（通信与信息系统专业论文）tcp+over+hylabs性能分析.pdf

摘要 摘要 混合交换综合了光电路交换( o p t i c a lc i r c m ts w i t c h i n g ，o c s ) ，光分组交换 ( o p t i c a lp a c k e ts w i t c h i n g , o p s ) 和光突发交换( o p t i c a lb u r s ts w i t c h i n g ，o b s ) 的技术优势，正受到越来越多人的关注。最近提出的新型混合光交换方案 h y l a b s ( h y b r i dl i g h t p a t ha n db u r s ts w i t c h i n g ) 能够根据网络流量的突发情况使数 据包在o c s 和o b s 传输模式间灵活切换。在h y l a b s 网络上对t c p ( t r a n s p o r t c o n t r o lp r o t o c a l ) 协议进行研究是相当必要的，这是因为t c p 协议已被广泛应用于 因特网，在传输层协议中占统治地位。 第二章在h y l a b s 平台上对t c p 协议的性能进行了仿真分析。第一部分仿真 通过跟踪t c p 发送端拥塞窗口的大小，发现传输模式的改变引起了同一连接内数 据包的乱序，进而引发了错误快速重传( f a l s ef a s tr e t r a n s m i t ，f f r ) 。第二部分 仿真给出t c p 协议各版本在不同参数下的吞吐率后，对其结果进行了分析，v e g a s 协议由于其拥塞控制机制的特殊性，在该平台上的吞吐率明显低于其它版本。 第三章研究了h y l a b s 网络上t c p 的乱序问题。针对这一问题，本章首先提 出两种改进算法一s d r a ( s e n d e rd e l a yt or e s p o n s ea c k ) 算法和r d g a ( r e c e i v e r d e l a yt og e n e r a t ea c k ) 算法。前者对t c p r e n o 的发送端进行改进，收到3 个重复 a c k 以后发送端延迟一段时间后才进入快速重传和恢复阶段，在这段时间内等待 期望收到的a c k 。后者对t c p r e n o 的接收端进行改进，收到乱序的包后，接受端 并不立即产生重复a c k ，而是延迟一个单程时延，在这段时间内等待期望收到的 数据包。最后，在h y l a b s 平台上验证了s - d r a 和r d g a 算法，仿真结果表明 了这两种方案对f f r 的有效性。 第四章在h y l a b s 网络上研究了v e g a s 协议，对其拥塞控制机制做了改进。 本章首先详细分析了h y l a b s 网络上v e g a s 协议存在的问题，指出无论有无突发 数据，根据v e g a s 现有的拥塞控制机制来调节窗口都是不合理的。针对这一问题， 本文在v e g a s 协议的基础上提出称为v e g a s h y 的改进方案，该方案根据网络有无 突发数据，对不同传输模式下传输的数据包的a c k 采取不同的拥塞响应，适应了 h y l a b s 网络特性。仿真结果表明，该网络上v e g a s h y 方案的吞吐率明显高于 摘要 v e g a s 协议。本章最后部分分析了v e g a s h y 算法与t c p r e n o 共存时的公平性问题， 仿真结果表明v e g a s h y 的公平性与v e g a s 相比得到了显著提高。 关键词：混合光路和突发交换，t c p 协议，乱序问题，v e g a s 协议，拥塞避免 i i a b s t r a c t a b s t r a c t h y b r i do p t i c a ls w i t c h i n gn e t w o r k s ，w h i c hm a k eu s eo ft h ea d v a n c e so fo p t i c a l c i r c u i ts w i t c h i n g ( o c s ) a n do p t i c a lp a c k e ts w i t c h i n g ( o p s ) o p t i c a lb u r s ts w i t c h i n g ( o b s ) ，h a v er e c e n t l yr e c e i v e da l o to fa t t e n t i o n s an o v e lh y b r i dn e t w o r ka r c h i t e c t u r e - - - h y b r i dl i g h t p a t ha n db u r s ts w i t c h i n g ( h y l a b s ) w h i c hh a sb e e np r o p o s e