TCP及基于NS2的模拟.ppt

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TCP及基于及基于NS2的模拟的模拟武汉科技大学武汉科技大学计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院2008-3-92008-3-9内容提要内容提要TCP特点特点TCP流量控制流量控制拥塞拥塞TCP拥塞控制拥塞控制TCP流量控制算法流量控制算法网络仿真概述网络仿真概述NS2简介简介TCP（TransmissionControlProtocol）TCP特点特点信息包的转换信息包的转换端到端端到端可靠的，能够传递信息流可靠的，能够传递信息流其可靠性通过其可靠性通过ACKACK来体现来体现流控制：

有效地利用带宽流控制：

有效地利用带宽IP协议提供不可靠、无连接和尽力投递的服务，构成了因特网数据传输的基础；TCP协议（传输控制协议协议（传输控制协议-TransmissionControlProtocol）在IP协议提供的服务基础上，TCP协议软件增加了确认重发、滑动窗口和复用/解复用等机制，提供面向连接的、可靠的、流投递服务。

内容提要内容提要TCP特点特点TCP流量控制流量控制拥塞拥塞TCP拥塞控制拥塞控制TCP流量控制算法流量控制算法网络仿真概述网络仿真概述NS2简介简介TCP流量控制流量控制TCP是一个变化的窗口协议是一个变化的窗口协议假设假设窗口大小为窗口大小为n，不用接收到确认信息就能发出，不用接收到确认信息就能发出n比特的信息比特的信息当数据确认当数据确认后，窗口向前滑动后，窗口向前滑动每个每个信息包都占据一个窗口的大小信息包都占据一个窗口的大小指示接受者有的字节数指示接受者有的字节数最初的最初的TCPTCP发送占据完整的窗口发送占据完整的窗口拥拥塞控制现在能够限制这些问题塞控制现在能够限制这些问题流量控制窗口流量控制窗口每个每个RTT（Round-TripTime）有有W个包裹个包裹丢失的包裹通过丢失的丢失的包裹通过丢失的ACK来检测来检测RTT时间时间源目的地12W12W12WdataACKs12W接收方流量控制接收方流量控制避免超载接收避免超载接收通过接收方设置通过接收方设置awnd:

接收窗口接收窗口网络流量控制网络流量控制避免网络超载避免网络超载通过发送方设置通过发送方设置推断网络有效功率推断网络有效功率cwnd:

拥塞窗口拥塞窗口设置设置w=min（cwnd,awnd）ssthresh：

缓慢启动的开端缓慢启动的开端TCP流量控制窗口流量控制窗口LoadLoadThroughputDelaykneecliffcongestioncollapsepacketloss接收方流量控制接收方流量控制对于每个对于每个ACKACK接收方都通知接收方都通知awndawnd窗口窗口当接收数据并确认后关闭当接收数据并确认后关闭当读取数据时打开当读取数据时打开TCPreceiver:

toavoidbufferoverflowThereceiveradvertisesawindowsizeTCPsender:

maxwindowthatcanbesendDatafromIPApplicationProcessSpareroomTCPdatainbuffer流量控制窗口：

发送方流量控制窗口：

发送方发送但不确认发送但不确认尚未发送尚未发送窗口窗口下一个被发送下一个被发送发送并确认发送并确认确认但确认但不转交给用户不转交给用户尚未确认尚未确认接收缓冲器接收缓冲器窗口窗口流量控制窗口：

接收方流量控制窗口：

接收方新建新建应用层内容提要内容提要TCP特点特点TCP流量控制流量控制拥塞拥塞TCP拥塞控制拥塞控制TCP流量控制算法流量控制算法网络仿真概述网络仿真概述NS2简介简介拥塞拥塞超过网络处理能力的通信量超过网络处理能力的通信量网络产生拥塞的根本原因在用户网络产生拥塞的根本原因在用户（或叫端系统或叫端系统）提供提供给网络的负载给网络的负载（load）（load）大于资源容量和处理能力大于资源容量和处理能力（overload）（overload）。

