新型互聯網多路徑傳輸協議擁塞控制機制分析

胡倩

摘 要：新型互聯網平臺中，WIFI、云計算、4G數據傳輸體系逐步完善導致網絡多路徑傳輸模式的出現，以往TCP模式在各種應用中導致其不能有效建立網絡連接，為網絡多路徑傳輸造成了阻礙，而多路徑傳輸協議主要是利用資源共享的方式將數據流進行分散控制，從而有效提升網絡傳輸的有效性，文章以多路徑傳輸協議擁塞控制機制為入手點，對網絡多路徑傳輸協議的有效應用進行了簡單的分析。

關鍵詞：新型互聯網；多路徑傳輸協議；擁塞控制機制

中圖分類號：TP393 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）07-0012-02

Abstract： WiFi， cloud computing and 4G data transmission system in the new Internet platform have gradually improved， resulting in the emergence of network multipath transmission mode. In the past， the TCP mode could not establish the network connection effectively in various applications， which has caused the obstruction for the network multipath transmission. Multipath transmission protocol mainly uses the way of resource sharing to decentralize and control the data flow， so as to effectively improve the effectiveness of network transmission. This paper takes congestion control mechanism of multipath transmission protocol as the starting point， and the effective application of network multipath transmission protocol is simply analyzed.

Keywords： new Internet； multipath transport protocol； congestion control mechanism

前言

多路徑傳輸的目標主要是網絡的并行傳輸促使網絡可用帶寬不斷增加，為使用者提供更加完善的網絡體驗；在網絡傳輸路徑發生故障時，多路徑傳輸可以利用相關資源保障選擇進一步優化模式，保障網絡端口連接的高效、可靠性。在多路徑傳輸協議中擁塞情況的出現對數據傳輸造成了阻礙，因此基于多路徑傳輸協議對擁塞控制機制進行適當優化非常重要。

1 多路徑傳輸目標

多路徑傳輸協議擁塞控制研究目標主要是針對網絡多路徑數據傳輸的公平性、可靠性、RP、帕累托最優性等[1]。其中帕累托最優性主要在多路徑傳輸中同步提升網絡性能，保證周邊用戶網絡傳輸的完整。而公平性主要是網絡多路徑傳輸過程中保證同級別流在瓶頸鏈路享有網絡資源的抑制性，若網絡端點資源過多則會增加網絡擁塞風險；而RP原則主要是將多路徑網絡傳輸視為一個統一的資源庫，然后在多路徑資源庫的基礎上對其進行單獨的調整優化。

2 多路徑傳輸協議擁塞控制算法

以往多路徑傳輸協議主要有pTCP、mTCP、cTCP等。其中pTCP不能保證多個流并發時網絡的公平性；mTCP主要針對傳輸問題制定的多路徑傳輸協議，各個網絡子流之間的影響程度不大。mTCP可以對共享線路的各個子流進行逐一檢測，降低網絡丟包率；cTCP對TCP具有一定的兼容性，其可以在保留TCP以往報文頭格式的同時，采用獨立的窗口機制進行網絡處理。由于網絡服務窗口的單一性導致其性能受鏈路丟包率的影響，從而導致網絡多路徑傳輸的信用值受到損傷。

多路徑傳輸獨立的擁塞控制機制由于侵略性較強對以往TCP的公平性造成不利的影響，從而抑制了多路徑傳輸協議擁塞機制的正常發展。基于獨立的子流控制多路徑傳輸擁塞控制機制算法主要有EWTCP[18]算法、Coupled[7，11]算法、Linked Inceases[19]算法等。Linked Inceases[19]算法綜藝是將EWTCP[18]算法與Coupled[7，11]算法進行有效的整合，其根據網絡多路徑不同鏈路的RTT區別與網絡服務性能的關系，然后通過建立數據信息限額保證多路徑傳輸控制擁塞機制的公平性；而Coupled[7，11]算法則是系統地對擁塞算法進行了綜合分析，當RTT與鏈路RTT出現錯位時系統會自動選擇丟包率最小的途徑，但是由于丟包率與擁塞程度的關聯性不大，因此這種算法并不能發揮良好的作用；EWTCP[18]算法可以對多路徑網絡子流設定相應的參數，然后避免網絡子流獨立運行導致網絡傳輸擁塞情況的發生，雖然保證了多路徑傳輸的公平性，但是并不能保證網絡數據信息的充分利用，如在擁塞程度不大的路徑上進行流量轉移等。

