【正文】 到ssthresh的3/4，特別是最后一個(gè)RTT單位里增加了ssthresh/2。因此，cwnd可以由式表示 （9）這種算法通過改變增長因子γ的大小使窗口增長幅度變化具有較大的靈活性。這使我們將更多的精力投入對操作系統(tǒng)的編程而不是對算法的研究。4．1．2 NS2體系結(jié)構(gòu)和類層次NS2包含了事件調(diào)度模塊和網(wǎng)絡(luò)組件模塊，其基礎(chǔ)是建立在TCL語言與C++語言之上的，如下圖[16]Event SchedulerNS2 TclClNetworkComponent Otcl 按照類結(jié)構(gòu)層次劃分，與網(wǎng)絡(luò)模擬相關(guān)的類有TclClass、TclObject等，其中為了要達(dá)到修改TCP模塊的目的，需要了解TclObject類層次，如下圖。（5）、ns：NS的主體代碼，內(nèi)含一個(gè)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)產(chǎn)生器、兩個(gè)傳輸事件產(chǎn)生器。NS解釋腳本，將輸出寫到輸出文件中，然后調(diào)用Nam或Xgraph顯示輸出文件。b) Xgraph方式：與nam相似，NS工具包中還有一個(gè)Xgraph模塊，產(chǎn)生Xgraph，語句如下：％xgraph “” 不過，“*.tr”文件一般記錄的是，仿真過程中的內(nèi)部狀態(tài)，比如，傳輸數(shù)率、各種峰值等等。派生dupack_action()RenoTcpAgent派生timeout()timeout()MultiPhaseTcpAgentopencwnd()slowdown()newack() 類繼承及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖4．2．2 類屬性聲明與接口定義/* TCP MultiPhase */class MultiPhaseTcpAgent : public virtual RenoTcpAgent { public: /*接口說明*/ MultiPhaseTcpAgent()。 /*類變量綁定函數(shù)*/ protected: /*屬性說明*/ double lastackno_。 /*最大發(fā)送報(bào)文段 */ double current_bwe_。MultiPhaseTcpAgent::MultiPhaseTcpAgent() : RenoTcpAgent(), current_bwe_(0), last_bwe_sample_(0), unaccounted_(0), fr_a_(0), min_rtt_estimate(), myseqno_(1),fr_phase(1),fr_multi(), lastackrx_(), fr_alpha_(), filter_type_(1), tau_(){ // bind(current_bwe_, amp。bind(min_rtt_estimate, amp。 bind(filter_type_, amp。lastackrx_, tracer)) return TCL_OK。mss_, tracer)) return TCL_OK。fr_a_, tracer)) return TCL_OK。fr_multi, tracer)) return TCL_OK。fr_phase, tracer)) return TCL_OK。unaccounted_, tracer)) return TCL_OK。tau_, tracer)) return TCL_OK。lastackno_, tracer)) return TCL_OK。 bind(fr_alpha_, amp。bind(fr_a_, amp。 /*本算法使用的序列號輸出變量*/}。 /*增長因子*/ int fr_phase。 /*擁塞避免階段處理函數(shù)*/ virtual void newack(Packet* pkt)。本算法所編寫的MultiPhase類是從RenoTCPAgent繼承來的。