dr e c e n t l y c a na l t e r n a t ep a c k e t s s w i t c h i n gm o d eb e t w e e no c sa n do b sd y n a m i c l l ya c c o r d i n gt o t r a f f i cl o a d a st h em o s ti m p o r t m a n tp r o t o c a lw o r k i n gi nt r a n s p o r tl a y e r , t oa n a l y z et h e p e r f o r m a n c eo ft c p ( t r a n s p o r tc o n t r o lp r o t o c a l ) i nt h eh y l a b sn e t w o r k si sv e r y e s s e n t i a l 1 1 1 es e c o n dc h a p t e ra n a l y z e st h ep e r f o r m a n c eo ft c po nh y l a b sn e t w o r k sb y s i m u l a t i o n 1 1 1 ef i r s tp a r tf i n d st h a tt h ec h a n g eo ft r a n s p o r tm o d ew i l lc a u s et h ep a c k e t s d i s o r d e rw h e nt h et c p p a c k e t si nt h es a m ec o n n e c t i o nt r a n s p o r ti nt w od i f f e r e n tw a y s a n dt h e nas p e c i a li s s u en a m e df a l s ef a s tr e t r a n s m i t ( f f r ) w i l lg e n e r a t ea tt h es e n d e r t h es e c o n dp a r tp r e s e n t st h et h r o u g h p u to fd i f f e r e n tv e r s i o n so ft c pa n dw ea n a l y z et h e r e s u l t s f r o mt h er e s u l t s ，w ef i n dt h a tt h et h r o u g h p u to fv e g a si sl o w e rt h a no t h e r sa n d n l a t sd e c i d e db yi t s s p e c i a lc o n g e s t i o nc o n t r o lm e c h a n i s m t oa d d r e s st h ed i s o r d e rp r o b l e mo ft c pt r a f f i ci nt h eh y l a b sn e t w o r k s ，w e p r o p o s et w om o d i f i e da l g o r i t h m sn a m e ds - d r aa n dr - d g a a tt h e 1 i r dc h a p t e r t h e f o r m e rd e l a y st h er e s p o n s eo fc o n g e s t i o nc o n t r o lw h e nr e c e i v i n gt h r e ed u p l i c a t ea c k s f o rai n t e r v a la tt h es e n d e r 刀玲l a t t e rd e l a y st h eg e n e r a t i o na n dt r a n s m i s s i o no f d u p l i c a t ea c k a tt c p sr e c e i v e r a tl a s t ，w ec o m p a r et h ep e r f o r m a n c eo fs - d r a 、 r - d g aa n dt c p r e n o s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h et w on e wa l g o r i t h m sc a n r e d u c et h ei s s u eo ff f re f f i c i e n t l ya n di m p r o v et h et h r o u g h p u to f t c po v e rh y l a b s t h ew i n