调整TCP参数, 优化网络性能

在Linux系统中，调整TCP参数可以显著优化网络性能，特别是在面对特定网络条件（如高带宽延迟、频繁的数据包丢失或高延迟网络）时。

1. 调整TCP窗口大小

a. 发送和接收缓冲区大小

参数：

• net.core.rmem_max：单个套接字接收缓冲区的最大值。
• net.core.wmem_max：单个套接字发送缓冲区的最大值。
• net.ipv4.tcp_rmem：TCP接收缓冲区的最小值、默认值和最大值。
• net.ipv4.tcp_wmem：TCP发送缓冲区的最小值、默认值和最大值。

调整原因：
增加TCP窗口大小可以提高高带宽-延迟产品（BDP）网络的吞吐量。例如，在高带宽延迟网络（如跨洲连接）中，较大的缓冲区允许更多的数据在传输过程中被“挂起”，从而提高整体数据传输效率。

调整方法：

编辑/etc/sysctl.conf文件，添加或修改以下参数：

# 增大核心缓冲区大小
net.core.rmem_max = 16777216
net.core.wmem_max = 16777216

# 增大TCP接收缓冲区
net.ipv4.tcp_rmem = 4096 87380 16777216

# 增大TCP发送缓冲区
net.ipv4.tcp_wmem = 4096 65536 16777216

应用更改：

sudo sysctl -p

2. 启用和优化窗口缩放

参数：

• net.ipv4.tcp_window_scaling

调整原因：
TCP窗口缩放允许TCP窗口大小超过65,535字节，这是传统TCP窗口大小的上限。启用窗口缩放对于高带宽-延迟网络至关重要，因为它使得TCP可以利用更大的窗口，从而提高吞吐量。

调整方法：

确保窗口缩放已启用：

sudo sysctl -w net.ipv4.tcp_window_scaling=1

编辑/etc/sysctl.conf以永久启用：

net.ipv4.tcp_window_scaling = 1

然后应用更改：

sudo sysctl -p

3. 优化拥塞控制算法

参数：

• net.ipv4.tcp_congestion_control

常见算法：

• cubic：默认的拥塞控制算法，适用于高带宽和高延迟网络。
• reno：较旧的算法，适用于一般网络条件。
• bbr：基于带宽-延迟产品的先进算法，能够在高带宽和高延迟网络中提供更高的吞吐量和更低的延迟。

调整原因：
不同的拥塞控制算法在不同的网络条件下表现不同。例如，cubic和bbr在高带宽-延迟网络中表现优异，而reno适用于较低带宽和延迟的环境。

调整方法：

查看当前拥塞控制算法：

sysctl net.ipv4.tcp_congestion_control

列出可用的算法：

sysctl net.ipv4.tcp_available_congestion_control

设置拥塞控制算法（例如设置为bbr）：

sudo sysctl -w net.ipv4.tcp_congestion_control=bbr

编辑/etc/sysctl.conf以永久设置：

net.ipv4.tcp_congestion_control = bbr

然后应用更改：

sudo sysctl -p

启用BBR：

除了设置拥塞控制算法，还需要启用BBR模块：

sudo modprobe tcp_bbr

并确保在启动时加载：

编辑/etc/modules-load.d/modules.conf，添加：

tcp_bbr

4. 调整重传超时（Retransmission Timeout）

参数：

• net.ipv4.tcp_retries1：决定TCP在发送了多少个重传包后放弃。
• net.ipv4.tcp_retries2：决定在放弃前最多允许的数据包重传次数。
• net.ipv4.tcp_syn_retries：决定发送SYN包尝试建立连接的次数。

调整原因：
在高延迟或不稳定的网络中，适当增加重传次数和超时可以避免过早地放弃连接尝试。然而，过多的重传可能会导致资源消耗和连接延迟增加。

调整方法：

编辑/etc/sysctl.conf，根据需要调整以下参数：

# 增加TCP重传的次数和时间
net.ipv4.tcp_retries1 = 6
net.ipv4.tcp_retries2 = 15

# 增加SYN重试次数
net.ipv4.tcp_syn_retries = 5

然后应用更改：

sudo sysctl -p

5. 调整FIN超时和保持活动设置

参数：

• net.ipv4.tcp_fin_timeout：决定FIN-WAIT-2状态的超时时间。
• net.ipv4.tcp_keepalive_time：决定开始发送keepalive探测的空闲时间。

