无线TCP技术 _最终版.pptx

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1、1/302/303/30一、无线网络特点u高比特误码率u突发丢包严重u带宽低u移动性u能量有限因此，传统的 TCP/IP 协议也就无法直接适用于无线网络环境4/30在无线网络下，网络丢包有两个原因：拥塞丢包与误码丢包，而传统TCP认为拥塞丢包是出现丢包的唯一原因无线网络中误码丢包的几率很大，当数据丢失不是由网络拥塞引起，而是链路错误所致，且链路质量较好时，TCP仍会启动拥塞控制，导致性能急剧下滑二、无线网络中TCP的缺陷u能耗问题u区分拥塞丢包与误码丢包5/30对移动设备而言，能耗是非常重要的问题，传统TCP没有考虑能量的问题，无法在性能和能耗间进行折衷。TCP在保证其通信性能时可能会引入大量

2、不必要的数据重传，导致不必要的能耗。1、能够判断出丢包原因。当时拥塞丢包时，启用拥塞控制机制。当是误码丢包时，只需重传相应的数据包即可，而不需要启用拥塞控制机制2、尽早发现网络拥塞，当发生拥塞时，如何做，既能解决拥塞又能充分利用网络带宽资源3、通过拥塞避免和拥塞控制使网络保持高吞吐量与低延迟三、无线TCP的改进方向6/307/30TCP为应用层提供一个可靠的面对链接的端到端的字节流服务，TCP协议通过使用窗口机制、序列号机制、确认机制、重传计时器等，实现了流量控制、差错控制、拥塞控制等功能TCP首部8/309/30u滑动窗口：滑动窗口是传输层进行流控的一种措施，接收方通过通告发送方自己的窗口大

3、小，从而控制发送方的发送速度，从而达到防止发送方发送速度过快而导致接收方被淹没的目的。u拥塞窗口cwnd：发送端通过网络的拥塞程度所给出的一个大小 值,而这个值就是拥塞窗口。u发送窗口=min（滑动窗口，拥塞窗口）10/30TCP中常用以下3种定时器：u重传定时器：在规定时间(2RTT)内是否收到已发报文的回复？u坚持定时器：接收端接收队列已满，发送窗口为0的ACK接收端收到0窗口ACK，发送窗口设为0，等待接收端窗口大小非0的ACK接收端接收队列处理完毕，发送窗口非0的ACK，但该ACK丢失两边都在等待对方，死锁11/30u保活定时器：为防止两端之间连接的长时间空闲，一般会为服务器设置保活定

4、时器，服务器会发送探测报文，当一段时间仍没有反应，服务器端主动断掉连接12/30当网络中存在过多的数据包，使得负载超出了处理能力，拥塞就会发生，TCP拥塞控制根据当前网络状态采用不同的拥塞控制方法，包括：慢启动、拥塞避免、快速重传。uTCP拥塞控制中维持几个重要参数：cwnd(拥塞窗口)ssthresh(慢启动阈值)RTT(回路响应时间)RTO(超时重传)13/30u慢启动(1)当连接刚刚建立/当cwnd小于ssthresh(2)cwnd设为1，每收到一个ACK，cwnd增加一倍，拥塞窗口快速增长慢启动可以防止一个连接在刚建立时向网络发送过多的数据包造成网络拥塞，也可以避免吞吐量增加过慢的问题

5、。u拥塞避免当cwnd达到ssthresh的大小，进入拥塞避免阶段，精确确认网路实际可容纳的数据量，每收到一个ACK，拥塞窗口加一。慢启动中的cwnd是成倍的增大，而ssthresh是一个一个的增加。当发生拥塞，1.把ssthresh降低为cwnd值的一半2.把cwnd重新设置为13.重新进入慢启动过程。14/3015/3017/30现有的改进方案一、基于跨层的改进方案二、端到端的改进方案三、TCP BR(TCP Based on RTT)协议18/30一、基于跨层的改进方案根据链路层和网络层反馈到TCP层的信息，在TCP层采取相应措施处理丢失的数据包。1、显式拥塞通知在IP包头部的保留比特中

6、选定CE(congestion experienced)位，用于表示网络中发生拥塞。该位由路由器填充，当路由器发现队列长度超过特定阈值时，在转发的报文中将CE位设为1接收端收到标识了CE位的报文后，在确认报文中加入标识ECN-ECHO，发回到发送端发送端收到带有ECN-ECHO标识的报文后，做出相应处理19/302、显式拥塞通知改进在数据分组头部不仅加入CE位，还加入feedback域，用于发送端确定cwnd的变化量中间路由根据当前网络可用带宽修改feedback域的值当数据到达接收端，feedback域的值即为路径允许cwnd增加的最小值最后接收端通过ACK分组，将该值反馈给发送端3、显式丢

7、失通知当接收端估计出丢包与拥塞无关是，便设置TCP包头部的ELN位，并返回给发送端发送端接收到ELN通知，只需重传丢失的数据包，无需进行拥塞控制其中ELN位可选在TCP报文首部中的保留比特20/30易于理解因为跨层，改动量较大21/30二、端到端的改进方案目前端到端方案大多数是基于带宽估计来调节发送速率，避免盲目减半发送速率，提高带宽资源利用效率。TCP Vegas协议TCP Vegas协议是通过比较期望速率和实际速率以决定是否增 加或减少拥塞窗口，避免盲目将拥塞窗口变为1。TCP Vegas协议使用新的拥塞避免机制来提高吞吐量。22/30新的拥塞避免机制cwnd=cwnd+1 diffcwn

8、d diff然后按照下式更新拥塞窗口23/30通常=1 =31、端到端的改进直接作用于发送接收端的TCP层，兼容性较好2、利用吞吐率的变化来调节拥塞窗口，而不是基于丢包3、可以使cwnd达到一个平衡点通过计算期望速率来判定网络是否拥塞，但是没有实现丢包区分机制24/30三、TCP BR协议TCP BR(TCP Based on RTT)能够实现：丢包区分，拥塞控制。是目前广泛使用的无线TCP协议。1、TCP BR区分丢包以及预测网络拥塞u利用RTT预测网络拥塞发送端唯一能体现出TCP链接经过的网络状态的指标就是RTT，因此，RTT的增加表示网络拥塞可能性的增加，网络从空闲进入饱和状态要经历一个

9、过程，在此过程即使还没有发生丢包，但RTT必然增大。然而链路误码丢包是一个突发事件，RTT值不会受太大影响，仍然较小。25/30u具体实现根据p值将网络状态分为三种：空闲，理想，拥塞拥塞塞理想理想空空闲0ab126/30TCP BR拥塞控制算法u发送端根据以下算法调整拥塞窗口拥塞塞理想理想空空闲0ab127/30首先，介绍了TCP的基础知识作为储备，包括：窗口控制机制，超时机制，拥塞控制机制然后，介绍了为什么无线网络不能直接使用传统TCP协议，主要原因是：传统TCP协议是针对有线链路设计的，有线链路主要是拥塞丢包，每当发生丢包，传统TCP就启动拥塞控制机制，而无线网络中，误码丢包发生几率不容忽视，因此，在无线网络中使用TCP就必须加入差错检测机制，当判决为误码丢包时，不能启用拥塞控制窗口最后，介绍了目前使用的无线TCP技术，包括：端到端的改进方案、基于跨层的改进方案、以及使用广泛的TCP BR改进方案。29/3030/30