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面向适应流与非适应流的网络层拥塞控制机制研究

作　者: 边浩
导　师: 陈勤；姜明
学　校: 杭州电子科技大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 主动队列管理 拥塞控制 公平性 CHOKe XCHOKe
分类号: TP393.06
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


Internet经过几十年的发展,已成为日常生活中一个不可或缺的基础设施,在信息交换、资源共享、可靠性、节约成本等方面发挥了巨大作用,但不断飙升的数据流量和日新月异的网络应用对Internet技术提出了更高的要求。IP网络采用无连接端到端的方式进行分组交换,以“尽力而为”的模型为用户提供网络服务,设计模式简单,扩展性强。但Internet本身就是一个复杂的异构网络,不同的数据流因共享网络资源而存在着竞争关系,当网络不能提供足够资源时,网络拥塞现象不可避免。如果不对网络拥塞进行控制就会导致网络吞吐量不断下降,甚至发生拥塞崩溃。因此拥塞控制是保证Internet鲁棒性的关键因素,也是各种网络应用和管理控制机制的基础。在实现网络拥塞控制的同时,带宽分配公平性一直是衡量AQM算法性能的重要指标。由于传统的路由器在转发分组和丢弃分组时,对不同流的分组不加区分,因此每个流占用的带宽完全由端节点发送的数据量决定,这种“盲目转发”将会导致带宽的不公平分配,具有不同带宽竞争能力的流不可能以完全公平的方式享用带宽。忽略公平性的AQM,在实际应用中将无法提高网络资源利用率。高速非适应流或恶意流将侵占整个网络带宽,导致一些低速率的适应流无法正常传输分组,网络资源整体利用率迅速下降。本文在研究著名的RED算法的基础上,重点研究了公平的主动队列管理算法CHOKe、MCHOKe、A-CHOKe、XCHOKe及几种相关改进算法。通过分析发现这些算法在公平性方面仍存在一些不足。针对这些不足,首先提出了CHOKe的改进算法HCHOKe,HCHOKe自适应地从队列中取包,并利用取出的包的信息来准确识别非适应流,从而进行有效的惩罚。在NS-2上对HCHOKe进行了公平性实验,结果显示在无任何状态信息的前提下,HCHOKe能够更加公平地分配网络带宽。然后从若干方面对依靠CHOKe击中历史实现公平性的XCHOKe算法做出改进,并结合HCHOKe的拥塞自适应机制,提出了一种更加有效的基于CHOKe击中历史的拥塞自适应AQM算法,称为H-XCHOKe算法。最后在NS-2上对H-XCHOKe进行公平性验证实验,实验结果显示H-XCHOKe在惩罚非适应流,维护网络带宽的公平分配上性能优于CHOKe、XCHOKe及其相关改进算法。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章 绪论  10-21
  1.1 课题研究的背景和意义  10-11
  1.2 网络拥塞控制概述  11-15
    1.2.1 网络拥塞的基本概念  11-13
    1.2.2 网络拥塞产生的原因  13
    1.2.3 网络拥塞控制机制简述  13-14
    1.2.4 拥塞控制的主要问题  14-15
  1.3 拥塞控制国内外研究现状  15-19
    1.3.1 端到端拥塞控制机制研究现状  15-18
    1.3.2 网络层拥塞控制机制研究现状  18-19
  1.4 本文的组织结构  19-20
  1.5 本章小结  20-21
第二章 网络层的拥塞控制机制  21-34
  2.1 网络层拥塞控制机制概述  21-24
    2.1.1 网络层拥塞控制意义  21-22
    2.1.2 被动式队列管理和主动式队列管理的分析比较  22-24
  2.2 典型AQM 算法  24-30
    2.2.1 随机早期检测算法（Random Early Detection，RED）  24-26
    2.2.2 稳定的RED（Stabilized RED，SRED）  26-27
    2.2.3 流RED（Flow RED，FRED）  27
    2.2.4 适应的RED（Adaptive RED，ARED）  27-28
    2.2.5 带有惩罚盒的RED（RED with penalty box）  28-29
    2.2.6 BLUE 算法  29
    2.2.7 CHOKe 算法  29-30
  2.3 典型AQM 性能分析  30-33
    2.3.1 RED 性能分析  30-32
    2.3.2 其他AQM 性能分析  32-33
  2.4 本章小结  33-34
第三章 HCHOKe:改进的无状态公平主动队列管理算法  34-45
  3.1 引言  34
  3.2 分析CHOKe 及其相关算法的不足  34-36
    3.2.1 CHOKe 相关改进算法  34-35
    3.2.2 CHOKe 及相关算法的不足  35-36
  3.3 HCHOKe：改进的公平AQM  36-39
    3.3.1 HCHOKe 原理  36
    3.3.2 HCHOKe 模型  36-37
    3.3.3 HCHOKe 描述  37-39
  3.4 仿真实验及性能比较分析  39-44
    3.4.1 实验网络拓扑  39-40
    3.4.2 网络中仅一条非适应流情形  40-42
    3.4.3 网络中多条非适应流情形  42-44
  3.5 本章小结  44-45
第四章 H-XCHOKe:基于CHOKe 击中历史的HCHOKe 算法  45-54
  4.1 XCHOKe:典型的基于CHOKe 击中历史的AQM  45-46
    4.1.1 XCHOKe 概述  45-46
    4.1.2 XCHOKe 的不足  46
  4.2 H-XCHOKe:基于CHOKe 击中历史的HCHOKe 算法  46-49
    4.2.1 H-XCHOKe 所做的改进  47
    4.2.2 H-XCHOKe 描述  47-49
  4.3 仿真实验及性能比较分析  49-52
    4.3.1 少量UDP 流的网络  49-50
    4.3.2 UDP 流数目不断增加的网络  50-52
  4.4 本章小结  52-54
第五章 总结与展望  54-57
  5.1 工作总结  54-55
  5.2 展望  55-57
致谢  57-58
参考文献  58-62
附录  62

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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 > 计算机网络测试、运行
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