硕士论文-Adhoc网络中TCP性能分析及改进研究

1、西南科技大学硕士学位论文Ad-hoc网络中TCP性能分析及改进研究姓名：杨欢申请学位级别：硕士专业：通信与信息系统指导教师：江虹20080601西南科技大学硕士研究生学位论文第页，；彻，曲，：；独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，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，也不包含为获得西南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了谢意。签名：韧动欠日期：矽护分关于论文使用和授权的说明本人完全了解西南科技大学有关保留、使

2、用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文的复印件，允许该论文被查阅和借阅；学校可以公布该论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）和玖翩虢毛名、刈日期砂彦，易西南科技大学硕士研究生学位论文第页绪论研究背景目前无线网络正在快速发展与普及，通常可以分为有中心网络和无中心网络。有中心网络需要固定基础设施的支持，例如，蜂窝移动通信系统要有基站的支持：无线局域网一般也工作在有接入点和有线骨干网的模式下。但对于有些特殊场合来说，如战场上部队快速展开和推进，地震或灾害后的营救，野外科考作业，以及临时性组织的大型会议等场合的通信不能依赖于任何预先部

3、署的网络设施（或者预先部署的设施己经因灾害损毁而失去效用），而是需要一种能够临时快速自动组网的移动通信技术。因此，一种新的网络技术一一网络技术应运而生。“”一词来源于拉丁语，是“特别地，专门地”的意思。“技术”所标称的是一种特殊的无线移动网络构架技术，强调多跳、自组织、无中心的概念，所以网络也被称为“多跳无线网（）”或者“无线自组网（）。网络的前身是分组无线网（）。自上个世纪七十年代世界上第一个分组无线网在美国夏威夷大学研制成功之后，分组无线网就受到了军方的高度重视。早在年，美国就启动了分组无线网（，）项目，研究分组无线网在战场环境下数据通信中的应用。年成立的标准委员会采用了“网络”一词来描述

4、这种特殊的对等式无线移动网络。它由一组带有无线收发装置的移动终端组成，是一个多跳、临时的自治系统，没有任何固定基础设施，是一种新型的无线通信网络。在网络中每个节点兼备主机和路由器的功能，节点间的关系是对等的，一个节点瘫痪后，依赖它通信的节点可以选择其它节点进行中继，因此网络的结构十分健壮。由于无需固定基础设施支持，网络具有很大的灵活性，可以用于无法或不便预先架设网络设施、需要快速自动组网的场合，如：军事战备、紧急救援、临时会议等多种领域，具有广阔的应用前景。协议是目前上普遍使用的一种面向连接的可靠传输协议，西南科技大学硕士研究生学位论文第页它在的数据业务传输中取得了极大的成功。协议支持、等在广

5、泛使用的业务，约占总流量的，因此在网络中使用协议很有必要。传统的协议是针对有线网络这样的应用环境开发的，当将它应用于无线和移动环境时，网络通信的性能将严重下降。如何将协议应用于无线和移动环境（如网络），己成为近几年网络通信领域中的一大研究热点。研究目的及意义网络应用常常要求提供可靠的数据传输，因此需要采用可靠的传输协议，如协议。的目的是为了解决的稳定性、异质性（接收端缓冲区大小、网络带宽及延迟等）、各流之间占有带宽的公平性、使用效率及拥塞控制等问题，从而为提供可靠、健壮（）的端到端的通信。互联网在过去的十几年中经历了爆炸式的增长，已经充分证明了这种设计机制的成功。虽然能很好地支持各种异质网络接

6、入，但本身是为固定主机及有线网络设计的，它在误码率（）很低、丢包的主要原因是网络拥塞的有线网络中取得成功，却在网络环境下受到巨大挑战。由于网络有着不同于有线网络的一些特点，其高误码率、路径不对称、无线多跳连接竞争共享的无线信道、移动的随机和不可预测性导致频繁路由失效等特性都会引起丢包。若在无线网络中直接采用传统的协议，那么它将会把由非拥塞情况引起的丢包误当作拥塞来处理，这样可能导致端到端的吞吐量降低，使性能受到重大影响。鉴于已经成为事实上的标准协议栈，作为扩展的网络也将广泛采用它，因此分析的性能并研究如何使其适应于无线网络环境变得尤为重要。研究现状西南科技大学硕士研究生学位论文第页网络的研究现

