面向下一代網(wǎng)絡(luò)的端到端多路徑傳輸層架構(gòu)

1、第31卷第10期 2010年10月通 信 學(xué) 報(bào) V ol.31 No.10Journal on CommunicationsOctober 2010面向下一代網(wǎng)絡(luò)的端到端多路徑傳輸層架構(gòu)薛淼，高德云，張思東，張宏科(北京交通大學(xué) 下一代互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)設(shè)備國家工程實(shí)驗(yàn)室，北京100044摘 要：為了解決傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)無法有效同時(shí)使用多家鄉(xiāng)終端的多個(gè)接口傳輸數(shù)據(jù)的問題，提出了一種面向下一代網(wǎng)絡(luò)的端到端多路徑傳輸層架構(gòu)E2EMP。E2EMP 通過自適應(yīng)的根據(jù)路徑特性分發(fā)數(shù)據(jù)，采用雙層序列空間，實(shí)施靈活的端到端路徑管理，提高了多家鄉(xiāng)終端的傳輸性能。實(shí)驗(yàn)仿真表明，E2EMP 能夠有效地聚合終端多家鄉(xiāng)的出口帶寬，

2、同時(shí)提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院涂煽啃浴?關(guān)鍵詞：端到端多路徑傳輸；亂序；架構(gòu)；下一代網(wǎng)絡(luò)中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1000-436X(201010-0026-10End-to-end multipath transport layer architectureoriented the next generation networkXUE Miao, GAO De-yun, ZHANG Si-dong, ZHANG Hong-ke(National Engineering Lab for Next Generation Internet Interconnection De

3、vices, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, ChinaAbstract: To solve the problem of inefficient transmission using multiple interfaces of multihome terminal in the tradi-tion network, an end-to-end multipath transport layer architectureE2EMP oriented the next generation network was presented.

4、 Through distributing data adaptively following characters of the end-to-end paths, adopting dual sequence space, implementing smart path management policies, the performance of the multihome terminal using E2EMP has sig-nificant improvement. The simulation results show that E2EMP aggregates bandwid

5、th of the multihome terminal inter-faces efficiently, and meanwhile promotes the security and reliability of end-to-end multipath transport. Key words: end-to-end multipath transport; reordering; architecture; next generation network1 引言在過去的30年里，Internet 秉承其開放性的設(shè)計(jì)理念，通過承載分布式應(yīng)用和互聯(lián)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，取得了公認(rèn)的巨大成功，并成為推動(dòng)

6、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步的主要引擎之一。Internet 是一個(gè)基于分組交換的網(wǎng)絡(luò)，采用端到端的原則在網(wǎng)絡(luò)終端間傳輸數(shù)據(jù)。由于設(shè)計(jì)之初價(jià)格因素和設(shè)計(jì)理念的影響，終端通常只配置一塊網(wǎng)絡(luò)接口卡（NIC ），并且相應(yīng)只配置一個(gè)網(wǎng)絡(luò)層地址，端到端的數(shù)據(jù)傳輸在此基礎(chǔ)上也只能建立單一的傳輸層連接傳輸數(shù)據(jù)。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，一方面網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)不斷多樣化，包括廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)和個(gè)域網(wǎng)接入技術(shù)，有線和無線接入技術(shù)都不斷成熟并且商用，例如收稿日期：2010-05-31；修回日期：2010-09-26 基金項(xiàng)目：國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（“973”計(jì)劃）基金資助項(xiàng)目（2007CB307100）；國家科技支撐計(jì)劃基金資助項(xiàng)

7、目（2008BAH37B03）；國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)基金資助項(xiàng)目（60833002）；國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（60903150）；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)基金資助項(xiàng)目（2009YJS017）Foundation Items: The National Basic Research Program of China (973 Program (2007CB307100; The National Key Technology R&D Program (2008BAH37B03; State Key Program of National Natural Science of China (6

8、0833002; The National Natural Sci-ence of China (60903150; Fundamental Research Funds for the Central Universities (2009YJS017第10期 薛淼等：面向下一代網(wǎng)絡(luò)的端到端多路徑傳輸層架構(gòu) 27xDSL 、xPON 、3G 、WLAN 、WiMAX 、Bluetooth 等；另一方面，接入設(shè)備的成本不斷降低，越來越多的終端開始配置多個(gè)網(wǎng)絡(luò)適配器，例如移動(dòng)終端laptop 通常配有LAN 接口和WLAN 接口，也可以支持3G 無線接入；而一般PDA 都支持WLAN 和3G 接入

