1999/11/1

ネットワーク (18)

TCP Interactive Data Flow

パケットの数
- bulk data (ftp,e-mail,netnews,www) --- 50%
- interactive data (telnet,rlogin) --- 50%
転送データ量
- bulk data --- 90%
- interactive data --- 10%
セグメント・サイズ
- bulk data --- 通常 512byte
- interactive data --- 小さい (90%が 10byte以下)

以下の文章では『確認応答』=『ACK』であるとして読むこと。

interactive data (対話的に入力されたデータ)

rlogin のときの、パケットが送られる様子(p.300,Fig.19.1)。

「対話的なキー入力」をクライアントからサーバに送る。
「確認応答」をサーバからクライアントへ送る。
「キー入力のエコー」をサーバからクライアントに送る。
「エコー」の確認応答をクライアントからサーバへ送る。

効率を上げるため 2,3は組み合わされて同じパケットで送られる。

rloginの例で送られるデータ (Fig.19.2参照)
    client(bsdi)から: date LF
    server(srv4)から: Sat Feb  6 07:52:17 MST 1993CR/LF
                      srv4 %

遅延確認応答 (delayed ACK)

TCP ではデータを受けとると ACK を返すが、 ACK を送るタイミングを少し(RFCホスト要求では500ms以下、ほとんどの実装では200msとなっている)遅らせることで、同じ方向へのデータをACKに便乗して(piggy back)送ろうとする。

Fig.19.3 において bsdi から svr4 へ送られた 7個の ACK は、元になったパケットからの遅延時間はまちまちである。しかし、 ackの間隔はそれぞれ 0.399988, 0.400169, 0.399882, 0.399980, 0.200202, 0.199934 (秒) と 200msの倍数である。

srv4が受けとったデータを echo するのに必要な時間は 16ms 程度 (200ms よりも短い)なので、遅延ACKは見られなかった。

Nagleアルゴリズム

Nagleアルゴリズムの必要性
interactive data を1byteずつ送るということは、
```
    IP Header  + TCP Header + interactive DATA
    20byte       20byte       1                 = 41byte
```
より、毎回41byte のデータを送り出すことになる。このような小さなパケット(tinygram)を大量に送るのは遅いネットワーク(たとえばWAN)ではつらい。
内容
TCPコネクションでは、acknowledgeされていない小さなセグメントを 1個だけ持つことができる。
利点
- ACKが来るまで小さなデータは送られない
- 小さなデータが1つのセグメントにまとめられ、ACKが返ってきてから送られる。
- self-clockを持つ(低速なWANではパケットの数を減少できるが、早くACKが返ってくる高速なLANでは早く送る)。

Fig.19.3 では Nagleアルゴリズムによる動作が見られなかったのは「ネットワークが速いため(RTTが16ms程度なので)、人間のキーボードのタイプスピードよりも応答が返ってくるのが早かった」ため。

Fig.19.4 は低速なネットワーク上で rlogin した例。送られたデータは順番に、1,1,2,1,2,2,3,1,3 なので、 Nagleアルゴリズムによってセグメントがまとめられている(16byteが9セグメントに)ことがわかる。

silp → vangogh へは遅延確認応答が見られない(echoが返ってくるよりも前にキーボード入力されているため)。
セグメント12のACKでは、サーバが忙しかったらしく、 200ms以内に echo できなかったため、遅延確認応答になった。
セグメント18では確認応答 21 を返しているので(セグメント16の ACK 18と比べて)3文字受けとったことがわかる。しかし echo は1文字しかしていない。これは、rloginサーバはまだ1byteしか受けとっていないが、tcp部が受けとったデータにACK を返しているためである。

Nagleアルゴリズムを無効にする

アプリケーションによっては Nagle のアルゴリズムは邪魔になる (たとえば X-Window System の X serverではマウスの動きは直ちに反映されないと使いごこちが悪くなる) 。 socketのオプションで TCP_NODELAY を使うと Nagleアルゴリズムを無効化できる。

(例) rloginで複数のキャラクタを生成するキー(F1 = ESC [ M) を押す (Fig.19.5 と Fig.19.6)

(例)Nagleのアルゴリズムを無効化したrlogin (Fig.19.7 と Fig.19.8)