TCP协议的性能建模研究.pdf

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1、中国科学技术大学博士学位论TCP协议的性能建模研究作者姓名：学科专业：导师姓名：完成时间：徐伟计算机软件与理论许胤龙教授二。一二年六月三日UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationfordoctor，SdegreeStudyonPerformanceModelingofTCProtocolAU坊or’sName：WeiXuSpeciality：ComputerSoftwareandTheorySupervisor：1_、’’11’rinlSneQtime：Prof．Yin

2、longXuJune3m，2012中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：历禾件签字目期：70l2．石．s中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅

3、，可以将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。么开口保密(年)作者签名：勿铱伽签字日期：7．o#；2-．6．s导师签名：沼1移v厶导师签名：^／年1∥帆l签字日期：№!王!厶．[摘要摘要随着网络应用服务的不断增加，特别是多媒体应用纷纷出现，使得Internet网络中出现了严重的拥塞问题。为了更好地控制拥塞的程度，需要更深入地理解Internet网络及其性能。目前，理解和探索I

4、ntemet网络及其性能主要有以下三种方式，分别是实际度量、计算机模拟和分析模型。分析模型方式可以很好地适应复杂的网络场景，相对准确地得到网络中某些性能的估计。过去的二十多年里，关于TCP建模的模型不断涌现出来。通过对TCP协议进行建模，可以发现各种网络参数变化对TCP性能的影响程度，了解TCP协议的不足之处，为TCP协议的改进提供理论依据。此外TCP协议的建模结果可以直接应用于TFRC协议中，直接提高网络传输的性能。本文研究了TCP协议在几种有损网络下的性能建模问题，主要研究内容与贡献如下：(1)TCPSack协议在丢包网络下的性

5、能建模研究已有的模型大多关注于TCPReno协议，对TCPSack协议建模的文章较少。本文提出了一个TCPSack协议在丢包网络下的模型～TST模型。TST模型准确刻画了Sack协议与Reno协议的主要不同点一陕速重传阶段；分类讨论了Sack协议的超时情况，着重讨论了由失败的快速重传所导致的超时；并且对慢启动阶段和拥塞窗口受限的情况进行了分析建模。实验仿真比较了拥塞窗口大小的预测、TCPSack发送速率预测和拥塞窗口受限情况，实验数据表明TST模型较目前已有模型在上述各点预测准确性方面有较大程度地提高。(2)TCP协议在延迟丢包网络

6、下的性能建模研究TCP数据包在网络传输中发生错误有两种形式：丢包与延迟，这两种错误对TCP性能所造成影响各不相同。本文研究了数据包延迟和丢包对于TCP协议的影响，并提出了一个、TCP在随机延迟丢包网络中的性能分析模型～TDT模型。本文首先提出并证明了判断一个数据包流是否会为正序的充要条件。基于该充要条件，推导出数据包流在发生随机延迟后为正序的概率。随后将丢包的情况也进行了综合的考虑，得到数据包流在发生随机延迟丢包后为正序的概率。由计算出的数据包流的正序概率，得到TCP最大拥塞窗口的均值，最后把得到的TCP最大拥塞窗口均值作为参数代入

7、TCP性能模型，完成了TDT模型。实验结果表明，所得出的数据包流在发生随机延迟和丢包后为正序的概率与实验结果基本吻合，所提出的模型与不考虑延迟的模型相比，对TCP最大拥塞窗口均值的预测误差降低了43％，对其网络吞吐量性能的预测误差降低47％。(3)TCP协议在双向丢包网络下的性能建模研究由于网络路由器缓存溢出等原因，数据包和回传的ACK均存在丢失的可能性。本文提出了TCP协议在双向丢包网络下的性能分析模型～TBT模型。TBTT摘要模型着重分析了ACK丢包对于TCP性能的影响，同时在分析中考虑到了TCP滑动窗口这一重要因素。在分析单个

8、数据包丢包后的影响时，我们根据该数据包的前一个数据包的反向是否发生丢包进行了分类讨论。根据分析结果，得出了在双向丢包网络下单个数据包丢失引发快速重传的概率。对于一个任意长度的数据包流，本文先计算出每个数据包丢包后导致快速重传的概率，然