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tcp 的 ack 實(shí)在太多了，如果互聯(lián)網(wǎng)上 80% 報(bào)文是 tcp，那么其中 1/3 的報(bào)文都是 ack，此前寫(xiě)過(guò)幾篇短文，比如 丟棄一些 pure ack 和 注入或利用 pure ack。

簡(jiǎn)單說(shuō)，tcp 依靠 ack 提供 self-clock，發(fā)送 data 越多，ack 越多，如果 ack 與 data 不同步，將出現(xiàn)各種問(wèn)題，詳見(jiàn) rfc2525-Stretch ACK violation。

正如哥斯拉將會(huì)壓垮自身一樣，tcp 的 pure ack 也會(huì)隨著帶寬進(jìn)一步提高對(duì)系統(tǒng)帶來(lái)越來(lái)越大的重負(fù)。pure ack 是小包，與 data 數(shù)量線(xiàn)性同步的 pure ack 對(duì)系統(tǒng)帶來(lái)不對(duì)稱(chēng)的壓力，系統(tǒng)最怕高頻小包。

典型的三種場(chǎng)景不得不防，pure ack 在 sender/receiver 端與 data 競(jìng)爭(zhēng) cpu，pure ack 在 wifi 等 csma 網(wǎng)絡(luò)與同流 data 競(jìng)爭(zhēng)信道，pure ack 在交換節(jié)點(diǎn)與 data 競(jìng)爭(zhēng) buffer 和帶寬。無(wú)論哪一種問(wèn)題，都因摩爾定律落后于帶寬發(fā)展而日趨嚴(yán)重。

在端側(cè)，pure ack 的每次處理需要一次 cpu 中斷，而定期輪詢(xún)將損害 delivery rate 計(jì)算并降低靈敏度；在 wifi，每個(gè)反向 pure ack 都要和正向 data 競(jìng)爭(zhēng)時(shí)隙，以 2:1 為例將侵占系統(tǒng) 1/3 的帶寬資源；在交換節(jié)點(diǎn)，大量資源用于管理大量 pure ack，對(duì) data 照顧不周將加劇擁塞，特別在丟包和恢復(fù)階段，tcp 的 data/ack 將達(dá)到 1：1，對(duì)交換機(jī)資源占用更高，越丟包越容易更丟包。

固定資源的系統(tǒng)，tcp 最終吞吐將被自身 ack 限制在固定比例，ack 損耗隨處理器和帶寬的不對(duì)稱(chēng)發(fā)展趨向增加。

lro，wifi frame-aggregation 等治標(biāo)不治本的技術(shù)來(lái)掩蓋問(wèn)題也不知是福是禍，很少有人能認(rèn)識(shí)上述三個(gè)場(chǎng)景的問(wèn)題，甚至很少有人意識(shí)到它們存在。

tcp 在 100Gbps+ 的理論吞吐有一半，另一半資源用來(lái)處理 pure ack 了，允許 tso/lro/ack-aggregation/big-tcp 再擠出些帶寬，勉強(qiáng)到 70% 甚至 90%，但擠牙膏皮顯然毫無(wú)意義，就看 1.6Tbps 網(wǎng)絡(luò)中 tcp 如何應(yīng)對(duì)。問(wèn)題在 tcp self-clock 對(duì) ack 太過(guò)依賴(lài)。

問(wèn)題的意義在于新協(xié)議而不是如何改進(jìn) tcp。你會(huì)將 tcp 某特征抄進(jìn)新協(xié)議嗎？教科書(shū)里教的都是這特征解決了什么問(wèn)題，而只字不提它是哪些問(wèn)題的所在。因此我們看到一個(gè)又一個(gè)的 yet another tcp。

同樣基于 tcp ack 太多的問(wèn)題，果真百害無(wú)一利嗎？

tcp ack 實(shí)在太多，但并非沒(méi)用，正如 self-clock 顧名思義，流量由 ack 觸發(fā)。在如 clos/spine-leaf 這種規(guī)整且局域?qū)ΨQ(chēng)的拓?fù)湎?，路徑也?duì)稱(chēng)，交換機(jī)可分析 ack 提前預(yù)期大流量，對(duì)反向的 ack 整形即可對(duì)未來(lái)流量整形，從而提前避免擁塞。這比等大流量真正到了再反壓或者丟包要好太多。

對(duì)于 tcp 長(zhǎng)連接，上述方法可以捕捉源自同一 receiver 但目標(biāo)卻是不同 sender 的大量 pure ack 從而預(yù)期一次潛在的 incast，對(duì)這些扇出的 pure ack 進(jìn)行 pacing 整形，就可消除未來(lái)的扇入 incast，是不是很有趣。