d o w sr u l eo fv e g a sp r o t o c o l sh a sb e e nc h a n g e dd u r i n gt h es l o ws t a r ta n d c o n g e s t i o na v o i d a n c ep h r a s ei nt h et h i r dc h a p t e r 1 1 1 ei n i tp u r p o s eo fv e g a sp r o t o c o l si s t oa d j u s tt h el e n g t ho ft h ec o n g e s t i o nw i n d o wb yc h a n g i n gt h ep a c k e t sr o u n d t r i p - t i m e ( r t t ) o nan e t w o r kw i t hb u f f e r n ev e g a sp r o t o c o l sa r en o ta v a i l a b l ei nt h eh y l a b s n e t w o r kb e c a u s et h eo b s l a y e rd o n tn e e db u f f e r , t h eo c sl a y e rw o n tl o s ea n yp a c k e t f o rt h er e a s o no f b u f f e ra n db o t ht r a n s p o r ts a c h e m sh a v ed i f f e r e n ti n f l u e n c e so nt h em i i i a b s t r a c t o u rp a p e rp r o p o s e sa l li m p r o v e dp r o t o c o lc a l l e dv e g a s h yo nt h eb a s i so fv e g a s p r o t o c 0 1 w ec h a n g et h ec o n d i t i o na n dr u l eo fa d j u s t i n gl e n g t ho ft h ec o n g e s t i o n w i n d o wi nt h ep h a s eo fc o n g e s t i o n - a v o i d i n ga n ds l o w s t a r t i n gt om a k ei tf i tf o rt h e h y 【a b sn e t w o r k i nt h el a s tp a r t ，w ec o m p a r et h ep e r f o r m a n c eo fv e g a s - h ya n dv e g a s i nt h es a m ec o n d i t i o na n df i n dv e g a s - h yp e r f o r m sb e t t e rt h a nv e g a s k e y w o r d ：h y b r i dl i g h tp a t ha n db u r s ts w i t c h i n g , t r a n s p o r tc o n t r o lp r o t o c o l ，o u to f o r d e r ，v e g a sp r o t o c a l ，c o n g e s t i o na v o i d a n c e i v 图目录 图目录 图1 - 1 主从型混合交换光网络4 图1 2 平行型混合交换光网络5 图1 3 集成型混合交换光网络6 图1 4h y l a b s 模型7 图1 5 边缘节点功能模块8 图1 6h y l a b s 传输机制8 图2 1t c p 拥塞控制过程1 3 图2 - 2v e g a s 协议快速重传。1 6 图2 3 仿真拓扑1 9 图2 - 4 传输模式变化对窗口影响示意图2 0 图2 5o c s 缓存对吞吐率的影响2 2 图2 - 6 汇聚长度对吞吐率的影响2 3 图2 7 汇聚时间对吞吐率的影响2 4 图3 - 1e i f e la l g o r i t h m 算法原理2 6 图3 2d s a c k 乱序检测机制2 7 图3 3 仿真拓扑3 4 图3 - 4 三种算法窗口比较图3 5 图3 5 不同缓存下吞吐率比较3 6 图3 - 6 不同汇聚时间下吞吐率比较3 6 图3 7 不同汇聚长度下吞吐率比较3 6 图4 - 1 发送端流程4 4 图4 - 2 仿真拓扑图4 6 图4 3 不同汇聚长度下吞吐率比较4 7 图4 4 不同汇聚时间下吞吐率比较4 8 图4 5 不同汇聚长度吞吐率比较4 8 图4 - 6v e g a s 与r e n o 共存时的窗口变化图5 0 图4 7v e g a s h y 与r e n o 共存时的窗口变化图5 1 v i i 表目录 表目录 表4 1 不同门限参数组合下的吞吐率( m b i t s ) 。