7、状由于网络的特殊性，传统固定网络和移动通信网中使用的各种协议和技术无法被直接使用，因此需要为网络设计专门的协议和各种算法，还要对网络的应用、组网、管理等进行专门的研究。年成立了工作组，专门负责研究和开发具有数百个节点的移动网络的路由算法，并制定相应的标准。委员会对基于和容许隐藏终端的协议进行了标准化，可用于构建网络原型。和蓝牙技术也为网络组网提供了一些技术准各。美国研究协会、朗讯通信公司、贝尔实验室以及许多大学和研究所都开展了对网络的研究和实验。目前已经提出了较多的解决方案并取得了研究成果，依据某些方案构建的实验网络已经开始运行。鉴于网络的特殊和重要性，自世纪年代开始，国内的一些大学和研究所也

8、开始关注网络技术，井对其进行相关研究。随着新型无线网络设备系统的出现，网络部署环境发生了巨大变化（比如，将网络部署到更广阔的野外、战场、科考、救灾环境中），使网络呈现出稀疏的特性，这种网络称之为稀疏网络。就目前而言，稀疏网络的研究处于起步阶段，其技术标准和规范还在起草中，一些研究组织和项目开始建立起来，比如：下属的和联合建立的（），由盯资助建立的（）等等。国内对于稀疏网络的研究目前基本上还是空白。我们将在后面章节中叙述几个典型的稀疏网络项目。网络的性能研究现状目前，对网络中的性能研究己引起广泛关注，国外已有不少机构或学者对此作了深入研究，提出了不少解决方案，在、和等国际会议上不乏见到诸多研究成

9、果。国内外对于网络中性能的研究，主要集中在两方面：一是分析并解决无线多跳连接对性能的影响；一是针对移动性导致频繁路由中断而引起的性能下降进行改进。（）网络中针对多跳特性的改进方案针对无线多跳连接特性对的影响，多数工作集中在层，通过西南科技大学硕士研究生学位论文第页对。改进来提高的性能。如文献】中提出了一种在不同链路误码率的情况下，适当增加重传门限来提高吞吐量的方法，且误码率越高，连接的跳数越多，吞吐量增加的幅度越大。文献】在分析无线局域网媒体接入控制（）协议和协议性能的基础上，提出了改进的协议：。利用点协调功能（）提供的数据帧格式，可以实现信息双向传输，即收发双方相互交换数据帧。另外还有双盲音

10、多址接入协议（，）提出的双信道解决方案，即利用数据信道收发数据，利用控制信道收发控制信号。（）是基于单信道的网络信道接入协议中较成功的一种。它采用乘法增加线性减少退避算法（）替代算法，并通过延长和控制报文的长度来消除控制报文的冲突以提高的吞吐量。（）网络中针对路由中断的改进方案针对网络路由中断特性的改进方案可以归纳为两类：其一是利用网络层的反馈信息来提高的性能，其二是基于端到端的拥塞控制方案。基于网络层的方案是发送端利用网络层提供的反馈信息，较为准确地判断网络中路由发生变化的信息，从而采取相应措施提高性能。典型方法有反馈（，）、带缓存容量，和序列信息的押，的（，）、等。基于端到端拥塞控制算法的

11、改进方案与基于网络反馈方案不同。这种方案是针对自身的端到端特性，结合某种判断方法来对丢包和收到重复的等现象加以判别以进行相应处理。典型方案有固定重传超时“”（玎）、错序检测与响应（，）、，等。在以上的改进方案中，基于反馈机制的方案对网络状态的判断较为准确。原因在于反馈信息直接来源于网络，能够准确地检测到链路和路由失败信息进而通知源端。其缺点是需要借助网络内部的其它节点来协同通知，实现难度大，网络开销也很大。基于端到端机制的方案继承了传统的原则，只需终端节点通过一定的计算来判断网络状态并对分组发送速率进行控制，其好处是实现较简单，不加重网络开销。但由于用指标判断网络的状态不是直接的，因此有时可能

