FirstPacket

   



   NVIDIA® FirstPacket&＃8482;技术是最新推出的NVIDIA nForce® 500系列主板实现的一个全新特性。
利用FirstPacket技术，用户可以为特定应用设置一个专用的高优先级传输队列，从而提高网络游戏和其他时延敏感型业务的性能。也就是说，系统将优先传输时延敏感型数据包，快速响应该应用的请求。

带宽与时延
传统上，用于比较网络性能的指标是带宽。高带宽就表示高性能。因此， DSL线路显然优于调制解调器；二者的比特率分别为1,000,000比特/秒（1 Mbps）和56,000比特/秒（56 kbps）。同样地，电缆调制解调器（3至10 Mbps）也优于DSL线路。
然而，新的应用层出不穷，网络游戏、基于IP的语音业务（VoIP）以及其他业务，不仅需要约100 kbps带宽来上行传输大量业务，而且对时延极为敏感。
时延是数据包在两个通信设备之间进行传输所需要的时间。时延越高就意味着这两台设备交换信息所需要的时间越长。在参与网络游戏时，玩家状态瞬息万变，如果时延太长，玩家可能会不知不觉死于非命。
理想的情况是，时延敏感型应用可以优先享用系统提供的网络接口。

问题

不知道时延敏感型应用的存在

一台标准PC的网络硬件和驱动程序（以及操作系统）并不知道时延的存在，也不能缩短时延。所有应用都通过完全相同的接口发送和接收数据，不论是像FTP和网络浏览器这样可以忍受时延的应用，还是诸如Skype和Gizmo等VoIP应用，或者任何基于即时消息（IM）的VoIP应用（如Google Talk、Yahoo! Instant Messenger和MSN Messenger等即时消息）。
不可能通过更新操作系统（OS）的应用协议接口（API）来实现通过每个插槽的相关参数，影响应用的时延。即使可以通过更新操作系统，提供此类API，应用开发商也必须更改应用代码，以便利用这种新的或修改后的API，并且这些应用只能在新的操作系统下，才能实现最优性能。幸运的是，只要在网络驱动程序中添加一些智能功能，就可以明显改善这种状况，而不必劳神修改操作系统和应用。
在发射端（发射机，上行传输），可以改变PC处理业务的流程。但是，在接收端（接收器，下行传输），却不能控制收到的业务，因为当数据包一次一个地传到接收端时，PC必须接收这些数据包。同样地，网络交换机和路由器可能发生丢包或者重新安排业务顺序，并影响应用的性能，不管这些应用是不是时延敏感型。

传输大量数据加剧时延

关键在于，大多数时延敏感型应用发送的数据包都非常小，而系统活动程度却不尽相同：
在一个基本上处于空闲状态的系统中，也就是说，系统当前只运行了少量应用甚或没有运行其他网络应用，那么，系统将以最短的排队延迟，在这些时延敏感型小型数据包准备就绪后，立即发送。
   
如果系统同时还在运行其他应用，则只能按先来先出的顺序，发送时延敏感型数据包。更糟糕的是，两个单独数据包遭遇的时延可能大相径庭。这是因为有的应用（如文件传输和文件共享）倾向于在传出的数据包中包含尽可能多的数据，而这些数据包需要等待相对比较长的时间才能通过输出端口，这会干扰系统发送小型的时延敏感型数据包的处理能力。

传输时延的可变性被称为“抖动”，对接收系统而言，数据包到达的时间极不稳定，变化剧烈，其原因不是网络传输能力，而是在数据包从PC端口传出之前就形成的延迟！
为了更直观地理解数据包可能导致的延迟，不妨考虑，一个最小的以太网帧为64字节，并且每个帧需要约20字节定时开销。在千兆比特以太网速度下，每毫微秒发送一个位，发送一个帧就需要8×（64+20） = 672 毫微秒，即，三分之二微秒多一点。在另一个极端情况下，即最大的以太网帧需要8×（1518+20）= 12,304毫微秒，是传输最小帧所需时间的18倍以上！
因此，仅发送少量大型帧的应用会导致时延敏感型应用遭受相当长的时延。在一个单传输队列系统中，一旦一个帧进入了传输队列，就无法重新进行排序，以便优先传输小型帧。

