基于ADSL网络的TCP性能优化

论文摘要

Internet的快速发展已经为面向家庭和公司的数据传输服务提供了广阔的市场发展空间。为了满足快速增长的市场需求,针对宽带接入技术的各种研究也开始逐步为人们所关注。ADSL（Asymmetric Digital Subscriber Line-非对称式数字用户线路）作为一种高速的数据传输技术,主要以铜质电话线为主要传输媒质,已经越来越广泛的应用于各类中小型企业以及家庭中。论文中,我们以ADSL网络作为主要研究对象,重点分析了网络非对称性对端到端TCP性能的影响,并提出了SDA（Selective Drop Ack-选择性丢弃Ack）算法屏蔽了ADSL网络由于非对称结构而引起的性能降级,有效提高了ADSL下行带宽的传输速率。这里的非对称性主要是指该网络技术在上行和下行两个方向上进行数据传输的速率不一致,也就是带宽的不对称性（bandwidth asymmetric）。除此以外,这种不对称的概念还可以扩展到其他方面,比如网络延迟、媒体访问以及数据包错误率（PER-PAcket Error Rate）等等。非对称网络的性能降级从根本上讲是由于TCP协议的特性造成的。即:TCP通过接收反向通道发送的Ack（cumulative Acknowledgments）来确保其可靠性。另外由于TCP采用Ack-clocked[14] 的机制,主要以定时到达的ACK来维持和确保发送端发送数据的频率和数量,因此反向通道中的任何干扰都可能削弱前向通道的网络传输性能。论文重点讨论的TCP Asymmetric主要是指网络带宽的不对称性。论文中首先总结介绍了针对该问题提出的各种改进算法,同时比较了这些算法的异同以及优缺点。之后通过引入了AMP[2] 操作模型定量地描述了TCP协议本身对非对称网络的传输性能所造成的影响。根据该模型我们提出了SDA（Selective Drop Ack）算法,即:通过有效压制Ack在反向通道的流量提高前向通道的传输性能,同时为了防止由于Ack的过度压制而引起TCP数据猝发,系统中定义了乘法因子AckMax（即:每个Ack最多可对应的数据包个数）作为Ack的压制上限,以保证TCP数据的正常传输。论文结合实际的网络系统（基于VxWorks的测试开发板）和网络仿真工具（Opnet黍基于ADSL网络的TCP性能优化Modeler）,通过构建不同的网络环境,加载不同的工作量定性定量描述了不对称网络所带来的各种问题。然后基于所得出的理论和各种测试结果提出了缓解这些问题的SDA算法,在仿真模型和实际系统中得到的各种测试数据充分表明SDA算法在提高ADSL网络传输性能方面的作用。关键字:ADSL,TCP/工P,ACK,非对称网络,网络仿真,传输性能浙江大学硕士研究生学位论文指导老师:李善平

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1. 研究目的
• 1.2. 论文工作
• 第2章 研究背景以及相关工作
• 2.1. TCP
• 2.1.1. TCP的累计确认协议（Cumulative Acknowledgments）
• 2.1.2. 拥塞避免和控制
• 2.1.3. 拥塞避免算法
• 2.2. VxWorks开发环境
• 2.2.1. Tornado开发工具
• 2.2.2. 实时操作系统VxWlorks
• 2.3. ADSL网络的基本架构和发展现状
• 2.3.1. ADSL网络结构的发展与演变
• 2.3.2. ADSL网络的主要特点
• 2.3.3. ADSL网络的发展现状
• 2.4. ADSL的网络传输性能
• 2.5. 相关工作
• 第3章 SELECTIVE DROP ACK（选择性丢弃ACK）算法
• 3.1. 基本思想
• 3.2. 实现原理
• 第4章 AMP模型以及网络仿真方法论
• 4.1. AMP模型
• 4.2. 试验网络
• 4.3. 网络仿真工具
• 4.3.1. NS（Network Simulator（v2） ）
• 4.3.2. Opnet Modeler
• 第5章 基准模型的建立与测试
• 5.1. 标准化非对称因子（k）对网络传输性能的影响
• 5.1.1. 单向数据传输（单数据流）
• 5.1.2. 双向传输（多数据流）
• 5.1.3. 单向传输（多数据流）
• 5.2. 数据包大小对于网络传输性能的影响
• 第6章 基于SDA算法的建模仿真与测试
• 6.1. 网络拓扑结构
• 6.2. SDA算法模型的测试结果
• 6.2.1. 单向传输
• 6.2.2. 双向传输
• 6.3. 总结
• 第7章 基于VXWORKS的SDA（SELECTIVE DROP ACK）算法的实现
• 7.1. 基于VxWorks的SDA算法实现
• 7.1.1. 开发环境
• 7.1.2. 数据结构&定义
• 7.1.3. 内核以及网络配置
• 7.2. 模拟TCP Asymmetric传输环境
• 7.3. 运行SDA算法的系统结构
• 7.4. 性能评估
• 7.4.1. 测试工具-Netperf
• 7.4.2. 测试结果
• 第8章 工作总结与未来展望
• 参考文献
• 相关图表
• 相关图列表
• 相关数据表表列表
• 附录 缩写名字索引表
• 致谢