离散TCP-RED算法的最大丢弃概率影响因素研究

TCP协议对丢包率与延迟的影响与优化建议在网络通信中，TCP协议被广泛应用于保证数据的可靠传输。

然而，由于网络环境的复杂性和不确定性，TCP协议在面对丢包率与延迟等问题时可能表现出一定的不足。

本文将探讨TCP协议对丢包率与延迟的影响以及相应的优化建议。

首先，我们来讨论TCP协议对丢包率的影响。

在数据传输过程中，丢包率是一个重要的指标，它反映了网络传输链路的可靠性。

TCP协议通过利用确认机制、拥塞控制等机制来处理数据的丢失情况，并尝试重新发送丢失的数据包，以确保数据的可靠传输。

然而，当丢包率较高时，TCP协议的重传机制会导致额外的延迟和带宽消耗，从而影响数据传输的效率和速度。

为了降低丢包率，我们可以考虑以下优化建议：1.使用前向纠错技术：在数据传输前对数据进行编码，引入冗余信息，以便在接收端检测和纠正错误。

这样可以一定程度上降低丢包率，提高数据传输的可靠性。

2.优化网络拥塞控制算法：拥塞控制是TCP协议保证网络传输稳定的重要机制，它通过调整发送速率和拥塞窗口大小来防止网络拥塞。

可以使用更灵活、自适应的拥塞控制算法，根据网络状况动态调整发送速率和拥塞窗口大小，以降低丢包率。

3.使用更稳定的传输链路：丢包率与网络链路的稳定性密切相关。

选择更稳定、可靠的网络链路，可以有效降低丢包率。

例如，通过选择骨干网络提供商，可以获得更好的网络传输质量。

接下来，我们讨论TCP协议对延迟的影响。

延迟是指数据从发送端到接收端的传输时间，也是衡量网络性能的重要指标。

TCP协议通过拥塞控制、滑动窗口等机制来保证数据的有序传输，并尽可能减小传输延迟。

然而，由于TCP协议本身的设计和特性，它可能引入一定的传输延迟。

为了降低延迟，我们可以考虑以下优化建议：1.采用更低延迟的网络协议：对于延迟敏感的应用，可以考虑使用UDP等协议替代TCP。

UDP协议不保证数据的可靠传输，但在一些特定应用场景下，可以通过牺牲可靠性来获得更低的延迟。

2.优化应用程序设计：应用程序的设计也会对延迟产生影响。

1、REDRED 拥塞控制机制的基本思想是通过监控路由器输出端口队列的平均长度来探测拥塞，一旦发现拥塞逼近，就随机地选择连接来通知拥塞，使他们在队列溢出导致丢包之前减小拥塞窗口，降低发送数据速度，从而缓解网络拥塞。

由于RED 是基于FIFO 队列调度策略的，并且只是丢弃正进入路由器的数据包，因此其实施起来也较为简单。

RED 主要试图达到以下目标：(1)最小化包丢失率(2)最小化排队延迟(3)避免全局同步现象(4)避免对突发流的偏见：网络中含有大量的突发数据，而传统的"去尾"算法对突发流有很大的偏见。

在采用"去尾"算法的路由器中，如果某 个流的突发性越高，则当该流的包进入队列时越容易造成队列溢出，从 而导致连续地丢弃大量的该流的包。

即使在缺乏传输层协议有效配合的 情况下也能控制平均队列长度，从而避免拥塞。

为了达成以上目标，RED 采用了基于时间的平均队列长度，并且随机地选择正进入路由器地包进行丢弃。

这种方法能被有效地实施而无需在路由器中维持每个流（per-flow ）的状态信息。

RED 算法主要分为两个部分。

首先是计算平均队列长度，以此作为对拥塞程度的估计。

另一个就是计算丢弃包的概率。

计算平均队列长度：q w avg w avg q q ⨯+⨯-=)1(其中，q w 为权值，q 为采样测量时实际队列长度。

这样由于网络数据的突发本质或者短暂拥塞导致的实际队列长度暂时的增长将不会使得平均队长有明显的变化，从而"过虑"掉短期的队长变化，尽量反映长期的拥塞变化。

在计算平均队长的公式中，q w 权值相当于低通滤波器的时间常数，它决定了路由器对输入流量变化的反应程度。

因此对q w 的选择非常重要，如果q w 过大，那么RED 就不能有效地过虑短暂的拥塞；如果q w 太小，那么就会avg 对实际队列长度的变化反应过慢，不能合理地反映拥塞状况，在这种情况下，路由器就不能有效检测到早期的拥塞。

基于RED算法的拥塞控制概述摘要随机早期检测RED ( Random Early Detection)算法是目前路由器中采用的重要的队列管理算法。

本文介绍了目前广泛研究的拥塞控制算法RED算法，指出了其运用于网络时存在的缺陷，对几种改进的RED算法做了介绍和分析。

关键字拥塞控制随机早期检测SRED DRED FRED1 引言在过去的十几年里，计算机网络经历了爆炸式的增长，给我们的生活带来了极大的方便，同时也带来了严重的拥塞问题。

据统计，由于缓存的不足，其中发送端发送的数据包大约%10的包都将会被丢弃。

我们使用图1来描述拥塞的发生，其中有两个关键点，分别是Knee和Cliff。

当网络负载较轻时，吞吐量的增长和网络负载相比基本成线性关系，网络延迟增长缓慢；在网络负载超过Knee之后，网络的吞吐量增长缓慢，而网络延迟增长较快。

当网络负载超过Cliff 之后，网络吞吐量急剧下降，而网络延迟急剧上升。

从图1中我们可以看出拥塞控制的目标就是使网络在Knee附近工作，流控制和拥塞控制不同，流控制主要考虑了发送过程中的发送端和接收端,目的是使发送端的发送速率不超过接收端的接收能力.而拥塞控制则主要考虑了发送端和接收端之间的网络环境,他们的目的是保证网络环境中的数据不超过网络的传送能力,从而避免图一出现的网络性能严重下降的情况。

