模塊4移動互聯(lián)網(wǎng)傳輸機制（1）理解并掌握TCP連接的建立與釋放機制。（2）熟悉TCP的可靠傳輸及流量和擁塞控制機制。（3）了解移動互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下TCP性能改進方案。（4）掌握新興互聯(lián)網(wǎng)傳輸協(xié)議與傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)TCP的差異。學(xué)習(xí)目標（1）TCP連接的建立與釋放機制。（2）TCP的可靠傳輸及流量和擁塞控制機制。（3）傳統(tǒng)TCP在無線網(wǎng)絡(luò)中的問題。（4）移動互聯(lián)網(wǎng)中不同傳輸機制的改進方法。學(xué)習(xí)要點移動互聯(lián)網(wǎng)是移動通信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)相融合的產(chǎn)物。隨著移動互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的不斷推廣，無線鏈路上數(shù)據(jù)的傳輸量不斷增加，針對移動互聯(lián)網(wǎng)傳輸機制的研究也不斷深入。TCP/IP體系結(jié)構(gòu)自產(chǎn)生至今，取得了飛速的發(fā)展。當前互聯(lián)網(wǎng)以TCP/IP網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)為核心，TCP作為建立在不可靠的IP網(wǎng)絡(luò)層的基礎(chǔ)上的主要傳輸層協(xié)議，在為應(yīng)用層提供面向連接的、可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)中起到至關(guān)重要的作用。互聯(lián)網(wǎng)中廣泛使用的萬維網(wǎng)、文件傳輸、電子郵件、遠程登錄等應(yīng)用都建立在TCP之上。TCP運用滑動窗口、序列號、重傳定時器、確認四種技術(shù)實現(xiàn)其流量控制、差錯控制及擁塞控制三大功能，從而保證其可靠傳輸。目錄contents4.14.24.34.4傳統(tǒng)的傳輸層協(xié)議移動互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議移動互聯(lián)網(wǎng)中的其他傳輸機制實訓(xùn)：移動傳輸協(xié)議握手體驗4.1

傳統(tǒng)的傳輸層協(xié)議4.1傳統(tǒng)的傳輸層協(xié)議當前互聯(lián)網(wǎng)基于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，傳輸層位于應(yīng)用層與網(wǎng)絡(luò)層之間，它為運行在不同主機上的應(yīng)用進程提供直接的通信服務(wù)。由于網(wǎng)絡(luò)層IP往往提供不可靠服務(wù)，傳輸層的TCP就用于保證可靠數(shù)據(jù)傳輸和擁塞控制。TCP（transmissioncontrolprotocol，傳輸控制協(xié)議）將上層應(yīng)用層傳輸?shù)耐暾麛?shù)據(jù)分成由字節(jié)組成的報文段，并為每個報文段編排序號。TCP報文段首部中的序號的值指代該報文段在整個報文中的序列號。TCP確認序號是接收端收到數(shù)據(jù)后給出的所有數(shù)據(jù)的最高序號（也是指期望收到的下一報文段的序號），而TCP傳輸?shù)目煽啃杂蓴?shù)據(jù)報文段的序號和確認序號保證。TCP/IP協(xié)議（傳輸控制協(xié)議/互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議）不是簡單的一個協(xié)議，而是一組特別的協(xié)議，包括：TCP，IP，UDP，ARP等，這些被稱為子協(xié)議。在這些協(xié)議中，最重要、最著名的就是TCP和IP。因此，大部分網(wǎng)絡(luò)管理員稱整個協(xié)議族為“TCP/IP”。知識拓展4.1傳統(tǒng)的傳輸層協(xié)議4.1.1TCP數(shù)據(jù)傳輸連接的建立與釋放機制TCP被稱為面向連接的協(xié)議。TCP一般會根據(jù)收到的TCP報文段中標志位的值區(qū)分鏈路當前的狀態(tài)。表4-1給出了TCP報文段中標志位不同值的含義。4.1傳統(tǒng)的傳輸層協(xié)議4.1.1TCP數(shù)據(jù)傳輸連接的建立與釋放機制TCP首部中定義了6個字段，在一個報文中通常只會出現(xiàn)一個標志位，但也允許多個標志位同時出現(xiàn)。ACK：確認序號（acknowledgementnumber）標志位。關(guān)于ACK有幾方面需要注意：ACK是累積的，表示接收方已經(jīng)正確收到了一直到確認序號減1的所有字節(jié)；TCP通常并不會對每個數(shù)據(jù)包進行確認，而是采用了捎帶確認和延遲確認的技術(shù)，捎帶確認是指將ACK報文合并到數(shù)據(jù)報文中去，而延遲確認是TCP維持了一個200ms的定時器，在定時器過期前，若有多個數(shù)據(jù)需要確認，則同時進行確認，通常是兩個報文確認一次，若200ms的時間到了，仍沒有新數(shù)據(jù)需要確認，則不再等待，直接確認該報文；ACK報文本身并不會被確認，當ACK丟失時，需要依靠對端超時機制發(fā)現(xiàn)。4.1傳統(tǒng)的傳輸層協(xié)議4.1.1TCP數(shù)據(jù)傳輸連接的建立與釋放機制URG：緊急指針標志位。SYN：同步標志位，用來發(fā)起一個新建連接。RST：連接重置標志位。PSH：該標志位由TCP自動設(shè)置（曾經(jīng)允許通過接口進行設(shè)置，當前多數(shù)實現(xiàn)不提供），用于當發(fā)送者需要清空發(fā)送緩沖區(qū)時設(shè)置該標志，即PSH為1時發(fā)送者將一次性將當前發(fā)送緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)都發(fā)送出去。FIN：發(fā)送端已經(jīng)完成了所有的數(shù)據(jù)發(fā)送，不會再發(fā)送新的數(shù)據(jù)，關(guān)閉了其發(fā)送端，若對端也發(fā)送該標志，則完全關(guān)閉連接。4.1傳統(tǒng)的傳輸層協(xié)議4.1.1TCP數(shù)據(jù)傳輸連接的建立與釋放機制在一個應(yīng)用進程向另一個應(yīng)用進程發(fā)送數(shù)據(jù)前，兩個進程之間必須先相互“握手”，協(xié)商完成數(shù)據(jù)傳輸前的準備工作。TCP的連接建立通常分3步完成。（1）發(fā)送端主機（一般指客戶端）向接收端主機（服務(wù)器端）發(fā)送請求，并設(shè)置其首部中的SYN=1，ACK=0，序號=x（表明其后傳送的數(shù)據(jù)報文的首個數(shù)據(jù)報文節(jié)的序號為x）。（2）接收端主機收到來自發(fā)送端主機的請求連接報文后，返回確認信息，同時設(shè)置SYN=1，ACK=x+1，并設(shè)置其序號=y。（3）原發(fā)送端主機收到該報文段后，響應(yīng)接收端主機的請求確認，設(shè)置ACK=y+1。TCP建立連接的過程也稱“3次握手”，如圖4-1所示。4.1傳統(tǒng)的傳輸層協(xié)議4.1.1TCP數(shù)據(jù)傳輸連接的建立與釋放機制4.1傳統(tǒng)的傳輸層協(xié)議4.1.1TCP數(shù)據(jù)傳輸連接的建立與釋放機制一旦3次握手完成，發(fā)送端主機與接收端主機就可以相互發(fā)送包含數(shù)據(jù)的報文段。TCP將應(yīng)用層傳遞的完整數(shù)據(jù)根據(jù)最大報文段長度(maximumsegmentsize，MSS)分成由字節(jié)組成的報文段，并對每個報文段設(shè)定序號。TCP傳輸?shù)目煽啃杂蓴?shù)據(jù)報文段首部中的序號字段和確認序號字段來保障。