Windows系統下的TCP參數最佳化

續上文：TCP串連的狀態與關閉方式，及其對Server與Client的影響

　　通常會採用修改註冊表的方式改進Windows的系統參數。下面將為大家介紹Windows系統下的TCP參數最佳化方式，適用於Windows 2003、Windows XP、Windows 7以及Server版。對於具體的系統內容與效能需求，最佳化方式會有所差異，效果也不盡相同，僅是個人的建議。所有的最佳化操作都通過修改註冊表實現，需要使用regedit命令進入註冊表並建立或修改參數，修改完成後需要重啟系統，以使之生效。以下使用的參數值均為10進位。

1. TCPWindowSize

　　TCPWindowSize的值表示TCP的視窗大小。TCP Receive Window（TCP資料接收緩衝）定義了發送端在沒有獲得接收端的確認資訊的狀態下可以發送的最大位元組數。此數值越大，返回的確認資訊就越少，相應的在發送端和接收端之間的通訊就越好。此數值較小時可以降低發送端在等待接收端返回確認資訊時發生逾時的可能性，但這將增加網路流量，降低有效吞吐率。TCP在發送端和接收端之間動態調整一個最大段長度MSS（Maximum Segment Size）的整數倍。MSS在串連開始建立時確定，由於TCP Receive Window被調整為MSS的整數倍，在資料轉送中完全長度的TCP資料區段的比例增加，故而提高了網路吞吐率。

　　預設情況下，TCP將試圖根據MSS來最佳化視窗大小，起始值為16KB，最大值為64KB。TCPWindowSize的最大值通常為65535位元組（64KB），乙太網路最大段長度為1460位元組，低於64KB的1460的最大整數倍為62420位元組，因而可以在註冊表中將TCPWindowSize設定為62420，作為高頻寬網路中適用的效能最佳化值。具體操作如下：

　　瀏覽至HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\TCPIP\Parameters註冊表子鍵，在Parameters子鍵下建立或修改名為TCPWindowSize的REG_DWORD值，該值的範圍是從0到65535，將該值設定為62420。

2. TCP1323Opts　

　　為了更高效地利用高頻寬網路，可以使用比上述TCP視窗大得多的TCP視窗大小，此特性是Windows 2000和Windows Server 2003中的新特性，稱為TCP Window Scaling，它將以前的65535位元組（64KB）的限制提高到了1073741824位元組（1GB）。在頻寬與延遲的乘積值很高的串連上（例如衛星串連），可能需要將視窗的大小增加到64KB以上。使用TCP Window Scaling，系統可以允許確認資訊間更大資料量的傳輸，增加了網路輸送量及效能。發送端和接收端往返通訊所需的時間被稱為迴環時間（RTT）。TCP Window Scaling僅在TCP串連的雙方都開啟時才真正有效。TCP有一個時間戳記選項，通過更加頻繁地計算來提高RTT值的估測值，此選項特別有助於估測更長距離的廣域網路上串連的RTT值，並更加精確地調整TCP重發逾時時間。時間戳記在TCP前序提供了兩個地區，一個記錄開始重發的時間，另一個記錄接收到的時間。時間戳記對於TCP Window Scaling，即確認資訊收到前的大資料包傳送特別有用，啟用時間戳記僅僅在每個資料包的頭部增加12位元組，對網路流量的影響微乎其微。資料完整性與資料吞吐率最大化哪個更為重要是個需要評估的問題。在某些環境中，例如視頻流傳輸，需要更大的TCP視窗，這是最重要的，而資料完整性排在第二位。在這種環境中，TCP Window Scaling可以不開啟時間戳記。當發送端和接收端均啟用TCP Window Scaling和時間戳記時，此特性才有效。不過，若在發包時加入了時間戳記，經過NAT之後，如果前面相同的連接埠被使用過，且時間戳記大於這個串連發出的SYN中的時間戳記，就會導致伺服器忽略該SYN，表現為使用者無法正常完成TCP的3次握手。初始時產生小的TCP視窗，之後視窗大小將按照內部演算法增大。具體操作如下：

　　瀏覽至HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\TCPIP\Parameters註冊表子鍵，在Parameters子鍵下建立或修改名為TCP1323Opts的REG_DWORD值，該值的具體含義為：0（預設值）表示禁用TCP Window Scaling和時間戳記；1表示只啟用TCP Window Scaling；2表示只啟用時間戳記；3表示同時啟用TCP Window Scaling和時間戳記。TCP1323Opts設定為啟用TCP Window Scaling後，可以將上文中的登錄機碼TCPWindowSize的值增大，最大能達到1GB，為了達到最佳效能，這裡的值最好設定成MSS的倍數，推薦值為256960位元組。