4 7 表4 _ 2 共存环境下吞吐量及公平性比较5 1 v i l l 缩略词表 英文缩写 r 丌 b h p h y l a b s f d l 旧m _ a p m l a u c v f o a d m o b s o c s o p s o r i o n o x c 、d m 、r o n t c p a c k s d r a r d g a f t p c w n d f f r 英文全称 缩略词表 r o u n dt r i pt i m e b u r s th e a dp a c k e t h y b r i dl i g h t p a t ha n d b u r s ts w i t c h i n g f i b e rd e l a yl i n e m i n i m u mb u r s t l e n g t h m a x i m u m a s s e m b l yp e r i o d i n t e m e tp r o t o c o l l a t e s ta v a i l a b l eu n s c h e d u l e dc h a n n e l w i t h v o i df i l l i n g o p t i c a la d da n dd r o pm u l t i p l e x e r o p t i c a lb u r s ts w i t c h i n g o p t i c a lc i r c u i ts w i c h i n g o p t i c a lp a c k e ts w i t c h i n g o v e r s p i l lr o u t i n g i no p t i c a ln e t w o r k s o p t i c a lc r o s s c o n n c c t w a v e l e n g t hd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g w a v e l e n g t hr o u t e do p t i c a ln e t w o r k t r a n s p o r tc o n t r o lp r o t o c a l a c k n o w l e g e m e n t s e n d e rd e l a yr e s p o n s ed u p l i c a t ea c k r e c e i v e rd e l a yg e n e r a t ed u p l i c a t e a c k f i l et r a n s p o r tp r o t o c a l c o n g e s t i o nw i n d o w f a l s ef a s tr e t r a n s m i t i o n i x 中文释义 往返时间 突发头分组 混合光交换 光纤延迟线 最小突发长度最大汇聚 时间 因特网协议 可插空的最近可用未调 度信道算法 光分叉复用器 光突发交换 光电路交换 光分组交换 溢出路由光网络 光交叉连接器 波分复用 波长路由光网络 传输控制协议 确认包 发送端延迟响应a c k 接收端延迟产生a c k 文件传输协议 拥塞窗口 错误快速重传 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为 获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的 说明并表示谢意。 签名：# 声 日期：纱j f 年莎月日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘， 允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全 部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 虢鱼导师签名： 日期：2 0 07 第一章绪论 1 1 课题背景 第一章绪论 近年来，随着计算机通信突飞猛进的发展，人们对通信系统在传输距离、交 换容量等方面的要求不断提高，光纤通信由于其特有的优点得到了广泛应用。其 中，w d m ( w a v e l e n g t hd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ，波分复用) 技术更是不断走向成熟。 w d m 1 】技术使通信容量成倍或数十倍、数百倍增长，以满足日益增长的信息传输 需求。w d m 技术虽然能极大地增加了线路的传输容量，使得光纤容量得到彻底的 挖掘，但是网络节点电交换瓶颈的问题依然非常突出。因此，在网络节点处引入 光交换技术是未来通信系统发展的必然方向。 