tcp加速原理

1、一、互聯(lián)網(wǎng)概述TCP，即傳輸控制協(xié)議，是目前網(wǎng)絡(luò)上使用的最多的傳輸協(xié)議，我們知道，整個互聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)是以IP協(xié)議提供的無連接的端到端的報文傳輸服務(wù)為基礎(chǔ)，在這種體系結(jié)構(gòu)下，那么端到端的數(shù)據(jù)傳輸需要自己來保證數(shù)據(jù)的可靠性，TCP所作的就是這樣的工作，它提供了端到端的數(shù)據(jù)可靠性的傳輸，當(dāng)然，在互聯(lián)網(wǎng)上沒有100%的可靠性保證。正是因為TCP的貢獻(xiàn)，所以自從提出后就成為了網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)傳輸協(xié)議。先來看下TCP的是如何保證數(shù)據(jù)可靠傳輸?shù)?，TCP對

2、所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)都做了序號標(biāo)記，序號是按照字節(jié)數(shù)來增長的，TCP的接收方在接到數(shù)據(jù)后發(fā)出一個確認(rèn)（ACK）給對端，ACK里面包含一個序列號，這個序列號n表示序號在n之前的數(shù)據(jù)已經(jīng)全部收到了，現(xiàn)在期待序號為n的數(shù)據(jù)到來。我們必須要知道的一個事實就是，主機發(fā)去網(wǎng)絡(luò)上的任何一個數(shù)據(jù)包都有可能在網(wǎng)絡(luò)上被丟棄，由于網(wǎng)絡(luò)中路由器處理能力限制、鏈路錯誤等原因都會導(dǎo)致數(shù)據(jù)包的丟棄。如果ACK被丟棄了的話，，那么就要靠重傳機制了。TCP對發(fā)出去的數(shù)據(jù)包都保留

3、有計時器，如果定時器到而確認(rèn)還沒有收到的情況下，TCP會對剛才發(fā)送的數(shù)據(jù)包進行重傳。TCP使用確認(rèn)和超時重傳機制保障了數(shù)據(jù)的可靠性傳輸。再看流量控制方面，由于數(shù)據(jù)的發(fā)送方和接收方并不一定有相同的數(shù)據(jù)處理能力，為了避免數(shù)據(jù)發(fā)送過快而超過對方的接收能力，TCP采用了流量控制機制，接收方在TCP的包頭里面通告了發(fā)送方自己的接收窗口，也就是還能夠接收的最多的數(shù)據(jù)包，這樣TCP就不會過度發(fā)包而超過對方的接收能力。似乎看上去TCP已經(jīng)很完美了，它提

4、供了端到端的數(shù)據(jù)可靠性保證，并且還考慮對端的接收能力，事實上TCP的最初設(shè)計也就是這么一些機制，具體可以看RFC793的文檔。注意到這篇文檔的日期為1981年，TCP從此開始出現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)上傳輸數(shù)據(jù)。1986年10月，一件事情的發(fā)生使得TCP開啟了一個新領(lǐng)域，從美國LBL到UCBerkeley的數(shù)據(jù)吞吐量從32Kbps下降到40bps，具體可以參見V.Jacobson的論文“CongestionAvoidanceControl”，請記住這

5、篇文章，我們后面還會多次提到它。是什么原因?qū)е铝藬?shù)據(jù)吞吐量如此嚴(yán)重的下降呢？原來在TCP的控制機制里面只考慮到了接收端的接受能力，而忽略了一個很重要的方面，那就是沒有考慮到網(wǎng)絡(luò)自己的傳輸能力，從而造成了整個網(wǎng)絡(luò)崩潰的發(fā)生。從這以后，TCP的研究課題就開始多了一個方向，那就是擁塞控制，因為擁塞控制算法算法對保證互聯(lián)網(wǎng)的穩(wěn)定性具有十分重要的作用，其中以V.Jacobson的那篇論文開創(chuàng)了互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)擁塞控制領(lǐng)域的工作。二、擁塞的概述網(wǎng)的發(fā)展，上

6、網(wǎng)的用戶和應(yīng)用的數(shù)量也隨之增長，這樣，如果不采取某種措施來協(xié)調(diào)資源的使用，那么擁塞的發(fā)生就是必然的。一般來說，擁塞控制算法包括擁塞避免和擁塞控制兩個方面，擁塞避免是一種預(yù)防機制，也就是說避免網(wǎng)絡(luò)進入擁塞狀態(tài)，盡量使得網(wǎng)絡(luò)保持在高吞吐量和低延遲的情況下。對應(yīng)的擁塞控制就是恢復(fù)機制了，它使得網(wǎng)絡(luò)一旦發(fā)生了擁塞，需要從擁塞狀態(tài)中恢復(fù)出來，重新進入高吞吐量和低延遲的狀態(tài)。看起來比較容易，然后事情不是想象中的那么簡單?？纯礊槭裁磽砣刂剖且患容^

7、困難的事情尤其是要做到很到的擁塞控制時讓網(wǎng)絡(luò)的利用率達(dá)到最大化。首先是互聯(lián)網(wǎng)的模型，目前互聯(lián)網(wǎng)采用的是報文交換(packetswitched)網(wǎng)絡(luò)，比起之前的電路交換相比，報文交換大大提高了網(wǎng)絡(luò)的資源利用率（關(guān)于這一點，看看IP電話就知道為什么IP電話便宜了）。但是報文交換網(wǎng)絡(luò)使得整個網(wǎng)絡(luò)變?yōu)榉植际降?，在網(wǎng)絡(luò)中間沒有連接的概念，造成了每個節(jié)點所獲得的信息不是很完整，而不完整的信息要完成比較好的擁塞控制，那是非常困難的。其次就是網(wǎng)絡(luò)環(huán)境是

8、非常復(fù)雜的，互聯(lián)網(wǎng)上各處的網(wǎng)絡(luò)性能有很大的差異，比如說網(wǎng)通到電信的跨運營商網(wǎng)絡(luò)丟包率就非常大，網(wǎng)絡(luò)中間還有瓶頸鏈路，因此算法必須要有很好的適應(yīng)性才行，處理報文丟失、亂序等情況。第三就是算法的性能要求，整個主要包括公平性、效率、穩(wěn)定性和收斂性等各個方面。公平性主要指在帶寬占用方面，不能一條連接占據(jù)了大部分帶寬，而讓其他的連接無法跑應(yīng)用。效率指的是在帶寬充足的時候要能夠充分利用帶寬，避免帶寬的浪費。穩(wěn)定性則是要能夠長久的運行，而不能一段時間

9、后就出現(xiàn)無法上面所說的一些性能要求。收斂性性則是要對網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)變化快速做出響應(yīng)，從而調(diào)整整個網(wǎng)絡(luò)重新達(dá)到平衡狀態(tài)。第四點需要考慮到就是算法的開銷，擁塞算法必須盡量地減少附加的網(wǎng)絡(luò)流量，尤其是在擁塞恢復(fù)的時候。這就要求各個節(jié)點間的通信要盡可能少，這個要求使得算法設(shè)計變得十分困難。同時算法還必須網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的計算復(fù)雜性，否則就會降低網(wǎng)絡(luò)節(jié)點對其它數(shù)據(jù)包的處理能力。三、TCP擁塞控制算法為了防止網(wǎng)絡(luò)的擁塞現(xiàn)象，TCP提出了一系列的擁塞控制機制。最