XCP中擁塞控制機(jī)制研究


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摘 要

隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)擁塞問題越來越受到人們的重視?，F(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)中普遍采用的TCP擁塞控制算法不能很好地解決網(wǎng)絡(luò)的擁塞，尤其是在高帶寬時(shí)延乘積的網(wǎng)絡(luò)中。新出現(xiàn)的XCP協(xié)議是一個(gè)優(yōu)秀的協(xié)議，它的擁塞控制能更好地適應(yīng)未來網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，提供更高的效率和更好的公平性。XCP控制協(xié)議是一種新型并具有發(fā)展前景的擁塞控制協(xié)議，其性能在效率，公平分配，隊(duì)列長度，丟包率和速度方面都要優(yōu)于TCP協(xié)議。
然而，最新研究發(fā)現(xiàn)，在多瓶頸網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洵h(huán)境下XCP控制協(xié)議存在一個(gè)弱點(diǎn)，就是可能會(huì)有一個(gè)瓶頸鏈路利用率大大下降，并且一些流量可能得不到公平的帶寬分配。本文根據(jù)經(jīng)典控制理論，我們提出了一個(gè)基于XCP帶寬補(bǔ)償算法，以PII控制器（PII－XCP）為基礎(chǔ)。大量仿真表明，PII－XCP有效地提高了XCP在多瓶頸環(huán)境的XCP的效率和公平性。仿真帶寬分配也表明，PII－XCP，XCP的保留了XCP的良好性能，包括快速收斂，可忽略的隊(duì)列長度和零丟包率。與改進(jìn)版的XCP相比（iXCP），①PII－XCP的具有相同的XCP數(shù)據(jù)包頭；②計(jì)算復(fù)雜度顯著下降；③收斂時(shí)間遠(yuǎn)小于后者；④和更有效地抑制隊(duì)列長度。

【關(guān)鍵詞】XCP TCP PII控制器 控塞控制 多瓶頸網(wǎng)絡(luò) 協(xié)議
ABSTRACT
With the development of computer network，the problem of Internet congestion takes more and more attention of people．Nowadays the TCP congestion control algorithm which is in common use can not solve this problem efficiently，especially in the High bandwidth-delay-product network．The XCP is a new excellent protocol．The XCP congestion control can adapt to the future network better．And it can offer higher efficincy and better fairness than before．
However, the latest research found a weakness of XCP, in a multi-bottleneck environment, a bottleneck link may have a significantly decline in utilization, and some flows may not receive their fair bandwidth allocation. In this paper, according to the classical control theory, we propose an XCP bandwidth compensation algorithm based on the PII controller (PII-XCP). Extensive simulations have shown that PII-XCP achieves efficient and fair bandwidth allocation in a multi-bottleneck environment. Simulations also have shown that PII-XCP preserves the good properties of XCP, including fast convergence, negligible queue length and zero packet loss rate. Compared with improved XCP (iXCP), (1)PII-XCP have the same packet header overhead of XCP; (2)computing complexity significantly declines; (3)convergence time is far smaller; (4)and more effective control in highly dynamic situations.

【Key words】XCP TCP protocol congestion control PII controller multi-bottleneck
目 錄
前 言 1
第一章 Internet網(wǎng)絡(luò)擁塞 3
第一節(jié) Internet網(wǎng)絡(luò)擁塞現(xiàn)象 3
第二節(jié) 網(wǎng)絡(luò)擁塞產(chǎn)生原因 3
第三節(jié) 擁塞控制方法 4
第四節(jié) 死鎖 5
一、存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)死鎖及其防止 6
二、重裝死鎖及其防止 7
第二章 傳統(tǒng)TCP工作原理 9
第一節(jié) TCP擁塞控制機(jī)制 9
第二節(jié) 經(jīng)典TCP擁塞控制算法分析 9
一、TCP擁塞控制主要特征 10
二、TCP擁塞控制算法原理 10
三、TCP擁塞控制算法存在的問題 12
第三節(jié) TCP擁塞控制算法的改進(jìn) 13
第四節(jié) 擁塞控制算法分析 16
第五節(jié) 本章小結(jié) 17
第三章 XCP工作原理 18
第一節(jié) TCP算法存在的不足 18
第二節(jié) XCP擁塞控制算法簡介 19
第三節(jié) XCP協(xié)議的擁塞控制頭分析 20
第四節(jié) XCP擁塞控制機(jī)制 21
第五節(jié) XCP擁塞控制算法分析 22
第六節(jié) 基于XCP協(xié)議的擁塞控制實(shí)現(xiàn)原理 24
一、發(fā)送端處理例程 24
二、接收端處理例程 25
三、路由器處理例程 25
第七節(jié) XCP算法的優(yōu)點(diǎn)及適用性 27
第八節(jié) XCP未來發(fā)展方向 29
第九節(jié) 本章小結(jié) 29
第四章 典型XCP控制方法與分析 30
第一節(jié) 簡介 30
第二節(jié) XCP在多瓶頸網(wǎng)絡(luò)中的缺陷 31
第三節(jié) PII－XCP控制器 33
一、設(shè)計(jì)原理 33
二、基于PII控制器的XCP帶寬補(bǔ)償算法及參數(shù)鑒定 34
第四節(jié) 算法仿真與性能評(píng)估 36
一、復(fù)雜的多瓶頸網(wǎng)絡(luò) 36
二、具有動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)流的多瓶頸網(wǎng)絡(luò) 44
第五節(jié) 本章小節(jié) 45
第六章 結(jié)論 46
致謝 47
參考文獻(xiàn) 48
附錄 50