高速網(wǎng)絡(luò)的TCP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)鍵的就是網(wǎng)絡(luò)擁塞控制技術(shù)，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

2、但在設(shè)計(jì)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，主要分為源算法和鏈路算法兩種：源算法在主機(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算法，也是目前在 Internet 中使用最廣泛的傳

3、輸協(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)在已經(jīng)歷了幾個(gè)版本的不斷改進(jìn)，從RFC1122到TCP Tahoe，再到現(xiàn)在應(yīng)用廣泛的TCP Reno，每次改進(jìn)都帶來(lái)網(wǎng)絡(luò)性能的較大提高。 但是，在高帶寬時(shí)延乘積網(wǎng)絡(luò)不斷擴(kuò)大的今天，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)如光通信技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了帶寬大于1Gbps，甚至10Gbps的高速網(wǎng)絡(luò)，而且?guī)掃€有

4、不斷增加的趨勢(shì)。在這樣的高速網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)前廣泛應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)TCP的控制算法已不能滿(mǎn)足高速網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?。傳統(tǒng)的TCP擁塞控制算法在高帶寬的網(wǎng)絡(luò)上不僅會(huì)不穩(wěn)定，而且其性能也會(huì)下降。由于采用加性增長(zhǎng)機(jī)制，傳統(tǒng)的TCP擁塞控制算法在每個(gè)RTT中增加發(fā)送的包過(guò)于緩慢，這在高帶寬的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下會(huì)浪費(fèi)若干RTT才能充分利用網(wǎng)絡(luò)帶寬，發(fā)生擁塞時(shí)又使窗口降低過(guò)快。因此，研究改善高速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸性能的擁塞控制算法就有了重要的意義。 首先分析了擁塞

5、產(chǎn)生的原因以及擁塞控制的目前研究概況，并指出擁塞現(xiàn)象的發(fā)生和TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)機(jī)制有著密切的聯(lián)系。隨后詳細(xì)介紹了已有TCP源算法和與之相結(jié)合的IP鏈路算法。其次，深入分析了TCP源算法的各個(gè)階段。最后，針對(duì)現(xiàn)有TCP擁塞控制機(jī)制的研究狀況，對(duì)TCP源算法中的慢啟動(dòng)階段提出了改進(jìn)，在此算法中引入一個(gè)比例因子q，使得慢啟動(dòng)過(guò)程盡可能接近可利用帶寬，從而提高吞吐量。為了便于性能對(duì)比評(píng)測(cè)，最后采用了TCP/IP研究領(lǐng)域的主流仿真軟件NS作為