流控制传输协议的性能分析与研究

论文摘要

SCTP（Stream Control Transmission Protocol）一开始是由IETF信令传输工作组（Sigtrans）为在IP网络上开发一个用于传输呼叫控制信令时提出的。但随着SCTP协议的深入研究与开发,它的某些特征（如多宿性和多流性）能满足更多其他应用程序的要求,SCTP不仅继承了TCP的很多成功机制,更弥补了TCP协议的许多不足之处,所以IETF将SCTP作为一般目的的传输层协议。SCTP作为新的传输层协议,还存在很多不足,本文旨在研究SCTP协议的多流特性、多宿特性的特点,从而提出优化方案,扩充其特性,使之在网络传输中更好的发挥作用。本文首先研究SCTP协议发展的背景和历史,然后简单介绍SCTP不同于以往传输层协议的新特征和分组格式,及关联建立和关闭,链路的管理等。着重研究SCTP多宿、多流特性。针对SCTP多宿特点中存在的缺陷提出性能改进方法。SCTP协议规定,在一个偶联活动期间仅仅支持一条激活路径进行数据传输,另外的路径仅仅是出于容错目的而作为备用路径。为了改进SCTP协议的这种缺陷,本文提出两个性能改进策略,方案一是在偶联建立时,选择数据传输性能最好的路径作为主传输路径,并且周期的通过选择传输性能最好的路径作为主传输路径来进行动态地切换,掘弃了一条基本路径永久不变的思想。进一步的性能改进方案是SCTP的负荷分担传输,在传输数据时,在SCTP建立的偶联中选择若干条传输性能高的链路来传输数据,提高系统的吞吐量和系统的健壮性。为了衡量每条链路的最大传输性能,方案中以链路的可用带宽为依据。为获得收敛性更好的可用带宽测试算法,本文分析传统测试可用带宽算法,以SLoPS（Self-Loading Periodic Streams）带宽测试原理为依据,设计一个可用带宽测试算法,包括三个子算法（界定带宽范围算法、接近带宽值算法和带宽变化趋势判定算法）,来获得链路可用带宽。最后利用NS仿真环境,修改NS中有关SCTP实现的C++代码,编写脚本,对论文提出的优化方案进行仿真,并处理实验数据。最后结果验证了修改后的SCTP在传输数据上减少数据丢包、提高传输时延、缩短拥塞过程的调整时间上获得极大性能。通过对SCTP多流特性的研究与性能改进策略必将对SCTP的理论研究以及应用具有一定推动作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 SCTP 的研究现状
• 1.2.1 SCTP 的主要研究方向
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.2.3 国外研究情况
• 1.3 课题的来源及研究内容
• 1.3.1 课题来源
• 1.3.2 课题的主要研究内容
• 第2章 SCTP 协议研究与优化分析
• 2.1 SCTP 协议概述
• 2.2 SCTP 的核心特性
• 2.2.1 多宿（Multi-Homing）
• 2.2.2 多流（Multi-Streaming）
• 2.2.3 Cookie 机制
• 2.3 功能结构
• 2.3.1 偶联的建立和断开
• 2.3.2 流内消息的顺序递交
• 2.3.3 用户数据分段与数据块捆绑
• 2.3.4 证实和避免拥塞
• 2.3.5 分组有效性
• 2.3.6 通路管理
• 2.3.7 SCTP 分组结构
• 2.4 偶联的启动和关闭
• 2.4.1 偶联的启动
• 2.4.2 偶联的关闭过程
• 2.5 数据发送和接收
• 2.5.1 发送
• 2.5.2 接收
• 2.5.3 心跳
• 2.6 SCTP 的缺陷及优化方案的引入
• 2.7 本章小结
• 第3章 网络仿真工具（NS）的研究与仿真配置
• 3.1 NS-2 的介绍
• 3.2 NS 工作原理
• 3.3 NS-2 的仿真过程
• 3.4 优化仿真设计
• 3.4.1 仿真实验软硬件平台
• 3.4.2 仿真网络
• 3.4.3 编写如下测试脚本
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于主路径动态切换的优化设计
• 4.1 网络性能测试
• 4.1.1 性能测试与带宽测试
• 4.1.2 可用带宽
• 4.2 可用带宽测试
• 4.2.1 直接测试
• 4.2.2 间接测试
• 4.2.3 SLoPS 测试原理
• 4.3 SLOPS 测试方法的改进
• 4.3.1 界定带宽范围算法
• 4.3.2 接近带宽值算法
• 4.3.3 带宽变化趋势判定算法
• 4.4 计算RTT 值
• 4.5 SCTP 协议的优化
• 4.5.1 优化方案设计
• 4.5.2 仿真设计
• 4.5.3 仿真结果分析
• 4.5.4 调整SCTP 的伪代码
• 4.6 本章小结
• 第5章 基于多流特性的进一步优化设计
• 5.1 引言
• 5.2 多路径传输的优化设计
• 5.3 多路径传输的重发机制的改进
• 5.4 仿真实验设计
• 5.5 仿真结果分析
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