無線和有線網(wǎng)絡(luò)中的TCP性能改進(jìn)方案.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，新的無線和有線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境不斷涌現(xiàn)，在給用戶帶來通信便利的同時(shí)，也對當(dāng)前TCP協(xié)議的性能造成了較大影響。傳統(tǒng)的TCPReno協(xié)議是基于早期網(wǎng)絡(luò)環(huán)境提出，發(fā)送端根據(jù)重復(fù)的ACK消息來判斷數(shù)據(jù)報(bào)文丟失的產(chǎn)生，并將此類丟失解釋為網(wǎng)絡(luò)擁塞，然后采用加性增乘性減的方式來調(diào)整自身的擁塞窗口。而在新的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，由于上述擁塞判斷和帶寬調(diào)整方式逐步失效，TCP Reno協(xié)議也隨之出現(xiàn)了越來越多的問題。 相對于有線

2、鏈路而言，無線鏈路中數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽慷群艿?，發(fā)送到無線鏈路上的數(shù)據(jù)幀可能由于發(fā)生碰撞或者無線信道中的干擾導(dǎo)致幀的損壞。當(dāng)前被廣泛使用的802．11協(xié)議在數(shù)據(jù)鏈路層提供了一定的校驗(yàn)機(jī)制來保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，但卻不能有效的消除誤碼所帶來的影響。由于TCP協(xié)議將所有的數(shù)據(jù)包丟失現(xiàn)象都解釋為擁塞，在位誤碼率(Bit ErrorRate，BER)較高的環(huán)境下，隨著數(shù)據(jù)丟失概率的增高，TCP協(xié)議會經(jīng)常性的認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生了擁塞，從而主動降低發(fā)送速率，

3、造成TCP協(xié)議傳輸性能的下降和無線鏈路傳輸帶寬的浪費(fèi)。 在有線網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境中，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的增大和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的改善，網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬隨之大幅增加，同時(shí)傳輸路徑的增長也導(dǎo)致傳輸延遲(RTT)和數(shù)據(jù)包丟失概率日漸增大。較高的延遲和丟包率使得采用AIMD機(jī)制的TCP協(xié)議不能獲得好的傳輸性能，同時(shí)也降低了有線網(wǎng)絡(luò)的帶寬利用率。 本文首先分析了TCP協(xié)議在新的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下所遇到的困難和挑戰(zhàn)，歸納總結(jié)了當(dāng)前已有的TCP協(xié)議相關(guān)研究現(xiàn)狀，并通過

4、模擬和實(shí)驗(yàn)給出了不同網(wǎng)絡(luò)參數(shù)對TCP協(xié)議性能所產(chǎn)生的影響。通過分析和測試，指出現(xiàn)有的TCP協(xié)議修改方案的主要問題在于部署和推廣，而傳輸層之下的修改方案將是解決這一問題的理想方案。 其次，為了滿足無線網(wǎng)絡(luò)中TCP協(xié)議的需求，本文提出了一種數(shù)據(jù)鏈路層上的動態(tài)分塊校驗(yàn)機(jī)制，通過在數(shù)據(jù)幀中引入多個(gè)校驗(yàn)和來提高數(shù)據(jù)的成功傳輸概率，同時(shí)不會引入過多的頭部和ACK的傳輸開銷，并通過對重傳次數(shù)的改進(jìn)來進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能。此外，為了適應(yīng)無線

5、鏈路上誤碼率的變化，本文還設(shè)計(jì)了一種動態(tài)調(diào)整分塊數(shù)目的機(jī)制，該機(jī)制對當(dāng)前無線鏈路的位誤碼率進(jìn)行估算，并依此動態(tài)的增加或減少數(shù)據(jù)的分塊個(gè)數(shù)。NS-2上的仿真實(shí)驗(yàn)表明，本校驗(yàn)機(jī)制可以有效提高數(shù)據(jù)包成功傳輸概率，進(jìn)而改善了無線鏈路上的TCP傳輸性能，同時(shí)保證了多個(gè)數(shù)據(jù)流傳輸?shù)墓叫院蛿?shù)據(jù)的正確性。 再次，為了滿足遠(yuǎn)程接入用戶數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?，尤其是VPN接入用戶的需要，本文結(jié)合無線網(wǎng)絡(luò)中的研究成果，提出基于VPN網(wǎng)關(guān)的快速重傳機(jī)制，通過

6、在VPN網(wǎng)絡(luò)中引入隧道重傳協(xié)議，降低點(diǎn)到點(diǎn)傳輸中TCP數(shù)據(jù)的丟失概率，并為TCP協(xié)議提供一條可靠的傳輸鏈路。實(shí)際的測試表明，網(wǎng)關(guān)上的快速重傳機(jī)制可以有效的減小數(shù)據(jù)的丟失概率，并由此提升了TCP協(xié)議的傳輸性能。 最后，針對快速重傳機(jī)制在延遲和丟包率較高的情況下所出現(xiàn)的問題，進(jìn)一步提出TCP代理(TCP-Proxy)的概念，VPN網(wǎng)關(guān)通過對TCP數(shù)據(jù)包的ACK確認(rèn)號和通告窗口進(jìn)行修改，屏蔽TCP發(fā)送端對于網(wǎng)絡(luò)丟包的感知，并由此防止擁