光交换技术是指不经过任何光电转换，在光域上直接将输入的光信号交换到 不同的输出端。光交换系统主要由输入接口、光交换矩阵、输出接口和控制单元 四部分组成，现有的基本的光交换技术有三种，分别是光电路交换( o p t i c a lc i r c u i t s w i t c h i n g ，o c s ) 技术，光分组交换( o p t i c a lp a c k e ts w i t c h i n g ，o p s ) 技术和光 突发交换( o p t i c a lb u r s ts w i t c h i n g ，o b s ) 技术。在这三种基本光交换技术的基础 上，近年来又提出了混合光网络的概念，现有的混合光网络结构通常是o c s 和 o b s o p s 的结合，根据网络中o c s 和o p s o b s 交换技术的交叠程度【2 】，可分为 三种类型：主从型混合光网络、平行型混合光网络和集成型混合光网络。尽管目 前提出的混合光网络还存在很多问题，但它们为进一步提高数据传输率，充分利 用资源提供了一个新的思路，对下一代光网络的发展具有重要意义。 1 2基本光交换技术 由上节可知，现有的基本光交换技术有光电路交换、光分组交换和光突发交 换三种。 1 2 1光电路交换技术 光电路交换( o c s ) t 3 1 技术目前研究已经成熟，并逐步大规模应用。o c s 网络中 源目节点对之间建立的光路通过光交叉连接器t o p t i c a lc r o s s c o n n e c t ，o x c ) 和光 电子科技大学硕士学位论文 分插复用器( o p t i c a la d d a n dd r o pm u l t i p l e x e r ，o a d m ) 等光器件来完成交换功能， 中间节点不需要光缓存。o a d m 的主要功能是从多波长信道中分出或插入一个或 多个波长，有固定型和可重构型两种类型。而o x c 则完成在光网络上的寻径、路 由、建立光路等工作。 o c s 通过动态寻路和波长分配，实现端到端透明“虚波长通道”传输，使光 信号在中间节点时不经过光电光转换，直接通过光路到达目的节点。光电路交换 是采用基于类似t e l la n dw a i t 的双向预留机制，即源节点发出连接建立请求的控 制分组，当有确认消息后再发送数据，数据经过网络中间节点可以通过直通 ( c u t t h r o u g h ) 的方式传输。以上述方式传输需要等待一个端到端的往返时间 ( r o u n d - t r i p t i m e ，r t r ) ，这种交换机制适合需要高速、高带宽的业务，同时该业务 生存时间相对于连接建立时间足够长。 o c s 是以波长光路( w a v e l e n g t hp a t h ) 为单位的粗粒度光交换。由于波长连 续性的限制( w a v e l e n g t h - c o n t i n u i t yc o n s t r a i n t ) ，所能建立的波长光路有限；而且即 使在网络中配置有波长变换器( w a v e l e n t hc o n v e r t e r ) 时，所能建立的虚光路也会 受到波长数目的限制。这种粗粒度的光交换网络被该次连接业务独占，来自不同 入口节点或不同出口节点的流量不能共享光通道带宽，因而对带宽利用率不高。 这种机制不适合诸如i p 那样的突发数据的传输，因为口业务是突发的，即使大量 i p 业务的累积也很难平滑业务量在时间上的剧烈变化。 1 2 2 光分组交换 随着数据业务的爆炸式增长，光分组交换( o p s ) 技术越来越受到人们的重视。 世界上很多国家已经做了这方面的研究，并取得了一定的研究和试验结果。 在o p s 4 】网络中，业务数据和分组头一起放置在固定长度的时隙中，但是传输 和存储都采用光的形式。当多个o p s 节点组成网络时，各节点每个输入端口上的 分组到达时间是随机的，交换节点内部对分组进行重新排队，然后将光分组转发。 这意味着，核心网络中数据分组从输入至输出，将全面利用光交换技术，以克服 电子交换的速率瓶颈。但是由于光逻辑器件的不成熟，真正的全光分组交换实现 起来还有一定困难，目前一般使用光延迟纤( f d l ) 作为缓存，但它缺乏足够的灵活 性和精度，目前通行的做法是采用光电混合的办法来实现光分组交换，即传输和 交换在光域完成，而控制信号在交换节点被转换成电信号后处理。 o p s 是一种非面向连接的交换方式，采用单向预约机制，在进行数据传输前 不需要建立路由、分配资源。分组净荷紧跟分组头在相同光路中传输，网络节点 2 第一章绪论 需要缓存净荷，等待分组目的地的分组头的处理，以确定路由。相比o c s ，o p s 有着很高的资源利用率和很强的适应突发数据的能力。 o p s 是一种细粒度的交换方式，连接建立时延短，带宽利用率高，灵活性好， 但实现起来有一定难度。采用o p s 能避开电交换的瓶颈，并能提供与w d m 传输 能力相匹配的光交换能力，从长远来看，o p s 是一种很有前途的技术。 