1993年，Floyds和Jacobson提出了如何利用随机早期检测（RED）机制提供的路由器来检测网络的拥塞状况。

当今的网络使用的TCP（传输控制协议）中，检测到有数据包丢失时，才能检测到网络拥塞。

而Floyds和Jacobson指出这很可能会造成长队列一直占用整个时间，这将可能会极大的增加队列的延迟时间。

因此，随着网络速度的提高，急切需要一种机制保证较高的吞吐量和较低的延迟。

2 RED算法TCP基于窗口的端到端拥塞控制对于Internet的鲁棒性起到了关键作用。

然而，随着网络的不断发展，网络规模越来越大，仅仅依靠TCP拥塞控制机制来提高网络的服务质量是远远不够的，事实上，在Internet这样复杂的系统中，不能指望所有的用户都能兼容这种端到端的拥塞控制机制。

路由器算法Droptail和RED的分析与优化路由器算法Droptail和RED的分析与优化刘佳琦陈志刚李登(中南大学信息科学与工程学院,长沙410083)E—mail:csu_***************摘要因特网的迅速发展使网络拥塞问题日益得到人们的重视.近年来提出了许多基于路由器的拥塞控制机制.文章详细分析了基于路由器的弃尾(Droptail)和随机早期检测RED(RandomEarlyDetection)拥塞控制机制的设计思想和算法实现.针对RED算法存在的不足对其进行改进,提出CRED(ConicRandomEarlyDetection)算法,该算法的基本思想是.当平均队列长度在最小和最大阈值之间时,使丢包概率采用一种平滑的增长机制.通过大量仿真实验对三种算法的性能进行对比研究.表明CRED算法在网络延迟,振荡等网络性能上比RED算法更有效.关键词网络拥塞队列管理算法队尾丢弃随机早期检测Ns2文章编号1002—8331一(2OO6)19—0090—03文献标识码A中图分类号TP393 AnalysingandOptimizingoftheDroptailandREDRouterAlgorithm LiuJiaqiChenZhigangLiDeng(CollegeofInformationScience&Technology,CentralSouthUniversity,Changsha41 0083)Abstract:WiththerapidgrowthoftheIntemet,muchattentionhasbeendrawntocongestionco ntrolproblems.Many networkcongestioncontrolmechanismswhichareusedinroutershavebeenproposedinrece ntyears.Thepaperfirst analysesdesignprincipleandalgorithmimplementationoftheDroptailandREDcongestioncontrolmechanismswhi('hareusedinrouters.ThenthepaperanalysestheweaknessofREDandimprovesonthealgorith m.proposingtheCRH)algorithm,Whentheaveragequeuelengthisbetweenthemin-thresholdandmax-threshold.t hedropprobabilityris,withslowspeed.Thentheperformancesofthreealgorithmsarecomparedbymanysimulatio nexperiments.Flu?resuhsin(ticatethattheCREDalgorithmcanachievebetternetworkperformancethanREDalgorith mconsideringl'?hparametersasdelay,delayvariationandSOon,Keywords:networkcongestion,queuemanagementalgorithm,drop-tail.RandomEarlyDet ection(RED).NetworkSimulath,.version2(NS2)l引言随着Internet的迅速发展.越来越多的联网主机加剧了网络资源的竞争j分配.由此引发的网络拥塞一是制约网络发展和应用的芙键问题因此如何预防和控制网络拥摩也一是近年来国内外网络研究领域的热点问题.早期提…的TCP拥塞控制机制存lntemet巾发挥了有效的作用,但由于TCP是端到端的拥塞控制机制….随着人们对网络QoSI嘤求的不断提高.其已无法满足人们的需求.于是人们将网络拥塞控制研究扩大到网络巾问环节.…现了许多基于路由器的拥塞控制策略本文主要研究目前路由器的队列管理算法巾应用最为广泛的队尾丢弃(Droptail)算法和随机早期检测(Randol11EarlvDetection.RED)算法.并对RED算法进行优化设计.提Ⅲ了一种更优的算法CRED(ConicRandomEarlvDetection)箅法.其基本思想是在RED算法的基础上.当平均队列长度存最小最大阈值之问时.使丢包概率采用一种平滑的增k机删Ik?增长.在Linux平台上用NS2设计网络环境进人:f,Ji''验,对种箅法的性能进f时比研究.表【IJjCRE1)辫=法I叫络延迟振荡等网络性能上比RED箅法更有效2队尾丢弃(DroptaiI)算法2.1Droptai|算法基本思想及描述队尾丢弁(I)roptail)箅法的基本思想是:数据包到达路th器后,需要存不同的输…端lyl缓冲区巾进行排队:将该缓冲I)(的容量设置足够大,这样当网络发生拥塞的时候.所彳丁新到达义来不及处理的数据包都会保存存缓冲IlJ.当系统空I利IlIf再来处理这些保仔起来的数据包:当网络持续拥寒时.缓冲I)(孰会被填满.所有新到达的数据包将被丢弁当发送力～l,CI】f:;=测到有数据包被丢弃时就会降低数据发送速率.直到拥塞消除队尾丢卉(Droptail)箅法的具体描述是:对队列没崔}一个基金项目:国家自然科学基金资助项目(编号:60573127);湖南省自然科学基金资助项目(编号:03JJY4054)作者简介:刘佳琦(1983一),女,硕十研究生,主要研究方向为计算机网络和数据库技术陈忠川(1964一).男.博十.教授.主要研究方向为网络计劳与分布式处理.李登(1978一),男,博十研究生.丰要研究IfI~1勾网格计算P2PiI斡以^乏SN路l}{算法研究,902006.19计算机_T程与应用赭一最大值(以包为单位),然后接受包进人队列直到队长达到最大值.