Настройка TCP

Произведение пропускной способности на задержку (англ. bandwidth-delay product, BDP) — важное понятие при настройке TCP, обозначающее количество байт, необходимое для заполнения всего «пути» TCP; фактически это максимальное количество одновременных бит, находящихся в передаче между отправителем и получателем.

Высокопроизводительные сети обладают большим BDP. Например, при связи двух узлов через геостационарный спутник с временем кругового прохода (RTT) 0,5 секунды и пропускной способностью 10 Гбит/с возможно наличие в пути до 0,5×10 = 5 Гбит не подтверждённых данных. Хотя в волоконно-оптических линиях задержки в разы ниже, их огромная пропускная способность также приводит к высоким значениям BDP. Операционные системы и сетевые протоколы, созданные всего несколько лет назад с учётом меньших сетевых скоростей, рассчитаны на значительно меньшие BDP, что ограничивает достижимую производительность.

Изначально настройки TCP предусматривали размер окна приёма (TCP receive window) и буферов до 65 535 (64 КиБ − 1) байт, чего было достаточно для медленных линий или соединений с небольшой RTT. Для более производительных вариантов, описанных ниже, нужны существенно большие буферы.

Буферизация используется во всех высокопроизводительных сетевых системах для компенсации задержек. В общем случае размер буфера должен быть пропорционален объёму «данных на лету» в любой момент времени. Для очень высокопроизводительных приложений, не чувствительных к задержкам, допустимо вводить значительные концевые задержки за счёт промежуточных хранилищ, и использовать запланированные пакетные передачи данных вне реального времени в конечные точки.

В компьютерных сетях RWIN (окно приёма TCP, TCP Receive Window) — это объём данных, который компьютер может принять без подтверждения отправителю. Если отправитель не получит подтверждения на первую переданную пакетную порцию, он приостанавливает передачу, а по истечении определённого таймаута может даже выполнять повторную передачу. Именно так TCP обеспечивает надёжную доставку данных.

Даже при отсутствии потерь пакетов эффективность TCP может ограничиваться размерами окна. Поскольку TCP передаёт данные только на объём окна до получения подтверждений, пропускная способность часто не используется на полную мощность. Ограничение пропускной способности окном определяется по формуле:

где RWIN — размер окна приёма TCP, а RTT — время кругового прохода по маршруту.

В любой момент времени в получателе TCP размер окна соответствует объёму свободной памяти, выделяемой под этот сеанс. Иначе велик риск потери пакетов на этапе приёма.

Для высокой производительности сторона-отправитель тоже должна резервировать аналогичный объём памяти: даже после передачи данных отправителю нужно хранить их до подтверждения успешной доставки, на случай необходимости повторной передачи. Если получатель удалён, подтверждения приходят с задержкой, и небольшой буфер передачи быстро заполняется, блокируя отправку. Оптимальный размер памяти для отправителя рассчитывается так же, как и для окна приёма.

Потери пакетов в сети накладывают дополнительное ограничение на соединение^[2]. При умеренных потерях, когда скорость TCP ограничивается алгоритмом предотвращения перегрузок, лимит можно вычислить по формуле (Mathis и др.):

где MSS — максимальный размер сегмента, а P_loss — вероятность потери пакета. Если потери случаются крайне редко и окно TCP всегда максимально раскрыто, эта формула не применима.