[其他]：高速网性能不稳，谁在作怪？

ctiger

现在，高速和大容量的I/O及存储器总线、高速处理器、大容量内存以及更高的磁盘传输速率意味着即使速度达到1Gbps，硬件和OS也不再是Internet端到端性能的阻碍因素，其影响因素主要有三个方面:网络配置、网络协议和应用程序。虽然现在已经出现了可提供性能参数等信息的工具，但解决Internet端到端的性能问题仍需要更加完善的解决方案。


　　配置限制


　　双工不匹配仅是网络配置问题的一种情况。对美国国家航空和宇宙航行局（NASA）进行的一项调查表明，售票时50％以上的出错都是快速以太网双工不匹配造成的。此时,网络和主机网卡不能与全/半双工设置正确地自动交互，双工不匹配引起其中一个方向数据的大量丢失。对于必须在两个方向使用的协议如TCP/IP协议来说，这可能会引起非常严重的问题。

　　可利用大带宽测试来探测双工不匹配的问题。当双工不匹配时，在一个方向上的测试就会失败，因为半双工配置接口要求通过冲突检测来进行拥塞控制，而全双工配置接口则不执行这项功能，因此，实际上阻止了来自那个方向的流量。不过，虽然带宽测试能够查明这种问题，但是它不能对它进行定位，除非在网络第二层和第三层的每个设备上都安装探测器。一些更新的诊断工具，如ANL公司的网络配置探测器等，可以很容易地发现这些问题。在客户端，这种系统利用Java程序实施带宽测试，并且可通过检查远程服务器的内核变量来决定连接的一些特性。

　　另一种配置问题是网络路径上个人链接的不同速度和类型引起的。例如，企业可能从校园网到本地ISP是DS3（45Mbps）上行链接，而到其终端则是快速以太网连接。Pathchar、pchar和clink等诊断工具用于决定网络路径的链接类型、速度和传输时间等，但它们在今后的两年内还不会得到广泛应用。

　　最大传输单元（MTU）的大小是网络配置另一种问题。IEEE 802.3以太网协议指定MTU为1500字节。应用能达到的最大通过量与其数据包的大小成比例，因而在理论上，更大的数据包可提供更大的通过量。大多数千兆以太网交换机和路由器都支持Jumbo Frame，它允许MTU增加到9000字节，因而可提供更大的通过量而不会发生数据包丢失。不过，缺少千兆以太网Jumbo Frame协议的标准可能会引起互用性问题。

协议问题


　　网络协议问题也对其性能有影响。例如，TCP有许多内置的控制算法，这些算法控制发送和接收数据过程中的动作。多个TCP流共享网络资源，当连接发生拥塞时，共享的所有TCP流就会降低传输速率以解除拥塞。利用现有的TCP算法，少量的数据丢失可能会对网络和应用性能产生严重的影响，例如环路中丢失一个数据包就会使到达目的单元的通过量减少50％，当在这个时间帧内探测到不存在丢失状态时，这种情况才会结束。

　　在一些大容量的高速数据传输应用中，可通过大量测量来解决Internet的TCP补偿问题。这包括在靠近终端用户的服务器上缓存数据，对单独应用使用多个传输流，使用基于UDP的协议，通过前向差错校正或对丢失数据块的重发来获得可靠性。目前进行了一些有关如何快速恢复丢失数据而不对网络的可靠性造成消极影响的研究，其目的是为TCP设计新的、不会引起数据丢失的拥塞控制算法。一些新的算法在性能方面有了提高，但它们是否超过了可用共享带宽，目前还存有疑问。其中一种方法是使用ECC（差错纠正代码）来重建目的端的一些丢失数据。由于脉冲串不能从编码机制中恢复出来，因此只重发丢失的脉冲串。

　　另一种网络协议问题与缓冲区有关。端到端性能是连接速度和两个终端系统之间距离的函数，它决定了数据的延迟时间。当平台和网络速度增加时，传输单个数据包的时间减少了，因此在一个特定的时间帧内可传输更多的数据包。网络的数据量是带宽和延迟时间的乘积。如果主机使用了一个可靠的协议，如TCP协议，当其缓冲空间太小时它会停止传输；如果使用的是UDP等协议，接收方则会发生数据丢失。虽然OS通常允许应用程序设置必需的缓冲空间，但多数不能提供确定这些缓冲区设置的方法。

　　虽然，目前已经出现了一些有助于手动获得最佳缓冲区设置的工具，但有关自动调整的算法也正在研究中。这种算法可为网络路径分配适当的缓冲空间，不过这种工具必须对每个网络流进行独立设置，而现有的OS对所有的流只进行一种设置。现在，人们已对一些开放源OS进行了修改，可通过修改内核数据来自动调整应用程序。


　　应用的复杂性


　　与应用有关的问题也对网络性能具有极大的影响。例如，在LAN上运行良好的交互式应用在WAN连接上可能会失败。在远距离连接上，额外的传输延迟时间或抖动都可能引起应用程序无法忍受的延迟，服务器磁盘I/O子系统的速度可能会降低，因而使应用停止，磁盘读/写完成后这种状态才会结束。通过网络速度计算出的文件传输速率可能也是无法实现的，因为网络比磁盘的读/写速度要快得多。

　　一种解决办法是在运行应用程序的站点之间进行带宽测试，可使用Iperf等工具来测量端到端抖动、通过量、数据丢失和延迟等参数，也可采用调试和整形工具来发现和消除瓶颈。基于网络的应用需要内置机制来抵消不可避免的数据丢失和延迟的影响。例如，如果延迟时间和抖动超过了某些参数设置，某些实时应用将是不可用的。确定可接受的网络特性并没有标准的公式可循，不过网络管理员可根据实际经验来设定网络特殊的性能标准。

——摘自：中国计算机报