接下来到达的包就要被丢弃.2.2Droptail算法的不足虽然队尾丢弃(Droptail)算法在当前Internet上得到了广泛的应用.但是其存在死锁问题.即在某些情况下,"弃尾"算法会让某个流或者少数几个流独占队列空间.阻止其它流的包进入队列:满队列问题.即由于"弃尾"算法只有在队列满时才会发出拥塞信号.因此会使得队列在相当长的时间内处于充满(或几乎充满)的状态;具有全局同步问题和相当大的丢包率问题等一些不足之处【I_3随机早期检测(RED)算法3.1RED算法基本思想及描述为解决队尾丢弃(Droptail)算法存在的一些不足.以提高网络的性能.Internet工程任务组(IETF)推荐在路由器[41中使用随机早期检测(RED)拥塞控制机制.这是一种更优的在网络中间环节解决网络拥塞问题的机制.该机制的基本思想是:通过监控路由器输出端口队列的平均长度来探测拥塞.一旦发现接近拥塞.就随机地选择连接来发出拥塞通知,使它们在队列溢出导致丢包之前减小发送窗E1.降低数据发送速度.从而缓解网络拥塞RED算法具体描述如下:数据包到达路由器后.需要在不同的输出端El缓冲区中进行排队.每一个输出端El维护一个队列.当有新的数据包到达时.采用类似低通滤波器带权值的方法计算平均队列长度Q.然后把Q与两个预先设定的最小阈值和最大阈值相比较,若平均队列长度小于则不丢弃数据包;若p大于则丢弃所有新到达数据包;在二者之间则根据平均队列长度Q计算概率p,以概率p丢弃到达的分组I51.RED算法主要分为计算平均队列长度和计算丢包概率这两部分.计算平均队长的目的是为了反映拥塞状况,根据拥塞的程度来计算丢弃包的概率.从而更有效地控制平均队列长度.3.2RED的不足尽管和"弃尾"算法相比.RED是一种更为有效的拥塞控制机制,但是其仍然存在很多不足:(1)找到一组任何变化负载条件下都合适的参数的问题还没能解决161(2)公平性问题:不同的R1Tr,拥塞窗口的大小,包的大小,目标速度以及TCP/UDP的相互作用都会影响TCP流对带宽的享用.由于Internet上数据流是异质的I"4.而RED标记包的概率是和该流使用的带宽成比例的.这就会带来不公平的带宽使用(3)不能有效估计拥塞严重性问题4CRED(ConicRandomEarlyDetection)算法针对RED算法存在的一些不足.本文对其进行了改进.提出了一种更有效的拥塞控制机制CRED算法CRED算法是在RED算法的基础上进行的改进.RED算法的丢包率同平均队列长度是一种线性关系翰,当0在最小最大阈值之间时是斜率为p√(一)的一次函数,CRED算法在这一段把其改进为二次函数的曲线关系.因为当p在两个阈值之间时,缓存空间还是有空闲的.接近拥塞的程度也很小,所以可以让丢包概率采用一种平滑的增长机制.随着平均队长的增大缓慢增长.这样拥塞标记/丢包的概率减小,可以提高源端发送数据包的数量.提高网络资源的利用率.提高网络性能.通过后面的仿真实验同RED算法进行的比较.证明此算法在提高某些网络性能上比RED算法更有效当平均队长在最小最大阈值之间时.CRED算法丢包概率的计算公式是:Pb=Q2ln一号)×Q(+一彘)×一2RED算法和CRED算法的丢包概率同平均队列长度的关系如图1和图2所示丢包室1Q_limit平均队长图lRED算法丢包率同平均队长的关系r址Qlimit平均队长图2CRED算法丢包率同平均队长的关系5仿真实验5.1仿真实验设计如图3中,源端sl和s2分别产生TCP(ftp)数据流和UDP (cbr)数据流,经由中间节点r.和/'2分别到达终端d.和d:,两路由器间为瓶颈链路,分别使用Droptail,RED和CRED拥塞控制机制,缓冲区的最大长度为25个包.队列最小阈值取5.最大阈值取15,权值取0.002.图3仿真实验拓扑结构5.2实验结果分析从模拟过程中nam的动画演示可以观察实时队列的变化和丢包的情况,如图4和图5是模拟过程中某个时间点的演示可以观察到应用Droptail算法时路由器连续大量丢包的次数较多,而应用RED算法时,丢包间隔比较均匀.没有计算机工程与应用2006.1991图4Droptail的模拟动画图5RED的模拟动画Droptail那样连续大量丢包的情况:还可以观察到cbr数据流对拥塞通知没有响应.它的源端一直在以均匀的速度发送数据包,其比f数据流抢占了更多的网络资源.(1)丢包率分析用Droptail,RED和CRED算法时,cbr数据流源端发送数据包数都是2620.瓶颈链路丢弃数据包数分别是56,47和142:ftp数据流源端发送数据包数分别是185,193和204,瓶颈链路丢弃数据包数分别是9,7和l8.通过比较分析可知: CRED算法对cbr数据流在源端发送数据包数量不变的情况下增加了其丢包的数量;对数据流则提高了其源端发送数据包的数量,该算法在一定程度上相对保护了f数据流,即tcp可靠数据流.在改进RED算法公平性问题上有一定的提高. (2)延迟分析RED算法对cbr数据流的平均延迟比Droptail算法增加了l6.O2%,CRED则比Droptail还减少了9.1%;RED对ftp数据流的平均延迟比Droptail增加了l6.17%.CRED比Droptail 还减少了7.4%.可见CRED算法在减少网络延迟上非常明显. 应用不同算法时基于模拟时间的ftD数据流的延迟比较如图6 所示0.1l0.100.o90.08{0.070.060.050.040.030.021.01.52.02.53.03.54.04.5时间/s图6不同算法下ftp数据流的延迟比较从图6我们可以清楚地看出三种算法对fh)数据流的网络延迟的影响,RED的延迟明显比Droptail的大.而CRED算法的网络延迟明显比其它二者小(3)振荡分析振荡就是延迟时间的变化量.由于网络的状态随时都在变化,有时候流量大,有时候流量小,当流量大时,许多封包必须在队列中排队,等待被传送.因此每个封包从传送端到目的端的延迟不一定相同,而这个不同的差异就是所谓的振荡.振荡越大则表示网络越不稳定.应用三种算法时基于模拟时间的数据流的振荡比较如图7.从图中可以看出,Droptail的振荡9220o6.19计算机工程与应用峰值的变化比RED频繁一些.CRED算法的震荡峰值比RED 算法小.可见CRED算法相对使网络具有更好的稳定性.0.0l00.O050.000--0.O05--0.0l0-0.015{!s鞲-0.020-0.O25-0.030-0.035--0.0401.01.52.02.5时间,s图7不同算法下ftp数据流的振荡比较(4)吞吐量分析吞吐量是单位时间内完成的作业数.