Fine-tune the MTU discovery multiplier for the maxmtu < MTU case.
[tinc] / src / net_packet.c
index f51aec3..84d4915 100644 (file)
@@ -37,6 +37,8 @@
 #include "digest.h"
 #include "device.h"
 #include "ethernet.h"
+#include "ipv4.h"
+#include "ipv6.h"
 #include "graph.h"
 #include "logger.h"
 #include "net.h"
@@ -66,17 +68,17 @@ int udp_discovery_timeout = 30;
 #define MAX_SEQNO 1073741824
 
 static void try_fix_mtu(node_t *n) {
-       if(n->mtuprobes > 30)
+       if(n->mtuprobes 0)
                return;
 
-       if(n->mtuprobes == 30 || n->minmtu >= n->maxmtu) {
+       if(n->mtuprobes == 20 || n->minmtu >= n->maxmtu) {
                if(n->minmtu > n->maxmtu)
                        n->minmtu = n->maxmtu;
                else
                        n->maxmtu = n->minmtu;
                n->mtu = n->minmtu;
                logger(DEBUG_TRAFFIC, LOG_INFO, "Fixing MTU of %s (%s) to %d after %d probes", n->name, n->hostname, n->mtu, n->mtuprobes);
-               n->mtuprobes = 31;
+               n->mtuprobes = -1;
        }
 }
 
@@ -141,10 +143,11 @@ static void udp_probe_h(node_t *n, vpn_packet_t *packet, length_t len) {
                        timeout_add(&n->udp_ping_timeout, &udp_probe_timeout_handler, n, &(struct timeval){udp_discovery_timeout, 0});
                }
 
-               if(probelen >= n->maxmtu + 8) {
+               if(probelen >= n->maxmtu + 1) {
                        logger(DEBUG_TRAFFIC, LOG_INFO, "Increase in PMTU to %s (%s) detected, restarting PMTU discovery", n->name, n->hostname);
                        n->maxmtu = MTU;
-                       n->mtuprobes = 10;
+                       /* Set mtuprobes to 1 so that try_mtu() doesn't reset maxmtu */
+                       n->mtuprobes = 1;
                        return;
                }
 
@@ -157,10 +160,9 @@ static void udp_probe_h(node_t *n, vpn_packet_t *packet, length_t len) {
                        try_fix_mtu(n);
                }
 
-               /* Calculate RTT and bandwidth.
+               /* Calculate RTT.
                   The RTT is the time between the MTU probe burst was sent and the first
-                  reply is received. The bandwidth is measured using the time between the
-                  arrival of the first and third probe reply (or type 2 probe requests).
+                  reply is received.
                 */
 
                struct timeval now, diff;
@@ -180,12 +182,7 @@ static void udp_probe_h(node_t *n, vpn_packet_t *packet, length_t len) {
                if(n->probe_counter == 1) {
                        n->rtt = diff.tv_sec + diff.tv_usec * 1e-6;
                        n->probe_time = probe_timestamp;
-               } else if(n->probe_counter == 3) {
-                       /* TODO: this will never fire after initial MTU discovery. */
-                       struct timeval probe_timestamp_diff;
-                       timersub(&probe_timestamp, &n->probe_time, &probe_timestamp_diff);
-                       n->bandwidth = 2.0 * probelen / (probe_timestamp_diff.tv_sec + probe_timestamp_diff.tv_usec * 1e-6);
-                       logger(DEBUG_TRAFFIC, LOG_DEBUG, "%s (%s) RTT %.2f ms, burst bandwidth %.3f Mbit/s, rx packet loss %.2f %%", n->name, n->hostname, n->rtt * 1e3, n->bandwidth * 8e-6, n->packetloss * 1e2);
+                       logger(DEBUG_TRAFFIC, LOG_DEBUG, "%s (%s) RTT %.2f ms, rx packet loss %.2f %%", n->name, n->hostname, n->rtt * 1e3, n->packetloss * 1e2);
                }
        }
 }
@@ -889,6 +886,67 @@ static void try_udp(node_t* n) {
        }
 }
 
+static length_t choose_initial_maxmtu(node_t *n) {
+#ifdef IP_MTU
+
+       int sock = -1;
+
+       const sockaddr_t *sa = NULL;
+       int sockindex;
+       choose_udp_address(n, &sa, &sockindex);
+       if(!sa)
+               return MTU;
+
+       sock = socket(sa->sa.sa_family, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);
+       if(sock < 0) {
+               logger(DEBUG_TRAFFIC, LOG_ERR, "Creating MTU assessment socket for %s (%s) failed: %s", n->name, n->hostname, sockstrerror(sockerrno));
+               return MTU;
+       }
+
+       if(connect(sock, &sa->sa, SALEN(sa->sa))) {
+               logger(DEBUG_TRAFFIC, LOG_ERR, "Connecting MTU assessment socket for %s (%s) failed: %s", n->name, n->hostname, sockstrerror(sockerrno));
+               close(sock);
+               return MTU;
+       }
+
+       int ip_mtu;
+       socklen_t ip_mtu_len = sizeof ip_mtu;
+       if(getsockopt(sock, IPPROTO_IP, IP_MTU, &ip_mtu, &ip_mtu_len)) {
+               logger(DEBUG_TRAFFIC, LOG_ERR, "getsockopt(IP_MTU) on %s (%s) failed: %s", n->name, n->hostname, sockstrerror(sockerrno));
+               close(sock);
+               return MTU;
+       }
+
+       close(sock);
+
+       /* getsockopt(IP_MTU) returns the MTU of the physical interface.
+          We need to remove various overheads to get to the tinc MTU. */
+       length_t mtu = ip_mtu;
+       mtu -= (sa->sa.sa_family == AF_INET6) ? sizeof(struct ip6_hdr) : sizeof(struct ip);
+       mtu -= 8; /* UDP */
+       if(n->status.sptps) {
+               mtu -= SPTPS_DATAGRAM_OVERHEAD;
+               if((n->options >> 24) >= 4)
+                       mtu -= sizeof(node_id_t) + sizeof(node_id_t);
+       }
+
+       if (mtu < 512) {
+               logger(DEBUG_TRAFFIC, LOG_ERR, "getsockopt(IP_MTU) on %s (%s) returned absurdly small value: %d", n->name, n->hostname, ip_mtu);
+               return MTU;
+       }
+       if (mtu > MTU)
+               return MTU;
+
+       logger(DEBUG_TRAFFIC, LOG_INFO, "Using system-provided maximum tinc MTU for %s (%s): %hd", n->name, n->hostname, mtu);
+       return mtu;
+
+#else
+
+       return MTU;
+
+#endif
+}
+
 // This function tries to determines the MTU of a node.
 // By calling this function repeatedly, n->minmtu will be progressively increased, and at some point, n->mtu will be fixed to n->minmtu.
 // If the MTU is already fixed, this function checks if it can be increased.
@@ -903,16 +961,16 @@ static void try_mtu(node_t *n) {
                return;
        }
 