表现为数据包时延增加、丢弃概率增大、。

表现为数据包时延增加、丢弃概率增大、上层应用系统性能下降等。

上层应用系统性能下降等。

拥塞产生的三个直接原因是：

拥塞产生的三个直接原因是：

存储空间不足。

（主要路由器缓存空间不足引存储空间不足。

（主要路由器缓存空间不足引起）起）带宽容量不足。

带宽容量不足。

路由器处理速度和链路数据速度不匹配。

路由器处理速度和链路数据速度不匹配。

信息包裹丢失信息包裹丢失重传重传吞吐量减少吞吐量减少拥塞崩溃的原因拥塞崩溃的原因不必要的重传信息包不必要的重传信息包未送达或不能用的信息包未送达或不能用的信息包超载后拥塞还将产生超载后拥塞还将产生吞吐量吞吐量负载负载拥塞的表现拥塞的表现拥塞崩溃拥塞崩溃ATMATM网络中包的重传造成的结果，其中很少网络中包的重传造成的结果，其中很少或没有通信量成功地到达目的地。

通常在工作或没有通信量成功地到达目的地。

通常在工作效率低下或缓存能力不足的路由器与差的包丢效率低下或缓存能力不足的路由器与差的包丢弃或弃或ABRABR拥塞反馈机制结合组成的网络中发生。

拥塞反馈机制结合组成的网络中发生。

拥塞现象拥塞现象当网络的负载较小时，吞吐量和负载基本上当网络的负载较小时，吞吐量和负载基本上是线性关系，当负载超过膝点（是线性关系，当负载超过膝点（KneeKnee）时，吞吐量）时，吞吐量增长缓慢，延迟增长，当负载超过崖点（增长缓慢，延迟增长，当负载超过崖点（CliffCliff）时，吞吐量急剧下降，延迟急剧上升。

如图所示：

时，吞吐量急剧下降，延迟急剧上升。

如图所示：

KneeCliffThroughput/delayLoad内容提要内容提要TCP特点特点TCP流量控制流量控制拥塞拥塞TCP拥塞控制拥塞控制TCP流量控制算法流量控制算法网络仿真概述网络仿真概述NS2简介简介TCP拥塞控制的四个阶段拥塞控制的四个阶段慢启动阶段慢启动阶段拥塞避免阶段拥塞避免阶段快速重传快速重传快速恢复阶段快速恢复阶段datapacketACKreceiversender1RTTcwnd12345678cwndcwnd+1（foreachACK）慢启动慢启动拥塞窗口的大小增拥塞窗口的大小增长迅速长迅速当当cwnd=ssthresh时，时，TCP放慢放慢cwnd的增长的增长ACKforsegment1segment1cwnd=1cwnd=2segment2segment3ACKforsegments2+3cwnd=4segment4segment5segment6segment7ACKforsegments4+5+6+7cwnd=8慢启动例子慢启动例子慢启动时间线慢启动时间线cwnd=ssthresh8慢启动算法在初始化连接方面很有效，但慢启动算法在初始化连接方面很有效，但当拥塞发生时，当拥塞发生时，cwndcwnd的指数增长将加重拥塞，的指数增长将加重拥塞，而且网络从拥塞中回复是需要很长时间的，所而且网络从拥塞中回复是需要很长时间的，所以设计了拥塞避免阶段。

以设计了拥塞避免阶段。

cwnd1231RTT4datapacketACKcwndcwnd+1（foreachcwndACKS）receiversender拥塞避免拥塞避免Assumethatssthresh=8RoundtriptimesCwnd（insegments）ssthresh慢启动慢启动/拥塞避免例子拥塞避免例子当一个连接被建立起来时，发送方将拥塞窗当一个连接被建立起来时，发送方将拥塞窗口初始化为当前使用的最大数据段长度，用户发口初始化为当前使用的最大数据段长度，用户发送速率为：