3. TCP 控制塊表

　　對於每個TCP串連，控制變數儲存在一個稱為TCP控制塊（TCB）的記憶體塊中。TCB表的大小由登錄機碼MaxHashTableSize控制。在活動串連很多的系統中，設定一個較大的表可以降低系統定位TCB表的時間。在TCB表上分區可以降低對錶的訪問的爭奪。增加分區的數量，TCP的效能會得到最佳化，特別是在多處理器的系統上。登錄機碼NumTcbTablePartitions控制分區的數量，預設是處理器個數的平方。TCB通常預置在記憶體中，以防止TCP反覆串連和斷開時，TCB反覆重新置放浪費時間，這種緩衝的方式促進了記憶體管理，但同時也限制了同一時刻允許的TCP串連數量。登錄機碼MaxFreeTcbs決定了處於空閑等待狀態的TCB重新可用之前的串連數量，在NT架構中常設定成高於預設值，以確保有足夠的預置的TCB。從Windows 2000開始添加了一個新特性，降低超出預置TCB啟動並執行可能性。如果處於等待狀態的串連多於MaxFreeTWTcbs中的設定，所有等待時間超過60秒的串連將被強制關閉，以後再次啟用。此特性合并到Windows 2000 Server和Windows Server 2003後，MaxFreeTcbs將不再用於最佳化效能。具體操作：

　　瀏覽至HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\TCPIP\Parameters註冊表子鍵，在Parameters子鍵下建立或修改名為MaxHashTableSize的REG_DWORD值，該值的範圍是從1到65536，並且必須為2的N次方，預設值為512，建議設為8192。然後在Parameters子鍵下建立或修改名為NumTcbTablePartitions的REG_DWORD值，該值的範圍是從1到65536，並且必須為2的N次方，預設值為處理器個數的平方，建議設為處理器核心數的4倍。

4. TcpTimedWaitDelay

　　TcpTimedWaitDelay的值表示系統釋放已關閉的TCP串連並複用其資源之前，必須等待的時間。這段時間間隔就是以前的Blog中提到的TIME_WAIT狀態（2MSL，資料包最長生命週期的兩倍狀態）。如果系統顯示大量串連處於TIME_WAIT狀態，則會導致並發量與輸送量的嚴重下降，通過減小該項的值，系統可以更快地釋放已關閉的串連，從而為新串連提供更多的資源，特別是對於高並發短串連的Server具有積極的意義。

　　該項的預設值是240，即等待4分鐘後釋放資源；系統支援的最小值為30，即等待時間為30秒。具體操作：

　　瀏覽至HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\TCPIP\Parameters註冊表子鍵，在Parameters子鍵下建立或修改名為TcpTimedWaitDelay的REG_DWORD值，該值的範圍是從0到300，建議將該值設定為30。

5. MaxUserPort

　　MaxUserPort的值表示當應用程式向系統請求可用的連接埠時，TCP/IP可分配的最大連接埠號碼。如果系統顯示建立串連時出現異常，那麼有可能是由於匿名（臨時）連接埠數不夠導致的，特別是當系統開啟大量連接埠來與Web service、資料庫或其他遠端資源建立串連時。

　　該項的預設值是十進位的5000，這也是系統允許的最小值。Windows預設為匿名（臨時）連接埠保留的連接埠號碼範圍是從1024到5000。為了獲得更高的並發量，建議將該值至少設為32768以上，甚至設為理論最大值65534，特別是對於類比高並發測試環境的Client具有積極的意義。具體操作：

　　瀏覽至HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\TCPIP\Parameters註冊表子鍵，在Parameters子鍵下建立或修改名為MaxUserPort的REG_DWORD值，該值的範圍是從5000到65534，預設值為5000，建議將該值設定為65534。

6. 動態儲備

　　動態儲備的值使系統能自動調整其配置，以接受大量突發的串連請求。如果同時接收到大量串連請求，超出了系統的處理能力，那麼動態儲備就會自動增大系統支援的暫掛串連的數量（即Client已請求而Server尚未處理的等待串連數，TCP串連的總數包括已串連數與等待串連數），從而可減少串連失敗的數量。系統的處理能力和支援的暫掛串連的數量不足時，Client的串連請求將直接被拒絕。

　　預設情況下，Windows 不啟用動態儲備，可以通過以下操作進行開啟和設定：

　　瀏覽至HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\AFD\Parameters註冊表子鍵，在Parameters子鍵下建立或修改下列名稱的REG_DWORD值。

• EnableDynamicBacklog，值為1，表示開啟動態儲備。
• MinimumDynamicBacklog，值為128，表示支援的最小暫掛串連的數量為128。
• MaximumDynamicBacklog，值為2048，表示支援的最大暫掛串連的數量為2048。對於高並發短串連的Server，建議最大值設為1024及以上。
• DynamicBacklogGrowthDelta，值為128，表示支援的暫掛串連的數量的增量為128，即數量不足時自增長128，直到達到設定的最大值，如2048。

