基于显示拥塞通告的TCP Vegas算法改进

论文摘要

以TCP/IP协议为基础的Internet自从九十年代以来,其网络规模、用户数量以及业务量都呈现爆炸式地增长,新型网络应用也不断涌现,网络参数动态变化。这些使得网络拥塞的状况愈加严重和复杂。拥塞容易造成传输时延和吞吐量等服务质量（QoS）性能指标下降,严重影响带宽、缓存等网络资源的利用率。因此有效地解决拥塞问题对于提高网络性能具有重要意义,如何更好地预防和控制拥塞一直是近年来国际上网络研究领域的热点问题。传统的TCP拥塞避免机制只有在检测到数据报丢失时,才会启动拥塞避免算法,这实际上是在网络已经存在拥塞的情况下采取的补救措施。而TCP Vegas是通过比较实际吞吐量和期望吞吐量之间的差值,来控制和避免拥塞。它使用拥塞窗口和数据报往返时间（RTT）的比值来估算链路上的数据量,并始终把数据量维持在下限（α）和上限（β）之间。通过合理的调节拥塞窗口,Vegas在避免网络拥塞的情况下,同时又能保持比较高的吞吐量。但在TCP Vegas连接和TCP Reno连接均存在的混合环境中,TCP Reno将持续增大拥塞窗口直到一个分组丢失被记录,指示发生拥塞。这会导致队列延迟的增加和TCP Vegas所测得的RTT增大,最终会导致TCP Vegas的拥塞窗口减小。这样,为了避免带宽的不公平分配,TCP Vegas的“侵略性”应该得到增强。本文论述了TCP Vegas和TCP Reno之间不兼容的问题,提出了改进的TCPVegas算法,基于仿真实验证实了新的算法很好地限制了TCP Reno不公平地占有TCP Vegas的带宽。主要研究内容如下：1.对TCP Vegas算法进行了深入研究,从理论上分析了其优缺点,并通过仿真实验验证了TCP Vegas算法在公平性上的优势,以及增加参数α和β的值,TCP Vegas能跟TCP Reno一样获得更大的吞吐量。2.深入地分析了混合网络环境下TCP Vegas的性能,进一步,基于显示拥塞通告（ECN）技术和随机早期探测（RED）算法,提出了TCP Vegas的一个改进算法,最后用NS-2模拟了这个改进的算法,模拟结果表明改进的算法很好地限制了TCP Reno不公平地占有TCP Vegas的带宽。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 网络产生拥塞的原因
• 1.2 拥塞控制算法的分类
• 1.2.1 源算法
• 1.2.2 链路算法
• 1.3 拥塞算法的评价标准
• 1.3.1 资源分配的公平性
• 1.3.2 资源分配的效率
• 1.4 本论文的章节安排
• 2 TCP/IP拥塞控制概述
• 2.1 基本机制
• 2.2 TCP拥塞控制几种较流行的版本
• 2.3 主动队列管理
• 2.3.1 主动队列管理算法的提出
• 2.3.2 主动队列管理算法的优势
• 2.3.3 RED
• 2.3.4 ECN
• 2.4 TCP连接的吞吐量模型
• 2.4.1 TCP连接的吞吐量模型
• 2.4.2 影响TCP连接吞吐量的因素
• 2.5 本章小结
• 3 TCP Vegas/Reno混存网络环境下的性能分析
• 3.1 TCP Vegas的简要回顾
• 3.2 拓扑结构以及数学模型符号的规定
• 3.3 慢启动阶段的分析模型
• 3.3.1 当拥塞时检测到TO的慢启动情形
• 3.3.2 当拥塞时检测到TD的慢启动情形
• 3.4 拥塞避免阶段的分析模型
• 3.4.1 带宽未占用完阶段
• 3.4.2 路由器中的缓存未用完阶段
• 3.4.3 TCP Vegas不再增加窗口阶段
• 3.4.4 拥塞避免结束阶段
• 3.5 本章小结
• 4 基于ECN的TCP Vegas算法改进
• 4.1 两个性能指标的分析
• 4.1.1 吞吐量
• 4.1.2 Jain公平指数
• 4.2 用RED Based on ECN改进TCP Vegas的公平性
• 4.3 仿真试验结果与分析
• 4.3.1 同质TCP流共享单个瓶颈链路
• 4.3.2 增加α和β改进TCP Vegas的公平性
• 4.3.3 TCP NVegas的公平性
• 4.4 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 研究展望
• 参考文献
• 附录 攻读学位期间的主要学术成果
• 致谢