基于精确测量的TCP拥塞控制.pdf

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1、学校代码：10286分类号：TP393密级：公开UDC：004.9学号：151477基于精确测量的TCP拥塞控制研究生姓名：葛文锦导师姓名：程光教授申请学位类别工学硕士学位授予单位东南大学一级学科名称计算机科学与技术论文答辩日期2018年6月8日二级学科名称学位授予日期2018年月日答辩委员会主席吴国新教授评阅人吴桦副教授院盲2018年6月12日硕士学位论文基于精确测量的TCP拥塞控制专业名称：计算机科学与技术研究生姓名：葛文锦导师姓名：程光教授TCPCONGESTIONCONTROLBASEDONACCURATEMEASUREMENTAThesisSubmittedt

2、oSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBYGEWenjinSupervisedbyProf.CHENGGuangSchoolofComputerScienceandEngineeringSoutheastUniversityJune2018东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的

3、材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：日期：东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社有限公司、万方数据电子出版社、北京万方数据股份有限公司有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括以电子信息形式刊登）论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布（包括以电子信息形式刊登）授权东南大学研究生院

4、办理。研究生签名：导师签名：日期：摘要摘要随着互联网规模的扩大和用户数量的增长，用户需求及各种网络应用种类不断增加，网络数据流量呈现激增趋势，网络拥塞也日益严重。TCP的拥塞控制协议一直是网络拥塞控制研究的集中点。目前的TCP拥塞控制协议已经演进了诸多版本，主要有基于隐式检测和基于显式通知的方法。但随着各种新型网络结构以及不同网络环境下不同性能需求的提出，传统的TCP拥塞控制方法很难获得更好的传输效率。本文针对以上问题进行了以下几点研究：1）首先分析了传统TCP拥塞控制协议的基本原理以及基于隐式检测的经典算法如Reno、Cubic、Westwood、BBR等。研究发现基

5、于丢包的拥塞控制算法存在对随机丢包的敏感性，基于时延的算法在公平性和带宽利用率上也很难取得很好的效果，而基于其他性能参数如可用带宽的方法也局限于利用时延变化来得到可用带宽的估计值，精确粒度较粗。基于以上研究，本文旨在高时延高丢包率的网络场景下，通过对可用带宽的测量获取更精准的网络拥塞信息，进而获得较好的带宽利用率和竞争公平性。2）鉴于可用带宽的精确测量对TCP拥塞控制的重要意义，本文基于可用带宽测量值的反馈来改进Pathchirp算法，提出了Pathchirp-R方法，优化测量组的速率收敛。并在iRouter设备和FAST架构的基础上开发实现了路径时延的精确测量方案，将

6、时延测量的精确度提升到纳秒级别，进一步提升可用带宽测量的精确度。将该可用带宽测量方法与Pathchirp方法进行对比，实验结果证明Pathchirp-R方法提高了可用带宽测量的精确度和收敛速度。3）在以上可用带宽精确测量的基础上，本文对Cubic拥塞控制协议进行改进，提出了Cubic-M协议，主要包括三个部分的优化：一是基于可用带宽的慢启动阈值机制，通过将可用带宽和慢启动阈值结合的方式避免慢启动后期的拥塞窗口的暴增；二是丢包区分机制，通过发送速率和可用带宽值的比较来区分丢包是否是拥塞导致的；三是窗口大小调整机制，在网络空闲时迅速提高带宽的利用率。本文通过TC搭建了模拟真

7、实网络性能的实验环境，对Cubic-M协议在不同网络环境下的带宽利用率和公平性进行分析，并与其他的TCP拥塞控制协议进行对比，实验结果显示Cubic-M方法在高时延、高丢包情况下能保持较高的带宽利用率，且公平性表现良好。关键词：TCP拥塞控制，Cubic，可用带宽，PathchirpIAbstractAbstractWiththeexpansionoftheInternet,theincreaseofusers,andthesustainedgrowthofuserneedsandvarioustypesofnetworkapplicat