TCP每發(fā)送1個數(shù)據(jù)報文段，就會在重傳隊列中保存1個副本。當收到確認后，就把這個副本刪除。但是，當在計時器超時之前一直沒有收到確認，就會通過此副本對報文段進行重傳。4.1傳統(tǒng)的傳輸層協(xié)議4.1.1TCP數(shù)據(jù)傳輸連接的建立與釋放機制參與TCP連接的兩個進程中的任何一方均可發(fā)出連接終止的請求。TCP連接的工作模式是全雙工模式，數(shù)據(jù)會在兩端主機間雙向傳遞，所以TCP的連接釋放需要關(guān)閉兩個方向。其中首先關(guān)閉的一方執(zhí)行的是主動關(guān)閉，而另一方執(zhí)行的是被動關(guān)閉，分以下4步完成。（1）若發(fā)送端主機發(fā)起主動關(guān)閉，則會向接收端主機發(fā)出1個FIN請求（序號=x）。（2）接收端主機收到發(fā)送端主機的FIN請求，它向發(fā)送端主機回應(yīng)1個ACK確認，設(shè)置ACK=x+1。發(fā)送端主機收到此ACK，即可判斷該方向上的連接已經(jīng)中斷并停止向接收端主機再發(fā)送新的數(shù)據(jù)，同時接收端主機會向其高層發(fā)送1個結(jié)束符，表明停止接收數(shù)據(jù)。（3）為斷開另一方向的數(shù)據(jù)連接，接收端主機會向發(fā)送端主機也發(fā)送1個FIN請求(序號=y)。（4）發(fā)送端主機收到（3）中的FIN請求后，發(fā)回1個確認，其確認序號為ACK=y+1。接收端主機收到此ACK后可判斷此方向上的連接已終止，停止向?qū)Χ酥鳈C發(fā)送新數(shù)據(jù)。同時發(fā)送端主機會向其高層發(fā)送1個結(jié)束符，表明停止接收數(shù)據(jù)。當數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收分流,分別由兩根不同的傳輸線傳送時，通信雙方都能在同一時刻進行發(fā)送和接收操作,這樣的傳送方式就是全雙工制。在全雙工方式下,通信系統(tǒng)的每一端都設(shè)置了發(fā)送器和接收器，因此，能控制數(shù)據(jù)同時在兩個方向上傳送。全雙工方式無需進行方向的切換，因此,沒有切換操作所產(chǎn)生的時間延遲,這對那些不能有時間延誤的交互式應(yīng)用(例如遠程監(jiān)測和控制系統(tǒng))十分有利。知識拓展4.1傳統(tǒng)的傳輸層協(xié)議4.1.1TCP數(shù)據(jù)傳輸連接的建立與釋放機制TCP釋放連接的過程也稱“4次揮手”，如圖4-2所示。4.1傳統(tǒng)的傳輸層協(xié)議4.1.2TCP可靠傳輸及流量和擁塞控制機制TCP為保證網(wǎng)絡(luò)建立在不可靠IP應(yīng)用中的兩臺主機間可靠、端到端的有效通信，具有流量控制和擁塞控制兩種重要的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)功能。其中TCP的流量控制是通過滑動窗口的大小調(diào)整來實現(xiàn)的，即接收端通過主動調(diào)整窗口大小控制發(fā)送端的數(shù)據(jù)發(fā)送速率。而TCP的擁塞控制機制是根據(jù)當前網(wǎng)絡(luò)中可用資源情況動態(tài)地完成對擁塞窗口大小的調(diào)整，從而控制進入網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)流量，避免網(wǎng)絡(luò)處于擁塞狀態(tài)。TCP的流量控制和擁塞控制具有密切的聯(lián)系。造成擁塞的原因：（1）多條流入線路有分組到達，并需要同一輸出線路，此時，如果路由器沒有足夠的內(nèi)存來存放所有這些分組，那么有的分組就會丟失。（2）路由器的慢帶處理器的緣故，以至于難以完成必要的處理工作，如緩沖區(qū)排隊、更新路由表等。防止擁塞的方法（1）在傳輸層可采用：重傳策略、亂序緩存策略、確認策略、流控制策略和確定超時策略。（2）在網(wǎng)絡(luò)層可采用：子網(wǎng)內(nèi)部的虛電路與數(shù)據(jù)報策略、分組排隊和服務(wù)策略、分組丟棄策略、路由算法和分組生存管理。（3）在數(shù)據(jù)鏈路層可采用：重傳策略、亂序緩存策略、確認策略和流控制策略。知識拓展4.1傳統(tǒng)的傳輸層協(xié)議4.1.2TCP可靠傳輸及流量和擁塞控制機制1.TCP的流量控制機制流量控制是對網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)流量進行分級處理，對網(wǎng)絡(luò)帶寬進行劃分，為每個業(yè)務(wù)流分配指定的帶寬大小，并根據(jù)服務(wù)等級要求，限制非關(guān)鍵業(yè)務(wù)流對網(wǎng)絡(luò)帶寬的搶占，優(yōu)先滿足關(guān)鍵業(yè)務(wù)的性能要求，進而實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)資源的合理分配，保證網(wǎng)絡(luò)合理和健壯的運行狀態(tài)。TCP中保證數(shù)據(jù)可靠及流量控制的常見方法就是使用滑動窗口。滑動窗口是指在TCP通信過程中，通常接收端對每個數(shù)據(jù)包進行確認（ACK），確認信息中除了包含已經(jīng)收到多少數(shù)據(jù)，還會包含1個窗口通告，表明接收端的緩沖區(qū)還可以接收多少位數(shù)據(jù)容量。而ACK中的窗口通告則表示出了接收端緩沖區(qū)當前的可用空間大小。發(fā)送端則可以對窗口值進行響應(yīng)，調(diào)整發(fā)送端數(shù)據(jù)速率，保證發(fā)送數(shù)據(jù)量在接收端的接收能力范圍內(nèi)。而接收端可以根據(jù)其當前資源情況，隨機動態(tài)地調(diào)整窗口大小，保證能夠及時通過控制發(fā)送方速率完成對網(wǎng)絡(luò)狀況的響應(yīng)，進一步控制進入網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)量，避免網(wǎng)絡(luò)擁塞崩潰的發(fā)生。4.1傳統(tǒng)的傳輸層協(xié)議4.1.2TCP可靠傳輸及流量和擁塞控制機制通常為實現(xiàn)可靠性傳輸及流量控制，TCP連接建立完成后采用滑動窗口機制實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，并運用確認應(yīng)答ACK及超時重傳保證數(shù)據(jù)的可靠性傳輸?；瑒哟翱跈C制中發(fā)送端可以連續(xù)不斷地發(fā)送1個窗口大小的數(shù)據(jù)，如圖4-3（a）所示（圖中設(shè)定滑動窗口大小為5），而窗口會隨著接收端發(fā)送來的ACK確認相應(yīng)地向前滑動，如圖4-3（b）所示，持續(xù)發(fā)送窗口大小的后續(xù)數(shù)據(jù)，以使網(wǎng)絡(luò)能傳輸更多的數(shù)據(jù)段，更好地加速數(shù)據(jù)的傳輸。滑動窗口機制中窗口的范圍由窗口上、下沿限定，窗口下沿到上沿，即由左到右的循環(huán)序號逐漸增大。4.1傳統(tǒng)的傳輸層協(xié)議4.1.2TCP可靠傳輸及流量和擁塞控制機制4.1傳統(tǒng)的傳輸層協(xié)議4.1.2TCP可靠傳輸及流量和擁塞控制機制運用滑動窗口機制，發(fā)送方在當前時刻向接收端發(fā)送數(shù)據(jù)的多少取決于接收端緩存的大小，如果發(fā)送端的發(fā)送速率超出接收端的接收能力，就會造成接收端緩存溢出。所以，為實現(xiàn)流量控制，TCP通信雙方在通信過程中需要告知對方其接收窗口及接收緩存（TCP連接上所能接收的最大窗口）的大小。2.TCP的擁塞控制機制TCP的主要目標是提供可靠的端到端的服務(wù)，為保證網(wǎng)絡(luò)中各個數(shù)據(jù)流均能公平享用帶寬，迅速發(fā)現(xiàn)空閑帶寬，避免網(wǎng)絡(luò)擁塞，TCP啟用擁塞控制算法機制。該算法主要包括3個部分,即慢啟動、擁塞避免和快速恢復(fù)，如圖4-4所示。