TCP協(xié)議的擁塞控制策略及改進(jìn)

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1、TCP協(xié)議的擁塞控制策略及改進(jìn)TCP協(xié)議的擁寒控制策略及改進(jìn)姜明摘要:TCP是針對(duì)固定網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的一種傳輸協(xié)議，其錯(cuò)誤控制機(jī)制是基于將所有丟包原因都?xì)w結(jié)于網(wǎng)絡(luò)擁塞的假設(shè)。這種錯(cuò)誤控制機(jī)制在有線網(wǎng)絡(luò)上獲得了很人的成功；但由于移動(dòng)計(jì)算環(huán)境有著明顯不同于有線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的特點(diǎn)，如較高的位出錯(cuò)率、對(duì)用帶寬小、衰減信道等，因此針對(duì)傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的TCP協(xié)議，其性能受到了很人影響。木文對(duì)LI前移動(dòng)計(jì)算環(huán)境卜「TCP協(xié)議的一些主要改進(jìn)方案進(jìn)行了綜述，在對(duì)這些方案進(jìn)行分類的基礎(chǔ)上，對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析，并月?對(duì)這些方案進(jìn)行了比較。最后，提出了進(jìn)一步研究的方向。關(guān)鍵詞：TCP,移動(dòng)計(jì)算，無線網(wǎng)

2、絡(luò)，錯(cuò)誤控制1.引言互聯(lián)網(wǎng)最初源于美國國防部的ARPANET計(jì)劃。在上世紀(jì)60年代中期，正是冷戰(zhàn)的高峰，美國國防部希望冇一個(gè)命令和控制網(wǎng)絡(luò)能夠在核戰(zhàn)爭(zhēng)的條件下幸免丁?難，而傳統(tǒng)的電路交換的電話網(wǎng)絡(luò)則顯得太脆弱。國防部指左其下屬的高級(jí)研究計(jì)劃局(ARPA)解決這個(gè)問題，此后誕生的一個(gè)新型網(wǎng)絡(luò)便稱為ARPANET,其最大特點(diǎn)是采用無連接的端到端包交換服務(wù)。隨后ARPANET開始與美國國家科學(xué)基金會(huì)(NSF)建成的NSFNET及加拿人、歐洲和太平洋地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。到了80年代中期，人們開始把互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)稱為互聯(lián)網(wǎng)。早在70年代中期，ARPA為了實(shí)現(xiàn)異種網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)與兀通，推出了

3、TCP/IP體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議規(guī)范。時(shí)至今口‘TCP/IP協(xié)議也成為最流行的網(wǎng)際互聯(lián)協(xié)議，并由單純的TCP/IP協(xié)議發(fā)展成為一系列以IP為基礎(chǔ)的TCP/IP協(xié)議簇。TCP/IP協(xié)議簇為互聯(lián)網(wǎng)提供了基本的通信機(jī)制。互聯(lián)網(wǎng)采用的是無連接的端到端數(shù)據(jù)包交換，捉供“盡力而為”(besteffort)服務(wù)模型的設(shè)計(jì)機(jī)制。這種機(jī)制的最大優(yōu)勢(shì)是設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，可擴(kuò)展性強(qiáng)。互聯(lián)網(wǎng)在過去的十幾年屮經(jīng)丿力了爆炸式的增長，這匕經(jīng)充分證明了這種設(shè)計(jì)機(jī)制的成功。然而這種優(yōu)勢(shì)并不是沒冇代價(jià)的，隨著互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)量的膨脹，網(wǎng)絡(luò)的擁塞問題也越來越嚴(yán)重。例如曲于隊(duì)列溢出，互聯(lián)網(wǎng)路由器會(huì)丟棄約10%的數(shù)據(jù)包。據(jù)統(tǒng)計(jì)，互