9、；一些固定終端也同時(shí)支持LAN 和ADSL 接入。各種集成了USB 接口的網(wǎng)絡(luò)適配器也使得終端在選擇接入方式上變得更加靈活。下一代網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的演化，使得終端能夠配置多個(gè)網(wǎng)絡(luò)層接入地址。IPv6的初步部署使得網(wǎng)絡(luò)層地址更為豐富, 終端可以配置多個(gè)IPv6地址或者同時(shí)配置IPv6地址和IPv4地址，以接入不同子網(wǎng)；而網(wǎng)絡(luò)虛擬化1,2可以使由不同種類的網(wǎng)絡(luò)層地址、不同的路由機(jī)制構(gòu)成的虛擬網(wǎng)絡(luò)部署在相同的基礎(chǔ)設(shè)施上，終端可以同時(shí)選擇IP 或者其他虛擬網(wǎng)絡(luò)層地址，例如平面標(biāo)識(shí)，接入網(wǎng)絡(luò)。盡管基于多種接入技術(shù)和多個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址的多家鄉(xiāng)終端正在成為下一代互聯(lián)網(wǎng)的主要特征，但是傳統(tǒng)的端到端傳輸協(xié)議，例如TCP 、U

10、DP 仍然只能基于一個(gè)NIC 的網(wǎng)絡(luò)地址建立連接，在端到端單路徑上傳輸數(shù)據(jù)，無法充分發(fā)揮多個(gè)NIC 的特性。由于現(xiàn)有協(xié)議的不足，端到端多路徑的研究逐漸成為關(guān)注的焦點(diǎn)。歐洲的Trilogy 3計(jì)劃將端到端的多路徑傳輸作為其資源池(resource pooling概念的一部分；文獻(xiàn)46中描述的一體化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)提出的多連接多路徑7(MCMP, multi-connection multi- path 也將端到端多路徑作為新網(wǎng)絡(luò)體系研究的一個(gè)方面。為了充分使用終端的多家鄉(xiāng)特性進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，適應(yīng)下一代網(wǎng)絡(luò)終端多家鄉(xiāng)化的趨勢(shì)，提出了一種基于傳輸層的端到端多路徑架構(gòu)(E2EMP, end-to-end mul

11、tipath，在傳輸協(xié)議SCTP(stream control transmission protocol8上實(shí)現(xiàn)了E2EMP ，并對(duì)其進(jìn)行性能評(píng)估。本文第2節(jié)介紹了與E2EMP 相關(guān)的工作；第3節(jié)描述端到端多路徑的優(yōu)點(diǎn)和E2EMP 的設(shè)計(jì)目標(biāo)；第4節(jié)描述了E2EMP 的架構(gòu)設(shè)計(jì)；第5節(jié)對(duì)其性能進(jìn)行評(píng)估；第6節(jié)是結(jié)束語。2 相關(guān)工作近年來，很多研究嘗試在各個(gè)層面使用多家鄉(xiāng)終端的多個(gè)接口并行傳輸數(shù)據(jù)。本文根據(jù)其實(shí)現(xiàn)的層次將這些研究分為3類。2.1 應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)MuniSocket 9是一個(gè)在用戶空間實(shí)現(xiàn)的socket 中間件，它通過在多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口上建立多個(gè)TCP 連接分發(fā)數(shù)據(jù)，從而達(dá)到聚合帶寬和提

12、高可靠性的目的。但其實(shí)現(xiàn)需要手動(dòng)配置將要建立的TCP 連接地址對(duì)和端口號(hào)，可擴(kuò)展性不強(qiáng)。SmartSockets 10能夠?yàn)槎嗉亦l(xiāng)主機(jī)智能的選擇建立連接的地址和端口，但其建立的連接是基于端到端單路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)? 需要在內(nèi)存中開辟新的存儲(chǔ)空間用于緩存不同路徑到來的亂序數(shù)據(jù)分組，因此內(nèi)存的利用率不高。2.2 傳輸層實(shí)現(xiàn)通過傳輸層實(shí)現(xiàn)端到端多路徑傳輸主要包括基于TCP 的實(shí)現(xiàn)和基于SCTP 的實(shí)現(xiàn)。pTCP 11通過在傳輸層為多個(gè)接口上的TCP “管道”分發(fā)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)帶寬聚合。M/TCP12在內(nèi)核中實(shí)現(xiàn)在多個(gè)接口上建立TCP 連接分發(fā)數(shù)據(jù)，并利用新的TCP 選項(xiàng)管理不同接口TCP 的連通性，健壯

13、的ACK 機(jī)制保證其可靠性。mTCP 13的實(shí)現(xiàn)與M/TCP類似，但其加入了共享擁塞檢測(cè)機(jī)制。上述這些實(shí)現(xiàn)均對(duì)路徑差異性考慮不足，僅僅依賴于TCP 的滑動(dòng)窗口機(jī)制，忽視了數(shù)據(jù)發(fā)送調(diào)度算法的重要性，無法適應(yīng)路徑差異大的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。R-MTP 14通過帶寬估計(jì)調(diào)度數(shù)據(jù)分組在多個(gè)接口的分發(fā)比例，達(dá)到帶寬聚合的目的，但其發(fā)送速率易受帶寬估計(jì)的影響。MPTCP 15是最近一個(gè)活躍的關(guān)于端到端多路徑分支，但是MPTCP 對(duì)TCP 的分組格式做了大量修改，尤其是多個(gè)選項(xiàng)的添加使其難以穿越現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的防火墻設(shè)備。由于SCTP 自身對(duì)多家鄉(xiāng)的支持，很多端到端多路徑設(shè)計(jì)方案也采用SCTP 。LS-SCTP 16通過修

