TCPA和BBR测试对比报告

hostwinds vps

公司内部针对部分业务的下载场景,对TCP协议栈就行了参数,代码逻辑层的优化,以达到客户端访问的快速的体验。在研发过程中,Google发布了BBR,并把它集成到4.9内核中。测试时,最新的内核是4.15. 为了评估TCPA版本跟BBR的性能对比,我们使用了4.15版本的BBR和我们正式发布的TCPA来进行性能对比。本测试报告,主要是通过第三方的博睿来评估在不同文件大小下,TCPA和BBR之间的性能差异。

测试结果

 

测试任务 第一次测试 第二次测试 2次测试平均值 纵向性能对比
640KB任务 TCPA-电信 2047.401 2183.034 2115.218
TCP-电信 1450.636 1383.674 1417.155 49.26%
BBR-电信 1448.155 1536.517 1492.336 41.74%
8MB任务 TCPA-电信 2570.422 2552.981 2561.702
TCP电信 1768.458 1626.909 1697.684 50.89%
BBR-电信 2295.64 2358.646 2327.143 10.08%
25MB任务 TCPA-电信 2769.412 2713.632 2741.522
TCP电信 1876.674 1915.549 1896.112 44.59%
BBR-电信 2585.8 2590.205 2588.003 5.93%

说明:

  • 第一轮测试(详细数据见1)和第二轮测试(详细数据见5.2)的参数配置相同。因此取其平均值作为测试结果。
  • “纵向性能对比”是指,BBR默认配置,TCPA启用后默认配置时,“2次测试平均值”中, TCPA相比TCP,TCPA相比BBR的测试结果。

 

测试结论:

1.BBR算法相比标准的TCP的cubic算法,性能提升明显。小文件差异不大;大文件的下载性能明显,约35%左右。

2.TCPA的启用,外加系统参数优化后, 大小文件均比标准的TCP提升40%以上。

3.TCPA的启用,外加系统参数优化后,小文件比BBR能提升40%以上,大文件比BBR能提升5%~10%。

 

TCPA简介

这个是TCPA,发送数据包和接收应答包后的处理逻辑图。一共包括9个模块。应用程序通过sendfile,write等发送的后,交由内核的数据包构建模块来处理,最终生成一个个SKB并放入发送队列中。平缓发送模块,根据拥塞控制模块所产生的发送速度/发送窗口值来平缓地将这些数据(无论是新数据,还是重传数据)发送到网络中,本身并不会决策发送的速率,只会按照给定的速度/发送窗口来执行。超时模块用来决策哪些数据包超时,并重传,最终会交给平缓发送模块来发送。Probe探测模块,是依据网络的特定需要,构造一些数据包来探测网络的质量情况。发送是交给平缓发送模块来发送,接收到的应答包,会将Probe应答包交给Probe模块来处理。收到应答包后,如果有SACK则单独处理SACK,SACK的处理逻辑比较复杂,需要知道哪些数据包被应答,哪些未被应答,需要对重传队列进行标记。并且也会根据sack中的应答来判断哪些报文丢包了,当前网络中的RTT值变化等。这里会给丢包检测模块,拥塞控制模块提供判断信息。

丢包检测模块,用来判断哪些数据包已经丢弃,比如快速重传,RACK等算法。这里只去标记丢弃的报文,具体的重传由重传包处理模块来执行。

拥塞控制算法,用来判断当前网络链接情况,并据此来决定当前发送的速度和发送窗口值。不同的拥塞算法所依赖的判断信息不同。 窗口的增减均由这里来判断。这里会依赖SACK模块,丢包检测模块,RTO超时模块,probe模块等给予关键信息。

重传数据包模块和新数据发送模块相对比较简单,将数据整理好后,交给平缓发送模块来发送。

所以,总的来说,TCPA的修改不仅仅是对拥塞算法的修改,也对收发包的整个逻辑进行了重构。对于系统已有的功能,我们额外还提供了可调整的参数接口,供使用。比如小表中列举了部分调整的参数:

net.core.wmem_max = 3276800

net.ipv4.tcp_fack = 0

net.ipv4.tcp_init_cwnd = 10

net.ipv4.tcp_loss_init_cwnd = 1

net.ipv4.tcp_mem = 379479      505972  758958

net.ipv4.tcp_metrics_minrtt = 0

net.ipv4.tcp_rto_max = 120

net.ipv4.tcp_rto_min = 200

net.ipv4.tcp_timestamps = 1

net.ipv4.tcp_wmem = 4096       16384   4194304

 

