光突發(fā)交換網(wǎng)絡和混合光網(wǎng)絡上的TCP性能研究.pdf

1、作為一種新型的光交換技術(shù)，光突發(fā)交換(OBS，OpticalBurstSwitching)結(jié)合了電路交換和分組交換的優(yōu)點而克服了兩者的部分缺點，受到了業(yè)界的關(guān)注。而混合光網(wǎng)絡(HON，hybridopticalnetwork)綜合了現(xiàn)有光交換技術(shù)的優(yōu)勢，能夠應對未來網(wǎng)絡需要承載多種業(yè)務的需求，也被認為具有良好的應用前景。另一方面，作為最重要的傳送層協(xié)議和互聯(lián)網(wǎng)端到端擁塞控制的主要組成部分，TCP在各種網(wǎng)絡環(huán)境中的性能一直以來都受到廣泛的

2、關(guān)注。本文研究了光突發(fā)交換網(wǎng)絡上和混合光網(wǎng)絡上TCP的性能，主要包括以下四部分工作：TCP多個包丟失問題研究、TCPovorOBS的連續(xù)多個包丟失問題研究、高速TCP在OBS網(wǎng)絡上的性能研究和TCPoverHON的性能研究。 當同一擁塞窗口內(nèi)有多個包出現(xiàn)丟失以后，TCP的發(fā)送端很容易出現(xiàn)超時重傳，本文將這一現(xiàn)象稱之為“TCP多個包丟失問題”。TCP多個包丟失問題很早就被研究者所關(guān)注，但是目前關(guān)于TCP多個包丟失問題的解釋并不準確

3、，也缺乏理論上的詳細推導．作者在第二章中提出了一種基于窗口變量的分析方法，并使用該方法對同一擁塞窗口中有多個包丟失以后TCP發(fā)送端的窗口變化過程和發(fā)送行為進行詳細推導，給出了對TCP多個包丟失問題產(chǎn)生原因的準確解釋，并在理論上得出了TCP在丟包以后出現(xiàn)超時重傳的條件，即丟失包數(shù)目、擁塞窗口大小和丟失包之間距離這三個因素之間的具體關(guān)系，作者還根據(jù)上述關(guān)系給出了TCP在發(fā)生丟包以后出現(xiàn)超時重傳的概率模型。第二章的研究結(jié)論為本文后續(xù)的研究工作

4、提供了必要的理論依據(jù)。 根據(jù)第二章的結(jié)論，作者在第三章中提出了TCPoverOBS的連續(xù)多個包丟失問題，即OBS網(wǎng)絡中的突發(fā)包丟失很容易導致TCP出現(xiàn)超時重傳，從而導致TCP的吞吐率下降。作者指出，連續(xù)多個包丟失是造成“錯誤超時”的重要原因之一，會嚴重影響TCP在OBS網(wǎng)絡上的吞吐率性能。雖然使用TCP的版本New-Reno和SACK可以在一定程度上更好的應對OBS網(wǎng)絡上的連續(xù)多個包丟失，但是它們都存在各自的缺點。作者提出了一種

5、新的TCP版本B-Reno(BurstReno)，它能夠克服TCPoverOBS的連續(xù)多個包丟失問題。B-Reno的核心思想是在發(fā)現(xiàn)丟包之初和在快速恢復階段的每一個重傳輪里一次性重傳多個連續(xù)丟失包，因此跟New-Reno相比，B-Reno能大大縮短了快速恢復的時間；而同時，B-Reno不需要接收端的特別支持，因此它跟SACK相比又具有更低的協(xié)議復雜度和配置難度。作者通過大量的仿真對B-Reno的性能進行了驗證，結(jié)果顯示，在OBS網(wǎng)絡上B

6、-Reno能夠取得優(yōu)于New-Reno而和SACK相當?shù)耐掏侣市阅?。作者還對B-Reno的吞吐率進行了數(shù)學建模，該模型能夠較好的評估突發(fā)包丟失率較小的情況下單個B-Reno流在OBS網(wǎng)絡上的吞吐率。在第三章最后，作者對B-Reno在傳統(tǒng)分組交換網(wǎng)絡中的性能進行了驗證，仿真實驗的結(jié)果顯示，B-Reno在分組交換網(wǎng)絡中也能工作得很好。 OBS網(wǎng)絡從本質(zhì)來說是一種高速網(wǎng)絡，通常具有較大的帶寬時延乘積(BDP，bandwidthdela

7、yproduct)，因此適合應用各種高速TCP協(xié)議。作者在第四章中對5種高速TCP協(xié)議在OBS網(wǎng)絡上的性能進行了研究。首先通過仿真實驗證明，高速TCP在OBS網(wǎng)絡上也存在連續(xù)多個包丟失問題，該問題會削弱高速TCP帶寬利用率高的優(yōu)勢。接下來通過仿真實驗的方法指出并分析了高速TCP在OBS網(wǎng)絡上使用和不使用SACK的區(qū)別：相同條件下使用SACK的高速TCP能夠取得比不使用SACK的高速TCP明顯更高的吞吐率。針對B-Reno應用于OBS網(wǎng)絡

8、上的高速TCP時恢復效率不足的問題，作者提出了B-Reno的改進版本一aB-Reno(adaptiveB-Reno)，它是一種可以取代SACK的針對高速TCP在OBS網(wǎng)絡上連續(xù)多個包丟失問題的良好解決方案。跟B-Reno相比，aB-Reno能夠根據(jù)連續(xù)丟失包的數(shù)目自動調(diào)整重傳包數(shù)目，從而可以顯著縮短高速TCP在發(fā)現(xiàn)丟包以后的快速恢復時間；而跟SACK相比，aB-Reno不需要接收端的特別支持，易于配置。作者通過仿真實驗證明，在丟包率較低

9、而接入帶寬較大的OBS網(wǎng)絡上，當應用于相同的高速TCP協(xié)議時，aB-Reno能夠取得優(yōu)于B-Reno而和SACK相當?shù)耐掏侣市阅?。在第四章最后，作者還對5種高速TCP在OBS網(wǎng)絡上的吞吐率性能進行了比較和分析。 混合光網(wǎng)絡中，光交換方式的切換會引起被傳送業(yè)務的路由發(fā)生振蕩，而路由振蕩會引起數(shù)據(jù)包的亂序，從而導致TCP出現(xiàn)“錯誤快速重傳”(spuriousfastretransmission)，使得吞吐率下降。在第五章中，作者提出

10、了一種針對混合光網(wǎng)絡上TCP錯誤快速重傳問題的解決方案-ENDFR(ExplicitNotificationforDelayedFastRetransmission)算法。ENDFR算法使用顯示通告的方法使TCP發(fā)送端在混合光網(wǎng)絡邊緣節(jié)點的幫助下對即將發(fā)生的數(shù)據(jù)包亂序進行預判，進而采取延遲響應的措施來避免發(fā)生錯誤快速重傳。跟目前大多數(shù)針對數(shù)據(jù)包亂序問題的解決方案相比，ENDFR算法避免了復雜的數(shù)據(jù)包亂序偵測機制，實現(xiàn)方式簡單。作者通過仿