Разработка, реализация и анализ производительности модифицированного транспортного протокола

• Автор: Сивов, Анатолий Александрович
• Шифр специальности: 05.13.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Ярославль
• Количество страниц: 205 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Коммуникационные протоколы транспортного уровня
1.1 Коммуникационные транспортные протоколы
1.2 Управление потоком данных в коммуникационных протоколах .... 43 Глава 2. Протокол TCP TIPS
2.1 Алгоритм оценки доступной пропускной способности
2.2 Управление потоком в TCP TIPS
2.3 Формат заголовка в TCP TIPS и совместимость с TCP
2.4 Направления дальнейших исследований
Глава 3. Реализация TCP TIPS
3.1 Реализация имитационной модели в ns-
3.2 Аспекты реализации в операционных системах на примере
ОС Linux
Глава 4. Результаты моделирования
4.1 Изолированный протокол в надежной сети
4.2 Изолированный протокол в условиях ошибок передачи данных
4.3 Протокол в условиях разделения ресурсов
4.4 Протокол в условиях передачи данных по обратному каналу
4.5 Протокол в условиях динамической смены характеристик сети
Заключение
Список литературы
Приложение 1. Фрагменты реализации TCP TIPS для среды ns-
Приложение 2. Примеры классов и процедур, используемых при создании сценариев модельных экспериментов

Введение
Предмет исследования и актуальность работы. Компьютерные коммуникационные системы, представляющие собой сети передачи информации, играют очень важную роль в современном мире и являются одним из важнейших направлений научно-технического прогресса в настоящее время. Сети передачи данных — распределенная система, процессы передачи информации в которой координируются посредством коммуникационных протоколов.
Для упрощения структуры большинство сетей организуются в наборы уровней, каждый последующий из которых возводится над предыдущим. Целью каждого уровня является предоставление определенных сервисов для вышестоящих уровней. Каждому уровню соответствуют правила и соглашения, используемые в общении машин в сети на данном уровне и называемые протоколом этого уровня. Набор уровней и соответствующих им протоколов называется архитектурой сети.
Существуют два важных архитектурных типа — эталонные модели OSI и TCP/IP [13, 15, 42, 43, 87, 108]. Наибольшее распространение на практике получила архитектура, основанная на ТСРЯР. В рамках TCP/IP системы в сети разделяются на конечные системы, между которыми происходит обмен данными, называемые узлами сети, и промежуточные системы (маршрутизаторы), не являющиеся конечными или исходными точками обмена. Смежные системы в сети объединяются каналом, обеспечивающим возможность передачи информации между ними. Каналы имеют ряд характеристик, таких как пропускная способность, задержка передачи и надежность. В каждой точке подключения системы к каналу имеется буфер, позволяющий организовывать очередь данных, ожидающих отправки по этому каналу. Буферное пространство может быть выделено отдельно для каждого соединения, использующего рассматриваемый узел, но обычно оно является разделяемым ресурсом, как и пропускная способность. При передаче данных по сети возможна ситуация, называемая перегрузкой сети. Эта ситуация выражается в переполнении буферов

и потерях информации и связана со слишком большой скоростью прибытия данных в систему, превышающей максимально возможную скорость отправки этих данных по следующему каналу, либо скорость обработки данных получателем.
Протокол транспортного уровня модели TCP/IP создан для того, чтобы одноранговые сущности на приемных и передающих узлах сети могли поддерживать связь друг с другом, т. е. транспортный уровень должен представлять протоколы, предлагающие сквозную передачу данных, доставляющие сообщения от источника адресату. Транспортный уровень модели TCP/IP может быть представлен как протоколом с установлением соединений, обеспечивающим надежную доставку данных, так и протоколом, работающим без установления соединения и не гарантирующим доставку данных получателю. Протокол первого типа представлен в ТСРЯР протоколом TCP [34, 72, 109].
TCP является протоколом с установлением соединения, т. е. он позволяет двум узлам сети, на каждом из которых выполняется алгоритм TCP, обмениваться информацией после установки между ними логического соединения. Данные, отправляемые источником, рассматриваются TCP как битовый поток, из которого формируются блоки конечной длины, называемые сегментами TCP или пакетами TCP. Эти сегменты передаются по сети получателю, который формирует исходную последовательность и передает ее своему пользователю, а также уведомляет отправителя о получении данных. Отправитель использует информацию, полученную в уведомлениях, для выявления необходимости повторной отправки потерянных сегментов и создания надежного канала передачи данных.
Протокол TCP имеет алгоритм управления потоком, цель которого — эффективно использовать имеющуюся пропускную способность соединения. В частности, во избежание перегрузки необходимо отправлять данные со скоростью, не превышающей наименьшую пропускную способность канала, участвующего в соединении, и скорость обработки данных получателем. На сегодняшний момент

информации, т. е. крайне затрудняет расширение протокола TCP.
После установки соединения стороны могут обмениваться данными, при этом управление потоком данных берет на себя TCP. В этой задаче должны решаться проблемы согласования скорости передатчика и приемника, эффективной буферизации и использования доступной пропускной способности сети. Первая задача решается в TCP с помощью механизма «скользящего окна». Каждый сегмент TCP содержит в заголовке в поле «размер окна» число, равное количеству байтов, которое он может принять в данный момент. Это число не должно уменьшаться по причине, отличной от поступления новых данных от отправителя. Отправитель, зная размер окна, может производить отправку данных, ограниченную этим количеством. При достижении нулевого размера окна отправитель не имеет права передать какие-либо данные (за исключением срочных данных). При этом отправитель может запросить информацию о размере окна (на случай, что переданная другой стороной информация о появлении в буфере места была потеряна в сети). Благодаря этому ограничивающему фактору, достигается согласование скорости передачи данных между быстрым передатчиком и медленным приемником. Модификация TCP может использовать этот алгоритм для согласования скоростей приемника и передатчика, предлагая при этом собственные способы буферизации данных или утилизации пропускной способности сети.
Задача эффективной буферизации данных связана с недопущением передачи сегментов, содержащих малое количество данных, и обработки данных малыми порциями в случае возможности передачи и обработки информации блоками большего размера. Эта задача должна решаться как на отправителе, так и на приемнике.
Со стороны отправителя эта задача решается буферизацией данных перед их отправкой в сеть, чтобы не происходила отправка сегментов, количество данных в которых мало (по сравнению с MSS), что увеличило бы в процентном соотношении количество служебной информации, передающейся по сети (на