Improving TCP Performance over Wireless Links论文学习报告指导老师：王汉武专业：智能科学与技术班级：智能1201班组长：杨锦涛组员：易全政、尹珂立、易雪媛、王自琰内容摘要内容摘要在传统网络主要是因为拥堵出现丢包时，可靠的传输协议TCP被调用来执行表现得很好。

然而，与网络无线和其他有损环节也是从显著遭受非拥塞相关的损失，由于如位错误和切换的原因。

TCP响应一切损失由调用拥塞控制和避免算，从而退化端至端的性能在无线和有损系统。

在本文中，我们比较设计了几种方案提高TCP在这样的网络的性能。

这些方案分为三大类：端到端协议，其中发送者是了解的无线链接;链路层协议，提供本地的可靠性;和裂的连接协议，即打破端至端连接成在基站两部分。

我们目前的在局域网和执行的几个实验结果WAN环境中，使用吞吐量和实际吞吐量为指标比较。

我们的研究结果表明，一个有一定的了解的可靠的链路层协议TCP提供了很好的表现。

此外，能够实现良好的性能不分割在基站处的端至端连接。

我们还表明，选择性确认并明确损失的通知导致显著的性能改进。

关键词：丢包端到端有损系统ABSTRACTReliable transport protocols such as TCP are tuned to perform well in traditional networks where packet losses occur mostly because of congestion. However, networks with wireless and other lossy links also suffer from significant non-congestion-related losses due to reasons such as bit errors and handoffs. TCP responds to all losses by invoking congestion control and avoidance algorithms, resulting in degraded end-to-end performance in wireless and lossy systems. In this paper, we compare several schemes designed to improve the performance of TCP in such networks. These schemes are classified into three broad categories: end-toend protocols, where the sender is aware of the wireless link; link-layer protocols, that provide local reliability; and split-connection protocols, that break the end-to-end connection into two parts at the base station. We present the results of several experiments performed in both LAN and WAN environments, using throughput and goodput as the metrics for comparison.Our results show that a reliable link-layer protocol with some knowledge of TCP provides very good performance. Furthermore, it is possible to achieve good performance without splitting the end-to-end connection at the base station. We also demonstrate that selective acknowledgments and explicit loss notifications result in significant performance improvements.KEY WORDS：packet losses end-to-end lossy systems本次组员分工：主讲：杨锦涛学习论文报告：易全政、王自琰ppt制作：易雪媛总结报告：尹珂立Improving TCP Performance over Wireless Links本次学习中主要阅读研究论文为“A comparison of mechanisms for improving TCP performance over wireless links”。

