为什么都说首屏html大小限制在14KB以内

原文在 https://github.com/879479119/879479119.github.io/issues/7 同步更新

由于前端资源的特殊性,首屏有大量的优化都是体现在网络上的,在网络优化中有非常多文章进行说明,这里我就不再赘述了。但是其中有一个非常有意思的点,就是14KB的问题,大家基本都听说过,但是却很少知道其中的道理,我在网上也没看到很详细的解释,所以提出来说一下。

为什么首屏的html资源要限制在14KB以内呢?

  1. 最普遍的说法(各种博客):

    反正是14kb可以最好的利用网络带宽,可以让html在一次就传输完所以最快咯~

  2. 详细的说法(谷歌开发者文档):

    https://developers.google.com/speed/docs/insights/mobile

鉴于 TCP 评估连接状况的方式(即 TCP 慢启动),新的 TCP 连接无法立即使用客户端和服务器之间的全部有效带宽。因此,在通过新连接进行首次往返的过程中,服务器最多只能发送 10 个 TCP 数据包(约 14KB),然后必须等待客户端确认已收到这些数据,才能增大拥塞窗口并继续发送更多数据。

另外还需注意的是,10 个数据包 (IW10) 这一限值源自 TCP 标准的最近一次更新:您应确保自己的服务器已升级到最新版本,以便能够充分利用这次更新。否则,这一限值可能会降低到 3-4 个数据包!

考虑到 TCP 的这种行为,请务必优化您的内容,以尽可能减少为传输必要数据(以完成网页的首次呈现)而需进行的网络往返的次数。理想情况下,ATF 内容应小于 98KB,这样浏览器才能在 3 次网络往返之后即可显示网页内容,以便为服务器响应延迟和客户端呈现留出充足的时间预算。

看到上面的一段我们其实已经大概明白了,原来是因为慢启动的存在导致我们第一屏只能发送14kb的内容,那为什么是1.4kb * 10这么计算呢?在旧版本的服务器上又是指的哪个版本之前呢?这里我们分两块说

什么是TCP慢启动

TCP网络通信占了我们日常使用的网络通信的绝大部分,网络环境质量变化都十分复杂,同时为了避免流量攻击等行为,TCP实际上有一些防止拥塞的策略,主要是依靠四个算法来实现:1)慢启动2)拥塞避免3)拥塞发生4)快速恢复

我们现在只说slow start这一个,剩下的读者可以自行搜索阅读


慢启动在1988年就由TCP-Tahoe 提出了,主要目的就是为了避免新加入的连接直接把带宽打满,也可以避免一些恶意行为。

先好好补一下计算机网络的概念:

MTU: Maximum Transmission Unit,是指一种通信协议的某一层上面所能通过的最大数据包大小(以字节为单位)。最大传输单元这个参数通常与通信接口有关(网络接口卡、串口等)。

MSS: Maximum Segment Size,是传输控制协议(TCP)的一个参数,以字节数定义一个计算机或通信设备所能接受的分段的最大数据量。 它并不会计算 TCP 或 IP 协议头的大小。

从算法上来说原理(不论系统实现),慢启动的算法如下(cwnd全称Congestion Window):

1)连接建好的开始先初始化cwnd = 1,表明可以传一个MSS大小的数据。

2)每当收到一个ACK,cwnd++; 呈线性上升

3)每当过了一个RTT,cwnd = cwnd*2; 呈指数让升

4)还有一个ssthresh(slow start threshold),是一个上限,当cwnd >= ssthresh时,就会进入“拥塞避免算法”(去参考文章里面看)

所以,我们可以看到,如果网速很快的话,ACK也会返回得快,RTT也会短,那么,这个慢启动就一点也不慢。但是我们首屏注重的就是第一个横线,在这么看来只有1个MSS肯定是不够使的,下图说明了这个过程。

tcp.slow_.start_

上面的是理论的算法,实际上我们工作中就不是从1开始慢慢增长了,需要提一下的是一篇Google的论文《An Argument for Increasing TCP’s Initial Congestion Window》Linux 3.0后采用了这篇论文的建议——把cwnd 初始化成了 10个MSS。

而Linux 3.0以前,比如2.6,Linux采用了RFC3390,cwnd是跟MSS的值来变的,如果MSS< 1095,则cwnd = 4;如果MSS>2190,则cwnd=2;其它情况下,则是3。

不得不说隔了这么几十年了,互联网技术还是还是会随着硬件能力的增长不断更新的,现在就是10个MSS起步了,那么Linux 3.0这个我们用不用担心呢?其实不用,3.0已经是2011年07月22日发行的了,以我们常用的centOS 7.2为例,他的内核版本已经是3.10了,不用担心

MSS大小的计算

我们已经知道了1.4K * 10之中的10是从哪里来的了,10就是指的10个MSS,那1.4k就是这个MSS的最大大小了吧。熟悉计算机网络的同学肯定已经知道是怎么回事了

因为我们一般认为终端用户使用的网络MTU是1500Byte来的,由于那相当于是我们数据链路层能够传输的大小了,我们实际能传输的IP数据包内容肯定是比他少的,简单的算一算

一个TCP包(数据段)的荷载 <= MSS < MTU

PPPoE首部6,PPP协议2
数据链路层最大data为1500-8=1492
IPv4首部最少20,IPv6首部40,TCP首部最少20
MSS最大为1492-20-20=1452

现在得到了MSS最大是1.452K这个结果,正是与我们预期一致的,Q.E.D


整个探索过程很多东西都是与网络相关,可见计算机基础和网络对于一个工程师的重要性,虽然日常工作很少实际用到底层的原理,但是学习一下打好基础还是很有价值的。。笔者对计算机网络并不能算很熟悉,文中若有错误还请多指正!


转载请注明出处及作者,同时感谢下列作者

[TCP的那些事儿(下) 陈皓]https://coolshell.cn/articles/11609.html

[goolge 移动网络分析]https://developers.google.com/speed/docs/insights/mobile

[TCP/IP数据包结构详解 水沐清華]https://blog.csdn.net/prsniper/article/details/6762145

[TCP一次数据包最大负载是多少?wind5o]https://segmentfault.com/a/1190000012962389%

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