基于NS2的 TCP改进协议的性能分析比较

计 算 机 工 程 第 35 卷 第2期

Vol.35 No.2 Computer Engineering ·博士论文·

文章编号：1000—3428(2009)02—0006—04

文献标识码：A

2009年1月

January2009

中图分类号：TP393

高速网络TCP改进协议NS2仿真性能比较

任勇毛1,2，唐海娜1，李 俊1，钱华林1

(1. 中国科学院计算机网络信息中心，北京 100080；2. 中国科学院研究生院，北京 100049)

摘 要：传统TCP协议在现代高速网络中传输性能存在瓶颈 基于NS2，通过改变瓶颈带宽 往返时延及TCP并行流数等参数，仿真实验了各种TCP改进协议的传输性能，在吞吐率 时延和丢包率等性能指标上对各种协议进行比较 结果表明，多数改进协议在某些方面表现出比传统TCP协议更好的性能，其中采用显式拥塞反馈改进方案的XCP和VCP协议性能表现最好 关键词：高速网络；TCP协议；性能比较；NS2仿真

Performance Comparison of TCP Variants for High-speed Network

by NS2 Simulation

REN Yong-mao1,2, TANG Hai-na1, LI Jun1, QIAN Hua-lin1

(1. Computer Network Information Center, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100080;

2. Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049)

【Abstract】There is performance bottleneck while using the traditional TCP protocol in the modern high-speed network. Based on NS-2, bychanging the bottleneck bandwidth, Round Trip Delay(RTT) and parallel TCP number, all TCP variants are simulated, and their performance on theaspects of throughput, delay and packet loss rate is compared. The result indicates that most TCP variants display better performance than thetraditional TCP protocol on some aspects. Among them, XCP and VCP, which adopt the explicit congestion feedback solution, have the bestperformance.

【Key words】high-speed network; TCP protocol; performance comparison; NS2 simulation

1 概述

随着下一代互联网朝着高速 无线等方向发展，适用于

低速 低时延网络环境下的传统TCP协议，在传输性能方面存在瓶颈。如在高速、高时延网络中，TCP保守的加性增加乘性减小(AIMD)拥塞控制机制使得拥塞窗口恢复需要很长时间，基于超时的拥塞判定方法导致不必要的拥塞避免过程产生，这些原因导致吞吐率存在瓶颈。

根据笔者在中美俄环球高速网络上的测量结果，在瓶颈带宽为622 Mb/s的高速链路上，如果不修改有关参数，在默认设置下，单个TCP流的吞吐率仅为875 Kb/s。这远远不能满足在天文观测、高能物理等科研数据传输中几十兆每秒吞吐率的要求。

针对传统TCP协议在高速网络环境中的局限，研究适用于下一代互联网的高速网络传输协议已成为一个热点课题。研究人员提出了一些改进的TCP协议，主要包括：HSTCP (High Speed TCP), STCP(Scalable TCP), HTCP(Hamilton TCP), BIC(Binary Increase Congestion TCP), CUBIC, XCP(eXplicit Control Protocol), VCP (Variable-structure Congestion Control Protocol), FAST等。

已有一些针对以上部分协议的性能比较研究。文献[1]采用测试床的测量方法。文献[2-3]在实际网络中进行测量。文献[4]采用NS2仿真的方法考察了队列大小和传播时延对性能的影响。以上测量仅考察了部分改进TCP协议。采用测试床和实际网络测量，代价昂贵，而且对有关影响参数的改变比较困难。另外，文献[5]对具有高带宽时延积的卫星网络中的TCP改进协议TCP-Westwood进行了研究。 —6—

本文采用基于NS2仿真的实验测量方法，可以方便地改

变各种影响参数并能较好地保证实验在其他相同条件下进行，对以上所有改进TCP协议进行了比较，并且侧重于比较不同带宽、时延及TCP流数目情况下各种改进TCP协议的性能。

2 高速网络TCP改进协议

TCP改进协议主要包括2类： (1)隐性拥塞反馈改进方案

这类改进协议不需要中间路由器提供拥塞反馈信息，由通信终端自己基于延时等来判断网络的拥塞程度，调整拥塞窗口大小来进行拥塞控制。由于此类协议无须路由器支持，容易实现，大多数协议属于这种。

(2)显式拥塞反馈改进方案

这类改进协议需要中间路由器的支持，由路由器显式地向通信终端通知网络的拥塞状况，终端据此调整发送速率。在以上改进协议中，XCP和VCP属于此类。

HSTCP[6]和STCP[7]采用了高速/低速模式切换。当拥塞窗口较小时，HSTCP采用传统TCP协议的窗口增长机制，当拥塞窗口较大时，采用更为积极的窗口增长和更为缓和的窗口减少算法。这样，HSTCP既与传统TCP兼容，又能更

基金项目：科技部国际合作与交流基金资助项目(2006DFA1990) 作者简介：任勇毛(1981－)，男，博士研究生，主研方向：高速网络，传输协议；唐海娜，硕士；李 俊，研究员、博士、博士生导师；钱华林，研究员、博士生导师

收稿日期：2008-06-15 E-mail：renyongmao@cstnet.cn