在这个论文中，介绍了关于TCP在无线传输领域中的问题，并针对问题做出了三个方面的改进方案，而我们将从以下的四个方面介绍TCP的在无线领域的改进与前景分析。

一、TCP协议发展历史传输控制协议 (TCP)是行业标准协议套件，此协议是专为那些由通过路由器相连的不同网段构成的大型网络设计的。

TCP是Internet上使用的协议。

Internet是由世界各地成千上万的网络构成的网络集合，它连接着不同的研究机构、大学、图书馆、政府机构、私人公司和个人。

TCP的起源可以追溯到由美国国防部(DoD)高级研究计划局(DARPA)在二十世纪六十年代后期和七十年代早期进行的研究。

下面摘要列出了TCP/IP发展史上的一些重大事件：1970年，ARPANET主机开始使用网络控制协议(NCP)，这就是后来的传输控制协议(TCP)的雏形。

1972年，Telnet协议推出。

Telnet用于终端仿真以连接相异的系统。

在二十世纪七十年代早期，这些系统使用不同类型的主机。

1973年，文件传输协议(FTP)推出。

FTP用于在相异的系统之间交换文件。

1974年，传输控制协议(TCP)被详细规定下来。

TCP取代NCP，它为人们提供了更可靠的通信服务。

1981年，Internet协议(IP)(又称IP版本4[IPv4])被详细规定下来。

IP 为端到端传递提供寻址和路由功能。

1982年，国防通信署(DCA)和ARPA建立了传输控制协议(TCP)和Internet 协议 (IP)作为TCP/IP协议套件。

1983年，ARPANET将NCP替换为TCP/IP。

1984年，域名系统(DNS)推出。

DNS可将域名(如)解析为IP地址(如192.168.5.18)。

1995年，Internet服务提供商(ISP)开始向企业和个人提供Internet接入。

1996年，超文本传送协议(HTTP)推出。

万维网使用HTTP。

1996年，第一套IP版本6(IPv6)标准发布。

二、TCP拥塞控制机制最初的TCP协议只有基于窗口的流控制（flow control）机制而没有拥塞控制机制。

流控制作为接受方管理发送方发送数据的方式，用来防止接受方可用的数据缓存空间的溢出。

流控制是一种局部控制机制，其参与者仅仅是发送方和接收方，它只考虑了接收端的接收能力，而没有考虑到网络的传输能力；而拥塞控制则注重于整体，其考虑的是整个网络的传输能力，是一种全局控制机制。

正因为流控制的这种局限性，从而导致了拥塞崩溃现象的发生。

1986年初，Jacobson开发了现在在TCP应用中的拥塞控制机制。

运行在端节点主机中的这些机制使得TCP连接在网络发生拥塞时回退（back off），也就是说TCP源端会对网络发出的拥塞指示（congestion notification）（例如丢包、重复的ACK等）作出响应。

1988年Jacobson针对TCP在控制网络拥塞方面的不足，提出了“慢启动”（Slow Start）和“拥塞避免”（Congestion Avoidance）算法。

1990年出现的TCP Reno版本增加了“快速重传”（Fast Retransmit）、“快速恢复”（Fast Recovery）算法，避免了网络拥塞不严重时采用“慢启动”算法而造成过大地减小发送窗口尺寸的现象，这样TCP的拥塞控制就由这4个核心部分组成。

近几年又出现TCP的改进版本如NewReno和选择性应答（selective acknowledgement，SACK）等。

正是这些拥塞控制机制防止了今天网络的拥塞崩溃。

TCP拥塞控制四个主要过程简要介绍如下：慢启动阶段：早期开发的TCP应用在启动一个连接时会向网络中发送大量的数据包，这样很容易导致路由器缓存空间耗尽，网络发生拥塞，使得TCP连接的吞吐量急剧下降。

由于TCP源端无法知道网络资源当前的利用状况，因此新建立的TCP连接不能一开始就发送大量数据，而只能逐步增加每次发送的数据量，以避免上述现象的发生。

具体地说，当建立新的TCP连接时，拥塞窗口（congestion window，cwnd）初始化为一个数据包大小。

源端按cwnd大小发送数据，每收到一个ACK确认，cwnd就增加一个数据包发送量，这样cwnd就将随着回路响应时间（Round Trip Time，RTT）呈指数增长，源端向网络发送的数据量将急剧增加。

事实上，慢启动一点也不慢，要达到每RTT发送W个数据包所需时间仅为RTT×logW。

由于在发生拥塞时，拥塞窗口会减半或降到1，因此慢启动确保了源端的发送速率最多是链路带宽的两倍。

拥塞避免阶段：如果TCP源端发现超时或收到3个相同ACK副本时，即认为网络发生了拥塞（主要因为由传输引起的数据包损坏和丢失的概率很小（<<1%））。

此时就进入拥塞避免阶段。

慢启动阈值（ssthresh）被设置为当前拥塞窗口大小的一半；如果超时，拥塞窗口被置1。

如果cwnd>ssthresh，TCP就执行拥塞避免算法，此时，cwnd在每次收到一个ACK时只增加1/cwnd个数据包，这样，在一个RTT内，cwnd将增加1，所以在拥塞避免阶段，cwnd不是呈指数增长，而是线性增长。

快速重传和快速恢复阶段：快速重传是当TCP源端收到到三个相同的ACK 副本时，即认为有数据包丢失，则源端重传丢失的数据包，而不必等待RTO超时。

同时将ssthresh设置为当前cwnd值的一半，并且将cwnd减为原先的一半。

快速恢复是基于“管道”模型（pipe model）的“数据包守恒”的原则（conservation of packets principle），即同一时刻在网络中传输的数据包数量是恒定的，只有当“旧”数据包离开网络后，才能发送“新”数据包进入网络。