在这里我们以目的节点每次接收到分组总字节数和所用时间间隔来计算针对不同数据流的吞吐量.RED算法对cbr数据流的平均吞吐量是Droptail算法的99.87%,对郇数据流的平均吞吐量比Droptail 提高了l1.32%.可见在不区别业务流情况下.RED比Droptail 提高了对f可靠数据流的吞吐量,而使cbr业务流的吞吐量稍有下降.不同算法下对fltp数据流的吞吐量比较如8所示.可更直观地观察到不同算法对网络吞吐量的影响图8不同算法下ftp数据流的吞吐■比较根据仿真实验结果分析中的相关数据.得出影响网络性能的指标如表l和表2.表1rtp数据流的网络性能指标比较指标I)roptallREDCRED丢包率,%4.83.68.8平均延迟/舳58.1367.5353.81平均吞吐量,bps436.3493.8483.16结论与展望通过对算法的理论分析和仿真实验结果的分析可得出如(下转173页)查准率=而丽查全率和查准率越高说明检测的效果越好.表1中给出了试验材料的相关特性.表2中给出了使用本文算法进行场景检测的结果.表1试验材料的相关特性表2场景检测结果BFCNc3224l882.7%57.1%1ktl43251486%64%5420869%71.4%3226l076.4%72%t24326876?4%76A%5423767.6%76.7%表2中曰表示向前滑动窗口的长度.,表示向后滑动窗口的长度.C为正确检测的场景数.为错误检测的场景数,Ⅳc为查全率,肋为查准率.从表中可知Test1的错误检测数较多. 其主要原因是该视频片断大多数是打斗场景.镜头内容的变化比较大;同时.由于在镜头边界检测时没有进行运动检测.镜头检测试验的准确率不高.致使场景检测时错误检测较多.而视频Test2由于画面较为黯淡.且镜头的切换中有较多的渐变.使得场景的切换不明显.因此场景漏检较多.从表中可知,在试验巾取参数B=4.F=3的试验效果较好从实验结果来看,本文算法的试验结果要好于文献『31.其主要原因是在两个实验中采用了不同的实验材料和不同的场景定义方法.同时在文献[31~0.算法检测到的场景边界与手工分割的场景边界误差在4个镜头以内时.都将该场景边界认为是正确的场景边界:而在本文的实验中.只有精确等于手工分割的场景边界的镜头才被认为是场景边界.此外,在文献『31中的电影片段持续时间只在lOmin左右.而随着实验材料持续时间的延长.出现各种相机运动和电影剪辑技巧的可能性也越大.对实验结果会造成相应的影响.而本文方法的优点在于其简单性和快速性.对于长时间的大量视频数据而言.有一定的实际意义.4结论本文提出了一种简单有效的视频场景检测方法通过分析视频编辑的基本原则给出了视频场景构造的方法.提出了基于双滑动镜头窗的场景检测方法.试验证明,该方法是有效的.如何将该方法扩展到其它类型的视频中是今后应该考虑的问题(收稿日期:20o5年10月)参考文献1.BoykinS,MedinoA.Machinelearningofeventsegmentationfor municationsoftheACM,2O0o;43(2):35^H412.Y eungM,Y eoBL,IjuB.Segmentationofvideobyclusteringand graphanalysis[J].ComputerVisionandImageUnderstanding,1998;71 (1):94-1093.AlanHanjalic.AutomatedHi【sh—LevelMovieSegmentationforAd—vancedVideo-RetrievalSystems[j].IEEETransactionsonCircuitsand SystemsforVideoTechnology,1999;(9):580-5884.任远.屏幕前的探索【M】.北京:北京广播学院出版社,19875.TLin,H_JZhang.Automaticvideosceneextractionbyshotgroupind(=l In:Proc15thIntConfPatternRecognition,Spain,2000一O9;4:39～42 (上接92页)表2cbr数据流的网络性能指标比较指标DmDtailREDCRED丢包率,%2.11.75.4平均延迟/ms44.3751.484o.68平均吞吐量,bps976.7975.5952.4一F结论:(1)RED算法克服了Droptail算法的队列满,死锁以及全局同步等许多缺陷,是一种更优的拥塞控制机制(2)RED算法有效地降低了丢包率.减少了重传数据包的资源浪费,提高了网络的吞吐量(3)CRED算法可相对保护TCP可靠数据流.提高了网络资源的利用率;在网络延迟和振荡等网络性能上有明显的提高RED算法只是一种静态的优化算法.由于网络是动态变化的tTl,这就需要算法的一些相关参数能够随网络状态而动态地变化.如何根据具体的业务环境动态选择最适宜的参数和如何权衡各方面性能的关系值得进一步研究(收稿日期:2006年1月)参考文献1.章淼,吴建平,林闯.互联网端到端拥塞控制研究综述【J】.软件, 2002;13(3):354—3632.陆慧梅,向勇,史美林.InternetQoS研究们.,J,型微型计算机系统,2002; 23(7):786～7913.WFeng,DKandlur,DSahaeta1.BLUE:Anewclassofactive queuemanagementalgorithms[R].US:UniversityofMichigan,CSE-TR一387-99,19994.BBraden,DClarketa1.RecommendationsonQueueManagement andCongestionAvoidanceintheInternet[S】.RFC2309,Network WorkingGroup,1998-035.FloydS.JacobsonV.Randomearlydetectiongatewaysforcongestion avoidance[J].IEEE/ACMTransactionsonNetworking,1993;1(4):397～4136.JacobsonV.NotesonUsingREDforQueueManagementandCon—gestionAvoidance[EB/OL].tip:///talks/vj—nanogred.Ps.Gz, 1998一O6一O87.魏蛟龙,张驰.Internet路由器中拥塞控制机制研究的现状与展望m. 电子信息,2003;25(3):404～411计算机工程与应用2006.19173。

