高带宽时延网络模型中XCP的性能研究

摘要

当前的技术发展趋势表明，未来网络将呈现带宽时延乘积(bandwidth-delayproduct，BDP)较大的特点。当网络BDP增加时，TCP协议的性能将严重下降，其不仅不能有效地利用高带宽，而且在高速网络中传输速率很不稳定，成为实施各种新型网络应用的巨大障碍。针对以上问题，DinaKatabi提出了一种新的显式控制协议（eXplicitControlProtocol，XCP）。XCP采用终端与路由器联合设计的思想，即通过中间路由器通知终端瓶颈链路的拥塞程度，实现高利用率、低排队时延和几乎为零的丢包率，同时具有很好的扩展性。无论在传统的还是高带宽时延乘积网络环境下，XCP比TCP在效率性、公平性以及稳定性方面都表现的更出色。
　　 本文首先分析了TCP协议存在的不足，然后对XCP协议的结构和执行算法进行详细阐述，并对XCP协议做了相应的仿真与性能分析。XCP是考虑较全面并且可行的协议，是未来高带宽时延乘积网络协议中的强有力竞争者，因此我们对XCP协议做了进一步研究改进。本文的改进工作主要有两方面：第一，通过对XCP协议的参数α和β进行的实验研究，发现α对网络的利用率影响较大，所以本文提出一种参数改进算法，即根据网络的当前状况适当调节α值；第二，当传输流为XCP流和非XCP流的混合流时，XCP路由器无法准确地计算不同数据流所占用的带宽，导致链路利用率及总吞吐量发生严重的抖动现象，基于此本文又提出一种改进算法(NewXCP)。通过仿真实验证明，改进后可以提高网络利用率并维持系统的稳定性。

目录

文摘

英文文摘

致谢

序

1 引言

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文各章节内容安排

2 拥塞控制研究

2.1 网络拥塞的基本概念

2.1.1 拥塞和拥塞控制

2.1.2 拥塞发生的原因

2.1.3 拥塞控制评价标准

2.2 TCP拥塞控制机制

2.2.1 TCP协议介绍

2.2.2 TCP拥塞控制算法存在的问题

3 显式控制协议(XCP)

3.1 ECN协议

3.2 XCP协议框架结构

3.2.1 XCP协议的拥塞头

3.2.2 XCP协议的终端行为

3.2.3 XCP协议的路由器控制规则

3.3 XCP的处理程序分析

3.4 XCP的稳定性分析

4 XCP协议的仿真与性能分析

4.1 NS2网络仿真器介绍

4.1.1 NS2简介

4.1.2 Tcl简介

4.1.3 Trace文件简介

4.1.4 Awk简介

4.1.5 Gnuplot简介

4.2 XCP协议的性能分析

4.2.1 拓扑结构及参数设置

4.2.2 拥塞窗口值分析

4.2.3 瓶颈链路利用率分析

4.2.4 平均缓冲队列分析

4.2.5 丢包率分析

4.3 XCP流和TCP流共享瓶颈链路的仿真与分析

4.3.1 仿真拓扑结构及参数设置

4.3.2 拥塞窗口变化

4.3.3 序列号

4.3.4 平均缓冲队列

5 XCP协议的改进

5.1 XCP路由器中参数的分析及改进

5.1.1 XCP路由器中参数存在的不足

5.1.2 XCP路由器中α参数的分析

5.1.3 XCP路由器中β参数的分析

5.1.4 XCP路由器中参数的改进及实验分析

5.2 改进的XCP算法(NewXCP)

5.2.1 XCP算法的不足

5.2.2 NewXCP算法

5.2.3 NewXCP算法的稳定性分析

5.2.4 NewXCP算法的仿真

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

作者简历

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