基于Nagle算法的嵌入式TCP協(xié)議

簡(jiǎn)化TCP 協(xié)議的性能分析

這種簡(jiǎn)化的TCP 協(xié)議的性能可以通過在NS-2

網(wǎng)絡(luò)模擬器中進(jìn)行模擬實(shí)現(xiàn)。

通常在嵌入式的環(huán)境中,應(yīng)用層產(chǎn)生的數(shù)據(jù)包是很小的,經(jīng)常是每個(gè)包只有幾個(gè)、十幾、幾十個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù),這樣就產(chǎn)生了一個(gè)問題: TCP 協(xié)議的報(bào)頭開銷太大。假設(shè)數(shù)據(jù)僅有一個(gè)字節(jié),而TCP 的包頭有40 個(gè)字節(jié),這樣的數(shù)據(jù)報(bào)對(duì)底層網(wǎng)絡(luò)的利用率僅僅只有1/ 41 ,考慮到分組之間的間隙和網(wǎng)絡(luò)硬件組成幀還需要一些比特,實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)利用率更低。 嵌入式系統(tǒng)的這種常見的小的數(shù)據(jù)包造成了網(wǎng)絡(luò)帶寬的極大浪費(fèi)。除了網(wǎng)絡(luò)利用率不高之外,還有另外一個(gè)問題是產(chǎn)生TCP 數(shù)據(jù)包數(shù)量極多,網(wǎng)關(guān)和路由器會(huì)由于這些極大數(shù)量的小數(shù)據(jù)包而發(fā)生阻塞。

組塊技術(shù)與其不足

通過以上分析,很自然的想到采用組塊技術(shù)(clumping) 把一定數(shù)量的數(shù)據(jù)包組成一個(gè)幀,這樣既能減小報(bào)頭開銷,又能減小TCP 數(shù)據(jù)包的數(shù)量,而且代碼量增加很少。但是,這樣組包會(huì)產(chǎn)生一個(gè)問題,TCP 在數(shù)據(jù)幀未達(dá)到一定大小之前不會(huì)傳輸數(shù)據(jù),這樣產(chǎn)生的延時(shí)會(huì)影響到數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。因此,有必要對(duì)怎樣避免這種延時(shí)進(jìn)行研究。

Nagle 算法的由來

在因特網(wǎng)發(fā)展初期,由于bbs 和新聞組的流行,網(wǎng)絡(luò)上充斥著大量的telnet 產(chǎn)生的小的數(shù)據(jù)包,數(shù)量極大的這些數(shù)據(jù)包使得路由器和網(wǎng)關(guān)發(fā)生了嚴(yán)重的阻塞現(xiàn)象,這和嵌入式系統(tǒng)中的情形類似。JoneNagle 提出了一種算法來對(duì)付這種棘手的小數(shù)據(jù)包問題,后來被稱為Nagle 算法。

Nagle 算法與簡(jiǎn)單的組包( clumping) 技術(shù)不同,它和慢啟動(dòng)一樣使用自計(jì)時(shí)( self clocking) 、用確認(rèn)的到達(dá)來觸發(fā)其余數(shù)據(jù)的傳輸。因此它沒有引入額外的延時(shí),而且能有效地減少網(wǎng)絡(luò)上小數(shù)據(jù)包的流量。