【正文】 ，降低了TCP的性能。3）Vegas算法雖然采用了是基于回路響應(yīng)延時(shí)RTT估計(jì)的思想，在無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下性能優(yōu)于Reno。導(dǎo)致TCP性能的下降。2）SACK和FACK算法擁塞窗口的變化波動(dòng)較大，擁塞窗口經(jīng)常進(jìn)入到不必要的慢啟動(dòng)階段。從上述圖中可以看出：1）Reno與Newreno的窗口變化較為平穩(wěn)，并且在慢速和快速網(wǎng)絡(luò)中都能較好的利用網(wǎng)絡(luò)，沒有出現(xiàn)擁塞窗口較大的波動(dòng)。其中擁塞窗口和平均吞吐量用符號CWND和Average Throughput表示。仿真實(shí)驗(yàn)中，分別考察Reno、Newreno、SACK、FACK、Vegas算法在拓?fù)?中的性能。80秒時(shí)再次進(jìn)行切換到慢速網(wǎng)絡(luò)3，在80～120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。使其能更好的適應(yīng)于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，提高TCP的性能。綜合分析現(xiàn)存的TCP及其改進(jìn)方案在應(yīng)用中的優(yōu)點(diǎn)和缺陷。所選算法為：TCP Reno、TCP Newreno、TCP SACK、TCP FACK、Vegas。針對異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中垂直切換下的TCP性能增強(qiáng)技術(shù)研究較少。目前有關(guān)于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的TCP改進(jìn)方案大部分都是針對有線/無線的異構(gòu)環(huán)境。而ACK的延遲或丟失（常發(fā)生在非對稱鏈路中），最大窗口尺寸過大（常發(fā)生在BDP值較大的鏈路上）等因素極易造成數(shù)據(jù)量的突發(fā)，致使路由器緩沖區(qū)過早溢出，大大降低了網(wǎng)絡(luò)吞吐量。在現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)中，大部分路由器的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)容量都是有限的。③數(shù)據(jù)突發(fā)問題仍需關(guān)注。這就要考慮可操作性和系統(tǒng)開銷等一系列問題，因此要徹底解決這一難題還需要進(jìn)一步的工作。所以，針對不同的Internet應(yīng)用如何在多種鏈路間公平地分配有限的網(wǎng)絡(luò)資源顯得尤為重要。②TCP/IP協(xié)議中的公平性問題還未完全解決。但這類算法與廣泛應(yīng)用的基于窗口的擁塞控制機(jī)制共享時(shí)，容易引起公平性問題。在基于速率的控制策略中，源端發(fā)送數(shù)據(jù)的速率受丟包率，延遲，鏈路帶寬參數(shù)的影響，減少了數(shù)據(jù)發(fā)送的突發(fā)性和數(shù)據(jù)量的震蕩性，從而達(dá)到減少擁塞的目的。通過對上述TCP改進(jìn)算法的討論，作者認(rèn)為在如下方面還可以做進(jìn)一步的研究：①采用基于速率的擁塞控制機(jī)制。 TCP技術(shù)研究動(dòng)向隨著移動(dòng)通信技術(shù)和無線接入技術(shù)的發(fā)展，Internet呈現(xiàn)出異構(gòu)化的趨勢，這給傳統(tǒng)的TCP傳輸控制機(jī)制的實(shí)現(xiàn)及其有效性帶來了新的挑戰(zhàn)。這樣，TCP Decoupling策略將數(shù)據(jù)的發(fā)送與報(bào)頭的發(fā)送獨(dú)立開來，只有報(bào)頭的傳送受TCP擁塞控制策略的制約，而數(shù)據(jù)流免受TCP擁塞控制機(jī)制的影響。其主要思想是：實(shí)現(xiàn)差錯(cuò)控制與擁塞控制的分離，讓二者獨(dú)立操作。WTCP算法隱藏了基站實(shí)現(xiàn)本地重傳的時(shí)間，所以不影響源端RTT的估計(jì)值，是一種性能較好的無線TCP。②WTCP[40]是一種基于速率的擁塞控制機(jī)制，目的端監(jiān)測收到的數(shù)據(jù)包，根據(jù)包之間的延遲時(shí)間推斷連接當(dāng)前的傳輸速率，進(jìn)而決定源端發(fā)送速率的增減，達(dá)到擁塞控制的目的。推遲重發(fā)確認(rèn)法適用于解決無線鏈路傳輸錯(cuò)誤引起的丟包。