TCP Congestion Control Analysis and Mechanisms for Maximizing Network Performance

摘要

TCP稳定状态的性能会受到网络拥塞的影响，如何为可获得的网络容量(瓶颈链路)选择合适的数据是一个开放性问题。网络拥塞主要是由于发送大量的数据流(如FTP数据)而导致的。本文的主要目的是针对已有的算法，采用仿真方法(NS-2)解释和解决网络数据流的选择问题，使之达到最优水平。与TCP Reno和New Reno相比，我们的方法可以预测出更加准确的TCP发送率从而避免数据包丢失、提高吞吐量、以及避免拥塞窗口锯齿效应。仿真结果显示，本文提出的方案可以得到更高的吞吐量和更小的延迟，通过使用一些定义好的机制，如TCP Reno和New Reno，更改慢启动，以及拥塞避免算法，可以提高链路的使用率并且降低丢包率。
　　 随着因特网的快速发展以及诸如对QoS有要求的视频流和VOIP技术的流行，网络用户的需求变得更加多样化。目前存在很多网络层技术，如IntServ和DiffServ，以及基于UDP的应用层技术可以在Internet上提供高质量的网络服务。然而，我们相信，这些技术在实际部署中会遇到很多困难。本文认为，由于TCP可以根据网络的状态控制数据传输，因此，传输层的技术才是提供高质量数据传输服务的最佳解决方案。
　　 本文提出了一种TCP拥塞控制机制，可以为上层应用提供可预测的吞吐量。虽然我们不能绝对保证吞吐量，但是当网络拥塞不非常严重时，能够为上层应用提供需要的吞吐量的概率是相当大的。通过ImTCP(Inline measurement TCP)得到的可用带宽和网络路径信息，我们可以在拥塞避免阶段通过调节拥塞控制窗口大小获得更好的性能。同时，本文还提出了相应的机制为网络中的多个并行的TCP连接提供可靠和可预测的吞吐量。
　　 最后，通过数值仿真和真实实验，本文给出了所设计方案的实验结果。基于大量的实验结果，我们相信，即使是在几乎没有剩余网络带宽并且存在大量竞争网络流的情况下，本文提出的解决方案可以获得可靠的瓶颈链路容量性能。