關(guān)于TCP參數(shù)對3G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)性能優(yōu)化分析

（中國移動通信集團(tuán)廣東有限公司深圳分公司， 深圳 518048）

關(guān)于TCP參數(shù)對3G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)性能優(yōu)化分析

曾波

（中國移動通信集團(tuán)廣東有限公司深圳分公司， 深圳 518048）

本文通過對TCP協(xié)議中MTU及RWIN的研究及在3G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的實(shí)際應(yīng)用，提出了提升3G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)性能的TCP的相關(guān)參數(shù)調(diào)整建議，為移動運(yùn)營商開展3G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)性能優(yōu)化提供一個很好的思路。

TCP參數(shù)；MTU；3G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)

隨著中國移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的蓬勃發(fā)展，越來越多的客戶使用GPRS/3G網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。由于移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)與固網(wǎng)的傳輸介質(zhì)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有很大的不同，將固網(wǎng)中非常好的應(yīng)用移植到移動數(shù)據(jù)網(wǎng)中可能需要進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化調(diào)整，以適應(yīng)移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的特性。

目前在互聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用最廣泛的WWW、Email、FTP等應(yīng)用基本需要TCP協(xié)議來承載可靠數(shù)據(jù)傳輸。TCP是一套專門針對固網(wǎng)設(shè)計(jì)的傳輸控制協(xié)議，在固網(wǎng)中有非常卓越的表現(xiàn)。本文針對TCP協(xié)議中的MTU及RWIN(Windows接收窗口)參數(shù)在3G移動數(shù)據(jù)網(wǎng)中應(yīng)用進(jìn)行研究及實(shí)驗(yàn)，提出提升3G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)性能的TCP的相關(guān)參數(shù)調(diào)整建議，有效提升3G數(shù)據(jù)的傳輸速率。

1 MTU參數(shù)在3G網(wǎng)絡(luò)的研究

1.1 MTU在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中的含義

在TCP協(xié)議中，一條數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸路徑的最大傳輸單元（Maximum Transmission Unit，MTU）是指從源IP地址到目的IP地址所經(jīng)過“路徑”上的所有IP跳的最大傳輸單元的最小值（以byte為單位）。MTU與MSS之間的關(guān)系如下：MTU=MSS+TCP Header+IP Header（其中MSS為實(shí)際應(yīng)用數(shù)據(jù)的大?。?。

在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)傳輸中，客戶端和服務(wù)器端將通過TCP的協(xié)議信令，確認(rèn)兩端之間所有路由設(shè)備中的最小的MTU 來進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)。

1.2 MTU值在3G網(wǎng)絡(luò)中的優(yōu)化

在GPRS/3G數(shù)據(jù)核心網(wǎng)中，SGSN到GGSN之間采用GTP封裝，將會在標(biāo)準(zhǔn)分組結(jié)構(gòu)上再封裝40 byte的GTP封裝開銷，這樣勢必造成不必要切片分組產(chǎn)生在Gn的網(wǎng)絡(luò)接口上面。

Gn MTU的組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

這樣在用戶層超過1 460 byte的數(shù)據(jù)將會被切割成兩個Gn層的IP數(shù)據(jù)分組，在對端的GTP Tunnel上將會再次重組切片的分組。所以作為優(yōu)化的目的，應(yīng)該盡量避免這樣的問題出現(xiàn) 。因此有必要修改3G客戶端的MTU參數(shù)，調(diào)成MTU=1 460 byte，這樣就減少出現(xiàn)重組切片的現(xiàn)象，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)男省?/p>

圖1 Gn口的MTU組成結(jié)構(gòu)

2 RWIN的研究

RWIN (Receive Window)是在TCP連接兩端都有的緩沖區(qū)， 用于暫時保存起來的數(shù)據(jù)。在這個緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)會被發(fā)送到應(yīng)用程序中， 為新到來的數(shù)據(jù)騰出空間。如果這個緩沖滿了， 那么數(shù)據(jù)的接收方會警告發(fā)送方在緩沖區(qū)清空之前已經(jīng)不能在收取更多的數(shù)據(jù)了。

2.1 RWIN的原理

RWIN窗口的大小表明多少數(shù)據(jù)可以立即被發(fā)送，它的初始大小是建立TCP三次握手連接時，由連接雙方互相通知對方。

2.2 RWIN值在3G數(shù)據(jù)網(wǎng)的優(yōu)化

TCP Receive Window (RWIN)是決定兩端設(shè)備準(zhǔn)備接收多少數(shù)據(jù)，如果RWIN太高，那么一旦信息在傳輸中丟失或破壞時，整個數(shù)據(jù)都會丟失，而如果RWIN太低，將會產(chǎn)生很低的輸出。推薦RWIN值應(yīng)當(dāng)是MSS值的倍數(shù)。

根據(jù)TCP的規(guī)范，RWIN一般取值從8 192～65 535 byte（64 kB）。結(jié)合3G中最優(yōu)的MSS（1 420 byte），以及我們多次試驗(yàn)的結(jié)果，推薦RWIN為 1 420×23=32 660（MTU為1 440 byte），該參數(shù)能有效提升3G的傳輸速率。

在Windows系統(tǒng)下修改方法：

修改對象為Windows的注冊表，路徑為HKEY_ LOCAL_MACHINESYSTEMCurrentControlSet ServicesTcpipParameters， TcpWindowSize標(biāo)簽中進(jìn)行修改。

