基于TCP的擁塞控制策略及改進(jìn).pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)Internet的需求已經(jīng)越來(lái)越超乎想象，因此更多、更合理的控制機(jī)制對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的順暢運(yùn)作起著非常重要的作用，其中最基本、最關(guān)鍵的就是擁塞控制，即如何有效防止或消除網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)的擁塞，使網(wǎng)絡(luò)基本運(yùn)行在輕度擁塞的最佳狀態(tài)。 網(wǎng)絡(luò)中的擁塞來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)資源和網(wǎng)絡(luò)流量分布的不均衡性，它不會(huì)隨著網(wǎng)絡(luò)處理能力的提高而消除。到目前為止，擁塞問(wèn)題始終沒(méi)有一個(gè)完美的解決方案。面對(duì)各種復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，擁塞控制算法不但在設(shè)計(jì)

2、方面存在一定的困難，在算法的性能評(píng)價(jià)方面也都缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)擁塞控制算法的實(shí)現(xiàn)位置，主要分為源端算法和鏈路算法兩種：源端算法在主機(jī)和網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備中執(zhí)行，作用是根據(jù)反饋信息調(diào)整發(fā)送速率；鏈路算法在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（如路由器和交換機(jī)）中執(zhí)行，作用是檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)擁塞的發(fā)生，產(chǎn)生擁塞反饋信息。擁塞控制算法設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題是如何生成反饋信息和如何對(duì)反饋信息進(jìn)行響應(yīng)。 TCP協(xié)議是使用最廣泛的源端算法，也是目前在 Internet 中使用最廣泛的傳輸

3、協(xié)議。它包括慢啟動(dòng)、擁塞避免、快速重傳和快速恢復(fù)四個(gè)階段，其核心的擁塞避免算法采用一種AIMD（加性增加乘性減少）的窗口調(diào)節(jié)機(jī)制。TCP協(xié)議從提出到現(xiàn)在雖然經(jīng)歷了幾個(gè)版本的不斷改進(jìn)，但在高帶寬時(shí)延乘積網(wǎng)絡(luò)不斷擴(kuò)大的今天，它的局限性也愈加明顯，尤其是TCP的擁塞控制算法對(duì)大的擁塞窗口響應(yīng)很慢，發(fā)生擁塞時(shí)又降低窗口過(guò)快的問(wèn)題。 近幾年，在TCP協(xié)議的基礎(chǔ)上提出了一些新的改進(jìn)協(xié)議，如：HSTCP、STCP、H-TCP、Fast-TCP

4、、BIC和CUBIC等，這些協(xié)議公布了它們各自的實(shí)現(xiàn)機(jī)制和算法，并對(duì)可擴(kuò)展性、帶寬利用率、TCP友好性、穩(wěn)定性、RTT公平性等性能進(jìn)行衡量和評(píng)價(jià)，使網(wǎng)絡(luò)的性能以及解決擁塞問(wèn)題的靈敏度等方面得到很大程度地改進(jìn)和提高。雖然這些新的擁塞控制協(xié)議的算法和實(shí)現(xiàn)機(jī)制各有千秋，但依然還不能說(shuō)它們中有哪個(gè)能很好地解決現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中面臨的所有問(wèn)題，真正實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單又魯棒性更好的擁塞控制協(xié)議，因此，端系統(tǒng)的擁塞控制協(xié)議方面的改進(jìn)依然在不斷深入研究和探索的階

5、段，尤其在協(xié)議參數(shù)的修改方面依然是研究的熱點(diǎn)，如何在各個(gè)性能之間權(quán)衡取舍，以使網(wǎng)絡(luò)能夠運(yùn)行在最佳狀態(tài)，仍然值得我們?nèi)ヌ接憽?本文從STCP和CUBIC出發(fā)，通過(guò)大量不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的模擬實(shí)驗(yàn)，對(duì)它們以及TCP協(xié)議的性能進(jìn)行參照對(duì)比，得出各協(xié)議的擁塞窗口變化、吞吐量、穩(wěn)定性、TCP友好性、RTT公平性等方面的比較和分析結(jié)果，并從中找到契合點(diǎn)，對(duì)總體表現(xiàn)更好些的CUBIC協(xié)議實(shí)施改進(jìn)。在眾多實(shí)驗(yàn)結(jié)果中我們發(fā)現(xiàn)：基于CUBIC協(xié)議的運(yùn)行

6、機(jī)制，在TCP友好性、RTT公平性方面都明顯優(yōu)于STCP，在可擴(kuò)展性和穩(wěn)定性方面也表現(xiàn)出很好的性能，但CUBIC的擁塞窗口增長(zhǎng)過(guò)于保守，且波動(dòng)幅度與STCP相比也相對(duì)較大，即CUBIC在穩(wěn)定性方面尚有較大的改進(jìn)空間。STCP是以穩(wěn)定性著稱的一種機(jī)制簡(jiǎn)單的擁塞控制協(xié)議，基于其在檢測(cè)到擁塞后的窗口減小機(jī)制與CUBIC基本一致，我們想到在保留CUBIC原有基本機(jī)制的情況下，結(jié)合STCP的窗口增長(zhǎng)機(jī)制，將CUBIC的窗口增量和STCP的窗口增量

7、糅合，并保持CUBIC原有的最大、最小增量的限制機(jī)制不變，這樣就使CUBIC窗口增量在原有的增量限制范圍內(nèi)做合理且適當(dāng)?shù)奶岣?，試?yàn)證明，這個(gè)新改進(jìn)的算法具有比CUBIC更好的穩(wěn)定性，并在傳承了其在可擴(kuò)展性、TCP友好性和RTT公平性等優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，也能有所提升，這個(gè)改進(jìn)算法就叫做——SCUBIC。 主要工作有： 1、閱讀參考文獻(xiàn)，了解擁塞控制基本理論、發(fā)展現(xiàn)狀，重點(diǎn)對(duì)最近提出的基于端算法的新協(xié)議進(jìn)行理論分析和總結(jié)。