新型互联网多路径传输协议拥塞控制机制分析

胡倩

摘 要：新型互联网平台中，WIFI、云计算、4G数据传输体系逐步完善导致网络多路径传输模式的出现，以往TCP模式在各种应用中导致其不能有效建立网络连接，为网络多路径传输造成了阻碍，而多路径传输协议主要是利用资源共享的方式将数据流进行分散控制，从而有效提升网络传输的有效性，文章以多路径传输协议拥塞控制机制为入手点，对网络多路径传输协议的有效应用进行了简单的分析。

关键词：新型互联网；多路径传输协议；拥塞控制机制

中图分类号：TP393 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）07-0012-02

Abstract： WiFi， cloud computing and 4G data transmission system in the new Internet platform have gradually improved， resulting in the emergence of network multipath transmission mode. In the past， the TCP mode could not establish the network connection effectively in various applications， which has caused the obstruction for the network multipath transmission. Multipath transmission protocol mainly uses the way of resource sharing to decentralize and control the data flow， so as to effectively improve the effectiveness of network transmission. This paper takes congestion control mechanism of multipath transmission protocol as the starting point， and the effective application of network multipath transmission protocol is simply analyzed.

Keywords： new Internet； multipath transport protocol； congestion control mechanism

前言

多路径传输的目标主要是网络的并行传输促使网络可用带宽不断增加，为使用者提供更加完善的网络体验；在网络传输路径发生故障时，多路径传输可以利用相关资源保障选择进一步优化模式，保障网络端口连接的高效、可靠性。在多路径传输协议中拥塞情况的出现对数据传输造成了阻碍，因此基于多路径传输协议对拥塞控制机制进行适当优化非常重要。

1 多路径传输目标

多路径传输协议拥塞控制研究目标主要是针对网络多路径数据传输的公平性、可靠性、RP、帕累托最优性等[1]。其中帕累托最优性主要在多路径传输中同步提升网络性能，保证周边用户网络传输的完整。而公平性主要是网络多路径传输过程中保证同级别流在瓶颈链路享有网络资源的抑制性，若网络端点资源过多则会增加网络拥塞风险；而RP原则主要是将多路径网络传输视为一个统一的资源库，然后在多路径资源库的基础上对其进行单独的调整优化。

2 多路径传输协议拥塞控制算法

以往多路径传输协议主要有pTCP、mTCP、cTCP等。其中pTCP不能保证多个流并发时网络的公平性；mTCP主要针对传输问题制定的多路径传输协议，各个网络子流之间的影响程度不大。mTCP可以对共享线路的各个子流进行逐一检测，降低网络丢包率；cTCP对TCP具有一定的兼容性，其可以在保留TCP以往报文头格式的同时，采用独立的窗口机制进行网络处理。由于网络服务窗口的单一性导致其性能受链路丢包率的影响，从而导致网络多路径传输的信用值受到损伤。

多路径传输独立的拥塞控制机制由于侵略性较强对以往TCP的公平性造成不利的影响，从而抑制了多路径传输协议拥塞机制的正常发展。基于独立的子流控制多路径传输拥塞控制机制算法主要有EWTCP[18]算法、Coupled[7，11]算法、Linked Inceases[19]算法等。Linked Inceases[19]算法综艺是将EWTCP[18]算法与Coupled[7，11]算法进行有效的整合，其根据网络多路径不同链路的RTT区别与网络服务性能的关系，然后通过建立数据信息限额保证多路径传输控制拥塞机制的公平性；而Coupled[7，11]算法则是系统地对拥塞算法进行了综合分析，当RTT与链路RTT出现错位时系统会自动选择丢包率最小的途径，但是由于丢包率与拥塞程度的关联性不大，因此这种算法并不能发挥良好的作用；EWTCP[18]算法可以对多路径网络子流设定相应的参数，然后避免网络子流独立运行导致网络传输拥塞情况的发生，虽然保证了多路徑传输的公平性，但是并不能保证网络数据信息的充分利用，如在拥塞程度不大的路径上进行流量转移等。

3 多路径传输协议拥塞控制机制改进措施

以往互联网常用的传输协议为TCP协议，随着社会生产生活对网络数据传输需求的增加，再加上互联网整体架构的变更，导致TCP传输协议对网络传输的进一步发展造成了阻碍[2]。现阶段多路径网络传输模式（COTCP）受到了社会各行各业的重视，考虑到传统的拥塞控制机制算法不能保证数据传输的公平性，如在COTCP用户在共享瓶颈链路阶段会造成传输路径的加倍强制侵占，从而影响其他用户的数据传输，因此针对多路径传输公平性问题，可在动态路径加权的基础上进行拥塞控制算法的改进，即DWCC拥塞控制算法。其可以根据多路径传输过程中的不同点，对多路径传输过程进行实时动态监控调整，通过对各个子流路径权重因子的优化促使多路径传输资源得到充分的应用，同时也可以在多路径连接时保证其他用户传输的有效运行。此外针对均衡拥塞问题，多路径传输协议在均衡拥塞的过程中会导致整体互联网出现波动情况，而在链路数据的基础上进行LECC拥塞控制算法的运行可以有效解决这个问题，LECC拥塞控制算法可以通过对相应链路状态的估算为拥塞控制窗口的优化提供依据，然后保证整体数据传输网络的均衡运行。在多路径传输协议拥塞控制机制优化设计中，主要以linux内核为理论基础，然后在多路径传输协议中，拥塞控制机制是非常重要的一部分。而由于网络承受数量的有限性增加了数据传输拥塞问题的发生概率。基于COTCP多路径传输拥塞控制机制可以在保证各路径独立运行的基础上在其接收终端设置信息接受缓冲区，结合资源分配公平及高效的原则，提高多路径传输的性能。endprint

