Адаптивная схема управления потоком для транспортного протокола в сетях с коммутацией пакетов

• Автор: Алексеев, Игорь Вадимович
• Шифр специальности: 05.13.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Ярославль
• Количество страниц: 141 с. : ил.

Реферат
В работе предложен новый алгоритм управления скоростью передачи данных для транспортного протокола сети с коммутацией пакетов. Разработанный нами новый протокол получил название ARTCP -Adaptive Rate TCP. Нами показано, что трафик протокола ARTCP обладает свойством самоподобия, разработана и реализована программная модель транспортного протокола, проведен ряд модельных экспериментов показывающих преимущества ARTCP по сравнению с TCP.
Разработанный алгоритм управления потоком транспортного протокола характеризуется рядом существенных отличий от традиционных методов управления потоком протокола TCP, а именно:
• Скорость отправки ARTCP сегментов в сеть управляется не размером окна передачи (как в TCP) а индивидуальной задержкой каждого сегмента. Изменение скорости отправки потока выражается в изменении его скважности (межсегментного временного интервала).
• Индикатором текущего состояния сети и соответственно, наступления перегрузки служит не потеря пакета, а изменение скважности потока сегментов, измеряемое получателем, а также изменение времени транзита сегментов, измеряемое отправителем.
• Функционирование ARTCP не зависит от потока подтверждений для синхронизации отправки новых сегментов в сеть.
Таким образом, в ARTCP устранена логическая зависимость алгоритмов коррекции ошибок передачи и управления потоком. Это дает существенные преимущества протоколу ARTCP, особенно в приложениях, где потеря пакета не является индикатором перегрузки, например, в беспроводных сетях. Кроме того, при работе в традиционных сетях алгоритм ARTCP оказывается более эффективным, так как он минимизирует среднюю длину очередей в маршрутизаторах и не доводит сеть до состояния перегрузки в процессе определения максимальной доступной соединению доли пропускной способности, что особенно важно для сосуществования потоков данных и мультимедиа. Также отсутствие необходимости в синхронизации по подтверждениям дает возможность эффективно применять ARTCP для систем с асимметричными каналами.
В настоящей работе показано, что трафик, генерируемый протоколом TCP, обладает свойством самоподобия, поэтому единственным способом его исследования является модельный эксперимент, поскольку развитого аналитического аппарата, применимого к самоподобному процессу, на данный момент не существует.

Для проведения модельного эксперимента нами разработана и реализована объектно-ориентированная программная модель сетевой архитектуры, которая моделирует основные свойства сети, определяющие функционирование транспортного протокола, а именно: задержку,
мультиплексирование, потери и ошибки передачи. Наша программная модель позволяет конструировать любую топологию сетевых соединений.
Цель модельного эксперимента, осуществленного в рамках данной работы - определить значения важнейших характеристик транспортного протокола: вероятность потери сегментов, среднюю длину очереди, эффективность использования пропускной способности канала, показатель равноправия разделения ресурсов и, в сравнении с имеющимися данными по стандартному ТСР, показать преимущества нового протокола АЕСГСР. По данным модельного эксперимента делаем вывод, что превосходство А1СГСР по отношению к ТСР, наиболее очевидно для беспроводных систем, однако и в обычных проводных сетях применение АЯТСР имеет явные преимущества: меньшая по сравнению с ТСР средняя длина очереди, полное отсутствие потерь сегментов.

Содержание
Реферат
Введение
1.1. Предмет исследования
1.2. Научная новизна работы
1.3. Практическая ценность результатов
1.4. Апробация работы
1.5. Содержание работы
1.6. Благодарности
1.7. Коммуникационные транспортные протоколы
1.8 Свойство самоподобия сетевого трафика
1.9 Управление потоками в коммуникационных системах
Глава 1. Постановка задачи
1.1. Недостатки протокола ТСР
1.2. Цель работы
1.3. Формальная модель системы
1.4. Основные характеристики протокола
1.5. Сеть как самоорганизующаяся система
Глава 2. Алгоритм АКТСР
2.1. Аспекты новизны протокола /RTCP
2.2. Эвристика в основе алгоритма Л Я ТСР
2.3. Параметры и переменные
2.4. Формат сообщения
2.5. Структурная схема Л Я ТСР
2.6. Совместимость с ТСР
2.7. Сравнение АІІТСР и ТСР на основе анализа алгоритма
2.8. Направления дальнейшего развития АР ТСР
Глава 3. Имитационная модель
3.1. Формат сообщения
3.2. Объектная структура ПМ
3.3. Главный цикл
3.4. Дуплексный режим
3.5. Трассировка модели
3.6. Визуализация данных

соединения. Единичная транзакция может, таким образом, случайно произойти два и более раза.
Используемый в архитектуре TCP/IP метод сочетает с идентификацию каждого пакета с требованием ограничения времени жизни пакетов в сети. Причем идентификация каждого пакета подразумевает наличие у него порядкового номера.
В реальности необходимо гарантировать, что не только сам пакет исчез из сети, но и все его подтверждения, поэтому используется промежуток времени Т, кратный максимальному времени жизни пакета. Если прошло время Т с момента отправки пакета, то мы можем быть уверены, что ни сам пакет, ни его подтверждения не существуют на сети. Если опираться на такую предпосылку, то можно разработать надежный способ безопасной установки соединения. Метод был впервые предложен [37] в 1975 и усовершенствован [38] в 1978. Метод называется «трехсторонний обмен» (Three-way handshake). Этот метод не требует использования обеими сторонами одних и тех же номеров. Нормальная процедура установки соединения иллюстрирована на рис. 10 (часть А.) Устройство А посылает запрос на соединение (CR) устройству В, указывая при этом начальный порядковый номер который будет использоваться транспортным протоколом устройства А для передачи данных. Устройство В, получив запрос, реагирует отправкой пакета, уведомляющего о согласии установить соединение, указывает свой собственный начальный номер у и подтверждает номер х. После этого в первом пакете с данными, который имеет номер х, машина А подтверждает прием сообщения с номером у. Варианты В. и С. иллюстрируют поведение транспортных объектов при получении дубликата запроса на соединение и дубликата подтверждения.
Рис. 10. Установка соединения по методу тройного обмена. Часть А. - нормальная установка соединения. В. - реакция на дубликат запроса. С. - реакция на дубликат
запроса и данных.