TCP拥塞控制毕业论文.doc

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武汉科技大学本科毕业论文

摘要

TCP的拥塞控制由“慢启动（Slowstart）”和“拥塞避免（Congestionavoidance）”组成，后来TCPReno版本中又针对性的加入了“快速重传（Fastretransmit）”、“快速恢复（FastRecovery）”算法，再后来在TCPNewReno中又对“快速恢复”算法进行了改进，近些年又出现了选择性应答（SACK）算法，还有其他方面的大大小小的改进，成为网络研究的一个热点。

TCP的拥塞控制主要原理依赖于一个拥塞窗口（cwnd）来控制，窗口值的大小就代表能够发送出去的但还没有收到ACK的最大数据报文段，显然窗口越大那么数据发送的速度也就越快，但是也就越可能使得网络出现拥塞，如果窗口值为1，那么就简化为一个停等协议，每发送一个数据，都要等到对方的确认才能发送第二个数据包，显然数据传输效率低下。

TCP拥塞控制算法就是要在这两者之间权衡，选取最好的cwnd值，从而使得网络吞吐量最大化且不产生拥塞。

[1]

计算机网络已经逐渐发展成为现代生活中必不可少的一个部分，本论文的主要研究目的就是针对计算机网络中的TCP协议中的Reno拥塞控制，对其实行可视化，使其变得更加容易理解，让我们对计算机网络有更深刻的认识。

关键词：

慢启动；拥塞避免；快速重传；快速恢复；可视化

Abstract

TCPcongestioncontrolfrom"Slowstart"and"Congestionavoidance"composedofTCPRenoversionslaterthentargetedtojointhe"Fastretransmit","FastRecovery"algorithm,andthenlateragainintheTCPNewRenointhe"fastrecovery"algorithmhasbeenimprovedinrecentyearshasemergedselectiveacknowledgementalgorithm,aswellasotherlargeandsmallimprovementsbecomearesearchhotspotnetwork.

ThemainprincipleofTCPcongestioncontrolreliesonacongestionwindow（cwnd）tocontrolthewindowsizevaluerepresentstheabilitytosendoutbutnotyetreceivedthemaximumdatapacketACKDuan,clearwindow,sothegreaterthespeedofdatasentthefaster,butalsomorelikelytomakethenetworkcongestionoccurs,ifthewindowis1,thenreducedtoastopsuchagreement,eachsendingadata,mustwaitforconfirmationoftheotherpartycansendasecondpacket,thedataclearlytransmissionefficiencyislow.TCPcongestioncontrolalgorithmistobalancebetweenthesetwo,choosethebestcwndvalue,allowingthenetworktomaximizethroughputanddoesnotcreatecongestion.

Computernetworkhasgraduallybecomeanessentialofmodernlife,apartofthemainresearchobjectiveofthisthesisisacomputernetworkfortheTCPRenocongestioncontrolprotocolinitsimplementationofvisualizationtomakeitmoreeasytounderstand,letthecomputernetworkhasabetterunderstanding.

Keywords:

Slowstart;Congestionavoidance;Fastretransmit;FastRecovery;Visualization

目录

1绪论 1

1.1课题背景及意义 1

1.2课题现状 1

1.3本文的主要研究内容 2

2开发平台与技术的选择及介绍 3

2.1开发环境的介绍 3

2.1.1 硬件环境 3

2.1.2软件环境 3

2.2Reno拥塞控制简介 3

2.3开发平台简介 3

3需求分析及可行性研究 5

3.1需求分析 5

3.1.1时间要求 5

3.1.2功能要求 5

3.1.3Reno拥塞控制的四个阶段 5

3.1.4性能要求 8

3.2可行性研究 9

3.2.1成本可行性分析 9

3.2.2技术可行性分析 9

4相关开发技术的原理性说明 10

4.1VisualStuidio2008相关简介 10

4.2TCP/IP协议和拥塞控制简介 11

4.3 C#简介及特点 13

4.3.1C#简介 13

4.3.2 C#与C++、JAVA的区别 13

4.3.3C#的前途 14

5系统功能模块分析 15

5.1主框架具体功能 15

5.2各功能模块详细设计 15

6详细设计及编码实现 17

6.1主框架详细设计 17

6.2模块的详细设计 17

6.2.1程序代码 17

6.2.2程序运行结果 23

结论 27

参考文献 28

致谢 29

29

1绪论

1.1课题背景及意义

网络协议本身是一个复杂的抽象的交互过程，其行为由大量的参数（定时器，窗口大小，重传次数，应答的方式等）来确定，甚至不同的参数组合定义了不同的网络协议，很难通过静态的文字或者图表描述让学生理解网络原理与协议的含义和精髓，本次毕业设计希望通过采用C#编程，用功能强，操作性能好，配置灵活的软件的方式和多媒体的形式，动态直观的演示计算机网络中的TCPReno拥塞控制的原理和工作过程，为大家学好计算机网络提供一个更加直观简单的环境。

