無線TCP技術(shù) -最終版

1、1/3012/3023/303一、無線網(wǎng)絡(luò)特點高比特誤碼率突發(fā)丟包嚴重帶寬低移動性能量有限因此，傳統(tǒng)的 TCP/IP 協(xié)議也就無法直接適用于無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境4/304在無線網(wǎng)絡(luò)下，網(wǎng)絡(luò)丟包有兩個原因：擁塞丟包與誤碼丟包，而傳統(tǒng)TCP認為擁塞丟包是出現(xiàn)丟包的唯一原因無線網(wǎng)絡(luò)中誤碼丟包的幾率很大，當(dāng)數(shù)據(jù)丟失不是由網(wǎng)絡(luò)擁塞引起，而是鏈路錯誤所致，且鏈路質(zhì)量較好時，TCP仍會啟動擁塞控制，導(dǎo)致性能急劇下滑二、無線網(wǎng)絡(luò)中TCP的缺陷能耗問題區(qū)分擁塞丟包與誤碼丟包5/30對移動設(shè)備而言，能耗是非常重要的問題，傳統(tǒng)TCP沒有考慮能量的問題，無法在性能和能耗間進行折衷。TCP在保證其通信性能時可能會引入大量不必要

2、的數(shù)據(jù)重傳，導(dǎo)致不必要的能耗。51、能夠判斷出丟包原因。當(dāng)時擁塞丟包時，啟用擁塞控制機制。當(dāng)是誤碼丟包時，只需重傳相應(yīng)的數(shù)據(jù)包即可，而不需要啟用擁塞控制機制2、盡早發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁塞，當(dāng)發(fā)生擁塞時，如何做，既能解決擁塞又能充分利用網(wǎng)絡(luò)帶寬資源3、通過擁塞避免和擁塞控制使網(wǎng)絡(luò)保持高吞吐量與低延遲三、無線TCP的改進方向6/3067/307TCP為應(yīng)用層提供一個可靠的面對鏈接的端到端的字節(jié)流服務(wù)，TCP協(xié)議通過使用窗口機制、序列號機制、確認機制、重傳計時器等，實現(xiàn)了流量控制、差錯控制、擁塞控制等功能TCP首部8/3089/309滑動窗口：滑動窗口是傳輸層進行流控的一種措施，接收方通過通告發(fā)送方自己的窗口

3、大小，從而控制發(fā)送方的發(fā)送速度，從而達到防止發(fā)送方發(fā)送速度過快而導(dǎo)致接收方被淹沒的目的。擁塞窗口cwnd： 發(fā)送端通過網(wǎng)絡(luò)的擁塞程度所給出的一個大小值,而這個值就是擁塞窗口。發(fā)送窗口= min（滑動窗口，擁塞窗口）10/3010TCP中常用以下3種定時器：重傳定時器：在規(guī)定時間(2RTT)內(nèi)是否收到已發(fā)報文的回復(fù)？堅持定時器：接收端接收隊列已滿，發(fā)送窗口為0的ACK接收端收到0窗口ACK，發(fā)送窗口設(shè)為0，等待接收端窗口大小非0的ACK接收端接收隊列處理完畢，發(fā)送窗口非0的ACK，但該ACK丟失兩邊都在等待對方，死鎖11/3011?；疃〞r器：為防止兩端之間連接的長時間空閑，一般會為服務(wù)器設(shè)置?；?/p>

4、定時器，服務(wù)器會發(fā)送探測報文，當(dāng)一段時間仍沒有反應(yīng)，服務(wù)器端主動斷掉連接12/3012當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中存在過多的數(shù)據(jù)包，使得負載超出了處理能力，擁塞就會發(fā)生，TCP擁塞控制根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)采用不同的擁塞控制方法，包括：慢啟動、擁塞避免、快速重傳。TCP擁塞控制中維持幾個重要參數(shù)：cwnd(擁塞窗口)ssthresh(慢啟動閾值)RTT(回路響應(yīng)時間)RTO(超時重傳)13/3013慢啟動(1)當(dāng)連接剛剛建立/當(dāng)cwnd小于ssthresh(2)cwnd設(shè)為1，每收到一個ACK，cwnd增加一倍，擁塞窗口快速增長慢啟動可以防止一個連接在剛建立時向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送過多的數(shù)據(jù)包造成網(wǎng)絡(luò)擁塞，也可以避免吞吐量增加過慢

5、的問題。擁塞避免當(dāng)cwnd達到ssthresh的大小，進入擁塞避免階段，精確確認網(wǎng)路實際可容納的數(shù)據(jù)量，每收到一個ACK，擁塞窗口加一。慢啟動中的cwnd是成倍的增大，而ssthresh是一個一個的增加。當(dāng)發(fā)生擁塞， 1.把ssthresh降低為cwnd值的一半2.把cwnd重新設(shè)置為13.重新進入慢啟動過程。14/301415/3015當(dāng)發(fā)生數(shù)據(jù)包丟失，接收端收到的必定是失序的報文段，接收端會多次重發(fā)最后一個收到的按序報文段的ACK，即重復(fù)確認當(dāng)發(fā)送端收到重復(fù)確認，意味著：1、對應(yīng)報文段丟失2、對應(yīng)報文段被延遲了，即接收端還沒收到。為區(qū)分以上兩種情況，建議接收端若收到統(tǒng)一報文的3個重復(fù)ACK

