TCP友好拥塞控制策略研究

摘要

以TCP/IP协议为基础的Internet自从九十年代以来，其网络规模不断壮大，拓扑结构日益复杂，网络用户飞速增长，网络应用日渐丰富，这使得网络拥塞问题也日趋严重。拥塞会造成丢包和吞吐量等网络性能指标剧烈下降，严重影响网络资源的利用率。因此拥塞控制一直是当前网络领域研究的热点问题。
　　互联网主要是依靠TCP端到端的拥塞控制来避免网络拥塞，但是光靠源端的拥塞控制策略无法满足复杂网络中各个应用的要求。在中间节点中引入适当的拥塞控制机制，可以及早地发现拥塞并能预防及减少拥塞，所以路由器中的拥塞控制策略成为了一个研究热点。这些年来，随着音频、视频等实时多媒体应用出现在互联网上，UDP流量在互联网上越来越多。由于UDP流没有拥塞控制机制，从而造成了对TCP流不友好的问题，TCP流得不到公平的带宽、甚至“饿死”，严重时还会造成网络崩溃，严重影响网络性能。因此有必要对UDP流进行拥塞控制，保证对TCP流的友好性。
　　本文从源端系统和路由器两个方面来研究当前的拥塞控制算法，在此基础上对TCP友好拥塞控制进行了深入的研究。本文的主要内容如下:
　　首先，针对Internet上UDP和TCP共同传输的问题，提出了一种基于分组丢弃的主动队列管理算法NF-RED。该算法根据流的历史丢包信息，通过设置一个阈值来识别非TCP友好流，并通过加大惩罚的力度来实现两者共存传输的公平性。
　　其次，本文结合源端和路由器提出一种TCP友好的UDP拥塞控制机制EFCC。通过端主机和网络中的路由器互相配合，UDP发送速率根据接收端的反馈来进行调整，依靠路由器来及早发现拥塞。
　　最后，本文通过实验验证了所提出的算法在UDP和TCP共同传输下，与原算法比较，在吞吐量，公平性等方面有了较明显的提升。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 网络拥塞控制的研究现状

1．2．1 源端拥塞控制研究现状

1．2．2 中间节点拥塞控制研究现状

1．2．3 存在的问题

1．3 研究内容和意义

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究意义

1．4 论文组织结构

第2章 网络拥塞控制策略基础概述

2．1 拥塞控制概述

2．2 源端拥塞控制策略

2．2．1 TCP拥塞控制策略

2．2．2 TCP友好拥塞控制策略

2．3 中间节点的拥塞控制

2．3．1 队列调度算法

2．3．2 队列管理策略

2．4 TCP友好性

2．5 小结

第3章 基于分组丢弃的主动队列管理

3．1 随机早期检测算法

3．1．1 算法基本原理

3．1．2 相关RED算法及其不足

3．2 NF-RED算法

3．2．1 算法设计目标

3．2．2 算法基本思路

3．3 NF-RED算法具体实现

3．3．1 算法参数

3．3．2 设计流程

3．4 小结

第4章 基于UDP的拥塞控制机制

4．1 EFCC机制概述

4．1．1 拟解决问题

4．1．2 设计目标

4．2 端到端拥塞控制策略

4．2．1 发送方速率控制函数

4．2．2 参数设定

4．2．3 接收端反馈机制

4．2．4 发送端速率调整

4．3 路由器控制策略

4．3．1 显示拥塞指示ECN

4．3．2 丢弃概率计算

4．4 小结

第5章 仿真实验及性能分析

5．1 网络模拟仿真器NS2

5．1．1 NS2简介

5．1．2 NS2目录结构

5．1．3 NS2模拟仿真流程

5．2 模拟环境介绍

5．3 NF-RED仿真实验与性能分析

5．3．1 UDP对TCP的影响

5．3．2 不同传输延迟下的TCP流的影响

5．4 EFCC仿真实验与性能分析

5．4．1 吞吐量的比较

5．4．2 平滑系数的比较

5．4．2 友好性比率

5．5 小结

第6章 结束语

6．1 总结

6．2 进一步的工作

参考文献

致谢