文档介绍：广西师范大学硕士研究生学位论文
极小缓存、全光纤网络拥塞控制算法
研究生:黄莉导师:陈元琰教授
学科专业:计算机软件与理论研究方向:计算机网络年级:2006 级
摘要
拥塞控制机制是要提供传输流的传输速度与网络所能提供的可利用宽带有效匹配的保
证。互联网的应用之所以能快速的发展和稳定的运行,拥塞控制机制的研究成果起到重要
的作用。网络拥塞控制机制的研究一直是网络研究界关注的热点问题。随着网络技术如光
通信技术的发展,特别是光网络的兴起,出现了大量 G 比特甚至 T 比特的高性能网络,而
且带宽还有不断增加的趋势。然而网络路由缓存的设置还停留在 1994 年 Villamizar 和 Song
提出的著名路由器缓存设置“经验法则(rule-of- thumb)”,即带宽时延乘积。目前商用路由
中 TCP 连接的 RTT 约为 250,意味着当链路速率为 40Gb/s 时,需要 10Gbits 的缓存规模,
这增加了路由器设计复杂度、成本和功耗,而且当拥塞发生时,还将增大端到端的延时。
现今越来越多的人提倡全光纤网络的路由缓存设置采用 2006 年提出的极小缓存法则
(ting buffer rule),大小为 O(logW)。随之而来的问题是:虽然目前网络已使用最广泛、占据
主导地位的端到端的传输协议——传统 TCP 拥塞控制机制,这也是保证 鲁棒性的
重要因素,但传统 TCP 的 AIMD(和式增加积式减少)策略不能适应高速网络的发展要求。
目前国内外对高速网络研究出现了一些代表性的算法:HSTCP, STCP, BIC, CUBIC,
H-TCP 等,这些新协议都是基于传统 TCP 的思想,通过调整窗口的增加减少机制,提高在
高速网络中的性能。但由于丢包容忍度为零、本身机制造成突发流量使自时钟混乱等,这
些基于传统 TCP 的算法在全光纤、小缓存网络环境中表现了趋于零的带宽利用率。因此研
究适合全光纤、小缓存网络的拥塞控制算法就有重要意义。
本文综述了当前高速网络拥塞控制算法的研究,并作了如下的创新工作:
(1) 分析小缓存出现“loose its memory”现象以及 ETCP 机制不同 RTT 的多条流收敛速
度慢、不同 RTT 公平性差的缺点,提出一种适用于路由缓存设置为二十个数据包大小的高
速网络的拥塞控制算法(RETCP)。RETCP 机制是一种端与中间节点结合算法。在 RETCP
机制的发送端中加入实时调节器,根据中间节点计算出的缓存不同状态判断当前流是否具
有侵略性,采用不同的窗口增长、减少方式,从而很好的解决了收敛速度慢,不同 RTT 公
平性差的问题。理论分析了 RETCP 通过容忍一定丢包的方式,保障 88%的带宽利用率。
模拟实验表明:在小缓存、全光纤网络环境中,RETCP 比当前高速网络拥塞控制策略都好,
表现了有高的瓶颈带宽利用率、好的不同 RTT 公平性和收敛性。
(2) 使用理论和模型分析了 STCP 的 RTT 不公平性和 TCP 机制本身造成突发流量,导
致更大的队列延时、更多数据丢包和更低吞吐量,提出适合高速小缓存网络的平滑拥塞控
制机制 PSTCP(Pacing Scalable TCP)。由于 STCP 算法的窗口增加和 RTT 成反比,引起了算
法的 RTT 不公平。PSTCP 继承了 STCP 每接受一个反馈包,窗口增加 的思想,并通
1
广西师范大学硕士研究生学位论文
过添加公平因子,消除窗口增加和 RTT 之间的比例关系,来增强算法的 RTT 公平性。PSTCP
改变了传统 TCP 自时钟的方式,采用“隔开”发送的思想,使流量到达路由缓存更符合泊松
分布,缓解小缓存“压力”,使算法更适用于全光纤、小缓存网络。考虑小缓存“loose its
memory”现象,PSTCP 采用窗口微调方式保障带宽利用率。理论和实验分析表明:PSTCP
在小缓存、全光纤网络中有较高的瓶颈带宽利用率,较好的不同 RTT 公平性和好的收敛性。
关键字:极小缓存;光纤网络;拥塞控制;RTT 公平性;收敛性
2
广西师范大学硕士研究生学位论文
whose buffer is set to the size of 20 packets in high work. bines the end-to-end
and middle-node together. RETCP mechanism in the sending end adds a real-time regula