14、改SCTP 發(fā)送機(jī)制，使得SCTP 能夠同時(shí)在多條路徑并行發(fā)送數(shù)據(jù)，達(dá)到負(fù)載均衡的目的。cmpSCTP 17引入了路徑序列號(hào)和修改的SACK ，完善了LS-SCTP 的設(shè)計(jì)。但二者都對(duì)已有分組格式做了大量修改，后向兼容性不強(qiáng)。W-SCTP-PR 18通過動(dòng)態(tài)估計(jì)路徑帶寬，基于帶寬在各路徑上發(fā)送數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了PR-SCTP 并行多路徑傳輸，但其在與TCP 共存時(shí)帶寬容易被擠占。CMT-SCTP 19在盡量不改變標(biāo)準(zhǔn)SCTP 分組格式的基礎(chǔ)上修改了SCTP 基于路徑的擁塞控制算法和多種重傳算法，實(shí)現(xiàn)SCTP 在多個(gè)接口的并行傳輸，但其只是簡(jiǎn)單在路徑間進(jìn)行Round-Robin 調(diào)度發(fā)送，沒有考28

15、通 信 學(xué) 報(bào) 第31卷慮路徑間的特性差異。 2.3 鏈路層實(shí)現(xiàn)為了聚合多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口的帶寬，Linux 的bonding 20技術(shù)可以將多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口綁定成一個(gè)虛擬接口，用戶數(shù)據(jù)在各接口間按照一定的算法調(diào)度，從而實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡和帶寬聚合。在Solaris8和Solaris 9中引入的IPMP 21實(shí)現(xiàn)了在SUN 操作系統(tǒng)的多接口的帶寬聚合和并行數(shù)據(jù)傳輸。但bonding 和IPMP 不能精確地得到基于端到端路徑的時(shí)延和網(wǎng)絡(luò)可用帶寬等參數(shù)，只能根據(jù)接口默認(rèn)的性能參數(shù)設(shè)置數(shù)據(jù)調(diào)度算法，容易造成傳輸層RTT 估計(jì)不準(zhǔn)，產(chǎn)生不必要的快速重傳等問題，使得傳輸性能下降。3 E2EMP 設(shè)計(jì)目標(biāo)3.1 端到端多

16、路徑優(yōu)勢(shì)描述使用端到端多路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸能夠帶來如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。帶寬聚合：端到端多路徑可以有效的聚合多條路徑的帶寬，從而為用戶提供更好的QoS 保障?？煽啃裕河捎谕瑫r(shí)存在多條端到端的路徑，單條路徑失敗不會(huì)影響服務(wù)的連續(xù)性，從而為端節(jié)點(diǎn)提供網(wǎng)絡(luò)層冗余，保證了傳輸?shù)目煽啃?。?fù)載均衡：多條端到端路徑同時(shí)使用，可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的擁塞狀況動(dòng)態(tài)地調(diào)整在不同路徑的發(fā)送速率，從而實(shí)現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)邊緣處的負(fù)載均衡。安全性：所有的應(yīng)用數(shù)據(jù)都從多條路徑傳輸，對(duì)任一單條端到端路徑的監(jiān)聽嗅探無法有效地恢復(fù)初始數(shù)據(jù)內(nèi)容，具有更好的安全性。 3.2 E2EMP設(shè)計(jì)目標(biāo)針對(duì)上述端到端多路徑傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)，對(duì)在E2EMP 的設(shè)計(jì)中需要解決的

17、問題進(jìn)行描述，同時(shí)提出E2EMP 的設(shè)計(jì)目標(biāo)。1 同時(shí)使用終端所有活動(dòng)接口帶寬。這個(gè)目標(biāo)是E2EMP 設(shè)計(jì)的初衷，即最大限度利用終端接口匯聚帶寬。2 減少亂序。端到端多路徑傳輸?shù)臄?shù)據(jù)經(jīng)歷不同的路徑環(huán)境，到達(dá)接收端的順序可能與其進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的順序不一致，即發(fā)生數(shù)據(jù)分組亂序。而亂序會(huì)引起傳輸協(xié)議接收緩沖區(qū)阻塞，數(shù)據(jù)遞交延時(shí)增大，引起不必要的重傳等，降低了端到端多路徑傳輸?shù)男阅?。因此根?jù)路徑特性進(jìn)行數(shù)據(jù)分組分發(fā)調(diào)度，降低亂序是E2EMP 要解決的主要問題之一。3 減少不必要的快速重傳?，F(xiàn)有擁塞控制RFC 5681將3個(gè)重復(fù)ACK 認(rèn)為路徑分組丟失，進(jìn)而將擁塞窗口減半進(jìn)入快速重傳階段。而在端到端多路徑傳輸