TCP通信丢包原因总结今天在公司问⽼⼤，公司的项⽬底层，是使⽤的TCP，因为可靠，⾃动断线重连，在底层都实现了，但是我记得TCP也会有掉包的问题，所以这⽂章就诞⽣了——关于TCP掉包的问题，TCP是基于不可靠的⽹络实现可靠的传输，肯定也会存在掉包的情况。

如果通信中发现缺少数据或者丢包，那么，最⼤的可能在于程序发送的过程或者接收的过程出现问题。

例如服务器给客户端发⼤量数据，Send的频率很⾼，那么就有可能在Send时发⽣错误（原因可能是⼜多种，可能是程序处理逻辑问题，多线程同步问题，缓冲区溢出问题等等），如果没有对Send失败做处理重发数据，那么客户端收到的数据就会⽐理论应该收到的少，就会造成丢数据，丢包的现象。

这种现象，其实本质上来说不是丢包，也不是丢数据，只是因为程序处理有错误，导致有些数据没有成功地被socket发送出去。

常⽤的解决⽅法如下：拆包、加包头、发送，组合包，如果客户端、服务端掉线，常采⽤⼼跳测试。

tcp是⼀个“流”的协议，⼀个完整的包可能会被TCP拆分成多个包进⾏发送，也可能把⼩的封装成⼀个⼤的数据包发送，这就是所谓的TCP粘包和拆包问题。

粘包、拆包问题说明假设客户端分别发送数据包D1和D2给服务端，由于服务端⼀次性读取到的字节数是不确定的，所以可能存在以下4种情况。

1.服务端分2次读取到了两个独⽴的包，分别是D1,D2,没有粘包和拆包；2.服务端⼀次性接收了两个包，D1和D2粘在⼀起了，被成为TCP粘包;3.服务端分2次读取到了两个数据包，第⼀次读取到了完整的D1和D2包的部分内容,第⼆次读取到了D2包的剩余内容，这被称为拆包；4.服务端分2次读取到了两个数据包，第⼀次读取到了部分D1，第⼆次读取D1剩余的部分和完整的D2包；如果此时服务端TCP接收滑动窗⾮常⼩,⽽数据包D1和D2都很⼤，很有可能发送第五种可能，即服务端多次才能把D1和D2接收完全，期间多次发⽣拆包情况。

（TCP接收滑动窗：是接收端的⼤⼩，随着流量⼤⼩⽽变化，如果我的解释还不明确，请读者⾃⾏百度，或者查阅《计算机⽹络》、《TCP/IP》中TCP的内容）粘包问题的解决策略由于底层的TCP⽆法理解上层的业务逻辑，所以在底层是⽆法确保数据包不被拆分和重组的，这个问题只能通过上层的应⽤协议栈设计来解决，根据业界的主流协议的解决⽅案，归纳如下：1.消息定长，例如每个报⽂的⼤⼩为固定长度200字节,如果不够，空位补空格；2.在包尾增加回车换⾏符进⾏分割，例如FTP协议；3.将消息分为消息头和消息体，消息头中包含表⽰消息总长度（或者消息体长度）的字段，通常设计思路是消息头的第⼀个字段⽤int来表⽰消息的总长度；（我之前linux C开发，就⽤的这种）。

RED算法对TCP和UDP的公平性一、RED算法原理：RED算法是通过指数加权平均算法计算的平均队列长度，作为拥塞预测的依据，并依此计算该分组的标记概率。

平均队列长度的计算公式如下：q’=(1-w)*q’+w*q式中：q—当前队列长度；w—当前队列长度加权系数，并且满足0<w<1；q’—平均队列长度。

RED算法设定两个控制阀值min和max。

由于RED算法不区分服务，当平均队列长度q’小于最小阀值min时，所有分组都将被允许进入队列，当q’超过最大阀值max时，所有到达分组将被直接标记。

通过平均队列长度，RED算法计算出对到达分组的标记概率P，则得到如下公式：0 当q’<min时P= 1 当q’>max时max*(q’-min)/(max-min) 其它式中：max—预先设置的标记概率；P—当前分组标记概率的计算值，如下图所示：二、建立如图1所示的简单的有线网络三点拓扑结构。

其中节点0链接的是tcp的ftp,节点1链接的是udp的cbr流，均是采用的2Mb/s的速率和10ms的时延，结点2和节点3之间是1.7Mb/s的带宽和20ms的时延。

三、tcp脚本：四、实验截图及分析：对所产生的nam和trace文件，进行吞吐量、时延、丢弃率的研究。

丢弃率：tcp：number of packets sent:550 lost:12the loss rate of packet is:0.021818Udp：number of packets sent:550 lost:11the loss rate of packet is:0.020000由结果分析可知：当链路带宽设为1Mb 时，且tcp 和udp 的速率相同，udp 的丢弃率要比tcp 的丢弃率低，udp 的吞吐量差不多是1Mb/s ，比较趋向于稳定，而tcp 的吞吐量差不多是0.7Mb/s ，且其波动性较大。

