如何在TCP/IP中建立通信延迟？

Question

我很难推导出一个数学模型/方程来估计使用TCP/IP通信的两个节点之间的往返延迟。节点基于HTTP协议进行数据交换。在该模型中，最重要的研究因素是网络中两个节点之间的物理距离、中间跳数、带宽、每个跳的处理延迟。我搜索了网络，但没有发现任何这种意义上的东西，而是找到了一些关于电路交换网络和UDP协议的东西。我可以自定义它们以适应TCP吗？

Answer 1

这是一个非常复杂的过程，因此，要建立一个能够准确预测RTTs的方程是非常困难的。充其量，我会说，你可以创建一个模型，在每个阶段使用一组平均值，如果你碰巧“更好地了解”某一特定情况，你就可以调整它，因为这是你所能得到的。这是我目前正在学习的东西，所以我可以告诉你们我目前所知道的(从底层开始，从物理层开始)：

• 参见我在电子SE；以太网的编码延迟及其与电缆频率等级的关系和电的速度(信号传播？)通铜通信延迟上的问题。由于您将使用标准化的速度(100 1Gbps，1 1Gbps，10 1Gbps等)，所以不要区别对待纤维或铜。两个人的“延迟”差不多，但铜显然不能传递信号。我在物理SE网站上有这个问题，我现在知道答案了。我只需要找出时间来纠正它，所以如果你感兴趣的话，请注意(我会发布更多与电信使用纤维相关的问题，当我有机会的时候，我就知道答案了)。
• 在链路结束时，设备将增加更多的延迟。没有标准的方法来表示“沿着路径的O02交换机是Xms延迟，4个交换机是2*Xms，2个路由器是Yms...etc”。假设您使用的是例如1 bit和路径中以线速率前进的设备，我们知道它是10000000bps，因此物理接口以固定的编码速率运行(从每比特1纳秒到正在使用的符号编码方案的最大值，例如10b)。
• 您需要注意并考虑三种主要的延迟(在物理层)：序列化延迟、编码延迟、传播延迟(以及处理延迟、排队延迟、编码和解码延迟，但这些延迟都在物理层之上，但需要提及！)。这些内容在互联网、网络电话:深度分析、幻灯片13 这里、谷歌学者负载等方面都有相当好的记录。
• 当我们在协议栈上移动时，我将假设目标MAC位于每个交换机摄像机表中，而在IP层，即ARP表中的目标MAC。这些发现过程导致的额外延迟只发生在流中的第一个数据包上，因此可以通过提高超时时间和发送无偿的ARPs等方法来规避这些延迟。
• 当您进入应用程序层时，这将变得非常困难，因为这取决于处理请求的服务器(例如)，请求会受到中断延迟的影响。由于加载而导致的处理请求和上下文切换所需的中断数是不可预测的。

我很想帮助你回答你的问题，遗憾的是，这是我现在的全部时间。我会更新这个答案，也许今晚晚些时候或者明天，我想张贴我到目前为止。

同时，大多数人倾向于在物理铜/纤维层约0.6*c (C =光速)时使用延迟值。此外，您还需要考虑TCP的每个X数据包的SACK交换，例如，如果您使用的是SACK，如果您使用的是大型帧和/或更大的MSS大小(现在也需要考虑MTU！)，如果您在SACK之间发送更多的SACK(如果传输的数据量对您感兴趣的话)。您还需要考虑到臭名昭著的带宽延迟积，不要对页面的我做到了做出愚蠢的误解。我开始制作各种简单(而且非常丑陋)的数据计算器这里。再次，一项正在进行的工作，我将尝试和更新他们很快。我计划添加一个计算器，类似于你想要做的事情。我也做了一些光和纤维计算器，如果你有兴趣，但再次，没有时间！，我还没有抽出时间上传他们。在接下来的几天里，我会尽快更新这个答案。

我忘了提QoS了！如果QoS在路上的任何地方发挥，它将变得非常困难的计算RTT！

Answer 2

(我想指出的是，其他人已经发布了关于延迟等原因的极好答案，以及是什么原因造成的。但是OP询问了关于建模的问题；一个基本的模型很简单，您只需插入示例数。如果你想知道延迟是什么原因，那就看看其他人的答案:^)

网络延迟只是从一个端点到另一个端点的传输时间，跨越N个跳。

所以你有N个片段(啤酒花)与N-1中间节点。每个节点都有一个延迟(多个事物对该节点的累积影响，如队列延迟、处理延迟等)，每个段都有一个传输延迟。总的来说，这是2N-1自变量。所以是seg1 +node1 +seg2 .+节点(N-1) +segN单跳，is =seg1，两个希望是seg1 +node1 +seg2，等等。

接下来，您必须定义所有这些部分是什么。所以你可以用CATV网络、卫星链路、光纤链路、以太网等来构建一个模型网络。对于每一种技术，你都需要查找示例信息。

传输延迟大约是数据大小除以段的传输速度。如果你需要一个更精确的模型，你可以加上飞行时差--大约是段的长度，除以数据流的速度(近似光速)。如果你有一个卫星连接，这是很重要的；与地球同步卫星的上下移动是非常重要的。

每个节点上的延迟，您必须根据您要放置到模型中的设备来估计。

如果您想要应用程序延迟(例如，直到FTP传输的数据流开始时的延迟)，那么您可以通过计算网络延迟的次数来构建。例如，3路TCP握手会增加三倍的网络延迟，等等，从而增加应用程序所看到的内容。

Answer 3

您可以通过在任何一方获取数据包捕获来估计往返延迟，然后测量从受监视机器发出的请求和返回的响应之间的延迟。例如，如果您标记了SYN到远程计算机的时间，然后标记SYN+ACK响应进入的时间，那么这种差异将给您提供往返TCP延迟的相当好的估计。

请记住，这将比真正的网络延迟更大，而更大的程度取决于这两台机器的负载有多重。