NS2下的TCP和TCPReno模块分析剖析Word下载.docx
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//本分组头在分组中的偏移量
inlinestaticint&
offset（）{returnoffset_;
}//取得偏移量值
inlinestatichdr_tcp*access（Packet*p）{//用于从分组获取本TCP分组头
return（hdr_tcp*）p->
access（offset_）;
}
/*用于获取前面参数的子程序*/
double&
ts（）{return（ts_）;
ts_echo（）{return（ts_echo_）;
int&
seqno（）{return（seqno_）;
reason（）{return（reason_）;
};
其中ts_、ts_echo_用于计算rtt时间,offset_记录下本TCP分组头在该分组中的偏移，而acess（*p）则根据此偏移量来获取该分组。
TCP的发端和收端就是通过发送本端TCP分组头和接收对端分组头，来获取数据包的序号等信息，完成双方的通信。
TCP模块参数介绍
除了分组头的参数，TCP中的大量参数在TCP代理的类定义classTcpAgent中给出。
下面列出了常用的参数：
TracedIntt_rtt_;
/*往返时间RTT*/
TracedIntt_srtt_;
/*平滑的RTT时间*/
TracedIntt_rttvar_;
/*RTT的抖动平均偏差（均方值）*/
TracedIntt_backoff_;
/*计算RTO的回退因子，每次超时，有RTO=RTO*2。
*/
TracedIntt_rtxcur_/*重传超时的时长。
intT_SRTT_BITS;
/*用于更新SRTT的指数权值*/
intT_RTTVAR_BITS;
/*用于更新RTTVAR的指数权值*/
doublets_peer_;
/*对方发送的最后一个ACK的时间戳*/
/*对方发送的最后一个ACK的回应时间戳，表示本方相应序号发送的时间*/
intts_option_;
/*＝1表示应用程序采用时间戳记录到分组头的方式来计算RTT，也可以使用本端记录RTT样本时间的方式，相应参数为rtt_ts*/
inttimerfix_;
/*修改后的更新RTO定时器策略，设为1表示采用在更新RTT以后更新RTO，而不是在更新RTT以前更新RTO定时器的策略*/
doubleboot_time_;
/*系统在两个TCP时钟之间启动经过的时间*/
doublewnd_;
//接收方的通知窗口，在单向TCP程序中为固定值
doublewnd_th_;
//窗口门限，用于计算awnd
doubletcp_tick_;
//TCP时间间隔，即一个“TCP嘀哒”的时长
intwnd_init_option_;
/*设为1表示使用默认初始启动窗口，设为2表示使用大的初始启动窗口*/
doubledecrease_num_;
/*倍数减少策略因子，默认为0.5*/
doubleincrease_num_;
/*线性增加策略因子，默认为1.0*/
intprecision_reduce_;
/*＝1表示按双精度减少CWND*/
intmaxburst_;
/*一次最多允许发送的分组数量*/
TracedIntdupacks_;
/*重复ACK的个数*/
TracedIntcurseq_;
/*由应用程序给出字节数算出的总分组数*/
TracedInthighest_ack_;
//最大的ACK号，快速重传不会影响
intlast_ack_;
//最大“连续”ACK号，快速重传时保持不变
TracedDoublecwnd_;
/*拥塞窗口，用于计算发送窗口。
而发送窗口为min（cwnd,wnd），即拥塞窗口和对端通告窗口的较小者。
TracedIntssthresh_;
/*慢启动门限*/
TracedIntmaxseq_;
/*用于Karnalgorithm，记录已发送分组的最大序号*/
intlast_cwnd_action_;
/*用于记录上次拥塞动作，如超时、重传等*/
intrtt_active_;
/*=1表示RTT样本还没收到，即还未收到发送RTT样本的ACK*/
intrtt_seq_;
/*RTT样本号，该样本的发送时间被记录了下来，用于计算RTT*/