4.1傳統(tǒng)的傳輸層協(xié)議4.1.2TCP可靠傳輸及流量和擁塞控制機制4.1傳統(tǒng)的傳輸層協(xié)議4.1.2TCP可靠傳輸及流量和擁塞控制機制（1）在慢啟動階段，由于TCP發(fā)送端最初無法獲取當前網(wǎng)絡(luò)狀況，首先設(shè)定慢啟動的門限值ssthresh。為避免擁塞產(chǎn)生，擁塞窗口的大小從1個最大MSS(最大消息長度)開始，并且每次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)段被確認就按照指數(shù)增加1次擁塞窗口的大小，直至窗口大小增長到慢啟動的門限值后進入擁塞避免階段。（2）擁塞避免階段，擁塞窗口的增長速度減慢，即每收到1個ACK確認信息，窗口按照線性增長的方式增加1個MSS。一旦連續(xù)收到3個冗余ACK確認信息，則判定此時網(wǎng)絡(luò)中存在一定擁塞，此時將擁塞窗口大小的值的一半設(shè)為快速恢復(fù)的啟動值并轉(zhuǎn)入快速恢復(fù)階段。（3）快速恢復(fù)，即在需要重傳數(shù)據(jù)包時，不必從慢啟動階段開始，而是馬上進入擁塞避免階段。在收到重復(fù)的ACK的情況下啟動快速重傳機制（收到重復(fù)ACK，說明此時鏈路擁塞狀況不是非常嚴重，數(shù)據(jù)還是可以傳輸?shù)模２捎肨CP的擁塞控制機制，當網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞后，通常會將快速重傳與快速恢復(fù)算法結(jié)合起來，慢啟動算法一般只在TCP連接建立之初使用，其他情況下使用較少。門限值是一個通用詞匯，表示這個數(shù)值是臨界點，某個參數(shù)超過門限值會引起對應(yīng)的某個性質(zhì)急劇的變化。知識拓展4.1傳統(tǒng)的傳輸層協(xié)議4.1.3傳統(tǒng)TCP在無線網(wǎng)絡(luò)中面臨的挑戰(zhàn)傳統(tǒng)傳輸層協(xié)議適用于有線網(wǎng)絡(luò)，其中發(fā)生的數(shù)據(jù)包丟失多是由于鏈路網(wǎng)絡(luò)擁塞引發(fā)的。在無線網(wǎng)絡(luò)中，如果直接引入標準TCP，當無線網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)傳輸鏈路突然中斷或傳輸錯誤等問題后，網(wǎng)絡(luò)會迅速啟動擁塞控制機制，導(dǎo)致無線鏈路傳輸性能的急劇下降。導(dǎo)致無線網(wǎng)絡(luò)TCP鏈路性能下降的原因主要有5個方面的內(nèi)容。（1）誤碼率高。無線鏈路不穩(wěn)定，屬于有損耗的介質(zhì)，會導(dǎo)致數(shù)據(jù)的誤碼率較高，而高誤碼率會導(dǎo)致傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包損壞甚至丟失的問題，這樣會使發(fā)送端重傳數(shù)據(jù)包并啟動擁塞控制機制。如果一直重復(fù)出現(xiàn)這樣的錯誤，就會使傳統(tǒng)TCP的性能急劇下降。4.1傳統(tǒng)的傳輸層協(xié)議4.1.3傳統(tǒng)TCP在無線網(wǎng)絡(luò)中面臨的挑戰(zhàn)（2）錯誤的丟包探測機制。傳統(tǒng)的TCP無法區(qū)分鏈路發(fā)生隨機丟包、擁塞丟包等錯誤屬于哪種錯誤類型，因此網(wǎng)絡(luò)不管鏈路是否處于擁塞狀態(tài)，統(tǒng)一把任何丟包都看作是由鏈路擁塞導(dǎo)致的，并啟動擁塞控制機制，而不管網(wǎng)絡(luò)是否處于擁塞狀態(tài)，從而導(dǎo)致傳統(tǒng)TCP性能下降。（3）無線鏈路帶寬有限。因為無線鏈路的帶寬有限，節(jié)點可能只能使用很少的帶寬，甚至沒有帶寬可以使用，導(dǎo)致發(fā)送端超時和信息丟失的時間增多，會影響蜂窩網(wǎng)絡(luò)和Adhoc（自動自組織網(wǎng)絡(luò)）。（4）鏈路或路由中斷。在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，移動節(jié)點在蜂窩之間的切換過程中有一個信號消失階段。在這個階段，移動節(jié)點不能收到任何發(fā)送端的數(shù)據(jù)，造成發(fā)送端超時。TCP發(fā)送端一般會重傳這些數(shù)據(jù)并啟動擁塞控制機制，導(dǎo)致TCP性能下降。在Adhoc網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點的移動可能會導(dǎo)致本次連接使用的路由中斷。在重新計算路由的過程中，所有的數(shù)據(jù)包和確認包都會被丟棄，將導(dǎo)致TCP發(fā)送端超時并啟動擁塞控制機制。4.1傳統(tǒng)的傳輸層協(xié)議4.1.3傳統(tǒng)TCP在無線網(wǎng)絡(luò)中面臨的挑戰(zhàn)（5）鏈路層時延。衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)鏈路層的時延要比有線網(wǎng)絡(luò)的時延大得多，標準TCP設(shè)定的定時器超時間隔有時不夠大，導(dǎo)致發(fā)送端超時并啟動擁塞控制機制。由于傳統(tǒng)的TCP缺乏有效的錯誤檢測機制，它僅能檢測出數(shù)據(jù)包丟失的發(fā)生，無法檢測出數(shù)據(jù)包丟失的原因，另外并沒有設(shè)計有效的錯誤恢復(fù)機制。針對誤碼率較低的有線網(wǎng)絡(luò)，傳統(tǒng)TCP將數(shù)據(jù)包的丟失作為擁塞的結(jié)果處理。但對移動互聯(lián)網(wǎng)來說，數(shù)據(jù)包的丟失很大程度上與擁塞無關(guān)，需要針對不同的情況進行不同處理。4.2

移動互聯(lián)網(wǎng)傳輸協(xié)議4.2移動互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議由于移動互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性及移動性能的特殊性，傳統(tǒng)的TCP直接在無線環(huán)境中的應(yīng)用往往面臨性能及服務(wù)上的極大挑戰(zhàn)。當前基于移動互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的自身特點，學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界對移動互聯(lián)網(wǎng)的傳輸機制進行了深入的研究及推廣應(yīng)用，另外也提出了一些新興的移動互聯(lián)網(wǎng)傳輸協(xié)議。4.2移動互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議4.2.1移動互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下TCP性能的改進方案為了提高移動IP環(huán)境中傳輸協(xié)議的性能，研究人員在過去的幾年中對TCP在移動IP環(huán)境中的性能優(yōu)化做了大量的研究工作，提出了很多改進的方法。其中無線網(wǎng)絡(luò)中提升TCP性能的常見機制有端到端的機制、數(shù)據(jù)鏈路層修正機制及分段TCP技術(shù)。1.端到端的機制在移動互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，為了區(qū)分網(wǎng)絡(luò)擁塞相關(guān)導(dǎo)致的數(shù)據(jù)包丟失與其他形式的數(shù)據(jù)丟包的不同，端到端的技術(shù)可以直接應(yīng)用于某一方的發(fā)送者或接收者，也可以同時在兩端雙方向發(fā)揮作用。同時僅在判定網(wǎng)絡(luò)狀況出現(xiàn)擁塞時TCP啟動其擁塞控制機制，如果判定為其他原因，則采取其他相對應(yīng)的錯誤恢復(fù)處理方法。