7. KeepAliveTime

　　KeepAliveTime的值控制系統嘗實驗證空閑串連是否仍然完好的頻率。如果該串連在一段時間內沒有活動，那麼系統會發送保持串連的訊號，如果網路正常並且接收方是活動的，它就會響應。如果需要對丟失接收方的情況敏感，也就是說需要更快地發現是否丟失了接收方，請考慮減小該值。而如果長期不活動的空閑串連的出現次數較多，但丟失接收方的情況出現較少，那麼可能需要增大該值以減少開銷。

　　預設情況下，如果空閑串連在7200000毫秒（2小時）內沒有活動，系統就會發送保持串連的訊息。 通常建議把該值設為1800000毫秒，從而丟失的串連會在30分鐘內被檢測到。具體操作：

　　瀏覽至HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\TCPIP\Parameters註冊表子鍵，在Parameters子鍵下建立或修改名為KeepAliveTime的REG_DWORD值，為該值設定適當的毫秒數。

8. KeepAliveInterval

　　KeepAliveInterval的值表示未收到另一方對“保持串連”訊號的響應時，系統重複發送“保持串連”訊號的頻率。在無任何響應的情況下，連續發送“保持串連”訊號的次數超過TcpMaxDataRetransmissions（下文將介紹）的值時，將放棄該串連。如果網路環境較差，允許較長的回應時間，則考慮增大該值以減少開銷；如果需要儘快驗證是否已丟失接收方，則考慮減小該值或TcpMaxDataRetransmissions值。

　　預設情況下，在未收到響應而重新發送“保持串連”的訊號之前，系統會等待1000毫秒（1秒），可以根據具體需求修改，具體操作：

　　瀏覽至HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\TCPIP\Parameters註冊表子鍵，在Parameters子鍵下建立或修改名為KeepAliveInterval的REG_DWORD值，為該值設定適當的毫秒數。

9. TcpMaxDataRetransmissions

　　TcpMaxDataRetransmissions的值表示TCP資料重發，系統在現有串連上對無應答的資料區段進行重發的次數。如果網路環境很差，可能需要提高該值以保持有效通訊，確保接收方收到資料；如果網路環境很好，或者通常是由於丟失接收方而導致資料的丟失，那麼可以減小該值以減少驗證接收方是否丟失所花費的時間和開銷。

　　預設情況下，系統會重新發送未返回應答的資料區段5次，可以根據具體需求修改，具體操作：

　　瀏覽至HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\TCPIP\Parameters註冊表子鍵，在Parameters子鍵下建立或修改名為TcpMaxDataRetransmissions的REG_DWORD值，該值的範圍是從0到4294967295，預設值為5，根據實際情況進行設定。

10. TcpMaxConnectRetransmisstions

　　TcpMaxConnectRetransmisstions的值表示TCP串連重發，TCP退出前重發非確認串連請求（SYN）的次數。對於每次嘗試，重發逾時是成功重發的兩倍。在Windows Server 2003中預設逾時次數是2，預設逾時時間為3秒（在登錄機碼TCPInitialRTT中）。速度較慢的WAN串連中逾時時間可相應增加，不同環境中可能會有不同的最佳化設定，需要在實際環境中測試確定。逾時時間不要設定太大否則將不會發生網路連接逾時時間。具體操作：

　　瀏覽至HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\TCPIP\Parameters註冊表子鍵，在Parameters子鍵下建立或修改名為TcpMaxConnectRetransmisstions的REG_DWORD值，該值的範圍是從0到255，預設值為2，根據實際情況進行設定。然後在Parameters子鍵下建立或修改名為TCPInitialRTT的REG_DWORD值，同樣根據實際情況進行設定。

11. TcpAckFrequency

　　TcpAckFrequency的值表示系統發送應答訊息的頻率。如果值為2，那麼系統將在接收到2個分段之後發送應答，或是在接收到1個分段但在200毫秒內沒有接收到任何其他分段的情況下發送應答；如果值為3，那麼系統將在接收到3個分段之後發送應答，或是在接收到1個或2個分段但在200毫秒內沒有接收到任何其他分段的情況下發送應答，以此類推。如果要通過消除應答延遲來縮短回應時間，那麼建議將該值設為1。在此情況下，系統會立即發送對每個分段的應答；如果串連主要用於傳輸大量資料，而200毫秒的延遲並不重要，那麼可以減小該值以降低應答的開銷。

　　預設情況下，系統將該值設為2，即每隔一個分段應答一次。該值的有效範圍是0到255，其中0表示使用預設值2，可以根據具體需求修改，具體操作：

　　瀏覽至HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\TCPIP\Parameters\Interfaces\xx（xx由網路介面卡決定）註冊表子鍵，在xx子鍵下建立或修改名為TcpAckFrequency的REG_DWORD值，該值的範圍是從1到13，預設值為2，根據希望每發送幾個分段返回一個應答而設定該值，建議百兆網路設為5，千兆網路設為13。