tcp的拥塞窗口和慢启动

本文主要根据火丁笔记http://huoding.com/2013/11/21/299整理而成，详细信息请点击原文；

1 原理

流量控制rwnd

在每次交互时告知对端自己的接收窗口rwnd大小，避免接收缓冲溢出导致数据丢失；

慢启动cwnd

在得到发送方确认前，最大允许传输的未经确认的数据，主要为了避免耗尽网络流量。

cwnd无需通知给接收方，其初始值往往比较小，在达到阈值前呈指数级增长：假定当前cwnd=1，收到对端的ACK后变为2，若接下来发送的两个数据包又收到ack，则cwnd=4；

慢启动阈值ssthresh：随着cwnd的增加，可能会导致网络过载即出现丢包，此时cwnd的大小会迅速衰减至当前的一半；

一旦触发了慢启动阈值，cwnd趋于线性增长，以避免再次迅速引发网络阻塞，直至下次丢包(如此反复)；

两者关联

网络中实际传输的未经确认的数据大小 = min(rwnd, cwnd)；

 
查看初始值

可通过perl脚本查看对端的初始设置https://github.com/redhands/initcwnd_check

# ./initcwnd_check.pl eth0 http://kr.yahoo.com/ 111.67.226.84

+ connected from x.x.x.x:2652 to 111.67.226.84:80

* kr.yahoo.com (111.67.226.84) - init_cwnd: 2 (2875 byte), init_rwnd: 4 (5840 byte)

调用ip route show会显示的本机各网卡接口的initcwnd和initrwnd；

2  调优

2.1  调优rwnd

注：TCP使用16位来记录窗口大小，也就是说最大值是64KB，如果超过它，就需要使用tcp_window_scaling机制。

如果网络实际传输率远低于理论值，则可能是rwnd设置不合理造成的；

rwnd的合理值取决于BDP的大小，也就是带宽和延迟的乘积。假设带宽是 100Mbps，延迟是 100ms，那么计算过程如下：

BDP = 100Mbps * 100ms = (100 / 8) * (100 / 1000) = 1.25MB

此问题下如果想最大限度提升吞度量，接收窗口rwnd的大小不应小于 1.25MB。

Linux有一个缓冲大小自动调优的机制，接收窗口的实际大小会自动在最小值和最大值之间浮动，以期找到性能和资源的平衡点。

shell> sysctl -a | grep mem

net.ipv4.tcp_rmem =

shell> sysctl -a | grep tcp_moderate_rcvbuf  

--1表示开启，tcp_rmem最大值设置为BDP；0为关闭，tcp_rmem缺省值设置为BDP；

除此之外，缓冲区还要保存TCP连接的元数据信息，相应开销为Buffer / 2^tcp_adv_win_scale；

因此，rwnd合理值为BDP / (1 – 1 / 2^tcp_adv_win_scale)

2.2  调优cwnd

计算公式：cwnd = min(4 * MSS, max(2 * MSS, 4380))

以太网标准的MSS大小通常是1460，初始值为4380即3MSS；

对于小的网络请求，譬如浏览器打开文本网页，cwnd越大则请求完成的越快，；

网络连接请求的内容越少，cwnd的影响就越明显，因为到达慢启动阀值前为指数增长，即便初始值很小也可迅速达到阀值；

至于initcwnd，Google给出的建议是10MSS，那么可以通过如下方法来调整initrwnd和initcwnd：

调整initrwnd & initcwnd

sajal@sajal-desktop:~$ sudo ip route change default via 192.168.1.1 dev eth0  proto static initrwnd 10

ajal@sajal-desktop:~$ ip route show

192.168.1.0/24 dev eth0  proto kernel  scope link  src 192.168.1.100  metric 1

169.254.0.0/16 dev eth0  scope link  metric 1000

default via 192.168.1.1 dev eth0  proto static  initrwnd 10

sajal@sajal-desktop:~$ sudo ip route change default via 192.168.1.1 dev eth0  proto static initcwnd 10

sajal@sajal-desktop:~$ ip route show

192.168.1.0/24 dev eth0  proto kernel  scope link  src 192.168.1.100  metric 1

169.254.0.0/16 dev eth0  scope link  metric 1000

default via 192.168.1.1 dev eth0  proto static  initcwnd 10

http://www.cdnplanet.com/blog/tune-tcp-initcwnd-for-optimum-performance/

注：这种方法在系统重启后会复原，可采用褚霸的stap脚本 
$ cat > tcp_init_cwnd.stp
probe kernel.function("tcp_init_cwnd").return
{
$return = $1
}
#设成7个mss
$ sudo stap -p4 -g -m initcwnd tcp_init_cwnd.stp 7
initcwnd.ko
#在系统的启动脚本里面运行以下命令:
$ sudo staprun -o initcwnd.out -D initcwnd.ko
#当然如果你的模块没有输出的话也可以直接, 这样更简单
$ sudo insmod initcwnd.ko
http://blog.yufeng.info/archives/1173 

代理服务器的设置
以CDN为例，如下图所示，其慢启动initcwnd决定了和客户端通信的下限，而接收窗口initrwnd决定了和服务器通信的下限；

因此对于类似CND之类的代理服务器，initcwnd和initrwnd都应该设置的尽量大一些；