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									TCP连接传输速率限制因素的
测量和诊断

   吕国晗,严程,李星

 清华大学电子工程系NGN实验室
该图来自http://e2epi.internet2.edu/btg/
背景

   TCP被广泛使用
       Web
       File downloading
       P2P sharing/streaming
       90%以上的数据包传输使用TCP协议


   TCP速率受限如何诊断?
研究动机

   TCP的速率限制因素
       应用层协议
       发送端窗口 → 增大发送端缓存(主机)‫‏‬
       接收端窗口 → 增大接收端缓存(主机)‫‏‬
       拥塞窗口 → 找出丢包的原因(ISP)‫‏‬
       瓶颈带宽 → 提高瓶颈链路的带宽(ISP)‫‏‬
   如何诊断
       仅仅丢包和延迟不能说明问题
大纲

   相关工作
   基本思路
   诊断方法
   仿真结果
   结论和今后的工作
相关工作

   从TCP协议栈中提取信息
       Web100: 在Linux TCP协议栈中增加各种统计
        量
   分析Packet trace
       Zhang, et al [SIGCOMM 2000]
       Siekkinen, et al [CoNEXT 2005]
       Timmer, et al [IEEE/IFIP 2006]
       基本思路:分析Flight size的变化
基本思路

   只考虑TCP Bulk Transfer
   TCP速率 = 平均窗口/平均RTT
       平均窗口受限,RTT与窗口大小无关
       瓶颈带宽限制,RTT随窗口线性增长
确定窗口受限因素(I)‫‏‬

   获得Flight size的变化过程
       确定确认包和数据包的对应关系
       发送端trace
       Fligh size = DATA.snd_max - ACK.snd_una

                      Packet Capture
        Stack
        TCP




                              ACK
                              DATA
确定窗口受限因素(II)‫‏‬

   分析Flight size的变化过程
       接收端窗口限制的确定
           接收端窗口大小在TCP包头
       发送端窗口和拥塞窗口限制的区别
           受限于发送端窗口:Flight size长时间不变化
           受限于拥塞窗口:Flight size定期增长
           模拟TCP拥塞窗口线性增长过程,比较模拟值和实
            际的Flight size
RTT的测量

   RTT = T0 – T1
       T0是收到确认包的时间
       T1是发送数据包的时间

                    T1
        Stack
        TCP




                DATA
                         Internet
                ACK
                  T0
仿真实验

   实验床




   网络环境
       网路丢包
       大带宽延迟积链路
       瓶颈带宽
  实验环境一:网络丢包


             Rcvwnd=200K       Rcvwnd=20K

Loss rate   0.1   0.01 0.001 0.1   0.01 0.001
Rate(Mb)    2   73     190   2     53 98
wnd(KB)     2   13     38    2     10 18
Rlimit(%)   0%  0%     0%    0%    28% 90%
                90
Climit(%)   27%    %   99%   23% 64% 10%
 实验环境二:大带宽延迟积

Rcvwnd(bytes) 100K   200K    300K    400K   500K
Rate(Mb)     6.6     13.0    19.2    14.8   17.8
wnd(KB)      84.2    166     247     190    230
RTT(ms)      102.1   102.3   102.7   105.0 103.7
Rlimit(%)    92%     91%     90%     1%     0%
Climit(%)    6%      8%      9%      96%    97%
实验环境三:链路瓶颈带宽

              Sndbuf(bytes)        Rcvwnd(bytes)

            10K 50K       100K   10K   50K 100K

Rate(Mb)    53     91.5   90     43    95    95
wnd(KB)     13     65     125    8.7   49    100
RTT(ms)     1.7    5.6    10.9   1.6   4.1   8.3
Rlimit(%)   99.8   97.7   91.3   100   100   99.9
Slimit(%)   0      0      0      0     0     0
结论和今后的工作

   工具能很好定位TCP链接的速率限制因素
   应用到实际网络中
   和web100进行比较
   将分析扩展到对接收端trace的支持

								
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