基于tcp的擁塞控制策略研究

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1、從本學(xué)科出發(fā)，應(yīng)著重選對國民經(jīng)濟(jì)具有一定實(shí)用價值和理論意義的課題。課題具有先進(jìn)性，便于研究生提出新見解，特別是博士生必須有創(chuàng)新性的成果基于TCP的擁塞控制策略研究摘要隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)擁塞日益嚴(yán)重，如何解決擁塞，充分、高效地利用網(wǎng)絡(luò)資源，成為當(dāng)今急需解決的問題。由于Internet上大多數(shù)業(yè)務(wù)都采用TCP協(xié)議，因此TCP的擁塞控制機(jī)制對控制網(wǎng)絡(luò)擁塞具有特別重要的意義。本文分析了TCP的四個交互式擁塞控制算法：慢啟動、擁塞避免、快速重傳和快速恢復(fù)，介紹了TCP基于窗口的擁塞控制策略和目前常用端到端擁塞控制算法，并對它們的性能進(jìn)行仿真比較。關(guān)鍵字AIMD；擁塞控制

2、；TCP；NS在Internet上，隨著信息傳送量的逐漸增大和網(wǎng)絡(luò)組成的日益復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞的可能性越來越大。網(wǎng)絡(luò)中的擁塞來源于網(wǎng)絡(luò)資源和網(wǎng)絡(luò)流量分布的不均衡性，它不會隨著網(wǎng)絡(luò)處理能力的提高而消除。目前為止擁塞問題還沒有得到很好的解決，因此網(wǎng)絡(luò)擁塞的避免和控制成為越來越重要和急待解決的問題。Internet中擁塞控制的大部分工作是由TCP完成的，目前標(biāo)準(zhǔn)的TCP協(xié)議實(shí)現(xiàn)都包含了一些避免和控制網(wǎng)絡(luò)擁塞的算法。當(dāng)今Internet的可靠性和穩(wěn)定性與TCP擁塞控制機(jī)制密不可分，而TCP的成功也要?dú)w功于其穩(wěn)固的擁塞控制機(jī)制。擁塞控制是確保Internet魯棒性(robus

3、tness)的關(guān)鍵因素，因此成為當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)研究的一個熱點(diǎn)問題。加法增加乘法減少(AIMD)窗口算法課題份量和難易程度要恰當(dāng)，博士生能在二年內(nèi)作出結(jié)果，碩士生能在一年內(nèi)作出結(jié)果，特別是對實(shí)驗(yàn)條件等要有恰當(dāng)?shù)墓烙?jì)。從本學(xué)科出發(fā)，應(yīng)著重選對國民經(jīng)濟(jì)具有一定實(shí)用價值和理論意義的課題。課題具有先進(jìn)性，便于研究生提出新見解，特別是博士生必須有創(chuàng)新性的成果TCP是Internet中最流行的端到端傳輸協(xié)議，為主機(jī)之間提供可靠按序的傳輸服務(wù)。在現(xiàn)有的TCP/IP協(xié)議體系下，TCP擁塞控制機(jī)制主要基于加法增加乘法減少(AIMD)算法。在該算法中主要用到三個窗口變量：(1)擁塞窗口(cwn

4、d)：限定源端在擁塞控制中在一定時間內(nèi)允許傳送的最大數(shù)據(jù)量，是來自源端的流量控制。(2)通告窗口(awnd)：連接建立及傳輸過程中，接收端向源端通告的最大可接收速率，是來自接收端的流量控制。(3)有效窗口(win)：源端數(shù)據(jù)發(fā)送的實(shí)際窗口大小，限定為win＝min(cwnd，awnd)。由于計(jì)算機(jī)計(jì)算能力和存儲能力的提高，通告窗口一般都比較大，因此當(dāng)前發(fā)送窗口的大小大多數(shù)情況下等于擁塞窗口的大小。AIMD的具體工作過程為：(1)源端每收到一個ACK，擁塞窗口按下式增加：Incr＝MSS×(MSS/cwnd)(MSS為分組大小)cwnd＝cwnd＋I(xiàn)ncr也就是，如果

5、每個發(fā)出的分組都在最近的RTT(往返時延)時間內(nèi)獲得確認(rèn)，源端就將cwnd增加1，即加法增加。(2)當(dāng)發(fā)生超時，TCP將超時看作擁塞的標(biāo)志，并減小發(fā)送速率。每發(fā)生一次超時，源端重新計(jì)算擁塞窗口值：cwnd＝cwnd/2也就是，一次超時，擁塞窗口值減為當(dāng)前值的一半，即乘法減少。TCP擁塞控制的四個階段啟動階段當(dāng)連接剛建立或超時時，進(jìn)入慢啟動階段。課題份量和難易程度要恰當(dāng)，博士生能在二年內(nèi)作出結(jié)果，碩士生能在一年內(nèi)作出結(jié)果，特別是對實(shí)驗(yàn)條件等要有恰當(dāng)?shù)墓烙?jì)。從本學(xué)科出發(fā)，應(yīng)著重選對國民經(jīng)濟(jì)具有一定實(shí)用價值和理論意義的課題。課題具有先進(jìn)性，便于研究生提出新見解，特別是博士

6、生必須有創(chuàng)新性的成果當(dāng)新建TCP連接時，擁塞窗口(cwnd)被初始化為一個數(shù)據(jù)包大小。源端按cwnd大小發(fā)送數(shù)據(jù)，每收到一個ACK確認(rèn)，就增加一個數(shù)據(jù)包發(fā)送量，這樣慢啟動階段cwnd隨RTT呈指數(shù)級增長。慢啟動采用逐漸增大cwnd的方法，可以防止TCP在啟動一個連接時向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送過多的數(shù)據(jù)包而造成不必要的數(shù)據(jù)丟失和網(wǎng)絡(luò)擁塞，并且它還能夠避免采用單純的AIMD算法造成的吞吐量增加過慢的問題。為了防止cwnd的無限制增長引起網(wǎng)絡(luò)擁塞，引入一個狀態(tài)變量：慢啟動閾值ssthresh。當(dāng)cwnd當(dāng)cwnd>ssthresh時，使用擁塞避免算法，減緩cwnd的增長速度。擁塞避免階

7、段當(dāng)TCP源端發(fā)現(xiàn)超時或收到3個相同的ACK確認(rèn)幀時，即認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)將發(fā)生擁塞，此時進(jìn)入擁塞避免階段。在擁塞避免階段，慢啟動域值ssthresh將被設(shè)置為當(dāng)前cwnd的一半，當(dāng)發(fā)生超時時，cwnd被置為初始值1。此時，如果cwnd=ssthresh，則執(zhí)行擁塞避免算法，即cwnd在每次收到一個ACK確認(rèn)時只增加1/cwnd個數(shù)據(jù)包。擁塞避免階段cwnd隨RTT呈線性增長。快速重傳和快速恢復(fù)階段在擁塞避免階段，當(dāng)數(shù)據(jù)包超時時，cwnd被置為1，重新進(jìn)入慢啟動階段，這會導(dǎo)致過大地減小發(fā)送窗口尺寸，降低TCP連接的吞吐量。因此，引入了快速重傳和快速恢復(fù)機(jī)制。在快速重傳階段