doublertt_ts_;
/*RTT样本rtt_seq发送的时间戳*/
intfirst_decrease_;
/*是否拥塞窗口第一次减少，用于防止第一次减少时慢启动门限就减少一半*/
RtxTimerrtx_timer_;
/*重传定时器*/
doublemaxrto_;
/*RTO的最大允许值*/
doubleminrto_;
/*RTO的最小允许值*/
intsyn_;
/*=1用于模拟TCP起始连接的握手*/
intdelay_growth_;
/*在收到第一个ACK后才开启cwnd，用于模拟TCP握手*/
intclosed_;
/*用于标志连接是否要中断*/
TCP程序分析
要编写TCPVeno模块，必须对TCP基本模块进行了解，下面对TCP（这里指TCPTAHOE）用到的各子程序进行大致的介绍。
需要注意的是，由于是单向TCP，程序中的发送和接收没有使用对方的窗口大小通告，二是将对端的通告窗口设为一个常量wnd_，使本端发送窗口为win=min（cwnd_,wnd_），发送窗口范围为:
highest_ack----highest_ack+win。
这在子程序output（）和recv（）中可以看到。
先对各子程序的功能作一个说明（下面的子程序均略去了参数）：
TcpAgent（）：
是构造函数，用于初始化数据、参数绑定。
delay_bind_init_all（）、delay_bind_dispatch（）：
用于延迟绑定，即在自己编写的tcl程序中绑定参数。
traceAll（）、traceVar（）、trace（）、trace_event（）：
用于在*.tr文件中跟踪希望跟踪希望的变量。
set_initial_window（）：
用于握手连接时初始化拥塞窗口。
由reset（）调用。
reset（）：
仅被delay_bind_init_all（）调用，用于在连接前初始化各参数。
rtt_init（）：
也是被reset（）调用，用于初始化t_rtt_、t_srtt_、t_rttvar_、t_rtxcur_和回退（补偿）因子t_backoff_。
rtt_timeout（）：
被set_rtx_timer（）所调用，用于设定超时值。
rtt_update（）：
由newack（）调用，而newack（）被recv_newack_helper（）调用，而recv_newack_helper（）最终由recv（）调用。
用于计算RTT值，并由rtt计算重传超时的时长t_rtxcur_。
算得的t_rtxcur_被rtt_timeout（）调用，rtt_timeout（）再被set_rtx_timer（）调用。
rtt_backoff（）：
在reset_rtx_timer（）中用到,超时后将回退因子t_backoff翻倍，即用于将RTO进行翻倍。
Output（）：
用于发送单个分组，被send_much（）（发送多个分组）、send_one（）（发送单个）等调用。
并不直接用于发送单个分组。
sendmsg（）：
该程序由上层应用调用，用来产生TCP流，完成tcp连接、传输、结束全过程，而不用管数据具体怎么传输。
window（）：
用于计算整型的发送窗口，发送窗口＝min（wnd_,cwnd_）。
windowd（）：
用于计算双精度型的发送窗口。
send_much（）：
被recv（）、timeout（）、timeout_nonrtx（）、sendmsg（）等调用，用于在发送窗口范围内把尽可能多的数据发出去。
reset_rtx_timer（）：
被timeout（）、dupack_action（）调用，用于重置重传定时器。
set_rtx_timer（）：
被reset_rtx_timer（）调用，用于设置重传定时器。
newtimer（）：
只被newack（）调用，用来在收到新ACK时设置重传定时器，参数pkt是接收到的ACK分组。
opencwnd（）：
仅被recv_newack_helper（）调用，recv_newack_helper（）再被recv（）调用，在收到新ACK后，用于慢启动和拥塞避免，只调整CWND，而不调整SSTHRESH。
slowdown（）：
被timeout（）、dupack_action（）等调用，用于在超时、重复ACK时降低拥塞窗口CWND和慢启动门限SSTHRESH。
newack（）：
