TCPチューニング

帯域幅遅延積（BDP）は、主にTCPに関連して使用される用語で、 TCPの「パス」を埋めるために必要なバイト数を指します。つまり、送信側と受信側の間で同時に転送される最大ビット数に等しくなります。

高性能ネットワークでは、BDP（ビット遅延パラメータ）が非常に大きくなります。具体的な例を挙げると、往復遅延時間（または往復時間、RTT）が0.5秒、帯域幅が10 Gbit/sの静止衛星リンクを介して通信する2つのノードでは、最大で0.5 × 10 Gbit、つまり5 Gbitの未確認データが伝送される可能性があります。衛星リンクよりもレイテンシがはるかに低いにもかかわらず、地上光ファイバーリンクでも、リンク容量が非常に大きいため、BDPが非常に大きくなることがあります。ネットワークが低速だった数年前に設計されたオペレーティングシステムやプロトコルは、桁違いに小さいBDPに合わせて調整されており、達成可能なパフォーマンスが制限されるという影響がありました。 

従来のTCP構成では、TCP受信ウィンドウサイズバッファの最大サイズは65,535（64 KiB - 1）バイトまでサポートされていました。これは、低速リンクやRTT（ラウンドトリップタイム）が短いリンクには十分でした。しかし、後述する高性能オプションでは、より大きなバッファが必要となります。

高性能ネットワークシステムでは、システム遅延に対処するためにバッファリングが広く用いられています。一般的に、バッファサイズは、その時点で「転送中」のデータ量に比例して大きくする必要があります。ネットワーク遅延の影響を受けにくい非常に高性能なアプリケーションの場合、エンドツーエンドシステムに中間データ保存ポイントを設けることで、エンドツーエンドのバッファリングによる大きな遅延を意図的に作り出し、自動化されたスケジュール済みの非リアルタイムデータ転送によってデータを最終エンドポイントに到達させることが可能です。

コンピュータネットワークにおいて、RWIN（TCP受信ウィンドウ）とは、コンピュータが送信者への確認応答なしに受信できるデータ量のことです。送信者が最初に送信したパケットに対する確認応答を受信して​​いない場合、送信は停止して待機し、この待機時間が一定の制限を超えると再送信を行うことがあります。このようにして、TCPは信頼性の高いデータ伝送を実現しています。

ネットワークでパケット損失が発生しない場合でも、ウィンドウ処理によってスループットが制限される可能性があります。TCPは確認応答を待つ前にウィンドウサイズまでのデータを送信するため、ネットワークの全帯域幅が常に使用されるとは限りません。ウィンドウサイズによる制限は、次のように計算できます。

${\displaystyle \mathrm {スループット} \leq {\frac {\mathrm {RWIN} }{\mathrm {RTT} }}\,\!}$

ここで、RWINはTCP受信ウィンドウ、RTTはパスの往復時間です。

TCPの受信側が通知するウィンドウは、その接続用に割り当てられた空き受信メモリの量に対応しています。そうでなければ、メモリ不足のために受信パケットが破棄されるリスクがあります。

良好なパフォーマンスを得るためには、送信側も受信側と同じ量のメモリを割り当てる必要があります。これは、ネットワーク上でデータが送信された後も、送信側は再送信が必要になる場合に備えて、受信確認が取れるまでデータをメモリに保持する必要があるためです。受信側が遠い場合、確認応答の到着に時間がかかります。送信メモリが小さいと、飽和状態になり、送信がブロックされる可能性があります。簡単な計算で、上記で示した受信メモリサイズと同じ最適な送信メモリサイズが得られます。

ネットワークでパケット損失が発生すると、接続に追加の制限が課されます。 ^{[ 2 ]}軽度から中程度のパケット損失が発生し、TCPレートが輻輳回避アルゴリズムによって制限される場合、制限は次の式に従って計算できます（Mathisら）。

${\displaystyle \mathrm {スループット} \leq {\frac {\mathrm {MSS} }{\mathrm {RTT} {\sqrt {P_{\mathrm {損失} }}}}}$

ここで、MSSは最大セグメントサイズ、P _lossはパケット損失の確率です。パケット損失が非常にまれで、TCPウィンドウが常に完全に拡張される場合は、この式は適用されません。