6、(即一共收到4個報文)，則認定為情況1重復(fù)確認當(dāng)在超時時間內(nèi)，發(fā)送端收到超過三個連續(xù)確認，即認為數(shù)據(jù)包丟失，此時應(yīng)該立即重傳，而不是等待超時。快速重傳16/301617/3017現(xiàn)有的改進方案一、基于跨層的改進方案二、端到端的改進方案三、TCP BR(TCP Based on RTT)協(xié)議18/3018一 、基于跨層的改進方案根據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層反饋到TCP層的信息，在TCP層采取相應(yīng)措施處理丟失的數(shù)據(jù)包。1、顯式擁塞通知在IP包頭部的保留比特中選定CE(congestion experienced)位，用于表示網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生擁塞。該位由路由器填充，當(dāng)路由器發(fā)現(xiàn)隊列長度超過特定閾值時，在轉(zhuǎn)發(fā)的報文中

7、將CE位設(shè)為1接收端收到標識了CE位的報文后，在確認報文中加入標識ECN-ECHO，發(fā)回到發(fā)送端發(fā)送端收到帶有ECN-ECHO標識的報文后，做出相應(yīng)處理19/30192、顯式擁塞通知改進在數(shù)據(jù)分組頭部不僅加入CE位，還加入feedback域，用于發(fā)送端確定cwnd的變化量中間路由根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)可用帶寬修改feedback域的值當(dāng)數(shù)據(jù)到達接收端，feedback域的值即為路徑允許cwnd增加的最小值最后接收端通過ACK分組，將該值反饋給發(fā)送端3、顯式丟失通知當(dāng)接收端估計出丟包與擁塞無關(guān)是，便設(shè)置TCP包頭部的ELN位，并返回給發(fā)送端發(fā)送端接收到ELN通知，只需重傳丟失的數(shù)據(jù)包，無需進行擁塞控制其中

8、ELN位可選在TCP報文首部中的保留比特20/3020易于理解因為跨層，改動量較大21/3021二、端到端的改進方案目前端到端方案大多數(shù)是基于帶寬估計來調(diào)節(jié)發(fā)送速率，避免盲目減半發(fā)送速率，提高帶寬資源利用效率。TCP Vegas協(xié)議TCP Vegas協(xié)議是通過比較期望速率和實際速率以決定是否增 加或減少擁塞窗口，避免盲目將擁塞窗口變?yōu)?。TCP Vegas協(xié)議使用新的擁塞避免機制來提高吞吐量。22/3022新的擁塞避免機制cwnd = cwnd+1 diffcwnd diff然后按照下式更新?lián)砣翱?3/30通常=1 =3231、端到端的改進直接作用于發(fā)送接收端的TCP層，兼容性較好2、利用吞

9、吐率的變化來調(diào)節(jié)擁塞窗口，而不是基于丟包3、可以使cwnd達到一個平衡點通過計算期望速率來判定網(wǎng)絡(luò)是否擁塞，但是沒有實現(xiàn)丟包區(qū)分機制24/3024三、TCP BR協(xié)議TCP BR(TCP Based on RTT)能夠?qū)崿F(xiàn)：丟包區(qū)分，擁塞控制。是目前廣泛使用的無線TCP協(xié)議。1、TCP BR區(qū)分丟包以及預(yù)測網(wǎng)絡(luò)擁塞利用RTT預(yù)測網(wǎng)絡(luò)擁塞發(fā)送端唯一能體現(xiàn)出TCP鏈接經(jīng)過的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的指標就是RTT，因此，RTT的增加表示網(wǎng)絡(luò)擁塞可能性的增加，網(wǎng)絡(luò)從空閑進入飽和狀態(tài)要經(jīng)歷一個過程，在此過程即使還沒有發(fā)生丟包，但RTT必然增大。然而鏈路誤碼丟包是一個突發(fā)事件，RTT值不會受太大影響，仍然較小。25/3025具體實現(xiàn)根據(jù)p值將網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)分為三種：空閑，理想，擁塞擁塞理想空閑0ab126/3026TCP BR擁塞控制算法發(fā)送端根據(jù)以下算法調(diào)整擁塞窗口擁塞理想空閑0ab127/302728首先，介紹了TCP的基礎(chǔ)知識作為儲備，包括：窗口控制機制， 超時機制，擁塞控制機制然后，介紹了為什么無線網(wǎng)絡(luò)不能直接使用傳統(tǒng)TCP協(xié)議，主要原因是：傳統(tǒng)TCP協(xié)議是針對有線鏈路設(shè)計的，有線鏈路主要是擁塞丟包，每當(dāng)發(fā)生丟包，傳統(tǒng)