當(dāng)數(shù)據(jù)包丟失或失序，目的端需向源端發(fā)送重復(fù)ACK時(shí)，目的端延遲重復(fù)ACK的發(fā)送，這時(shí)源端因?yàn)槭詹坏饺齻€(gè)重復(fù)的 ACK而避免了TCP重傳。推遲重發(fā)確認(rèn)法不必檢查TCP頭部而只對鏈路層進(jìn)行修改，該方法是“TCP無意識（unaware）”的。目前實(shí)現(xiàn)的技術(shù)有:在中間節(jié)點(diǎn)基站處使用“軟”狀態(tài)代理（agent ），使TCP連接保持了端到端傳輸?shù)幕菊Z義；利用其它協(xié)議層反饋丟包信息，使處理措施更有針對性且更有效，從而提高了TCP的性能。該類方法通常利用鏈路層或網(wǎng)絡(luò)層反饋來的信息，由TCP分析數(shù)據(jù)丟失的原因并決定采取何種措施處理丟包。然而，F(xiàn)EC也有明顯的缺點(diǎn):當(dāng)鏈路處于良好狀態(tài)時(shí)，冗余信息毫無用處，而且，計(jì)算這些多余的信息給網(wǎng)絡(luò)帶來不必要的時(shí)延。ARQ方法在出錯(cuò)率較低的鏈路中效果良好，當(dāng)用于出錯(cuò)率較高的鏈路中時(shí)，會(huì)引起數(shù)據(jù)包的大量重傳，從而引起網(wǎng)絡(luò)擁塞。在無線鏈路為數(shù)據(jù)傳輸中的最后一跳時(shí)，TCP_Aware ARQ協(xié)議效果良好。為了減少鏈路層重傳與傳輸層重傳之間的干擾，實(shí)現(xiàn)二者的緊密配合，可采用替代的TCP_Aware ARQ[37]協(xié)議：鏈路層在路由器處抑制來自傳輸層的重復(fù)ACK，阻止他們到達(dá)源端，從而防止源端啟動(dòng)擁塞避免算法。①ARQ方法和TCP_Aware ARQ協(xié)議傳統(tǒng)的ARQ適于傳輸要求高可靠性的數(shù)據(jù)[33]，但有時(shí)會(huì)妨礙TCP的性能。所以數(shù)據(jù)鏈路層通常能比其上各層更早地感知丟包，并能更快地做出反應(yīng)。這種不兼容性限制了Vegas的應(yīng)用。它增加擁塞窗口直到發(fā)現(xiàn)丟包。③Vegas采用了主動(dòng)的擁塞避免機(jī)制，在實(shí)際丟包以前減小擁塞窗口。既然Vegas使用BaseRTT作為路徑傳輸延時(shí)的估計(jì)，它的性能會(huì)受BaseRTT精確度的影響。變更路徑可能導(dǎo)致固定延時(shí)的變化，進(jìn)而導(dǎo)致吞吐量退化。但回想在Vegas中，BaseRTT是最小的回路響應(yīng)延時(shí)。由于Vegas是基于回路響應(yīng)延時(shí)RTT估計(jì)的，它比基于丟包探測的Reno擁塞控制性能優(yōu)越[2326]。Vegas算法采用了一種獨(dú)特的擁塞避免機(jī)制。基于D_SACK的擁塞控制機(jī)制還在進(jìn)一步的研究中。對于不必要的重傳（如數(shù)據(jù)包亂序、ACK丟失、計(jì)時(shí)器不必要超時(shí)引起的重傳等），源端可以“撤銷(undoing )”擁塞窗口減半等控制措施，因而避免了帶寬的浪費(fèi)和一連串的重傳操作。當(dāng)目的端收到了重復(fù)的數(shù)據(jù)包，SACK選項(xiàng)的第一個(gè)數(shù)據(jù)塊就作為D_SACK塊，用于報(bào)告目的端最近收到的序列號連續(xù)的重復(fù)數(shù)據(jù)塊。由于該算法保持了對傳輸中數(shù)據(jù)量的準(zhǔn)確估計(jì)，所以在數(shù)據(jù)恢復(fù)階段能夠更好地實(shí)施擁塞控制，保持了TCP自計(jì)時(shí)，減少了突發(fā)數(shù)據(jù)的產(chǎn)生。③TCP FACK1996年M. Mathis等提出了FACK算法[31]，該算法將擁塞控制（決定何時(shí)發(fā)，發(fā)送多少數(shù)據(jù)）從數(shù)據(jù)恢復(fù)算法（決定發(fā)送什么數(shù)據(jù)）中分離出來。這樣，源端得以知道哪些數(shù)據(jù)已正確接收或正在接收緩沖區(qū)中排隊(duì)，從而有選擇地重傳確實(shí)丟失的數(shù)據(jù)包，實(shí)現(xiàn)在一個(gè)RTT內(nèi)選擇重傳多個(gè)丟失的數(shù)據(jù)包，提高了TCP的性能，它是目前公認(rèn)的最好的ACK反饋機(jī)制之一。在連接創(chuàng)建階段，源端和目的端進(jìn)行“協(xié)商”，以確定本次連接是否可用SACK選項(xiàng)。2）Reno和Newreno都只能在每個(gè)RTT時(shí)間內(nèi)恢復(fù)一個(gè)丟失的數(shù)據(jù)包，恢復(fù)速度較慢。