面向網絡加速的傳輸控制優(yōu)化若干關鍵技術研究.pdf

1、高速、無線和數據中心網絡的普及，使針對互聯網絡的現有傳輸控制機制面臨效率和公平性問題。此外，互聯網的開放性使其遭受大量的攻擊威脅，特別是面向傳輸控制協(xié)議(TCP)的低速率拒絕服務攻擊。針對以上問題，本文先從路由器的隊列管理出發(fā)，研究增強的主動隊列管理算法以抵抗面向TCP的拒絕服務攻擊，同時設計了近似公平的隊列管理機制;圍繞高帶寬時延積(Bandwidth DelayProduct，BDP)網絡和有損網絡中TCP的公平性和傳輸效率問題，本

2、文設計融合網絡擁塞度的自適應TCP協(xié)議，并且增強了應用于背景流傳輸的低優(yōu)先級傳輸協(xié)議。此外，本文融合網絡負載因子和流速率因子，提出面向高BDP網絡的速率抑制的自適應異步反饋傳輸協(xié)議。數據中心網絡方面，針對業(yè)務的服務質量保證和TCP Incast問題（即數據中心多對一的傳輸方式導致的吞吐量崩塌），構建了動態(tài)優(yōu)先級編碼和調度的傳輸框架。概況起來，本文研究主要取得了以下成果:
　　1.設計了抗攻擊和近似公平的路由器主動隊列管理算法。在開

3、放互聯網絡環(huán)境中，攻擊事件頻發(fā)，而低速率拒絕服務攻擊則對TCP性能造成了極大影響，甚至導致網絡崩潰。在流信任建模的基礎上，本文設計了抗攻擊的隨機早期檢測(RED)增強算法。此外，基于流采樣模型和改進的最近最久未使用(LRU)的緩存管理策略，設計了低復雜性的近似公平的主動隊列管理(Active Queue Management，AQM)算法。仿真實驗結果表明，以上算法可有效增強TCP協(xié)議的傳輸性能。
　　2.設計了融合網絡負載和流速

4、率因子的異步反饋傳輸協(xié)議。在顯式反饋傳輸協(xié)議方面，負載感知協(xié)議以其較優(yōu)的性能和簡單且可部署受到廣泛關注。但已有研究表明，其存在收斂速度上的不足，需進一步探討。針對該問題，本文提出異步反饋的設想（高負載時根據流的速率因子確定反饋），以保證協(xié)議能快速收斂到高鏈路利用率，同時提升協(xié)議的不同流之間收斂于公平的速度。仿真實驗結果表明，該協(xié)議相比已有研究在效率和公平的收斂速度方面有較好性能。
　　3.設計了自適應虛擬并行傳輸協(xié)議。在高BDP和

5、有損網絡中，傳統(tǒng)TCP協(xié)議的加性增和乘性減小的不足，以及對鏈路丟包率的高要求，使其面臨傳輸效率低的問題。在利用顯式擁塞通知(ECN)估計網絡擁塞度的基礎上，本文設計了自適應虛擬并行的傳輸協(xié)議，利用估計的擁塞度動態(tài)調整虛擬并行度，以提升數據傳輸的效率并維持TCP友好性。仿真實驗結果表明，該算法能在高BDP和有損網絡中實現較優(yōu)的吞吐量性能，同時維持與標準TCP流的公平性。
　　4.設計和實現了自適應的低優(yōu)先級背景流傳輸協(xié)議。對于部分實

6、時性要求不高的應用，如自動備份、軟件更新和P2P應用等，由于它們可忍受更長的完成時間，使得以往公平的盡力而為的資源共享方式不再是其主要目標。因此，低優(yōu)先級的傳輸控制協(xié)議受到關注和研究。然而，過于保守的擁塞窗口調整策略（如LEDBAT中的線性增長）使得已有低優(yōu)先級協(xié)議在高BDP和有損網絡上面臨效率不高的問題。針對該問題，本文在LEDBAT協(xié)議的基礎上，利用前向的單向排隊時延測量網絡的擁塞程度，進而自適應調整擁塞窗口更新的激進性，以達到提升

7、效率和維持低優(yōu)先級特性的目標。此外，融合非擁塞丟失檢測機制，使協(xié)議能應用于有損網絡環(huán)境（如無線網絡）。仿真實驗和實測結果均表明，該協(xié)議能獲得較優(yōu)的鏈路利用率并維持低優(yōu)先級傳輸特性。
　　5.設計了快速和高效的數據中心網絡傳輸框架。數據中心多對一的網絡結構使其數據傳輸存在TCP Incast問題，嚴重影響業(yè)務質量。已有研究提出修改端主機協(xié)議、交換機調度和融合機制等加以改善，但仍存在不足?？紤]到流的大小和服務時間的限制，本文提出端主機