计算机网络已经逐渐发展成为现代生活中必不可少的一个部分，本论文的主要研究目的就是针对计算机网络中的TCP协议中的Reno拥塞控制，对其进行可视化，使其变得更加的明了和容易理解，让我们对计算机网络有更深刻的理解，同时通过实现TCPReno拥塞控制的可视化让自己对计算机网络有一个更深层次的认识。

1.2课题现状

因特网的快速发展带来了信息量的急剧膨胀，网络拥塞已经成为制约因特网发展的瓶颈。

在众多TCP拥塞控制算法中，TCPVegas表现出比其他算法更为优越的性能，然而自1995年提出至今，仍然没有取代TCPReno成为现今最广泛使用的TCP拥塞控制算法。

有研究表明，这是由于Vegas在与Reno共存的网络环境下不能公平地竞争到带宽，因此不能实质性地提高网络性能。

在分析Reno如何在网络路由中占用带宽的基础上，提出一种在两者兼容环境下的拥塞控制方法，根据不同瓶颈缓冲区容量合理选择a、β等参数，实现了在Vegas与Reno共存环境下两者良好的兼容性，并通过仿真实验证明了该算法的有效性和正确性。

近年来，因特网取得了突飞猛进的发展，同时伴随而来的是信息流量的急剧膨胀。

有限的网络带宽不能满足日益增长的用户需求，网络拥塞已经成为制约因特网发展和应用的一个瓶颈。

如何预防和控制拥塞，已经成为近年来网络研究的热点。

TCP是Internet上通用的传输层协议之一，是目前应用最广泛的传输控制协议，其核心是拥塞控制机制。

基于Internet的交换机的通信信道、处理速度及缓冲存储空间通常是网上所有主机共享的资源，也是网络系统潜在的瓶颈。

随着信源主机数以及信源业务端业务量的不断增多，瓶颈处就有可能发生资源竞争，从而导致网络拥塞。

TCP的一个重要组成部分是执行拥塞控制和拥塞恢复的算法集合。

TCP拥塞控制算法的目标是最大限度利用网络带宽，同时不产生数据流传输中的拥塞现象。

因此，自从上个世纪80年代出现第一次拥塞崩溃以来，TCP拥塞控制策略就在不断地进行完善和改进。

[2]

1.3本文的主要研究内容

Reno机制是目前应用最为广泛的比较成熟的机制，也是以后众多改进机制的基础。

随着网络迅速的发展和网络应用的多元化，单一的TCP拥塞控制不能较好的发挥其作用，于是基于Reno的，从多方面改进的拥塞控制机制呈现了出来，本论文主要研究的就是如何将Reno拥塞控制进行可视化，通过动画的形式演绎TCP协议中的Reno拥塞控制，使得TCP协议可以立体的展现在大家的面前。

2开发平台与技术的选择及介绍

2.1开发环境的介绍

我所设计的是一个TCP协议的可视化，它面对的是所有的学习计算机网络的朋友，在一个立体的环境中使大家可以直白的理解Reno拥塞控制，因为选择的是VisualStuidio2008这款功能强大的开发软件，因此对硬件的要求就上升了一个高度，关于硬件将会在下面给大家详细的介绍。

2.1.1硬件环境

开发该系统应尽可能采用高档的硬件。

因此，在应用时应采用更好的配置。

处理器：

IntelPentiumPIII或更高处理器。

内存：

512MB或更高。

2.1.2软件环境

选择好的操作系统和好的编程语言是系统优劣的关键，我们要求系统在尽可能多的环境下运行，故选择WindowsXP或者WindowsVista系统。

因为VisualStudio2008具有友好的集成开发界面、面向对象的可视化开发模式、良好的数据库及多媒体应用支持以及高效的软件开发与程序运行，功能更大，开发效率更高，不仅是网络环境下的优秀前端开发语言和工具，也是服务器端Web编程的优秀工具。

加之本人对本系统的操作最为熟练，所以选择该平台为开发环境。

操作系统：

WindowsXP或WindowsVista。

开发工具：

VisualStudio2008。

2.2Reno拥塞控制简介

V.Jacobson在1988年的论文中提出的TCP的拥塞控制由“慢启动（Slowstart）”和“拥塞避免（Congestionavoidance）”组成，后来TCPReno版本中又针对性的加入了“快速重传（Fastretransmit）”，“快速恢复（FastRecovery）”算法，再后来在TCPNewReno中又对“快速恢复”算法进行了改进，近些年又出现了选择性应答（selectiveacknowledgement,SACK）算法，还有其他方面的大大小小的改进，这就是Reno拥塞控制的成长历程，在软件开发完成后我将会对以上几个阶段进行一个系统的介绍和演示，这也是本次开发的目的。

[3]

2.3开发平台简介

开发平台我选用了V