4.2移動互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議4.2.1移動互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下TCP性能的改進方案1）錯誤檢測方法運用錯誤檢測可以判斷數(shù)據(jù)包丟失的不同原因，其中包括隱式和顯式錯誤檢測兩種方法。隱式錯誤被檢測后，通過計算發(fā)送端隱式確定損失的類型。這種方法通常用于與RTT方法相比。它的主要優(yōu)點是無須修改基站和其他網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點。常用的技術(shù)有基于標準的TCP添加探測機制監(jiān)聽TCP或者運用發(fā)送端比較數(shù)據(jù)包的延時判斷為擁塞丟包還是其他原因丟包。顯式錯誤是向無線鏈路的源端口號發(fā)送通知，可以是基站發(fā)送的通知，也可以由發(fā)送端發(fā)出，可以單獨發(fā)送也可捎帶發(fā)送。這種方法的缺點是如果是由接收端發(fā)送通知，通知在所述無線傳輸?shù)沫h(huán)境中容易發(fā)生損壞；如果由基站發(fā)送，則會進一步加重基站負荷。RTT(Round-TripTime):往返時延。在計算機網(wǎng)絡(luò)中它是一個重要的性能指標，表示從發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)開始，到發(fā)送端收到來自接收端的確認（接收端收到數(shù)據(jù)后便立即發(fā)送確認），總共經(jīng)歷的時延。知識拓展4.2移動互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議4.2.1移動互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下TCP性能的改進方案2）錯誤恢復(fù)機制根據(jù)不同的鏈路丟包原因，錯誤恢復(fù)機制采用不同的方法。例如，網(wǎng)絡(luò)發(fā)生切換時，移動終端數(shù)據(jù)會丟失或產(chǎn)生延遲，此時選擇TCP的快速重傳機制，使發(fā)送端直接自動重發(fā)數(shù)據(jù)包，不必等待超時，同時運用擁塞窗口機制通知發(fā)送端，可以避免發(fā)送端轉(zhuǎn)入擁塞控制，進而提高鏈路通信效率及帶寬。端到端的機制通過收發(fā)端上TCP本身的流量控制和差錯控制解決無線鏈路差錯問題。在端系統(tǒng)中通過快速重傳及選擇重傳機制允許發(fā)送方從多個丟包中進行恢復(fù)。4.2移動互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議4.2.1移動互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下TCP性能的改進方案2.數(shù)據(jù)鏈路層修正機制數(shù)據(jù)鏈路層修正機制是對無線鏈路層的增強措施，在不修改其高層TCP的條件下，克服信道對TCP傳輸?shù)挠绊懀饕椒ㄓ兄貍鲾?shù)據(jù)包和糾正數(shù)據(jù)包兩種。涉及的主要技術(shù)包括自動重傳請求ARQ和前向錯誤糾正FEC兩種。其中，自動重傳請求適用于不會頻繁丟包、對時延要求較低的鏈路環(huán)境，它可以將一些不可靠的、誤碼率較高的鏈路轉(zhuǎn)換成可靠的、誤碼率低的鏈路，當鏈路發(fā)生數(shù)據(jù)包丟失時，不會立即開啟擁塞控制機制。但是自動重傳請求技術(shù)會增加網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲，也會對TCP重傳機制產(chǎn)生影響。當鏈路數(shù)據(jù)包的丟包率超過一定值時，數(shù)據(jù)鏈路層自動重傳請求能提升應(yīng)用層的帶寬，但是并不一定能夠提高其信號利用率。前向錯誤糾正的優(yōu)勢是當網(wǎng)絡(luò)環(huán)境存在較大的延遲時，通過此技術(shù)可以從某些冗余信息的報文提取有效信息，恢復(fù)接收端受損的數(shù)據(jù)包。不過采用這種方法對鏈路的利用率較低，會產(chǎn)生較多不必要的開銷。數(shù)據(jù)鏈路層修正機制通過在無線鏈路上進行重傳或錯誤糾正來屏蔽不可靠的無線鏈路對有線網(wǎng)絡(luò)的影響。其優(yōu)點是可以獨立于高層協(xié)議而提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，并且不需要保留每一個鏈接狀態(tài)的信息。數(shù)據(jù)鏈路層主要有兩個功能：幀編碼和誤差糾正控制。幀編碼意味著定義一個包含信息頻率、位同步、源地址、目標地址以及其他控制信息的數(shù)據(jù)包。數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議又被分為兩個子層：邏輯鏈路控制（LLC）協(xié)議和媒體訪問控制（MAC）協(xié)議。知識拓展4.2移動互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議4.2.1移動互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下TCP性能的改進方案3.分段TCP技術(shù)分段連接方案把源端主機和目標端主機的TCP連接分成兩部分，其中固定主機（FH）為源端主機，移動主機（MH）為目標端主機，中間通過基站（BS）相連。第一部分連接FH和BS，另一部分連接BS和MH。對FH屏蔽無線網(wǎng)絡(luò)的存在，在FH和BS之間采用標準傳統(tǒng)TCP連接；在BS與MH段使用改進的TCP連接，進而增強在移動網(wǎng)絡(luò)中的性能。分段連接的主要方案有：間接的TCP（I-TCP）、移動蜂窩網(wǎng)TCP（M-TCP）和無線TCP（WTCP）。4.2移動互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議4.2.2新興的互聯(lián)網(wǎng)傳輸協(xié)議基于對TCP的各種不同改進方案，一些新興的傳輸層協(xié)議不斷被提出并在互聯(lián)網(wǎng)及移動環(huán)境中被推廣應(yīng)用，目前常見的新興互聯(lián)網(wǎng)傳輸協(xié)議有QUIC（quickUDPInternetconnection，快速的UDP互聯(lián)網(wǎng)連接）協(xié)議和SCTP（streamcontroltransmissionprotocol,流控制傳輸協(xié)議）。4.2移動互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議4.2.2新興的互聯(lián)網(wǎng)傳輸協(xié)議1.QUIC協(xié)議QUIC協(xié)議是Google新開發(fā)的一個基于UDP的低延時互聯(lián)網(wǎng)傳輸層協(xié)議，它的優(yōu)勢在于一方面可以提供TCP一樣的可靠傳輸，另一方面可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)?-RTT延遲，以上靈活的設(shè)計可以對它的擁塞控制及流量控制做更多的設(shè)置，同時它還提供了傳輸?shù)陌踩员Ｕ希约跋馠TTP2.0一樣，應(yīng)用數(shù)據(jù)支持二進制的分幀傳輸。圖4-5所示為QUIC協(xié)議的基本層次結(jié)構(gòu)。UDP是UserDatagramProtocol的簡稱，中文名是用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議，是OSI（OpenSystemInterconnection，開放式系統(tǒng)互聯(lián)）參考模型中一種無連接的傳輸層協(xié)議，提供面向事務(wù)的簡單不可靠信息傳送服務(wù)，IETFRFC768