tcp 的时延要比udp 的时延大。

TCP协议对丢包率与延迟的影响与优化建议引言：在现代信息交流的时代，网络的稳定性和传输的效率是至关重要的。

TCP协议作为互联网的核心协议之一，在实现可靠数据传输方面发挥着重要作用。

然而，丢包率与延迟问题一直困扰着网络的优化。

本文将探讨TCP协议对丢包率与延迟的影响，并提出一些优化建议来改善这些问题。

一、TCP协议对丢包率的影响1. 丢包率的定义及意义丢包率是指在传输过程中发送的数据包丢失的概率。

丢包率的增加会导致传输质量下降，从而影响用户体验和数据可靠性。

而TCP协议通过拥塞控制和重传机制来降低丢包率，但也会引发一定的延迟问题。

2. TCP拥塞控制原理TCP拥塞控制根据丢包率和延迟来判断网络拥塞情况，并调整传输速率。

当网络拥塞时，TCP会降低发送窗口大小以减少数据发送量，从而缓解网络拥塞的压力。

然而，过于保守的拥塞控制策略可能导致传输速率的下降，而过于激进的策略又可能加剧网络拥塞。

3. TCP重传机制TCP协议通过重传机制来保证数据的可靠传输。

当发送的数据包超时或接收方发送的确认丢失时，TCP会主动进行重传。

然而，频繁的重传会增加延迟，因此在设计网络应用时需要权衡数据的可靠性和延迟之间的平衡。

二、TCP协议对延迟的影响1. 延迟的定义及分类延迟是指数据从发送端到接收端的传输时间。

延迟分为发送延迟、传输延迟和接收延迟三个阶段。

发送延迟是指数据从应用层到网络层的时间，传输延迟是指数据在网络中传输所需的时间，接收延迟则是指数据从网络层到应用层的时间。

2. TCP协议引发的传输延迟TCP协议在实现可靠传输的过程中会引发一定的传输延迟。

首先，连接建立过程需要多次交互，增加了传输延迟。

其次，拥塞控制和重传机制的引入会导致延迟增加。

此外，TCP协议对数据进行拆分和重组，也会增加传输延迟。

3. 延迟优化建议为了优化TCP协议的传输延迟，可以采取以下建议：首先，使用更低的传输层协议，如UDP，可以减少连接建立时间和拥塞控制机制带来的延迟。

通信网络中的数据包丢失率优化研究第一章：引言通信网络中的数据包丢失率是网络性能的一个重要指标，直接影响着网络的传输速度和稳定性。

在现实应用中，由于网络设备的故障、网络拥堵等原因，数据包丢失率时常存在，为了提高网络传输的可靠性和效率，优化数据包丢失率成为了研究的重点之一。

第二章：数据包丢失率的产生原因网络数据包丢失率的产生与多个因素有关，主要包括以下几个方面：1.网络拥堵：网络连接的终端设备过多或者网络负载过重时，容易造成网络拥堵，导致数据包丢失。

2.路由选择不合理：数据包的传输需要经过多个路由节点，若路由选择不合理，就会导致数据包丢失。

3.网络物理环境原因：网络物理层设备（如电缆、光缆等）出现故障或损坏，也会导致数据包丢失。

第三章：优化数据包丢失率的方法为了解决数据包丢失率过高的问题，可以采取以下几种优化方法：1.拥塞控制：通过限制数据的流量，控制网络的负载，缓解网络拥堵状况，从而达到减小数据包丢失率的目的。

2.路由优化：采用合理的路由协议和负载均衡算法，优化路由选择的过程，减少数据包在传输过程中的丢失。

3.差错控制：在数据传输过程中增加冗余信息，通过纠错算法检验数据包的正确性，从而减小数据包的丢失率。

第四章：优化方法的应用实例1.拥塞控制：TCP/IP协议中的拥塞控制算法可以根据网络拥塞的程度，控制数据的传输速率，从而避免网络拥堵和数据包丢失。

2.路由优化：通过采用独立路由协议（IGP）以及多路径路由协议（MPLS），可以优化路由选择，确保数据包在传输过程中的稳定性和可靠性。

3.差错控制：通过采用FEC（Forward Error Correction）和ARQ（Automatic Repeat Request）等算法，在数据传输过程中增加纠错信息，从而有效降低数据包的丢失率。

第五章：总结网络数据包丢失率是一个重要的网络性能指标，优化其丢失率能够有效提高网络传输的效率和可靠性，避免数据传输过程中出现丢包等问题。

汪琼1，吴斌21北京邮电大学，北京 2南京邮电大学，南京 wangqiongyeye@摘 要： RED 算法是一种非常有效的避免拥塞和维持网络高链路利用率的队列管理机制。

RED 算法的实际性能主要取决于四个控制参数的设置。

然而，关于RED 算法的设置至今还没有一个很好的指导方针；针对各种异构网络，还未能提出设置其参量的有效方法，以维持各网络更高的链路利用率。

本论文在对RED 算法及其参数设置进行深入研究的基础上，使用NS 模拟工具模拟网络环境，根据仿真结果详尽地分析了RED 算法四个参数设置对网关中各个性能指标的影响，提供了对不同网络设置不同RED 参数的参考方案。

关键词：RED 算法； 参数设置； NS 模拟1. 引言网络中采用的调度机制与网络的服务质量QoS 有着密切的关系。

随着Internet 的迅速发展，网络规模越来越庞大，结构日趋复杂，仅仅依靠端到端的拥塞控制还不够，网络本身也必须参与资源的控制和管理，在网络发生拥塞时，网络节点必须丢弃一些分组，这个问题的解决首先必须实施有效的队列管理机制[1]。

之前的研究已经提出许多有效的队列管理机制，如：随机丢弃算法(Random Drop gateways)算法、尾部丢弃策略（Drop Tail gateways）、DECbit 算法和ERD（Early Random Drop）算法等算法。

但它们都有一定的缺陷，RED 算法就是在弥补这些缺陷的基础上提出来的。

随机早期检测算法（Random Early Detection）[2,3]：采用低通滤波器模型来计算平均队长，支持突发业务，使得网关处理算法实现的更为合理，避免了网关因根据变化的实际队列长度而不断的变更处理方法，该算法因其具有较低的时延，较高的吞吐量和较好的公平性而被广泛采用。

它通过在拥塞即将发生时丢弃，能够有效地避免全局同步。

RED 算法已成为路由器中的默认拥塞控制机制。

RED 工作性能的优劣很大长度上是由其预先设置的参数、mi 、ma 和ma 决定的。

RED测试方法总结吴频01070 RED（Random Early Detect）是一种拥塞检测机制，我们可以定义某类流在队列超过一定长度后预先按照比例随机丢弃。

RED的基本原理，大家可以查阅相关文档，此处只对测试方法进行一个总结。

测试组网图如下：LanswitchSmartbits图1RED测试组网图由于RED的丢弃机制，我们无法完全定量测试出RED的效果，因此测试过程中，首先测试出不配置RED时的丢弃结果，然后测试配置RED后的丢弃结果，进行比较。