這思路適用于一切規(guī)則拓?fù)湎碌膫鬏攨f(xié)議用來(lái)消除 incast，規(guī)則拓?fù)湎?，交換機(jī)可分析途徑的 request 而提前預(yù)知 response 流量特征，在獲知將來(lái)潛在擁塞后，交換機(jī)可對(duì)這些 request 整形，間接控制 response 流量。

看起來(lái)像是在利用 pure ack，實(shí)際是在利用規(guī)則拓?fù)?，?guī)則拓?fù)渲?，交換機(jī)比端對(duì)流量具有更全局且精確的預(yù)期，得益于交換機(jī)知道流量源自哪里去往哪里。在同一尺度的網(wǎng)絡(luò)中，規(guī)則相通，問(wèn)題也相通。在廣域網(wǎng)中，分布式特征更傾向于端到端控制，因?yàn)閭鞑r(shí)延太大，拓?fù)洳粚?duì)稱(chēng)，交換機(jī)它算不準(zhǔn)。

周末的文章 incast,擁塞控制,內(nèi)存墻的秘密 我的一個(gè)回復(fù) “數(shù)據(jù)中心服務(wù)器扇出每個(gè) request 都攜帶唯一的 expired id，這個(gè)id 在請(qǐng)求端生成，每個(gè) id 均唯一，該 id 表示一個(gè)時(shí)間戳，指示在發(fā)送 response 前等待多久…”，expired id 只為放大波動(dòng)，每臺(tái)服務(wù)器都受負(fù)載隨機(jī)波動(dòng)而波動(dòng)，將這個(gè)波動(dòng)放大到交換機(jī)帶寬的粒度，incast 隨之消失。這事實(shí)在廣域網(wǎng)能得到印證，廣域網(wǎng)沒(méi)有 incast，原因就是多級(jí)鏈路，長(zhǎng)距離放大了波動(dòng)，從而消除了全局同步。隨機(jī)修剪光纖長(zhǎng)度就是想在數(shù)據(jù)中心人為放大隨機(jī)波動(dòng)。

回到 pure ack 過(guò)多問(wèn)題，如果數(shù)據(jù)中心可利用 pure ack 度量或預(yù)測(cè)潛在流量特征是因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)足夠規(guī)則，那么在廣域網(wǎng)，1:2 的 data/ack 比例則沒(méi)必要，廣域網(wǎng)波動(dòng)性被放大而損害的預(yù)測(cè)精度損失不會(huì)隨樣本增加而緩解，按照大數(shù)定律，樣本增加只能更精確測(cè)量波動(dòng)本身，而波動(dòng)是滯后的，擁塞控制要做的是在更粗粒度感知波動(dòng)而不是精確測(cè)量波動(dòng)。

以我的從業(yè)經(jīng)驗(yàn)，細(xì)粒度度量和粗粒度度量相比，對(duì)于預(yù)測(cè)未來(lái)鏈路畫(huà)像，并不能更精確。用歷史預(yù)測(cè)未來(lái)更多的是經(jīng)驗(yàn)走勢(shì)，而它本就是粗粒度的。

足球場(chǎng)的面積，腿腳的靈活性決定了球門(mén)的大小，同時(shí)也約束了上場(chǎng)人數(shù)，因?yàn)槿藬?shù)不能改變每一個(gè)次射門(mén)的進(jìn)球概率，人數(shù)過(guò)少或過(guò)多都將降低觀賞性。這是尺度決定的，相反，將桌球打進(jìn)直徑 10cm 的洞卻是每一個(gè)桌球玩家的基本要求。

tcp 說(shuō)舊不舊，quic 幾乎就是 yet another tcp，但 tcp 確實(shí)很舊，當(dāng)我們要優(yōu)化 tcp 或迭代一個(gè)新協(xié)議時(shí)，不能被表面現(xiàn)象牽著鼻子走，一定要回到 1970 年代彼時(shí)彼刻的現(xiàn)實(shí)，你會(huì)發(fā)現(xiàn) tcp 幾乎一切的設(shè)計(jì)都出自四個(gè)字，簡(jiǎn)單能用。所以也就沒(méi)有那么多為什么和好不好了。tcp 后來(lái)的問(wèn)題并不影響它的可用性，可如今人們幾乎把高性能 tcp 玩成了煙花特效，但當(dāng)人們真去設(shè)計(jì)一個(gè)試圖取代 tcp 的新協(xié)議時(shí)，卻把那些導(dǎo)致低性能的特性也一并抄了去，結(jié)果新協(xié)議也只是可用，并不簡(jiǎn)單，在它針對(duì)的范圍外也不高效。

浙江溫州皮鞋濕，下雨進(jìn)水不會(huì)胖。

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