长肥网络与TCP的长肥管道
本文目录
- 1、简化的理解网络模型
- 2、时延带宽积的定义
- 3、长肥网络与TCP长肥管道的定义
- 4、TCP长肥管道的特征及对TCP性能的影响
- 4.1、TCP长肥管道的二大特征：
- 4.2、TCP长肥管道对TCP性能的影响：
- 5、TCP长肥管道中如何正确设置iperf3的参数
从文章ip网络的时延：传输时延(发送时延)，传播时延，处理时延，排队时延我们已经知道了发送时延（传输时延）的定义： 传输时延=数据帧长度(b)/信道带宽(b/s)，所以可知传输时延(发送时延)和带宽成反比。
1、简化的理解网络模型
所以我们可以将一个不丢包，不抖动，不误码（出错误包），没有排队时延，没有处理时延的理想网络模型简化为二个特征：
- 带宽（和传输时延(发送时延)成反比）
- 传播时延
2、时延带宽积的定义
时延带宽积=传播时延*带宽
3、长肥网络与TCP长肥管道的定义
- 长肥网络：
时延带宽积很大的网络叫做长肥网络(LFN，long fat network的缩写)。 - TCP长肥管道
在LFN中建立的TCP链接叫做长肥管道。这里注意了，长肥管道是TCP专有的，UDP不具备这个概念。
可以将TCP的长肥管道理解为高速公路，而每个被传输的数据包都是一辆行驶的小汽车，如果一辆接一辆的排满汽车，并且所有汽车都以相同的速度开行，则高速公路上可以容纳很多的小汽车，但如果高速公路很长，每个小汽车从起点到终点还是要花费很多时间。
4、TCP长肥管道的特征及对TCP性能的影响
4.1、TCP长肥管道的二大特征：
- 传输时延（发送时延）很小
收发包速度很快，非常短的时间就能把大量的数据发送到网络上。 - 传播时延很大
数据包从发送到网络上开始，要给过很长的时间（相比于发送时延）才能传送到接收端
4.2、TCP长肥管道对TCP性能的影响：
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长肥管的带宽延时积很大（发送很快，传播到另外一端需要很长时间）,
导致会有大量的数据包正在传输途中，我们都知道，TCP流控算法会在窗口变成0时停止发送。但原始的TCP头部的窗口大小字段是16位的，因此窗口大小最大为65535字节，这就将发送方发送但未被确认的数据的总长度限制到了65536字节。参考计算 65535*8/1024/1024 = 0.5Mbps，那么假设发送速度足够快的前提下，在传播时延为100毫秒的网络里，只要5Mbps的带宽就可以做到在第一个bit还没有到达接收端时，发送端就已经发送完了最后一个bit, 然后窗口变成0，停止发送数据，还要等待至少100毫秒发送端才能收到接收端发回来的接收窗口通告，然后才能打开窗口继续发送，意味着最多只能使用到5Mbps的带宽，因此不能充分利用网络。------由此提出了窗口扩大选项以声明更大的窗口. -
长肥管的延时较高
据TCP的拥塞控制，丢失分组会导致连接进行拥塞控制，即便是由于冗余ACK而进入了快速恢复，也会使得拥塞窗口降低一半，而如果是由于超时进入了慢启动，则拥塞窗口会变为1，无论是哪一种情形，发送方允许被发送的数据量都大量减小了，这会会使得管道枯竭(即网络通信速度急剧下降), 采用快重传快恢复算法可以部分解决这个问题。 -
提高长肥管的吞吐量, 长肥管一般声明很大的窗口值, 而这样不利于RTT的测量
按TCP协议，每个TCP连接只有一个RTT计时器, 同一时间，只有一个报文做RTT测量，启动RTT计时的数据在没有被ACK前, TCP无法进行下一次RTT的测量。而在长肥管道中，传播时延很大，这意味着RTT的测试周期很大。-----引入时间戳选项提高测试RTT的频率 -
长肥管的发送速度非常快（发送时延）
TCP对每个字节数据使用一个32bit无符号的序号来进行标识。TCP定义了最大的报文段生存时间（MSL）来限制报文段在网络中的生存时间。但是在LFN网络上，由于序号空间是有限的，在已经传输了4294967296个字节以后序号会被重用。如果网络快到在不到一个MSL的时候序号就发生了回绕，网络中就会有两个具有相同序号的不同的报文段，接收方将无法区分它们的顺序。在一个千兆比特网络（1000Mb/s）中只需要34秒就可以完成4294967296个字节的发送。------引入TCP的时间戳选项的PAWS(ProtectionAgainstWrappedSequencenumbers)算法（保护回绕的序号）。
5、TCP长肥管道中如何正确设置iperf3的参数
现在的网络，通常是大带宽的，如果有中间一些设备产生的延时，则很容易产生长肥管道的问题，通过本文，我们已经知道了TCP长肥管道中，TCP的性能很差，很难充分利用网络带宽，那么如果要对这样的网络进行测试，得到网络的最大吞吐量，我们应该如何设置iperf3的参数呢。
其实逻辑很简单，主要就是二个思路：
- 扩大TCP窗口，停止拥塞控制算法，以提高网络利用率
- 一条TCP连接无法占满整个带宽，那么就考虑同时使用多条TCP连接，使用更多的TCP连接去占满带宽
具体参见文章长肥网络中如何正确的使用iperf3进行TCP最大吞吐量测试