Тайм-аут повторной пересылки

После отправки сегмента TCP устанавливает таймер и отслеживает поступление ACK. Если ACK не получен в течение периода тайм-аута, TCP выполняет повторную пересылку сегмента (ретрансляцию). Однако каким должен быть период тайм-аута?

Если он слишком короткий, отправитель заполнит сеть пересылкой ненужных сегментов, дублирующих уже отправленную информацию. Слишком же большой тайм-аут будет препятствовать быстрому исправлению действительно разрушенных при пересылке сегментов, что снизит пропускную способность.

Как выбрать правильный промежуток для тайм-аута? Значение, пригодное для высокоскоростной локальной сети, не подойдет для удаленного соединения со множеством попаданий. Значит, принцип " одно значение для любых условий" явно непригоден. Более того, даже для существующего конкретного соединения могут измениться сетевые условия, а задержки — увеличиться или снизиться.

Алгоритмы Джекобсона, Керна и Партриджа (описанные в статьях Congestion Avoidance and Control, Van Jacobson, и Improving Round-Trip Time Estimates in Reliable Transport Protocols, Karn и Partridge) позволяют адаптировать TCP к изменению сетевых условий. Эти алгоритмы рекомендованы к использованию в новых реализациях. Мы кратко рассмотрим их ниже.

Здравый смысл подсказывает, что наилучшей основой оценки правильного времени тайм-аута для конкретного соединения может быть отслеживание времени цикла (round-trip time) как промежутка между отправкой данных и получением подтверждения об их приеме.

Хорошие решения для следующих величин можно получить на основе элементарных статистических сведений (см. рис. 10.19), которые помогут вычислить время тайм-аута. Однако не нужно полагаться на усредненные величины, поскольку более половины оценок будет больше, чем среднестатистическая величина. Рассмотрев пару отклонений, можно получить более правильные оценки, учитывающие нормальное распределение и снижающие слишком долгое время ожидания повторной пересылки.

Рис. 10.19. Распределение значений времени цикла

Нет необходимости в большом объеме вычислений для получения формальных математических оценок отклонений. Можно использовать достаточно грубые оценки на основе абсолютной величины разницы между последним значением и среднестатистической оценкой:

Последнее отклонение = | Последний цикл - Средняя величина |

Для вычисления правильного значения тайм-аута нужно учитывать еще один фактор — изменение времени цикла из-за текущих сетевых условий. Происходившее в сети в последнюю минуту более важно, чем то, что было час назад.

Предположим, что вычисляется среднее значение цикла для очень длинного по времени сеанса. Пусть вначале сеть была мало загружена, и мы определили 1000 небольших значений, однако далее произошло увеличение трафика с существенным увеличением времени задержки.

Например, если 1000 значений дали среднестатистическую величину в 170 единиц, но далее были замерены 50 значений со средним в 282, то текущее среднее будет:

170× 1000/1050 + 282× 50/1050 = 175

Более резонной будет величина сглаженного времени цикла (Smoothed Round-Trip Time — SRTT), которая учитывает приоритет более поздних значений:

Новое SRTT = (1 – α)× (старое SRTT) + α × Последнее значение цикла

Значение α находится между 0 и 1. Увеличение а приводит к большему влиянию текущего времени цикла на сглаженное среднее значение. Поскольку компьютеры быстро могут выполнять деление на степени числа 2, сдвигая двоичные числа направо, для α всегда выбирается значение (1/2)ⁿ (обычно 1/8), поэтому:

Новое SRTT = 7/8× старое SRTT + 1/8× Последнее время цикла

В таблице 10.2 показано, как формула для SRTT подстраивается под текущее значение SRTT в 230 единиц, когда изменение в сетевых условиях приводит к последовательному увеличению времени цикла (при условии, что не наступает тайм-аут). Значения в столбце 3 используются как значения столбца 1 для следующей строки таблицы (т.е. как старое SRTT).

Таблица 10.2 Вычисление сглаженного времени цикла

Теперь возникает вопрос о выборе значения для тайм-аута повторной пересылки. Анализ величин времени цикла показывает существенное отклонение этих значений от текущей средней величины. Имеет смысл установить границу для величины отклонений (девиаций). Хорошие величины для тайм-аута повторной пересылки (в стандартах RFC эту величину именуют Retransmission TimeOut — RTO) дает следующая формула с ограничением сглаженного отклонения (SDEV):

Т = Тайм-аут повторной пересылки = SRTT + 2× SDEV

Именно эта формула рекомендована в RFC 1122. Однако некоторые реализации используют другую:

Т = SRTT + 4× SDEV

Для вычисления SDEV сначала определяют абсолютное значение текущего отклонения:

DEV = | Последнее время цикла – старое SRTT |

Затем используют формулу сглаживания, чтобы учесть последнее значение:

Новое SDEV = 3/4× старое SDEV + 1/4× DEV

Остается один вопрос — какие взять начальные значения? Рекомендуется:

Начальный тайм-аут = 3 с

Начальный SRTT = 0

Начальный SDEV = 1, 5 с

Ван Джекобсон определил быстрый алгоритм, который очень эффективно вычисляет тайм-аут повторной пересылки данных.