TCP及基于NS2的模拟.ppt

1、TCP及基于NS2的模拟,武汉科技大学计算机科学与技术学院2008-3-9,内容提要,TCP特点TCP流量控制拥塞TCP拥塞控制TCP流量控制算法网络仿真概述NS2简介,TCP(Transmission Control Protocol),TCP特点,信息包的转换端到端可靠的，能够传递信息流其可靠性通过ACK来体现流控制：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-Transmission Control Protocol）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

2、、可靠的、流投递服务。,内容提要,TCP特点TCP流量控制拥塞TCP拥塞控制TCP流量控制算法网络仿真概述NS2简介,TCP 流量控制,TCP 是一个变化的窗口协议假设窗口大小为n，不用接收到确认信息就能发出n比特的信息当数据确认后，窗口向前滑动每个信息包都占据一个窗口的大小指示接受者有的字节数最初的TCP发送占据完整的窗口拥塞控制现在能够限制这些问题,流量控制窗口,每个RTT（Round-Trip Time）有W个包裹丢失的包裹通过丢失的ACK来检测,时间,时间,源,目的地,接收方流量控制避免超载接收通过接收方设置awnd:接收窗口 网络流量控制避免网络超载通过发送方设置推断网络有效功率cw

3、nd:拥塞窗口设置 w=min(cwnd,awnd)ssthresh：缓慢启动的开端,TCP 流量控制窗口,Load,Load,Throughput,Delay,knee,cliff,congestioncollapse,packetloss,接收方流量控制,对于每个ACK接收方都通知awndawnd窗口当接收数据并确认后关闭当读取数据时打开,TCP receiver:to avoid buffer overflow,The receiver advertises a window size,TCP sender:max window that can be send,流量控制窗口：发送方,发

4、送但不确认,尚未发送,窗口,下一个被发送,发送并确认,确认但不转交给用户,尚未确认,接收缓冲器,窗口,流量控制窗口：接收方,新建,应用层,内容提要,TCP特点TCP流量控制拥塞TCP拥塞控制TCP流量控制算法网络仿真概述NS2简介,拥塞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(或叫端系统)提供给网络的负载(load)大于资源容量和处理能力(overload)。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。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起）带宽容量不足。路由器处理速度和链路数据速度不匹配。,信息包裹丢失重传吞吐量减少拥塞崩溃的原因不

5、必要的重传信息包未送达或不能用的信息包超载后拥塞还将产生,吞吐量,负载,拥塞的表现,拥塞崩溃,ATM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。通常在工作效率低下或缓存能力不足的路由器与差的包丢弃或ABR拥塞反馈机制结合组成的网络中发生。,拥塞现象,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（Knee）时，吞吐量增长缓慢，延迟增长，当负载超过崖点（Cliff）时，吞吐量急剧下降，延迟急剧上升。如图所示：,内容提要,TCP特点TCP流量控制拥塞TCP拥塞控制TCP流量控制算法网络仿真概述NS2简介,TCP 拥塞控制的四个阶段,慢启动阶段拥塞避免阶段快速重

6、传快速恢复阶段,当建立新的链接之后，先设置cwnd=1之后每接收一个ACK，就将cwnd加1cwnd cwnd+1直到一个包裹丢失被检测出来，cwnd按指数增长才会停止。此时，ssthresh=cwnd/2,慢启动,data packet,ACK,receiver,sender,1 RTT,cwnd,1,2,3,4,5,6,7,8,cwnd cwnd+1(for each ACK),慢启动,拥塞窗口的大小增长迅速当cwnd=ssthresh时，TCP放慢cwnd的增长,cwnd=2,cwnd=4,cwnd=8,慢启动例子,慢启动时间线,cwnd=ssthresh,8,慢启动算法在初始化连接方面

7、很有效，但当拥塞发生时，cwnd 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，所以设计了拥塞避免阶段。,拥塞避免,包裹丢失后，慢启动的又恢复成cwnd1之后每成功接收一个ACK:cwnd cwnd+1/cwnd当发现超时或收到三个相同的ACK确认时，网络即发生拥塞，此时进入拥塞避免阶段。ssthresh=cwnd/2 如果超时重传，cwnd=1个最大数据段长度。,cwnd,1,2,3,1 RTT,4,data packet,ACK,cwnd cwnd+1(for each cwnd ACKS),receiver,sender,拥塞避免,Assume that ssthresh=

8、8,Roundtrip times,Cwnd(in segments),ssthresh,慢启动/拥塞避免例子,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，用户发送速率为：mincwnd,awnd。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。,快速重传和快速恢复,快速重传：假设接收方收到一个乱序的有丢包的报文序列，只要发

9、送方窗口不空，而且RTO没发生超时，那么发送方将继续传输不用等待收到确认。快速恢复：Tahoe中，流控窗口是冻结的，即只有经过一个RTT时间，才有可能传输新的分组。也就是当重传分组从发出到ACK返回发送端的这段时间内，从源端到目的地的TCP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生，当发送端收到一定数量的重复ACK时进入“快速恢复”阶段。,内容提要,TCP特点TCP流量控制拥塞TCP拥塞控制TCP流量控制算法网络仿真概述NS2简介,TCP流量控制算法,TCP Tahoe：是TCP的早期版本。包括3个最从本的拥塞控制算法：“慢启动”、“拥塞避免”和“快速重传”。“快速重传

