摘  要： 對(duì)XCP協(xié)議的結(jié)構(gòu)和執(zhí)行算法進(jìn)行了詳細(xì)分析,，并對(duì)協(xié)議做了相應(yīng)仿真,。仿真結(jié)果表明,，在高帶寬時(shí)延乘積網(wǎng)絡(luò)中，XCP協(xié)議能更好地保持效率,、公平性和穩(wěn)定性,。
關(guān)鍵詞： XCP；擁塞控制,；高帶寬時(shí)延乘積  

 　　TCP是目前在Internet中使用最廣泛的傳輸協(xié)議,。它是針對(duì)當(dāng)時(shí)帶寬時(shí)延乘積較小的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的，隨著高帶寬和高延遲網(wǎng)絡(luò)越來越普遍的應(yīng)用,，TCP算法的效率比較低,。實(shí)驗(yàn)和理論推導(dǎo)都證明隨著帶寬時(shí)延乘積的增加，不管是用什么排隊(duì)模式,，如RED[1],、REM[2]、PI[3],，AVQ[4]等算法都使TCP變得越來越低效和不穩(wěn)定,。
　　根據(jù)TCP存在的問題和高帶寬時(shí)延乘積網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，美國麻省理工大學(xué)的Dina Katabi提出了一種新的Internet擁塞控制框架,，該協(xié)議稱為顯式控制協(xié)議XCP(eXplicit Control Protocol)[5],。
1  XCP協(xié)議分析
　　XCP協(xié)議擴(kuò)展了ECN顯式擁塞指示機(jī)制，它通過在擁塞頭攜帶控制信息極大地改善了因特網(wǎng)的擁塞控制,。路由器能通知發(fā)送端瓶頸鏈路的擁塞程度而不是網(wǎng)絡(luò)是否擁塞,，發(fā)送端就可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)相應(yīng)的增加和減少它的發(fā)送窗口,。XCP要求網(wǎng)絡(luò)中的所有路由器和主機(jī)都支持XCP協(xié)議,。XCP是基于對(duì)每一個(gè)包的計(jì)算來調(diào)節(jié)流量。
1.1  XCP協(xié)議的框架
　　如圖1所示,，發(fā)送方維持擁塞窗口cwnd和往返延遲RTT,，路由器監(jiān)控流入它的數(shù)據(jù)率，根據(jù)鏈路帶寬和流入的數(shù)據(jù)率的差值,，路由器通過修改擁塞頭的反饋值告知共享這個(gè)鏈路的數(shù)據(jù)流增加或減少它的擁塞窗口,。

　　當(dāng)1個(gè)ACK到達(dá)時(shí)，正反饋值將導(dǎo)致發(fā)送方擁塞窗口增加,，負(fù)反饋值將隨之減小,。可以用式(1)表示：
　　

　　式中,，s為1個(gè)包的大小,。
　　XCP接收方收到1個(gè)包時(shí)，將其數(shù)據(jù)包的H_ feedback復(fù)制到其ACK中,。其余行為同TCP相同,。
1.2 XCP路由器結(jié)構(gòu)分析
　　  XCP路由器包含擁塞控制器和公平控制器,，這使得協(xié)議的設(shè)計(jì)和分析簡化。
1.2.1 擁塞控制器
　　  擁塞控制器根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的剩余帶寬和延遲來對(duì)利用率進(jìn)行控制,，1個(gè)控制周期的聚合反饋值Φ為：
　　
　　式中,，α、β是根據(jù)定性分析和試驗(yàn)得到的常數(shù),，分別為0.4,、0.226；d是平均RTT,；S是根據(jù)鏈路容量和流入的數(shù)據(jù)率計(jì)算出來的剩余帶寬,；Φ是持續(xù)隊(duì)列長度。
1.2.2 公平控制器
　　  公平控制器的主要任務(wù)是根據(jù)擁塞控制器計(jì)算出來的可用帶寬為每1個(gè)包分配反饋值以達(dá)到公平性,。
　　  如果Φ>0,，每個(gè)數(shù)據(jù)流的吞吐量增加相同的值；如果Φ<0,，每個(gè)數(shù)據(jù)流減少的數(shù)值與它當(dāng)前吞吐量成正比,。
　　  當(dāng)利用率接近最優(yōu)即Φ≈0時(shí)，引入了帶寬重洗概念,。在每1個(gè)平均RTT內(nèi),，至少10%的數(shù)據(jù)流量要根據(jù)AIMD策略進(jìn)行重新分配。
2  主要仿真腳本分析
    拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通過節(jié)點(diǎn)和鏈路創(chuàng)建API建立,，瓶頸鏈路是1個(gè)雙向鏈路,，2個(gè)方向都有1個(gè)XCP路由器
    xcp源和sink創(chuàng)建方法和創(chuàng)建TCP源的方法相似，具體方法如下：

