測(cè)試運(yùn)營商以太網(wǎng)TCP性能的重要性[1]

  1、引言

  一直以來，網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用的SLA（Service Level Agreement，服務(wù)水平協(xié)議）都是通過下面的這些參數(shù)界定的：

  （1）可用性。包括正常運(yùn)行時(shí)間/停機(jī)時(shí)間、平均修復(fù)時(shí)間、保護(hù)倒換。

  （2）性能。包括可用性（吞吐量）、鏈路突發(fā)性、服務(wù)完整性（丟幀率）、傳輸延遲（時(shí)延）、幀延遲變化（數(shù)據(jù)包抖動(dòng)）。

  盡管這些參數(shù)對(duì)于表征和界定SLA非常有用，但是它們只涵蓋了最多到網(wǎng)絡(luò)IP層的網(wǎng)絡(luò)性能。借助這些參數(shù)，服務(wù)提供商和最終用戶可知曉網(wǎng)絡(luò)有傳輸幀的能力，但是不知道能讓它們的關(guān)鍵應(yīng)用達(dá)到什么級(jí)別的性能。

  2、通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

  為了成功交換信息，兩臺(tái)聯(lián)網(wǎng)設(shè)備需要一系列協(xié)議，以允許應(yīng)用進(jìn)行通信。這一協(xié)議組就是TCP/IP，它由7層組成，每一層都有特定的功能并向更高的層提供服務(wù)。頂層即應(yīng)用層利用它下面的層來與另一臺(tái)終端設(shè)備通信，在這個(gè)過程中最重要的層就是傳輸層，因?yàn)樗_保數(shù)據(jù)從網(wǎng)絡(luò)層傳輸?shù)綉?yīng)用層。

  用戶終端通常采用UDP（用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議）和TCP（傳輸控制協(xié)議）進(jìn)行通信，這些協(xié)議也是TCP/IP協(xié)議棧的組成部分。根據(jù)運(yùn)行的應(yīng)用不同，采用的傳輸協(xié)議可能不同。如果應(yīng)用是實(shí)時(shí)性的并且允許丟失少量的信息，將采用UDP，因?yàn)樗?jiǎn)單、有效并且比TCP速度快。對(duì)于IPTV、VoIP或在線游戲等應(yīng)用，它是非常合適的協(xié)議。但是，這種協(xié)議不具備TCP提供的可靠性和順序保證，信息可能雜亂無章地到達(dá)或在沒有通知的情況下丟失。如果應(yīng)用需要在兩臺(tái)聯(lián)網(wǎng)設(shè)備之間可靠和有效的傳輸，例如電子郵件、客戶關(guān)系管理、企業(yè)資源規(guī)劃和文件傳輸?shù)葢?yīng)用，應(yīng)采用TCP。

  TCP比UDP更復(fù)雜，它有多個(gè)參數(shù)可進(jìn)行配置以優(yōu)化其利用率?？墒?，在不同的應(yīng)用中使用的默認(rèn)值會(huì)降低網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男阅?，使服?wù)提供商和最終用戶在網(wǎng)絡(luò)傳輸能力上出現(xiàn)爭(zhēng)議。

  3、網(wǎng)絡(luò)的TCP吞吐量

  在TCP中一些特定參數(shù)將影響設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)上有效傳輸信息的能力，如傳輸窗口的大小、傳輸段的大小以及重傳超時(shí)。TCP外部參數(shù)也將影響其性能，其中環(huán)回延遲和丟幀率在TCP鏈路的運(yùn)行中扮演最重要的角色。此外，如所使用的應(yīng)用、TCP/IP棧的類型以及運(yùn)行這些應(yīng)用的計(jì)算機(jī)/服務(wù)器的性能等因素也會(huì)影響其傳輸性能。

  從純理論的角度看，TCP最大的吞吐量可通過公式（容量=帶寬×環(huán)回時(shí)間，也稱作帶寬延遲乘積）定義。表1列出了基于40 ms環(huán)回時(shí)間的不同線路容量。

  表1中“容量（字節(jié)）”這一列的理論值指示在任何給定的時(shí)間系統(tǒng)中的最大字節(jié)數(shù)，在此數(shù)值下能夠最大化占滿線路以及TCP可重新發(fā)送任何丟棄或錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)段。在標(biāo)準(zhǔn)的TCP應(yīng)用中，傳輸窗口允許的最大容量是65535字節(jié)。也就是說在45 Mbit/s和更高的速率、環(huán)回時(shí)間為40 ms的情況下，運(yùn)行普通TCP的服務(wù)器不能l00%占滿線路。因此，除非將傳輸窗口擴(kuò)展到超過65535字節(jié)，否則最終用戶在40 ms環(huán)回時(shí)間下將無法以超過13.1 Mbit/s的速率傳輸數(shù)據(jù)。以上都是理論值，在現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)中達(dá)不到這樣的吞吐量。

  表1　基于40 ms環(huán)回時(shí)間的不同線路容量

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