延迟、丢包和抖动——故障测试必知必会

网络性能的三大关键指标是延迟、丢包和抖动。今天我们就来聊聊这三者，尤其聚焦在“延迟”和“丢包”这两个对应用性能影响最大的“罪魁祸首”。

绝大多数应用都依赖 TCP（传输控制协议）将数据从 A 点传输到 B 点，换句话说，85% 的互联网流量都跑在 TCP 上。TCP 有个有趣的特性：它完全屏蔽了底层网络的分包机制，让上层应用几乎感知不到网络传输中可能出现的“风吹雨打”。不管是像 Telnet 或 SSH 这种“一封一收”的小打小闹，还是像 FTP 这类大文件传输的“洪水猛兽”，TCP 都能把数据打包、排队，然后按部就班地发出去。即使途中丢了包、顺序乱了，TCP 也会兢兢业业地重传、排序，最后把“整整齐齐”的数据交给应用层，妥妥的“保姆级服务”。

延迟

早期的网络协议多是在局域网或校园网环境下设计的，数据往返只需几毫秒，快得让人“眼睛都不眨”。可一旦放到全球互联网这个大江湖，哪怕数据包只绕地球一圈，至少也得十来毫秒；再来个返回包，往返就飙到 200 毫秒。别忘了，光纤里的光速虽然不如真空快，但也有每秒 20 万公里，粗略一算，每 100 公里 RTT 就要 1 毫秒。

排队理论告诉我们，链路越繁忙，等候时间就越长。想象你在邮局排队，前面的人越多，你越是干着急。假如一条 10 Gbps 的链路跑到了 80% 的利用率，等你这个数据包一到，前面已经排了四个包。要是到了 99%，队伍直接拉长到 99 个包。虽然在高带宽下这些排队时间不算啥，传 99 个 500 字节的包只要 0.248 毫秒，但一旦链路被过度使用，比如 99.9% 的利用率，那排队延迟就有可能“节节攀升”。

TCP 为了在高延迟网络下也能稳定“打工”，引入了多种机制，最核心的是：确保传输中始终有足够多的数据包流动。如果每发一个包都要等对方说“我收到了”再发下一个，那传输效率低得连蜗牛都嫌慢。200 毫秒 RTT 的链路上每秒只能发出 5 个包，这谁受得了？于是 TCP 会尽量让链路“吃饱”，但不至于“撑死”，这对大流量的长连接下载效果拔群。

可一旦遇上短连接，比如加载网页小图标、接口响应这些“小碎步”，慢启动机制就成了拖后腿的“绊脚石”。每次都要“从头跑起”，还没加速就跑完了。现在的浏览器为了提速，会复用已经“加速完成”的 TCP 会话，避免一再慢启动。然而，有些开发经验不足的软件常常“一开一关”，频繁新建 TCP 连接，这种“断断续续”的策略在远距离传输或带宽吃紧的场景下性能会直线下滑。

而且别忘了，几乎所有 TCP 连接都要先查 DNS，如果 DNS 服务器响应慢，那整个流程都会像“老牛拉破车”一样拖沓。所以，优先选择靠近的 DNS 服务器，绝对是事半功倍。

丢包

理想状态下，网络应该是“滴水不漏”的，可现实总爱开玩笑。数据包会因为比特翻转或干扰丢失，尤其是在无线网络中，即便有纠错码也无法“百发百中”。

丢了包怎么办？TCP 自然是“反复确认、重新传”，但这就要耗时间了。比如一个 RTT 为 200 毫秒的连接，每秒发送 1000 个数据包，当包号 500 丢失时，发送方其实正在发 700 号，确认包也只是刚到 400。那就得等确认到 499、501，才能发现 500 丢了，此时 TCP 已传了一大段数据，而接收方为了保持顺序，只能“死守”501 到 700 这些数据，等那“姗姗来迟”的 500 包归队。

如果这种丢包情况频繁发生，而 RTT 又高，TCP 的缓冲区就会不堪重负，结果就是“全线暂停”直到丢失的包重传成功。简单说，高延迟能忍、高丢包也能熬，可“两害齐发”，那就是 TCP 的“灾难现场”。

还有一种更常见的丢包场景：TCP 发送太快，网络设备缓冲区来不及处理，只能“忍痛割爱”，直接丢掉多余的数据包。TCP 也不知道是哪儿的问题，只能默认为“网络太挤”，于是自动减速。幸运的话可以触发“快速重传”机制，问题不大。但如果最后几个包掉了，重传不及时，TCP 就得等到超时再来一次“慢启动”，整个连接性能会严重受挫。

这个“慢启动循环”对于短时 Web 请求尤为致命，用户可能看到页面加载只差最后一张图，可那张图“卡壳”一秒才来，这种体验可不太妙。此时，断开重来往往比苦等超时要高效得多。

抖动

抖动说白了就是数据包传输时间的“不稳定”。虽然光速不变、光纤不动，但链路拥堵时，数据包在路由器里排队时间不一，有时候“秒进秒出”，有时候“等到花儿都谢了”。

对 TCP 来说，抖动问题还算可控——只不过得用保守的 RTT 估计和更长的超时。可对实时音视频就“伤筋动骨”了，因为音视频播放讲究“稳准快”，延迟波动大，就会出现卡顿、掉帧，甚至音画不同步。此时，应用只能选择“等慢包”或者“丢慢包”，要么增加延迟，要么增加丢包率，真是“左右为难”。

总结

在多条网络路径共存的环境中，选择一条低延迟、低丢包、低抖动的“黄金通道”至关重要。路径长、路况差的线路，就算“绕远路也不能绕远心”。Noction 在路径选择方面拥有领先的智能算法，能根据实时丢包率和延迟指标，动态选择表现最优的线路，帮助应用如虎添翼。欢迎了解我们的智能路由平台，看看它如何助力网络提速降本。