基于Nagle算法的嵌入式TCP協(xié)議

對(duì)該協(xié)議實(shí)用性的分析

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的實(shí)用性體現(xiàn)為,在惡劣的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境(如數(shù)據(jù)丟失) 下,可以保持連接而且能夠恢復(fù)數(shù)據(jù)的傳輸。

前面已經(jīng)分析到,由于大大降低了網(wǎng)絡(luò)上小數(shù)據(jù)包的數(shù)量,降低了網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求,使得基于Nagle 算法的TCP 協(xié)議比普通TCP 協(xié)議出現(xiàn)阻塞的可能性大大降低。

如果一旦網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)阻塞,會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)包的丟失。TCP 的數(shù)據(jù)發(fā)送方會(huì)接收到3 個(gè)重復(fù)的確認(rèn)(ACK) 信號(hào),基于Nagle 算法的簡(jiǎn)化TCP ,同樣執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的重發(fā)數(shù)據(jù)的工作,重新發(fā)送丟失的數(shù)據(jù)包。由于發(fā)送窗口始終是1 ,則不存在“快速恢復(fù)”問題。

對(duì)該協(xié)議模擬的結(jié)果如圖7 所示:圖中橫坐標(biāo)是模擬時(shí)間,縱坐標(biāo)是數(shù)據(jù)包的序列號(hào)。上面兩條曲線是Tahoe TCP 的數(shù)據(jù)和確認(rèn),而下面兩條曲線是基于Nagle 的TCP 的數(shù)據(jù)和確認(rèn)。 圖中Tahoe TCP在慢啟動(dòng)后的某個(gè)時(shí)刻,接收方收到了3 個(gè)相同的ACK確認(rèn)包,表示網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)了阻塞,而且傳送相同的數(shù)據(jù)Tahoe TCP 的帶寬占用比基于Nagle 的簡(jiǎn)化TCP 大多了。而基于Nagle 的簡(jiǎn)化TCP 卻并未阻塞。

由以上分析可見, 基于Nagle 算法的簡(jiǎn)化的TCP 在數(shù)據(jù)傳輸方面是可靠的。可以廣泛的在嵌入式TCP 中使用,并且與其他TCP 算法能夠完全兼容,而且能夠大幅度提高網(wǎng)絡(luò)性能,減少網(wǎng)絡(luò)阻塞,特別是在應(yīng)用層數(shù)據(jù)量比較小但數(shù)據(jù)包數(shù)量卻很多的情況下能夠大大改善數(shù)據(jù)的吞吐率和網(wǎng)絡(luò)占用率,是一種非常實(shí)用的算法。WindowsTM也在其Telnet 程序中使用了Nagle 算法。

基于Nagle 算法的TCP 協(xié)議由于算法簡(jiǎn)單,性能優(yōu)秀,能夠勝任廣大的嵌入式Internet 的應(yīng)用領(lǐng)域包括:工業(yè)控制、智能家居、智能監(jiān)控、自動(dòng)抄表,等等。該協(xié)議能夠應(yīng)用于實(shí)時(shí)性要求比較高的場(chǎng)合,但是如果實(shí)時(shí)性要求特別高而網(wǎng)絡(luò)帶寬富裕時(shí)則建議不采用Nagle 算法。

結(jié)　語

本文提出的基于Nagle 算法的簡(jiǎn)化TCP 協(xié)議,大大減輕了微處理器的運(yùn)算負(fù)擔(dān)和系統(tǒng)的存儲(chǔ)空間,使得TCP 協(xié)議得以在普通8/ 16 位處理器上實(shí)采用了Nagle 算法,在不增加多少代碼的情況下,提高了協(xié)議的吞吐率、降低了協(xié)議的帶寬占用,在嵌入式應(yīng)用中其吞吐率甚至高于未簡(jiǎn)化的標(biāo)準(zhǔn)TCP 協(xié)議。它的延時(shí)抖動(dòng)基本是恒定的,非常適合嵌入式系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸。它發(fā)送少量的大數(shù)據(jù)包而不是大量的小數(shù)據(jù)包,從而節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)帶寬?；诒疚乃惴ǖ淖詣?dòng)抄表方案已經(jīng)在浙大校園網(wǎng)、杭州網(wǎng)通、寧波網(wǎng)通、上海有線通等寬帶網(wǎng)絡(luò)下進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試,測(cè)試結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求。

該方案已經(jīng)被國內(nèi)多家電表生產(chǎn)企業(yè)所采納,并應(yīng)用于新型網(wǎng)絡(luò)電能表的生產(chǎn)上,這種網(wǎng)絡(luò)電能表可以方便地實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化自動(dòng)集抄系統(tǒng),這些系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用在上海、杭州、寧波等地的電力部門中。同時(shí),基于本文方案的新型電能表以及其技術(shù)文件已經(jīng)向全國電工儀器儀表標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)進(jìn)行了推薦和報(bào)批