16、高速互联网中无死锁TCP的实现与优化

高速互联网中无死锁TCP的实现与优化

1. 引言

传输控制协议（TCP）凭借端到端的可靠性、流量控制和拥塞控制服务，在互联网流量中占据主导地位。随着底层网络技术的飞速发展和新应用需求的不断涌现，TCP性能面临着诸多挑战。一方面，新数据链路技术的特性，如卫星链路的长延迟带宽积、电缆调制解调器网络的信道不对称以及无线链路的高错误率，严重限制了TCP的吞吐量。另一方面，实现问题对TCP性能的影响同样不可忽视，尤其是Nagle算法、延迟确认算法与各种TCP实现细节之间的相互作用，可能导致TCP吞吐量死锁问题。

Nagle算法和延迟确认算法旨在解决“小数据包问题”，即避免在一个IP数据报中发送小尺寸数据，从而提高网络吞吐量。然而，当TCP发送方和接收方陷入循环等待状态时，就会出现吞吐量死锁。发送方因Nagle算法无法发送更多段，而接收方因延迟确认算法无法发送确认信息，导致TCP吞吐量极低，连接几乎无法使用。

造成发送非最大段大小（MSS）段的因素有多种，例如应用数据可能包含奇数个MSS大小的段和一个非MSS大小的最后段，或者由于缓冲区撕裂、操作系统实现问题等。这些因素在低速和高速网络中都可能导致吞吐量死锁，但在高速网络中，影响更为显著，且更难保证无死锁连接。

目前，解决吞吐量死锁的一些方法，如关闭Nagle算法和立即确认每个段，会重新引入小数据包问题。因此，本文提出了一种自适应确认算法（A3）和拥塞敏感的A3（CSA3），以解决高速网络中的TCP吞吐量死锁问题。

2. TCP吞吐量死锁问题

2.1 Unix套接字层

大多数基于BSD的Unix内核中的网络代码分为三层：套接字层、协议层和接口层。套接字层是