TCP拥塞控制慢启动策略的优化及仿真

摘要

TCP拥塞控制算法大体共有4种策略组成(1)慢启动：在建立连接或者在连接停止而等待超时发生时，通过慢启动策略向网络中注入数据流，并且逐步地试探出网络的可用带宽。(2)拥塞避免：预测拥塞将在何时发生，然后在分组刚要被丢弃前降低主机发送数据的速率，避免网络拥塞的发生。(3)快速重传和快速恢复：当有分组丢失或重传超时，用于重传丢失的分组和从拥塞状态中恢复出来。这些算法的基本思想是1988年Jacobson提出的AIMD (Additive Increase and Multiplicative Decrease)。当时网络的数据流量少而且单一，今天网络流量增长迅猛并且种类多样。根据数据传输连接所经历的时间长短将连接分为长生存期连接和短生存期连接。研究表明，Internet中的数据传输大多数是短生存期连接(如WEB)，但是数量占少数的长生存期连接(如FTP)则传送了大部分的数据量。短的连接往往在还没有进入稳定状态就已经终止，这就意味着短连接经常处于慢启动阶段。所以说，慢启动机制的性能直接影响了短连接的传输效率。对于长生存期的连接，慢启动机制作用于连接启动阶段和分组超时的重传阶段，所以慢启动机制的性能对长连接也有一定的影响。因此，改善和提高慢启动的性能对于提高Internet的性能具有重要的意义。为了有效提高短生存期连接的传送效率以及改善长生存期连接的启动过程和丢包重启过程的传输效率，研究者提出了系列改进方法。其中，M．Allman等设计一个更大的初始窗口，减少慢启动经历的时间且大大提高了短生存期连接的慢启动开始阶段的效率；Venkata N PadmanaMlan提出TCP Fast—start利用缓存最近的网络参数保存网络状态来缩短新的一次慢启动的时间，从而显著减少了短的突发的传输延迟，在网络状态比较稳定的情况下，TCP Fast—start能减少了网络性能的降低。以上方法从不同的方面对TCP慢启动进行了优化，但均存在局限性。 本文对慢启动算法的性能进行了初步研究。慢启动的原有算法在某些时候使发送数据包的速度增长过快，导致路由器不能及时转发这些数据包，有可能会丢弃一些数据包，从而会使网络拥塞发生的可能性增大，降低了网络的性能。本文针对该问题进行研究及改进，降低该时间段发送的数据包的增长速度。使得网络中产生突发数据流的可能性降低，从而降低拥塞发生的概率，提高网络的性能。使用网络仿真模拟器NS一2对提出的这种算法进行验证，实验表明，该方法能降低网络发生拥塞的风险,从而提高网络的传输性能。

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引言

第一章绪论

1.1研究背景及意义

1.2 TCP协议

1.3 TCP连接的建立和终止

1.4 TCP的超时和重传

1.5 TCP的坚持定时器

1.5.1 TCP的坚持定时器

1.5.2 TCP的保活定时器

第二章资源分配

2.1资源分配

2.2资源分配的分类

2.2.1以路由器为中心和以主机为中心

2.2.2基于预定方式和基于反馈方式

2.2.3基于窗口和基于速率方式

2.3资源分配的评价

2.3.1有效的资源分配

2.3.2公平的资源分配

2.4排队规则

2.4.1 FIFO

2.4.2公平排队

第三章拥塞控制概述

3.1 TCP拥塞控制机制介绍

3.1.1累次增加/成倍减少

3.1.2慢启动

3.1.3快速重传和快速恢复

3.2拥塞避免机制

3.2.1 DECbit

3.2.2随机及早检测(RED)

第四章慢启动存在的问题及改进

4.1现有慢启动策略中存在的问题

4.2改进的慢启动算法的介绍

第五章改进后慢启动策略的仿真比较

5.1网络模拟的概述

5.2 NS-2仿真与性能分析

结论

参考文献

后记

在学期间公开发表论文情况