-       /* mtuprobes == 0..29: initial discovery, send bursts with 1 second interval, mtuprobes++
-          mtuprobes ==    30: fix MTU, and go to 31
-          mtuprobes ==    31: send one >maxmtu probe every pingtimeout */
+       /* mtuprobes == 0..19: initial discovery, send bursts with 1 second interval, mtuprobes++
+          mtuprobes ==    20: fix MTU, and go to -1
+          mtuprobes ==    -1: send one >maxmtu probe every pingtimeout */
 
        struct timeval now;
        gettimeofday(&now, NULL);
        struct timeval elapsed;
        timersub(&now, &n->probe_sent_time, &elapsed);
-       if(n->mtuprobes < 31) {
-               if(n->mtuprobes != 0 && elapsed.tv_sec < 1)
+       if(n->mtuprobes >= 0) {
+               if(n->mtuprobes != 0 && elapsed.tv_sec == 0 && elapsed.tv_usec < 333333)
                        return;
        } else {
                if(elapsed.tv_sec < pingtimeout)
@@ -922,22 +980,44 @@ static void try_mtu(node_t *n) {
        try_fix_mtu(n);
 
        int timeout;
-       if(n->mtuprobes == 31) {
+       if(n->mtuprobes < 0) {
                /* After the initial discovery, we only send one >maxmtu probe
                   to detect PMTU increases. */
-               if(n->maxmtu + 8 < MTU)
-                       send_udp_probe_packet(n, n->maxmtu + 8);
+               if(n->maxmtu + 1 < MTU)
+                       send_udp_probe_packet(n, n->maxmtu + 1);
        } else {
-               /* Probes are sent in batches of three, with random sizes between the
-                  lower and upper boundaries for the MTU thus far discovered. */
-               for (int i = 0; i < 3; i++) {
-                       int len = n->maxmtu;
-                       if(n->minmtu < n->maxmtu)
-                               len = n->minmtu + 1 + rand() % (n->maxmtu - n->minmtu);
-
-                       send_udp_probe_packet(n, MAX(len, 64));
-               }
-
+               /* Before initial discovery begins, set maxmtu to the most likely value.
+                  If it's underestimated, we will correct it after initial discovery. */
+               if(n->mtuprobes == 0)
+                       n->maxmtu = choose_initial_maxmtu(n);
+
+               /* Decreasing the number of probes per cycle might make the algorithm react faster to lost packets,
+                  but it will typically increase convergence time in the no-loss case. */
+               const length_t probes_per_cycle = 8;
+
+               /* This magic value was determined using math simulations.
+                  It will result in a 1329-byte first probe, followed (if there was a reply) by a 1407-byte probe.
+                  Since 1407 is just below the range of tinc MTUs over typical networks,
+                  this fine-tuning allows tinc to cover a lot of ground very quickly.
+                  This fine-tuning is only valid for maxmtu = MTU; if maxmtu is smaller,
+                  then it's better to use a multiplier of 1. Indeed, this leads to an interesting scenario
+                  if choose_initial_maxmtu() returns the actual MTU value - it will get confirmed with one single probe. */
+               const float multiplier = (n->maxmtu == MTU) ? 0.97 : 1;
+
+               const float cycle_position = probes_per_cycle - (n->mtuprobes % probes_per_cycle) - 1;
+               const length_t minmtu = MAX(n->minmtu, 512);
+               const float interval = n->maxmtu - minmtu;
+
+               /* The core of the discovery algorithm is this exponential.
+                  It produces very large probes early in the cycle, and then it very quickly decreases the probe size.
+                  This reflects the fact that in the most difficult cases, we don't get any feedback for probes that
+                  are too large, and therefore we need to concentrate on small offsets so that we can quickly converge
+                  on the precise MTU as we are approaching it.
+                  The last probe of the cycle is always 1 byte in size - this is to make sure we'll get at least one
+                  reply per cycle so that we can make progress. */
+               const length_t offset = powf(interval, multiplier * cycle_position / (probes_per_cycle - 1));
+
+               send_udp_probe_packet(n, minmtu + offset);
                if(n->mtuprobes >= 0)
                        n->mtuprobes++;
        }