【正文】 ②當(dāng)TC。該機(jī)制能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的改變自適應(yīng)的調(diào)整擁塞窗口的變化。并在此基礎(chǔ)上針對(duì)TCP在有線自身異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中進(jìn)行切換所存在的問(wèn)題提出了自己的解決方案。本文首先對(duì)目前的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)傳輸控制機(jī)制進(jìn)行了深入研究。這給傳統(tǒng)的TCP傳輸控制機(jī)制的實(shí)現(xiàn)及有效性帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。第五章 結(jié)論及未來(lái)的工作 結(jié)論目前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展呈現(xiàn)規(guī)模性、異構(gòu)性、動(dòng)態(tài)性的特點(diǎn)。在快速切換態(tài)時(shí)，SwitchTCP比Reno大約早4秒達(dá)到網(wǎng)絡(luò)最佳利用率。④與TCP Reno一起使用時(shí)，不僅可以與TCP之間實(shí)現(xiàn)資源的公平競(jìng)爭(zhēng)，還可以提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用率。并且調(diào)節(jié)擁塞控制方式。②系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，由于采用了雙重AIMD擁塞控制算法，使得數(shù)據(jù)發(fā)送速率波動(dòng)性小，擁塞次數(shù)少，資源利用率高。不需要改變TCP端到端的語(yǔ)義。 小結(jié)本章基于對(duì)TCP在有線自身異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下進(jìn)行切換所產(chǎn)生的問(wèn)題的分析，并結(jié)合現(xiàn)有TCP協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)，提出了一種基于帶寬估計(jì)和雙重AIMD算法的改進(jìn)的TCP擁塞控制機(jī)制。b、當(dāng)在Reno數(shù)據(jù)流中加入SwitchTCP數(shù)據(jù)流后，能緩解網(wǎng)絡(luò)的擁塞情況。從上述圖中可以看出：a、。其中擁塞窗口和瞬時(shí)吞吐量用符號(hào)CWND和Instant Throughput表示。實(shí)驗(yàn)?zāi)康目疾霻CP SwitchTCP與Reno之間的共存友好性。其中TCP1~TCP3采用TCP Reno協(xié)議。提高了網(wǎng)絡(luò)的利用率和減少了不必要的重傳。Reno每條數(shù)據(jù)流的丟包數(shù)為34packets。也就是上文中所說(shuō)的慢速切換暫態(tài)（從快速狀態(tài)切換到慢速狀態(tài)）。4）丟包數(shù)TCP協(xié)議連接類型丟包數(shù)（packets）SwitchTCPSwitchTCP14SwitchTCP23SwitchTCP35SwitchTCP43SwitchTCP56RenoTCP132TCP238TCP329TCP437TCP536。從整體來(lái)看，SwitchTCP數(shù)據(jù)流的重傳率要小于Reno數(shù)據(jù)流的重傳率。3）重傳率 Reno與SwitchTCP的重傳率TCP協(xié)議連接類型重傳率（10－4）SwitchTCPSwitchTCP1SwitchTCP2SwitchTCP3SwitchTCP4SwitchTCP5RenoTCP1TCP2TCP3TCP4TCP5。這是因?yàn)?，SwitchTCP在控制擁塞窗口采用的機(jī)制上不僅能將CWND維持在一個(gè)較高的水平，還能減少擁塞發(fā)生的次數(shù)。而Reno流的瞬時(shí)吞吐量的波動(dòng)較大。2）瞬時(shí)吞吐量 Reno瞬時(shí)吞吐量 SwitchTCP瞬時(shí)吞吐量。減少了擁塞發(fā)生的次數(shù)。各個(gè)SwitchTCP流之間不僅能維持較高的擁塞窗口，還能在相同通信量的情況下，SwitchTCP流比Reno流發(fā)生的擁塞要少。1）擁塞窗口 Reno擁塞窗口 SwitchTCP擁塞窗口。