基于ns2的tcp拥塞控制仿真

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1、基于NS2的TCP建模与仿真摘要：TCP/IP协议是计算机之间常用的组网形式，是互联网事实上的工业标准，由IETF负责制定，其具体内容通过RFC文档公开发布。本文利用NS2网络仿真器对TCP/IP中的拥塞控制与拥塞窗口，快速重传与快速恢复算法进行了仿真，使对协议中的几种机制和算法有了形象的理解。关键字：TCP/IP协议，NS2仿真，拥塞控制，快速重传，快速恢复一、引言TCP/IP协议是计算机之间常用的组网形式，是互联网事实上的工业标准，由IETF负责制定，其具体内容通过RFC文档公开发布。例如，T

2、CP协议在RFC793中正式定义；RFC1122对如何检测错误和不一致性以及解决方法进行了说明；RFC1323给出了对TCP的一些扩展功能；RFC2518中重点阐述了TCP的拥塞控制机制描述了更新后避免过度拥塞的算法；RFC3168描述了对显示拥塞的报告等。据统计，当前在所有因特网的数据包中，大约有95%包的传送使用了TCP协议，因此针对TCP协议相关机制的研究很有实际意义。在TCP协议的研究中，仿真是一种有效又经济的研究方法，而且可以给人以更加形象的认识。目前的网络仿真工具主要包括两类：一是基于

3、大型网络开发的网络仿真工具，如OPNET、GloMoSim等；二是基于小型网络开发的网络仿真工具，如NS2、COMNETIII等。大多数网络仿真工具的价格昂贵，而本文采用的NS2是一种应用广泛、影响力较大和源代码公开的免费网络模拟软件。二、网络仿真器NS2NS是NetworkSimulator的英文缩写，又称网络仿真器。它是一款开放源代码的网络模拟软件，最初由加州大学伯克利分校（UCBerkeley）开发。NS-2支持Windows、Linux、Unix、Mac以及其他支持POSIX标准的操作系统

4、，它主要支持的操作系统是Linux系统，目前几乎支持所有主流的Linux发行版本，本文使用的是Windows+Cygwin平台。NS2是一个可扩展、易配置和可编程的事件驱动网络仿真引擎。底层的仿真引擎由C++编写，同时利用面向对象的OTCL语言作为仿真时命令和配置的接口语言。C++的特点：具有很快的运行速度，但每次改变均需要编译，较为复杂，适合处理繁琐但比较固定的工作。OTCL在运行速度上无法和C++比拟，但相对来说更加灵活，适合用来设计个人的仿真方案。C++和OTCL之间通过TCLCL工具包实现

5、互相调用。图1　NS2进行网络模拟的基本流程为了分析仿真结果，NS2提供了两种基本数据追踪能力：一是跟踪，生成“.nam”和“.tr”文件。能够将每个数据包在任何时刻的状态保存到指定文件中，记录包在队列或链路中丢弃、到达、离开等行为；二是监视，用户有选择地记录自己需要的数据，可利用Gawk、Gnuplot等工具统计发送包、接收包及丢弃包等结果进行分析。在本文的仿真中，我们没有进行源代码的修改，而是利用NS2中已有网络组建进行了仿真模拟，并利用图形界面给出了形式化的仿真结果。一、TCP协议中相关机制

6、TCP（TransmissionControlProtocol：传输控制协议）对应于ISO/OSI模型的第四层——传输层，传输层提供从源端到目的端的“端到端”连接。通过三次握手协议进行了会话连接后，TCP进入了会话维持阶段，在该阶段TCP的一个重要功能就是流量控制和拥塞控制，它用于处理网络中不同网段间不同速率的匹配，防止网络发生拥塞，并在数据包丢失时重发，以此提供稳定可靠的网络服务。3.1拥塞控制与拥塞窗口拥塞控制室TCP协议的精髓，与流量控制只关注收发两端流量不同，拥塞控制关注整个网络的流量，是

7、一种全局控制机制。TCP提供了一系列的检测，避免和拥塞控制的方法。最著名和常用的就是“慢启动”（slowstart）和动态拥塞窗口机制（DynamicCongestionWindow）。两者在实际应用中结合使用，系统为每个TCP连接维护两个变量：拥塞窗口（cwnd）和慢启动门限（ssthresh）。慢启动门限一般代表我们对网络容量的一个评估。在网络连接好后，初始发送的拥塞窗口为1，即第一次只能发送一个数据包，当得到该包的确认后，拥塞窗口大小翻倍，即cwnd=2，以此类推，窗口大小乘指数增长一直到慢

8、启动门限大小，即cwnd=ssthresh。这相对于一开始就使用门限大小的窗口发送数据来说是慢启动。慢启动结束后，系统进入了所谓的“冲突避免”（Congestionavoidance）阶段，该阶段拥塞窗口呈线性增长，每次窗口大小增加1。当冲突发生时，将采取冲突控制策略，同时动态调整拥塞窗口cwnd和慢启动门限值ssthresh，如：ssthresh=ssthresh/2；谈后拥塞窗口职位1，并重新启动慢启动过程。3.2快速重传与快速恢复在TCP连接中如果收到1~2个重复的确认包（表