Linux网络测试床的设计与实现和环境自适应的拥塞控制协议研究

论文摘要

由于传统实验性能评估手段的局限性,在真实的网络测试床上对协议进行性能评测正逐渐成了主流的测试手段。本文首先对网络测试床设计和实现的整个过程以及网络测试床实验配置的关键技术问题进行深入的研究。本文详细介绍了基于Linux的网络测试床设计与实现的整个过程,包括Linux网络测试床的拓扑设计;重新配置、编译符合测试床需要的新的Linux内核;使用Netem和Dummynet来设置可控的,特定的网络实验环境;TCP Socket Buffer的设置;TCP ECN的设置;使用流量产生器产生测试流量;捕捉和处理实验数据。随着网络的飞速发展,网络高速化和无线化的特征越来越明显。在这种网络特征下,传统网络中的TCP拥塞控制协议已经显现出不适应性。虽然各国学者也提出了一些针对高速网络或无线网络的TCP改进协议,但是这些协议并不能同时在不同的网络环境下都获得较高的性能。因此,拥塞控制协议如何实现环境自适应性,在不同的网络环境下都能获得较高的性能,就变成了迫在眉睫的问题。本文在总结前人工作的基础上,将Cubic高效的窗口增加机制和Westwood的窗口减少机制结合起来,提出了一种环境自适应的拥塞控制机制JTCP,并详细介绍JTCP在Linux内核中的实现过程,然后在我们搭建的网络测试床上对JTCP就链路利用率、TCP友好性和RTT公平性这个三个性能指标进行了详细的比较测试。实验结果表明,JTCP在RTT公平性和TCP友好性没有明显下降的同时,能够在不同的网络环境下都能获得较高的链路利用率。本文最后对所做研究工作进行了总结,并阐述了网络测试床设计实现的进一步研究方向和拥塞控制协议进一步优化的研究思路。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 网络的发展和传统 TCP面临的性能问题
• 1.2 网络性能评测综述
• 1.3 本文的主要工作
• 1.4 本文组织结构
• 第二章 Linux网络测试床的设计与实现
• 2.1 Linux网络测试床概述
• 2.2 Linux网络测试床的设计
• 2.3 Linux网络测试床实验环境的构建
• 2.3.1 重新配置编译内核
• 2.3.2 使用 Netem和 Dummynet设置网络环境
• 2.3.3 TCP Socket Buffer的设置
• 2.3.4 TCP ECN的设置
• 2.4 流量产生器
• 2.5 捕捉和处理实验数据
• 2.6 本章小结
• 第三章 新型网络环境下的拥塞控制协议
• 3.1 高带宽延时网络环境下的拥塞控制协议
• 3.2 无线网络环境下的拥塞控制协议
• 3.3 新型网络环境下的拥塞控制协议的环境自适应问题
• 3.4 本章小结
• 第四章 环境自适应的拥塞控制协议 JTCP
• 4.1 JTCP的设计思想
• 4.2 JTCP的拥塞控制机制
• 4.3 JTCP的设计与实现
• 4.3.1 Linux内核网络协议栈
• 4.3.2 TCP可插拔（Pluggable）的拥塞控制框架
• 4.3.3 JTCP内核模块的实现
• 4.4 JTCP的性能分析
• 4.4.1 测试床实验环境的设置
• 4.4.2 链路利用率
• 4.4.3 RTT公平性
• 4.4.4 TCP友好性
• 4.5 本章小结
• 第五章 结束语
• 6.1 研究工作总结与主要创新点
• 6.2 进一步研究工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间主要的研究成果