基于COTCP多路径传输服务在支持以往传输协议功能的基础上，增加了报文有效性验证、多路径并行传输、多流传输、数据应答服务、连接建立及释放功能[3]。基于COTCP多路径传输服务可以在每个模块发送端口建立单独的传输编号，然后将这些模块发送端口进行统一整合，由同一个报文管理，接收端口在接收到相应的报文模块应答后才允许相应的模块传输，这种传输模式可以避免路径瓶颈拥塞而导致数据传输阻碍。在多路径传输过程中，管理端会在连接相应端口建立一定的验证标识，在报文发送前校验和会在报文首部确认，从而避免由于网络链接导致报文故障。

基于COTCP模式的拥塞控制机制为单独的控制形式，若某一传输路径出现拥塞故障时，系统终端会对相应路径拥塞窗口进行管理，对网络传输路径中其他路径传输不作处理，最大限度的降低了单条路径拥塞状态对整体路径传输的影响程度。在发生报文丢失状况时COTCP会针对相应报文进行重传服务，同时就相应报文的特点在余下路径中进行择优路径选择，而当报文丢失重传频率超过路径重传上限时，COTCP则会在不影响其他路径数据传输的前提下将相应路径更改为未激活状态。多路径传输协议使用过程中，基于Linux内核的拥塞控制机制算法可以在每条路基连接过程中设置相应的验证标识、目的端口，根据相应传输路径的区别选择配置最优的拥塞控制参数，然后结合DWCC拥塞控制算法和LECC拥塞控制算法进行综合控制，在每条传输路径中多路径传输协议可以在独立拥塞窗口的基础上，设置慢启动门限制、分段文字验证，最后设置统一的接收窗口，保证多路径传输管理的系统规范性。其中接收窗口主要用字节为单位表示现阶段接收端可用缓存空间的容量，一般用模块接收窗口通告进行指示；慢启动门限值主要是对数据传输拥塞控制过程中拥塞避免算法应用的评估，一般与网络传输拥塞的程度为依据，在设置慢启动门限值时可根据接收窗口的可用缓存空间进行调整设置；拥塞窗口主要是对多路径可发送报文数量的约束，数据发送端可以相应模块信息变动状态为依据，对拥塞窗口进行更新调整，同时在相应拥塞窗口中应注意设定拥塞控制窗口报文限值，即在多路径网络传输中多路径传输协议报文发送数量应小于拥塞控制窗口、接收窗口报文最大限值。

4 多路径传输协议在数据中心的应用

随着Amazon、Goole等企业云计算应用的不断发展为数据中心服务器数据流量的交互提供的动力，以往树形的数据结构导致数据网络出现瓶颈带宽、单点失效等一系列问题。因此基于新型互联网实现多路径TCP应用的传输非常重要。多路径传输协议拥塞控制机制在数据中心网络中的应用可以将路线拥塞控制在核心路由器中，保证流量分布的公平性，同时多路径TCP会自动选择更优的路径，提高网络传输的吞吐量、鲁棒性。在网络多路径传输TCP应用时可以利用相关路径进行流量移动，保证网络流量充足的利用。即数据中心相关网络利用提高根据TCP连接数量的差别提高链路的利用率，降低网络拥塞程度。新型互联网下多路径传输在实际应用中还存在一些问题，如子流数据、拥塞控制影响、网络拓扑影响等。其中子流数据会随着网络拓扑体系的变化对网络最佳利用程度有一定的影响，在FatTee网络拓扑体系中大多百分之九十以上的利用率需要八条子流，而在其他拓扑体系中达到百分之九十以上的利用率子流的树目就不能确定；而网络拓扑对网络性能的影响主要是通过对核心交换机连接服务器对吞吐量的影响，如在Bcube、FatTree体系结构中由于其采用的核心交换机分别为混合交换机、太网交换机，从而对多路径传输吞吐量造成不同的影响；拥塞控制应在主要是由于Uncoupled算法、EWTCP算法運行时各子流独立性造成多路径网络传输的公平性，在瓶颈传输时带宽的大面积强占则对网络拥塞的有效控制造成了阻碍，这种情况也对网络链路负载的平衡工作提出了难题。

5 结束语

总而言之，新型互联网中，多路径传输模式得到了越来越广泛的应用，随之而来的是网络路径拥塞问题的发生，以往拥塞控制机制算法由于运行的侵略性较强，对多路径传输的公平性造成了不利的影响，因此结合新型互联网特点进行多路径传输拥塞控制机制的优化可以促使网络传输性能的提升，从而为多路径网络传输的稳定发展提供保障。

参考文献：

[1]姚剑鹏，苏伟，郜帅.新型互联网多路径传输协议拥塞控制机制研究[J].计算机技术与发展，2017，27（10）：34-38.

[2]刘镇，谭毓银，符发，等.MPTCP与CMT-SCTP拥塞控制机制研究[J].计算机工程，2015，41（4）：117-124.

[3]黄宏程，陆卫金，刘建星，等.基于丢包区分及共享瓶颈的MPTCP拥塞控制算法[J].计算机工程与设计，2016，37（3）：571-576.endprint