协议封装：TCP 对比 Aeron/UDP

原始字节开销几乎不分伯仲，但行为上的差异却天壤之别。这正是将 TCP/IP 协议栈与 Aeron 基于 UDP 的协议栈进行对比时最核心的结论。

两套协议栈都运行在相同的以太网和 IP 层之上。它们在传输层开始分道扬镳，而这一分歧之处，正是你的尾延迟所在。

阅读本文时，建议同时参阅调优概览和带宽时延积页面。

TCP/IP 协议栈

每一个 TCP 分段都会在协议栈的各层被逐层包裹上报文头。

┌──────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ OSI 1: Physical — Cables, fibre, wires                       │
├──────────┬───────────────────────────────────────┬───────────┤
│ Header   │ Ethernet Payload (46-1500 bytes MTU)  │ CRC       │
│ 14 bytes │                                       │ 4 bytes   │
├──────────┼───────────────────────────────────────┤ OSI 2     │
│ IP Hdr   │ IP Data Array                         │           │
│ 20 bytes │                                       │ OSI 3     │
├──────────┼───────────────────────────────────────┤           │
│ TCP Hdr  │ TCP Data Array                        │           │
│ 20 bytes │                                       │ OSI 4/5   │
├──────────┼───────────────────────────────────────┤           │
│ HTTP ?   │ Application Data                      │ OSI 6&7   │
└──────────┴───────────────────────────────────────┴───────────┘

TCP 的开销计算

以一个 1500 字节 MTU 的以太网帧为例：

以太网头：14 字节 + CRC：4 字节 = 18 字节
IP 头：20 字节
TCP 头：20 字节
总开销：58 字节 → 留给应用数据的约为 ~1442 字节
如果使用 HTTP，还要再加上 HTTP 报文头 → 可用载荷更少

Aeron/UDP 协议栈

Aeron 保留了以太网和 IP 层，将 TCP 替换为 UDP，并用其自有的可靠性层取代了应用层协议。

┌──────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ OSI 1: Physical — Cables, fibre, wires                       │
├──────────┬───────────────────────────────────────┬───────────┤
│ Header   │ Ethernet Payload (46-1500 bytes MTU)  │ CRC       │
│ 14 bytes │                                       │ 4 bytes   │
├──────────┼───────────────────────────────────────┤ OSI 2     │
│ IP Hdr   │ IP Data Array                         │           │
│ 20 bytes │                                       │ OSI 3     │
├──────────┼───────────────────────────────────────┤           │
│ UDP Hdr  │ Aeron Message                         │           │
│ 8 bytes  │                                       │ OSI 4/5   │
├──────────┼───────────────────────────────────────┤           │
│ Aeron Hdr│ Application Data                      │           │
│ 24 bytes │                                       │ OSI 6&7   │
└──────────┴───────────────────────────────────────┴───────────┘

开销对比：TCP 对比 Aeron/UDP

层	TCP 协议栈	Aeron/UDP 协议栈
以太网	18 字节	18 字节
IP	20 字节	20 字节
传输层	TCP：20 字节	UDP：8 字节
会话层/应用层	HTTP：可变（数百字节）	Aeron：24 字节
总开销	58+ 字节（不含 HTTP）	70 字节（含 Aeron 头）

关键差异

字节数相近，但这些字节为你换来的东西却大不相同。

UDP 头为 8 字节，而 TCP 头为 20 字节 —— 每个数据包节省 12 字节。
Aeron 增加了自有的 24 字节报文头 来实现可靠性（序列号、流 ID 等）。
没有 TCP 握手，没有 TCP 拥塞控制，没有 TCP 队头阻塞。
Aeron 通过基于 NAK 的重传实现自有的可靠性 —— 在组播和高吞吐场景下更为高效。

这对调优为何重要

报文头字节对吞吐量几乎没有影响。UDP 相比 TCP 节省的 12 字节，再减去 Aeron 在自有报文头上多花的字节，相对于 1500 字节的帧而言不过是舍入误差。所以不要为了省下区区几个字节而选择 Aeron。

选择它，是为了尾延迟。TCP 的拥塞控制和严格按序交付才是真正的代价。它们在高负载下抬高 p99，并注入任何缓冲区调整都无法完全消除的抖动：

队头阻塞 —— 一个丢失的分段会让其后的每一个分段都被卡住，即便网络状况良好也会让 p99 飙升。
拥塞控制 —— TCP 会按照它自己的节奏限制发送方，从而压低吞吐量，并带来你并不想要的延迟。
握手 —— 建立连接会在第一个字节数据传输之前增加若干次往返。

Aeron 在 UDP 之上基于 NAK 的重传机制规避了上述三个问题。它自行掌控重传时机，且从不阻塞队头，从而使 p50 保持紧凑、p99 保持可预测。

关于 Aeron 的 NAK 协议、序列号和 term buffer 究竟如何承载这些字节，请参阅 The Aeron Files。本页面专注于协议栈对比。