Сидни Фейт - TCP/IP Архитектура, протоколы, реализация (включая IP версии 6 и IP Security)

Последнее отклонение = | Последний цикл - Средняя величина |

Для вычисления правильного значения тайм-аута нужно учитывать еще один фактор — изменение времени цикла из-за текущих сетевых условий. Происходившее в сети в последнюю минуту более важно, чем то, что было час назад.

Предположим, что вычисляется среднее значение цикла для очень длинного по времени сеанса. Пусть вначале сеть была мало загружена, и мы определили 1000 небольших значений, однако далее произошло увеличение трафика с существенным увеличением времени задержки.

Например, если 1000 значений дали среднестатистическую величину в 170 единиц, но далее были замерены 50 значений со средним в 282, то текущее среднее будет:

170×1000/1050 + 282×50/1050 = 175

Более резонной будет величина сглаженного времени цикла (Smoothed Round-Trip Time — SRTT), которая учитывает приоритет более поздних значений:

Новое SRTT = (1 – α)×(старое SRTT) + α×Последнее значение цикла

Значение α находится между 0 и 1. Увеличение а приводит к большему влиянию текущего времени цикла на сглаженное среднее значение. Поскольку компьютеры быстро могут выполнять деление на степени числа 2, сдвигая двоичные числа направо, для α всегда выбирается значение (1/2) n(обычно 1/8), поэтому:

Новое SRTT = 7/8×старое SRTT + 1/8×Последнее время цикла

В таблице 10.2 показано, как формула для SRTT подстраивается под текущее значение SRTT в 230 единиц, когда изменение в сетевых условиях приводит к последовательному увеличению времени цикла (при условии, что не наступает тайм-аут). Значения в столбце 3 используются как значения столбца 1 для следующей строки таблицы (т.е. как старое SRTT).

Таблица 10.2 Вычисление сглаженного времени цикла

Теперь возникает вопрос о выборе значения для тайм-аута повторной пересылки. Анализ величин времени цикла показывает существенное отклонение этих значений от текущей средней величины. Имеет смысл установить границу для величины отклонений (девиаций). Хорошие величины для тайм-аута повторной пересылки (в стандартах RFC эту величину именуют Retransmission TimeOut — RTO) дает следующая формула с ограничением сглаженного отклонения (SDEV):

Т = Тайм-аут повторной пересылки = SRTT + 2×SDEV

Именно эта формула рекомендована в RFC 1122. Однако некоторые реализации используют другую:

Т = SRTT + 4×SDEV

Для вычисления SDEV сначала определяют абсолютное значение текущего отклонения:

DEV = | Последнее время цикла – старое SRTT |

Затем используют формулу сглаживания, чтобы учесть последнее значение:

Новое SDEV = 3/4×старое SDEV + 1/4×DEV

Остается один вопрос — какие взять начальные значения? Рекомендуется:

Начальный тайм-аут = 3 с

Начальный SRTT = 0

Начальный SDEV = 1,5 с

Ван Джекобсон определил быстрый алгоритм, который очень эффективно вычисляет тайм-аут повторной пересылки данных.

Насколько успешно будет работать вычисленный выше тайм-аут? При реализации полученного значения наблюдались значительные повышения производительности. Примером могут служить статистические данные команды netstat , полученные на системе tigger — сервере Интернета, к которому обращается множество хостов со всего мира.

tcp:

1301644 packets sent

879137 data packets (226966295 bytes)

21815 data packets (8100927 bytes) retransmitted

2012869 packets received

762469 acks (for 226904227 bytes)

35803 duplicate acks

0 acks for unsent data

1510769 packets (314955304 bytes) received in-sequence

9006 completely duplicate packets (867042 bytes)

74 packets with some dup. data (12193 bytes duped)

13452 out-of-order packets (2515087 bytes)

Системой tigger были повторно переданы менее чем 2,5% сегментов данных TCP. Для полутора миллионов входящих сегментов данных (остальные являются чистыми сообщениями ACK) дублированы были только 0,6%. При этом следует учитывать, что уровень потерь во входных данных примерно соответствует уровню для выходных сегментов. Таким образом, бесполезный трафик повторной пересылки составляет около 0,6% от общего трафика.

В представленных выше формулах используется значение времени цикла как интервала между отправкой сегмента и получением подтверждения его приема. Однако предположим, что в течение периода тайм-аута подтверждение не получено и данные должны быть оправлены повторно.

Алгоритм Керна предполагает, что в этом случае не следует изменять время цикла. Текущее сглаженное значение времени цикла и сглаженное отклонение сохраняют свои значения, пока не будет получено подтверждение на пересылку некоторого сегмента без его повторной отправки. С этого момента возобновляются вычисления на основе сохраненных величин и новых замеров.

Но что происходит до получения подтверждения? После повторной пересылки поведение TCP радикально меняется в основном из-за потери данных от перегрузки в сети. Следовательно, реакцией на повторную отправку данных будет:

■ Снижение скорости повторной пересылки

■ Борьба с перегрузкой сети с помощью сокращения общего трафика

После повторной пересылки удваивается интервал тайм-аута. Однако что произойдет при повторном переполнении таймера? Данные будут оправлены еще раз, а период повторной пересылки снова удвоится. Этот процесс называется экспоненциальным торможением (exponential backoff).

Если продолжает проявляться неисправность сети, период тайм-аута будет удваиваться до достижения предустановленного максимального значения (обычно — 1 мин). После тайм-аута может быть отправлен только один сегмент. Тайм-аут наступает и при превышении заранее установленного значения для количества пересылок данных без получения ACK.

Сокращение объема пересылаемых данных несколько сложнее, чем рассмотренные выше механизмы. Оно начинает работать, как и уже упомянутый медленный старт. Но, поскольку устанавливается граница для уровня трафика, который может в начальный момент привести к проблемам, будет реально замедляться скорость обмена вследствие увеличения размера нагрузочного окна по одному сегменту. Нужно установить значения границы для реального сокращения скорости отправки. Сначала вычисляется граница опасности (danger threshold):