基于TCP的擁塞控制技術(shù)研究

1、基于TCP的擁塞控制技術(shù)研究摘要本文就數(shù)據(jù)流在擁塞控制方面的開展進(jìn)展了研究，在介紹TP根本機(jī)制的根底上，對TP擁塞控制的改良機(jī)制進(jìn)展了討論，討論了網(wǎng)絡(luò)擁塞出現(xiàn)的原因及TP擁塞控制的根本策略，闡述了TP擁塞控制的改良方案，并提出了其進(jìn)一步的研究方向。關(guān)鍵詞：TP擁塞控制重傳重傳超時(shí)RESEARHNNGESTINNTRLSHEESFTP(Abstrat:ThispaperfirstintrduesthebasingestinntrlehanisfTP,anddisussestheprblessuhasiprveentandthengestinntrlfTP.TheprblesinTPinludea

2、vidingunneessaryretransittieuts,undingunneessaryngestinntrl,expliitngestinntifiatin,anddatarruptinntifiatin.Ithasalsputfrardtheresearhdiretinfurther.Keyrds:TP;ngestinntrl;retransit;retransissintieut1.引言TP是Internet上通用的傳輸層協(xié)議之一，是目前應(yīng)用最廣泛的傳輸控制協(xié)議，其核心是擁塞控制機(jī)制?；贗nternet的交換機(jī)的通信信道、處理速度及緩沖存儲空間通常是網(wǎng)上所有主機(jī)共享的資源，也是

3、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)潛在的瓶頸。隨著信源主機(jī)數(shù)以及信源業(yè)務(wù)端業(yè)務(wù)量的不斷增多，瓶頸處就有可能發(fā)生資源競爭，從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞。TP的一個(gè)重要組成局部是執(zhí)行擁塞控制和擁塞恢復(fù)的算法集合。TP擁塞控制算法的目的是最大限度利用網(wǎng)絡(luò)帶寬，同時(shí)不產(chǎn)生數(shù)據(jù)流傳輸中的擁塞現(xiàn)象。因此，自從上個(gè)世紀(jì)80年代出現(xiàn)第一次擁塞崩潰以來，TP擁塞控制策略就在不斷地進(jìn)展完善和改良。2.傳統(tǒng)的TP擁塞控制機(jī)制傳統(tǒng)的TP中的擁塞控制機(jī)制主要是基于VanJabsn提出的慢啟動算法、擁塞防止算法和一個(gè)用于估計(jì)周轉(zhuǎn)RTT(rundtriptie)的算法。慢啟動算法通過觀察到新分組進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的速率應(yīng)該與另一端返回確認(rèn)的速率一樣而進(jìn)展工作。慢啟動為發(fā)

4、送方的TP增加了另一個(gè)窗口：擁塞窗口(ngestinind)，記為nd。當(dāng)與另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)建立TP連接時(shí)，擁塞窗口被初始化為1個(gè)報(bào)文段即另一端通告的報(bào)文段大小。每收到一個(gè)AK，擁塞窗口就增加一個(gè)報(bào)文段nd以字節(jié)為單位，但是慢啟動以報(bào)文段大小為單位進(jìn)展增加。發(fā)送方取擁塞窗口與通告窗口中的最小值作為發(fā)送上限。擁塞窗口是發(fā)送方使用的流量控制，而通告窗口那么是接收方使用的流量控制。發(fā)送方開場時(shí)發(fā)送一個(gè)報(bào)文段，然后等待AK。當(dāng)收到該AK時(shí)，擁塞窗口從1增加為2，即可以發(fā)送兩個(gè)報(bào)文段。當(dāng)收到這兩個(gè)報(bào)文段的AK時(shí)，擁塞窗口就增加為4，這是一種指數(shù)增加的關(guān)系。在某些點(diǎn)上可能到達(dá)了互聯(lián)網(wǎng)的容量，于是中間路由器