1 2 3光突发交换 由于目前光逻辑器件尚不成熟，光分组交换的控制部分仍然需要在电域完成， 仍然存在电子器件处理速度的限制。而光电路交换交换粒度过大，信道利用率较 低，连接建立延时也较大。针对上述交换方式的不足，c h u n m i n g q i a o 5 】等人提出 了光突发交换技术( o b s ) 。 所谓突发包b u r s t ，可以看成是由一些较小的、具有相同出口边缘节点地址和 相同服务质量( q u a l i t yo fs e r v i c e ，q o s ) 要求的数据分组组成的超长数据分组。 o b s 的交换粒度是介于电路交换和分组交换两者之间的，是多个分组的组合。由 于o b s 的交换粒度较o p s 粗，因而处理开销大为减少。 o b s 存在两种类型的信道：数据信道和控制信道。控制信道用于传输控制分 组( b u r s th e a dp a c k e t ，b h p ) ，数据信道用于传输突发数据包( b u r s t ) 。到达o b s 网络边缘节点的分组按照其目的地址和服务质量q o s 被组装成b u r s t 。每个b u r s t 均对应了一个控制分组b h p ，它先于b u r s t 进入核心交换网络，并在b u r s t 要经过 的所有中间节点上逐跳预约资源。只要b u r s t 和b h p 之间的偏移时间( o f f s e tt i m e ) 设置恰当，就可以保证相应b u r s t 在到达每个中间节点前，b h p 的处理以及相应交 换通道的配置工作都己完成，实现b u r s t 的端到端的全光透明传输。 o b s 交换粒度适中，相对于o c s 来说，可以实现统计复用，提高了资源利用 率；相对o p s 来说，易于实现，对器件的要求较低。因此，尽管o b s 在标准和协 议方面仍不成熟，但随着其不断被研究和完善，极有可能成为下一代光传输和交 换网络的核心技术。 1 3 现有混合光交换技术 近年来混合光交换受到了业界广泛关注，如果一个光网络结构同时包括两种 或两种以上基本网络技术，这种网络结构就被称为混合交换网络【6 1 。即混合光交换 技术同时结合了两种或两种以上的基本光交换技术，这些基本光交换技术是指 电子科技大学硕士学位论文 o c s ，o p s 和o b s 。光混合交换技术将o c s 与o p s o b s 相结合，利用o c s 提高 光网络的传送效率，利用o b s o p s 提高光网络的灵活性，鲁棒性，使资源均衡利 用。 根据网络中o c s 和o p s o b s 交换技术的交叠程度，现有的混合光交换技术 可分为三种类型：主从型混合光网络、平行型混合光网络和集成型混合光网络。 下面分别介绍这三类现有的混合光交换技术的结构及特点。 1 3 1主从型混合光交换技术 主从型混合交换网络【7 j 0 1 具有服务层和客户层两层。其中，服务层直接为客户 层提供和配置网络资源。服务层通常采用光电路交换，使用部分波长静态或动态 地建立光路，每条光路对应一条虚链路，所有的光路就构成一个虚拓扑。交换在 客户层进行，客户层通常采用o b s o p s 交换技术，在服务层提供的虚拓扑上进行 o b s o p s 交换。网络中每个节点都为o b s o p s 节点，突发包分组包只能在客户 层进行交换。多种交换技术共享传送资源，而交换资源是分离的。 图l 一1 主从型混合交换光网络 在这种网络中，服务层使用部分波长建立光路后，如何传送突发头分组b h p 是这种混合交换技术的问题所在。目前的解决方法有两种，一种是使用带外信令 的方式。客户层虚拓扑的每条链路应至少包含两个波长，一个波长用于传送突发 头分组b h p ，另一个波长用来传送b u r s t ，这种方式造成了波长资源的极大浪费。 另外一种是使用带内信令的方式。客户层每条虚链路只对应一个波长，b h p 和b u r s t 共享同一波长。b h p 要经过电处理而b u r s t 要保持在光域内，这需要在中间节点处 加入光开关，使数据流在“光一电一光 模式和“光一光一光 模式之间按一定 4 0 0 0 御、一 ； 一c - ； ，川s 俞可 第一章绪论 策略进行切换。要做到这些，对光器件的要求极高，不易实现。 1 3 2平行型混合光交换技术 平行型的混合光网络【1 1 。1 3 】中，两种或两种以上的基本光交换技术在网络中平 行存在，为业务提供两种以上的交换方式。多种光交换技术在网络中相对独立， 每种基本光交换技术都对应形成一个基本光网络，平行型混合光网络包含了多个 基本光网络。边缘节点根据口业务特性提供不同的交换技术，将业务送入不同的 基本光网络进行交换。 如图1 2 所示为由o b s 和o c s 两种交换模式组成的平行型混合光网络。边缘 节点根据业务流的性质决定其的以何种方式通过网络，数据一旦进入网络其传输 模式将不再更改。持续时间长、占用带宽多、服务质量要求较高的业务将以o c s 方式传输；反之，则以o b s 方式传输。