是UDP的正式規(guī)范。UDP在IP報文的協(xié)議號是17。知識拓展4.2移動互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議4.2.2新興的互聯(lián)網(wǎng)傳輸協(xié)議QUIC協(xié)議底層通過UDP替代了TCP，上層只需要一層用于和遠程服務(wù)器交互的HTTP/2API。以上設(shè)計主要是因為QUIC協(xié)議已經(jīng)包含了多路復(fù)用和連接管理，HTTPAPI只需要完成HTTP的解析即可。QUIC協(xié)議的主要特點包括：減少TCP3次握手及TLS握手時間；改進擁塞控制；避免隊頭阻塞的多路復(fù)用；支持連接遷移；可實現(xiàn)前向冗余糾錯。在移動互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，相對于傳統(tǒng)TCP，QUIC協(xié)議最具吸引力的特性有以下兩點。（1）QUIC協(xié)議中實現(xiàn)了連接遷移和并行下載的功能。將傳輸層協(xié)議切換到UDP之后的優(yōu)勢是使得連接不再依賴于源IP。通常對于TCP來說，標識一個TCP連接需要4個參數(shù)，即源IP、源端口、目的IP和目的端口。其中的任一參數(shù)改變，TCP連接就需要重新創(chuàng)建。這對于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)來說影響不大，因為有線網(wǎng)絡(luò)的源和目的IP相對固定。但是在無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，設(shè)備在移動過程中，可能會因為網(wǎng)絡(luò)切換（如從無線網(wǎng)絡(luò)切換到4G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境）導(dǎo)致TCP連接需要重新創(chuàng)建。4.2移動互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議4.2.2新興的互聯(lián)網(wǎng)傳輸協(xié)議QUIC協(xié)議使用了UDP，不再需要這4個參數(shù)。同時QUIC協(xié)議實現(xiàn)了自己的會話標記方式，稱為連接UUID。當設(shè)備網(wǎng)絡(luò)環(huán)境切換時，連接UUID不會發(fā)生變化，因此無須重新進行握手。該特性除了可以減少無謂的連接及重連之外，還可以充分利用設(shè)備的不同網(wǎng)絡(luò)接口進行資源的并行下載。因為雖然這些網(wǎng)絡(luò)接口有不同的IP，但只要它們能夠共享連接UUID，就能夠并行地從服務(wù)器下載數(shù)據(jù)，使得傳輸層的連接建立不再依賴于源IP。（2）QUIC協(xié)議在創(chuàng)建連接握手時，只需要1~2個數(shù)據(jù)包即可。參考TCP+TLS協(xié)議的傳輸方式，如圖4-6（a）所示。QUIC協(xié)議設(shè)計了類似DTLS(datagramtransportlayersecurity，數(shù)據(jù)報傳輸安全層)的傳輸模型，如圖4-6（b）所示。這個模型大大簡化了建立連接的過程，使得創(chuàng)建連接握手時只需1~2個數(shù)據(jù)包。對于無線網(wǎng)絡(luò)來說，客戶端和服務(wù)端之間的延時通常在100ms以上。傳統(tǒng)TCP+TLS協(xié)議的傳輸方式，在創(chuàng)建連接時的4個數(shù)據(jù)包與QUIC協(xié)議的1個數(shù)據(jù)包相比，在連接創(chuàng)建上就會多耗時300ms。4.2移動互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議4.2.2新興的互聯(lián)網(wǎng)傳輸協(xié)議4.2移動互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議4.2.2新興的互聯(lián)網(wǎng)傳輸協(xié)議QUIC協(xié)議作為一個新興的協(xié)議具有其自身的復(fù)雜性，但是也已經(jīng)展現(xiàn)出非常強大的生命力和廣闊的前景。（1）為了實現(xiàn)傳輸?shù)目煽啃裕旧蠈崿F(xiàn)并改進了整個TCP的功能，包括序列號、重傳、擁塞控制、流量控制等。（2）為了實現(xiàn)傳輸?shù)陌踩?，它又徹底重?gòu)了TLS協(xié)議，包括證書壓縮、握手消息、0-RTT等。雖然后續(xù)可能會采用TLS1.3協(xié)議，但是事實上是QUIC協(xié)議推動了TLS1.3的發(fā)展。（3）為了實現(xiàn)傳輸?shù)牟l(fā)性，它又實現(xiàn)了HTTP2.0的大部分特性，包括多路復(fù)用和流量控制。多路復(fù)用是指以同一傳輸媒質(zhì)（線路）承載多路信號進行通信的方式。各路信號在送往傳輸媒質(zhì)以前，需按一定的規(guī)則進行調(diào)制，以利于各路已調(diào)信號在媒質(zhì)中傳輸，并不致混淆，從而在傳到對方時使信號具有足夠能量，且可用反調(diào)制的方法加以區(qū)分、恢復(fù)成原信號。多路復(fù)用常用的方法有頻分多路復(fù)用和時分多路復(fù)用，碼分多路復(fù)用的應(yīng)用也在不斷擴大。知識拓展4.2移動互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議4.2.2新興的互聯(lián)網(wǎng)傳輸協(xié)議2.SCTPSCTP是一種可靠的傳輸層協(xié)議，在兩個端點之間提供穩(wěn)定、有序的數(shù)據(jù)傳遞服務(wù)，這非常類似于TCP的功能并且可以保護數(shù)據(jù)消息邊界。然而，與TCP和UDP不同，SCTP最初是為發(fā)送電話信號而設(shè)計的，它通過借鑒UDP的優(yōu)點解決了TCP的某些局限。TCP和SCTP中對新連接的建立是通過報文握手來完成的。在TCP中，這種機制稱為TCP連接建立的3次握手?？蛻舳讼蚍?wù)端首先發(fā)送1個SYN（synchronize的簡寫）報文，服務(wù)器使用1個SYN-ACK（synchronizeacknowledge）報文進行響應(yīng)。最后，客戶端使用1個ACK報文確認已接收到報文，如圖4-7所示。4.2移動互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議4.2.2新興的互聯(lián)網(wǎng)傳輸協(xié)議4.2移動互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議4.2.2新興的互聯(lián)網(wǎng)傳輸協(xié)議然而，TCP的3次握手遇到那些使用虛假的源地址來偽造IP報文的惡意客戶端往往就會出現(xiàn)問題，當惡意客戶端使用大量TCPSYN報文攻擊服務(wù)端時，由于服務(wù)端在接收SYN報文前要為連接分配資源，在出現(xiàn)大量SYN報文的情況下，最終會耗盡自身資源，進而無法處理新的請求。以上過程稱為服務(wù)拒絕（denialofservice，DoS）攻擊。SCTP通過4次握手的機制并引入Cookie的概念可以有效防止DoS攻擊的產(chǎn)生。在SCTP中，客戶端使用一個INIT報文發(fā)起一個連接。服務(wù)端使用一個INIT-ACK報文進行響應(yīng)，其中就包括了Cookie（標識這個連接的唯一上下文）。然后客戶端就使用一個COOKIE-ECHO報文進行響應(yīng)，其中包含了服務(wù)端所發(fā)送的Cookie?，F(xiàn)在，服務(wù)端要為這個連接分配資源，并通過向客戶端發(fā)送一個COOKIE-ACK報文對其進行響應(yīng)，如圖4-8所示。拒絕服務(wù)攻擊即是攻擊者想辦法讓目標機器停止提供服務(wù)，是黑客常用的攻擊手段之一。其實對網(wǎng)絡(luò)帶寬進行的消耗性攻擊只是拒絕服務(wù)攻擊的一小部分，只要能夠?qū)δ繕嗽斐陕闊?，使某些服?wù)被暫停甚至主機死機，都屬于拒絕服務(wù)攻擊。