[发明专利]一种基于发送窗口与往返时间的TCP发送算法

说明书

技术领域

本发明涉及网络通信TCP协议，具体地说，涉及对于现有TCP发送方法的 改进。

背景技术

TCP是目前应用最为广泛的传输控制协议，发送方法做为其重要组成部分， 确保了互联网的鲁棒性。发送方法目标是最大程度利用网络带宽，同时控制拥 塞，确保网络鲁棒性。

网络产生拥塞的根本原因在于用户提交给网络的负载大于网络资源节点容 量和处理能力。拥塞发生时，网络系统会表现出数据包时延增加、丢弃概率增 大、上层应用系统性能下降等。

拥塞产生的直接原因有以下3点：1.存储空间不足。存储空间并不是越大越 好，但现实的情况往往是当若干个数据流在同一个端口建立排队时，后来的数 据会因为存储空间不足而被丢弃。在处理突发数据流时，这样的情况更为常见 和明显。2.带宽容量不足。低速链路对高速数据流的输入会产生拥塞。根据香 农信息理论，任何信道带宽最大值即信道容量C＝Blog2(1+s/N)(N为信道白噪 声的平均功率，S为信源节点的平均功率，B为信道带宽)。所有信源节点发送 的速率R必须小于或等于信道容量C。如果R＞C，则在理论上无差错传输就是 不可能的，所以在网络低速链路处就会形成带宽瓶颈，当其满足不了通过它的 所有源节点端带宽要求时，网络就会发生拥塞。3.处理器处理能力弱、速度慢。 如果路由器的CPU在执行排队缓存、更新路由表等功能时，处理速度无法与高 速链路匹配，则会形成传输瓶颈，从而发生拥塞。

简言之，拥塞是网络系统各部分数据传输和处理能力不匹配的结果。而随 着网络规模的膨胀和复杂度的增加，要求一个数据流传输过程中涉及的各个部 分达到完全匹配是几乎不可能实现的。对于频繁发生的数据传输业务，这样的 匹配就完全不可能实现。因此，拥塞是不可完全避免的。而拥塞一旦发生往往 会形成一个不断加重过程。如果路由器没有空余的缓存，它就必须丢弃新到的 数据包。当数据包丢弃时，源节点端会超时、重传该包。由于没有得到确认， 源节点端只能保留数据包，结果缓存会进一步消耗，加重拥塞。因此，采用合 理的方法与机制确保网络不因传入数据流过大耗尽网络资源节点而导致崩溃就 成为极为重要的工作。这就是一般意义上的拥塞控制。可以这样说，没有拥塞 控制就不可能有今天Internet的飞速发展，也就不可能有上层的各种应用。

拥塞控制的方法，可归为两类：开环和闭环控制。开环控制是在事先设计 一个“好的”网络，确保它不发生拥塞，而网络一旦运行起来，就不再采取措施。 显然对网络这样不断变化的复杂系统，开环控制并不是理想的选择。目前Internet 实际使用的拥塞控制基本上是建立在TCP的窗口控制基础之上的。TCP基于窗 口的端到端的拥塞控制对于Internet的鲁棒性起到了关键作用。这是一种端到端 的闭环控制，由4个核心部分组成：1988年Van Jacobson提出的″慢启动″ (Slow Start)、″拥塞避免″(Congestion Avoidance)方法以及1990年提出的″快 速重传″(Fast Retransmit)、″快速恢复″(Fast Recovery)方法。这四个方法通 过控制一些重要参数的改变而实现对拥塞的控制。这些参数主要有：拥塞窗口 (源节点端在拥塞控制情况下一次最多能发送数据包的数量)、通告窗口(接 收端给源节点端预设的发送窗口大小)、发送窗口(源节点端每次实际发送数 据的窗口大小)以及回路响应时间和几个阙值。这四种方法基本涵盖了各种拥 塞的情况，在长时间内被广泛的采用。最近几年，这些方法进行了一些局部的 改进，形成了一些新的版本。