其中擁塞窗口和瞬時(shí)吞吐量用符號(hào)CWND和Instant Throughput表示。TCP1～TCP5為發(fā)送方，Sink1~Sink5為接受方。120秒時(shí)再次進(jìn)行切換到慢速網(wǎng)絡(luò)3，160秒時(shí)仿真結(jié)束。網(wǎng)絡(luò)中所有的TCP流在0～40秒時(shí)間由路由器經(jīng)慢速網(wǎng)絡(luò)1到達(dá)目的端。該拓?fù)涔灿?個(gè)TCP 連接。其中快速網(wǎng)絡(luò)的帶寬是慢速網(wǎng)絡(luò)帶寬的八倍。 仿真分析二拓?fù)?為多源端復(fù)雜有線自身異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。是上文中所說(shuō)的慢速切換暫態(tài)（從快速狀態(tài)切換到慢速狀態(tài)的一個(gè)短暫的過(guò)程）。④丟包數(shù) 切換到慢速網(wǎng)絡(luò)階段的丟包數(shù)TCP算法丟包數(shù)（個(gè)）SwitchTCP18Reno127。從表中可以看出，SwitchTCP流的重傳率要小于Reno流的重傳率。這證明SwitchTCP在TCP數(shù)據(jù)流發(fā)生切換時(shí)，可以快速有效的利用網(wǎng)絡(luò)資源。3）。從圖中可以看出，SwitchTCP流的瞬時(shí)吞吐量的波動(dòng)較小。2）。從中可以看出：1），SwitchTCP流的最高吞吐量約為10000Mbps，Reno流的最高吞吐量約為8200Mbps。SwitchTCP要比Reno降低速度要快。顯然，SwitchTCP流在網(wǎng)絡(luò)快速穩(wěn)態(tài)時(shí)的資源利用率要高于TCP Reno流。仿真中使用a＝9/17，b＝。SwitchTCP要比Reno約快4秒達(dá)到網(wǎng)絡(luò)有效利用資源狀態(tài)。能及時(shí)獲取網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息。2）當(dāng)數(shù)據(jù)流在切換到快速網(wǎng)絡(luò)時(shí)，SwitchTCP會(huì)根據(jù)當(dāng)前探測(cè)到的網(wǎng)絡(luò)可用帶寬估計(jì)到SwitchTCP流切換到了快速網(wǎng)絡(luò)。從上述圖中可以看出：1）處于慢速網(wǎng)絡(luò)中時(shí)，SwitchTCP采用了與Reno一樣的擁塞控制方式。其中擁塞窗口、平均吞吐量和瞬時(shí)吞吐量用符號(hào)CWND、Average Throughput和Instant Throughput表示。TCP為發(fā)送方，Sink為接受方。120秒時(shí)再次進(jìn)行切換到慢速網(wǎng)絡(luò)3，在120～160秒內(nèi)經(jīng)慢速網(wǎng)絡(luò)3到達(dá)目的端。TCP數(shù)據(jù)流在0～40秒時(shí)間由路由器經(jīng)慢速網(wǎng)絡(luò)1到達(dá)目的端。其中快速網(wǎng)絡(luò)的帶寬是慢速網(wǎng)絡(luò)帶寬的八倍。該拓?fù)淠M了有線自身異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。在多個(gè)仿真拓?fù)湎路治鯯witchTCP的性能。仿真中取值3/5。current_bwe為當(dāng)前時(shí)刻估計(jì)的帶寬值，before_bwe為前一個(gè)RTT時(shí)間前估計(jì)的可用帶寬。、：為特定值。在仿真中a＝9/17，b=。0網(wǎng)絡(luò)處于慢速穩(wěn)態(tài)。before_bwe_：前一個(gè)ACK信號(hào)到來(lái)時(shí)估計(jì)到的網(wǎng)絡(luò)可用帶寬。The 3rd dupACK：收到三個(gè)重復(fù)的ACK信號(hào)。①： SwitchTCP算法流程圖相關(guān)變量說(shuō)明如下：cwnd：擁塞窗口變化值。3）如果網(wǎng)絡(luò)處于快速網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)態(tài)，則按照AIMD（a，b）算法進(jìn)行擁塞控制；仿真中a＝9/17，b=。為當(dāng)前擁塞窗口乘以當(dāng)前可用帶寬與上次可用帶寬的比值。隨后按照AIMD（a，b）算法進(jìn)行擁塞控制；仿真中a＝9/17，b=?？刂拼胧┤缦拢?）如果網(wǎng)絡(luò)處于快速切換暫態(tài)，則將cwnd值設(shè)定到特定值。