解决方案

FirstPacket技术

倾向于发送最大帧的应用也更能容忍网络传输时延。FirstPacket技术利用了这种耐受力，以优先传输时延敏感型业务。图1演示了在一个典型的系统中，处于同一个传输队列中的FTP数据包可能影响游戏数据包的传输速率。

简而言之，FirstPacket技术在以太网驱动程序中创建了一个双传输队列系统，其中一个队列为“快速通道”，而另一个队列为“慢速通道”，用户指定的应用发出的小型帧将通过快速通道进行传输。

根据用户设置，可以仅通过快速通道传输某些应用的业务。慢速通道将尽快传出队列中的业务，以免连接超时，不过其速度不会快到影响快速通道中的业务传输。不能简单地将快速通道理解为“小型数据包专用通道”，因为并非所有发送小型数据包的应用都是时延敏感型。即使对于时延敏感型应用，用户也可以选择只让其中一部分应用实现更高性能，而让其余应用在慢速通道中各自打拼出路。
请记住，FirstPacket技术实现的快速通道并非具备更高带宽，而是一个“有限时延通道”。PC不可能提高上行通道的传输速率——用户的互联网宽带接口的上行带宽是一个几乎静态的特性。不论用户使用的是DSL线路还是电缆调制解调器，上行带宽最高不过几百kbps。网络驱动程序唯一能做的就是确保尽快将数据包传出至上行通道。归根结底，要靠用户避免向系统发送混杂的消息；要想优先传输时延敏感型应用业务，用户就不应同时发送大量时延容限型业务。

优越性

业务管理
   
借助FirstPacket技术，用户可以通过一种新的方法来管理PC应用业务，更加有效地同时运行时延敏感型应用和时延容限型应用，并且使两种类型应用的性能都达到可接受的程度。实际上，在需要处理多应用业务的系统中，如果不采用FirstPacket技术，时延敏感型应用的性能可能完全不可接受。

解决性能问题
   
  FirstPacket技术的工作方式是在网络驱动程序中创建另一个传输队列。这个传输队列主要用于传输用户指定的应用，一般而言，应该是时延敏感型应用（虽然用户可以自由选择任何应用）。
通过允许这些应用优先进入上行通道（虽然不一定保证优先传输，但抖动情况会明显低于单传输队列的系统），应用性能也将大幅提升。有了FirstPacket技术，过去无法参加的游戏，现在可以尽情享受；VoIP通话也不会因为本地PC处理其他业务而掉线。（不能保证PC传出业务之后，网络处理业务的性能！）
   
提升应用性能

  FirstPacket技术有助于提升任何倾向于发送小型数据包，并且要求有限端到端时延的应用的性能。任何网络游戏，以及基于IP的语音业务、基于IP的视频业务和任何交互式应用（网络会议，如WebEx）都能获益良多。
FirstPacket技术的工作原理是，迫使时延容限型应用等待更长的发送时间，从而加速传输时延敏感型应用业务。这是一种有益的折衷，因为用户已经表明了他们更愿意优先传输时延敏感型应用，而让其余的应用排队等待。

性能

衡量FirstPacket技术有效性的方法之一就是测量在参与游戏时，PC通过网络与游戏服务器进行“ping”的时间。为此，NVIDIA执行了一项测试。首先，在没有任何其他网络业务的情况下，测量了游戏的ping时间；再在通过FTP下载大型文件的同时，测量了游戏的ping时间；然后，再在启用FirstPacket技术的情况下，测量了游戏的ping时间。图3显示了测量结果。结果表明，取决于同时传输的其他业务的总量，FirstPacket技术最多可将互联网游戏的ping时间缩短50％。此外，同时传输的业务量越高，FirstPacket技术实现的时延缩短越显著。

结束语

NVIDIA FirstPacket技术可以有效地为时延敏感型应用优先提供有限资源——上行带宽，用户指定的优先应用甚至感觉不到其他时延容限型应用的存在。同样地，时延容限型应用也只会注意到自己已经被归入“慢速”通道。
借助FirstPacket技术，用户可以更加灵活地利用计算机资源，顺利地同时执行多项任务。