18、過程中，數(shù)據(jù)分組的亂序到達(dá)現(xiàn)象會(huì)大量出現(xiàn)，不必要的快速重傳會(huì)嚴(yán)重影響端到端多路徑的傳輸性能。E2EMP 需要降低識(shí)別不必要的快速重傳以保證多路徑傳輸?shù)男阅堋? 路徑管理與路由設(shè)置。多家鄉(xiāng)主機(jī)能夠依據(jù)其網(wǎng)絡(luò)層地址建立多個(gè)端到端路徑，而主機(jī)能夠準(zhǔn)確地對(duì)每條端到端路徑識(shí)別、操作和調(diào)度。因此E2EMP 需要能夠靈活準(zhǔn)確地對(duì)端到端路徑進(jìn)行管理。5 分組丟失響應(yīng)。由于采用多條路徑并行傳輸數(shù)據(jù)，不同的路徑具有不同的分組丟失率。RFC5681對(duì)分組丟失的響應(yīng)就是降低路徑的發(fā)送速率。E2EMP 需要確保一條路徑的分組丟失行為不能影響未分組丟失路徑的使用帶寬，同時(shí)也要保證盡快重傳丟失數(shù)據(jù)防止接收端緩沖區(qū)阻塞22。

19、4 E2EMP架構(gòu)設(shè)計(jì)4.1 E2EMP層次結(jié)構(gòu)E2EMP 通過對(duì)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的傳輸層進(jìn)行重新架構(gòu)，改變現(xiàn)有端到端單路徑的傳輸方式，充分利用多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口帶來的優(yōu)勢(shì)。E2EMP 將傳輸層功能分成3個(gè)子層，如圖1所示。其中第1個(gè)子層是基于 圖1 E2EMP架構(gòu)設(shè)計(jì)第10期 薛淼等：面向下一代網(wǎng)絡(luò)的端到端多路徑傳輸層架構(gòu) 29整個(gè)連接的，與應(yīng)用程序中創(chuàng)建的一個(gè)socket 接口對(duì)應(yīng)。在該子層中，除了實(shí)現(xiàn)面向應(yīng)用的數(shù)據(jù)重新排序、錯(cuò)誤恢復(fù)等功能，還要維持面向連接的重傳隊(duì)列維護(hù)、路徑權(quán)值計(jì)算、數(shù)據(jù)分發(fā)調(diào)度等功能。在E2EMP 架構(gòu)中，既然每條端到端路徑都經(jīng)歷獨(dú)自的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，因此每條端到端路徑都有各自獨(dú)立的擁塞

20、控制功能；而傳輸?shù)乃袛?shù)據(jù)都是來自同一個(gè)應(yīng)用進(jìn)程，因此采用共同的接收緩沖區(qū)進(jìn)行流量控制。E2EMP 第2個(gè)子層是面向端到端單路徑的，提供端到端的擁塞控制和基于端到端路徑的參數(shù)統(tǒng)計(jì)，如單路時(shí)延、帶寬估計(jì)、分組丟失率計(jì)算等。E2EMP 的最底層實(shí)現(xiàn)端到端的路徑選擇和動(dòng)態(tài)主機(jī)路由配置。 4.2 路徑管理E2EMP 架構(gòu)在建立端到端多路徑傳輸初始階段，發(fā)送端會(huì)得到一個(gè)目的端的網(wǎng)絡(luò)層地址，這個(gè)地址可以從DNS 查詢得到或者人為輸入。發(fā)送端向這個(gè)目的地址發(fā)起連接，并通告本地可以使用的網(wǎng)絡(luò)層地址，而接收端回應(yīng)并攜帶接收端的網(wǎng)絡(luò)層地址。當(dāng)雙方彼此了解對(duì)方的地址信息后開始按照相應(yīng)規(guī)則建立端到端路徑。本文提供了一

21、種路徑建立策略應(yīng)用于E2EMP 中，路徑管理算法見附錄。在本文的算法中，端到端的路徑建立并不要求窮盡所有地址對(duì)的組合，而是盡可能地利用多個(gè)接口所提供的帶寬。同時(shí)算法中并不要求前向路徑與后向路徑保證對(duì)稱性。在路徑管理中引入了一個(gè)標(biāo)識(shí)端到端路徑的變量連接標(biāo)識(shí)（CID, connec-tion identifier）。連接標(biāo)識(shí)是一個(gè)本地變量，不會(huì)在網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)，用于取代四元組表示端到端路徑的方法，從而對(duì)端到端路徑進(jìn)行靈活的管理。每個(gè)數(shù)據(jù)分組的連接序列號(hào)都與唯一一個(gè)連接標(biāo)識(shí)對(duì)應(yīng)，進(jìn)而與連接標(biāo)識(shí)所標(biāo)勢(shì)路徑的路徑序列號(hào)對(duì)應(yīng)，關(guān)于連接序列號(hào)和路徑序列號(hào)的概念在下一節(jié)將會(huì)介紹。圖2給出了基于連接標(biāo)識(shí)的路徑管理。