拒絕服務(wù)攻擊問題也一直得不到合理的解決，究其原因是因為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議本身的安全缺陷，從而拒絕服務(wù)攻擊也成為了攻擊者的終極手法。攻擊者進行拒絕服務(wù)攻擊，實際上讓服務(wù)器實現(xiàn)兩種效果：一是迫使服務(wù)器的緩沖區(qū)滿，不接收新的請求；二是使用IP欺騙，迫使服務(wù)器把非法用戶的連接復(fù)位，影響合法用戶的連接。知識拓展4.2移動互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議4.2.2新興的互聯(lián)網(wǎng)傳輸協(xié)議4.2移動互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議4.2.2新興的互聯(lián)網(wǎng)傳輸協(xié)議雖然SCTP采用了4次握手機制，但為了解決延時數(shù)據(jù)移動的問題，SCTP允許把數(shù)據(jù)包含到COOKIE-ECHO和COOKIE-ACK報文中。SCTP通過運用多宿主（multi-homing）和多流（multi-streaming）功能提高其可用性。1）多宿主主機多宿主主機主要是指具有多個網(wǎng)絡(luò)接口的主機，用戶可以通過多個IP地址來訪問這臺主機。在TCP中，端到端的連接（connection）是指兩個端點之間的一個通道（這種情況下，就是兩臺主機的網(wǎng)絡(luò)接口之間的一個套接字）。SCTP引入了聯(lián)合（association），它也是存在于兩臺主機之間，但可以使用每臺主機上的多個接口進行協(xié)作。圖4-9表示TCP單接口連接與SCTP多接口聯(lián)合連接之間的對比。4.2移動互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議4.2.2新興的互聯(lián)網(wǎng)傳輸協(xié)議4.2移動互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議4.2.2新興的互聯(lián)網(wǎng)傳輸協(xié)議圖4-9（a）描述的是TCP連接，每個主機都只包含一個網(wǎng)絡(luò)接口；TCP的連接是在每個客戶端和服務(wù)端之間的單個接口之間建立的。同時在連接建立時，就被綁定到了每個接口上。而根據(jù)圖4-9（b），與上面的TCP不同，SCTP每臺主機上都包含兩個網(wǎng)絡(luò)接口。通過兩個不同網(wǎng)絡(luò)分別提供兩條路徑，一條是從接口C1到S1，另外一條是從接口C2到S2。在SCTP中，這兩條路徑可以合并到一個聯(lián)合中。SCTP內(nèi)置的心跳包（heartbeat）機制可以用來監(jiān)視聯(lián)合的路徑。當SCTP檢測到某條路徑失效時，協(xié)議就會通過另外一條路徑來發(fā)送通信數(shù)據(jù)。高層的應(yīng)用程序一般對此類故障恢復(fù)的發(fā)生幾乎不會察覺。SCTP這一特性的優(yōu)點是可以提高傳輸?shù)目煽啃?，實現(xiàn)故障轉(zhuǎn)移。例如，對于包含以太網(wǎng)接口和無線802.11接口的筆記本電腦，如果筆記本電腦的位置相對固定，則用戶更傾向于使用高速的以太網(wǎng)接口［在SCTP中稱為主地址（primaryaddress）］；但是當固定位置的連接出現(xiàn)丟失情況時（如離開了固定位置），連接可自動遷移到無線接口上。在返回固定位置時，以太網(wǎng)連接會被重新檢測到，通信就可以在這個接口上恢復(fù)，而不必像TCP那樣只能斷開連接，每次還需要重新建立新的連接。4.2移動互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議4.2.2新興的互聯(lián)網(wǎng)傳輸協(xié)議2）多流在數(shù)據(jù)傳輸方面，SCTP連接與TCP連接有一定相似之處，但相對于TCP面向字節(jié)流的傳輸，SCTP能夠?qū)崿F(xiàn)在其某個聯(lián)合中支持多流機制。對于SCTP，它的各個聯(lián)合中的所有流都是獨立的，但均與該聯(lián)合相關(guān)，如圖4-10所示。4.2移動互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議4.2.2新興的互聯(lián)網(wǎng)傳輸協(xié)議4.2移動互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議4.2.2新興的互聯(lián)網(wǎng)傳輸協(xié)議對于SCTP的各個聯(lián)合，每個數(shù)據(jù)流都設(shè)定一個流編號并被編碼到SCTP報文中，通過聯(lián)合在網(wǎng)絡(luò)上傳送。多流非常重要，因為阻塞的流（如等待重傳的流會導(dǎo)致報文的丟失）不會影響同一聯(lián)合中的其他流。而對于面向字節(jié)流的TCP非常容易出現(xiàn)這類阻塞問題。多流特性傳輸數(shù)據(jù)時還可以為高層應(yīng)用層提供更好的響應(yīng)性。例如，當Web客戶機從服務(wù)器上請求一個文件時，HTTP往往在相同套接字上共享控制和數(shù)據(jù)，服務(wù)器通過相同的連接將這個文件發(fā)回給客戶機。多流的HTTP服務(wù)器可以提供更好的交互能力，因為在聯(lián)合中各單獨的流上可以處理多個請求。這種功能可以并行化響應(yīng)，盡管速度不一定會更快，但可以同時加載HTML和圖像映像，從而表現(xiàn)出更好的響應(yīng)性。4.2移動互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議4.2.2新興的互聯(lián)網(wǎng)傳輸協(xié)議SCTP是一個新型的傳輸層協(xié)議，它在2000年10月成為一個RFC規(guī)范。然后進入所有的主流操作系統(tǒng)，包括GNU/Linux、BSD和Solaris。在MicrosoftWindows操作系統(tǒng)上也有第三方的商業(yè)包可以使用。在獲得高可用性的同時，應(yīng)用程序也逐漸開始采用SCTP作為自己的主要傳輸機制。FTP和HTTP之類的傳統(tǒng)應(yīng)用程序也已經(jīng)在SCTP的特性基礎(chǔ)上進行了構(gòu)建。其他一些協(xié)議也正在開始使用SCTP，如會話初始化協(xié)議（sessioninitiationprotocol，SIP）和通用通道信號系統(tǒng)7（SS7）。在商業(yè)領(lǐng)域中，用戶可以在Cisco的IOS（互聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)）中設(shè)置關(guān)于SCTP的應(yīng)用。隨著SCTP被吸納到2.6版本的Linux內(nèi)核中，用戶可以構(gòu)建并部署高可用性、高可靠性的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序。作為一種基于IP的協(xié)議，SCTP不但可以無縫地替換TCP和UDP，而且擴展了很多新服務(wù)，如多宿主、多流，并對安全性也有了很大的提高。4.3

