FTP_TCP参数的选择和优化.doc

上海移动GPRS端到端数据业务性能评估与优化FTP业务TCP参数的选择和优化2007年5月21日上海移动GPRS端到端数据业务性能评估与优化EDGE终端分布及用户流量分析14 (14) Uppgjord (ven faktaansvarig om annan) - Prepared (also subject responsible if other)Nr - No.爱立信上海端到端优化项目组Dokansv/Godk - Doc respons/ApprovedKontr - CheckedDatum - DateCBC/YO/F 2007-05-13摘要在GPRS网络中，FTP，接收邮件等大数据量TCP传输业务的性能主要由无线信道的性能决定，但由于GPRS信道的特殊性（长时延，时延变化大，可用带宽可能发生变化等），TCP参数的选择对TCP的性能也会产生影响。我们使用上海GPRS网络中的FTP测试服务器，对不同的TCP参数进行了一系列测试，分析了各参数对TCP性能的影响，从中选择了一组适合GPRS特性的TCP参数。FTP测试服务器：06服务器操作系统：Solaris 8FTP服务器软件：proftpd目录1.测试环境和设备42.影响GPRS传输性能的TCP特性43.TCP参数的选择和分析43.1.最大分段长度（MSS）和路径MTU发现（PMTU）53.2.TCP接收和发送窗口的尺寸（rcvbuf，sndbuf）73.3.TCP慢启动初始窗口的尺寸（tcp_slow_start_initial）73.4.Selective Acknowledgments（SACK）103.5.TCP时间戳选项（timestamp option）113.6.TCP快速恢复算法参数114.结论132007-03-28仅限爱立信与上海移动内部1. 测试环境和设备我们在上海GPRS网络的FTP测试服务器上进行了测试和优化：FTP测试服务器：06服务器操作系统：Solaris 8FTP服务器软件：proftpd测试终端：class 10（42）GPRS卡。为了同时测试EDGE性能，我们同时使用了class 10（42）的EDGE手机进行了测试。2. 影响GPRS传输性能的TCP特性以下TCP参数可能会对GPRS的TCP传输性能产生影响 最大分段长度（MSS）和路径MTU发现（PMTU） TCP接收和发送窗口的尺寸（rcvbuf，sndbuf） TCP慢启动初始窗口的尺寸（tcp_slow_start_initial） Selective Acknowledgments（SACK） TCP时间戳选项（timestamp option） TCP快速恢复算法参数我们对以上TCP参数进行了测试和分析，从中选择出了一组适合GPRS网络环境的参数。3. TCP参数的选择和分析3.1. 最大分段长度（MSS）和路径MTU发现（PMTU）当前的TCP协议栈大多数都缺省支持路径MTU发现（PMTU）。在开启PMTU的情况下，TCP协议栈根据接口的MTU值设定MSS，并将IP包头的DF位设为1，这样，当数据包在传输路径上遇到较小的接口MTU值，需要拆分时，路由设备将向源主机发送一个错误提示，源主机会根据这个提示减少MSS值。最终，源主机会找到一个适合整个传输路径的MSS值。在上海GPRS FTP服务器上，PMTU已经打开，但FTP软件将MSS值设定在1024 Bytes，这样，在实际FTP传输中，MSS为1024，但在数据丢包重传时，又会使用系统缺省值1460，这样会产生两个问题影响传输效率： 使用较小的分段（1024）传输数据会产生较多的数据包，会增加传输时延 使用MSS 1460重传丢失的数据包（1024）会导致一部分数据重复发送，降低了传输效率。如下图所示：针对以上问题，我们重新设置了FTP软件，MSS值使用PMTU发现的MSS值（1460），以提高传输效率，解决了以上的两个问题。3.2. TCP接收和发送窗口的尺寸（rcvbuf，sndbuf）FTP Server的缺省接收和发送窗口尺寸为（8k），考虑导EDGE开通后传输带宽大大增加，8k的窗口尺寸偏小。针对这个问题，我们将FTP Server的接收和发送窗口尺寸增加导32k。3.3. TCP慢启动初始窗口的尺寸（tcp_slow_start_initial）TCP在启动时，以这个值作为初始的拥塞窗口尺寸，然后在收到ACK后增加拥塞窗口的尺寸，直到到达拥塞避免阶段。由于GPRS网络的包时延较大，TCP慢启动需要较长的时间，为了使TCP能尽早以最大带宽发送数据，应该使用较大的慢启动初始窗口尺寸。此外，由于GPRS网络时延可能会在较大的范围内发生变化，少数情况下，太大的时延会导致虚假超时现象（Spurious timeouts）。在这种情况下，TCP协议会认为数据包已丢失，再次启动慢启动过程。较大的慢启动初始窗口可以使传输尽快恢复到最高速率。Solaris系统中初始窗口的取值范围为14。以下两图分别显示了初始窗口值为2和4时的FTP通过率，从中可以看出，取值为4时，FTP传输启动和恢复的速度明显快于取值为2时。初始窗口值为2时的FTP通过率初始窗口值为4时的FTP通过率但如果初始窗口尺寸设置大较大，可能导致传输频繁的拥塞，影响传输的效率，下图显示了初始窗口尺寸为4时的次序号-时间图，从图中可以看出，TCP在慢启动后的一段时间后达到拥塞控制阶段，没有发生频繁拥塞的情况。初始窗口尺寸为4是较为合适的选择。3.4. Selective Acknowledgments（SACK）SACK可以在TCP可选头结构中确认（ACK）虽多4块的数据，这样当传输过程中多个数据分段丢失时，发送端可以在一个回程时间内（RTT）重传多个数据块，提高重传效率。SACK功能应该打开。3.5. TCP时间戳选项（timestamp option）TCP时间戳选项在TCP选项头中加入了数据包的时间戳，以使主机能更精确的估计数据包的时延。但此选项会使每个TCP数据包多处12 bytes的选项头，也就是多了0.8%的额外负载。我们测试了TCP时间戳选项打开的传输速率，发现时间戳选项并没有带来明显的好处，不建议打开此选项。3.6. TCP快速恢复算法参数缺省情况下，TCP协议栈会在收到3个duack（重复ack）后启动慢启动算法，我们测试了将此参数（tcp_dupack_fast_retransmit）改为2的情况，看是否能减少网络拥塞。下图显示了tcp_dupack_fast_retransmit为2和3时的FTP通过率：tcp_dupack_fast_retransmit 为2时的FTP通过率tcp_dupack_fast_retransmit为3时的FTP通过率根据测试结果，tcp_dupack_fast_retransmit为2和3时，系统通过率变化不大，因此建议保持缺省值3。4. 结论根据以上的分析和测试，我们给出了一组适合GPRS环境的TCP参数值： 最大分段长度（MSS）和路径MTU发现（PMTU）打开服务器的PMTU功能，使用PMTU的发现值作为MSS值（1460） TCP接收和发送窗口的尺寸（rcvbuf，sndbuf）将FTP服务器的TCP接收和发送窗口的尺寸设为32K或更高 TCP慢启动初始窗口的尺寸（