测试方案

 

使用第三方博睿进行测试。一共进行了2轮的测试,第一个测试周期:12.9的0点~12.11的0点,共两天。第二个测试周期12.12的0点到12.14的0点。

TCPA安装包安装后使用默认配置进行测试。最新内核BBR和标准内核均采用默认内核的配置进行测试。

3台服务器属于同一个机房,配置全国的电信(服务器属于电信运营商)测试任务进行测试。

 

详细的测试任务名和测试URL如下。

测试名称 具体任务 测试URL
天津PC端-640K测试 天津TCPA-电信 http://tcloud.qq.com/640K.png
天津TCP-电信 http://tcloud.qq.com/640K.png
天津BBR-电信 http://tcloud.qq.com/640K.png
天津PC端-8M测试 天津TCPA-电信 http://tcloud.qq.com/8M.apk
天津TCP电信 http://tcloud.qq.com/8M.apk
天津BBR-电信 http://tcloud.qq.com/8M.apk
天津PC端-25M测试 天津TCPA-电信 http://ping.cdn.qcloud.com/xf/dOsYWK1.apk
天津TCP电信 http://ping.cdn.qcloud.com/xf/dOsYWK1.apk
天津BBR-电信 http://ping.cdn.qcloud.com/xf/dOsYWK1.apk

 

测试详细结果

静态下载测试(第一轮)

 

测试周期:12.9的0点~12.11的0点,共两天。

测试任务 下载速度(Kb/s) 可用性(%) 性能提升 备注
640KB任务 TCPA-电信 2047.401 99.72
TCP-电信 1450.636 99.66 41.14%
BBR-电信 1448.155 99.71 41.38%
8MB任务 TCPA-电信 2570.422 99.46
TCP电信 1768.458 99.43 45.35%
BBR-电信 2295.64 99.43 11.97%
25MB任务 TCPA-电信 2769.412 99.02
TCP电信 1876.674 99.03 47.57%
BBR-电信 2585.8 99.09 7.10%

 

对于小文件(小于640KB)而言,BBR基本跟标准的TCP性能相当;而TCPA相比BBR提升了至少40%。

对于大文件(大于8MB)而言,BBR相对应标准的TCP性能提升明显,幅度在30%左右。而TCPA提升的性能更高,比BBR还有高7%~11%。

 

博睿结果截图:

静态下载测试(第二轮)

 

测试周期:12.12的0点~12.14的0点,共两天。

测试任务 下载速度(Kb/s) 可用性(%) 性能提升 备注
640KB任务 TCPA-电信 2183.034 99.92
TCP-电信 1383.674 99.85 57.77%
BBR-电信 1536.517 99.91 42.08%
8MB任务 TCPA-电信 2552.981 99.66
TCP电信 1626.909 99.63 56.92%
BBR-电信 2358.646 99.66 8.24%
25MB任务 TCPA-电信 2713.632 99.5
TCP电信 1915.549 99.28 41.66%
BBR-电信 2590.205 99.41 4.77%

 

对于小文件(小于640KB)而言,BBR略微比标准的TCP性能好些,约10%左右。而TCPA相比BBR提升了至少40%。

对于大文件(大于8MB)而言,BBR相对应标准的TCP性能提升明显,幅度在30%左右。而TCPA提升的性能更高,比BBR还有高4%~8%。

 

博睿结果截图:

 

附录

1.测试环境

服务器 测试对象 内核版本 TCPA版本 备注
123.151.xx.xx 标准TCP 3.10.0-1-tlinux2_cdn_nosign-0001.tl2
123.151.xx.xx TCPA 3.10.104-1-tlinux2-0041.tcpa01.tl2 2.6-LIVE tcpa_packets_171206_0959.tar.bz2
123.151.xx.xx BBR 4.15.0-rc2-netnext-171208+ 需要启用BBR

(注:这三台服务器属于同一个IDC机房内)

2.bbr的环境配置

(1)添加配置cat /etc/sysctl.conf

net.core.default_qdisc=fq

net.ipv4.tcp_congestion_control=bbr

(2)执行sysctl –p /etc/sysctl.conf

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