高带宽延时积网络的用赛控制.docx

高带宽延时积网络的拥塞控制 摘要 理论与实验表明，随着带宽的高流量积和延迟增加，TCP变得效率低下，同时还有不稳定，不管排队方案的倾向。随着因特网向高带宽光纤链路与高延迟卫星链路的合并，这些缺点越来越重要。 为解决这个问题，我们开发一种新方法。这种新方法在网络拥塞控制方面胜于TCP，保证了效率，公平，可扩展性，和稳定性。这个新的显示控制协议，XCP，概括了显示拥塞通知协议（ECN）。此外，XCP从公平控制中引入去耦利用的概念。这允许一个更加灵活的，易处理的协议设计，为服务差异化开辟了新渠道。 用控制理论框架，我们模拟了XCP，证明不管链路容量，往返延时，数据源数量这些条件如何，它都具有稳健性和有效性。大量的数据包等级模拟实验证明，XCP在传统和高带宽延迟环境下都优于TCP。在稳定或可变通信中，XCP都具有公平带宽分配，高利用率，小队列，几乎0丢包等优点。此外，新协议不在路由器中维持数据流状态，需要为每个数据包分配CPU周期，这使它能在告诉路由器中有作用。 引言 随着互联网的持续壮大，拥塞控制机制在网络发展时必须保持有效。技术趋势暗示了未来互联网将有大量的高带宽链路。高延迟的卫星链路和无线电线路将会司空见惯。这些趋势存在大量问题，因为在带宽或延迟增加时，对TCP很不利。 当前拥塞控制算法的数学模型分析揭示了，不管队列方案如何，随着带宽延时积的增加，TCP会有不稳定的倾向。为问题铸造控制理论框架，规则[23]表明，随着容量和延时的增加，随机早期丢弃（RED），随机早期标记（REM），比例积分控制器，虚拟队列都有不稳定的倾向。它们进一步证明，在高容量或大延时链路中，AQM维持稳定不太可能。此外，Katabi和Blake证明当链路容量足够大时，AVQ有不稳定的趋势。 效率低是TCP在未来网络中面临的问题。随着带宽延时积的增加，性能会下降。TCP附加的增加机制限制了获得空余带宽的能力。因为在高带宽链路中的单数据流的带宽延时积或许是成千上万的数据包。伴随着拥塞突发，TCP会消耗大量的RTT来增加高利用率。 此外，链路容量的增加不会提高短数据流的传输延时。短TCP数据流不能比“慢开始“更快地获得空余带宽，当带宽空余时，还会浪费有用的RTT。 因为TCP的吞吐量与RTT成反比。在卫星链路或无线链路中传输大量数据流时，公平将会成为问题。用户用不同RTT争夺共同瓶颈容量会导致不公平。 尽管大带宽延时积的影响还没有出现，但我们已经能在当前网络中看到这些问题的雏形。例如，在卫星链路上TCP显示了网络利用问题和和TCP对长RTT数据流有偏见。当前，这些问题用一些特殊机制得到了缓和，例如应答间隔，分开连接，性能增强的代理服务器。 《第一页结束》 《第二页开始》 文章开发了一个新的拥塞控制协议，在传统环境它优于TCP。新的明确控制协议XCP概括了明确拥塞报告协议（ECN）。替代使用ECN的一位拥塞缺陷，路由器通知发送方在瓶颈上的拥塞等级。另一个新观念是利用率控制和公平控制不挂钩。对于控制利用率，新协议根据空余带宽调整侵占性。这阻止了震荡，在高带宽或大延时中提供了稳定性，并确保了网络资源的有效利用。对于控制公平，协议收回那些高于公平共享的数据流带宽，分配给其他数据流。 把控制状态放在数据包中，XCP不需要在路由器中的状态，并能测量任意数量的数据流。实验只需少量CPU周期就能使它在高速路由器中更有实用性。 在先前的工作[22，15,23]中，控制理论框架的运用表明协议的流体模型对任何链路容量，反馈延时，数据源数量都具有稳定性。与参数依赖于这些条件的多种AQM方案相反，我们分析了如何设置新协议的参数，使这些参数不受环境影响。 大量数据包级别的模拟实验证明，不论队列方案如何，TCP的性能随容量或延时的增加而下降。相反，新协议能达到高利用率，小队列，不丢包，不受容量和延时影响。即使在传统环境中，模拟实验证明了协议展示了更好的公平，更高的利用率，更小的队列大小，几乎不丢包。在大量短网状数据流的动态环境中也能保持好的性能，并对长RTT数据流没有抵制。新协议的独特性是没有丢包。 尽管我们以解决TCP在高带宽大延时环境中的限制为目标，我们的设计还有其他的优势。 首先，让公平控制从利用率控制中脱离出来开辟了服务差异化的新渠道，服务差异化运用了提供期望带宽分配的方案。我们提出了一个实施窗口价格模型的方案。 第二，协议有利于区别误差损失和拥塞损失，这对无线环境很有用。在XCP中，有拥塞引起的丢包很少见。此外，因为协议用了精确的拥塞反馈，明确反馈会先于拥塞丢包。明确反馈首先会告诉数据源减少它的拥塞窗口。早于和跟随明确增加反馈的损失很可能是误差损失。 第三，XCP有利于不良数据源的检测。 最后，XCP的性能鼓励端用户和网络提供商去配置此协议。我们给