22、 圖2 基于連接標(biāo)識(shí)的路徑管理E2EMP 中的路徑在端到端層面是完全不重疊的，但在網(wǎng)絡(luò)路由層面可能會(huì)有一跳或多跳路由重疊。假定核心網(wǎng)絡(luò)帶寬是足夠的，在核心網(wǎng)絡(luò)的路由重疊不會(huì)帶來性能下降的問題。 4.3 緩解亂序影響端到端多路徑并行傳輸經(jīng)歷的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延、分組丟失等環(huán)境參數(shù)都不同，到達(dá)接收端時(shí)會(huì)引起大量的數(shù)據(jù)分組亂序現(xiàn)象。RFC 5681中描述的基于分組丟失的擁塞控制機(jī)制將亂序作為擁塞分組丟失的一種指示，因此如果有3個(gè)亂序的數(shù)據(jù)分組到達(dá)接收端，接收端會(huì)通過3個(gè)重復(fù)ACK 觸發(fā)發(fā)送端的快速重傳，進(jìn)而造成擁塞窗口下降，可用帶寬降低。如圖3描述了端到端多路徑的不必要的快速重傳。這種不必要的快速重傳嚴(yán)重影響

23、端到端多路徑的性能。E2EMP 通過2種方法緩解上述影響：設(shè)計(jì)發(fā)送端的數(shù)據(jù)分發(fā)調(diào)度算法，使在不同路徑傳輸?shù)臄?shù)據(jù)雖然經(jīng)歷不同路徑環(huán)境，但仍然盡量按序到達(dá)接收端；采用雙層序列空間，優(yōu)化現(xiàn)有擁塞控制算法，消除對(duì)亂序的過度反應(yīng)。 圖3 亂序引發(fā)多路徑快速重傳為了減少亂序，提出了一種數(shù)據(jù)分發(fā)調(diào)度算法。算法根據(jù)路徑的特性動(dòng)態(tài)生成一個(gè)路徑權(quán)值(PW, path weight，每一輪發(fā)送調(diào)度算法根據(jù)權(quán)值比例在每條路徑上調(diào)度數(shù)據(jù)。由于E2EMP 是一個(gè)端到端多路徑架構(gòu)，每一條端到端路徑的都可以看作一跳單跳虛擬路由，數(shù)據(jù)的分發(fā)調(diào)度依賴于虛擬路由的度量值PW 。定義PW 為PW i (t =Bandwith RTT

24、 i (t +Loss i (t (1i (t +其中，Bandwith i (t 為t 時(shí)刻路徑i 的估計(jì)可用帶寬，RTT i (t 為t 時(shí)刻路徑i 測(cè)得的平均往返時(shí)延，Loss i (t 為到t 時(shí)刻路徑i 統(tǒng)計(jì)的重傳比率，這里重傳包括快速重傳和超時(shí)重傳。乘子，分別30 通 信 學(xué) 報(bào) 第31卷在端到端多路徑并行傳輸情況下，通過單一序列空間標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)變得不再適用，如圖3所示。路徑2的數(shù)據(jù)分組1由于延遲大到達(dá)接收端較晚，而由于路徑1的時(shí)延小數(shù)據(jù)分組2，3，4已經(jīng)先于數(shù)據(jù)分組1到達(dá)，產(chǎn)生3個(gè)重復(fù)的ACK ，使得發(fā)送端錯(cuò)誤的認(rèn)為路徑2上數(shù)據(jù)分組1丟失，從而重傳數(shù)據(jù)M i (t s i (t =

25、(2 分組1，并將路徑1的擁塞窗口減半。對(duì)于一條端表示帶寬，時(shí)延，分組丟失在路徑權(quán)值計(jì)算中所占的比例。這3個(gè)參數(shù)可以根據(jù)用戶需求進(jìn)行配置和修改。可以看到PW 值越小則路徑狀態(tài)越好。每條路徑的實(shí)時(shí)帶寬可以通過動(dòng)態(tài)估計(jì)獲得。記錄t 時(shí)刻帶寬估計(jì)樣本為s i (t 。max(MRTT i (t ,40ms其中，M i (t 為t 1時(shí)刻到t 時(shí)刻發(fā)送的數(shù)據(jù)量，MRTT i (t 為路徑i 在t 時(shí)刻測(cè)量的即時(shí)往返時(shí)延樣本。將樣本值經(jīng)過低通濾波進(jìn)行平滑即得到路徑的帶寬估計(jì)值Bandwith i (t 。Bandwith i (t =Bandwith i (t 1 +(1 s i (t (3 其中，為濾

26、波因子。每條端到端路徑單獨(dú)維持變量P isend (t 、P i iTresend (t 和P Fresend (t ，用于記錄路徑i 到t 時(shí)刻共發(fā)送數(shù)據(jù)分組數(shù)目、超時(shí)重傳數(shù)據(jù)分組數(shù)目和快速重傳數(shù)據(jù)分組數(shù)目?？傻肔oss i (t ：Loss 1000000(P i i Fresend +100P Tresend i (t =P i (4 send連接起始階段，可以設(shè)置Bandwith i (0為 1 000 000，RTT i (0為1，Loss i (0為0。 當(dāng)端到端傳輸進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)后，計(jì)算各路徑的權(quán)值比例，然后根據(jù)該比例進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)度。E2EMP 架構(gòu)保留每條路徑的基于滑動(dòng)窗口的擁塞控