4、聯(lián)網(wǎng)上95%的數(shù)據(jù)流使用的是TCP/IP協(xié)議，因此，衛(wèi)聯(lián)網(wǎng)上主要的互連協(xié)議TCP/IP的擁塞控制(congestioncontrol)機(jī)制對(duì)控制網(wǎng)絡(luò)擁塞具有特別重要的意義。擁塞控制是確保互聯(lián)網(wǎng)魯棒性(robustness)的關(guān)鍵因索，也是各種管理控制機(jī)制和應(yīng)用(如多媒體通信中QoS控制、區(qū)分服務(wù)(differentiatedservices))的基礎(chǔ)，因此關(guān)于互聯(lián)網(wǎng)的擁塞控制問題一直是網(wǎng)絡(luò)研究的一個(gè)熱點(diǎn)。TCP是目前Internet上使用最廣泛的一種傳輸協(xié)議,根據(jù)MCI的統(tǒng)計(jì),Internet上總字節(jié)數(shù)的95%及總數(shù)據(jù)包數(shù)的90%使用TCP協(xié)議傳輸［25］。TCP的H的是

5、為了解決Internet的穩(wěn)定性、異質(zhì)性(接受端緩沖區(qū)大小、網(wǎng)絡(luò)帶寬及延遲等)、各流Z間亨用帶寬的公平性、使川效率及擁塞控制等問題，從而為Internet提供可靠、健壯(robust)的端到端通訊.Internet近十年來的迅猛發(fā)展已證明TCP協(xié)議在設(shè)計(jì)上是成功的。但是，TCP是為固定主機(jī)及有線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的一?種滑動(dòng)窗II協(xié)議，它在位岀錯(cuò)率(bitrateerror,BER)很低、丟包的主要原因是網(wǎng)絡(luò)擁塞的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)上的成功在移動(dòng)計(jì)算環(huán)境下受到了巨人的挑戰(zhàn)。移動(dòng)計(jì)算帶來的新問題主要是無線鏈路傳輸?shù)膶?duì)靠性、移動(dòng)操作的特點(diǎn)以及對(duì)效率進(jìn)行評(píng)估的性能尺度等。因此，對(duì)TCP協(xié)議的改進(jìn)已

6、經(jīng)成為近兒年網(wǎng)絡(luò)通訊領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。本文第二部分對(duì)網(wǎng)絡(luò)擁塞的基本概念進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹；第三部分TCP的擁塞控制機(jī)制及有線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的改進(jìn)進(jìn)行了介紹；第四部分分析了TCP在移動(dòng)計(jì)算環(huán)境下的缺點(diǎn)及其需耍增加的功能；第五部分對(duì)增強(qiáng)移動(dòng)環(huán)境下TCP的技術(shù)方案進(jìn)行了分類介紹，分析了各口的優(yōu)缺點(diǎn)，并對(duì)這些方案進(jìn)行了比較。最后進(jìn)行了總結(jié)，并捉出了有待進(jìn)一步研究的一些熱點(diǎn)方向。1.網(wǎng)絡(luò)擁寒的基木概念2.1擁塞的基本概念和互聯(lián)網(wǎng)模型當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中存在過多的數(shù)據(jù)包時(shí)，網(wǎng)絡(luò)的性能就會(huì)卜?降，這種現(xiàn)象稱為擁塞。在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞時(shí)，會(huì)導(dǎo)致吞吐量下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生“擁塞崩潰”(congestioncoll

7、apse)現(xiàn)象。一般來說，擁塞崩潰發(fā)牛在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的增加導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)效率的降低的時(shí)候。最初觀察到這種現(xiàn)象是在1986年10月，在這個(gè)過程中,LBL與UCBerkeley之間的吞吐量從32kbps下降到了40bps。Floyd總結(jié)出擁塞崩潰主要包括以下幾種：傳統(tǒng)的崩潰、未傳送數(shù)據(jù)包導(dǎo)致的崩潰、由于數(shù)據(jù)包分段造成的崩潰、日益增長的控制信息流造成的崩潰等。圖1：網(wǎng)絡(luò)負(fù)載與呑吐量及響應(yīng)時(shí)間的關(guān)系對(duì)于擁塞現(xiàn)彖，我們可以進(jìn)一步用圖1來描述。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較小時(shí)，呑吐量基本上隨著負(fù)載的增長而增長，昱線性關(guān)系，響應(yīng)吋間增長緩慢。當(dāng)負(fù)載達(dá)到網(wǎng)絡(luò)容量時(shí)，吞