3 TCP參數(shù)調(diào)整的效果測試分析

3.1 本次測試的環(huán)境

（1） 遠(yuǎn)端FTP服務(wù)器（cisco2811）；（2） 本端FTP客戶端（DaTang8142專業(yè)測試手機(jī))；（3） 本端測工具分析軟件（鼎利6.0.0.0專業(yè)測試軟件一套）。

3.2 測試思路

通過到FTP服務(wù)器119.145.202.34下載voto. mp4（大小為約69 MB）做測試，①針對移動終端MTU值固定值為1 460 byte和Windows接收窗口大小分別為8 192 byte和32 660 byte做測試；②針對移動終端MTU值固定值為1 500 byte和Windows接收窗口大小為32 660 byte做測試，并將測試結(jié)果進(jìn)行羅列、對比和分析。

3.3 TCP參數(shù)調(diào)整對傳輸速率影響的實(shí)際測試情況

第一部分測試：

在MTU為1 460 byte情況下，分別測試RWIN大小8 192 byte和32 660 byte時的傳輸速率情況；

圖2 RWIN為8 192 byte速率圖

圖2為MTU為1 460 byte、RWIN大小8 192 byte下的實(shí)際測試傳輸速率情況：

從測試圖可以看出在MTU值為1 460 byte的情況下，RWIN大小設(shè)置為8 192 byte的FTP下載的平均速率是604 642 bit/s。

圖3為MTU為1 460 byte、RWIN為32 660 byte下的實(shí)際測試傳輸速率情況：

從測試圖可以看出在MTU值 為1 460 byte的 情 況 下，RWIN大小設(shè)置為32 660 byte的FTP下載的平均速率是1 094 660 bit/s，要高出400多kbit/s，有效提了高3G端傳輸?shù)男阅堋?/p>

本部分的測試情況小結(jié)如下：在MTU相同的情況下，不同的RWIN大小的傳輸效率不同。從測試結(jié)果圖表明顯可以看出，終端在進(jìn)行下載時的數(shù)據(jù)吞吐率，32 660 byte的窗口要優(yōu)于8 192 byte大小的RWIN。

第二部分測試

在RWIN大小為32 660 byte情況下，分別測試MTU大小為1 460 byte和1 500 byte時的傳輸速率情況：

圖4為RWIN大小為32 660 byte，MTU大小為1 460 byte的實(shí)際測試傳輸速率情況：

從測試圖可以看出在RWIN大小為32 660 byte，MTU大小為1 460 byte的平均速率是1 094 600 bit/s。

圖5為RWIN大小為32 660 byte、MTU大小為1 500 byte下的實(shí)際測試傳輸速率情況：

從測試圖可以看出在RWIN大小設(shè)置為32 660 byte的情況下，MTU值設(shè)置為1 500 byte的FTP下載的平均速率是735 600 bit/s。

圖3 RWIN為32660 byte速率圖

圖4 MTU為1 460 byte速率圖

本部分的測試情況小結(jié)如下：在和RWIN相同的情況下，不同的MTU大小的傳輸效率不同。在MTU值為1 460 byte的情況下FTP下載的平均速率是1 094 600 bit/s， 在MTU值為1500 byte的情況下FTP下載的平均速率是735 600 bit/s，要比MTU值 為1 460 byte低300多kbit/s.通過測試可以看出在3G終端的MTU值設(shè)置不合理的情況下，傳送相同大小的文件同樣需要切割成更多的分片報(bào)文，這樣傳輸效率也一樣會降低。

4 TCP參數(shù)優(yōu)化總結(jié)

圖5 MTU為1 500 byte速率圖

TCP協(xié)議是當(dāng)前最流行的一種互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，WWW、FTP、EMAIL等應(yīng)用均承載在TCP協(xié)議中。隨著3G網(wǎng)絡(luò)的日趨成熟，越來越多的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用將移植到移動終端中。深入研究TCP的參數(shù)有利于提升3G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸效率。

本文通過對TCP參數(shù)中對傳輸效率影響較大的MTU、RWIN參數(shù)進(jìn)行研究，提出MTU為1 460 byte，RWIN為32 660 byte的較優(yōu)參數(shù)組合，以最大限度提升3G的傳輸效率。

從實(shí)際的TCP參數(shù)調(diào)整的對比測試看，該參數(shù)組合能有效減少應(yīng)用數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)分片的產(chǎn)生及提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊淮蝹鬏斖掏铝?，從而提?G業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸性能。由于TCP的相關(guān)參數(shù)還有很多，而且不同的3G無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境可能對傳輸效率有一定的影響。在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中，還可以進(jìn)一步結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，形成更優(yōu)的TCP優(yōu)化參數(shù)組合。

[1] 劉利強(qiáng)， 周細(xì)義， 張舸． 改進(jìn)無線網(wǎng)絡(luò)TCP性能的研究[J]． 無線電通信技術(shù)， 2008(01)．

[2] 張曉暉，甘玉萍． 影響GPRS數(shù)據(jù)傳輸性能的TCP協(xié)議及其參數(shù)優(yōu)化[J]． 電信快報(bào)， 2010(05)．

Analysis of TCP parameters on the performance optimization of 3G data services

ZENG Bo
(China Mobile Group Guangdong Co., Ltd. Shenzhen Branch, Shenzhen 518048, China)

Through the research of MTU and Windows in TCP protocol receiving window and the application in the 3G data service, this paper puts forward relevant parameters to enhance 3G performance of data service TCP adjustment suggestion. It also provides a very good idea of 3G data service performance optimization for mobile operators to develop.

The TCP parameter; MTU; 3G data service

TN929.5

A

1008-5599（2014）07-0052－04

2014-03-07