如果flag_==1，則網(wǎng)絡(luò)處于快速穩(wěn)態(tài)。3）如果非前兩種情況時(shí)，則判斷是網(wǎng)絡(luò)處于穩(wěn)定狀態(tài)狀態(tài)。2）如果當(dāng)前可用帶寬是前一個(gè)ACK信號(hào)到時(shí)估計(jì)的可用帶寬的倍時(shí)，SwitchTCP判斷切換進(jìn)慢速狀態(tài),網(wǎng)絡(luò)處于慢速切換暫態(tài)。②基于①中對(duì)當(dāng)前帶寬的估計(jì)值對(duì)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)進(jìn)行判斷，判斷方法為：1）如果當(dāng)前可用帶寬是前一個(gè)ACK信號(hào)到達(dá)時(shí)可用帶寬的倍時(shí)，SwitchTCP判斷切換進(jìn)快速網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，網(wǎng)絡(luò)處于快速切換暫態(tài)。 工作過(guò)程 SwitchTCP工作過(guò)程圖。③如果TCP流處于慢速網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)時(shí)，也就時(shí)慢速穩(wěn)態(tài)，其擁塞控制過(guò)程與Reno一樣。②如果TCP流剛好切換進(jìn)慢速網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，也就是慢速暫態(tài)時(shí)，迅速將擁塞窗口值降低到一個(gè)特定值。然后，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)情況進(jìn)行相應(yīng)的擁塞控制：①如果TCP流剛好切換進(jìn)快速網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，也就是快速暫態(tài)時(shí)，迅速將擁塞窗口值提高到一個(gè)特定值。算法思想為：首先，利用ABSE濾波機(jī)制，估計(jì)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前的可用帶寬。③在快速網(wǎng)絡(luò)中，TCP源端對(duì)于擁塞窗口的控制較為保守，不能有效利用網(wǎng)絡(luò)資源，從而降低TCP的性能。 基本思想針對(duì)TCP數(shù)據(jù)流在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行垂直切換時(shí)存在的問(wèn)題：①當(dāng)TCP流切換到快速網(wǎng)絡(luò)時(shí)，TCP源端無(wú)法感知這一變化不能有效利用網(wǎng)絡(luò)資源。從而提高TCP的性能。這樣既可以與AIMD（1，）擁塞控制相同的數(shù)據(jù)發(fā)送速率。調(diào)整a，b的值。定義擁塞周期T為相鄰兩次擁塞所經(jīng)歷的時(shí)間，用S和Ra，b分別表示一個(gè)擁塞周期內(nèi)所發(fā)送的分組總數(shù)和平均數(shù)據(jù)發(fā)送速率，則有： 式（） 式（） 式（） 式（）于是基于AIMD（1，）擁塞控制的平均數(shù)據(jù)發(fā)送速率為： 式（），a與b滿足下述關(guān)系式時(shí)，在相同擁塞周期T下，基于AIMD（a，b）擁塞控制與基于AIMD（1，）擁塞控制具有相同的平均數(shù)據(jù)發(fā)送速率。： 圖中cwnd為擁塞窗口。對(duì)于a，b值較小的基于AIMD（a，b）的擁塞控制，穩(wěn)態(tài)時(shí)其數(shù)據(jù)發(fā)送速率的波動(dòng)性較小，帶寬利用率較高，因?yàn)槠淦骄鶕砣翱谥导s為最大擁塞窗口值的（2b）/2倍。TCP Reno的主要優(yōu)點(diǎn)在于其良好的網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)響應(yīng)性，即在網(wǎng)絡(luò)未擁塞時(shí)能快速地使用網(wǎng)絡(luò)中的有用資源，在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞時(shí)能急劇地降低其數(shù)據(jù)發(fā)送速率，快速減輕網(wǎng)絡(luò)擁塞。