5、開場丟棄分組。擁塞防止算法是一種處理喪失分組的方法。該算法假定由于分組受到損壞引起的喪失是非常少的遠(yuǎn)小于1%，因此分組喪失就意味著在源主機(jī)和目的主機(jī)之間的某處網(wǎng)絡(luò)上發(fā)生了擁塞。有兩種分組喪失的指示：發(fā)生超時(shí)和接收到重復(fù)確實(shí)認(rèn)。擁塞防止算法和慢啟動算法是兩個(gè)目的不同、獨(dú)立的算法。但是當(dāng)擁塞發(fā)生時(shí)，我們希望降低分組進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率，于是可以調(diào)用慢啟動來作到這一點(diǎn)。在實(shí)際中這兩個(gè)算法通常在一起實(shí)現(xiàn)。1990年出現(xiàn)的TPRen版本增加了快速重傳算法、快速恢復(fù)算法，防止了當(dāng)網(wǎng)絡(luò)擁塞不夠嚴(yán)重時(shí)采用慢啟動算法而造成過大地減小發(fā)送窗口尺寸的現(xiàn)象。3.擁塞控制的四個(gè)階段a慢啟動階段(slstart)：發(fā)送方一

6、開場便向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送多個(gè)報(bào)文段，直至到達(dá)接收方通告的窗口大小為止。當(dāng)發(fā)送方和接收方處于同一個(gè)局域網(wǎng)時(shí)，這種方式是可以的。但是假如在發(fā)送方和接收方之間存在多個(gè)路由器和速率較慢的鏈路時(shí)，就有可能出現(xiàn)一些問題。一些中間路由器必須緩存分組，并有可能耗盡存儲器的空間。b擁塞防止階段ngestinavidane：當(dāng)發(fā)現(xiàn)超時(shí)或收到3個(gè)一樣AK確認(rèn)幀時(shí)，那么表示有丟包事件，此時(shí)網(wǎng)絡(luò)已發(fā)生擁塞現(xiàn)象，此時(shí)要進(jìn)展相應(yīng)的擁塞控制。將慢啟動閾值設(shè)置為當(dāng)前擁塞窗口的一半；如檢測到超時(shí)，擁塞窗口就被置為l。假如擁塞窗口小于或等于慢啟動閾值，TP重新進(jìn)人慢啟動階段；假如擁塞窗口大于慢啟動閾值，TP執(zhí)行擁塞防止算法?？焖僦貍麟A段(

7、fastretransit)：當(dāng)TP源端收到到三個(gè)一樣的AK副本時(shí)，即認(rèn)為有數(shù)據(jù)包喪失，那么源端重傳喪失的數(shù)據(jù)包，而不必等待RT超時(shí)。同時(shí)將ssthresh設(shè)置為當(dāng)前nd值的一半，并且將nd減為原先的一半。d快速恢復(fù)階段(fastrevery)：當(dāng)舊數(shù)據(jù)包分開網(wǎng)絡(luò)后，才能發(fā)送新數(shù)據(jù)包進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)，即同一時(shí)刻在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包數(shù)量是恒定的。假如發(fā)送方收到一個(gè)重復(fù)的AK，那么認(rèn)為已經(jīng)有一個(gè)數(shù)據(jù)包分開了網(wǎng)絡(luò)，于是將擁塞窗口加1。4.對傳統(tǒng)TP擁塞控制機(jī)制的開展及改良4.1對慢啟動的改良慢啟動(slstart)算法通過逐漸增加nd的大小來探測可用的網(wǎng)絡(luò)容量，防止連接開場時(shí)采用不適宜的發(fā)送量導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞。

8、然而有時(shí)該算法也會浪費(fèi)可用的網(wǎng)絡(luò)容量，因?yàn)槁龁铀惴偸菑膎dl開場，每收到一個(gè)AK，nd增加l，對RTT時(shí)間長的網(wǎng)絡(luò)，為使nd到達(dá)一個(gè)適宜的值，需要花很長的時(shí)間，特別是網(wǎng)絡(luò)實(shí)際容量很大時(shí)，會造成浪費(fèi)。為此可采用大的初始窗口，大的初始窗口防止了延遲AK機(jī)制下單個(gè)報(bào)文段初始窗口的等待超時(shí)問題，縮短了小TP流的傳輸時(shí)間和大延遲鏈路上的慢啟動時(shí)間。在慢啟動階段，在每個(gè)RTT時(shí)間內(nèi)，nd增加一倍，這樣當(dāng)nd增加到一定的值時(shí)，就可能導(dǎo)致以網(wǎng)絡(luò)可以處理的最大容量的2倍來發(fā)送數(shù)據(jù)，從而吞沒網(wǎng)絡(luò)。He建議使用paket-pair算法和測量RTT來為ssthresh估計(jì)適宜值，以此來適時(shí)地完畢慢啟動階段。但是由

