先从网络时延抖动的根源说起。

信息能否过去取决于信道容量，而信道利用率则取决于编码。这是香农定律决定的。

考虑到主机处理非常快，忽略处理时延，端到端时延就是信息传播时延，但现实中通信信道利用率非常不均匀，统计复用的意思是，某些时刻信息量太大以至信道过载，某些时刻信息量过小导致信道轻载甚至空载，因此引入少量 buffer 平滑这种统计波动，同时提高信息到达率和信道利用率。

关于统计复用网络的全部就以上这么多，抖动则来源于对以上描述具体操作时的弄巧成拙。

信息在链路某处若超过信道容量一定过不去，问题的核心是在实际有空闲容量资源发送它前你最多容忍多久，而这恰恰不由你决定，它不仅由 buffer 大小决定，还由通信协议决定。

buffer 过大导致的排队时延是不得已的，你的应用对 0～buffer_size/bw 的时延抖动无能为力。只能寄希望于设备厂商压缩 buffer 大小。

协议时延分端到端协议抖动和底层协议抖动，而端到端协议抖动可以避开。比如应用层自己都认为可以丢弃的数据，tcp 却擅作主张非要死命重传而引入至少 rtt 量级的时延抖动，这时就可以选择 udp 进行有损传输。

底层协议抖动比较难避开。比如 wifi 提供一种尽力而为的传输服务，如果传输一帧时出现冲突，wifi 会自行重试多次而引入 0～n*10ms 级的时延抖动，即使应用层并不需要这种努力也不行。

网络中或大或小的 buffer，网络边缘的无线 wifi，再加上使用了 tcp，都是抖动的根源，端到端时延不可能稳定，解决问题的方法很简单，在应用层加 buffer，这才是问题的实质，buffer 带来的问题通过再加一个 buffer 就能解决，重读上面的 3 个段落，可将 buffer 分两类，常规意义上的交换机可排队 buffer 算空间类，而 tcp，wifi 类的重传，重试行为算时间类，两类 buffer 共同引入了时延抖动。

buffer 引入的时延抖动显然是一种统计波动，而统计波动只要一个 buffer 就能平滑，这不，圆回来了一个圈。

最近帮朋友做一个无 buffer 协议，顺带着就聊聊 buffer 的本质。无 buffer 协议是一个非常简单的传输协议，“信息能否过去取决于信道容量，而信道利用率则取决于编码。” 没 buffer 什么事，意思是如果过不去就随他，能过多少是多少，通过编码来完全或部分恢复丢失的信息，这便是一个无抖动的 有损传输协议，这也是信息传输的本质需求，它从来不要求 100% 高保真，本质上有损的传输，为什么用时间来抵偿呢。

为啥长链路吞吐干不过短链路，困扰程序员多年的长肥管道问题，都能用香农公式说明白，信道容量和带宽 B 和信噪比 S/N 正相关，随着链路长度增加，B，S 不变，N 在增加，S/N 减小。印证我之前文章里另一种解释，随链路长度增加，好事发生的概率是各好事的概率相乘，坏事则是各概率相加，就殊途同归了。

计算机网络不讲这个，但本质上还是这个。计算机网络讲的是在目标处 100% 保真重现源信息，又不能违背香农自然律，就必须用协议靠时间去弥补信道固有损失，吞吐 = 保真数据量/时间，无论在数据中加冗余，还是抵偿了时间，表现都是降低了吞吐。

用空间换时间，提高信噪比，用冗余编码确保信息保真，带宽不满足时等一会儿再发，信息丢失了重新发一遍，这些其实都是在对抗不了香农定律后试图弥补损耗的不同方法，但计算机网络围绕基于 buffer 的 “包交换”，也就是统计复用的分组交换技术展开，因此后两种方法值得关注，其中，buffer 是核心。 有趣的是，包交换之前的打电话恰恰相反，因此你听到的电话那头的声音明显失真，但绝不卡顿。

明显失真，但绝不卡顿，看上去不错，但计算机网络却是明显卡顿，但绝不失真。

来看 buffer 的本质。

把 buffer 看作一种信用货币，而带宽则是我们买东西的实际货币，就好理解了。现代社会，实际货币也算信用货币，就像 bdp = bw * proprt + buffer 一样。通俗讲，信用货币就是每一元的币值不必对应某种等价物 比如黄金，而可以 “凭信用” 发行货币，只要拿到货币的人可以偿还等值就行。

信用货币产生于交易规模的扩大。只有 10 人参与交易，黄金可以分属 10 人，参与交易的人达到 10 亿人，仍然用黄金就不现实了，一个满怀信心的企业家开发一款注定能卖钱的新产品需借款 10 万块时，可能没有任何地方有价值 10 万的黄金借给他，如果他要借 100 亿，这个数可能超过当前全世界所有黄金总价值，这是不可能的，这是黄金等价物的 bug，信用货币修正了这个 bug，无论多少钱，把时间算进来，只要他在未来能偿付，这笔钱就可以无中生有。

解决了大规模交易问题，坏处也显而易见，即信用膨胀(你可能已经想到 bufferbloat 了)。银行疯狂放贷，以为这些钱可以在未来被勾销，但如果借钱的人纷纷还不上怎么办？一次大额借款不可怕，海量不受控的中小额借款才可怕，这就是次贷危机。

大规模通信需要 buffer 平滑大额需求，就像借贷，在未来以带宽勾销。buffer 太小无法覆盖需求，太大又属于信用超发，勾销前时间太久而 bdp 过大，buffer 度量信用额度，一处部署 buffer，处处需要部署 buffer 以吸纳它处的信用超发，最终实际可用带宽(流通货币)没有任何变化，但 bdp 却增大，这就带来通胀风险，一个 sender 想要保住它现有吞吐，越来越大的 buffer 中它要发送越来越多的报文，只为保住配额，表现为物价飞涨。

