有损网络与拥挤网络

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假设有一个网络在传输数据包时会出现很多超时错误。现在,超时可能是因为网络本身存在固有损耗(比如硬件差),也可能是由于网络高度拥塞,因此网络设备在其间丢失数据包,导致超时。现在,需要哪些关于正在传输的流量的额外统计数据(如丢失数据包错误等),以帮助我们了解超时是由于硬件差还是网络负载过大。请注意,我们只能访问网络中的一个节点(我们从中传输数据包),因此,我们无法了解网络上其他节点的负载。同样,我们也没有任何关于网络中使用的硬件的信息。我们只有统计数据。

网络节点只有关于其本地冲突域的硬件信息,在标准网络上,该域将是将主机连接到交换机的电缆。

TCP堆栈所知道的关于丢失数据包的所有信息都是,它没有接收到确认,因此需要重新发送,源和目的地之间的设备(例如交换机和路由器)没有机制告诉源存在问题。

在不访问任何其他节点的情况下,确定问题是否基于负载的唯一方法是运行一个测试,在网络上长时间发送一致的流量,如果每秒/分钟/小时的数据包重试次数保持不变,则表明存在硬件问题,如果丢失仅发生在流量高峰期,则问题可能与负载有关。当然,在这种情况下,错误配置的硬件问题只会在高流量时期显现出来,这将问题带回主要问题,即您需要从单个节点之外访问网络统计数据。

在实践中,地面网络路径上几乎所有的损失都是由于拥塞或防火墙造成的。由于比特错误而造成的损失极为罕见。即使在无线网络上,前向纠错也能处理大多数比特/媒体/传输错误。拥塞可能由许多不同的因素引起:任何给定的网络路径都会涉及数十个设备,如果其中任何一个设备过载一瞬间,数据包就会被丢弃。

区分拥塞引起的数据包丢失和媒体错误的唯一方法是,媒体错误的发生与负载无关。换句话说,无论您发送的是大量数据还是少量数据,丢失率都是相同的。

要测试这一点,您需要对路径上的负载进行一些控制,或者至少了解这些控制。由于您无法控制,并且您所掌握的唯一知识来自源节点观测,因此您所能做的最好的事情就是全天候、全周地采集测试样本(使用ping最简单),记录丢失率和延迟。这些应该可以让您了解路径何时相对空闲。如果即使路径(可能)空闲,丢失率仍然很高,则可能存在介质丢失问题。但同样,这种情况极为罕见。

作为背景,我写了几篇关于这个主题的文章:

  • Loss、Latency和Speed,讨论您可以观察到的关于路径的统计数据及其含义
  • 常见网络性能问题,讨论网络路径中最常见的组件以及它们如何影响性能(拥塞)

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