被recv_newack_helper（）调用，recv_newack_helper再被recv（）调用，用于处理收到新ACK时记录的更新、RTT的更新等。
recv_newack_helper（）：
由recv（）调用，处理收到新ACK的情况（调用了newack（）），及处理cwnd设置，关闭连接等。
send_one（）：
TCPTAHOE使用了收到一个或两个重复ACK，就重传分组的策略，send_one（）用于此时单个分组的发送。
dupack_action（）：
在recv（）中，用于收到3个重复ACK后的快速重传，减少CWND和SSTHRESH,并重启重传定时器。
recv（）：
用于对收到的每一个ACK进行处理，用于新ACK的处理（recv_newack_helper（）），重复ACK的处理（dupack_action（）），以及处理后调用sendmuch（），继续发送尽可能多的数据。
timeout_nonrtx（）：
处理非重传的超时，即用于将发送数据进行随机延迟，模拟网络的延迟情况。
timeout（）：
直接被几个定时器的expire（）调用，即在处理超时，根据超时类型改变慢启动门限和拥塞窗口。
RtxTimer:
:
expire（）：
重传时钟，调用了timeout（），即在超时后立即进行超时处理。
trace_event（）：
用于事件的跟踪，可以指定需要跟踪的参数。
此处只列出了各子程序的功能，具体分析见附录。
NS-2下的TCPReno模块分析
根据前面的分析，TCPVeno是在TCPReno上做了一些修改的。
在NS-2上，也沿用了TCPReno的一些算法。
因此，对Reno进行分析是很有必要的。
我们知道，TCP对于TCPTahoe来说，增加了快速重传和快速恢复的处理。
相对TCPTahoe，重载了window（）、windowd（）、recv（）、dupack_action（）、timeout（）几个函数，增加了allow_fast_retransmit（）函数。
下面是具体的分析：
intRenoTcpAgent:
window（）//用于计算整形的发送窗口
{
intwin=int（cwnd_）+dupwnd_;
/*使用dupwnd_是为了限制传输机制，在快速重传时，dupwnd_=numdupacks_，增加发送窗口，在dupack_>
numdupacks_时，即快速恢复时，dupwnd_每次还要+1*/
if（frto_==2）{
win=force_wnd
（2）;
if（win>
int（wnd_））//比较接收窗口和加上dupwnd_的拥塞窗口win=int（wnd_）;
return（win）;
//得到发送窗口
}
doubleRenoTcpAgent:
windowd（）//同上，不同的是得到的是双精度的发送窗口
doublewin=cwnd_+dupwnd_;
wnd_）
win=wnd_;
voidRenoTcpAgent:
recv（Packet*pkt,Handler*）
hdr_tcp*tcph=hdr_tcp:
access（pkt）;
//
intvalid_ack=0;
……
if（tcph->
seqno（）>
last_ack_）{//本ACK序号>
上次记录的ACK序号，表示是新的ACK
……
dupwnd_=0;
//新的ACK,设置dupwnd_=0,用于下次计算发送窗口win
recv_newack_helper（pkt）;
if（last_ack_==0&
&
delay_growth_）{//是连接以来的第一个ACK
cwnd_=initial_window（）;
//初始化CWND
}
}elseif（tcph->
seqno（）==last_ack_）{//本次不是新ACK,是上次的重复ACK
return;
//以下是重复数ACK=1-2、3和3以上的三种情况的处理
if（++dupacks_==numdupacks_）{
//默认numdupacks_＝3，有3个重传就执行快速恢复和快速重传
dupack_action（）;
//改变SSTHRESH、CWND，并重设定时器超时
if（!
exitFastRetrans_）//exitFastRetrans_默认为1，reno专用
dupwnd_=numdupacks_;
}elseif（dupacks_>
numdupacks_&
（!
