面向高速网络的多核并行TCP拥塞控制算法.pdfVIP

高技术通讯2013年第23卷第9期：894～900 doi：10．3772／j．issn．1002JM70．2013．09．003 面向高速网络的多核并行TCP拥塞控制算法① 查奇文②+” 张武+ 曾学文+ 郭秀岩‘ (’中国科学院声学研究所国家网络新媒体工程技术研究中心 北京100190) (”中国科学院大学 北京100190) 摘要 为了解决在高速网络下，多核处理器系统中由于传统TcP的串行处理方式带来 的性能瓶颈，以TCP协议的滑动窗口机制和拥塞控制算法为基础，提出了一种多滑动窗 窗口，利用多核处理器对多个子滑动窗口进行并行处理，消除了由于TCP串行处理方式 带来的性能瓶颈。同时，MulwinTCP保证了其对应用层的透明，并且兼容传统TcP协议。 验仿真论证了算法的有效性和吞吐率数学模型的正确性。 关键词 多核处理器，传输控制协议，拥塞控制算法，滑动窗口，高速网络 法无法达到单条TCP流吞吐量的Ⅳ倍。文献[9]针 O 引言 目前多核处理器是处理器应用的趋势，基于多 增乘性减因子进行了调整，使得MulTCP2算法的吞 核的并行TCP算法研究具有重要实际意义。传统 TcP协议在面向高速网络时，由于窗口大小限制、窗 TCP2虽然提出了并行TCP的思想，但其仍是使用 口管理机制、抖动以及串行的处理方式等原因，造成 一条TCP流的串行处理的方式。并行TCP协 TCP不能充分地利用带宽资源uJ。许多研究者对 议【1m141通过采用真实的多条TCP流并行传输，可以 TcP的窗口管理机制和拥塞控制算法进行改进，提 很好地利用多核处理器通过并行处理来提升性能。 出了多种高速TCP协议改进方案，如BIC．TCP旧J、 但是实际应用中，多条TCP连接之间的数据同步问 H．TCP【3|、FAsT—TCP【4|、CUBIC【5o等。这些改进方 题，以及数据的拆分和重组带来的额外开销问题，导 案虽然可以提高TCP的处理性能，但仍然是基于串 致其性能并不能随着TCP流数目的增长而线性增 行TCP的思想，在应用于多核处理器时，串行的处 长。而且并行TcP协议属于应用层协议，并不能做 理方式仍然会带来性能瓶颈。例如，1b／s的TCP吞到传输层以上透明，与传统的TcP协议也无法兼 吐率要消耗lHz左右的cPu资源MJ，如果TcP串容。本文基于TCP滑动窗口机制和TCP拥塞控制 行处理，在10Gb／s以上甚至是100Gb／s的高速网络算法，提出了一种基于多滑动窗口的多核并行TCP 时，需要与之相当频率的处理器，这显然很难实现。 拥塞控制算法MulwinTCP，并通过理论推导和实验 而通过TCP并行处理，可提高TCP在高速网络下的证明了其有效性。 性能，因而实现TCP并行处理是一个急需解决的问 题。 1 MulWinTCP算法描述 文献[7，8]中提出了MulTcP算法，通过拥塞窗 1．1 TCP拥塞控制算法 口的变化，在TCP层使用一条TCP数据流去模拟J7＼r 条并行的TCP数据流。但是研究发现，MulTcP算目前使用最广泛的TCP版本都使用基于滑动 ①863计划(20llAA01A102)和中国科学院战略性先导科技专项(xD资助项目。 ②男，1986年生，博士生；研究方向：网络新媒体技术；联系人，E—mail：zIl∞gw@dsp．ac．cn (收稿日期：2012-12-11) 一894— 万方数据 万方数据 高技术通讯2013年9月第23卷第9期 if(seq—acks即d—una){ send．—una=seq—ack； f cMdi+=seq一∞k／N·∞∞一unal；／}满足约束条件 式(1)·／ 之后，将伽以i按下式更新：