基于路由器的TCP性能改善研究

ＴＣＰ性能的提高和改善由于Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的广泛使用而引起了人们的重视。从路由器的角度出发,在其中采用了ＲＥＤ、ＥＣＮ和公平排队机制。模拟实验结果表明、ＴＣＰ的拥塞控制及公平性都得到明显的改善。     

基于ABR业务模型的TCP协议性能分析

ＡＢＲ精力是ＡＴＭ中新定义的一种业务类型，经主要面向数据传输服务，采用基于速率的端到端的拥塞控制机制。ＴＣＰ是Ｉｎｔｅｒｎｔ所主要数据输协议。采用基于窗口的拥塞控制机制。文中主要讨论了讨论了ＴＣＰ与ＡＢＲ业务所采用的两种不同的拥塞控制机制，分析了基于ＡＢＲ的ＴＣＰ协议所呈的一些特点以及ＡＴＭ交换机缓存的大小对ＴＣＰ性能的影响。     

命名数据网络中的一种主动拥塞控制策略

为解决命名数据网络（Named Data Networking,NDN）中的拥塞控制问题,在加权公平排队（Weighted Fair Queuing,WFQ）算法的基础上,提出了基于即时调整兴趣包发送速率的名字加权公平排队（Name Weighted Fair Queuing,NWFQ）算法。当网络拥塞时,利用基于令牌桶算法的速率限制机制对超速流进行降速惩罚,同时更新兴趣包中的拥塞信息域并将其逐跳反馈给下游路由器;利用数据包将拥塞信息反馈给请求端,请求端据此调整兴趣包的发送速率,从而解决网络拥塞。基于ndnSIM的仿真结果表明,该算法能有效提升瓶颈链路利用率并接近95%,同时保证较低的丢包率和平均流完成时间。     

一种高速网络的公平带宽算法

路由器的设计要考虑带宽的公平分配问题。就象公平排队算法(FairQueueing)所做的一样,它有许多对互联网上拥塞控制的考虑。然而,这样的要求经常需要设置一些状态、控制缓存块、和/或在考虑每个信息流基础上的复杂的数据包处理算法。技术的复杂性使得它的应用和配置难以得到推广。为了降低设计复杂度,文章提出了一种新的体系结构及在其之上的算法。根据其特点,把这种算法称为状态无关的核心路由器公平排队算法(Core-StatelessFairQueueing)。     

基于模糊控制的拥塞控制算法研究

路由器在处理拥塞时,一般采用尾部丢弃算法和随机早期丢弃算法,把网络载荷分为正常、拥塞避免和拥塞三个阶段,并在拥塞避免阶段开始采取行动,丢弃一些数据包.由于各阶段的描述存在一定的不确定性,因此一些传统的方法很难取得很好的效果.文章充分利用模糊理论在处理不确定性问题上的优越性,提出一种新的基于模糊控制理论的拥塞控制算法,使路由器在发生拥塞时智能地分清各连接的状态,并能正确地处理处于拥塞状态的数据包.该算法有较好的早期预测能力,提高了拥塞机制的自适应性,确保网络拥塞控制系统的性能更稳定.     

一种快速拥塞指示算法及其性能分析

目前Internet采用的是TCP基于窗口的端到端的拥塞控制机制，但是端系统对拥塞的响应速度较慢，而且路由器在指示和控制拥塞方面不提供任何显式支持，基于上述考虑，本文提出了一种基于路由器的拥塞控制算法FECN，该算法在路由器处提供对拥塞的早期检测和指示机制，使源端具备快速响应拥塞的能力，同时通过自适应调整最大丢弃概率提高对网络状况的动态适应性，仿真实验表明，与RED／ECN算法相比，该算法降低了数据包的传输延迟，有效地提高了链路利用率，克服了现有算法的缺陷．     

基于路由器反馈拥塞控制机制的研究

随着网络的不断发展,传统的TCP拥塞控制机制已经不能很好地适应现有的网络环境;文中在分析了不同反馈信息的价值的基础上提出了一种新的基于路由器反馈的拥塞控制机制RSCP,部署方便,不需要额外包头;该机制创造性地提出了信号包的方法与路由器交换信息,并以公平带宽和公平剩余带宽为反馈信息,在以公平带宽为基点的基础上根据公平剩余带宽的变化调整发送速率,同时采用快速启动机制使连接能够快速达到公平带宽;仿真实验证明RSCP在单瓶颈网络中能取得高利用率、低队列长度和零丢包以及良好的收敛性能.     