TCP Reno采用的是一種反應(yīng)式的被動(dòng)擁塞控制模式，發(fā)送方只有在檢測(cè)出網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)才啟動(dòng)擁塞控制機(jī)制，即發(fā)送方在收到3個(gè)重復(fù)應(yīng)答后將擁塞窗口值減半，或在超時(shí)后把擁塞窗口值降為1。稱a，b分別為加性因子和乘性因子。 AIMD擁塞控制TCP是目前Internet中廣泛采用的傳輸層協(xié)議，現(xiàn)有90%以上的業(yè)務(wù)使用TCP為其提供傳輸服務(wù)。隨著增加，增加，結(jié)果使得濾波器更加平滑，增強(qiáng)了抗“噪聲”能力。 式（）RTT是平滑RTT估計(jì)值。較小的濾波系數(shù)會(huì)導(dǎo)致平滑的濾波器，抗干擾性強(qiáng)；較大的會(huì)導(dǎo)致高靈敏度的濾波器，抗干擾性弱； 式（）隨參數(shù)加大，變大濾波趨于平穩(wěn)，隨著增加到一確定點(diǎn)后，基本上保持不變，所以，為了提高估計(jì)的準(zhǔn)確度，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)不穩(wěn)定時(shí)，應(yīng)做調(diào)整以能快速對(duì)這種網(wǎng)絡(luò)持續(xù)的變化作出反應(yīng)，以保持濾波器的相對(duì)平穩(wěn)。當(dāng)實(shí)際吞吐量越大于期望吞吐量，說(shuō)明網(wǎng)絡(luò)擁塞程度越嚴(yán)重，因此需增大抽樣間隔以減輕噪聲的干擾以提高準(zhǔn)確度。ABSE另一個(gè)貢獻(xiàn)是能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)變化程度來(lái)調(diào)整濾波器參數(shù)，以使濾波器能更好的濾去網(wǎng)絡(luò)噪聲，下面就簡(jiǎn)單介紹上述兩個(gè)機(jī)制：①自適應(yīng)采樣為衡量網(wǎng)絡(luò)的擁塞程度，使用一個(gè)濾波器對(duì)當(dāng)前采樣的吞吐量進(jìn)行濾波估計(jì)，通過(guò)對(duì)估計(jì)值與當(dāng)前窗口大小的比較來(lái)確定當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的擁塞程度。ABSE中提出自適應(yīng)采樣思想。濾波計(jì)算式如下： 式（） 式（） 其中樣值為決定濾波增益的參數(shù)，它隨鏈路狀況變化而改變大小。ABSE具體原理如下：設(shè)為接收端接收到第k個(gè)ACK時(shí)的采樣時(shí)刻，為時(shí)間間隔，是帶寬采樣值， 即為在時(shí)刻對(duì)鏈路可用帶寬的估計(jì)值。ABSE（Adaptive Bandwidth Share Estimation）濾波機(jī)制。受到TCP Westwood算法中如何估計(jì)帶寬的啟發(fā)。 相關(guān)理論分析 ABSE濾波機(jī)制當(dāng)TCP在網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行切換時(shí)，特別是在快速和慢速網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行切換時(shí)，TCP只有正確的判斷出當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)，才能做出相應(yīng)的回應(yīng)，提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用率。②在快速網(wǎng)絡(luò)中時(shí)，控制擁塞窗口的變化方面較為被動(dòng)，不能充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，從而降低TCP的性能。①當(dāng)網(wǎng)絡(luò)切換到快速網(wǎng)絡(luò)時(shí)，TCP無(wú)法探測(cè)到網(wǎng)絡(luò)的這一變化，不能做出積極的響應(yīng)。TCP協(xié)議提供的是面向連接、可靠有序的服務(wù)。例如，高速連接+光纖網(wǎng)絡(luò)被廣泛地嵌入到互聯(lián)網(wǎng)中，作為骨干網(wǎng)提供高速、可靠的連接服務(wù)。由于互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)多樣性的增加，異構(gòu)性的不斷突出。而同時(shí)TCP已成為Internet中事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。