斷開連接也有兩種方式：主動(dòng)斷開和被動(dòng)斷開。其中被動(dòng)斷開連接的處理較為簡(jiǎn)單。但為了保證安全性，希望主動(dòng)斷開連接。主動(dòng)斷開連接簡(jiǎn)化實(shí)現(xiàn)的方法是：發(fā)送一個(gè)Fin 數(shù)據(jù)報(bào)，在接收到對(duì)Fin 數(shù)據(jù)報(bào)的確認(rèn)后，再發(fā)送一個(gè)Reset 數(shù)據(jù)報(bào)，就可完成主動(dòng)斷開連接。

　　以服務(wù)器端的TCP 連接為例，簡(jiǎn)化后的TCP狀態(tài)機(jī)如圖1。

　　單TCP 連接

　　在8/ 16 位微控制器上實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)化TCP 協(xié)議，無需實(shí)現(xiàn)多個(gè)TCP 連接，只需實(shí)現(xiàn)單個(gè)TCP 連接即可。