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1、课题来源： 指导教师给定课题研究的目的和意义：以TCP/IP协议为基础的Internet自从20世纪90年代以来，其网络规模、用户数量及业务量都呈现爆炸式的增长，新型网络应用也不断涌现，网络的参数(如激活的连接数、回路往返时间)动态变化，这些使得网络拥塞的状况愈加严重和复杂。拥塞容易造成传输时延和吞吐量等服务质量(QoS)性能指标下降，严重影响带宽、缓存等网络资源的利用率。因此，拥塞控制一直是网络研究领域的热点问题。网络拥塞控制的目的不是要完全避免拥塞的发生，而是通过拥塞控制，提高网络的性能及数据处理能力，保障网络的稳定和持续运行，并且保证数据传输的公平性。我们知道，网络拥塞的根本原因在于端系
2、统发出的数据超出了网络的处理能力，而拥塞控制算法的基本思想则是解决这一问题，通常的方法就是TCP拥塞控制算法。以TCP为代表的端到端拥塞控制机制对互联网的稳定运行起了很大的作用。但是随着互联网规模的增长，互连网上的用户和应用都在快速增长，它在很多方面己经不能满足复杂网络中各种应用的需求，拥塞已经成为一个十分重要的问题。因此分析网络拥塞控制协议,寻找最优算法有着深远的目的和意义。国内外同类课题研究现状及发展趋势：随着计算机和通信技术的发展，Internet网络在过去十几年中经历了爆炸式的增长。但是，信息传送量的逐渐增大和网络组成的日益复杂使得网络负载超过了网络的处理能力，越来越严重的网络拥塞问题
3、随之而来。互联网采用的是无连接的端到端数据包交换，提供尽力而为(best effort)的服务。端到端拥塞控制是目前Internet的一个研究热点。这种机制的最大优势是设计简单，可扩展性强。互联网在过去的十几年中经历了爆炸式的增长，这已经充分证明了这种设计机制的成功。然而这种优势并不是没有代价的，随着互联网用户数量的膨胀，网络的拥塞问题也越来越严重。例如由于队列溢出，互联网路由器会丢弃约10的数据包。在最初的TCP协议中只有流控制(flow control)而没有拥塞控制，接收端利用TCP报头将接收能力通知发送端。这样的控制机制只考虑了接收端的接收能力，而没有考虑网络的传输能力，导致了网络崩溃
4、(congestion collapse)的发生。1986年10月，由于拥塞崩溃的发生，美国LBL到UC Berkeley的数据吞吐量从32 Kbps跌落到40 bps。据统计，互联网上95的数据流使用的是TCP/IP协议，因此，互联网上主要的互连协议TCP/IP的拥塞控制(congestion control)机制对控制网络拥塞具有特别重要的意义。拥塞控制是确保互联网鲁棒性(robustness)的关键因素，也是各种管理控制机制和应用(如多媒体通信中QoS控制、区分服务(differentiated services)的基础，因此关于互联网的拥塞控制问题一直是网络研究的一个热点，拥塞控制算法
5、对保证Internet的稳定具有十分重要的作用。课题研究的主要内容和方法，研究过程中的主要问题和解决办法：目前拥塞控制的研究一般分为TCP层的拥塞控制和IP层的拥塞控制，TCP层的拥塞控制主要是基于窗口的和式增加积式减少的拥塞控制机制，TCP基于窗口的端到端拥塞控制对于Internet的鲁棒性起到了关键作用，并且在现实的互联网中，拥塞控制的大部分工作都是由TCP来完成的，所以研究TCP层的拥塞控制对于网络拥塞有相当大的意义。随着Internet本身的迅速发展，网络规模越来越庞大，结构越来越复杂，仅仅依靠TCP拥塞控制机制来提高网络服务质量还不够。网络必须参与资源的控制工作，因此需要采用路由器端
6、的拥塞控制方法，即IP拥塞控制问题，通常也称之为队列管理机制，通过排队算法决定哪些包可以传输，通过丢弃策略决定哪些包被丢弃以此分配缓存。未来的网络拥塞控制的方向应该是，以TCP层拥塞控制为基础，结合IP层的队列管理策略，共同解决网络拥塞问题。第一：拥塞控制的基本知识研究。第二：TCP协议实现中一般都包含有四个相互关联的拥塞控制算法的研究：慢作。因此，仅仅依靠TCP协议无法控制拥塞，最有效的拥塞检测和回避是在路由器中实现的。第三：路由器中采用的拥塞控制算法通过检测缓冲区的使用情况及队列长度来判断拥塞，通过丢弃缓冲队列中的数据包来控制拥塞。 解决办法：查找资料、请教导师、请教学者课题研究起止时间和
7、进度安排：起止时间：2012年1月22日2012年5月20日进度安排：2012年1月22日2012年3月1日 确定论文题目，收集资料,写开题报告。2012年3月2日2012年3月31日 收集资料、相关知识，对论文内容进行系统研究。2012年4月1日2012年4月15日 实现算法并应用，进行多次修改研究。2012年4月16日2012年5月1日 撰写论文，准备答辩。课题研究所需主要设备、仪器及药品：计算机外出调研主要单位，访问学者姓名：指导教师审查意见：指导教师 （签字） 2012年3 月 教研室（研究室）评审意见：_教研室（研究室）主任 （签字） 2012年3 月系（部）主任审查意见：_系（部）