但是，該算法仍然存在以下缺點(diǎn)：1）Newreno算法利用ACK估計(jì)網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包數(shù)。在“快速恢復(fù)”算法中，發(fā)送方收到一個(gè)不重復(fù)的應(yīng)答后就退出“快速恢復(fù)”狀態(tài)，而在Newreno中，只有當(dāng)所有報(bào)文都被應(yīng)答后才退出“快速恢復(fù)”狀態(tài)。Newreno對Reno中“快速恢復(fù)/快速重傳”算法進(jìn)行了補(bǔ)充。在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，許多方案就采用直接修改TCP協(xié)議的方法，使之更好地應(yīng)用于復(fù)雜的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下。因此許多TCP傳輸控制機(jī)制是為這種盡力投遞的IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的，基于IP的網(wǎng)絡(luò)不提供任何路由機(jī)制來支持這些TCP機(jī)制。它們大都針對有線/無線的異構(gòu)環(huán)境，尚未探討垂直切換問題。本章分析和比較了具有代表性的各種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)傳輸控制機(jī)制，最后提出了進(jìn)一步的研究方向。④由于動(dòng)態(tài)特性的不穩(wěn)定而引起的劇烈抖動(dòng)只能通過精確估計(jì)報(bào)文丟棄概率以及對流的動(dòng)態(tài)特性的穩(wěn)定設(shè)計(jì)才能解決。②維持一個(gè)大的平均擁塞窗口需要一個(gè)極小的均衡丟棄概率，這在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中很難做到。 Reno擁塞窗口變化示意圖。新算法避免了網(wǎng)絡(luò)擁塞不夠嚴(yán)重時(shí)采用“慢啟動(dòng)”算法而造成過大地減小發(fā)送窗口尺寸的問題，從而避免了在快速重傳之后通道為空的現(xiàn)象。Reno在Tahoe的基礎(chǔ)上增加了“快速恢復(fù)”（Fast Recovery）算法，在快速恢復(fù)階段，當(dāng)“舊”的數(shù)據(jù)包離開網(wǎng)絡(luò)后，才能發(fā)送“新”的數(shù)據(jù)包進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)，即同一時(shí)刻在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包數(shù)量是恒定的。 Tahoe擁塞窗口變化示意圖。其特點(diǎn)是，在正常情況下，通過重傳計(jì)時(shí)器是否超時(shí)和是否收到重復(fù)確認(rèn)信息這兩種丟包監(jiān)測機(jī)制來判斷是否發(fā)生丟包，以啟動(dòng)擁塞控制。Jacobson觀察到，TCP報(bào)文段丟失有兩種原因，其一是報(bào)文段損壞，其二是網(wǎng)絡(luò)擁塞，而當(dāng)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)主要是有線網(wǎng)絡(luò)，不易出現(xiàn)報(bào)文段損壞的情況，網(wǎng)絡(luò)擁塞為報(bào)文段丟失的主要原因。當(dāng)丟包時(shí)，TCP減小擁塞窗口，并且重傳被丟失的分組。Tahoe是針對最初的TCP協(xié)議中沒有擁塞控制機(jī)制的問題而提出來的，目的是在保持良好的用戶通信吞吐量的同時(shí)，控制網(wǎng)絡(luò)的擁塞。 快速重傳與快速恢復(fù)： 快速重傳和快速恢復(fù)算法描述迄今為止，TCP出現(xiàn)了很多版本，下面介紹主要的TCP版本和其所采用的擁塞控制。③當(dāng)確認(rèn)新報(bào)文段的下一個(gè)ACK（即丟失報(bào)文段及其后各報(bào)文段的積累確認(rèn)）到達(dá)時(shí)，設(shè)置。給加3的理由是考慮進(jìn)了已經(jīng)離開網(wǎng)絡(luò)并且對端已經(jīng)緩存起來的報(bào)文段個(gè)數(shù)。因此，TCP實(shí)體采取快速恢復(fù)算法。因此，應(yīng)該被立即重傳，而不是等著超時(shí)才重傳。為了確信碰到的是情形②，而不是情形①， TCP發(fā)送方要等待收到同一報(bào)文段的3個(gè)重復(fù)ACK。在情形①，這個(gè)報(bào)文段最后確實(shí)到達(dá)了，因此TCP不應(yīng)該重傳它。