12、偏离网络真实状况而做出不适当的操作，具有很高的不西南科技大学硕士研究生学位论文第页可靠性。这两类方案虽然都在不同程度上改进了网络中的性能，但也存在着一些不足。该领域内存在的问题由于网络存在着（）高、多跳性、移动性及能量有限等特点，使得原本为固定主机、有线网络设计的协议在这种环境下出现了很多不适应问题，主要有以下几方面：（）缺乏有效的错误恢复机制。一旦检测出丢包，便触发拥塞控制处理过程：重传未被确认的包，减小拥塞窗口从而降低发送速率；激活拥塞控制机制，包括超时时钟指数回退、减小慢启动阈值；进入拥塞避免阶段以确保拥塞得以解除。如果丢包不是网络拥塞引起，而是由网络的高，或者节点移动导致的路由中断（这

13、种情况在节点较少的稀疏网络中更加频繁）引起，那么的这种错误恢复机制会导致协议性能下降，包括吞吐量的下降和延迟的增加。（）在无线网络环境中，移动主机可用带宽通常较低，从而使得源端的发送速率受到限制，使其用较小的拥塞窗口发送数据。在这种情况下，一旦有数据包丢失，源端就不能收到足够多的重复确认包以触发快速重传，而只能通过超时机制恢复，因而降低了可用带宽的使用效率并且增加了延迟。（）无线多跳连接竞争共享的无线信道而引起的不公平性。在网络中是多个节点共享有限的信道资源，而层的随机退避机制总是有利于成功传输的连接，使一些节点无法接入信道，因此造成信道捕获问题。接入失败的这些节点退避后会重试，多次失败后，它

14、会宣布链路中断，进而引发漫长而复杂的路由发现和恢复过程，而发送端也会停止发送，从而导致了吞吐量的降低。（）由于缺乏有效的错误检测和恢复机制，在环境下的能量使用效率不高。例如，当无线链路上随机发生了短暂的突发性错误时，源端便降低其拥塞窗口，以减小网络中的数据流量，然后再逐步增加拥塞窗口的大小。在拥塞窗口逐渐增大过程中，无错的传输机会便被浪费了，并且增加了通信时间。而当错误时间较长（例如衰减信道、链路频繁的突发性错误、长时间的网络分割、网络拥塞）时，源端尽管降低了其拥塞窗口大西南科技大学硕士研究生学位论文第页小，但仍然在尝试着发送数据，从而造成更多数据包的丢失。虽然吞吐量会有所增加，但是却消耗了更

15、多的能量，降低了能量使用的效率。网络节点能量关系到自身以及网络的存活期，因此要做到尽可能低的能量耗费。论文结构本文共分五章，主要包括以下内容：第一章为全文的绪论部分，该章首先阐述本论文研究的背景与意义，概述了目前的研究现状与存在的问题，描述本文的主要结构与内容安排。第二章主要对网络进行了概述，包括其特点和应用领域等。同时也阐述了协议和网络中的路由协议的基本原理。第三章主要从网络自身特点出发并结合协议，对造成传统网络性能下降的原因进行了深入分析。第四章主要对稀疏网络中的移动模型作了研究。本章采用了州、等种移动模型来描述节点的移动模式，根据他们的位置、速度、加速度的变化情况来研究移动性对稀疏网络性

16、能的影响。第五章从两方面对网络中性能进行了改进工作，一是针对传统网络中节点静止时的多跳特性对性能的影响，提出了一种通过增大层最小竞争窗口来减小信道竞争压力的参数优化法；一是针对节点的移动性，提出了一种适合在稀疏网络环境中移动节点与固定节点之间通信的链式移动模型。通过仿真实验表明这两种方法都能有效地改善网络的性能。文章的最后为本文的结论部分。主要对本文的工作做了总结，同时也指出本文的不足之处以及下一步还需要做的工作。西南科技大学硕士研究生学位论文第页网络和相关协议简介通常，无线网络可以分为基于基础设施的网络（）和没有基础设施的网络（）两大类。没有基础设施的网络又称为网络”，通过移动主机自由的组网

