UDP数据包的最大理论网络指标是多少？

Question

目标是确定UDP协议性能的指标，具体来说：

• 最小可能的理论 RTT（往返时间，ping）
• 1字节大小的UDP数据包的最大可能理论 PPS
• 64字节大小的UDP数据包的最大可能理论 PPS
• 最大和最小可能的理论抖动

这可以并且应该在不考虑任何缓慢的软件引起的问题（例如99％的并行进程使用CPU，编写效率低下的测试程序）或硬件（例如繁忙的通道，超长的线路等）的情况下完成

在“真实系统”上应该如何估算这些最佳参数？

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PS。我将提供所谓的“真实系统”的原型。

考虑2台PC，PC1和PC2。它们都配备：

• 现代快速处理器（读到“一些平均典型的socket-1151 i7 CPU”），因此处理速度和单核不是问题。
• 一些典型的DDR4 @ 2400mhz ..
平均NIC（读取典型的Realteks / Intels / Atheroses，通常嵌入在主板中），因此没有非常特殊的复杂电路。 已建立GBIT连接的几米以太网8对电缆用于连接其NIC。因此，没有互联网，它们之间没有流量，除了您产生的流量之外。
• 没有监视器
• 没有其他任何I / O设备
• 每台PC单个USB闪存，可将其initramfs引导到RAM，并在测试程序完成后用于装载和存储程序输出
• 最轻巧的软件堆栈-可能有一个繁忙的盒子，它运行在最新的Linux内核之上，所有库都是最新的。因此，实际上没有软件（读取为“繁忙软件”）在其上运行。

然后您在PC1上运行服务器测试程序，并在PC2上运行客户端。程序运行后，将安装USB记忆棒并将结果转储到文件中，然后关闭系统电源。因此，我描述了一些理想的情况。我无法想象这样的实验有更多的“无菌”条件。

Answer 1

对于PPS计算，请计算帧的总大小并将其划分为介质的吞吐量。

对于IPv4 ：

以太网前同步码和帧的开始以及帧间间隙7 +1 + 12 = 20字节（不计入64字节的最小帧大小）

以太网II标头和FCS（CRC）14 + 4 = 18字节。 IP标头20个字节。 UDP标头为8个字节。

总开销为46个字节（如果有效载荷小于，则填充为至少64个字节）+ 20个字节“在线上更多”

有效载荷（数据）

1字节有效负载-根据最小64字节+线路开销变为18。线上总共84个字节。

64字节-48 + 64 = 112 + 20的线路开销= 132字节。

如果介质的吞吐量为每秒125000000字节（1 Gb / s）。

1-18个字节的有效负载= 1.25e8 / 84 =最大理论值1,488,095 PPS。

64字节有效负载= 1.25e8 / 132 =最大理论946969 PPS。

这些计算假定流是恒定的：网络发送缓冲区不断填充。考虑到您对现代硬件的描述，这不是问题。如果这是40/100 Gig以太网CPU，那么总线速度和内存都是因素。

Ping RTT时间：

要计算通过介质传输数据所需的时间，请用传输速度除以介质速度。

这比较困难，因为ping数据有效载荷可以是任何大小的64-MTU（〜1500字节）。 ping通常使用最小帧大小（64字节总帧大小+ 20字节线路开销* 2 = 168字节）网络时间（0.001344 ms）+处理响应和回复时间的总和估计在0.35到0.9 ms之间。该值取决于太多的内部CPU和OS因素，L1-3缓存，分支预测，所需的环形过渡（0到3和3到0），实现的TCP / IP堆栈，CRC计算，已处理的中断，网卡驱动程序，DMA ，数据验证（大多数实现都跳过）...

根据轶事证据，最大时间应<1.25毫秒。（我的最佳评估是在较旧的硬件上为0.6毫秒（我期望所描述的硬件上的平均平均值为0.7毫秒或更短）。

抖动： network 抖动的唯一内在理论原因是传输的异步特性，该特性由前导码解决。最大<（8字节）0.000512毫秒如果此时未建立同步，则整个帧将丢失。这是需要考虑的可能性。由于UDP是尽力而为的传递方式。

如RTT的描述所证明：在执行相同代码以及操作系统调度和驱动程序时，CPU时间可能存在差异，因此无法进行有效评估。

如果我必须估计的话，我将设计最大1 ms的抖动，并规定丢失的数据包。设计不容错的系统是不明智的。即使对于所描述的“完美方案”，也会发生故障 （附近的雷击会在电线上感应出虚假电压）。 UDP没有固有的方法来容忍丢失的数据包。