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基于Nagle算法的嵌入式TCP协议

作者:时间:2012-04-05来源:网络收藏

对该协议实用性的分析

网络协议的实用性体现为,在恶劣的网络环境(如数据丢失) 下,可以保持连接而且能够恢复数据的传输。

前面已经分析到,由于大大降低了网络上小数据包的数量,降低了网络带宽的需求,使得基于Nagle 算法的TCP 协议比普通TCP 协议出现阻塞的可能性大大降低。

如果一旦网络出现阻塞,会出现数据包的丢失。TCP 的数据发送方会接收到3 个重复的确认(ACK) 信号,基于Nagle 算法的简化TCP ,同样执行标准的重发数据的工作,重新发送丢失的数据包。由于发送窗口始终是1 ,则不存在“快速恢复”问题。

对该协议模拟的结果如图7 所示:图中横坐标是模拟时间,纵坐标是数据包的序列号。上面两条曲线是Tahoe TCP 的数据和确认,而下面两条曲线是基于Nagle 的TCP 的数据和确认。 图中Tahoe TCP在慢启动后的某个时刻,接收方收到了3 个相同的ACK确认包,表示网络出现了阻塞,而且传送相同的数据Tahoe TCP 的带宽占用比基于Nagle 的简化TCP 大多了。而基于Nagle 的简化TCP 却并未阻塞。

由以上分析可见, 基于Nagle 算法的简化的TCP 在数据传输方面是可靠的。可以广泛的在嵌入式TCP 中使用,并且与其他TCP 算法能够完全兼容,而且能够大幅度提高网络性能,减少网络阻塞,特别是在应用层数据量比较小但数据包数量却很多的情况下能够大大改善数据的吞吐率和网络占用率,是一种非常实用的算法。WindowsTM也在其Telnet 程序中使用了Nagle 算法。

  

基于Nagle 算法的TCP 协议由于算法简单,性能优秀,能够胜任广大的嵌入式Internet 的应用领域包括:工业控制、智能家居、智能监控、自动抄表,等等。该协议能够应用于实时性要求比较高的场合,但是如果实时性要求特别高而网络带宽富裕时则建议不采用Nagle 算法。

结 语

本文提出的基于Nagle 算法的简化TCP 协议,大大减轻了微处理器的运算负担和系统的存储空间,使得TCP 协议得以在普通8/ 16 位处理器上实采用了Nagle 算法,在不增加多少代码的情况下,提高了协议的吞吐率、降低了协议的带宽占用,在嵌入式应用中其吞吐率甚至高于未简化的标准TCP 协议。它的延时抖动基本是恒定的,非常适合嵌入式系统中的实时数据的传输。它发送少量的大数据包而不是大量的小数据包,从而节省了网络带宽。基于本文算法的自动抄表方案已经在浙大校园网、杭州网通、宁波网通、上海有线通等宽带网络下进行了现场测试,测试结果符合设计要求。

该方案已经被国内多家电表生产企业所采纳,并应用于新型网络电能表的生产上,这种网络电能表可以方便地实现网络化自动集抄系统,这些系统已经应用在上海、杭州、宁波等地的电力部门中。同时,基于本文方案的新型电能表以及其技术文件已经向全国电工仪器仪表标准化技术委员会进行了推荐和报批


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