擁塞控制端算法的實(shí)驗(yàn)研究

摘要：利用網(wǎng)絡(luò)模擬軟件NS－2對最近提出的端算法HSTCP、STCP、BIC－TCP、H－TCP和Fast－TCP進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，從收斂性、穩(wěn)定性、協(xié)議內(nèi)公平性、RTT公平性、TCP友好性和帶寬利用率等方面來比較它們的性能。

關(guān)鍵詞：傳輸控制協(xié)議; 端算法; 擁塞控制

中圖分類號：TP301．6文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1001－3695(2007)07－0079－02

隨著計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的發(fā)展，Internet網(wǎng)絡(luò)在過去的十幾年中迅猛發(fā)展，擁塞問題亦越來越嚴(yán)重。同時(shí)為了滿足網(wǎng)格中超大數(shù)據(jù)傳輸和高性能計(jì)算的要求，也迫切需要一種更加魯棒的高帶寬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。現(xiàn)有的TCP(TCP Reno)已經(jīng)不能在高帶寬時(shí)延乘積的網(wǎng)絡(luò)中高效地工作，主要是傳統(tǒng)的TCP會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的性能問題，它不僅不能有效地利用高帶寬，而且在高速網(wǎng)絡(luò)中傳輸速率很不穩(wěn)定。根據(jù)著名的TCP擁塞窗口與丟包率的關(guān)系式[1]：w=1．5/p，在高帶寬下當(dāng)擁塞窗口很大時(shí)，就要求非常低的丟包率，而這是極不現(xiàn)實(shí)的。另外，TCP在高速網(wǎng)絡(luò)中調(diào)整窗口的方式也引起了不穩(wěn)定，導(dǎo)致不可避免的振蕩。因此在高帶寬網(wǎng)絡(luò)中，傳輸協(xié)議需要具有很快的響應(yīng)特性同時(shí)又不能造成振蕩，這些要求給設(shè)計(jì)新的算法帶了很大的困難。

近幾年對源端節(jié)點(diǎn)的擁塞控制算法研究非?；钴S，提出了幾個(gè)很優(yōu)秀的端算法，如HighSpeed－TCP(HSTCP)[2，3]、Scalable TCP(STCP)[4]、Fast－TCP[5]、H－TCP[6]和BIC－TCP[7]。面對高帶寬延時(shí)乘積網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，這些新的端算法雖然采用不同的窗口控制方法，但都是快速地響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的擁塞，及時(shí)增加和減少擁塞窗口，從而達(dá)到高的利用率、低的排隊(duì)時(shí)延、良好的公平性和穩(wěn)定性等。對于這些適用于高帶寬延時(shí)乘積網(wǎng)絡(luò)的端算法的性能表現(xiàn)，國內(nèi)對此研究還較少，在文獻(xiàn)[8]中通過擁塞控制的流模型和響應(yīng)函數(shù)從理論上分析了這些端算法的性能。在本文實(shí)驗(yàn)研究中，增加了文獻(xiàn)[8]中沒有涉及到的H－TCP算法。

1擁塞控制端算法的實(shí)驗(yàn)研究

1．5TCP友好性實(shí)驗(yàn)

從現(xiàn)有的TCP過渡到未來新協(xié)議需要有一個(gè)長期共存的過渡期。在這個(gè)過渡期內(nèi)，新協(xié)議必須具備良好的TCP友好性，也就是說，在新協(xié)議流與TCP流共存時(shí)，不會(huì)過多地?fù)屨糡CP流的可用帶寬。所以一個(gè)過渡時(shí)期的擁塞控制協(xié)議應(yīng)該是在低帶寬時(shí)能與TCP流友好共存。目前大部分協(xié)議采取分段函數(shù)的方法來達(dá)到TCP友好性的目的，一般是在低帶寬時(shí)采用傳統(tǒng)TCP，而在高帶寬時(shí)使用提出的新協(xié)議。但因?yàn)閺牡蛶挼礁邘挼拈撝凳呛茈y精確求出來，所以采用這種方法往往效果不是很好。下面，用NS－2來模擬各個(gè)協(xié)議在瓶頸鏈路帶寬為10和20 Mbps時(shí)，五個(gè)新協(xié)議流與五個(gè)TCP流共存的情況。表4為TCP流的平均吞吐量、新協(xié)議流的平均吞吐量和兩者的比值(按從大到小排列)。

表4在瓶頸鏈路帶寬為10和20 Mbps時(shí)五個(gè)新協(xié)議流和

1．6帶寬利用率實(shí)驗(yàn)

傳統(tǒng)TCP不能在新型網(wǎng)絡(luò)中取得高性能的一個(gè)最根本的原因是，瓶頸鏈路帶寬利用率并沒有隨著帶寬的增加而提高，因此導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)帶寬沒有得到充分利用。在此，利用NS－2模擬工具來對比分析各協(xié)議在不同瓶頸鏈路帶寬下帶寬利用率的變化。實(shí)驗(yàn)中，采用了20個(gè)FTP流共享瓶頸鏈路帶寬，帶寬為100 Mbps~2 Gbps。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

從圖3不難看出，最近這些新協(xié)議在帶寬利用率上都比TCP要好。這些新協(xié)議在高帶寬時(shí)均能保持90%以上的帶寬利用率，而TCP的帶寬利用率則低于82%。表5為這些協(xié)議在不同帶寬下的平均帶寬利用率（按從大到小排列）。從表5可以看出，帶寬利用率最高的是STCP和BIC－TCP，其次是Fast－TCP和H－TCP，然后是HSTCP，最差的是TCP Reno。

2結(jié)束語

通過以上端算法性能的模擬實(shí)驗(yàn)比較，結(jié)合文獻(xiàn)[8]中的理論分析結(jié)果可以知道，在這些新出現(xiàn)的端算法中，BIC－TCP在各個(gè)方面均表現(xiàn)不錯(cuò)，總體性能最好；H－TCP在收斂性、協(xié)議內(nèi)公平性方面表現(xiàn)很好，但RTT公平性和TCP友好性需要提高；HSTCP在TCP友好性方面表現(xiàn)最好，但其他方面的性能較一般。STCP的帶寬利用率和穩(wěn)定性是所有協(xié)議中最高的，但收斂性、協(xié)議內(nèi)公平性和RTT公平性表現(xiàn)最差。Fast－TCP帶寬利用率和RTT公平性方面表現(xiàn)較好，但在其他方面都表現(xiàn)得很不近人意。

參考文獻(xiàn)：

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注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文”