RED的丢弃发生在队列完全拥塞之前，因此RED丢弃的报文要比一般情况多。

需要重点强调的是，整个测试过程中（包括不配置RED和配置RED的测试）都需要打开RDRAM。

1 不配置RED时的丢弃情况如图1，假设Port1、Port2、Port3连接的都是百兆口，我们从Port1线速打入1,000,000个64Byte的报文从Port3输出，在打入这1,000,000个包的同时，从Port2线速打入10,000个64Byte 的报文，也从Port3输出。

由于RDRAM的长度足够存储这10,000个包，所以看到的结果是Port3接收到1,010,000个包，没有任何报文的丢弃。

据此，我们可以不断增长Port2打入的报文数，测试出丢包的临界值，从而测出RDRAM的长度，测试结果如下：表1不配置RED的丢包情况很明显，被测设备的RDRAM长度只能存储503,000（MAX[Port3] - Port1）左右个报文，可以计算出RDRAM的长度：503,000 × 64 × 8 ≈ 256M2 配置RED时的丢弃情况2.1 队列长度对RED丢弃的影响测试条件和不配置RED时的情况一样（Port1打入1,000,000个，Port2打入10,000个），不同的是，我们必须配置Port1和Port2两个端口的流进行RED，为了有很好的比较性，需要Port1和Port2打入的流满足同一条rule，同时进行RED。

