如何制定TCP / IP中的通信延迟？

我很难推导数学模型/方程式来估计使用TCP / IP进行通信的两个节点之间的往返延迟。节点正在基于HTTP协议交换数据。在此模型中，要研究的最重要因素是网络中两个节点之间的物理距离，中间跃点数，带宽，每个跃点处的处理延迟。我在网上搜索，但在这种意义上找不到任何东西，而是找到了有关电路交换网络和UDP协议的信息。我可以自定义它们以适合TCP吗？

这是一个非常复杂的过程，因此制定一个对准确预测RTT有用的方程式非常困难。充其量，我想说的是，您可以创建一个模型，在每个阶段使用一堆平均值，如果您对某个特定情况“更了解”的情况尽可能地接近，则可以进行调整。这是我目前正在研究的内容，因此我可以告诉您到目前为止我所知道的（从底层开始，从物理层开始）：

• 在电子SE上查看我的问题；以太网的编码延迟以及与电缆频率额定值和通过铜缆的电速度（信号传播？）的关系，以进行通信延迟。由于您将使用标准化速度（100Mbps，1Gbps，10Gbps等），因此请不要区别对待光纤或铜缆。两者之间的“延迟”几乎一样，但铜显然不能传送信号。我在Physics SE网站上有这个问题，我现在知道答案。我只需要找到时间来解决问题，所以请关注一下（如果您有兴趣的话）（我将发布更多与电信使用光纤相关的问题，现在有机会我就知道答案了） ）。

• 链路末端的设备将增加更多的延迟。没有标准的说法：“哦，沿着一条路径的2台交换机是Xms延迟，4台交换机是2 * Xms，2台路由器是Yms ...等等”。假设您使用的是1Gpbs，而路径中的设备以线速转发，则我们知道该速度为1000000000bps，因此物理接口以固定的编码速率运行（从每比特1纳秒到最大使用的符号编码方案为10b）

• 您需要注意并考虑三种主要延迟（在物理层）；序列化延迟，编码延迟，传播延迟（以及处理延迟，排队延迟，编码和解码延迟，但这些都在物理层之上，但需要提及！）。这些在Internet和VoIP：深度分析上有相当详尽的文档，请点击此处的幻灯片13 ，在Google Scholar中加载，等等。

• 当我们向上移动协议栈时，我将假设目标MAC位于每个交换机cam表中，而在IP层则是ARP表中的目标MAC。这些发现过程引起的额外延迟仅发生在流中的第一个数据包中，因此可以通过增加超时并发送免费的ARP等来规避它们。

• 当您到达应用程序层时，这将变得非常困难，因为这取决于服务器（例如）处理请求的过程，这将受到中断延迟的影响。由于负载导致处理请求和上下文切换所需的中断数是不可预测的。

我非常想帮助您解决您的问题，遗憾的是，这就是我现在有时间的全部。我将在今晚或明天晚些时候更新此答案，我想发布到目前为止的内容。

同时，大多数人倾向于使用该数字来计算物理铜/光纤层的延迟约为0.6 * c（C =光速）。此外，您还需要考虑每个X数据包的TCP ACK交换，例如，如果您使用SACK，并且使用巨型帧和/或更大的MSS大小（现在也需要考虑MTU！），这会有所不同。 ，如果您要发送更多的中间ACK（如果您感兴趣的是所传输的数据量）。您还需要考虑臭名昭著的“ 带宽延迟乘积”，不要做出我对该页面所做的愚蠢误解。我开始在这里制作各种简单（非常难看）的数据计算器。再次进行中的工作，我将尽快尝试对其进行更新。我计划添加一个与您尝试执行的操作类似的计算器。如果您有兴趣，我还制作了一些光纤和光纤计算器，但是，再一次，没有时间！我将在未来几天内尽快尝试更新此答案。

PS我忘了提到QoS！如果QoS在路径中的任何地方都起作用，那么计算RTT将变得非常困难！

（我想指出，其他人对延迟等如何工作以及导致延迟的原因发表了出色的答案。但是OP询问了建模问题；基本模型很简单，您只需插入示例数字即可。如果您想知道为什么延迟就是他们的实际情况，然后查看其他所有人的答案：^）

网络等待时间只是从一个端点到另一端点的传输时间，跨度为N个跃点。

因此，您具有N-1个中间节点的N个段（跳跃）。每个节点都有一个延迟（该节点上若干事物的累积影响，例如队列延迟，处理延迟等），每个段都有一个传输延迟。总体来说，这是2N-1个独立变量。所以它是seg1 + node1 + seg2 ... + node（N-1）+ segN 一跳，就是= seg1，两个希望是seg1 + node1 + seg2，依此类推。

接下来，您必须定义所有这些部分。因此，您可以使用CATV网络，卫星链路，光纤链路，以太网等构建模型网络。对于每种技术，您都必须查找示例信息。

传输延迟约为数据大小除以段的传输速度。如果需要更精确的模型，则可以添加飞行时间延迟-大约为航段的长度，再除以数据流的速度（近似于光速）。地球同步卫星的上下移动意义重大。

您将必须根据要放入模型中的设备来估计每个节点上的延迟。

如果您希望应用程序延迟（例如，直到FTP传输数据流开始之前的延迟），则可以通过计算网络延迟发生多少次来建立。例如，三向TCP握手会增加三倍的网络延迟，依此类推，可以增强应用程序的可视性。

您可以通过在任一侧进行数据包捕获来估计往返延迟，然后测量从受监视计算机发出的请求和返回的响应之间的延迟。例如，如果您标记了SYN发送到远程计算机的时间，然后标记了SYN + ACK响应进入的时间，则该差异将为您提供往返TCP延迟的良好平衡。

请记住，这将大于实际的网络延迟，而延迟的大小取决于每台计算机的负载量。

两个主机之间的延迟将取决于几个因素：

• 传播延迟
• 序列化延迟
• 排队/缓冲延迟

传播延迟是指数据包在两个位置之间实际经过多长时间。光纤中的光速约为200000 km / s。我居住的瑞典大约1570公里，所以应该是7.85毫秒，但实际上更多的是因为这是鸟瞰鸟瞰的距离。

串行化延迟是通过物理介质（即网络设备上的接口）对数据包进行串行化所花费的时间。如果您具有2 Mbit的连接，并且您正在发送一个1500字节的数据包，则需要6毫秒来序列化该数据包（12000/2000000）。

排队/缓冲延迟是数据包在接口上发送之前必须保留在队列/缓冲区中的时间。根据接口的速度和使用的缓冲区大小，接下来可能什么都不做，或者延迟很长。

然后，主机生成数据包以及应用程序处理它们的时间将有所延迟。有一些用于测量HTTP延迟的应用程序。人们在放弃网站之前不会接受太多的网站延迟，因此这是一个重要因素。