3 多路徑傳輸協議擁塞控制機制改進措施

以往互聯網常用的傳輸協議為TCP協議，隨著社會生產生活對網絡數據傳輸需求的增加，再加上互聯網整體架構的變更，導致TCP傳輸協議對網絡傳輸的進一步發展造成了阻礙[2]。現階段多路徑網絡傳輸模式（COTCP）受到了社會各行各業的重視，考慮到傳統的擁塞控制機制算法不能保證數據傳輸的公平性，如在COTCP用戶在共享瓶頸鏈路階段會造成傳輸路徑的加倍強制侵占，從而影響其他用戶的數據傳輸，因此針對多路徑傳輸公平性問題，可在動態路徑加權的基礎上進行擁塞控制算法的改進，即DWCC擁塞控制算法。其可以根據多路徑傳輸過程中的不同點，對多路徑傳輸過程進行實時動態監控調整，通過對各個子流路徑權重因子的優化促使多路徑傳輸資源得到充分的應用，同時也可以在多路徑連接時保證其他用戶傳輸的有效運行。此外針對均衡擁塞問題，多路徑傳輸協議在均衡擁塞的過程中會導致整體互聯網出現波動情況，而在鏈路數據的基礎上進行LECC擁塞控制算法的運行可以有效解決這個問題，LECC擁塞控制算法可以通過對相應鏈路狀態的估算為擁塞控制窗口的優化提供依據，然后保證整體數據傳輸網絡的均衡運行。在多路徑傳輸協議擁塞控制機制優化設計中，主要以linux內核為理論基礎，然后在多路徑傳輸協議中，擁塞控制機制是非常重要的一部分。而由于網絡承受數量的有限性增加了數據傳輸擁塞問題的發生概率。基于COTCP多路徑傳輸擁塞控制機制可以在保證各路徑獨立運行的基礎上在其接收終端設置信息接受緩沖區，結合資源分配公平及高效的原則，提高多路徑傳輸的性能。endprint

基于COTCP多路徑傳輸服務在支持以往傳輸協議功能的基礎上，增加了報文有效性驗證、多路徑并行傳輸、多流傳輸、數據應答服務、連接建立及釋放功能[3]。基于COTCP多路徑傳輸服務可以在每個模塊發送端口建立單獨的傳輸編號，然后將這些模塊發送端口進行統一整合，由同一個報文管理，接收端口在接收到相應的報文模塊應答后才允許相應的模塊傳輸，這種傳輸模式可以避免路徑瓶頸擁塞而導致數據傳輸阻礙。在多路徑傳輸過程中，管理端會在連接相應端口建立一定的驗證標識，在報文發送前校驗和會在報文首部確認，從而避免由于網絡鏈接導致報文故障。