RED（Random Early Detection）算法是一种主动队列管理（AQM）算法，它主要用于网络中的路由器和交换机中，以避免拥塞的发生。

当网络中的流量接近设备处理能力的极限时，拥塞控制就变得至关重要。

RED算法的目的是在网络队列变得过满之前，提前通过丢弃一部分网络包来通知发送端减少发送速率。

RED算法的工作原理如下：1. 平均队列长度计算：RED算法维护一个对队列长度的加权移动平均值。

对于每个到达的数据包，RED会更新这个平均队列长度。

这个长度并不是实时队列长度，而是过去一段时间内的平均值，它可以平滑短期的流量突增。

2. 低阈值和高阈值：在RED算法中，设置两个阈值，分别是最小阈值（minth）和最大阈值（maxth）。

当平均队列长度低于最小阈值时，所有到达的数据包都会被接受。

当平均队列长度超过最大阈值时，所有到达的数据包都有可能被丢弃或标记（例如，TCP/IP网络中的ECN标记）。

3. 随机早期检测：当平均队列长度位于最小阈值和最大阈值之间时，RED会以一定的概率丢弃到达的数据包。

这个概率随着平均队列长度的增加而增加，意味着队列越拥挤，数据包被丢弃的几率就越高。

这个概率是动态计算的，用于平滑的调控传输速率，而不是突然阻断。

4. 随机性：之所以称为“随机”早期检测，是因为当队列长度介于两个阈值之间时，数据包被丢弃的决策是基于一定的随机性的。

这样做的目的是为了防止全局同步现象，即多个流同时减少他们的发送速率，然后又同时增加速率，造成网络效率的波动。

RED算法通过这种方法提前向发送方发送拥塞即将发生的信号，目的是让发送方降低数据发送速率，减少数据包丢失，从而使网络运行更加平滑，提高整体的吞吐量。

在TCP网络中，当发送方检测到数据包丢失时，它会减少其拥塞窗口的大小，减慢数据发送速率，从而减轻网络拥塞。

TCP协议对丢包率与延迟的影响与优化建议导言：在网络通信中，数据的传输是通过各种协议来完成的。

其中，TCP （Transmission Control Protocol）是一种面向连接的可靠协议，被广泛应用于互联网中。

然而，在实际应用中，TCP协议仍然会受到丢包率和延迟等因素的影响。

本文将深入探讨TCP协议在面对丢包率和延迟时的表现，并提供一些优化建议。

一、TCP协议对丢包率的影响及原因在网络通信过程中，丢包率是一个重要的性能指标。

丢包率越高，说明数据在传输过程中遭遇丢失的可能性越大。

TCP协议通过使用ACK确认机制和重传策略来保证数据的可靠传输，但在遇到丢包时，会出现一系列的问题。

丢包导致的重传：当发送方发送数据包后，在一个预设的时间内不收到接收方的ACK确认，就会认为数据包丢失，并触发重传机制。

丢包率越高，触发重传的次数就越多。

这种重传会导致网络传输效率降低，延迟增加。

拥塞控制：当网络出现拥塞时，路由器或网络设备可能会丢弃部分数据包，以减轻网络负载。

TCP会将丢包当作网络拥塞的信号，触发拥塞控制机制。

拥塞控制会影响TCP发送窗口的大小，降低发送速率，进一步增加传输延迟。

丢包恢复的开销：当TCP协议发现数据包丢失后，需要进行重传。

这个过程会增加网络开销，包括额外的传输时间、处理时间和带宽占用，从而影响网络的效率。

二、TCP协议对延迟的影响及原因延迟是指数据从发送到接收的时间间隔。

在网络通信中，延迟是一个非常重要的性能指标，尤其对于实时性要求高的应用来说。

TCP协议在传输过程中，也会对延迟产生影响。

数据包传输时间：TCP协议采用流水线传输机制，发送方可以连续发送多个数据包。

但为了确保数据的可靠传输，接收方要按顺序接收数据包并发送ACK确认。

这种按序接收的过程导致数据包的发送和接收存在一定的延迟。

拥塞控制带来的延迟：当网络出现拥塞时，TCP会触发拥塞控制机制。

拥塞控制会降低发送方的发送速率，以减少数据包在网络中的拥塞程度。

网络速率控制技术在数据传输过程中的丢包处理方法随着互联网的迅猛发展，网络通信在人们的日常生活中扮演着重要的角色。

然而，由于网络带宽和传输环境的限制，数据包在传输过程中往往会出现丢失的现象。

为了提高数据传输的可靠性和稳定性，网络速率控制技术应运而生。

本文将探讨网络速率控制技术在数据传输过程中的丢包处理方法。

一、使用拥塞控制算法拥塞控制算法是网络速率控制技术的核心。

其原理是根据网络拥塞程度，动态调整数据传输的速率，以降低丢包率。

常见的拥塞控制算法包括TCP拥塞控制算法和RED算法。

TCP拥塞控制算法基于网络特性和反馈机制，通过控制数据包的发送速率来避免网络拥塞。

该算法通过监测网络延迟和丢包率来判断拥塞情况，并根据拥塞程度调整发送窗口的大小。

当检测到网络拥塞时，TCP将减小发送窗口的大小以降低发送速率，从而减少丢包的可能性。

RED算法（Random Early Detection）是一种主动队列管理算法，通过在网络路由器的输出队列中随机丢弃一些数据包来控制网络拥塞。

该算法根据队列中的数据包个数和队列长度的比例来决定是否丢弃数据包。

当队列中的数据包个数超过一定阈值时，RED算法开始随机丢弃一些数据包，以此降低网络拥塞的可能性，减少数据包的丢失。

二、使用前向纠错技术前向纠错技术是一种通过添加冗余信息来恢复数据包的完整性的方法。

在数据包传输过程中，发送端会通过编码算法对数据包进行处理，并添加一些冗余信息，然后将处理后的数据包发送给接收端。

接收端会通过解码算法恢复原始数据包，并根据冗余信息进行错误检测和纠正。

前向纠错技术可以有效地降低数据包的丢失率。

在传输过程中，即使部分数据包丢失或损坏，接收端仍然可以通过冗余信息进行恢复，从而避免了数据的重传和丢失。

三、使用重传机制重传机制是一种常见的丢包处理方法，它通过在数据包丢失时进行重发来保证数据的完整传输。

当发送端检测到数据包丢失时，会重新发送该数据包，直到接收端成功接收到数据包为止。

TCP协议对丢包率与延迟的影响与优化建议引言：互联网已成为人们生活中不可或缺的一部分，而TCP （Transmission Control Protocol）协议是互联网通信中最常用的协议之一。

然而，在传输过程中，TCP协议面临着丢包率和延迟等问题，本文将探讨这些问题对TCP协议的影响，并提出优化建议。

一、丢包率对TCP协议的影响丢包率是指在数据传输过程中，由于网络拥塞、链路故障等原因导致部分数据包在传输中丢失的现象。

丢包率的增加对TCP协议的传输性能会产生多方面的影响。

带宽利用率下降：丢包率的增加会导致TCP协议进入拥塞控制状态，触发拥塞避免机制，降低了网络的带宽利用率。

TCP协议通过减小发送窗口来降低数据的发送速率，以此缓解网络拥塞，但同时也降低了传输效率。

传输时延增加：丢包率的增加会导致TCP协议的重传机制被触发，发送端需要等待一段时间进行重传，从而增加了传输的时延。

当丢失的数据包较多时，延迟会进一步增加，影响用户的体验，尤其是在对传输时延要求较高的应用场景下，如实时音视频通信。

二、延迟对TCP协议的影响延迟是指数据从发送端到接收端所需的时间。

在TCP协议中，延迟问题主要包括往返时延（RTT）和传输队列的排队延迟。

往返时延（RTT）：往返时延是指从发送方发送数据到接收方接收到确认消息所需的时间。

延迟会直接影响TCP协议的性能，较大的延迟会增加数据的传输时间，降低用户体验。

为了解决RTT过大的问题，可以采用一些技术手段，如采用更低的传输带宽、优化路由选择等。

传输队列的排队延迟：传输队列的排队延迟是指在网络传输过程中，数据包在路由器或交换机的缓冲区中等待发送的时间。

当网络拥塞时，传输队列的排队延迟会增加，导致延迟问题进一步恶化。

为了降低传输队列的排队延迟，可以采用拥塞控制算法、增加网络带宽等方式。

三、TCP协议的优化建议为了提高TCP协议的传输性能，降低丢包率和延迟，可以采取以下优化建议。

拥塞控制算法优化：TCP协议中的拥塞控制算法对于网络性能至关重要。

TCP协议对丢包率与延迟的影响与优化建议引言在网络通信中，可靠性和效率是两个核心问题。

而TCP协议作为现代互联网通信的基石，其中丢包率和延迟问题一直备受关注。

本文将从理论与实践两个方面，探讨TCP协议对丢包率与延迟的影响，并提出一些优化建议。

一、TCP协议对丢包率的影响丢包率是反映数据在传输过程中丢失情况的重要指标。

TCP协议使用一个称为"确认与重传"的机制来保证数据的可靠传输。

当数据包在传输过程中发生丢失时，TCP协议将会发起重传操作。

然而，重传机制的引入也会带来一些额外的开销。

首先，重传操作会增加网络负载。

当数据包丢失时，TCP协议会认为该数据包没有到达目的地，进而发起重传。

这会导致网络中的数据流量大幅增加，引发网络拥堵和丢包率进一步升高。

其次，重传机制会增加网络延迟。

在TCP协议的设计中，若一个数据包未被确认收到，数据发送端将会继续发送同样的数据包，直到收到确认为止。

这样的机制会使得网络上的重传数据包增多，进而造成传输延迟的上升。

这对于一些实时性要求较高的应用（如视频通话）来说，可能导致不可接受的延迟。

二、TCP协议对延迟的影响延迟是网络通信中另一个重要的度量指标。

TCP协议在传输过程中会引入一定的延迟，主要包括以下几个方面。

首先，TCP协议中的拥塞控制算法会使得数据发送方的发送窗口大小动态变化，使得发送方需要不断地等待确认信息。

这个等待确认的时间窗口，就是延迟的一部分。

其次，TCP协议还会因为流量控制的需要，在网络中引入一个称为滑动窗口的机制，用于平衡发送端和接收端的传输速率。

而滑动窗口的运行，会使得传输时间增加，从而引入了额外的延迟。

最后，TCP协议中还会因为超时重传机制而引入一定的延迟。

当数据包在传输过程中发生丢失，TCP协议会选择性重传，即只重传丢失的部分，这就需要等待丢失部分的重传。

三、优化建议为了解决TCP协议对丢包率与延迟的影响，下面提出一些优化建议。

第一，增加冗余校验。