17、实现通信。网络的出现推进了人们实现在任意环境下的自由通信的进程，同时它也为军事通信、灾难救助和临时通信提供了有效的解决方案。本章主要对网络技术以及网络中的路由协议和协议等进行了介绍。网络简介网络的定义网络又叫无线自组网或者移动自组网，是一种通过带有无线收发装置的移动节点自由组网来实现通信的新型网络。在网络中每个节点兼备主机和路由器两种功能，作为主机，终端需要运行面向用户的应用程序；作为路由器，终端需要运行相应的路由协议，根据路由策略和路由表完成分组转发和路由维护工作。在这种网络中，由于移动节点的通信范围有限，不能直接进行通信的节点就需要利用中间节点的多跳转发来实现通信，而不依赖于固定的网络基础

18、设施。，。一。、：，。一。、：，。一。、，一。、，、星奠鹭劈星，）图网络结构西南科技大学硕士研究生学位论文第页图为一个由个节点构成的网络结构示意图，其中虚线圈表示节点的通信范围，从图中可以看出只有相邻节点才可以直接通信。如果两个相距较远的节点（如图中的节点和）要进行通信，则需要中间节点和的转发才能实现。网络的特点网络是一种特殊的无线移动网络，与普通的移动网络和固定网络相比，具有以下特点：（）无中心：网络是一个对等式网络，网络中所有节点的地位平等，没有严格的控制中心，节点可以随时加入和离开网络。任何节点的故障不会影响整个网络的运行，具有很强的抗毁性。（）自组织：网络的布设或展开不依赖于任何预设的

19、网络设施。节点通过分层协议和分布式算法协调各自的行为，节点开机后就可以快速、自动地组成一个独立的网络。（）多跳路由：由于节点的通信范围有限，当两个互不相邻的节点要进行通信时，需要中间节点的多跳转发。与固定网络的多跳不同，网络中的多跳路由是由普通的网络节点完成，而不是由专用的路由设备完成。（）动态的拓扑结构：网络的拓扑结构是不断变化的，主要有两方面的原因：一是网络中的节点可以随时加入和退出组网；二是节点本身是可以移动的。此外，网络中所有节点既可能是发送、接收节点也可能是路由节点，它们的高变化性使路由信息的更新很快，这就要求路由协议重新配置路由信息的机制反应迅速并且开销较小。这些都使网络的状态变化

20、频繁和不可预测，而要做到对网络状态的优化和控制就更难。（）节点能量有限：网络中节点的能量是由电池提供的，因此非常有限。能量决定节点的生存期，当节点能量耗尽时，节点就会退出网络而造成网络分割，影响网络的连通性。因此，在设计网络协议时，节约能源成了一个必须考虑的因素。（）存在单向的无线信道：移动网络采用了无线信道通信，由于地形环境或发送功率等因素影响可能产生单向无线信道。比如，车载电脑的功率比笔记本电脑的功率大，因此，可能存在这样一种情况，笔记本电脑可以接收到车载电脑发出的信息，而笔记本电脑所发出的信息，车载电脑却西南科技大学硕士研究生学位论文第页无法收到。（）传输带宽有限。由于无线信道具有多接入

21、、多径衰减、噪声和信号干扰等本身的物理特性，它所能提供的网络带宽相对有线信道要低得多。（）安全性差：网络没有中心控制点，节点可以随时移动，节点之间通过无线信道相连，没有命名服务、目录服务等网络服务，也没有明确的网络边界。因此网络易受到多种方式的网络攻击，安全性较差。以上特点使得网络在体系结构、网络组织、协议设计等方面都与普通的蜂窝移动通信网络和固定通信网络有着显著的区别。网络的应用网络的应用范围很广，最初主要是应用在军事领域，近年来，随着网络的快速发展，在民用和商业领域也有着广泛应用。可分为以下几类：（）军事无线通信：军事应用是网络技术的主要应用领域。由于网络具有很高的抗毁性和灵活性，其特有的