9、于受各方面干擾，估算合理的ssthresh值并不容易，因此這個(gè)方法的效果是有限的。而Sth-start較為平滑地從慢啟動過渡到擁塞防止階段，減少了報(bào)文段喪失和突發(fā)通訊量，進(jìn)步了TP擁塞控制的性能。4.2對重傳與恢復(fù)的改良為了防止不必要的重傳超時(shí)，有人提出了一種受限傳輸機(jī)制：假如接收方的播送窗口允許的話，發(fā)送方接收到一個(gè)或者兩個(gè)重復(fù)的AK(aknledgent)后，繼續(xù)傳輸新的數(shù)據(jù)報(bào)文段。受限的傳輸機(jī)制允許具有較小窗口的TP連接進(jìn)展錯(cuò)誤恢復(fù)，而且防止了不必要的重傳。有很多情況下，數(shù)據(jù)報(bào)文段并沒有喪失，但TP發(fā)送方可能會誤判數(shù)據(jù)報(bào)文段喪失，然后調(diào)用擁塞控制規(guī)程減少擁塞窗口的大校比方當(dāng)重傳定時(shí)器過早

10、溢出時(shí)，發(fā)送方在重傳數(shù)據(jù)報(bào)文段時(shí)不必要地減少了擁塞窗口，而這時(shí)并沒有數(shù)據(jù)報(bào)文段喪失。假如是由于數(shù)據(jù)報(bào)文段的重新組織而不是數(shù)據(jù)報(bào)文段喪失，而導(dǎo)致3個(gè)重復(fù)確實(shí)認(rèn)，同樣會導(dǎo)致發(fā)送方不必要地在快速重傳數(shù)據(jù)報(bào)文段后減少擁塞窗口。假如TP的發(fā)送方在重傳數(shù)據(jù)報(bào)文段一個(gè)RTT后發(fā)現(xiàn)接收方接收到了重傳數(shù)據(jù)報(bào)文段的兩個(gè)拷貝，那么可以推斷重傳是不必要的。這時(shí)，TP的發(fā)送方可以撤銷對擁塞窗口的減少。發(fā)送方可以通過將慢啟動門限增加到原始值，調(diào)用慢啟動規(guī)程使擁塞窗口恢復(fù)原先值。除了恢復(fù)擁塞窗口，TP發(fā)送方還可以調(diào)整重復(fù)確認(rèn)門限或者重傳超時(shí)參數(shù)來防止由于屢次不必要的重傳而浪費(fèi)帶寬。4.3對公平性的改良在擁塞防止階段，假如沒

11、有發(fā)生丟包事件，那么TP發(fā)送方的nd在每個(gè)RTT時(shí)間內(nèi)大約可以增加一個(gè)報(bào)文段大小，但這樣會造成具有不同RTT時(shí)間或窗口尺寸的多個(gè)連接在瓶頸處對帶寬競爭的不公平性，RTT時(shí)間或窗口小的連接，相應(yīng)的nd增長速度也相對緩慢，所以只能得到很小一局部帶寬。要解決上述問題，可以通過在路由器處使用公平隊(duì)列和TP友好緩存管理來進(jìn)展控制以增加公平性。然而如沒有路由器的參與，要增加公平性，就要求TP發(fā)送端的擁塞控制進(jìn)展相應(yīng)的改變，在擁塞防止階段使共享同一資源的各個(gè)TP連接以一樣速度發(fā)送數(shù)據(jù)，從而確保了各個(gè)連接間的公平性。5.結(jié)論該文在研究和分析各種基于TP的數(shù)據(jù)流擁塞控制算法和參考有關(guān)文檔的根底上，對以TP為核心的擁塞控制機(jī)制進(jìn)展了開展和改良，這些改良將使TP的性能在不同的網(wǎng)絡(luò)中獲得更好的性能。其中防止不必要的重傳超時(shí)、撤銷不必要的擁塞控制等是隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的開展而對TP的改良，它們通過不同的方式改良了TP的性能，具有更廣泛的適應(yīng)性。參考文獻(xiàn)1STEVENS.TPslstart,ngestinavidane,fastretransit,andfastreveryalgrithsEB/L.RF2001,1997-01.2ALLAN,BALAKRISHNANH,FLYDS.EnhaningTPslssreveryusingliitedtra