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你打过乒乓球吧？ 你和你的对手正在乒乓台上激烈厮杀，对攻不断，你一定不会注意乒乓球每个来回花了多长时间。 假如，你和你的对手相距几百米，你优雅的完成一个扣球之后，不得不再花上几分钟时间等对方的来球，结果是，这场比赛打了几个小时。真是场该死的比赛，该死的假设，你发誓再也不玩这卵球了！ 现在把你和你的对手换成网络的接收端和发送端，那么这个乒乓球的往返时间（RTT）就叫网络时延。 有些测试软件上面叫“ping”，我不知道是不是和乒乓球有关！ 大部分网络协议的动作其实就像打乒乓球一样。 你要建立一个网络连接，你得先“出球”，向网络发出服务请求，获得网络的同意… 而通常这个“请求”<->“同意”会花上好几个来回。更让人泄气的是，这一番寒暄客套通常只有很少的数据传送，换个角度讲，网络延迟在很多时候并没有充分利用带宽。 试想一下，HTTP请求下载10K的东西，建立这个网络连接前，需要进行4次请求-同意一番寒暄客套。如果每一次往返时间（RTT）为100ms，4次信息交换花的时间为400ms，这时网络速率为10k/400ms，是的，25k/s，我发誓再也不想用这破网络！ 到底是什么影响了这该死的网络时延？ 在揭秘网络时延前，我们首先来了解一下移动通信网络的组成。移动通信网络是由大量相互连接的设备组成的一个网络，而其中每个设备都可能带来网络时延。当然，为了建立、维持通信，这些设备之间是要相互对话的，这也会带来网络时延。 1. 手机的基带处理器 智能手机里有两个处理器，一个叫应用处理器，一个叫基带处理器。应用处理器负责处理操作系统和应用软件，而基带处理器负责勾搭上无线网络，就像是电脑的cpu和modem。 它不同于modem的是，它得处理复杂的无线信号，正因如此，基带处理器存在一个处理延时。是的，你根本不知道那该死的无线信号有多么复杂，基带处理器必须得花点时间来处理。 2. 基站 基站作为无线通信网络的接入点，也就是通信网络这个社团里最小的一个分支机构，它要负责管理旗下成百上千的小弟—-手机。不过，基站的能力是有限的，小弟太多就管理不过来，承受了它这个角色不该有的帅气与机智，很累！过多手机接入，就会导致拥塞、处理能力下降，影响网络时延。 不过，最近社团改组，完成扁平化组织结构改造，基站的权力越来越大。在LTE网络里，直接取消无线网络控制器这个机构，直接将其权力下放到基站，很多重要的功能，比如，网络注册和资源调度，都直接在基站里实现。事实上，这一角色的转换使得新一代无线通信网络的时延得到大大改善。 3. 回程 回程，就是从基站到核心网的那一段网络连接。 对时延来讲，回程，简直是个臭名昭著的家伙。 传统网络的电路交换是一种同步传输模式，通信双方要交换信息，需要高度的协同工作。网络得先建一条链路，建好之后告诉双方，以后只能在这条链路里发送和接收信息，直到这条链路拆除。然后，网络又要为下一次连接建立一条链路.... 真够折腾的！ 相比之下,最新一代的移动网络——LTE，采用基于ip分组交换的回程网络，支持异步数据传输，这大幅减少了回程延迟。 当然，回程带宽限制也是一个瓶颈。 这里插个广告，告诉你这10几年来移动通信网络在时延上进步有多大？ 4. 无线网络控制器（RNC） 刚才说了，LTE网络已经没有这个了。 刚才也说了，回程是个臭名昭著的家伙。 传统网络的RNC通过信令来管理手机，协调无线资源。有了RNC，回程就多了一个节点（基站—RNC—核心网）。手机的每一个动作都需要先经过基站，再转发到RNC，由RNC来统一完成调度协调。比如，网络注册和资源调度。这需要来来回回多次交换信息，使延迟情况变的更糟。所以，LTE网络已经没有RNC了。 再插个广告，告诉你这些年移动通信网络结构是如何演进的？ 5. 核心网 核心网就好比是移动通信网络和外部internet之间的一个网关，在这里，要完成一些Qos策略和流量计费管理，而这些动作都会带来一定时延，不过通常很小。 6. 手机电池 严格的说，这事真的只能怪手机电池太low了！ 你的手机待机时长可以几天，而通话或上网时长最多几个小时就over了。为什么？ 真正影响你手机耗电的不是你的手机，是你手机里的那块SIM卡。 手机只有和网络连接时，耗电才厉害！ 所以，为了省电，手机千方百计的抓住一切机会逃离网络。 不过，不管滚得有多远，手机总是会回来的！每次回来的时候，又得重新建立无线链路，正如刚才我们讲的，向网络跪舔发个请求什么的，然后网络高冷的点头回应什么的，这样来回好几次，终于滚回来了！欧耶！不过，这就带来额外的时延。 现在来看看这个伟大的省电计划吧！ 通信汪们把这个叫做无线资源控制（RRC），以WCDMA网络为例，我们把手机状态大致分为三个状态：IDLE - CELL_DCH - CELL_FACH。 你用手机上网，无非就几个步骤：掏出手机—>刷微信—>浏览。而在网络侧，要响应你的每一步动作，要完成三种RRC状态的转移：IDLE—>CELL_DCH—>CELL_FACH—>IDLE。 是的，你的手机其实是不断的在这三种状态下迁移。 下面这张图是WCDMA RRC状态转移图的例子。 1）IDLE状态下，手机关闭无线发射，省电。当开始传送数据时，手机会开启无线发射，手机状态从IDLE转移到CELL_DCH状态，这一状态转移是有时延的。 2）手机处于CELL_DCH状态时，表示手机正在传送或接收数据。当数据传送结束，手机会保留CELL_DCH状态一段时间，以备还有后续数据要传。假如一段时间内没有续传数据，手机会转移至共享信道FACH，这叫CELL_FACH状态，这时候相对CELL_DCH模式更省电。CELL_FACH状态下，手机只传送信令或少量数据，如果有更多数据内容需要传送，手机会重新迁移至CELL_DCH状态，不过这个迁移过程同样有时延，只是这个时延相对于IDLE迁移至CELL_DCH要短。 3）在进入CELL_FACH状态一段时间后，如果没有数据传送，手机将迁移至IDLE状态，关闭无线发射，进入最省电的模式。如果又有数据传送，这时需要重新迁移至CELL_DCH状态。 需要告诉你的是，LTE的RRC状态相对简化，只有两种：RRC_IDLE和RRC_CONNECTED。 最后，综合以上的因素，我们来简单计算一下LTE网络用户面时延： 文/网优雇佣军 微信订阅号：hr_opt 通信路上，一起走！ |
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