基本流程如下：調(diào)用Nam或Xgraph顯示輸出文件并關(guān)閉輸出文件運(yùn)行：打開輸出文件按照定義的事件和拓?fù)鋱D運(yùn)行，同時(shí)將過程數(shù)據(jù)寫入輸出文件，調(diào)用退出過程運(yùn)行：打開輸出文件，按照定義的事件、拓?fù)鋱D運(yùn)行，同時(shí)將過程數(shù)據(jù)寫入輸出文件，調(diào)用退出過程定義：網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 輸出文件 退出過程 網(wǎng)絡(luò)事件配置硬件參數(shù)確定拓?fù)鋱D傳輸事件文件節(jié)點(diǎn)移動(dòng)文件調(diào)用Nam或Xgraph顯示輸出文件，并關(guān)閉輸出文件 腳本編寫過程示意圖NS2允許我們在腳本中定義一個(gè)輸出文件（又叫跟蹤文件），記錄仿真過程，文件名為“*.out”或“*.tr”，分別采用以下兩種圖形方式顯示：a) nam方式：NS工具包中有一個(gè)nam模塊，編譯后，產(chǎn)生nam文件。（12）、zlib：通用數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)壓縮庫（data pression library）。（3）、OTcl：MIT Object Tcl的簡稱，是Tcl/Tk 面向?qū)ο缶幊痰臄U(kuò)展。這是一個(gè)很優(yōu)秀的軟件。如果用手工計(jì)算、調(diào)整，則不僅耗功耗時(shí)，還可能留下不可預(yù)計(jì)的漏洞。于是本方案引入了增長因子γ，其為大于等于1的整數(shù)(γ=1)。cwnd可以由式（8）表示 （8）本方案的效果是在連接建立和慢啟動(dòng)與擁塞避免的過渡這兩個(gè)階段擁塞窗口增加幅度較小，變化比較平滑，能減少對于網(wǎng)絡(luò)中其他共享同一條連接的影響，保持了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行性能的穩(wěn)定，減少了網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的抖動(dòng)。 acked = cumul_ack。要注意的時(shí)最后一個(gè)條件正確地估計(jì)了延遲的ACK。該數(shù)目在偽碼中由變量acked來表示?？梢詮南旅嬉幌盗械膸捁烙?jì)表達(dá)式推導(dǎo)得到，所估計(jì)的帶寬按指數(shù)規(guī)律遞減到0：，…。但是，因?yàn)锳CK流是異步的，其采樣頻率限制就無法得到保證。如圖圖 帶寬計(jì)算原理示意圖注意系數(shù)依賴于，該系數(shù)中和了非決定性的間隔時(shí)間的影響。 假設(shè)在時(shí)間，源端收到一個(gè)ACK，其表示TCP接收端收到了字節(jié)。 很重要的是要注意到，由超時(shí)或一般而言，n個(gè)重復(fù)的ACK導(dǎo)致的擁塞階段結(jié)束以后，瓶頸鏈路處于飽和狀態(tài)，而連接傳輸率與連接可用的盡力而為的帶寬所占份額相等（那是飽和帶寬）。而過去所采用的帶寬估計(jì)（通過監(jiān)測ACK）只是通過間接方法，比如說瓶頸隊(duì)列長度的估計(jì)， 來控制TCP窗口。 慢啟動(dòng)窗口增加速度3．2 端到端測量的擁塞控制3．2．1 端到端的原則TCP擁塞控制算法的基本設(shè)計(jì)哲學(xué)是其操作必須是“端到端的”。當(dāng)慢啟動(dòng)階段開始進(jìn)入擁塞避免階段前最后一個(gè)RTT時(shí)間單位，與前一次的數(shù)值相比，其發(fā)送窗口增加幅度差為ssthresh/2。往往當(dāng)根據(jù)上一個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)的樣本值所計(jì)算的結(jié)果得到帶寬估計(jì)值，此時(shí)網(wǎng)絡(luò)帶寬容量又發(fā)生了新的變化。接著，引發(fā)源端重傳超時(shí)，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的全局同步；全局同步又導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的流量負(fù)載加重和排隊(duì)延遲的抖動(dòng)。該方案中的原則主要是不依靠核心路由器的統(tǒng)計(jì)和分析，而是由發(fā)送端進(jìn)行獨(dú)立的測量，即強(qiáng)調(diào)了端與端之間的網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)“黑箱”，只有通過主動(dòng)測量才能實(shí)現(xiàn)端到端的帶寬測量。