FTPTCP参数的选择和优化.docx

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FTPTCP参数的选择和优化

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

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：

服务器操作系统：

Solaris8

FTP服务器软件：

proftpd

1.测试环境和设备4

2.影响GPRS传输性能的TCP特性4

3.TCP参数的选择和分析4

.最大分段长度（MSS）和路径MTU发现（PMTU）5

.TCP接收和发送窗口的尺寸（rcvbuf，sndbuf）7

.TCP慢启动初始窗口的尺寸（tcp_slow_start_initial）7

.SelectiveAcknowledgments（SACK）10

.TCP时间戳选项（timestampoption）11

.TCP快速恢复算法参数11

4.结论13

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：

服务器操作系统：

Solaris8

FTP服务器软件：

proftpd

测试终端：

class10（4＋2）GPRS卡。

为了同时测试EDGE性能，我们同时使用了class10（4＋2）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）

SelectiveAcknowledgments（SACK）

TCP时间戳选项（timestampoption）

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GPRSFTP服务器上，PMTU已经打开，但FTP软件将MSS值设定在1024Bytes，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MSS1460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）

FTPServer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FTPServer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（Spurioustimeouts）。

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1～4。

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.SelectiveAcknowledgments（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（timestampoption）

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12bytes的选项头，也就是多了%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（tcp_slow_start_initial）

TCP慢启动初始窗口的尺寸设置为4

SelectiveAcknowledgments（SACK）

打开SACK功能

TCP时间戳选项（timestampoption）

关闭TCP时间戳选项

TCP快速恢复算法参数

保持tcp_dupack_fast_retransmit的缺省值3