TCP Tahoe 与 Reno 运行机制对比分析

作者: 就算过了一载春秋 | 来源:发表于2020-04-20 21:26 被阅读0次

TCP Tahoe 与 Reno 运行机制对比分析
TCP拥塞控制算法之NewReno和SACK
TCP Tahoe协议
查漏补缺->04网络协议
TCP与UDP差异对比分析
网络协议：传输层之UDP与TCP
数据分析第五章数据分析
部署HAproxy的TCP代理模式
180727 Morgan&Davin wedding.
计算机网络

一、实验目的

学习 TCP 的拥塞控制机制并了解 TCP Tahoe 和 TCP Reno 协议的运行机制

二、实验内容

观测 tahoe 和 reno 协议的特征

观察 Tahoe 版本的 congestion window 的变化情况

观察 Reno 版本的 congestion window 的变化情况

三、实验步骤

环境：ubuntu16.04

1、安装NS2

1.1 更新系统

sudo apt-get update    #更新源列表
sudo apt-get upgrade   #更新已安装的包

1.2 安装NS2运行时需要的三个依赖包

sudo apt-get install build-essential
sudo apt-get install tcl8.5 tcl8.5-dev tk8.5 tk8.5-dev
sudo apt-get install libxmu-dev libxmu-headers

1.3 下载安装包并编译安装（ns 2.35）

NS-2下载地址：https://sourceforge.net/projects/nsnam/files/（先下载再解压）

tar xvfz ns-allinone-2.35.tar.gz    #解压压缩包 
cd ns-allinone-2.35         #定位到所在文件夹

修改ls文件，位置是：ns-2.35/linkstate/ls.h第137行：

void eraseAll() { erase(baseMap::begin(), baseMap::end()); }

改为：

void eraseAll() { this->erase(baseMap::begin(), baseMap::end()); }

然后执行

./install

等待安装成功

1.4 配置环境变量

打开.bashrc文件

gedit  ~/.bashrc     # ~ 这个符号为当前用户根目录,即/home/用户名

直接在文档的最后面加上以下环境变量

export NS_HOME=/home/用户名/ns-allinone-2.35  #这里填自己的安装路径
export PATH=$PATH:$NS_HOME/bin:$NS_HOME/tcl8.5.10/unix:$NS_HOME/tk8.5.10/unix
export LD_LIBRARY_PATH=$NS_HOME/otcl-1.14:$NS_HOME/lib  
export TCL_LIBRARY=$NS_HOME/tcl8.5.10/library

1.5 验证ns2是否成功安装

关闭终端，重启终端，输入ns,出现%,说明ns2安装成功

1.6 测试ns并验证nam是否安装成功

倘若弹出动画演示框，则证明ns完全安装正确

2、Tahoe和Reno算法的测试

安装绘图软件gunplot

sudo apt-get install gnuplot-x11

安装好后输入gnuplot可启动gnuplot

实验网络拓扑结构和链路参数配置（FTP代表端施加恒定的流CBR）：

本实验tcl程序：

if { $argc!=1 } {
    puts"Usage:ns lab11.tcl tcpversion"
    exit
}
 
set par1 [lindex $argv 0]
set ns [new Simulator]
 
#打开一个trace文件，用来记录数据报传送的过程
set nd [open $par1.tr w]
$ns trace-all $nd
 
#打开一个文件用来记录cwnd变化情况
set f0 [open cwnd-$par1.tr w] 
 
#定义一个结束的程序
proc finish {} {
    global ns nd f0 tcp
    puts [format "average throughput:%.1f Kbps" \ [expr [$tcp set ack_]*([$tcp set packetSize_])*8/1000.0/10]]
    $ns flush-trace
    close $nd
    close $f0
    exit 0
}
 
#定义一个记录的程序
proc record {} { 
    global ns tcp f0
    set now [$ns now]
    puts $f0 "$now [$tcp set cwnd_]"
    $ns at [expr $now+0.01] "record"
}
 
#产生传送结点，路由器r1和r2和接收结点
set n0 [$ns node]
set r0 [$ns node]
set r1 [$ns node]
set n1 [$ns node]
 
#建立链路
$ns duplex-link $n0 $r0 20Mb 1ms DropTail
$ns duplex-link $r0 $r1 1Mb 4ms DropTail
$ns duplex-link $r1 $n1 20Mb 1ms DropTail
 