由帶寬定義知道，鏈路帶寬表征接口處理數(shù)據(jù)包的能力，鏈路帶寬越大，接口在單位時(shí)間內(nèi)把數(shù)據(jù)包發(fā)送到傳輸介質(zhì)上的能力就越強(qiáng)，數(shù)據(jù)包傳送的速率就越快。路由器由路由表查詢算法將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的輸出端口，輸出端口將數(shù)據(jù)包以數(shù)據(jù)位的形式發(fā)送到鏈路上，傳輸至下一個(gè)路由器的輸入端口。基本算法是建立在對稱網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上的。di為分組在鏈路li的固定時(shí)延，為分組k在鏈路li的排隊(duì)延遲，為分組k由源節(jié)點(diǎn)到Ni的延遲總和為分組k的往返延遲，其他變量約定依此類推。 具體來說， RTT測量是通過類似Ping的程序，每隔一定時(shí)間進(jìn)行一次。這些機(jī)器交換測試流量，并收集全天的丟包率、延遲和連通性統(tǒng)計(jì)。 TCP Vegas通過計(jì)算擁塞窗口與實(shí)際測量的的比值，計(jì)算出實(shí)際傳送帶寬，與期望的傳送帶寬比較，來調(diào)整發(fā)送端的傳送帶寬，并通過兩個(gè)門限參數(shù)，使傳送帶寬收斂于網(wǎng)絡(luò)可用帶寬，測量表達(dá)式，為擁塞窗口的大小，為分組往返時(shí)間，通過計(jì)算上一個(gè)分組傳送的速率，作為計(jì)算當(dāng)前大小和慢啟動(dòng)門限值的依據(jù)。而對于長生存期連接，慢啟動(dòng)機(jī)制只作用于連接建立階段和分組傳輸超時(shí)而引起的重傳階段。有研究通過仿真分析了Vegas實(shí)際的運(yùn)行效果，由于它沒有采用包丟失來判斷網(wǎng)絡(luò)可用帶寬，而改以RTT的改變來判斷，所以能較好地預(yù)測網(wǎng)絡(luò)帶寬使用情況，并且對小緩存(smallbuffer)的適應(yīng)性較強(qiáng)，其公平性、效率都較好。Vegas就是通過觀察以前的TCP連接中RTT值改變情況來控制擁塞窗口cwnd，如果發(fā)現(xiàn)RTT變大，Vegas就認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞，并開始減小cwnd。顯然,NewReno只需修改源端代碼。如果接近0，RTT對時(shí)延變化的反應(yīng)就非常靈敏。但TCP Reno算法仍有不足。所以快速重傳和恢復(fù)就是在源端收到3個(gè)或3個(gè)以上重復(fù)ACK時(shí)，就斷定數(shù)據(jù)包已經(jīng)丟失，重傳數(shù)據(jù)包，同時(shí)將ssthresh置為當(dāng)前cwnd的一半，而不必等到RTO超時(shí)。源端按cwnd大小發(fā)送數(shù)據(jù)，每收到一個(gè)ACK確認(rèn)，cwnd就增加一個(gè)數(shù)據(jù)包發(fā)送量。Floyd總結(jié)出擁塞崩潰主要包括以下幾種：傳統(tǒng)的崩潰、未傳送數(shù)據(jù)包導(dǎo)致的崩潰、由于數(shù)據(jù)包分段造成的崩潰、日益增長的控制信息流造成的崩潰等。經(jīng)過本次設(shè)計(jì)，要求設(shè)計(jì)者對TCP協(xié)議原理與設(shè)計(jì)以及網(wǎng)絡(luò)仿真有一個(gè)較為全面的了解，熟悉Linux環(huán)境下C++、Tcl/Tk程序設(shè)計(jì)開發(fā)過程和技巧。其一方面促進(jìn)了課題研究者對于TCP協(xié)議設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的深入理解，而另一方面也鍛煉了學(xué)習(xí)能力與創(chuàng)新能力，從而使得研究者具備了從事相關(guān)領(lǐng)域研究的理論知識與實(shí)踐才能。 phasedivided asymptote algorithm V基于網(wǎng)絡(luò)測量的TCP協(xié)議改進(jìn) 目錄目 錄緒 論 1第一章 TCP 擁塞控制機(jī)制 21．1 擁塞現(xiàn)象與控制 21．1．1 擁塞現(xiàn)象的產(chǎn)生 21．1．2 控制階段的劃分 31．2 國外相關(guān)工作 41．2．1 控制機(jī)制的發(fā)展：Tahoe到Reno 41．2．2 新改進(jìn)：NewReno、 SACK和Vegas 41．