Linux TCP Timestamps 没鸟用_net.ipv4.tcp_timestamps

对 Linux TCP 特性表明一个否定态度并非大不敬，而是这玩意儿没鸟用。

还是 TCP Timestamps 的精度问题，本文仅针对 Linux TCP，不针对别的实现，看一下为什么它没鸟用。

源码分析，看我添加的注释：

static bool tcp_ack_update_rtt(struct sock *sk, const int flag,
                   long seq_rtt_us, long sack_rtt_us,
                   long ca_rtt_us, struct rate_sample *rs)
{
    const struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);

    /* Prefer RTT measured from ACK's timing to TS-ECR. This is because
     * broken middle-boxes or peers may corrupt TS-ECR fields. But
     * Karn's algorithm forbids taking RTT if some retransmitted data
     * is acked (RFC6298).
     */
        // 不要优先选择时间戳计算 RTT，但这里是另一个理由。
    if (seq_rtt_us < 0)
        seq_rtt_us = sack_rtt_us;

    /* RTTM Rule: A TSecr value received in a segment is used to
     * update the averaged RTT measurement only if the segment
     * acknowledges some new data, i.e., only if it advances the
     * left edge of the send window.
     * See draft-ietf-tcplw-high-performance-00, section 3.3.
     */
        // 到此为止，看看 seq_rtt_us，ca_rtt_us 的单位，us，这是微秒，1000 us = 1 ms
    if (seq_rtt_us < 0 && tp->rx_opt.saw_tstamp && tp->rx_opt.rcv_tsecr &&
        flag & FLAG_ACKED) {
        u32 delta = tcp_time_stamp(tp) - tp->rx_opt.rcv_tsecr;
                // TCP 时间戳单位是 ms，这里 delta 是两个 ms 相见，只有 ms 精度。
        if (likely(delta < INT_MAX / (USEC_PER_SEC / TCP_TS_HZ))) {
            if (!delta)
                delta = 1;
                        // seq_rtt_us 的最小值是 1000，这里就是问题所在。
                        // 曾经，没有 delta = max(delta, 1)，那时 delta 最小值就是 0。
            seq_rtt_us = delta * (USEC_PER_SEC / TCP_TS_HZ);
            ca_rtt_us = seq_rtt_us;
        }
    }
    rs->rtt_us = ca_rtt_us; /* RTT of last (S)ACKed packet (or -1) */
    if (seq_rtt_us < 0)
        return false;

    /* ca_rtt_us >= 0 is counting on the invariant that ca_rtt_us is
     * always taken together with ACK, SACK, or TS-opts. Any negative
     * values will be skipped with the seq_rtt_us < 0 check above.
     */
    tcp_update_rtt_min(sk, ca_rtt_us, flag);
    tcp_rtt_estimator(sk, seq_rtt_us);
    tcp_set_rto(sk);

    /* RFC6298: only reset backoff on valid RTT measurement. */
    inet_csk(sk)->icsk_backoff = 0;
    return true;
}

发生重传且没有序列被 SACKed ，若开启 Timestamps，Linux TCP 使用 tsecr 和当前 ms 的差计算 RTT，这在 ms 精度时代是个优化，但在 us 精度时代就是累赘。

上述代码来自 5.10 内核，检测到乱序或丢包时，灌入 tcp_update_rtt_min 和 tcp_rtt_estimator 的 RTT 参数最小值为 1000，这对于 IDC 网络而言实在太大了，在 50 us 级 RTT 的连接中，1000 us 就是个噪点，它会拉偏 RTT 的移动指数平均值，进而拉偏 RTO。

检测到乱序或丢包，对端立即回复 ACK，此时实际 RTT 足够小到排除掉对端任何 Delay，若丢包属于随机丢包而非拥塞，该 RTT 有希望更新 rtt_min，但为了避免精度损失导致 delta == 0 异常，增加 delta = max(delta, 1) 约束，从而将足够大的值注入计算，反而帮了倒忙。

可若不增加 delta = max(delta, 1) 约束，又会遇到 0 这个极小异常点，怎么都不行。

看下面的脚本：

#!/usr/local/bin/stap

global dsrtt

probe kernel.function("tcp_ack_update_rtt")
{
    srtt = (@cast($sk,"struct tcp_sock")->srtt_us);
    dport =(@cast($sk, "struct sock")->__sk_common->skc_dport);
    if (dport == 0x8913) { // 过滤 iperf 端口
        dsrtt <<< srtt
    }
}

probe timer.s(2) {
    printf("-----------\n")
    print(@hist_log(dsrtt))
    delete dsrtt
}

分别设置 net.ipv4.tcp_timestamps 为 1 或 0，观察一下分布，可呈现：
​
如果将 sack 也关闭，GBN 将持续使用 Timestamps 计算 RTT，结果就是持续值为 1000 us 的采样值被灌入移指平均计算。关掉 sack ，持续采样，不再 delete，分布如下：

所以，在 IDC 环境，请关闭 Timestamps。

在公网环境，这个问题不大，广域网 RTT 大于 1 ms，时间戳损失的精度有限，2.9 - 1.1 约等于 2，按 ms 精度计算，结果是 1，大约损失一半，这是损失的最大误差，在普遍 RTT 均大于 10 ms 的环境，偶尔的计算精度损失不会带来问题。

然而，对于 BBR ，即便精度损失不会带来计算问题，也还是会影响 BBR 的状态机。问题出在下面代码：

static void bbr_update_min_rtt(struct sock *sk, const struct rate_sample *rs)
{
    struct tcp_sock *tp = tcp_sk(sk);
    struct bbr *bbr = inet_csk_ca(sk);
    bool filter_expired;

    /* Track min RTT seen in the min_rtt_win_sec filter window: */
    filter_expired = after(tcp_jiffies32,
                   bbr->min_rtt_stamp + bbr_min_rtt_win_sec * HZ);
    if (rs->rtt_us >= 0 &&
        (rs->rtt_us <= bbr->min_rtt_us ||
         (filter_expired && !rs->is_ack_delayed))) {
        bbr->min_rtt_us = rs->rtt_us;
        bbr->min_rtt_stamp = tcp_jiffies32;
    }
...

在 Recovery 状态用时间戳计算 RTT，精度损失将使 rs->rtt_us <= bbr->min_rtt_us 恒成立，进而持续 reset min_rtt_stamp，也就进不去 ProbeRTT 状态了。该问题已解决，去掉等号即可：
[PATCH net] tcp: only postpone PROBE_RTT if RTT is < current min_rtt estimate
无论如何，Timestamps 总是在帮倒忙。

如果 Timestamps 没鸟用，还留着它空消耗选项空间有何用？

• 要么改了它，像我一样改成 us 精度。
• 要么学 Google：draft-yang-tcpm-ets-00
• 要么关了它。

周末测的那版 BBR 发现一个问题，最近我总吐槽的 TCP Timestamps 精度问题还真的出了问题，换成我修改的那个 us 精度 Timestamps 后问题解决，我发现在 100 us 量级 RTT 的链路上问题更严重。梳理了之后，这是两个问题，三言两语试图说清楚。

浙江温州皮鞋湿，下雨进水不会胖。