[论文解读] Decoupling Control from Data for TCP Congestion Control

H. T. Kung|ArXiv.org|Oct 21, 1999

Network Traffic and Congestion Control参考文献 50被引用 10

一句话总结

本文提出了一种新颖的TCP解耦方法，通过在相同路径上建立独立的TCP连接来调节传输速率，从而在不通过TCP传输数据流的情况下应用TCP拥塞控制。该方法将拥塞控制与错误控制解耦，使多媒体流媒体和无线网络等应用能够有效利用TCP的速率自适应能力，同时避免TCP的重传开销。

ABSTRACT

Many applications want to use TCP congestion control to regulate the transmission rate of a data packet stream. A natural way to achieve this goal is to transport the data packet stream on a TCP connection. However, because TCP implements both congestion and error control, transporting a data packet stream directly using a TCP connection forces the data packet stream to be subject to TCP's other properties caused by TCP error control, which may be inappropriate for these applications. The TCP decoupling approach proposed in this thesis is a novel way of applying TCP congestion control to a data packet stream without actually transporting the data packet stream on a TCP connection. Instead, a TCP connection using the same network path as the data packet stream is set up separately and the transmission rate of the data packet stream is then associated with that of the TCP packets. Since the transmission rate of these TCP packets is under TCP congestion control, so is that of the data packet stream. Furthermore, since the data packet stream is not transported on a TCP connection, the regulated data packet stream is not subject to TCP error control. Because of this flexibility, the TCP decoupling approach opens up many new opportunities, solves old problems, and improves the performance of some existing applications. All of these advantages will be demonstrated in the thesis. This thesis presents the design, implementation, and analysis of the TCP decoupling approach, and its successful applications in TCP trunking, wireless communication, and multimedia streaming.

研究动机与目标

• 解决TCP错误控制干扰仅需拥塞控制的应用的问题。
• 使应用能够从TCP的拥塞控制中获益，而无需承担TCP可靠性机制的开销。
• 设计一种将传输速率控制与实际TCP上的数据传输解耦的系统。
• 在TCP隧道、无线通信和多媒体流媒体等实际应用中展示该方法。

提出的方法

• 在与数据流相同的网络路径上建立独立的TCP连接，以监控和控制速率。
• 利用控制TCP连接的往返时间（RTT）和吞吐量推断可用带宽。
• 将数据流的传输速率映射为与控制TCP连接速率一致。
• 通过观察控制连接的拥塞窗口和RTT实现速率自适应。
• 确保数据流不通过TCP传输，从而避免重传和超时。
• 将控制连接的行为作为网络容量可用性的代理，用于调节数据流。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在不通过TCP连接传输数据的情况下，将TCP拥塞控制应用于数据流？
• RQ2 哪些机制可以实现拥塞控制与TCP错误控制机制的解耦？
• RQ3 独立的TCP连接能否准确反映可用于数据流速率控制的可用带宽？
• RQ4 该解耦方法在多媒体流媒体和无线网络中如何提升性能？
• RQ5 该方法在现实应用中具有哪些实际部署优势？

主要发现

• TCP解耦方法成功使数据流继承TCP的拥塞控制行为，同时不受TCP重传和错误恢复机制的影响。
• 在TCP隧道中，该方法通过避免多个TCP连接的开销，提高了吞吐量并降低了延迟。
• 在无线网络中，该方法通过将错误控制与速率控制解耦，减少了重传引起的抖动，并改善了端到端延迟。
• 在多媒体流媒体中，该方法通过避免TCP重传引起的突发，实现了更平滑的播放并更好地利用了可用带宽。
• 该方法在有线和无线环境中均表现出更优性能，吞吐量和延迟降低均有显著提升。