TCP协议拥塞控制研究

北京交通大学毕业设计论文1目录第1章绪论........................................................................................................21.1TCP拥塞控制的意义.............................................................................21.1.1网络的拥塞...................................................................................21.1.2QOS的需求..................................................................................31.1.3网络的拥塞控制...........................................................................31.2本文任务................................................................................................41.3本文的章节安排....................................................................................5第2章TCP的四个版本....................................................................................62.1TCP的拥塞控制.....................................................................................62.1.1TCP的滑动窗口机制...................................................................62.1.2慢启动（slowstart）...................................................................72.1.3拥塞避免(congestionavoidance).................................................82.1.4快速重传与恢复(fastretransmissionandrecover)......................82.2TCPTahoe...............................................................................................92.3TCPReno..............................................................................................102.4TCPNewReno.......................................................................................112.5TCPSACK.............................................................................................11第3章仿真平台搭建......................................................................................143.1linux操作系统安装..............................................................................143.2网络仿真软件.......................................................................................153.3OSshell.................................................................................................16第4章仿真实验..............................................................................................184.1主程序分析..........................................................................................184.2收集数据..............................................................................................214.3数据的图形化与分析..........................................................................224.3.1一个数据包的丢失....................................................................224.3.2两个数据包的丢失....................................................................274.3.3三个数据包的丢失.....................................................................35第5章结束语..................................................................................................41致谢................................................................................................................42参考文献............................................................................................................43附录中英文翻译..............................................................................................44北京交通大学毕业设计论文2第1章绪论随着科技的进步，网络时代已经悄然来临，“网络发展”这个词是我们日常生活中再熟悉不过的字眼了，顾名思义，网络要发展，不仅要靠先进高效的技术，其服务质量（Qos）也是一个很重要的因素。在计算机网络系统中，消费者对于服务质量的满意程度与提供服务者的服务水平是息息相关的，我们每天利用Internet搜寻各种资料，设想一下，没有好的服务，我们怎么能感受到网络时代给我们的方便快捷？本文围绕着这些问题，研究了在计算机网络系统中占有重要地位的TCP协议各版本在发生网络拥塞所采取的措施，目的是保证通信双方数据高效顺畅的流动。1.1TCP拥塞控制的意义1.1.1网络的拥塞拥塞控制现在是Internet研究的热点，在最初的TCP协议中只有流量控制(flowcontrol)而没有拥塞控制,接收端利用TCP报头将接收能力通知发送端.这样的控制机制只考虑了接收端的接收能力,而没有考虑网络的传输能力,导致了网络崩溃(congestioncollapse)的发生。在计算机网络中的链路容量，交换节点中的缓冲区和处理机等，都是网络的资源。在某段时间，若对网络中的某一资源的需求超过了该资源所能提供的可用部分，网络的性能就要变坏。这种情况就叫做拥塞（congestion）。若网络中有许多资源同时产生拥塞。网络的性能就要明显变差，整个网络的吞吐量就将随输入的负荷的增大而下降。网络中的拥塞来源于网络资源和网络流量分布的不均衡性.拥塞不会随着网络处理能力的提高而消除.拥塞控制算法的北京交通大学毕业设计论文3分布性、网络的复杂性和对拥塞控制算法的性能要求又使拥塞控制算法的设计具有很高的难度.到目前为止,拥塞问题还没有得到很好的解决。因此对拥塞控制的讨论是一个很重要的问题。1.1.2QOS的需求随着高速网络技术和多媒体技术的飞速发展，人们越来越多地提出了包括多媒体通信在内的综合服务要求，传统的分组交换网络，如Internet，是面向非实时的数据通信（如FTP和E-mail的传输）而设计的，采用TCP/IP协议主要是为了优化整个网络的数据吞吐量并保证数据通信的可靠性。而当今分布式多媒体应用（如视频会议、视频点播、IP可视电话、远程教育）不仅包括语音、图像、图形、视频、动画这些类型的多媒体信息。分布式多媒体应用不但对网络有很高的带宽要求，而且要求信息传输的低延迟和低抖动等，同时，这些应用大都能够容忍一定程度的信息丢失和错误。由此可见，当今高速网络中的多媒体应用对网络提出了不同于数据应用的服务质量要求，需要提供端到端的QOS控制和保证。正因为如此，对于端到端的流量控制和拥塞控制性能的研究是非常重要的。1.1.3网络的拥塞控制在计算机网络系统中，流量控制和拥塞控制保证网络数据通信畅通必不可少的控制手段，众所周知，要进行网络拥塞控制，一般有两种方法，一种是在网络中进行拥塞控制，一种是在端到端中进行拥塞控制，而我们研究的对象——TCP拥塞控制是一种端到端的控制行为。北京交通大学毕业设计论文4在Internet设计的初期，对于拥塞的控制是通过传输控制协议（transmissioncontrolprotocol，TCP）中的端到端基于滑动窗口的流量控制完成的。1988年，VanJacobson在他的论文中指出了TCP在控制网络拥塞方面的不足，并提出了“慢启动”（slowstart）和“拥塞避免”(congestionavoidance)算法，后来，它们被所有的Internet主机支持，在很长的一段时间内，接收端驱动的TCP流量控制是唯一可行的拥塞控制方法，实际上，前者只是实现后者的一种技术途径而已。随着TCP家族的不断扩充壮大，TCP的版本也经历了创新发展，在它们当中有TCPTahoe、TCPReno、TCPnewReno、TCPSack等等，我们将在本篇文章中，对它们进行研究。1.2本文任务TCP拥塞控制的性能是在不断完善和改进，所以了解不同版本的拥塞控制机制，对于理解TCP工作原理大有帮助。所以本次毕设论文利用网络仿真器进行仿真实验，分析TCP拥塞控制协议中的四个不同版本（TCPTahoe、TCPReno、TCPnewReno、TCPSack）的拥塞控制性能，比较TCP不同版本的性能。在仿真实验中，观察TCP不同版本在不同数目的分组丢失情形下的处理策略。为了达到上述目的，本次毕设论文进行了以下工作：1）透彻理解TCP不同版本的基本工作原理；2）搭建仿真平台；3）运行仿真实验；4）收集实验数据；5）绘出图形化结果；6）给出结论。论文工作主要参考了KevinF