基于COTCP模式的擁塞控制機制為單獨的控制形式，若某一傳輸路徑出現擁塞故障時，系統終端會對相應路徑擁塞窗口進行管理，對網絡傳輸路徑中其他路徑傳輸不作處理，最大限度的降低了單條路徑擁塞狀態對整體路徑傳輸的影響程度。在發生報文丟失狀況時COTCP會針對相應報文進行重傳服務，同時就相應報文的特點在余下路徑中進行擇優路徑選擇，而當報文丟失重傳頻率超過路徑重傳上限時，COTCP則會在不影響其他路徑數據傳輸的前提下將相應路徑更改為未激活狀態。多路徑傳輸協議使用過程中，基于Linux內核的擁塞控制機制算法可以在每條路基連接過程中設置相應的驗證標識、目的端口，根據相應傳輸路徑的區別選擇配置最優的擁塞控制參數，然后結合DWCC擁塞控制算法和LECC擁塞控制算法進行綜合控制，在每條傳輸路徑中多路徑傳輸協議可以在獨立擁塞窗口的基礎上，設置慢啟動門限制、分段文字驗證，最后設置統一的接收窗口，保證多路徑傳輸管理的系統規范性。其中接收窗口主要用字節為單位表示現階段接收端可用緩存空間的容量，一般用模塊接收窗口通告進行指示；慢啟動門限值主要是對數據傳輸擁塞控制過程中擁塞避免算法應用的評估，一般與網絡傳輸擁塞的程度為依據，在設置慢啟動門限值時可根據接收窗口的可用緩存空間進行調整設置；擁塞窗口主要是對多路徑可發送報文數量的約束，數據發送端可以相應模塊信息變動狀態為依據，對擁塞窗口進行更新調整，同時在相應擁塞窗口中應注意設定擁塞控制窗口報文限值，即在多路徑網絡傳輸中多路徑傳輸協議報文發送數量應小于擁塞控制窗口、接收窗口報文最大限值。

4 多路徑傳輸協議在數據中心的應用

隨著Amazon、Goole等企業云計算應用的不斷發展為數據中心服務器數據流量的交互提供的動力，以往樹形的數據結構導致數據網絡出現瓶頸帶寬、單點失效等一系列問題。因此基于新型互聯網實現多路徑TCP應用的傳輸非常重要。多路徑傳輸協議擁塞控制機制在數據中心網絡中的應用可以將路線擁塞控制在核心路由器中，保證流量分布的公平性，同時多路徑TCP會自動選擇更優的路徑，提高網絡傳輸的吞吐量、魯棒性。在網絡多路徑傳輸TCP應用時可以利用相關路徑進行流量移動，保證網絡流量充足的利用。即數據中心相關網絡利用提高根據TCP連接數量的差別提高鏈路的利用率，降低網絡擁塞程度。新型互聯網下多路徑傳輸在實際應用中還存在一些問題，如子流數據、擁塞控制影響、網絡拓撲影響等。其中子流數據會隨著網絡拓撲體系的變化對網絡最佳利用程度有一定的影響，在FatTee網絡拓撲體系中大多百分之九十以上的利用率需要八條子流，而在其他拓撲體系中達到百分之九十以上的利用率子流的樹目就不能確定；而網絡拓撲對網絡性能的影響主要是通過對核心交換機連接服務器對吞吐量的影響，如在Bcube、FatTree體系結構中由于其采用的核心交換機分別為混合交換機、太網交換機，從而對多路徑傳輸吞吐量造成不同的影響；擁塞控制應在主要是由于Uncoupled算法、EWTCP算法運行時各子流獨立性造成多路徑網絡傳輸的公平性，在瓶頸傳輸時帶寬的大面積強占則對網絡擁塞的有效控制造成了阻礙，這種情況也對網絡鏈路負載的平衡工作提出了難題。

5 結束語

總而言之，新型互聯網中，多路徑傳輸模式得到了越來越廣泛的應用，隨之而來的是網絡路徑擁塞問題的發生，以往擁塞控制機制算法由于運行的侵略性較強，對多路徑傳輸的公平性造成了不利的影響，因此結合新型互聯網特點進行多路徑傳輸擁塞控制機制的優化可以促使網絡傳輸性能的提升，從而為多路徑網絡傳輸的穩定發展提供保障。

參考文獻：

[1]姚劍鵬，蘇偉，郜帥.新型互聯網多路徑傳輸協議擁塞控制機制研究[J].計算機技術與發展，2017，27（10）：34-38.

[2]劉鎮，譚毓銀，符發，等.MPTCP與CMT-SCTP擁塞控制機制研究[J].計算機工程，2015，41（4）：117-124.

[3]黃宏程，陸衛金，劉建星，等.基于丟包區分及共享瓶頸的MPTCP擁塞控制算法[J].計算機工程與設計，2016，37（3）：571-576.endprint