高速網(wǎng)絡的TCP擁塞控制策略及改進.pdf

1、隨著計算機和通信技術的發(fā)展，人們對Internet的需求已經(jīng)越來越超乎想象，因此更多、更合理的控制機制對現(xiàn)有網(wǎng)絡的順暢運作起著非常重要的作用，其中最基本、最關鍵的就是網(wǎng)絡擁塞控制技術，即如何有效防止或消除網(wǎng)絡出現(xiàn)的擁塞，使網(wǎng)絡基本運行在輕度擁塞的最佳狀態(tài)。 網(wǎng)絡中的擁塞來源于網(wǎng)絡資源和網(wǎng)絡流量分布的不均衡性，它不會隨著網(wǎng)絡處理能力的提高而消除。到目前為止，擁塞問題始終沒有一個完美的解決方案。面對各種復雜的網(wǎng)絡環(huán)境，擁塞控制算法不

2、但在設計方面存在一定的困難，在算法的性能評價方面也都缺乏統(tǒng)一的標準。根據(jù)擁塞控制算法的實現(xiàn)位置，主要分為源算法和鏈路算法兩種：源算法在主機和網(wǎng)絡邊緣設備中執(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)絡設備（如路由器和交換機）中執(zhí)行，作用是檢測網(wǎng)絡擁塞的發(fā)生，產(chǎn)生擁塞反饋信息。擁塞控制算法設計的關鍵問題是如何生成反饋信息和如何對反饋信息進行響應。 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、擁塞避免、快速重傳和快速恢復四個階段，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)機制。TCP協(xié)議從提出到現(xiàn)在已經(jīng)歷了幾個版本的不斷改進，從RFC1122到TCP Tahoe，再到現(xiàn)在應用廣泛的TCP Reno，每次改進都帶來網(wǎng)絡性能的較大提高。 但是，在高帶寬時延乘積網(wǎng)絡不斷擴大的今天，隨著網(wǎng)絡技術如光通信技術的發(fā)展，出現(xiàn)了帶寬大于1Gbps，甚至10Gbps的高速網(wǎng)絡，而且?guī)掃€有

4、不斷增加的趨勢。在這樣的高速網(wǎng)絡中，當前廣泛應用的標準TCP的控制算法已不能滿足高速網(wǎng)絡中數(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)絡上不僅會不穩(wěn)定，而且其性能也會下降。由于采用加性增長機制，傳統(tǒng)的TCP擁塞控制算法在每個RTT中增加發(fā)送的包過于緩慢，這在高帶寬的網(wǎng)絡環(huán)境下會浪費若干RTT才能充分利用網(wǎng)絡帶寬，發(fā)生擁塞時又使窗口降低過快。因此，研究改善高速網(wǎng)絡數(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)絡的設計機制有著密切的聯(lián)系。隨后詳細介紹了已有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源算法的各個階段。最后，針對現(xiàn)有TCP擁塞控制機制的研究狀況，對TCP源算法中的慢啟動階段提出了改進，在此算法中引入一個比例因子q，使得慢啟動過程盡可能接近可利用帶寬，從而提高吞吐量。為了便于性能對比評測，最后采用了TCP/IP研究領域的主流仿真軟件NS作為