27、制算法，以維持與現(xiàn)有傳輸協(xié)議的公平性。權(quán)值越小的路徑將優(yōu)先發(fā)送數(shù)據(jù)直到擁塞窗口全部占滿，然后是權(quán)值次小的路徑，依次直到所有路徑遍歷一次，或者所有待發(fā)送數(shù)據(jù)全部發(fā)送出去。依據(jù)路徑權(quán)重的數(shù)據(jù)分組調(diào)度算法見附錄。由于現(xiàn)有傳輸協(xié)議設(shè)計(jì)假定一個(gè)連接的數(shù)據(jù)只經(jīng)過一個(gè)端到端路徑傳輸，其采用單一序列空間標(biāo)識(shí)所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，例如TCP 的字節(jié)號(hào)和SCTP 的TSN （transmit sequence number）。在端到端單路徑傳輸時(shí)，可以用該單一序列空間判斷數(shù)據(jù)是否亂序，以進(jìn)行順序調(diào)整進(jìn)而遞交給應(yīng)用層，又可以通過該序列空間中某些序號(hào)的缺失或混亂對(duì)路徑擁塞情況作出判斷進(jìn)而調(diào)整發(fā)送端擁塞窗口。到端路徑擁塞狀況的

28、判斷應(yīng)該基于該條端到端路徑的反饋，而不能受到其他端到端路徑的影響，由于缺乏路徑信息，現(xiàn)有單一序列空間標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)的方法無法做到這一點(diǎn)。 在E2EMP 架構(gòu)中，采用雙層序列空間標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)流，路徑序列空間和連接序列空間。路徑序列空間按照升序標(biāo)識(shí)端到端路徑上發(fā)送數(shù)據(jù)分組的數(shù)目，連接序列空間按照升序標(biāo)識(shí)整個(gè)連接發(fā)送的應(yīng)用數(shù)據(jù)分組或者字節(jié)。為了與現(xiàn)有端到端單路徑傳輸協(xié)議兼容，并不將路徑序列封裝到數(shù)據(jù)分組中，以防止其經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)中間設(shè)備，如被防火墻，被過濾掉。E2EMP 架構(gòu)中在發(fā)送每一個(gè)數(shù)據(jù)分組時(shí)會(huì)記錄其發(fā)送的端到端路徑，并將其連接序列號(hào)與該端到端路徑的路徑序列號(hào)進(jìn)行一對(duì)一映射。而每個(gè)端到端路徑根據(jù)該映射關(guān)系記錄

29、判斷返回的SACK 中是否確認(rèn)了該路徑的數(shù)據(jù)和需要重傳數(shù)據(jù)。如圖4所示，序號(hào) 3,4,5為路徑1的路徑序列號(hào)，序號(hào)9,10,11為路徑2的路徑序列號(hào)，而序號(hào)1115則是連接序列號(hào)。 圖4 E2EMP雙層序列空間4.4 擁塞控制與流量控制由于每條端到端路徑經(jīng)過的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境存在差異，例如延時(shí)帶寬參數(shù)不盡相同，E2EMP 架構(gòu)基于每條端到端路徑實(shí)施擁塞控制。擁塞算法采用RFC5681建議的算法，也是當(dāng)前TCP ，SCTP 等傳輸協(xié)議采用的擁塞算法。在E2EMP 架構(gòu)中，每條端到端路徑維持一個(gè)路徑序列號(hào)，用于判斷本路徑的分組丟失情況，進(jìn)而采取擁塞調(diào)整。同時(shí)端到端路徑基于SACK 分組，8 李廣射虎教學(xué)設(shè)

30、計(jì)語文組吳珍教學(xué)內(nèi)容8 李廣射虎教學(xué)目標(biāo)1、能正確流利、有感情地朗讀課文，背誦塞下曲。2、學(xué)會(huì)本課生字，理解有生字組成的詞語。 3、學(xué)習(xí)按故事發(fā)展順序?qū)懸患碌膶懽鞣椒ā?、理解課文內(nèi)容，了解塞下曲這首詩是贊美“飛將軍”李廣武藝高超的。重點(diǎn)難點(diǎn)理解課文內(nèi)容，體會(huì)飛將軍武藝高超。學(xué)習(xí)按故事發(fā)展順序?qū)懸患碌膶懽鞣椒?。教學(xué)準(zhǔn)備詞卡、投影、小黑板。第 一 課 時(shí)教學(xué)目標(biāo)1、 初讀課文，學(xué)會(huì)生字新詞，了解課文的主要內(nèi)容。2、 能正確、流利地朗讀課文。重點(diǎn)難點(diǎn)能正確、流利的朗讀課文。學(xué)會(huì)生字及相關(guān)詞語。教學(xué)準(zhǔn)備詞卡、小黑板。教學(xué)環(huán)節(jié)過 程 目 標(biāo)教 師 活 動(dòng)學(xué) 生 活 動(dòng)教 學(xué) 反 思一、導(dǎo)入新課，學(xué)