送速率为：

mincwnd,awnd。

每一批被确认的长。

每一批被确认的长度都会使拥塞窗口加倍，直至发生超时或达到接度都会使拥塞窗口加倍，直至发生超时或达到接受方窗口大小。

当一次超时发生时，阈值被设置受方窗口大小。

当一次超时发生时，阈值被设置为当前拥塞窗口的一半，而拥塞窗口被重置为一为当前拥塞窗口的一半，而拥塞窗口被重置为一个最大数据段。

当增长到阈值时，从这个点开始个最大数据段。

当增长到阈值时，从这个点开始线性增长。

如果不再发生超时，将到达接受方的线性增长。

如果不再发生超时，将到达接受方的窗口大小。

在这个点上将停止增长。

只要不发生窗口大小。

在这个点上将停止增长。

只要不发生超时，拥塞窗口保持不变。

超时，拥塞窗口保持不变。

慢启动和拥塞避免拥塞窗口cwndssthresh=16指数规律增长cwnd=）进入拥塞避免传送次数快速重传和快速恢复快速重传和快速恢复快速重传：

快速重传：

假设接收方收到一个乱序的有丢包的报文序假设接收方收到一个乱序的有丢包的报文序列，只要发送方窗口不空，而且列，只要发送方窗口不空，而且RTO没发生超时，没发生超时，那么发送方将继续传输不用等待收到确认。

那么发送方将继续传输不用等待收到确认。

快速恢复：

快速恢复：

Tahoe中，流控窗口是冻结的，即只有经过一中，流控窗口是冻结的，即只有经过一个个RTTRTT时间，才有可能传输新的分组。

也就是当重时间，才有可能传输新的分组。

也就是当重传分组从发出到传分组从发出到ACK返回发送端的这段时间内，返回发送端的这段时间内，从源端到目的地的从源端到目的地的TCP管道是完全清空的，途径管道是完全清空的，途径的路由器是空闲也有可能。

为防止这样的现象发的路由器是空闲也有可能。

为防止这样的现象发生，当发送端收到一定数量的重复生，当发送端收到一定数量的重复ACK时进入时进入“快速恢复快速恢复”阶段。

阶段。

内容提要内容提要TCP特点特点TCP流量控制流量控制拥塞拥塞TCP拥塞控制拥塞控制TCP流量控制算法流量控制算法网络仿真概述网络仿真概述NS2简介简介TCP流量控制算法流量控制算法TCPTahoe：

是：

是TCP的早期版本。

包括的早期版本。

包括33个最从本个最从本的拥塞控制算法：

的拥塞控制算法：

“慢启动慢启动”、“拥塞避免拥塞避免”和和“快速重传快速重传”。

“快速重传快速重传”根据根据33个重复的应答个重复的应答报文来判断报文的丢失减少了超时重传的发生。

报文来判断报文的丢失减少了超时重传的发生。

TCPReno。

Reno在在Tahoe的基础上增加了的基础上增加了“快速快速恢复恢复”。

“快速恢复快速恢复”使用使用“管子管子”模型的模型的“报报文守恒文守恒”特性。

发送方每收到一个重复的应答。

特性。

发送方每收到一个重复的应答。

就认为已经有一个报文离开网络。

于是将发送方就认为已经有一个报文离开网络。

于是将发送方的拥塞窗口加的拥塞窗口加11。

TCPNewReno。

NewReo对对Reno中中“快速恢复快速恢复”算法进行了补充。

它考虑了一个发送窗口内多个算法进行了补充。

它考虑了一个发送窗口内多个报文丢失的情况。

在报文丢失的情况。

在“快速恢复快速恢复”算法中。

发送算法中。

发送方收到一个不重复的应答后就退出方收到一个不重复的应答后就退出“快速恢复快速恢复”状态。

而在状态。

而在NewReno中。

只有当所有报文都被应中。

只有当所有报文都被应答后才退出答后才退出“快速恢复快速恢复”状态。

状态。

TCPSACK。

SACK也关注一个窗口内多个报文的也关注一个窗口内多个报文的丢失。

它使用丢失。

它使用“选择性重复选择性重复”（selectiverepeat）策略。

策略。

TCPVegas。

Vegas通过改用通过改用RTT的变化判断网络的变化判断网络情况，能更好的预测网络带宽的使用情况，对小情况，能更好的预测网络带宽的使用情况，对小缓存的适应性强，效率也很好。

缓存的适应性强，效率也很好。

内容提要内容提要TCP特点特点TCP流量控制流量控制拥塞拥塞TCP拥塞控制拥塞控制TCP流量控制算法流量控制算法网络仿真概述网络仿真概述NS2简介简介网络研究的三类方法网络研究的三类方法分析方法分析方法分析方法分析方法模型分析、协议分析模型分析、协议分析通用表达式、集合论、概率分析方法通用表达式、集合论、概率分析方法实验方法实验方法实验方法实验方法