8、主任 （签字） 2012年3 月摘要：以TCP/IP协议为基础的Internet自从20世纪90年代以来，其网络规模、用户数量及业务量都呈现爆炸式的增长，新型网络应用也不断涌现，网络的参数(如激活的连接数、回路往返时间)动态变化，这些使得网络拥塞的状况愈加严重和复杂。拥塞容易造成传输时延和吞吐量等服务质量(QoS)性能指标下降，严重影响带宽、缓存等网络资源的利用率。因此，拥塞控制一直是网络研究领域的热点问题。Internet主要依赖TCP端到端拥塞控制来避免网络拥塞，以TCP为代表的端到端拥塞控制机制对互联网的稳定运行起了很大的作用。但是随着互联网规模的增长，互连网上的用户和应用都在快速增长，
9、它在很多方面己经不能满足复杂网络中各种应用的需求，拥塞已经成为一个十分重要的问题。近年来，在拥塞控制领域开展了大量的研究工作，拥塞控制算法可以分为两个主要部分：在端系统上使用的源算法和在网络设备上使用的链路算法。在路由器中引入适当的队列管理机制，可以有效地对拥塞进行监测和预防，路由器中的拥塞控制策略己经成为一个研究热点。本文首先对拥塞现象的产生进行了说明，分析了拥塞现象产生的根源，总结了源算法和链路算法。接着，讨论了几种主要的TCP拥塞控制算法以及一些经典的路由器拥塞控制策略以及对比了这两种控制策略，并阐述了网络拥塞控制的部分最新研究方法和成果。通过归纳、总结互联网拥塞控制的研究现状，主要对T
10、CP层的网络拥塞控制问题进行了分析与研究。然后，在此基础上，提出了一种改进的拥塞控制算法，通过实验结果分析，此算法减少了网络的丢包数和提高网络的吞吐量，最后，分析了进一步的研究方向。关键词：拥塞控制；算法；TCP/IP；路由器目 录第一章 引言11.1课题背景11.2网络中的拥塞现象及原因11.3 网络拥塞控制算法及存在的问题2第二章 拥塞现象及拥塞控制算法研究42.1 拥塞现象42.2 拥塞现象产生的原因52.3 拥塞控制算法的概况62.3.1 Internet的网络模型72.3.2拥塞控制算法设计的困难72.3.3拥塞控制算法7第三章 拥塞控制算法比较93.1 TCP/IP体系结构93.2
11、 TCP层拥塞控制算法103.2.1 TCP Tahoe113.2.2 TCP Reno123.2.3 TCP New Reno123.2.4 TCP Sack123.2.5 TCP Vegas123.3 IP层拥塞控制算法133.3.1 先进先出（FIFO）133.3.2 公平排队（FQ）和加权公平排队（WFQ）133.3.3 随机检测算法（RED）143.2 两类算法比较153.5 其他拥塞控制算法163.5.1 基于方程的拥塞控制算法163.5.2 适应性虚拟队列163.5.3 TCP Westwood16第四章 拥塞控制算法改进184.1 各阶段算法改进184.1.1慢启动184.1.
12、2“超时重传”和“快速重传”194.2 对目的端点主机的拥塞控制策略的改进224.3 对目的端点主机的拥塞控制策略的改进23第五章 结束语27参考文献28Abstract29第一章 引言1.1课题背景随着计算机和通信技术的发展，Internet网络在过去十几年中经历了爆炸式的增长。但是，信息传送量的逐渐增大和网络组成的日益复杂使得网络负载超过了网络的处理能力，越来越严重的网络拥塞问题随之而来。互联网采用的是无连接的端到端数据包交换，提供尽力而为(best effort)的服务。端到端拥塞控制是目前Internet的一个研究热点。这种机制的最大优势是设计简单，可扩展性强。互联网在过去的十几年中经
13、历了爆炸式的增长，这已经充分证明了这种设计机制的成功。然而这种优势并不是没有代价的，随着互联网用户数量的膨胀，网络的拥塞问题也越来越严重。例如由于队列溢出，互联网路由器会丢弃约10的数据包。在最初的TCP协议中只有流控制(flow control)而没有拥塞控制，接收端利用TCP报头将接收能力通知发送端。这样的控制机制只考虑了接收端的接收能力，而没有考虑网络的传输能力，导致了网络崩溃(congestion collapse)的发生。1986年10月，由于拥塞崩溃的发生，美国LBL到UC Berkeley的数据吞吐量从32Kbps跌落到40bps。据统计，互联网上95的数据流使用的是TCP/IP
14、协议，因此，互联网上主要的互连协议TCP/IP的拥塞控制(congestion control) 机制对控制网络拥塞具有特别重要的意义。拥塞控制是确保互联网鲁棒性(robustness)的关键因素，也是各种管理控制机制和应用(如多媒体通信中QoS控制、区分服务的基础，因此关于互联网的拥塞控制问题一直是网络研究的一个热点，拥塞控制算法对保证Internet的稳定具有十分重要的作用。1.2网络中的拥塞现象及原因 当在网络中存在过多的报文时，网络的性能会下降，这种现象称为拥塞。使用图1来描述拥塞的发生。当负载较小时，吞吐量的增长和负载相比基本呈线性关系，延迟增长缓慢；在负载超过Knee之后，吞吐量增长缓慢，延迟增长较快；当负载超过Cliff之后，吞吐量急剧下降，延迟急剧上升。由图1.1得出，负载在Knee附近时网络的使用效率最高。拥塞控制就是网络节点采取措施来避免拥塞的发生或者对拥塞的发生做出反应。在图1.1中就是使负载保持在Knee附近，和流控制相比，拥塞控制主要考虑端节点之间的网络环境，目的是使负载不超过网络的传送能力；而流控制主