　　使用該類建立源端節(jié)點(diǎn)中的xcp代理,，然后將其與目的節(jié)點(diǎn)中的xcp接收端連接起來,。根據(jù)xcp路由器和xcp源端的變量，GeneralSender類的過程trace-xcp使用中變量跟蹤為xcp源建立跟蹤,。
3  仿真性能分析
 　　仿真參數(shù)設(shè)置α=0.4,，β=0.266。Bottleneck的鏈路帶寬=200 Mb/s,，Bottleneck的延遲時(shí)間delay=10 ms,，節(jié)點(diǎn)數(shù)=3，節(jié)點(diǎn)S1…S3~R0的鏈路帶寬為200 Mb/s,，鏈路延遲時(shí)間delay=10 ms,。
　　仿真拓?fù)鋱D如圖2所示，該拓?fù)錇?個(gè)xcp流共享1個(gè)瓶頸鏈路組成的啞鈴型拓?fù)洹?/p>

　　主干鏈路和每個(gè)源鏈路都采用200 Mb/s,，延遲時(shí)間都是10 ms,。由圖3可以看出在開始階段，由于只有1個(gè)源發(fā)送數(shù)據(jù)，主干鏈路基本達(dá)到飽和,，窗口值成乘式增加,。但在5 s時(shí)第2個(gè)流到來，主干鏈路發(fā)生擁塞,，擁塞窗口值開始調(diào)整下降,，在大概第6 s就穩(wěn)定了,。在第10 s時(shí),，第3個(gè)流到來，擁塞窗口進(jìn)一步調(diào)整,，開始下降,，到第12 s時(shí)達(dá)到穩(wěn)定值,。由此可以看出，在擁塞發(fā)生時(shí)XCP協(xié)議可以很快地調(diào)整擁塞窗口值,，使傳輸達(dá)到穩(wěn)定值,，很好地避免了擁塞可能引起的調(diào)整時(shí)間增長。同時(shí)也保持了良好的公平性,，使每個(gè)流都獲得了相同的擁塞窗口值,。

　　圖4所示為帶寬利用率圖，可以看出,，在沒有發(fā)生擁塞時(shí)主干鏈路利用率很快就達(dá)到了100%,，說明XCP協(xié)議使達(dá)到穩(wěn)定利用率的時(shí)間很快，提高了達(dá)到穩(wěn)定利用率的時(shí)間,，同時(shí)在第5 s和第10 s的時(shí)候,，第2和3個(gè)流分別開始發(fā)送數(shù)據(jù)，主干鏈路發(fā)生擁塞,，主干鏈路的利用率有所降低,，降低了1~2個(gè)百分點(diǎn)。由此可以看出,，XCP協(xié)議對(duì)在擁塞情況下提高鏈路利用率達(dá)到了很好的效果,，能充分地利用鏈路帶寬,，同時(shí)達(dá)到穩(wěn)定的帶寬利用率的時(shí)間也很快,。
 

　　  由圖5可以看出在第5 s之前，沒有發(fā)生擁塞,，緩沖隊(duì)列值為0,；第5 s時(shí)，第2個(gè)流開始發(fā)送數(shù)據(jù),，主干鏈路發(fā)生擁塞,，隊(duì)列值有所增加；第10 s開始隨著擁塞的變大緩沖隊(duì)列值又有所增大,；緩沖隊(duì)列值隨著擁塞的加劇逐漸增大,，但增加的值不大,，說明XCP協(xié)議可以保持很小的排隊(duì)隊(duì)列值，這樣相應(yīng)的排隊(duì)時(shí)延值也會(huì)很小,。 

　　本文在ns2下面對(duì)XCP協(xié)議的公平性和穩(wěn)定性做了相應(yīng)的仿真分析,。仿真結(jié)果表明，高帶寬時(shí)延乘積網(wǎng)絡(luò)中XCP協(xié)議不僅能夠保持鏈路的公平性和穩(wěn)定性,，而且還能達(dá)到鏈路的高利用率,，同時(shí)，路由器的平均隊(duì)列值保持得很小,。
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