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高速网络拥塞控制端算法的研究

作　者: 黎芸
导　师: 陈元琰
学　校: 广西师范大学
专　业: 计算机软件与理论
关键词: 高性能网络高带宽时延乘积拥塞控制 RTT公平性 TCP友好性收敛性
分类号: TP393.02
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 96次
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内容摘要

随着计算机网络的迅速发展,特别是光网络的兴起,出现了大量G比特甚至T比特的高性能网络,一些远程控制、实时检测可以利用高速网络传输实时的数据和图像,使得高速网络应用日益广泛,拥塞控制机制的研究也变得越来越重要。传统的TCP拥塞控制机制是目前使用最广泛、占据主导地位的端到端的传输协议,是保证Internet鲁棒性的重要因素。但是传统TCP的AIMD(和式增加积式减少)策略不能适应高带宽时延乘积网络的发展要求,越来越多的科学工作者投入到研究适合高速网络的TCP拥塞控制机制中,使其成为当前一个新的研究热点。目前,国内外对高速网络的研究尚处于初始阶段,出现了一些代表性的算法:HSTCP, STCP, BICTCP, CUBICTCP, H-TCP等。这些新协议通过调整窗口的增加减少机制,大大提高了在高速网络中的性能。其中STCP算法窗口增加和减少参数均为常量,不需要考虑中间节点和接收端协议,在真实网络中较容易实现。现有的研究表明STCP在高速网络中能获取相当高的吞吐量和稳定性,但是仍存在一些严重的性能缺陷。当队列管理为去尾算法时,小RTT流能获得非常大的带宽资源,RTT大的流只能获得相当少的网络资源,使得STCP算法存在严重的RTT不公平性;STCP是个典型的MIMD算法,窗口增加更迅速,减少更加缓慢,当STCP和传统TCP共享同一瓶颈带宽且包的丢失率不是很大的情况下,它会夺取本该由传统TCP获得的网络资源,具有很差的TCP友好性;当多条STCP流从不同的时间开始运行,由于该算法缓慢的窗口减少方式,使先运行的流能获得较大的拥塞窗口,后运行的流只能获得非常少的资源,窗口增加缓慢,该流最终不能收敛到一个公平稳定的状态,公平的分享带宽。本文的主要工作包括:(1)针对STCP算法的RTT公平性和TCP友好性差的缺点,提出了一个新的改进算法NSTCP。由于STCP算法的窗口增加和RTT成反比,引起了算法的RTT不公平。通过添加公平因子BWE / BWEm ax*RTT ,消除窗口增加和RTT之间的比例关系,来增强算法的RTT公平性, BWE /BWEm ax为当前网络的带宽利用率,用带宽利用率来决定当前的窗口增量,能更有效的提高网络吞吐量。通过估计当前的网络带宽,调整NSTCP和传统TCP的转换模式,避免NSTCP流过多的占用网络资源,留出更多的资源给传统TCP,提高算法的友好性。该算法的公平性和TCP友好性较STCP协议有明显的提高,并且保持了源算法的高吞吐量和稳定性。(2)针对STCP在收敛性方面存在的问题,本文提出了一种收敛的STCP拥塞控制机制,并被命名为CSTCP(convergence STCP)。算法的主要思想是:通过判断处于下降趋势下的当前窗口大小是否大于公平窗口,来决定是采取剧烈的窗口减少方式还是采取和STCP算法相同的缓慢的窗口减少方式,通过调整窗口的减少方式可以让先运行的CSTCP流快速的减少拥塞窗口,留出更多的带宽资源给新到的CSTCP流,达到资源的公平共享,有效的提高了算法的收敛程度。通过网络仿真实验,改进的新算法在保持高链路利用率的前提下,提高了算法的RTT公平性和TCP友好性,并且能令多条高速流快速收敛到一个稳定的状态。最后,我们对新提出的NSTCP和CSTCP两种算法进行了整合,对整合后的算法进行了初步的实验验证。实验结果表明,新的统一算法提高了RTT公平性、TCP友好性和收敛性,并且保持了高的带宽利用率、稳定性等优点。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-12
  1.1 引言  9
  1.2 问题的提出和研究现状  9-11
    1.2.1 传统TCP 在高速网络中的局限性  9-10
    1.2.2 解决方案  10-11
  1.3 本文的内容及安排  11-12
    1.3.1 研究内容  11
    1.3.2 论文的章节安排  11-12
第二章 TCP 拥塞控制算法综述  12-23
  2.1 拥塞控制概述  12-14
    2.1.1 拥塞产生的原因  12-13
    2.1.2 TCP 的拥塞控制算法  13-14
    2.1.3 网络拥塞产生的危害  14
  2.2 高速网络拥塞控制的研究现状  14-20
    2.2.1 源端节点的拥塞控制算法  14-19
    2.2.2 源端节点和中间节点相结合的拥塞控制算法  19-20
  2.3 拥塞控制算法的评价标准  20-22
    2.3.1 效率性分析  20
    2.3.2 公平性分析  20-21
    2.3.3 友好性分析  21
    2.3.4 稳定性分析  21-22
    2.3.5 收敛性分析  22
  2.4 小结  22-23
第三章 STCP 拥塞控制算法公平性和友好性的改进  23-36
  3.1 引言  23-27
    3.2.1 STCP 算法的简介  23-25
    3.2.2 STCP 算法的优点  25-26
    3.2.3 STCP 算法存在的不足  26-27
  3.3 增强的拥塞控制算法NSTCP  27-30
    3.3.1 公平性改进  27-28
    3.3.2 友好性改进  28-30
  3.4 NSTCP 算法的性能分析  30-34
    3.4.1 不同RTT 公平性实验  31-33
    3.4.2 TCP 友好性实验  33
    3.4.3 稳定性实验  33-34
    3.4.4 链路利用率实验  34
  3.5 小结  34-36
第四章 STCP 拥塞控制算法收敛性的改进  36-46
  4.1 CSTCP 算法收敛性改进  36-38
  4.2 CSTCP 算法的性能分析  38-41
    4.2.1 收敛性实验  38-40
    4.2.2 链路利用率实验  40
    4.2.3 公平性实验  40-41
    4.2.4 TCP 友好性实验  41
  4.3 NSTCP 和CSTCP 合并算法的性能分析  41-45
    4.3.1 算法描述  41-43
    4.3.2 收敛性实验  43-44
    4.3.3 公平性实验  44
    4.3.4 链路利用率实验  44-45
    4.3.5 TCP 友好性实验  45
  4.4 小结  45-46
第五章总结和展望  46-47
  5.1 总结  46
  5.2 研究展望  46-47
参考文献  47-50
读研期间发表的论文  50-51
致谢  51-52

高速网络拥塞控制端算法的研究

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