一旦判定某一业务采用o c s 方式传输，网 络将根据资源使用情况立即进行波长分配和光路建立，在收到光路成功建立的确 认信息后将立即发送数据。对于确定采用o b s 模式传输的业务，其数据包将进入 汇聚模块生成突发包，相关的b h p 先行进入网络在核心节点上为其预约光路。因 此，核心节点和边缘节点都具有o c s 和o b s 交换能力。 平行 交换 的网 o b $ o p s 层 u 广 妙 o c s 层 图1 2 平行型混合交换光网络 平行型混合光网络中多种光交换技术可以共享网络的全部资源，即共享传送 资源和交换资源。传输资源的共享分为静态分配和动态分配。交换资源的共享是 指在核心节点只有一个交换模块，要求它可以同时实现o c s 的建立光路功能和 o b s 的交换功能。这种多种光交换技术共享网络资源的方式实现了资源复用，提 高网络资源利用率。 电子科技大学硕士学位论文 平行型混合交换技术的传输机制导致其存在较大缺点：由边缘节点决策进入 网络的业务一旦进入网络，中间节点将不能根据网络状况调整对该业务采用的传 输方式，因而缺少灵活性。 1 3 3集成型混合光交换技术 集成型混合光网络将o p s 、o c s 等不同交换技术进一步集成。在这种网络中， o p s 和o c s 两种交换技术享有相同的带宽资源，网络具有一定的动态业务能力和 统计复用能力，因而网络所需波长减少，网络资源利用率高。同时，每个节点都 有o c s 和o p s 能力，并且每个节点都能决定数据的交换方式，这样网络灵活性大 大增强。 i p 业务 集成型混合 图1 - 3 集成型混合交换光网络 o r i o n ( o v e r s p i l lr o u t i n g i no p t i c a ln e t w o r k s ) t 1 4 - 1 6 】和o p m i g u a t l7 】是到目前为 止提出的集成型混合光网络。这两种光网络的整体方案基本致，其区别主要体 现在对光信号的调制方式不同。两种网络相同点是每个节点必须通过识别光标签， 实现对溢出数据的探测，并且通过探测光标签，实现对光路空隙的探测，以便在 光路上进行数据插入。这两种网络中，传送主要是基于波长路由的方式，i p r o u t e r 的负担小，需要的开关等资源变少，降低了对资源配置的要求。o r i o n 和o p m i g u a 的缺点是光路上的探测、插入、提取技术对光器件要求很高，实现难度大。 1 4 h y l a b s 混合光交换技术 上节介绍了现有的混合光交换网络，由于这三种混合光网络存在各自的问题， 课题组提出一种新的混合光交换机制h y l a b s ( h y b r i dl i g h t p a t ha n db u r s t 6 第一章绪论 s w i t c h i n g ) 【l g 】【1 鲫，该方案能够充分利用o b s 和o c s 的技术特点来应对网络环境 的不确定性和网络流量的突发性。 下蕊我们将从网络结构和传输机制两方面简单介绍h y l a b s 网络。 1 4 1 h y l a b s 网络结构及节点功钱 h y l a b s 网络将o b s 和o c s 两种交换模式集成于同一网络中，当数据包到达 源边缘节点时，可以通过o c s 或者o b s 传输模式到达目的边缘节点。下面将介绍 h y l a b s 的拓扑实现和节点功能。 图1 - 4 为h y l a b s 网络的简单模型，网络由四个节点组成，每个节点都具有 o b s 和o c s 交换功能。图a 为波长分配示意图，o c s 层波长由五跳光路( 九o ) 和两跳光路( 入1 ) 组成；o b s 层波长由五个一跳光路组成( x2 ) 。图b 对图a 的 虚拓扑进行映射，下半部分虚线为o c s 层拓扑，与节点中低速交换模块共同构成 o c s 部分；上半部分实线为o b s 层拓扑，与节点中的的高速交换模块共同构成 o b s 部分。 一：竺鼍_ 竺29 繁p 鬻激模块黝数据 一一：光路( 九o )一：光路( x 黔 “7 、 图a圈b 图1 - 4h y l a b s 模型 当数据包到达边缘节点时，o c s 是优先选择的传输方式。假设某一数据包进 入边缘节点a ，其目的边缘节点为c ，如果此时o c s 层资源充足，数据包将从a 直接传输至c ( 图a 的九1 ) ，否则将使用溢出模式在o b s 层传输。 图1 5 说明了边缘节点的主要功能。当数据包到达边缘节点时，边缘节点将会 根据该数据包的目的节点在o c s 路由表中查找路由信息( 创建虚拓扑时产生路由 表) 。如果有从该节点到目的节点的直达通路或者多跳通路存在，并且相应的光路 7 电子科技大学硕士学位论文 缓存未满，则该包将进入光路缓存队列以o c s 方式传输。如果上述条件不满足， 他们将进入o b s 汇聚缓存队列，以最小突发长度最大汇聚时间( m b m a p ) 2 0 j 算 法进行汇聚。