exitFastRetrans_
//超过numdupacks_次重传ACK，且上次也是重传ACK
||last_cwnd_action_==CWND_ACTION_DUPACK））{
++dupwnd_;
//执行快速恢复：
在超过numdupacks_次重传ACK后，
//每次再收到一个重复ACK,使发送窗口+1,加快发送，fastrecovery
}elseif（dupacks_<
singledup_）{
//如果是1次到2次重复ACK，发送一个新分组，这是限制传输机制
send_one（）;
if（valid_ack||aggressive_maxburst_）//aggressive_maxburst_默认值为1
if（dupacks_==0||dupacks_>
numdupacks_-1）
//如果是新的ACK或者重复ACK数>
=3,尽量发送更多的数据
send_much（0,0,maxburst_）;
//即如果重复ACK＝1或者2，则不这样传，而按照上面只发送一个分组
dupack_action（）//用于处理快速重传
slowdown（CLOSE_SSTHRESH_HALF|CLOSE_CWND_HALF）;
//执行快速重传，SSTHRESH和CWND都降低一半
reset_rtx_timer（1,0）;
//*重设重传定时器,mild=1,使t_seqno_!
=highest_ack_+1,保持原来的值
output（last_ack_+1,TCP_REASON_DUPACK）;
//重传，即发送上次未确认的分组
dupwnd_=numdupacks_;
//发送窗口增加数
return;
timeout（inttno）
if（tno==TCP_TIMER_RTX）{//本次超时是否用于重传
//超时后，dupwnd_和dupacks_置零，重新进行统计
dupacks_=0;
if（bug_fix_）recover_=maxseq_;
TcpAgent:
timeout（tno）;
//执行TCPVegas的超时
}else{
timeout_nonrtx（tno）;
//非重传超时的情况
小结
本章首先对NS仿真环境进行了介绍，随后着重分析了NS环境下的TCP协议，列出了TCP分组头，TCP参数和TCP的各个子程序的作用。
在附录中，对TCP协议进行了详细地分析。
随后对TCPReno协议进行了分析，了解了其工作原理，为建立TCPVeno模块做好了准备。
附录：
NS下的TCP协议分析
为方便协议的分析和节约篇幅起见，略去一些重复的和不重要的细节，以“…”代替。
另外此处分析的协议是ns2.29版本的tcp.cc文件，而不是实验中的ns2.26。
相对于后者，2.29作了一些改进。
以下是具体的协议分析：
TCP类的定义：
staticclassTcpClass:
publicTclClass{
public:
TcpClass（）:
TclClass（"
Agent/TCP"
）{}
//用于在TCL中使用该协议,即TCL和C++的绑定
TclObject*create（int,constchar*const*）{
return（newTcpAgent（））;
}class_tcp;
//TCP类
//用于初始化和绑定TCP的参数，绑定的参数在ns-default.tcl中设定默认参数。
TcpAgent:
TcpAgent（）:
Agent（PT_TCP）,…,frto_（0）//构造函数，此处初始化了参数
#ifdefTCP_DELAY_BIND_ALL
#else/*!
TCP_DELAY_BIND_ALL*/
bind（"
t_seqno_"
&
t_seqno_）;
//绑定各参数到TCL
ncwndcuts1_"
ncwndcuts1_）;
#endif
//延迟绑定，用于在TCL脚本中声明该参数，使其参数在TCL应用程序中可改变。
改变时使用类似的语句。
同样，其默认参数也在ns-default.tcl中。
voidTcpAgent:
delay_bind_init_all（）
delay_bind_init_one（"
window_"
）;
spurious_response_"
#endif/*TCP_DELAY_BIND_ALL*/
Agent:
delay_bind_init_all（）;
reset（）;
//用于初始化各个TCP参数
//将本C++中的参数同ns-default.tcl中的参数绑定，C++中的window_，TCL中为wnd_
intTcpAgent:
delay_bind_dispatch（constchar*varName,constchar*localName,TclObject*tracer）
if（delay_bind（varName,localName,"
wnd_,tracer））returnTCL_OK;
if（delay_bind_bool（varName,localName,"
s
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