上述场景适合描述 10 年来的房产市场，从银行借一笔钱还给开发商，月薪大涨却拿一大部分还银行，最终实际能消费的钱却没有任何改变。当交换机意识到这个问题时，aqm 会丢包来触发 buffer 通缩，各个 sender 降低 cwnd 回归现实，对于现实世界，失业，断供也会让人们做价值回归，随之而来的可能就是通缩。

显而易见的经济规律配备合理的玩法，网络流量在 buffer 调节下自然也是繁荣与萧条的此起彼伏，波动，时延抖动是固有的，根植于 buffer。然而 rdma/roce 促进的 pfc(priority flow control) 却把 buffer 玩成了花。

当次贷危机已发生，解题的有效方法就是促进破产，这理论不见得恒对，但破产确实能消除债务。网络拥塞后丢包不仅仅是通知 sender，也确实缓释了当前 buffer，消除了部分作为债务的 queue，减缓了拥塞的进一步危害。可 pfc 反压是什么鬼？

拥塞只影响当前交换机流量甚至在 codel 起作用时只影响单流，拥塞不出交换机，就地解决。而 pfc 则将拥塞状态蔓延，一个 buffer 堆积造成一个 buffer 树一起堆积，多少无关流量受害，甚至 deadlock，然后是一系列解决特定问题比如 pfc-deadlock 的顶会奇技淫巧，小范围烂账迅速蔓延成次贷危机以及随之而来的新政。

pfc 本质上要提供一个无丢包网络，但根据信道的香农定律，绝对不丢包不可能，而弥补丢包必然引入不可预期的时延抖动，无论 buffer，tcp 还是 wifi，都以时延抖动为代价提供了不丢包和尽量不丢包的保证，而 pfc 做同一类事的方式最不雅且鲁莽，它不惜影响网络全局状态只为不丢包。

历史早就过去，但历史的方案还在，这就有大问题。rdma 需要一个无损网络只因 gbn 代价太大，而在硬件中实现 sack 代价更大，pfc 恰好以小代价提供了无损网络的底层。如果非要保留 pfc，不如在每交换机 buffer 旁边部署一个副 buffer，大小大概一个 bdp，在通知到 sender 抑制速率前继续缓存，但千万别把状态反压给上游，拥塞不蔓延是原则。

人们太执着于提供一个可靠传输协议，提供一个无损传输网络，对丢包天然抵触，以为传输就应该完全可靠，人们用完美保真的态度看待传输，这是典型的计算机分层方法论，只关注接口语义而不管细节，但这种方法论同时也给人们带来了很大负担。

共享带宽链路上跑 capacity-searching 协议，必然会冲突，排队甚至丢包，解决这些必然发生的问题就是协议的目标，也正是解决这些问题的进展把事情搞得越来越复杂。计算机的视角下，通信的本质被分层协议模型完全掩盖。

换一种思路，以通信视角看传输并配合按需重传。以明确的 nak 请求重传取代擅自 arq。配合精致的冗余编码，buffer 也可同步减少以降低时延抖动，不用再怕丢包，有些数据是可丢的，不可丢的如果不能从冗余中恢复，还可以请求重传，而这一切都在应用程序自己的控制范围内，也就从根本上消除了它不想要的时延抖动。

幸运的是，随着流媒体发展，需求越发允许失真，但不接受卡顿，回归了信息传输的本质。传输优化越发倾向于精巧编码 + fec 而不是 buffer-oriented cc(先拥塞后控制)，接受你最低限度接受的，剩下的放弃掉不要。

信道容量由香农定律限定，而编码说来如何？尽量用短数据编码长数据(这里面包含了压缩)并提供冗余，规矩一样，提供冗余，不苛求信道，传输量尽可能小。

假设要编码 s = 1234567890987654321，直线 y = ax + s 上一定存在一个点 P 使 {a, P} 比 s 更短，传输 {a, P} 即可，receiver 取斜率为 a，过点 P 直线的截距即可解码原始数据 s，如果找到多个这样的点，同时传输 {a1, P1}，{a2, P2}，…{an, Pn} 可提供冗余，receiver 只要收到任意一个即可还原 s。

同理，可提供 m 次曲线编码大数据，提供能唯一确定该曲线且可用更短数字编码的 n 个点，同时传输多个 n 次拼接的短数据即可提供冗余，可视 receiver 的保真要求调节冗余度，由此，曲线不必精确，亦可拟合。很多年前写的 密钥分存 比较有趣，供参考。

问题是怎么找到这些编码更短的点，比如事先不知 y = (x - 1)(x - 2)， 当 x = 100000 时，y = 9999899998，现在若要编码 9999899998，只需找到并传输 {1, 2, 5} 即可，receiver 即可根据二次曲线解码 y。这是技巧和算力的事，但和重传，重试，buffer 相比，性价比大概提升，守恒律，不费电不行，提高信号功率也得费电。

上周末写的 因式分解的几何意义 里也有编码的启发，一大一小正方形固定挨在一起，就可以决定很多比两个正方形边长更长的数字，主要就是短数据决定了什么长数据是不变的。

正式的标准化编码原理我这里不提，请自行学习。

总之，让传输回归自然律。

接着昨天的 tcp pure ack “反馈风暴”，以通信的视角重新看网络传输这件事。

浙江温州皮鞋湿，下雨进水不会胖。