网络请求优化：理论与实践

引言

网络请求的性能会直接影响到用户体验。本文将探讨网络请求的各个步骤，以及如何在每个步骤中进行优化，以提高网络性能，并给出笔者的相关历史文章，梳理成网络优化系列。

下图展示了整个网络请求主要分为几个步骤，而整个请求的耗时可以细分到每一个步骤里面。

1. DNS 解析

DNS解析是网络请求的第一步，它将人类可读的域名转换为机器可读的IP地址。

耗时因素

1. DNS 查询的延迟：这是指从发送DNS查询到收到响应的时间。这个延迟可能由网络条件、DNS服务器的性能和位置等因素决定。

2. DNS 服务器的响应时间：这是指DNS服务器处理查询并返回结果的时间。如果DNS服务器的负载过高或者性能不佳，可能会导致响应时间增加。

3. DNS 劫持或缓存问题：DNS劫持是指ISP或者其他恶意行为者篡改DNS查询的结果，将用户引导到错误或者恶意的网站。DNS缓存问题则可能导致用户获取到过期或者错误的解析结果。例如，如果一个网站的IP地址已经改变，但是DNS缓存中还保存着旧的IP地址，那么用户可能无法访问到这个网站。

优化措施

• 使用快速的 DNS 服务器：选择公共 DNS 服务器（如 Google DNS、Cloudflare DNS）可以提高解析速度。
• DNS 预解析：在用户访问页面之前，提前解析可能需要的域名。
• DNS 缓存：合理设置 DNS 缓存时间，减少重复查询。
• 使用 DNS 记录的负载均衡：通过 DNS 轮询或地理位置调度来选择最优的服务器。

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2. 创建连接

创建连接是网络请求的第二步，包括TCP三次握手和TLS握手。

耗时因素

1. TCP 三次握手的延迟：TCP协议在建立连接时需要进行三次握手，这个过程会产生一定的延迟。这个延迟主要取决于网络的延迟和服务器的响应时间。

2. TLS 握手的延迟：TLS协议在建立安全连接时需要进行握手，这个过程比TCP握手更复杂，因此可能产生更大的延迟。TLS握手的延迟主要取决于网络的延迟、服务器的响应时间以及加密和解密的时间。

优化措施

• TCP 快速打开：使用 TCP Fast Open 减少连接建立的时间。
• HTTP/2 或 HTTP/3：使用这些协议可以减少连接数和延迟，支持多路复用。
• 持久连接：使用 Keep-Alive 机制，减少频繁的连接建立和关闭。
• 选择合适的端口：使用标准端口（如 80 和 443）可以减少防火墙和代理的干扰。

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3. 发送 / 接收数据

发送和接收数据是网络请求的核心步骤，它涉及到数据包的传输和处理。

耗时因素

1. 数据包的大小和数量：数据包的大小和数量会影响数据传输的速度。大量的小数据包可能会导致网络拥塞，而过大的数据包可能会导致网络延迟。因此，选择合适的数据包大小和数量是优化网络性能的关键。

2. 网络带宽和延迟：网络带宽是指网络的传输能力，而延迟是指数据从发送到接收的时间。带宽越大，网络的传输能力越强，数据传输的速度就越快。延迟越小，数据传输的速度就越快。因此，网络带宽和延迟是影响数据传输速度的两个重要因素。

优化措施

• 数据压缩：使用 Gzip 或 Brotli 等压缩算法减少传输的数据量。
• 合理的请求合并：将多个请求合并为一个请求，减少请求次数。
• 使用 CDN：将静态资源放在内容分发网络上，减少延迟。
• 动态调整包大小：根据网络状况动态调整数据包的大小，以提高传输效率。

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4. 关闭连接

关闭连接是网络请求的最后一步，它涉及到连接的终止和资源的释放。

耗时因素

1. 连接关闭的延迟：在TCP协议中，关闭一个连接需要进行四次挥手，这个过程会产生一定的延迟。如果网络延迟高或者服务器响应慢，那么关闭连接的时间就会增加。

2. 可能的重传和确认延迟：在网络通信中，如果数据包在传输过程中丢失，那么就需要进行重传。同时，接收方需要发送确认信息来确认已经收到数据包。这两个过程都可能产生延迟。如果网络条件不好，数据包丢失的概率就会增加，从而导致重传和确认延迟增加。

优化措施

• 主动关闭连接：确保客户端在完成数据交互后及时关闭连接，减少资源占用。
• 使用 TCP FIN-WAIT-2 状态的优化：通过合理的超时设置，避免长时间占用连接。
• 使用 QUIC 协议：QUIC 协议在连接关闭时具有更快的性能表现。

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总结

网络优化的核心在于减少每个步骤的耗时，同时确保在速度、稳定性和安全性之间取得平衡。通过对每个步骤的深入分析和优化，可以显著提升用户体验，尤其是在网络条件不佳的环境下。网络优化是一个持续的过程，需要不断地监控、测试和调整，以适应网络环境和用户需求的变化。