當(dāng)空隙填充之后，TCP就對所有迄今為止按序收到的報(bào)文段發(fā)送一個(gè)積累ACK。快速重傳利用TCP中的下列規(guī)則：如果一個(gè)TCP實(shí)體收到一個(gè)失序報(bào)文段，它必須立即發(fā)出一個(gè)對于最后一個(gè)收到的按序報(bào)文段的ACK。 慢啟動(dòng)與擁塞避免： 慢啟動(dòng)和擁塞避免算法 快速重傳（Fast Retransmit）發(fā)送TCP實(shí)體用來確定什么時(shí)候?qū)σ粋€(gè)報(bào)文段進(jìn)行重傳的重傳定時(shí)器（RTO）通常比該報(bào)文段ACK到達(dá)發(fā)送方所花的實(shí)際往返時(shí)延（RTT）要長許多。③時(shí)，則每一個(gè)往返時(shí)間對加1。②設(shè)置并執(zhí)行慢啟動(dòng)過程直到。Jacobson提出開始使用慢啟動(dòng)然后采用擁塞避免，即讓線性增長，這一過程為擁塞避免階段。換一種說法即是一旦擁塞發(fā)生了，要將擁塞清除掉可能需花很長時(shí)間。這似乎是一種合理的保守的方法，但實(shí)際上它還不夠保守。這是發(fā)生擁塞的信號，擁塞的嚴(yán)重程度并不清楚。在出現(xiàn)擁塞時(shí)上述同一種技術(shù)是否有用？具體地，設(shè)想一個(gè)TCP實(shí)體發(fā)起一個(gè)連接并經(jīng)過慢啟動(dòng)過程。 擁塞避免（Congestion Avoidance）慢啟動(dòng)算法在初始化連接時(shí)很有效。實(shí)際上，慢啟動(dòng)機(jī)制探測互聯(lián)網(wǎng)以確保它不會(huì)把太多報(bào)文段發(fā)送進(jìn)一個(gè)已經(jīng)擁塞的環(huán)境。每收到一個(gè)確認(rèn)，的值就被加1，一直到某個(gè)最大值為止。一條連接建立的時(shí)候，TCP實(shí)體初始化。TCP在啟動(dòng)階段或在擁塞時(shí)為減小流量而使用的窗口；為最近一個(gè)確認(rèn)所許可的未被使用的信用量，單位是報(bào)文段。在任意時(shí)刻，TCP傳輸受限于下列關(guān)系式： 式（）其中為允許窗口，單位是報(bào)文段。Jacobson推薦了一種稱為慢啟動(dòng)的規(guī)程。正常情況下，TCP的自同步特性會(huì)為TCP確定適當(dāng)?shù)乃俾?。TCP擁寒控制主要涉及慢啟動(dòng)、擁塞避免、快速重傳、快速恢復(fù)[17][18]。最終擁塞只能通過將進(jìn)入互連網(wǎng)的數(shù)據(jù)總量限制為互連網(wǎng)可以承載的量的方法控制。類似地，互連網(wǎng)選路算法可以將負(fù)載分布到路由器和網(wǎng)絡(luò)上來緩解擁塞。網(wǎng)絡(luò)擁塞會(huì)對端系統(tǒng)造成明顯的問題：網(wǎng)絡(luò)可用性及吞吐率下降，響應(yīng)時(shí)間拉長。中間路由器緩存到來的分組，處理它們，并予以轉(zhuǎn)發(fā)。研究TCP層的擁塞控制能提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用率從而避免網(wǎng)絡(luò)的崩潰，同時(shí)也是為了適應(yīng)Internet規(guī)模不斷擴(kuò)大的要求。TCP擁塞控制是Internet得以健壯運(yùn)行的關(guān)鍵。在通信過程中，接收端可以根據(jù)自己的資源情況隨機(jī)、動(dòng)態(tài)地調(diào)整發(fā)送窗口的大小。⑥提供流量控制與擁塞控制TCP協(xié)議采用了大小可以變化的滑動(dòng)窗口方法進(jìn)行流量控制。在傳輸連接建立階段，防止出現(xiàn)因“失效的連接請求數(shù)據(jù)報(bào)”而造成連接錯(cuò)誤。對數(shù)據(jù)流的解釋由雙方的應(yīng)用程序處理。TCP對數(shù)據(jù)流的內(nèi)容不作任何解釋。④支持流傳輸TCP協(xié)議提供一個(gè)流接口（stream interface），應(yīng)用進(jìn)程可以利用它發(fā)送連續(xù)的數(shù)據(jù)流。發(fā)送緩存用來存儲(chǔ)進(jìn)程準(zhǔn)備發(fā)送的數(shù)據(jù)。在兩個(gè)應(yīng)用進(jìn)程傳輸連接建立之后，客戶與服務(wù)器進(jìn)程可以同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)流。TCP協(xié)議通過確認(rèn)與重傳來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠傳輸。