22、无需预先架设网络基础设施、可快速展开、生存能力强等特点，因此它是数字化战场通的首选技术。具体地说，它可用作机群编队、舰队、坦克编队以及单兵之间的通信系统。以网络为主的单兵通信系统不仅能顺利解决以上问题，还能对陆、空领域的作战防御系统的完善起到关键作用。（）临时会议：在室外临时环境中，工作团体的所有成员可以通过方式组成一个临时网络来协同完成一项大的任务，或协同完成某个计算任务。在室内办公环境中，办公人员携带的包含收藏器的可以通过无线方式自动从台式机上下载电子邮件，更新上作日程表等。（）紧急服务：在发生了地震、水灾或遭受其他灾难后，固定的通信网络设施（如有线通信网络、蜂窝移动通信网络的基站等网络设

23、施、卫星通信地球站以及微波接力站等）可能被全部摧毁或无法正常工作。这时就需要网络这种不依赖任何固定网络设施又能快速布设的自组织网络技术，这对抢险和救灾工作具有非凡意义。（）传感器网络：最近，人们开始关注大量分布的传感器协调工作问题。传感器可以工作在危险的环境（如化学有害物质泄漏现场）中，通过在传感器上装备位置指示器、收发器等，将传感器所在现场的信息传送到危西南科技大学硕士研究生学位论文第页险现场以外，避免救援人员进入现场，收集和辨别事故信息。（）商业应用：网络技术可以组建家庭无线网络、移动医疗监护系统、开展移动和便携计算等。比如，使用装备网络收发设备的机场预约和登机系统可以自动地与乘客携带的个

24、人无线设备通信，完成目前的换登机牌等手续，节省排队时间；商场内商品标签可以通过无线接口由设备动态刷新，顾客若携带手持无线设备便很容易地找到某种商品和价格。网络中的路由协议由于网络中节点是移动的，网络的拓扑结构不断变化，因此传统的用于因特网的路由协议（如、等）无法适应网络的实际需要，同时由于移动节点的计算能力和存储容量较低并且能源受限，要求路由协议应尽量简单，这又增加了网络中路由协议设计的难度。网络中路由协议的分类网络的路由协议大致可以分为先验式（）路由协议、反应式（）路由协议以及混合式路由协议。先验式路由协议又称为表驱动路由协议，在这种路由协议中，每个节点维护一张包含到达其它节点的路由信息的路

25、由表。当检测到网络拓扑结构变化时，节点在网络中发送更新消息，收到更新消息的节点将更新自己的路由表，以维护一致的、及时的、准确的路由信息，所以路由表可以准确地反映网络的拓扑结构。源节点一旦要发送报文，可以立即获得到达目的节点的路由。因此这种路由协议的时延较小，但是路由协议的开销较大。反应式路由协议，又称为按需路由协议，是一种当需要发送数据时才查找路由的路由算法。在这种路由协议中，节点不需要维护及时准确的路由信息，当向目的节点发送报文时，源节点才在网络中发起路由查找过程，找到相应的路由。与先验式路由协议相比，反应式路由协议的开销较小，但是数据报传送的时延较大。还有一种就是混合式路由协议，结合了先验

26、式和反应式路由协议优点，在局部范围内使用先验式路由协议，维护准确的路由信息，并可缩小路由控制消息传播的范围，当目标西南科技大学硕士研究生学位论文第页节点较远时，通过查找发现路由，这样既可以减少路由协议的开销，时延特性也得到了改善。几种典型的网络路由算法（）按需距离矢量路由协议（），（）是一种按需的距离矢量路由协议，其不在源节点和目的节点间被选路径上的节点不需要维护路由信息或参加路由表交换。中，为了找到通往目的节点的路由，源节点将广播一个路由请求分组（），邻居节点依次向周围节点广播此分组直到被送到一个知道目的节点路由信息的中间节点或目的节点本身。一个节点将丢弃重复收到的，中的序列号用来防止路由环

27、路，并能判断中间节点是否响应了相应的路由请求。当节点转发时，它会将其上游节点的标志录入路由表，从而能够构建一条从目的节点到源节点的反向路由。收到后，中间节点如果拥有到达目的节点的有效路由，或是该节点正是目的节点，节点会产生一个路由应答分组（），沿着先前建立的逆向路由返回源节点，并建立正向的从源节点到目的节点的路由。当源节点移动时，它会重新发起路由发现；如果中间节点移动，那么与其相邻的节点会发现链路失效并向其上游节点发送链路失效消息并一直传到源节点，而后源节点根据情况重新发起路由发现过程。的优点是每个中间节点都隐式的保存了路由请求和回答的结果，支持组播路由协议扩展，并支持。缺点是路由维护比较复杂