而終端用戶更是對(duì)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定、可靠、有效等性能提出了更高的要求。仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了此機(jī)制在垂直切換下的有效性。 第四章 基于帶寬估計(jì)和雙重AIMD算法的改進(jìn)TCP機(jī)制SwitchTCP TCP/IP已成為事實(shí)上的Internet標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，如何保證TCP在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的有效應(yīng)用變得十分必要和具有現(xiàn)實(shí)意義。②在快速網(wǎng)絡(luò)中時(shí)，控制擁塞窗口的變化方面較為被動(dòng)，不能充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，從而降低TCP的性能。但存在問(wèn)題為：①當(dāng)網(wǎng)絡(luò)切換到快速網(wǎng)絡(luò)時(shí)，TCP無(wú)法探測(cè)到網(wǎng)絡(luò)的這一變化，不能做出積極的響應(yīng)。在評(píng)價(jià)的方案中，TCP Newreno和TCP Reno的性能較好。在本文的仿真試驗(yàn)中，作者模擬了有線自身異構(gòu)環(huán)境用于考察現(xiàn)存的TCP協(xié)議及其改進(jìn)算法的性能。 小結(jié)在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，不同網(wǎng)絡(luò)在傳輸帶寬上存在差異。②平均吞吐量 Reno平均吞吐量 Newreno平均吞吐量 SACK平均吞吐量 FACK平均吞吐量 Vegas平均吞吐量~。3）Vegas算法在有多個(gè)數(shù)據(jù)流進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)資源競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，會(huì)發(fā)生對(duì)網(wǎng)絡(luò)有效資源估計(jì)不準(zhǔn)確，而導(dǎo)致多個(gè)TCP流之間不能友好共存。盡力避免可能引起的多個(gè)重傳超時(shí)，利用優(yōu)先的信息基本解決了同一個(gè)窗口中多個(gè)數(shù)據(jù)包丟失的問(wèn)題。從上面幾個(gè)圖可以看出：1）在有多個(gè)TCP數(shù)據(jù)流對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，Newreno擁塞窗口的變化較為理想，在競(jìng)爭(zhēng)時(shí)也能較為友好的與其他TCP流共享網(wǎng)絡(luò)資源。其中擁塞窗口、平均吞吐量用符號(hào)CWND和Average Throughput表示。實(shí)驗(yàn)?zāi)康臑椋寒?dāng)存在多個(gè)源端時(shí)，考察TCP協(xié)議的性能。在40秒時(shí)進(jìn)行垂直切換，40～80秒內(nèi)由路由器經(jīng)快速網(wǎng)絡(luò)2到達(dá)目的端。每個(gè)TCP連接從0時(shí)刻開(kāi)始，仿真時(shí)間是120秒。網(wǎng)絡(luò)1和網(wǎng)絡(luò)3為慢速網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)2為快速網(wǎng)絡(luò)。該拓?fù)溆陕倬W(wǎng)絡(luò)和快速網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)而成。然而Reno、Newreno、Vegas算法在切換到快速網(wǎng)絡(luò)時(shí)，仍然存在不能充分利用帶寬的問(wèn)題。當(dāng)探測(cè)到網(wǎng)絡(luò)帶寬有變化時(shí)就重新設(shè)定擁塞窗口變量。而Reno、Newreno算法能在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞時(shí)放慢擁塞窗口的增長(zhǎng)速度。整體上來(lái)說(shuō)Reno、Newreno、Vegas的吞吐量要比SACK、FACK的高。從而大大的浪費(fèi)了網(wǎng)絡(luò)的帶寬