突发包( b u t s t ) 产生的同时，会生成相应的b h p ，b h p 的作用是为 突发包预约传输资源。它首先进入调度管理模块，在相关信息中查找输出端口， 然后调度模块将会在相应端口的波长资源中采用l a u c - v f ( l a t e s ta v a i l a b l e u n s c h c d u l c dc h a n n e lw i t h v o i df i l l i n g ) t 2 1 】算法预约波长。通过b h p 在网络节点预 约下一跳波长，突发包能够在一段偏移时间之后到达此节点时，立刻进入下一跳 事先约好的波长继续传送。在这一过程中，b h p 使用专用的控制信道传输，突发 包采用数据信道传输。 1 4 2 h y l a b s 传输机制 节点 电域 仓 光域 0 c s 信道 ：3 ：_ 一：2 、 ! j l l 上- l i i i n n l j一l 、一上一。- 一t ? 、- v 图1 5 边缘节点功能模块 毖幽溢出数据l j 突发数据九l 一九1 九l 图1 - 6h y l a b s 传输机制 耋一 飞娥 叫 趴、v 哥釜习_ 第一章绪论 图1 - 6 给出了h y l a b s 传输机制。网络中有a ，b ，c ，d ，e 五点，有a b ， b c ，c d ，d e ，a e 五条光路。图中标识为空白的数据包是按照正常模式传送的 分组包，而灰色数据包是按溢出模式传送的突发数据包。如果o c s 层资源足够， a e 光路未被完全占用，数据将以o c s 方式从a 传输到e ( 灰色实线入0 ) ；当a e 光路被完全占用，并且临时过载，而光路其它四条光路却轻负载甚至空闲时，把 属于光路a e 过载的数据包在a 点汇聚成突发包，发送b h p 逐跳预约光路a b 、 b c 、c d 和d e ，预约如果成功，突发包将从a 点全光传送至e 点，完成溢出模式 传送。当溢出数据在节点的某一输出端口上发生竞争时( 比如节点b ) ，丢弃b h p ， 当对应的突发包到达该节点时，节点查询调度信息，发现没有与之对应的预约资 源，丢弃该突发包。 总之，在h y l a b s 网络中，业务分为正常业务和突发业务两种。正常业务以 o c s 方式传输，突发业务以o b s 方式传输。o c s 方式优先于o b s 方式，因而该 网络可以应对数据的突发性和不可确定性。 1 5文章的主要工作的及内容安排 本文的主要工作内容是t c po v e rh y l a b s 相关性能分析及研究。包括h y l a b s 特性对t c p 的性能影响和针对h y l a b s 网络上t c p 存在的问题而进行的改进。具体 结构安排如下： 第一章首先简要介绍了基本光网络和现有的混合光网络模型，在此基础上给 出t h y l a b s 的网络结构、节点功能和传输机制。 第二章首先对t c p 协议进行概述，着重介绍各版本拥塞控制机制之间的差别。 之后，通过仿真分析h y i a b s 网络传输模式的改变和各种参数对t c p 性能的影响， 发现该网络存在两个问题：1 ) 传输模式的改变造成t c p 连接同一窗口内数据包的 乱序，进而引起的错误快速重传( f f r ) ，2 ) v e g a s 性能与t c p 其它版本相比，吞 吐量很低。 第三章首先就h v l a b s 网络中t c p 流的乱序问题分别给出源端改进算法 s - d r a 和接收端改进算法r d g a 两种解决方案，之后通过仿真比较了这两种改进 方案与原t c p 协议的性能，仿真结果表明了改进方案的有效性。 第四章对v e g a s 协议在h y l a b s n 络上的性能进行了分析，提出v e g a s 在该网络 上存在的新问题：不论数据包的传输方式如何，简单根据r 盯的大小来调整窗口不 符合h y l a b s 网络环境。针对这一问题，本章提出 v e g a s h y 的改进方案，仿真结 9 电子科技大学硕士学位论文 果表明该方案的性能由于v e g a s 。之后，通过仿真分析 v e g a s h y 与t c p r e n o 共存 时的公平性问题。 最后，第五章对全文进行了总结，并提出了下一步工作的方向。 l o 第二章h y l a b s 上t c p 性能仿真分析 2 1t c p 协议概述 2 1 1t c p 协议的基本内容 1 t c p 协议为应用层提供的服务 1 ) 流交付服务：t c p 协议允许发送进程以字节流的形式来传递数据，而接收 进程也把数据作为字节流来接收。这样，t c p 协议使得两个进程好像在一个假想 的“管道 中传送两个进程的数据。 2 ) 全双工服务：即数据可在同一时间双向流动。每一个t c p 端系统都有发送 缓存和接收缓存，而两个方向都可以发送报文段。 3 ) 面向连接服务：t c p 通过一条虚拟连接来传送数据。当t c p 报文被封装成 d 分组后，每一个分组可以走不同的路径来到达目的端，因此收到的i p 分组