28、。（）目的序列距离矢量路由协议（）在（）中，每个移动节点都需要维护一个路由表。路由表表项包括目的节点、跳数和目的地序列号，其中目的地序列号由目的节点分配，主要用于判别路由是否过期，并可防止路由环路的产生。每个节点周期性必须与邻节点交换路由信息，当然也可以根据路由表的改变来触发路由更新。路由表更新有两种方式：一种是全部更新（啪），即拓扑更新消息中将包括整个路由表，主要用于网络变化较快的情况：另一种方式是部分更新（），更新消息中仅包含变化的路由部分，通常适用于网络变化较慢的情况。在中只使用序列号最高的路由，如果两个路由具有相同的序列号，那么将选择最优的路由（如跳数最短）。的优点是原理及操作简单，缺

29、点是不适应快速变化的网络，西南科技大学硕士研究生学位论文第页不支持单向信道。（）动态源路由协议（）（）是一种基于源路由的按需路由协议，它使用源路由算法而不是逐跳路由的方法。主要包括两个过程：路由发现和路由维护。当节点向节点发送数据时，它首先检查缓存是否存在未过期的到目的节点的路由，如果存在，则直接使用可用的路由，否则启动路由发现过程。具体过程如下：源节点将使用洪泛法发送路由请求消息（），包含源和目的节点地址以及唯一的标志号，中间节点转发，并附上自己的节点标识。当消息到达目的节点或任何一个到目的节点路由的中间节点时（此时，中已记录了从到或该中间节点的所经过的节点标识），或该中间节点将向发送路由应

30、答消息（），该消息中将包含到的路由信息，并反转到的路由供消息使用。此外，中间节点也可以使用路由缓存技术（）来对协议作进一步优化。的优点：节点仅需维护与之通信的节点的路由，减少了协议开销；使用路由缓存技术减少了路由发现的耗费；一次路由发现过程可能会产生多条到目的点的路由。缺点是：每个数据报文的头部都需携带路由信息，数据包的额外开销较大；采用洪泛方式，相邻节点路由请求消息可能发生传播冲突并可能产生重复广播；由于缓存过期路由会影响路由选择的准确性。（）最佳链路状态路由协议（）最佳链路状态路由（）协议是专为移动网络设计的。它是一个表驱动、预设式路由协议，即网络中的节点周期性的与其它节点交换拓扑消息。是

31、对常规表驱动协议的改进，主要目的是为了有效的限制网络中的广播。的工作原理可以简单描述为：网络中的每个节点只选择自己邻居节点的一个子集，作为多点中继站（，）；只有作为的节点才能产生链路状态信息。正是通过节点不断的选择自己的或该节点作为其他节点的对广播信息进行转发，并根据这些信息计算通过的最短路径，最终到达目的节点。的优点是延迟小，扩展性较好；缺点是存储空间要求较高，实现复杂。西南科技大学硕士研究生学位论文第页协议简介，全称，中文名为传输控制协议，工作在的传输层，提供面向连接的可靠传输服务“。协议是中重要的协议之一，大多数因特网应用程序使用了协议。其工作主要是建立连接，然后从应用层程序中接收数据并

32、进行传输。下面将介绍的相关工作原理。协议的特征协议在协议软件提供的服务的基础上，支持面向连接的、可靠的投递服务。其主要特征如下：（）面向流的投递服务：应用程序之间传输的数据可视为无结构的字节流（或位流），允许发送进程以字节流的形式来传送数据，而接收进程也把数据作为字节流来接收。流投递服务保证收发的字节顺序完全一致。（）面向连接的投递服务：数据传输之前，模块之间需建立连接，其后的报文在此连接基础上传输。例如当场所的一个进程，要向场所的一个进程发送数据，或场所的进程接收数据时，就发送以下事件：的通知的，并得到的的同意。的和的互相交换数据（两个方向）；在两个进程都没无数据发送而缓存也都变窄后，这两个