用于包交换网络的概率加权公平队列调度算法

文中提出了一种新的加权公平队列调度算法 (P-WFQ). 该算法使用相对权重作为一次轮询中的服务概率来实现加权公平调度, 解决了传统的加权公平队列调度算法(WFQ、WRR)普遍存在的基于每个数据包的权重计算的问题, 从而大大降低了算法的复杂度. 另外使用了自适应队列管理技术, 有效提高了交换机的缓冲区利用率, 并可以在有少量丢包的代价下减小队列的排队延迟抖动. 仿真结果证明了算法的有效性和实用性.     

一种新的加权公平队列调度算法

传统公平队列调度算法(WFQ、WRR等)普遍存在基于数据包的权重参数计算问题,由此产生的高复杂度使其难以获得广泛应用。该文提出一种新的加权公平队列调度算法,使用服务概率和随机数实现加权公平调度,显著降低了算法的复杂度。同时使用自适应服务概率计算解决了数据包变长度带来的不公平性。通过队列管理技术有效地提高了交换机的缓冲区利用率,并减小了排队延迟抖动。仿真结果证明了算法的有效性和实用性。     

调度和拥塞控制相结合的无线网络资源分配模型

研究了基于WLAN访问Internet的网络基站处流,提出了一种基于队列长度的调度方法和基于信道容量的拥塞控制模式,以达到网络资源的公平分配,并解决由于不恰当处理基站处堆积数据包而引起的弊端。在提出的资源分配模型中,调度算法根据各条流堆积的队列长度来随机地选择将要发送的数据分组;而拥塞控制模式中,将链路使用率作为拥塞指示,通过计算,平等地反馈给每一条流的发送端。发送端根据反馈到的拥塞信息来调整发送速率,以达到资源分配的公平性。仿真的结果表明：各条流能公平地共享无线网络的带宽。此算法的最大的优点在于基站不需要按照某种特定的公平性定义来选择数据包却能达到很高的公平性。     

Multi-indicator Active Queue Management Method

A considerable number of applications are running over IP networks. This increased the contention on the network resource, which ultimately results in congestion. Active queue management (AQM) aims to reduce the serious consequences of network congestion in the router buffer and its negative effects on network performance. AQM methods implement different techniques in accordance with congestion indicators, such as queue length and average queue length. The performance of the network is evaluated using delay, loss, and throughput. The gap between congestion indicators and network performance measurements leads to the decline in network performance. In this study, delay and loss predictions are used as congestion indicators in a novel stochastic approach for AQM. The proposed method estimates the congestion in the router buffer and then uses the indicators to calculate the dropping probability, which is responsible for managing the router buffer. The experimental results, based on two sets of experiments, have shown that the proposed method outperformed the existing benchmark algorithms including RED, ERED and BLUE algorithms. For instance, in the first experiment, the proposed method resides in the third-place in terms of delay when compared to the benchmark algorithms. In addition, the proposed method outperformed the benchmark algorithms in terms of packet loss, packet dropping, and packet retransmission. Overall, the proposed method outperformed the benchmark algorithms because it preserves packet loss while maintaining reasonable queuing delay.     

A Lightweight Fairness-Driven AQM for Regulating Bandwidth Utilization in Best-Effort Routers

The end-to-end congestion control mechanism of transmission control protocol (TCP) is critical to the robustness and fairness of the best-effort Internet. Since it is no longer practical to rely on end-systems to cooperatively deploy congestion control mechanisms, the network itself must now participate in regulating its own resource utilization. To that end, fairness-driven active queue management (AQM) is promising in sharing the scarce bandwidth among competing flows in a fair manner. However, most of the existing fairness-driven AQM schemes cannot provide efficient and fair bandwidth allocation while being scalable. This paper presents a novel fairness-driven AQM scheme, called CHORD (CHOKe with recent drop history) that seeks to maximize fair bandwidth sharing among aggregate flows while retaining the scalability in terms of the minimum possible state space and per-packet processing costs. Fairness is enforced by identifying and restricting high-bandwidth unresponsive flows at the time of congestion with a lightweight control function. The identification mechanism consists of a fixed-size cache to capture the history of recent drops with a state space equal to the size of the cache. The restriction mechanism is stateless with two matching trial phases and an adaptive drawing factor to take a strong punitive measure against the identified high-bandwidth unresponsive flows in proportion to the average buffer occupancy. Comprehensive performance evaluation indicates that among other well-known AQM schemes of comparable complexities, CHORD provides enhanced TCP goodput and intra-protocol fairness and is well-suited for fair bandwidth allocation to aggregate traffic across a wide range of packet and buffer sizes at a bottleneck router.     