31、生由聽水滸傳故事，喚起對(duì)學(xué)習(xí)課文的濃厚興趣。1、 小朋友，你們看過電視水滸傳嗎？ 2、 板書課題3、 簡(jiǎn)介李廣。1、 認(rèn)真聽?zhēng)熃榻B。2、 齊讀課題二、初讀課文。初讀課文，讀通課文，對(duì)課文內(nèi)容有初步印象。1、 請(qǐng)同學(xué)們自由讀課文，注意讀準(zhǔn)字音，讀通句子。2、 小組學(xué)習(xí)文中生字新詞1、 自由讀文。2、小組學(xué)習(xí)生字新詞。三、再讀課文。通過朗讀，小組學(xué)習(xí)，掌握塞下曲的意思。1、 誰來讀讀課文第一自然段？（指名讀課文）2、 文章的題目是李廣射虎，“射虎”的含義是什么呢？3、 根據(jù)課文的內(nèi)容，說說塞下曲每句詩的意思。（小組先討論，再4、 交流）5、 師出示塞下曲，朗讀、背誦古詩。1、 學(xué)生分自然段讀課文。

32、2、 理解射虎的含義。3、 小組學(xué)習(xí)塞下曲。4、 討論交流古詩意思。5、 各自讀、背古詩。主要讓學(xué)生讀通故事，從而更好地把握詩的意境，讀出詩的韻味。通過朗讀，在學(xué)生心中初步樹立李廣神勇無比的高大形象。四、小結(jié)、初步了解故事梗概，掌握生字新詞。1、 師小結(jié)。2、 出示生字新詞，讓學(xué)生鞏固認(rèn)讀，并選擇擴(kuò)詞。1、 認(rèn)真聽小結(jié)。2、 認(rèn)讀生字新詞，擴(kuò)詞。五、布置作業(yè)。進(jìn)一步鞏固字詞和課文。1、 抄寫生字新詞。2、 朗讀課文。1、抄寫生字新詞。2、朗讀課文。3月21日 總第30課時(shí)教學(xué)內(nèi)容第二課時(shí)教學(xué)目標(biāo)1、再讀課文，能有感情的朗讀全文，背誦塞下曲。在理解課文的基礎(chǔ)上體會(huì)李廣高超的武藝。2、學(xué)習(xí)按故事發(fā)

33、展的順序?qū)懸患碌姆椒āＶ攸c(diǎn)難點(diǎn)理解課文內(nèi)容，體會(huì)飛將軍武藝高超。學(xué)習(xí)按故事發(fā)展順序?qū)懸患碌膶懽鞣椒ā＝虒W(xué)準(zhǔn)備詞卡、投影、小黑板。教 學(xué) 過 程教學(xué)環(huán)節(jié)過 程 目 標(biāo)教 師 活 動(dòng)學(xué) 生 活 動(dòng)教 學(xué) 反 思一復(fù)習(xí)導(dǎo)入通過問故事的形式，激發(fā)學(xué)生學(xué)課文的興趣，也為理解古詩做準(zhǔn)備。1聽寫詞語。2通過上節(jié)課的學(xué)習(xí)， 你知道了一個(gè)什么故事？學(xué)生聽寫詞語。學(xué)生用自己的話講故事。二細(xì)讀課文指導(dǎo)學(xué)生由詩及文，再由文及詩，詩文對(duì)照，領(lǐng)悟意境。主要讓學(xué)生讀好故事，從而更好地把握詩的意境，讀出詩的感情。通過有感情地朗讀，在學(xué)生心中樹立李廣神勇無比的高大形象。1細(xì)讀第1自然段。（1） 指名讀。（2） 讀后討論：這

34、一自然段交代了什么？（3） 介紹盧綸和他的塞下曲。（4） 指名讀塞下曲，教師相機(jī)指導(dǎo)朗讀。（5） 齊讀塞下曲。2細(xì)讀課文第2自然段。讀讀，議議。（1） 詩中的那位“夜引弓”的將軍是誰？（2） 他是怎樣的將軍？3 談話：盧倫的塞下曲講了一個(gè)什么故事？其實(shí)詩中所寫的就是課文3、4自然段的內(nèi)容。4 細(xì)讀課文第3自然段。（1） 輕聲讀課文，思考討論：這一自然段寫了一件什么事？（板書：夜晚 風(fēng)吹草動(dòng) 以為是虎 拉弓猛射）這一自然段是按什么順序?qū)懙模肯葘懯裁矗吭賹懯裁?？最后寫什么？教師小結(jié)。（2） 繼續(xù)討論。課文寫將軍聽見風(fēng)吹草動(dòng)的聲響，想到虎，搜尋虎，發(fā)現(xiàn)虎，射虎這一過程說明了李廣怎樣？ （3） 指導(dǎo)朗