33、清除其缓存。应当注意，这是一条虚连接而不是一条物理连接。报文段封装成数据报后，每一个数据报可以走不同的路径到达目的端，因此收到的数报可能不按顺序，可能丢夫，或受到损伤，并可能经过重传。这里没有物理连接，但是因为创建了面向流的环境，它负责按顺序把这些字节交付到目的端。（）可靠投递服务：接收方根据收到的报文中的校验和，判断传输的正确性：如果正确，进行应答，否则丢弃报文。发送方如果在规定的时间内未能获得应答报文，自动进行重传。（）缓冲传输：模块提供强制性传输（立即传输）和缓冲传输两种手段。缓冲传输允许将应用程序的数据流积累到一定的体积，形成报文再进。西南科技大学硕士研究生学位论文第页行传输。，（）全

34、双工传输：提供全双工服务，即数据可在同一时间双向传输。每一个都有发送缓存和接收缓存，而两个方向都可以发送报文段。（）流量控制：模块提供滑动窗口机制，支持收发模块之间的端到端流量控制。协议的连接管理引是一个面向连接的协议。报文的头格式如图所示。卜一拿潭端口号目的端翻号序号礞认序号酋部长度保留通知窗口校验矿舭紧急指针数据图的报文头报文头中控制域的个比特用于建立和释放连接、应答和报文提交方式等动作的控制，它在的具体系统实现过程中至关重要，指导并控制着一个连接的始终。其中比特表示此报文应尽快发送，它与紧急指针配合使用，指明紧急数据的长度；比特表示确认序号字段有意义；比特表示要重新建立连接；比特和比特组

35、合使用表示发送建立连接请求和应答，比特及比特表示建立连接的请求报文，比特及比特表示同意建立连接的应答报文；表示要释放一个连接。校验和是对报文头的校验。紧急指针指明在报文中紧急数据的最后一个字节的序号。通知窗口占两个字节，表示接收窗口的大小，即告诉对端未收到确认前可发送的最大数据字节的长度。西南科技大学硕士研究生学位论文第页协议在能够发送数据之前就建立起了“连接”，的连接采用次握手的方法，包括连接建立、数据传输和释放连接个部分以确保本次数据传输的可靠，其完整的过程如图所示。主机数据序号：“，卅乙蜘主机数据序号：（，图连接过程示意图要实现这个连接，启动连接的那一方首先将发送一个数据包。这只是一个不

36、包含数据的数据包，然后，打开标记。如果另一方同时在它收到标记的端口通话，它将发回一个：和标志位都被打开，并将编号字段设定为刚收到的那个数据包的顺序号字段的值。接下来，连接发起方为了表示收到了这个信息，会向发送方发送一个最终的包。这种、的步骤被称为连接建立时的“三次握手”。在这之后，连接就建立起来了。这个连接将一直保持活动状态，直到超时或者任何一方发出一个（结束）信号。任何一方都可以关闭一个连接，要求双方发送一个信号关闭自己的通讯频道。一方可以在另一方之前关闭，或者双方同时关闭连接。因此，当一方发送一个信号时，另一方可发送“”，开始关闭自己一方的通信并且确认收到了第一个信号。发送第一个玳信号的一

37、方接下来再发送一个“信息，确认收到第二个信号。另一方就知道这个连接已经关闭了，并且关闭了自己的连接。发送第一个的那方没有办法收到最后一个信号的确认信息。这时它会进入“状态并启动一个定时器，防止另一方没有收到信息并且认为连接仍是打开的。一般来说，这个状态会持续至分钟。西南科技大学硕士研究生学位论文第页协议的控制机制有种基本的控制机制：流量控制、差错控制和拥塞控制，其中拥塞控制机制是协议的核心机制。（）流量控制机制【】流量控制定义了源端在收到从目的端发来的确认之前可以发送的数据量。在极端的情况下，传输层协议可以只发送一个字节的数据，然后在发送下一个字节之前等待确认。但这个过程非常慢。若数据要走很长

