测量网络传输时间

Question

我已经开发了一个服务器和客户端应用程序，使用RTSP从一端流式传输视频帧到另一端。现在，为了收集有助于改进我的应用程序的统计数据，我需要测量发送帧和接收帧之间的经过时间。

目前我正在使用以下公式：

Client_Receive_Timestamp - Server_Send_Timestamp = Elapsed_Time

问题

我觉得经过时间大约比实际时间多了100-200毫秒。我认为原因是服务器时钟和客户端时钟不同步，相差大约100-200毫秒。

问题

如何准确地测量两台机器之间的经过时间？

主题Accurately measuring elapsed time between machines建议计算往返延迟时间。但是，我无法使用此解决方案，因为客户端不请求帧，它只通过RTSP接收帧。

- chrisp

---

你能否解释一下为什么无法计算往返延迟？你是否被迫使用RTSP流作为唯一的网络连接？如果不是，你可以使用不同网络连接上的简单ping来估计往返时间。 - Lukas Boersma

使用第三方机器并确认您的疑虑。 - lsalamon

@LukasBoersma 我的目标是测量传输帧所需的时间，而不是测量发送和接收单个数据包所需的时间。 - chrisp

你将当前时间发送到第二台机器。当它在那里接收到时，加上往返时间的一半来估计发送机器上的当前时间。多次执行此操作并取中位数以减少噪音。有关详细信息，请查看NTP协议，该协议基本上就是这样做的。 - Lukas Boersma

请注意，RTSP（[RFC2326]（https://tools.ietf.org/html/rfc2326））是一种用于在终端之间建立和控制媒体会话的协议 - 而不是用于传输媒体流本身的协议。媒体流通常（但不必须）使用RTP传输协议（[RFC3550]（https://tools.ietf.org/html/rfc3550））进行传输，其伴随控制协议RTCP（在同一RFC中）指定了报告传输延迟到源端点的方法，考虑到可扩展性等问题。值得一看。 - Jeremy

Answer 1

假设：

• 您只想测量单程延迟
• 每台机器提供一个具有可接受分辨率的时钟
• 两个时钟可以同步以获得可接受的准确性

那么，您可以简单地从“发送时间戳”中减去“接收时间戳”以获得延迟持续时间。观察到的误差将小于两个时钟误差之和。如果时间尺度足够小（可能小于一小时），您可以合理地忽略旋转效应。

如果在两台机器上ntpd没有运行，并且您拥有必要的权限，则可以

$ sudo ntpdate -v pool.ntp.org

强制与公共时间服务器池同步。

然后，您可以使用c++11的high_resolution_clock来计算持续时间：

/* hrc.cc */
#include <chrono>
#include <iostream>

int main(int,char**){
  using std::chrono::high_resolution_clock;
  // send something                                                                                                                      
  high_resolution_clock::time_point start = high_resolution_clock::now();
  std::cout << "time this" << std::endl ;
  // receive something                                                                                                                   
  high_resolution_clock::time_point stop = high_resolution_clock::now();
  std::cout
    << "duration == "
    << std::chrono::duration_cast<std::chrono::nanoseconds>(stop-start).count()
    << "ns"
    << std::endl
    ;
  return 0;
}

这是在我的系统上看到的先前示例的样子：

$ make hrc && ./hrc
c++     hrc.cc   -o hrc
time this
duration == 32010ns

- rubicks

Answer 2

我需要测量发送帧和接收帧之间的经过时间。

您不需要精确的时间戳。您可以平均估计延迟时间。

如果A将数据包（或帧）发送给B，B立即响应^(*)：

A_{(发送时间)} ---> B ---> A_{(接收时间)}

然后您可以轻松地计算延迟时间：

latency = (receivedTime - sendTime) / 2

这当然是在延迟对称的情况下。如果您研究“网络延迟估算算法”短语，可以找到更详细的算法。

有了估计的延迟时间，您当然可以估计时间差（但这似乎不是必要的）：

A_{（发送时间）} ---> B_{（接收时间B）} --_{（接收时间B）}--> A

timeDelta = sendTime + latency - receivedTimeB

请注意，即使您平均许多结果，此算法可能极具偏见。这只是发表了一个简单的例子来说明一般想法。

---

^{(*) 它不会立即发生实际上引起了误差。这取决于机器B的负载程度。}

- BartoszKP

---

这里的问题是我不能只用一个数据包来响应。我需要通过发送整个帧回到服务器来响应，因为传输整个帧（=多个数据包）需要更长的时间。 - chrisp

@Chris。这里的“ping”数据包是无关紧要的。如果你能让B立即响应，那么发送什么并不重要。你可以使用帧来进行完全相同的计算。因此，您可以在线执行测量，同时传输数据。或者，如果您需要在传输发生之前执行该操作，则可以使用N个大小不同的数据包，并估计延迟随数据包大小增加而增长的速度。这将使您能够估计任意帧大小的延迟。 - BartoszKP

听起来是个好主意。然而，在问题下面提到的评论中提到的解决方案似乎更容易实现。 - chrisp

@Chris。评论中的解决方案假定您知道往返时间。因此，它与我在帖子末尾发布的解决方案（估计“timeDelta”）相同。发送“sendTime”与发送“当前时间”相同。 - BartoszKP