10、”根据3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。TCP Reno。Reno在Tahoe的基础上增加了“快速恢复”。“快速恢复”使用“管子”模型的“报文守恒”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。于是将发送方的拥塞窗口加1。,TCP NewReno。NewReo对Reno中“快速恢复”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“快速恢复”算法中。发送方收到一个不重复的应答后就退出“快速恢复”状态。而在NewReno中。只有当所有报文都被应答后才退出“快速恢复”状态。TCP SACK。SACK也关注一个窗口内多个报文的丢失。它使用“选择性重

11、复”(selective repeat)策略。TCP Vegas。Vegas通过改用RTT的变化判断网络情况，能更好的预测网络带宽的使用情况，对小缓存的适应性强，效率也很好。,内容提要,TCP特点TCP流量控制拥塞TCP拥塞控制TCP流量控制算法网络仿真概述NS2简介,网络研究的三类方法,分析方法模型分析、协议分析通用表达式、集合论、概率分析方法实验方法网络实验床（testbed）实验室测试网实际网络、小规模试验网模拟方法虚拟网络实验床（Virtual network testbed）仿真软件,主流仿真软件,OPNET NS-2MATLABSPWQualNet/GloMoSim其中只有NS-2

12、是免费开源软件，其他都是商业软件，价格不菲。,主流仿真软件比较,内容提要,TCP特点TCP流量控制拥塞TCP拥塞控制TCP流量控制算法网络仿真概述NS2简介,NS2研究范围,支持网络协议的研究和教育通信协议的设计，数据流的研究等不同协议的比较优点 与平台无关，有大量的协议、代码以及模型可供使用，开源的，不同的协议很容易进行比较。,NS2功能,有线网络路由层 DV,LS,PIM-SM传输层:TCP and UDP流量产生:web,ftp,telnet,cbr,stochastic队列模型:drop-tail,RED,FQ,SFQQoS:IntServ and Diffserv,无线网络网络类型：

13、MANET,Sensor Networks路由：AODV,DSR,DSDV，Mobile IP以及HMIPv6等MAC:802.11,802.15.4,Smac等传输层、多种数据流模拟,NS2 组件,ns:网络模拟器执行tcl脚本，进行模拟，并将所有的模拟结果以trace文件的个是输出。nam:网络AniMator将ns的结果可视化。模拟的流程,tcl脚本,ns-2,Trace文件Nam文件,nam,awkgnuplot/matlab,NS2体系结构,面向对象的设计支持重用容易维护方便扩展，如添加新协议分裂对象模型C+是高效的编译执行语言，功能模拟，性能较好；Otcl解释执行的，进行场景配置。

14、不必重新编译更灵活。,NS2体系结构,NS2结合两者的优点,C+,otcl,推荐直接安装ns-allinone版本（最新ns-allinone-2.31）可参考http:/www.isi.edu/nsnam/ns/index.html Linux（直接install就行了）此处我们使用ns-allinone-2.1b9a版本，因为安装的ns中需要添加MNS2.1b9a这个补丁，如果安装高版本，需下载配套补丁。windows安装方法,NS2的安装,在WINDOW 9X/2000/XP的安装方式,1.安裝cygwin连到 http:/，点选 Install or Update now(using

15、setup.exe),执行setup.exe。,按下一步。,选择Install from Internet，并按下一步。,在Root Directory中，可以选择安装的目录，建议使用内定的路径 c:cygwin。其它另外两个选项也使用内定值即可。按下一步。,在Local Package Directory中，是让使用者设定下载cygwin所需要档案的目录。使用者可以自行更改路径或者使用与安装程式setup相同的路径(内定值)。按下一步。,选择网际网路连线的方式。第一种是直接连线，第二种是使用IE5的设定，第三种是使用HTTP/FTP Proxy的方式。若采用第三种方式，设定如右。,按下一步。

16、,选择下载的地点，假设选择从交通大学的FTP站下载。按下一步。,选择要安装的软体套件。先点选View，使得旁边的Category变成Full，可以对于细部的选项做选择。,要选择的有XFree86-base、XFree86-bin、XFree86-prog、XFree86-lib、XFree86-etc、make、patch、perl、gcc、gcc-g+、gawk、gnuplot、tar和gzip。以下图为例，点选XFree86-base，可以使得状态从new改变成4.3.0-11。,按下一步。,开始下载并安装。,2.安裝ns2点选桌面上的cygwin小图示。,第一次执行的时候，会根据目前电脑的使用者和名称等资讯，在cygwin的home的目录下产生一个使用者的资料夹，并放入环境变数设定等相关档案(.bashrc、.bashrc_profile和.inputrc)。接下来到http:/www.isi.edu/nsnam/dist/ns-allinone-2.27.tar.gz（目前有新版本），下载ns2的程式码，并存放到自己的目录内。所下载的allinone package包括以下套件