移動互聯(lián)網(wǎng)中的其他傳輸機制4.3移動互聯(lián)網(wǎng)中的其他傳輸機制當前TCP/IP已然成為事實上的Internet標準協(xié)議，但就傳輸層而言，現(xiàn)行的TCP在處理流量控制方面還不是特別適應(yīng)無線通信領(lǐng)域，主要原因在于TCP無法區(qū)分網(wǎng)絡(luò)擁堵造成的丟包和信道傳輸錯誤造成的丟包，而將其一律視為發(fā)生了網(wǎng)絡(luò)擁堵，進而降低發(fā)送速率，結(jié)果造成物理信道帶寬的嚴重浪費，尤其是在無線移動通信和衛(wèi)星微波通信領(lǐng)域。一些新興傳輸層協(xié)議在無線環(huán)境應(yīng)用的性能上有所提升，但在兼容性上不夠成熟。然而，結(jié)合無線局域網(wǎng)及移動互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的相對局域性及封閉性，部分改進傳輸機制對于相應(yīng)移動網(wǎng)絡(luò)環(huán)境也具有一定適用性。4.3移動互聯(lián)網(wǎng)中的其他傳輸機制4.3.1無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中改進的傳輸機制在無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，為了減輕網(wǎng)絡(luò)中各種因素對TCP性能的負面影響，往往會需要改進一些傳輸機制。常見的主要有顯式通知和擁塞檢測機制。其中顯式通知主要是顯式地將當前網(wǎng)絡(luò)狀況（基于速率的顯式流控制傳輸）或丟包的原因發(fā)送給發(fā)送端，使發(fā)送端采取相應(yīng)措施進而減輕網(wǎng)絡(luò)中的擁塞或丟包情況。擁塞檢測機制是指在連接的前向和反向兩個方向上精準可靠地檢測擁塞（如無線顯式擁塞控制協(xié)議中綜合網(wǎng)絡(luò)狀況設(shè)定擁塞標記）。1.基于速率的顯式流控制傳輸基于速率的顯式流控制傳輸屬于帶有顯式通知的傳輸機制，通常根據(jù)速率調(diào)節(jié)傳輸流量。它依靠如同路由器一類的網(wǎng)絡(luò)組件監(jiān)測當前網(wǎng)絡(luò)的擁塞情況，并使用顯式控制信息通知傳輸發(fā)送端。4.3移動互聯(lián)網(wǎng)中的其他傳輸機制4.3.1無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中改進的傳輸機制此類傳輸方式中每個分組的IP數(shù)據(jù)包報頭中均帶有準確的擁塞信息，數(shù)據(jù)報傳輸中所途經(jīng)的路由器均可以修改報頭的擁塞信息，用于準確表示數(shù)據(jù)傳輸速率。網(wǎng)絡(luò)中的各個中間節(jié)點決定當前與相鄰節(jié)點之間的帶寬，同時為網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流計算公平的本地帶寬。中間節(jié)點在所接收發(fā)送的數(shù)據(jù)包中設(shè)置準確的速率信息，進而不斷確定傳輸至接收節(jié)點所有數(shù)據(jù)流中瓶頸處的最小帶寬。傳輸過程中每個節(jié)點檢查它能夠提供給這個流的速率信息是否比當前包頭中指定的速率低。如果低，則在轉(zhuǎn)發(fā)包之前將包頭中的速率換成較低的值。在此轉(zhuǎn)發(fā)過程中瓶頸速率被報告給接收節(jié)點。包到達接收節(jié)點后，瓶頸速率會被復(fù)制并反饋給數(shù)據(jù)傳輸起點的確認包，顯式地通知起點。這一可以被修改的IP數(shù)據(jù)包的頭信息稱為流控制包頭。它一般含有兩種不同的速率信息：準確速率ER和當前速率CR。ER記錄一個數(shù)據(jù)流被允許的最大傳輸速率，它在發(fā)送節(jié)點處被初始化為當前傳輸速率，并在傳輸過程中被中間節(jié)點修改用來通知可能的速率減少。每一個中間節(jié)點保存當前流的CR來計算它們應(yīng)該被分到的帶寬。4.3移動互聯(lián)網(wǎng)中的其他傳輸機制4.3.1無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中改進的傳輸機制這一傳輸機制的優(yōu)勢在于：一方面，有了這個機制，中間路由器不會提供多余的帶寬給一個流使用。另一方面，當發(fā)送節(jié)點被允許把它的速率提升至當前水平以上時會得到通知。盡管在基于速率的顯式流控制傳輸機制中發(fā)送端節(jié)點被允許通過來自接收節(jié)點的反饋信息來調(diào)整發(fā)送速率，但是當反饋丟失（如發(fā)生路由失敗情況）時，發(fā)送端節(jié)點還是可能會使網(wǎng)絡(luò)進入擁塞。因此，基于速率的顯式流控制傳輸機制在傳輸層設(shè)置了安全窗口機制，即發(fā)送節(jié)點發(fā)送的包的數(shù)量都必須限制在安全窗口內(nèi)，發(fā)送節(jié)點不允許發(fā)出比安全窗口多的未被應(yīng)答的數(shù)據(jù)包。但是，安全窗口只是對包的傳輸進行限制，減少當反饋丟失時發(fā)送節(jié)點可能帶來的無謂流量，同時該機制不支持數(shù)據(jù)重傳?；谒俾实娘@式流控制傳輸機制主要的問題在于會導(dǎo)致額外的復(fù)雜度及在傳輸?shù)闹虚g節(jié)點上的額外開銷，如存儲流狀態(tài)信息，速率分配計算及對分組進行標記。如果網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點上有較多高速流通過，計算開銷就顯得非常夸張。因此，該機制的適用范圍有一定限制，它不適用于大范圍的廣域網(wǎng)，僅適用于小范圍的無線移動網(wǎng)。4.3移動互聯(lián)網(wǎng)中的其他傳輸機制4.3.1無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中改進的傳輸機制2.無線顯式擁塞控制協(xié)議無線顯式擁塞控制協(xié)議（WXCP）是對有線網(wǎng)絡(luò)XCP（通用校準協(xié)議）進行的一定優(yōu)化。盡管XCP與TCP在一些基本概念上存在共同點，XCP仍然與標準TCP不兼容，該協(xié)議使用明確的反饋和多重擁塞標記。為避免對最高可用帶寬的探測，它在中間節(jié)點中計算這些反饋信息。每個啟用了無線顯式擁塞控制協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點使用的擁塞標記是綜合的本地可用帶寬、本地隊列長度和平均鏈路層重傳次數(shù)，最后一條特別用于幫助探測一個數(shù)據(jù)流對當前節(jié)點自身的干擾，即屬于同一個流的包在同一個沖突域中競爭傳輸媒介。綜合反饋是由本地帶寬、本地隊列長度和平均鏈路層重傳次數(shù)3個標記函數(shù)確定，任意標記函數(shù)的權(quán)重都對其產(chǎn)生一定影響。擁塞控制即基于這一綜合反饋來進行。4.3移動互聯(lián)網(wǎng)中的其他傳輸機制4.3.1無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中改進的傳輸機制而公平控制在WXCP中是與擁塞控制分開處理的。擁塞控制按照上述綜合反饋的指示進行，而公平控制基于包頭中包含的數(shù)據(jù)流信息。因為不同連接的流量需求不同，所以WXCP中的公平控制試圖達到時間公平而不是流量公平。c4.3移動互聯(lián)網(wǎng)中的其他傳輸機制4.3.1無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中改進的傳輸機制WXCP一方面是基于窗口的方法，同時也整合部分基于速率的元素。當網(wǎng)絡(luò)較差時，發(fā)送節(jié)點可以由默認的基于窗口的控制機制轉(zhuǎn)換成較慢的基于速率的控制機制，如果不切換，基于窗口的發(fā)送節(jié)點法可能會不允許更進一步的包發(fā)送，因為會出現(xiàn)小的擁塞窗口、丟失ACK或者重復(fù)的ACK事件。這稱為搜索狀態(tài)，允許發(fā)送節(jié)點不斷地檢測當前丟包形式?；谝陨洗翱诘膫鬏敼芾頇C制可能帶來的問題是，當某一時間點收到很多確認包時，相應(yīng)的發(fā)送節(jié)點會瞬間進入一個發(fā)送爆發(fā)期，即接下來有大量數(shù)據(jù)包被允許發(fā)送。為了緩和數(shù)據(jù)包爆發(fā)的問題，WXCP基于速率思想引入了一種節(jié)拍機制，即在窗口管理中設(shè)定一個最大發(fā)送閾值，記為M個包。假設(shè)當下的擁塞窗口大小為w。當w<M時，照常按照窗口機制發(fā)送。當w>M時，即進入控制發(fā)送階段，取上一次測到的往返時間RTT，則以勻速w/RTT發(fā)送。