调整原因：
减少FIN超时可以帮助更快地回收TIME-WAIT状态的连接，释放系统资源。调整keepalive设置可以帮助及时检测和清理挂起的连接。

调整方法：

编辑/etc/sysctl.conf，添加或修改以下参数：

# 减少FIN-WAIT-2状态超时
net.ipv4.tcp_fin_timeout = 30

# 调整TCP keepalive参数
net.ipv4.tcp_keepalive_time = 120
net.ipv4.tcp_keepalive_intvl = 30
net.ipv4.tcp_keepalive_probes = 3

然后应用更改：

sudo sysctl -p

6. 启用TCP快速打开（TCP Fast Open）

参数：

• net.ipv4.tcp_fastopen

调整原因：
TCP快速打开可以减少TCP握手延迟，加快数据传输的启动速度，特别适用于需要频繁建立短连接的应用场景。

调整方法：

启用TCP快速打开：

sudo sysctl -w net.ipv4.tcp_fastopen=3

永久启用：

编辑/etc/sysctl.conf，添加：

net.ipv4.tcp_fastopen = 3

然后应用更改：

sudo sysctl -p

注意： 应用TCP快速打开需要应用程序支持该功能。

7. 其他有用的TCP参数

a. 增加最大端口号范围

参数：

• net.ipv4.ip_local_port_range

调整原因：
在高并发连接的服务器上，增大可用的端口范围可以减少端口耗尽的问题。

调整方法：

编辑/etc/sysctl.conf，添加或修改：

net.ipv4.ip_local_port_range = 1024 65535

然后应用更改：

sudo sysctl -p

b. 启用TCP时间戳

参数：

• net.ipv4.tcp_timestamps

调整原因：
TCP时间戳可以帮助更准确地计算往返时间（RTT），从而优化重传超时和拥塞控制。

调整方法：

确保TCP时间戳已启用：

sudo sysctl -w net.ipv4.tcp_timestamps=1

永久启用：

编辑/etc/sysctl.conf，添加：

net.ipv4.tcp_timestamps = 1

然后应用更改：

sudo sysctl -p

调整参数的具体原因总结

1. 增加缓冲区大小（rmem_max和wmem_max）：

   • 原因：适应高带宽-延迟产品网络，提高数据传输的吞吐量。

2. 启用窗口缩放（tcp_window_scaling）：

   • 原因：允许更大的TCP窗口，从而支持更高的吞吐量，特别是在高BDP网络中。

3. 选择合适的拥塞控制算法（tcp_congestion_control）：

   • 原因：不同的算法在不同网络条件下表现不同，选择适合当前网络状况的算法以优化性能。

4. 调整重传超时（tcp_retries1和tcp_retries2）：

   • 原因：在不稳定或高延迟网络中，适当增加重传次数和延迟，以避免过早放弃连接。

5. 优化连接关闭和保持活动设置：

   • 原因：加快连接资源的回收，及时检测和清理挂起的连接，释放系统资源。

6. 启用TCP快速打开（tcp_fastopen）：

   • 原因：减少TCP握手延迟，提升短连接的建立速度。

7. 扩展本地端口范围（ip_local_port_range）：

   • 原因：在高并发环境下，防止端口耗尽，支持更多的并发连接。

8. 启用TCP时间戳（tcp_timestamps）：

   • 原因：提高RTT测量的精确度，优化重传和拥塞控制算法的表现。

调整参数的注意事项

1. 谨慎调整：不当的参数调整可能导致网络性能下降或系统不稳定。在修改之前，建议在测试环境中进行验证。

2. 逐步调整：一次只调整一个或少数几个参数，以便准确评估每个调整的影响。

3. 监控系统：在调整参数后，持续监控网络性能和系统资源使用情况，确保调整带来了预期的效果。

4. 了解应用需求：不同的应用有不同的网络需求，根据具体应用场景进行优化。例如，数据库服务器可能需要不同的优化策略与Web服务器。

通过合理调整上述TCP参数，可以显著提升Linux系统在特定网络条件下的TCP性能，满足高效稳定的数据传输需求。