#设置队列长度为18个封包大小
set queue 18
$ns queue-limit $r0 $r1 $queue
 
#根据用户的设置，指定TCP版本，并建立相应的Agent
 
if { $par1 == "Tahoe" } {
    set tcp [new Agent/TCP]
    set tcpsink [new Agent/TCPSink] 
} elseif { $par1 == "Reno" } {
    set tcp [new Agent/TCP/Reno]
    set tcpsink [new Agent/TCPSink]
}
 
$ns attach-agent $n0 $tcp
$ns attach-agent $n1 $tcpsink

2.1 观察Tahoe版本的congestion window的变化情况

输入如下指令即可得到使用Tahoe版本下拥塞窗口的变化情况：

得到文件Tahoe.tr和cwnd-Tahoe.tr

然后利用gnuplot绘图：

得到gif图片swnd-Tahoe.gif：

在 TCP 的 Tahoe 版本中，Congestion Windows 值会呈现周期性的重复变化。刚开始采用 Slow-Start 开始，cwnd 呈指数方式增长，当 cwnd 超过 Ssthresh 时就进入了 Congestion Avoidance 阶段。由于网络上的数据包不断增加，超过路由器的转发能力时，排队缓冲队列出现了溢出，路由器开始使用 Drop-tail 将数据包丢掉。当数据包丢失后，Tahoe 版本 TCP 将 ssthresh 设为出现数据包丢失时的 Windows 值的 1/2，并将 cwnd 值重设为 1，并重新开始执行 Slow-Start 算法。

2.2 观察 Reno 版本的 congestion window 的变化情况

输入如下指令即可得到使用Reno版本下拥塞窗口的变化情况：

得到文件Reno.tr和cwnd-Reno.tr

然后利用gnuplot绘图：

得到gif图片swnd-Reno.gif：

在 TCP 的 Reno 版本中，开始阶段与 Tahoe 的表现一样。当网络上的数据包不断增加，超过路由器的转发能力时，排队缓冲队列出现了溢出，路由器开始使用 Drop-tail 将数据包后，Reno 版本 TCP 将 ssthresh 和 cwnd 都设为出现数据包丢失时的Windows 值的 1/2，并开始执行 Congestion Avoidance 算法。

3、题目

3.1 A

这个实验中只对 cwnd 的测量，没有对 ACK 帧的测量，能够能体现出“快重传”（不管在 Tahoe 还是在 Reno 中都有快重传这一特性的）这一特性吗？

答：

在Tahoe中，不能体现快速重传这一特性，因为发送端在收到重复的ACK和发生超时都是采用慢启动策略，现象是一样的，所以不能体现；

在Reno中，能体现快速重传这一特性，可以看到图中的情况都是收到DupACK后然后快速重传的例子，因为发送端在收到重复的ACK后采用快速重传，而发生超时是采用慢启动策略，所以能体现。

3.2 B

为什么 Reno 版本在出现封包丢失后选择将 ssthresh 和 cwnd 都设为出现数据包丢失时的 Windows 值的 1/2，而不是其它值呢？比如 1/3,2/3？

答：

四、实验中遇到的问题

1、在更新源列表时，键入

sudo apt-get update

后，出现了下图所示的错误：

通过查找相关资料，找到解决方法：

sudo rm /var/lib/apt/lists/lock

2、然后在更新源列表时，速度真的非常感人，于是通过修改/etc/apt/sources.list，换成了清华大学的源，下载速度简直飞的起。（可参考https://blog.csdn.net/zl10086111/article/details/82917462）

3、安装gnuplot时提示无法定位软件包，

再执行一次

sudo apt-get update

再次安装就行了

五、实验心得

通过这次实验，我对TCP Tahoe和TCP Reno协议的运行机制有了更深刻的了解。

从以上分析可以看出 Tahoe 版本的 TCP 在每次出现封包丢失的时候都重新开始执行 Slow-Start 算法，这样使得网络的吞吐率并不高。但经过改进后的 Reno 版本出现封包丢失的时候，并不是把当前 cwnd 设为 1，而是设为出现封包丢失时的 1/2，所以 Reno 版本的 TCP 的平均吞吐率较 Tahoe 更高，这一点可以从实验结果得证。

参考链接：
https://blog.csdn.net/circle2015/article/details/52490582
https://blog.csdn.net/yyd19981117/article/details/89331937
https://blog.csdn.net/qq_40323844/article/details/89329686