排队理论解释TCP/IP网络拥塞是如何影响TCP的RTT的波动

最新推荐文章于 2024-10-29 19:29:13 发布

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部门团建，大家都去长隆了，也有去澳门广西的...我去了梦里...本来我也报了名的，想单独带着女儿独处两天，不光为了培养跟女儿的感情，也是想让老婆歇两天...只可惜女儿最近生病，去不了了，六一儿童节的表演也由于生病被拒绝了，很是失落，更失落的是我，于是带着失落和愤怒，又有些许对不公道的无能的宣泄，我半夜爬起来，把这一切都诉诸给TCP/IP吧！
就像上学时一样，大家临考前还在打牌，就我一个人在看书，结果他们就说我装，我就承认我装，但问题是，他们说完我装以后不到半小时，都去看书去了！我希望每个人都TMD装起来，气氛搞起来！周末全部用于学习和工作！即使下班回到家里也要支起摊子，学习和工作！永远别去旅游！永远不参加集体活动，99%的时间留给学习和工作！死的时候，嘴里喊着TCP/ip！忘掉女儿吧，忘掉家人吧，忘掉世界吧，从另一个维度观察这个令人XX的世界吧！

奇妙的世界

世界上很多事务都可以描述为正态分布，不管你信不信，事实就是如此，如果将这些事务细分，对于很多的离散的事件，均可以描述为泊松分布，不管你信不信，事实就是如此。不要试图去问“为什么世界上很多事实符合正态分布或者泊松分布？”，因为本来就是这个样子，在没有人出现之前就是这样，正态分布也好，泊松分布也好，正是人们找到的一种描述这种本质的一个“形容词”而已。

TCP发送端测量RTT的困惑

TCP的RTT到底可用吗？可用！只是很难发现规律而已。
人们天生有一种拔毛刺的习惯，脸上长个粉刺就要想法抠掉它，痣上长根毛也要拔掉它，看见谁爱出风头耍个性，就想千方百计整死他...如果看到测量的RTT波动很大，就非要想个算法把高值和低值去掉从而不看见它们， Gaius Julius Caesar不是说过吗， 人们总希望看到自己想看到的，那我就给他们！拿破仑也说过， 你不是个子高吗，我削除这个差别！都是带点血腥的，但是同时意味着只有少数人才能看到真相。
根本就不该对RTT做任何假设，不但要关心它的稳定趋势，还要关心它的所谓毛刺！我相信波动的叠加，干涉，衍射是一个普遍的真理，任何事务都是有多个波叠加而成的，这些波具有不同的频率，波长，以及其它特性，我们需要做的就是分解它而不是试图湮没它。所以我从来不蔑视精神分裂患者，也不蔑视精神病人，因为这才是本质的，其它的都是装的，湮没过的。要想理解RTT的特点，要分两方面，一个是因，一个是果，原因呢，就是网络的行为，结果呢，自然就是发送端的行为了。

网络的行为

我们先来看一下网络上的数据包分组的行为，这是这种行为影响了TCP端到端的拥塞控制决策，网络行为是因，拥塞控制是果。

脆弱的队列

想当然的，我们会觉得路由器，交换机这种中间设备的队列(或者你可以直接认为是缓冲区)是一个缓解拥塞的有利设施，它可以缓解拥塞造成的后果。这么理解是对的，然而只对了一方面，如果我们直视问题，那么“拥塞”这个词是在有了“队列”这个设施以后才这么叫的，问题的本质在于“冲突”！两个数据包同时经由一个路由器，必然发生冲突，这意味着输掉的一方必须被丢弃，或者更惨烈的，两败俱伤。如果你对早期半双工总线以太网的CSMA/CD模型有足够深入的理解，就会明白这个事实。
        然而对于IP互联网，不能采用CSMA/CD这种机制，因为代价太高了，整个网络是如此之大，以至于即便使用不可超越的光速，冲突检测的时延也是不可忍受的，另一方面，节点是如此之多，以至于可以预想的冲突是多么地激烈！因此，互联网采用了另外一种措施，即冲突前仲裁，也就是引入了队列的概念，把自由争抢资源变成了有序复用资源。现实世界到处存在这种事实，比如两个人打架，随时开打，但是放眼到整个世界，就会有很多的规则。
        但是，这个队列是不稳定的，它不会像你想象的那样会优雅的为你提供冲突时的容身之地，而是会随着流量的增加随时崩溃，这就意味着端到端协议必须发现排队现象，以便采取措施缓解队列。对于路由器而言，它能采取的措施只有一个，就是丢弃数据包！
        在继续定量化分析之前，我们有必要来点排队论的知识，但一点点就够了。

排队理论

排队论是分组交换的核心，正是它使得分组交换替代电路交换成了可能。事实证明，分组交换的统计复用要比电路交换的固定X分复用(比如TDM)更加有效，也许，统计复用的背后可能就是见缝插针，然而排队现象的本质却不是见缝插针的结果，而是到达过程和服务过程的不均衡！到达过程是统计的，然而服务过程不能是统计的，它必须由到达过程来驱动，换句话说，到达的事件在受到服务可以排队但不能丢弃，而服务者宁可空转而不抢单！我后面会从一个悖论来详细说这个问题，最终的结论先给出：服务的效率必须高于到达率才能避免队列变成无限长！

然而，现实世界更加复杂，我们国家总是看到服务部门效率远小于到达率，然而并没有看到永久队列...TMD不到下午4点就下班了，第二天再来吧！从而消除了队列！其实你问下随便排队的一个人，问他们排几天了，他们的回答会让你理解排队论。另外，即使你不能理解计算机内部的排队现象，那么去一下火车站售票口也行，或者，看看高峰期的大城市快速路高架桥...为什么队列没有永久加深，那是因为队列的清空是强制的。

然而，为了讨论简单，我不谈现实，只谈理论情形，因此我不会引入任何路由器排队策略方面的东西。