35、讀。指導(dǎo)朗讀 教師范讀，指名試讀，自由讀，齊讀。（4） 詩文對(duì)照解釋塞下曲的前兩句。過渡：李廣射出的箭，結(jié)果怎樣？5 細(xì)讀課文第4自然段。（1） 輕聲讀課文。（2） 討論：“蒙蒙亮”指的是什么時(shí)候？李廣的隨從去射虎的現(xiàn)場(chǎng)尋找獵物，為什么全都驚呆了？（板書：清晨 尋找獵物 扎見石頭）“不是而是”一句應(yīng)該用什么語氣來讀？（驚嘆）“深深的扎”、“怎么業(yè)拔不出來”說明了什么？ （3） 指讀課文。（4） 詩文指導(dǎo)解釋后兩句。（5） 將塞下曲的詩意連起來說一說。指名讀第一自然段，思考：這一自然段交代了什么？學(xué)生練習(xí)朗讀塞下曲，個(gè)別讀、齊讀。學(xué)生介紹李廣。輕聲讀3、4自然段。思考:哪一自然段寫的是塞下曲前兩

36、句話的內(nèi)容？哪一自然段寫的是塞下曲的后兩句話的內(nèi)容？學(xué)生交流。學(xué)生讀課文，思考討論、交流。讓學(xué)生知道按事情發(fā)展的順序?qū)懙?。練?xí)朗讀，對(duì)照課文插圖，說說李廣射虎的經(jīng)過。估計(jì)學(xué)生可能會(huì)說（機(jī)警 敏捷 善射 勇敢）。學(xué)生以多種形式練習(xí)朗讀。聯(lián)系上下文解釋詩中的單字詞：暗 草 驚 分詩文對(duì)照，聯(lián)系上下文準(zhǔn)確的說出這兩句話的含義。學(xué)生輕聲讀課文、討論。練習(xí)朗讀。估計(jì)學(xué)生會(huì)說：（武藝高強(qiáng)，力大無窮）解釋后兩句詩，說詩意。通過對(duì)字詞的辨析，讀準(zhǔn)了音，理解了義，不僅讓學(xué)生積累了詞匯，還使學(xué)生體會(huì)到詩歌語言的凝練、含蓄，在詩歌中只用一個(gè)“沒”字，就能顯示出李廣射箭的本領(lǐng)，而在散文中則至少要用一句話才行。教學(xué)時(shí)，

37、先讓學(xué)生理解李廣射虎的一系列動(dòng)詞，再讓學(xué)生進(jìn)行射箭表演，從而使學(xué)生對(duì)這個(gè)人物形象有了更生動(dòng)和準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)；對(duì)課文中李廣射虎動(dòng)作的領(lǐng)會(huì)，在引導(dǎo)學(xué)生欣賞的同時(shí)，還讓學(xué)生從中學(xué)到描寫人物動(dòng)作的方法。三總結(jié)全文引導(dǎo)學(xué)生注意停頓、押韻，背出感情。1 分自然段朗讀課文。2 教師小結(jié)。3誰能背誦古詩？男女生分自然段朗讀課文。背誦古詩。四布置作業(yè)熟練地背古詩。1默寫古詩。2寫出帶點(diǎn)字在不同句子中的意思。（略）默寫古詩。2寫出帶點(diǎn)字在不同句子中的意思。學(xué)生認(rèn)真完成作業(yè)。知道一個(gè)字有不同的意思，在不同的句子中意思不同，因此理解字意不能離開語言環(huán)境。板書李廣射虎夜晚 風(fēng)吹草動(dòng) 以為有虎拉弓猛射清晨 尋找獵物 扎進(jìn)石頭

38、第10期 薛淼等：面向下一代網(wǎng)絡(luò)的端到端多路徑傳輸層架構(gòu) 35Symposium on High Performance Distributed ComputingC. Califor-nia, USA, 2007.1-10.11 HSIEH H Y, SIVAKUMAR R. pTCP: an end-to-end transport layerprotocol for striped connectionsA. ICNPC. Washington, DC, USA, 2002. 24-33.12 KULTIDA R, HITOSHI A. An evaluation of multi-pa

39、th transmissioncontrol protocol (M/TCP with robust acknowledgement schemesJ. IEICE Transactions on Communications, 2005, 87(9: 2699-2707. 13 ZHANG M, LAI J, et al. A transport layer approach for improvingend-to-end performance and robustness using redundant pathsA. Proceedings of the Annual Conferen

40、ce on USENIX Annual Technical ConferenceC. Boston, MA, 2004.14 MAGALHAES L, KRAVETS R. Transport level mechanisms forbandwidth aggregation on mobile hostsA. ICNPC. Riverside, Cali-fornia, USA, 2001. 165-171.15 RAICIU C, HANDLY M, FORD A. Multipath TCP Design Deci-sionsR. July 2009.16 El Al A A, SAADAWI T, LEE M. LS-SCTP: a bandw