38、的距离，源端就要在等待确认时一直处在空闲状态。另一种极端情况就是传输层协议能够发送它有的全部数据，而不必担心确认信息。这就加速了发送的过程，但这样又可能会使接收端来不及接收。此外，若有一部分数据丢失、重复、失序或受到损伤，源端就无法知道，一直要等到目的端将全部数据都检查完毕后才能知道。采用折衷的方法。它定义在缓存上的一个窗口，缓存是用来暂时存放从应用程序传递来并准备发送的数据。发送数据的多少由滑动窗口协议定义。为完成流量控制，使用滑动窗口协议。使用这种方法时，两个主机为每一个连接各使用一个窗口。这个窗口覆盖了缓存的一部分，这部分就是主机可以发送而不必考虑从另一个主机发来的确认。这个窗口叫做滑动

39、窗口，因为当发送出数据和接收到确认时这个窗口能够在缓存上滑动。滑动窗口的用途是使传输更加有效，同时也可以用于数据的流量控制，使得不致因过量数据而瘫痪。的滑动窗口以字节为单位进行调整，以适应接收方的处理能力。处理过程如下：连接阶段，双方协商窗口尺寸，同时接收方预留数据缓存区；发送方根据协商的结果，发送符合窗口尺寸的数据字节流，并等待对方的确认；发送方根据确认信息，改变窗口的尺寸，增加或者减少发送未得到确认的字节流中的字节数。调整过程包括：如果出现发送拥塞，发送窗口缩小为原来的一半，同时将超时重传的时间间隔扩大一倍。的滑动窗口机制和确认保证了数据传输的可靠性和流量控制。（）差错控制机制池引是可靠的

40、传输层协议。当应用程序把数据流交付给后，就依靠把整个数据流交付给另一端的应用程序，并且是按序的、没有差错、也西南科技大学硕士研究生学位论文第页没有任何一部分丢失或重复。使用差错控制提供可靠性。差错控制包括差错检测机制（检测受损报文、丢失的报文、失序报文以及重复报文）和差错纠正机制。差错检测和纠正通常使用三个简单工具：校验和、确认以及超时。每一个报文段都包括校验和宇段，用来检查受到损伤的报文段。若报文段受到损伤，就由目的端将其丢弃。使用确认的方法来证实收到了某些报文段，并且这些报文段已经无损伤地到达了目的端。不使用否认机制。若报文段在超时截止期之前未被确认，则被认为是受到损伤或以丢失。（）拥塞控

41、制机制的核心是拥塞控制机制。当数据流量超过了路由器的缓冲处理能力时，即发生了拥塞，这时路由器就会丢弃数据报文段。网络发生拥塞以后，除了重传丢失的数据报文段以外，还要降低它的传输速率，以减少网络中的数据流量，从而使得路由有足够的时间来处理转发数据报文段。然后逐渐增加传输速率来探测网络的容量，以避免拥塞再次发生。拥塞控制算法采用了种基本机制，包括：慢启动、拥塞避免和快速重传。慢启动由于不能预测网络资源的使用情况，如果在一个连接刚建立的时候，就向网络注入大量数据，则容易导致网络拥塞。为此，协议使用了慢启动算法来逐渐试探网络的可用资源。当连接建立的初始，发送端用一个数据段的大小来初始化拥塞窗口，以后每

42、收到一个时就将加，使得发送速率成倍数增长。显然将随着玎成指数级增加，直到到伏惕启动门限，系统将进入拥塞避免阶段。拥塞避免慢启动算法在初始化连接时被采用，使得发送方可以快速地为连接确定合理的窗口大小。当网络负荷过重或信道出错时，即源端发现超时或收到个相同时，则认为网络发生拥塞，进入拥塞避免阶段。慢启动阈值，如果超时，则（表示最大报文段尺寸）。如果，就执行拥塞避免算法，此时，在每次收到一个时只增加，这样，在一个内，将增加，执行的是线性增长。快速重传有两种方法来检测丢失，一种是当从报文段发送开始到了重传计时器超时，即时间超过了汀（），都没有收到相应的确西南科技大学硕士研究生学位论文第页认，就认为报文段