當再次收到被正常處理的數(shù)據(jù)包應(yīng)答時，其他數(shù)據(jù)包由控制發(fā)送階段轉(zhuǎn)入窗口模式進行發(fā)送。4.3移動互聯(lián)網(wǎng)中的其他傳輸機制4.3.2蜂窩網(wǎng)絡(luò)中改進的傳輸機制蜂窩網(wǎng)絡(luò)是TCP研究和提出改進方法最多的網(wǎng)絡(luò)模型，當前針對蜂窩網(wǎng)絡(luò)常見的傳輸改進機制有TCP分段連接（如以移動主機為控制中心的傳輸協(xié)議MCP）、延遲確認法及純鏈路層解決方案等。MCP(mobilehostcontrolprotocol)是指移動互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中以移動主機為控制中心的傳輸層協(xié)議。MCP將以發(fā)送端為中心的傳輸層協(xié)議和以接收端為中心的傳輸層協(xié)議進行有機結(jié)合，將移動主機作為控制中心，由移動主機控制整個傳輸過程。在無線局域網(wǎng)中，當從固定主機端向移動主機進行數(shù)據(jù)傳輸時，采用以接收端為中心的控制機制；而當從移動主機向固定主機端進行數(shù)據(jù)傳輸時，則采用以發(fā)送端為中心的控制機制。蜂窩網(wǎng)絡(luò)（英語：Cellularnetwork），又稱移動網(wǎng)絡(luò)（mobilenetwork）是一種移動通信硬件架構(gòu)，分為模擬蜂窩網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字蜂窩網(wǎng)絡(luò)。由于構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)覆蓋的各通信基地臺的信號覆蓋呈六邊形，從而使整個網(wǎng)絡(luò)像一個蜂窩而得名。常見的蜂窩網(wǎng)絡(luò)類型有：GSM網(wǎng)絡(luò)（有些國家叫pcs-1900）、CDMA網(wǎng)絡(luò)、4G網(wǎng)絡(luò)、FDMA、TDMA、PDC、TACS、AMPS等。知識拓展4.3移動互聯(lián)網(wǎng)中的其他傳輸機制4.3.2蜂窩網(wǎng)絡(luò)中改進的傳輸機制1.MCP采取移動主機為中心的數(shù)據(jù)發(fā)送機制與傳統(tǒng)TCP中運用的DATA-ACK機制，即發(fā)送端主動發(fā)送數(shù)據(jù)包，接收端在收到數(shù)據(jù)包時發(fā)送相應(yīng)的確認信息ACK，發(fā)送端收到ACK后，根據(jù)ACK信息判斷網(wǎng)絡(luò)狀況，采取適當?shù)乃俾世^續(xù)發(fā)送的方法有所不同，MCP將移動主機作為中心點，當移動主機作為數(shù)據(jù)發(fā)送端時，采用傳統(tǒng)的TCP的DATA-ACK機制；當移動主機作為接收端時，則采用REQ-DATA機制，即由移動主機主動發(fā)送數(shù)據(jù)請求包，發(fā)送端在收到請求包之后，根據(jù)其中的要求進行發(fā)送。4.3移動互聯(lián)網(wǎng)中的其他傳輸機制4.3.2蜂窩網(wǎng)絡(luò)中改進的傳輸機制2.MCP的連接建立過程傳統(tǒng)TCP的連接建立是通過3次握手過程實現(xiàn)的。MCP的連接建立也通過3次握手過程實現(xiàn)，只是在第一次連接建立的過程中，移動主機要向固定主機指明此次連接采用的控制機制。若移動主機作為發(fā)送端，則在連接建立的過程中告知接收端使用DATA-ACK機制；當移動主機作為接收端時，則會在連接建立的過程中指明采取以接收端為中心的REQ-DATA控制機制。4.3移動互聯(lián)網(wǎng)中的其他傳輸機制4.3.2蜂窩網(wǎng)絡(luò)中改進的傳輸機制3.MCP的優(yōu)勢MCP中作為控制中心的移動主機可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況判斷丟包原因，然后根據(jù)不同的丟包原因采取不同的丟包恢復(fù)策略，從而可以避免TCP由于缺少丟包原因檢測機制而造成的傳輸性能下降。移動主機可以根據(jù)多樣化的無線鏈路狀況采取不同的擁塞控制策略，克服了TCP使用單一擁塞控制策略的弊端，從而更好地適應(yīng)不同的無線鏈路。MCP在處理移動主機切換時相較于傳統(tǒng)的TCP也有一定優(yōu)勢，傳統(tǒng)TCP在切換過程中發(fā)送數(shù)據(jù)包失敗時只能等待超時重傳，同時觸發(fā)丟包恢復(fù)機制，這樣不但使原AP（網(wǎng)絡(luò)接入點）中緩存的數(shù)據(jù)包失效，而且浪費了傳輸時間。在MCP中，移動主機作為控制中心能夠在第一時間判斷切換是否完成，并主動請求發(fā)送端重傳丟失的數(shù)據(jù)包，從而提高了傳輸性能。4.3移動互聯(lián)網(wǎng)中的其他傳輸機制4.3.2蜂窩網(wǎng)絡(luò)中改進的傳輸機制4.MCP的流量控制及丟包恢復(fù)策略傳統(tǒng)TCP在發(fā)送端維護擁塞窗口(cwnd)和慢啟動門限(ssthresh)兩個變量，以完成流量控制。MCP的流量控制機制與傳統(tǒng)TCP基本相同，不同之處是當移動主機作為接收端時，擁塞窗口與慢啟動門限兩個參數(shù)要在接收端進行維護。在傳統(tǒng)TCP中，當發(fā)送端收到重復(fù)的ACK（通常是連續(xù)3個相同序號的ACK包）時，就認為發(fā)生丟包，從而采用快速重傳機制，進入慢啟動階段。在MCP中，作為接收端的移動主機如果發(fā)現(xiàn)接收包序號連續(xù)3次發(fā)生亂序，就認為發(fā)生丟包，此時接收端主動發(fā)送一個重傳請求包，要求發(fā)送端重發(fā)丟失的數(shù)據(jù)包。為了將重傳請求包與數(shù)據(jù)請求包加以區(qū)別，在請求包頭加入loss字段和rtxno字段。如果是重傳請求包，就將包頭loss字段設(shè)置成1，然后將rtxno字段設(shè)置成請求重發(fā)的數(shù)據(jù)包序號。若是正常的數(shù)據(jù)請求包，則包頭的loss字段就設(shè)置成0。4.3移動互聯(lián)網(wǎng)中的其他傳輸機制4.3.3移動自組織網(wǎng)絡(luò)傳輸機制移動自組織網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議（ATP）運用了嚴格標準的擁塞控制機制區(qū)分網(wǎng)絡(luò)擁塞與網(wǎng)絡(luò)斷開，只需要來自接收端節(jié)點的有限的反饋。移動自組織網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議的中間節(jié)點不需要計算各數(shù)據(jù)流的狀態(tài)變量。所有節(jié)點計算經(jīng)過它們的所有數(shù)據(jù)包的延遲時間的指數(shù)平均數(shù)。該延遲時間指的是一個數(shù)據(jù)在當前節(jié)點的本地隊列中的等待時間及數(shù)據(jù)包在被傳輸前的等待時間。延遲時間的值與數(shù)據(jù)包所在的數(shù)據(jù)流無關(guān)。在移動自組織網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議中，如果當前節(jié)點處計算所得延遲值比包頭中的延遲大，它將由轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包向前捎帶。最終數(shù)據(jù)包傳輸路徑上的最大延遲時間就被傳送給了接收節(jié)點。接收節(jié)點綜合這一信息，然后將它反饋給發(fā)送節(jié)點?；诮邮展?jié)點所提供的信息，發(fā)送節(jié)點可以調(diào)整其發(fā)送速率。為了在一個新的連接建立初期找到一個好的速率，發(fā)送節(jié)點發(fā)送一個探測包，沿著中間節(jié)點路徑收集網(wǎng)絡(luò)當前的狀態(tài)信息。4.3移動互聯(lián)網(wǎng)中的其他傳輸機制4.3.3移動自組織網(wǎng)絡(luò)傳輸機制為保