基于排队论模型的网络拥塞率研究

分析了目前拥塞控制存在的问题,以排队论模型为基础对网络拥塞率进行了研究,从一个路由器的角度出发研究网络拥塞问题,提出了基本模型,给出了求解瞬时拥塞率的算法,并得到了稳态拥塞率的解析表达式.通过数值结果指出,路由器缓存的适当增加可以降低拥塞率,但过渡增加反而会增加拥塞率;增加路由器的CPU处理速度可以降低拥塞率.     

一种基于模糊理论的拥塞控制算法

路由器在处理拥塞时,通常把网络载荷分为正常、拥塞避免和拥塞三个阶段,并在拥塞避免阶段开始采取行动。由于各个阶段的描述存在一定的不确定性,因此一些传统的方法很难取得更好的效果。论文则充分利用模糊理论在处理不确定性问题上的优越性,采取整体和局部相结合的方法,从而在保证各TCP连接吞吐量的公平性方面,取得了比传统的方法更好的效果。实验仿真结果表明,模糊算法较传统方法更为合理,从而更好地改进了路由器的拥塞控制性能。     

基于拥塞控制的DDoS防御机制的研究

DDoS攻击数据流在发生网络拥塞的情况下并不降低他们的发送速率,充满了路由器的缓冲区,剥夺其他正常数据流的带宽。基于这一网络行为,从拥塞控制的角度来研究DDoS攻击目标端的防御机制。通过仿真实验,对传统的队列管理策略和基于聚类的拥塞控制机制ACC进行了比较,进一步验证了ACC算法在控制恶意数据流的有效性。     

基于路由器的网络拥塞控制策略研究

因特网的迅速发展使拥塞控制问题日益得到人们的重视，传输控制协议（TCP）在拥塞控制中一直发挥着至关重要的作用，但路由器是网络中的核心部件，是网络状态更直接的感受者。为实现网络的有更有效的控制，路由器端处也应采取相应的措施，本文讨论了路由器端的几种拥塞控制方安，并分析了比较各种方案的优缺点。     

一种基于路由器队列法则的增加SRED算法

主动队列管理是网络拥塞控制的主要研究方向.作为一种典型的主动队列管理算法,SRED采用一种负载相关的概率来丢弃报文,使得路由器队列长度处于一个较低的稳定值,从而获得相对稳定的网络延时.但SRED算法在设计初始丢弃概率函数时不能保证函数曲线的平稳过渡,这将导致路由器队列长度不稳定以及不必要地丢弃报文.引入路由器队列法则,对SRED算法的缺陷进行了理论分析,在此基础上设计了一种增强的SRED算法:E-SRED.仿真实验验证了E-SRED算法在保持路由器队列稳定性以及使队列快速收敛方面对SRED算法都有一定的提高.     

路由器中拥塞数据流浪费带宽问题及其解决方法

传统的路由器拥塞控制算法主要依据本级队列资源的拥塞状态信息进行报文丢弃决策,这将导致产生拥塞数据流浪费带宽问题BW-CDF.从理论上分析了BW-CDF问题产生的原因,为解决该问题提出了一种新的路由器拥塞控制算法CC-AMR,该算法综合考虑多级资源的拥塞状态而实施更加合理的报文丢弃决策.同时,阐述了该算法在基于网络处理器的核心路由器上的实现方法.实际的测试验证结果表明该算法能够缓解BW-CDF问题,从而较大幅度地提高了拥塞发生时路由器的总吞吐率.     

一种提高TCP与UDP数据流公平性的拥塞控制机制

在UDP业务流逐步占据大部分网络带宽的情况下,如何在网络层对UDP包进行拥塞控制显得尤为重要。在网络拥塞时,由于UDP包本身缺乏反馈机制,将会产生严重的丢包或者UDP抢占TCP带宽的现象。文中提出了基于网络层的发送端缓冲队列管理的拥塞控制机制,可以均衡TCP和UDP的带宽使用,同时通过对路由器ICMP网络拥塞报文的处理,建立了高效的流量调节策略,并进行了网络仿真实验。实验结果表明,基于该机制的拥塞控制可以有效改善网络不同业务流带宽使用的不公平性。