一旦連接建立之后，兩個(gè)進(jìn)程就可以在該連接上發(fā)送和接收數(shù)據(jù)流。TCP有以下特點(diǎn)：①面向連接服務(wù)面向連接的傳輸服務(wù)對保證數(shù)據(jù)流傳輸?shù)目煽啃允鞘种匾摹砣刂剖谴_保因特網(wǎng)魯棒性(robustness)的關(guān)鍵因素，因此成為當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)研究的一個(gè)熱點(diǎn)問題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，因特網(wǎng)上95%的數(shù)據(jù)流使用的是TCP協(xié)議。第五章總結(jié)了本文所做工作，并探討了進(jìn)一步的研究方向。該機(jī)制能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)適應(yīng)性的調(diào)節(jié)擁塞窗口的變化。在此基礎(chǔ)上提出了進(jìn)一步的研究方向。接著討論了該領(lǐng)域的研究工作中存在的關(guān)鍵問題及其取得的研究成果。第三章著重研究了異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)傳輸控制中的幾個(gè)關(guān)鍵問題以及相應(yīng)的解決方案。第二章概述了傳輸控制協(xié)議TCP，著重分析了TCP擁塞控制機(jī)制的四種算法：慢啟動(dòng)、擁塞避免、快速重傳和快速恢復(fù)。試驗(yàn)結(jié)果表明，本文提出的算法能夠較好地提高網(wǎng)絡(luò)性能，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。如在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下TCP切換性能改進(jìn)設(shè)計(jì)方面，本文的研究路線為：首先給出算法設(shè)計(jì)思想和具體實(shí)現(xiàn)，然后通過仿真評估確定算法設(shè)計(jì)的有效性。不利于充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，提高資源利用率。②在控制擁塞窗口的變化方面較為保守，在擁塞窗口的控制上面不能自適應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)的變化。TCP不能自適應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)的變化。這就使得當(dāng)TCP數(shù)據(jù)流垂直切換到快速網(wǎng)絡(luò)時(shí)，TCP如按照原有的TCP擁塞控制方式進(jìn)行擁塞控制，勢必會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)可用帶寬的大量浪費(fèi)，從而降低TCP的性能。所以當(dāng)數(shù)據(jù)流從慢速網(wǎng)絡(luò)垂直切換到快速網(wǎng)絡(luò)時(shí)，TCP源端無法得知這一信息。隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，因特網(wǎng)異構(gòu)性不斷加強(qiáng)。如將其使用在單一有線網(wǎng)絡(luò)中時(shí)，可以獲得很好的性能。這種復(fù)雜性經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致TCP的性能下降。當(dāng)多個(gè)不同特質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)融合在一起時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)無法預(yù)知的交互作用。⑤往返時(shí)延以及時(shí)延的波動(dòng)較大。最小化的能量消耗能夠減少電池重量和延長更換時(shí)間，從而提高便攜性。對無線網(wǎng)絡(luò)而言，移動(dòng)設(shè)備（如便攜式電腦）的能量消耗是一個(gè)非常重要的問題。④能源消耗。③終端的移動(dòng)性。在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，不同網(wǎng)絡(luò)在物理鏈路質(zhì)量上存在差異，有的鏈路質(zhì)量很好，有的鏈路質(zhì)量會(huì)較差，如有線鏈路中因鏈路差錯(cuò)引起的數(shù)據(jù)丟失非常少，而在無線網(wǎng)絡(luò)中鏈路差錯(cuò)引起的數(shù)據(jù)丟就極為普遍。譬