3 慢啟動(dòng)算法評估 61．3．1 面臨的困難和問題 61．3．2 算法缺陷分析 71．3．3 基于網(wǎng)絡(luò)測量的方向 7第二章 網(wǎng)絡(luò)測量方法與研究 82．1 網(wǎng)絡(luò)測量方法 82．1．1 測量方法對比 82．1．2 主動(dòng)測量方法 82．2帶寬測量的研究 92．2．1 算法基本原理 92．2．2 主要算法對比 102．3 主動(dòng)帶寬測量方案 112．3．1 鏈路帶寬測量 112．3．3 端到端的帶寬測量 12第三章 基于帶寬測量的TCP分段逼近算法 133．1問題分析 133．1．1 慢啟動(dòng)階段 133．1．2 解決思路 133．2 端到端測量的擁塞控制 143．2．1 端到端的原則 143．2．2 擁塞信號的處理 153．3 基于帶寬測量的TCP算法原理 153．3．1 計(jì)算公式 153．3．2 過濾器原理 163．4 基于帶寬測量的TCP擁塞控制過程 183．4．1 過程原理 183．4．2 偽代碼 183．5 TCP慢啟動(dòng)分段逼近改進(jìn)方案 193．5．1 方案原理 193．5．2 算法偽代碼 203．5．2 性能分析 213．6 帶增長因子的TCP慢啟動(dòng)分段逼近方案 213．6．1 方案原理 213．6．2 算法偽代碼 223．6．3 性能分析 22第四章 仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)與研究 234．1實(shí)驗(yàn)平臺介紹 234．1．1 平臺問題分析 234．1．2 NS2體系結(jié)構(gòu)和類層次 234．1．3 NS2模塊組成和使用 244．2 NS2擴(kuò)展模塊設(shè)計(jì) 274．2．1 類結(jié)構(gòu)層次圖 274．2．2 類屬性聲明與接口定義 284．3 模塊TCL接口實(shí)現(xiàn) 294．3．1構(gòu)造函數(shù)MultiPhaseTcpAgent( ) 294．3．2 類變量綁定函數(shù)delay_bind_dispatch( ) 304．4模塊關(guān)鍵算法流程 314．4．1 接收處理函數(shù)recv ( ) 314．4．2 擁塞控制窗口調(diào)節(jié)函數(shù)opencwnd ( ) 324．4．3 重復(fù)性ACK處理函數(shù)dupack_action ( ) 334．4．4 超時(shí)處理函數(shù)timeout ( ) 344．5 仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 354．5．1 拓?fù)鋱D 354．5．2 測試腳本 354．6 實(shí)驗(yàn)編譯調(diào)試 384．7 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 394．7．1擁塞窗口Cwnd 394．7．2 路由器隊(duì)列長度Queue length 40第五章 結(jié)論 415．1 回顧 415．2 總結(jié) 415．3 下一步工作 425．4 結(jié) 束 語 43致 謝 44參 考 文 獻(xiàn) 45基于網(wǎng)絡(luò)測量的TCP協(xié)議改進(jìn) 緒論緒 論 本課題來源于指導(dǎo)老師所進(jìn)行的TCP協(xié)議的優(yōu)化與改進(jìn)研究。首先，文中提到當(dāng)前使用的TCP版本Tahoe、Reno、Vegas其參數(shù)設(shè)置靈活性比較小，適應(yīng)能力比較低，本論文提出采用網(wǎng)絡(luò)測量技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)可用帶寬估計(jì)，利用帶寬值為擁塞控制提供參考，從而更好地適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)容量變化的要求；其次，文中提到TCP擁塞控制的慢啟動(dòng)機(jī)制中所采用的指數(shù)增長算法對于網(wǎng)絡(luò)流量具有較大的沖擊，會引起可用容量迅速枯竭，本論文提出采用分段逼近的慢啟動(dòng)算法，于是降低了突發(fā)性的洪峰信息量，避免了擁塞的頻繁發(fā)生；最后，文中提到的分段逼近的漸進(jìn)式增長規(guī)律在某些特殊場合，比如說Web頁面的Java Applet、Flas