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TCP拥塞控制算法研究与实现

作　者: 赵靓
导　师: 吴益清
学　校: 解放军信息工程大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: TCP协议 拥塞控制 吞吐量模型 路由器 慢启动
分类号: TP393.02
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
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引　用: 5次
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内容摘要


本文结合国家“十五”计划863项目——“可扩展到T比特的高性能IPv4／v6路由器基础平台及实验系统”，主要研究TCP协议在T比特路由器系统内部以太网的实现和性能评估问题。对现有的TCP协议拥塞控制策略分析比较的基础上，本文提出TCP协议主体部分的设计方案，其中给出TCP协议详细的输入输出处理流程；重点对拥塞控制算法进行深入研究和改进，并实现了该方案：提出用理论分析的结果作为评价拥塞控制算法实现的参考准则，由此引入TCP稳态流吞吐量模型，对其不足之处进行改进，并用改进模型模拟协议实现的性能作为参考指标。通过实际测试结果验证了协议设计方案的可行性，同时性能分析的结果表明，测试的性能指标与理论分析结果吻合，该设计方案能满足T比特路由器的设计需求。 本文的主要贡献和创新点包括： 对TCP协议中的拥塞控制机制进行较为全面的分类分析比较，给出各种拥塞控制算法的优缺点，这样分析不仅有利于较全面地总结各种拥塞控制算法，更有利于为实现TCP拥塞控制算法提供合理的取舍选择。 在对传统TCP稳态流吞吐量模型进行深入研究的基础上，根据TCP运行的统计结果，充分考虑超时后慢启动过程的影响对吞吐量模型进行改进，并通过实测数据对改进后的模型进行验证，证明改进模型能够更精确的描述TCP流的吞吐量。用改进模型模拟一定参数条件下TCP连接的性能，为T比特路由器中采用的TCP协议及其拥塞控制算法的设计提供良好的参考准则。 深入分析传统慢启动阶段的延迟响应、初始小窗口策略对TCP慢启动时间、吞吐量等性能方面的负面影响，针对乱序包和延迟包引起的重传以及不必要的超时重传使得拥塞窗口减小，从而降低连接有效吞吐率等问题，在拥塞控制算法的实现中，采用可以提高TCP实时性和吞吐量的动态延迟定时器、初始慢启动大窗口和快速确认策略以及撤销拥塞窗口减小操作等策略对传统拥塞控制算法进行改进，提高协议的实时性、减小对吞吐量的影响，使本文设计实现的TCP更适用于T比特路由器内部通信网。 针对绝大多数TCP实现中用来估计RTO的自适应算法存在RTT下降时有预测错误、固定的RTO估计器增益和偏差权重不适于RTT高采样率等问题，给出一种新的端到端的重传计时器优化算法，该算法能够避免传统自适应算法产生的问题，对平滑RTT估计值和平滑RTT偏差估计值的每一个增益都随发送端的负载变化，并且依赖于RTT的采样率。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-8
第一章 绪论  8-11
  §1.1 研究背景  8
  §1.2 拥塞控制算法的研究现状  8-9
  §1.3 本文的主要内容及组织结构  9-11
    §1.3.1 主要研究内容  9-10
    §1.3.2 本文的组织结构  10-11
第二章 TCP拥塞控制算法研究及应用需求  11-23
  §2.1 TCP协议介绍  11-14
  §2.2 端到端拥塞控制算法研究  14-20
    §2.2.1 TCP拥塞控制的基本方式  14-19
    §2.2.2 TCP拥塞控制算法的评价方法  19-20
  §2.3 TCP拥塞控制机制在T比特路由器中的实现方案  20-22
    §2.3.1 T比特路由器的体系结构特点  20-21
    §2.3.2 TCP拥塞控制算法选择  21-22
  §2.4 本章小结  22-23
第三章 TCP稳态流吞吐量模型的改进及应用  23-31
  §3.1 吞吐量模型的研究与改进  23-29
    §3.1.1 Padhye模型  23-25
    §3.1.2 Padhye模型的改进  25-28
    §3.1.3 模型性能分析与比较  28-29
  §3.2 用改进模型计算吞吐量  29-30
  §3.3 本章小结  30-31
第四章 拥塞控制算法的设计实现  31-47
  §4.1 TCP／IP协议栈体系结构及模块化设计  31-32
  §4.2 TCP协议模块化设计及实现  32-38
    §4.2.1 TCP协议模块划分  32-34
    §4.2.2 TCP协议的实现  34-38
  §4.3 流量和拥塞控制的实现  38-45
    §4.3.1 慢启动／拥塞避免算法的改进与实现  39-42
    §4.3.2 快速重传／快速恢复算法的改进与实现  42-45
  §4.4 TCP协议实现的定时器  45-46
  §4.5 本章小结  46-47
第五章 TCP拥塞控制算法性能测试与评估  47-51
  §5.1 TCP协议测试实验设计  47
    §5.1.1 测试环境  47
    §5.1.2 测试工具  47
  §5.2 测试结果与分析  47-50
    §5.2.1 单条TCP连接测试  48-49
    §5.2.2 多条连接同时传输数据的测试  49-50
    §5.2.3 性能分析与评估  50
  §5.3 本章小节  50-51
结束语  51-52
致谢  52-53
参考文献  53-55
附录A 主要数据结构定义  55-60

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 计算机网络 > 一般性问题 > 计算机网络结构与设计
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