如何計算TCP吞吐量

快速計算一下從一個主機經過長距離的鏈路到另一個主機之間實際上你可以獲得的 TCP 吞吐量是多少。

使用 TCP 傳輸資料時，兩個最重要的因素是 TCP 視窗大小 和 往返延遲。如果你知道這兩個引數，你就可以計算出兩個主機間的最大吞吐量，不管頻寬是多少。

計算 TCP吞吐量的公式

TCP視窗大小(bits) / 延遲(秒) = 每秒吞吐量(bits)

舉一個簡單的例子。從芝加哥到紐約有 1G 的乙太網鏈路，往返延遲 30ms。如果使用 FTP 在芝加哥的一臺伺服器和紐約的一臺伺服器之間傳輸一個大檔案，所能期望的最大吞吐量是多少？

首先把 TCP視窗大小 從位元組變成位。這個例子中我們使用 Windows 標準的 64K 視窗大小。

64KB = 65536 Bytes. 65536 * 8 = 524288 bits

接著，把用位表示的視窗大小除以用秒錶示的往返延遲。延遲 30ms 的話，在計算中使用 0.03秒。

524288 bits / 0.030 seconds = 17476266 bits per second throughput = 17.4 Mbps maximum possible throughput

這樣的話，儘管在資料中心之間我有 1G 的鏈路頻寬，但是基於 給定的視窗大小 和 往返延遲，在傳輸檔案時我所能期望的最大的吞吐量是 17.4 Mbps。

做什麼才能變快？ 增加視窗大小 或 縮減延遲。

為了增加 TCP視窗大小，可以在每個伺服器上做出手動調整，傳遞更大的視窗大小。這產生了一個問題：你將使用多大的視窗大小？可以使用上面公式的反向計算來確定最優的視窗大小。

計算最優 TCP視窗大小 的公式

頻寬(bits每秒) * 往返延遲(秒) = TCP視窗大小(bits) / 8 = TCP視窗大小(位元組)

因此在芝加哥和紐約之間 1G 的頻寬和 30ms 的延遲的例子中，可以計算如下：

1,000,000,000 bps * 0.030 seconds = 30,000,000 bits / 8 = 3,750,000 Bytes

因此為 FTP連線 配置 3750KB 的 TCP視窗大小，將會填充管道，獲得 1Gbps 的吞吐量。

伺服器增加 TCP視窗大小，其中一個缺點是需要更多的緩衝記憶體，因為未應答的資料必須儲存在記憶體中為了應對可能的重傳。另一個潛在的缺陷是效能（是不是很諷刺），發生在包丟失時，因為視窗內任何的包丟失都會導致整個視窗重傳 - 除非你的 TCP協議棧使用一種 TCP增強技術，叫做選擇性應答(selective acknowledgements)，但是大部分伺服器沒有使用此種技術。

另一個選擇就是在需要更大視窗的一端放置廣域網加速器(WAN accelerator) 和 在加速器之間使用其他TCP最佳化，比如選擇性應答，對伺服器不需要特殊的調優或額外的記憶體。加速器可能也使用第7層應用具體的最佳化來減少往返次數。

減少延遲？這怎麼可能？ 除非你能克服光速的限制，否則對於縮減延遲你什麼都做不了。再一次，你有一個選擇，就是設定加速器，加速器應答本地伺服器的報文段，愚弄伺服器讓它認為看到非常低的區域網延遲。因為伺服器看到非常快速的區域網應答，而不是等待遠處的伺服器應答，這就是為什麼我們不需要調整伺服器的視窗大小的原因。

舉例 ：tcp的收發視窗大小為1024Byte，網路的鏈路頻寬是1Mb/s，往返時延RTT是50ms，問最大吞吐率？頻寬1Mb/S=125000 Byte/sPacket =1024 20 20 14 12 8 4=1102Byte線速的話125000/1102≈113pps 因往返時延50ms，所以1s內packet為1000ms/50ms=20次往返，小於線速113pps,於是最大吞吐率=（1102Byte*20）/125000Byte/s=17.632%