无线网络中TCP性能方案的分类

TCP（传输控制协议）是互联网协议套件中的主要协议之一。它位于应用层和网络层之间，用于提供可靠的通信服务。TCP是一种面向连接的通信协议。

在本文中，我们将探讨那些旨在提升TCP在无线通信中性能的方案。要理解这些方案的工作原理，就需要具备一些关于TCP的基本知识。

用于最后一跳网络的TCP改进可以分为两类：

• 与连接管理相关的处理方法，这些方法可以进一步分为：
  • 分片连接（I-TCP、METP等）
  • 端到端连接（冻结TCP、TCPW、JTCP等）
• 与无线信号损失相关的方法，这些方法可以进一步分为：
  • 本地化功能（包括Snoop、支持SACK的Snoop、SNACK-NS等）
  • 明确通知（ECN、ELN、EBSN等）

分离连接

TCP在基站与移动主机以及固定主机之间被分为两个部分。

• FH-MH = FH-BS + BS-MH
• 如果存在多个无线连接，那么就需要建立超过两个的TCP连接。

工作：

1. 间接TCP是最早使用这种方法的协议之一。
2. TCP连接被分为三个部分。移动主机和固定主机分别位于两端，而移动支持路由器则位于中间位置。
3. MSR是一种位于基站内部的路由器，它充当固定主机与移动主机之间的“信使”角色。它负责将数据包从固定主机传输到移动主机。
4. 这一过程有助于减少与拥塞相关的问题。当出现此类问题时，该机制可以阻止数据包继续传播到固定网络中。此外，在传输错误或数据包丢失的情况下，该机制同样能够阻止数据包进入固定网络。

优点：

• BS-MH协议可以在考虑无线特性的前提下进行优化。
• 能够本地恢复无线连接的丢失情况。由于无线连接中的RTT较短，因此其传输速度比普通的TCP协议要快。
• 允许MH以较小的干扰程度移动到新的单元格中。

缺点：

• 端到端的自主性受到了破坏。
• 如果BS发生崩溃，那么所有数据都将永久丢失。
• 由于状态转移的原因，Handoff的延迟时间较长。
• 由于每个TCP连接都需要使用缓冲区，因此这种机制并不易于扩展。因此，需要采用智能缓冲技术来应对这种情况。
• 在BS端，数据的复制行为会进一步发生。
• 会增加端到端的延迟。
• 无法与IPSec一起使用。

端到端连接

它用于提升系统的性能，通过在同一时间窗口内快速重新传输丢失的数据包来实现这一点。与Fast Retransmit和Fast Recovery方式相比，这种方式不会造成管道资源的消耗。

工作：

• 这并不依赖于中间节点。只需修改实际使用的协议，同时注意保持无线特性不变即可。
• 发送方和接收方都试图找出导致数据包丢失的原因。
  • 在发送端，会收到基于RTT、窗口大小以及丢包模式的统计信息。
  • 在接收方：如果接收方确定需要发送通知，那么就会向发送方发送通知。
• 在收到通知或自行评估后，发送方会采取相应的措施：如果检测到拥塞情况，就会减少拥塞窗口的大小；如果数据包的丢失是由于错误导致的，那么发送方会重新发送丢失的数据包。

对TCP协议的改进正是基于这一理念来实现的：

• NACK（否定确认）：NACK是一种发送方的优化机制，它会在TCP头部增加一个额外的字段，用于标记所接收到的损坏数据包的存在。这样一来，即使同一窗口内存在多个损坏的数据包，系统仍然会尽快重新传输该损坏的数据包。
• SACK（选择性确认）：在这个过程中，接收方首先收集到最多三个没有错误的数据包。之后，它将这些数据包传输给发送方，以便进一步处理。

优点：

• 它的可扩展性非常高。
• 端到端的语义得到了保留。
• 它能够有效处理拥堵问题以及与无线传输相关的损失。
• 可以在没有任何网络支持的情况下实现这一功能。
• 它可以与 IPSec 协议一起使用。

缺点/不利因素:

• 实现端到端的连接是非常困难的。
• 目前还没有发挥出应有的效果。流量模式经常发生变化。

本地化

这种本地化方法被用于提升在无线环境中使用链路层传输技术的TCP协议的性能。这是一种与无线技术相关的、用于改善TCP性能的方法。

工作：

• 这种方法可以将无线连接隐藏起来，不让发送方察觉。通过这种方式，可以拥有关于无线连接的本地记忆，从而在传播延迟较短的情况下实现快速恢复。
• 该本地化方法采用基础段技术来最小化无线错误的影响。它限制了TCP的响应行为，使其主要只在出现拥塞时才会进行响应。
• BS会存储那些未被确认的数据包。如果收到确认消息，那么该数据包就会被移除。如果通过重复确认来检测到数据包丢失的情况，那么……
  • 如果找到了该数据包，那么请丢弃重复的确认信息，然后重新发送该数据包。
  • 如果找不到该数据包，那么就需要转发重复的确认消息，并将其标记为拥塞情况。
• 为了避免对TCP传输造成干扰
  • 请正确设置计时器。
  • 限制链路层中的重传次数。
• 当采用本地化方法时，它非常有用。
  • TCP的重新传输时间很长。
  • 它提供按顺序的配送服务。

优点：

• 在这个过程中，部署过程非常简单。
• 端到端的自主性得到了保持。
• 有效地减少了网络拥塞和无线信号传输中的损耗。

缺点：

• 移动性较低。
• 可扩展性问题是由于基站数量过多而导致的。

明确通知/明示通知

“明确通知方法”是一种与无线网络中的丢包问题相关的技术，其目的是提升TCP在无线网络中的性能。

工作/运作:

• 这种方法的依据是：中间节点更了解导致数据包丢失的原因。
• 现在我们已经知道，理想的TCP行为应该是……
  • 为应对拥堵情况，减少拥堵窗口的时间长度。
  • 当数据包的丢失是由于某种错误导致的时，可以简单地重新传输这些丢失的数据包。
• 接收方会将通知发送给发送方，而发送方则通过路由器来接收该通知。根据所报告的损失情况，发送方会采取相应的行动。
• 对于这种处理方式来说，有很多不同的设计方案可供选择。这些方案的选择取决于是谁来发送通知、通知的发送方式如何，以及通知的内容应该如何被解读。

优点：

• 在处理数据包丢失的问题时，效果非常出色。
• 具有极高的可扩展性
• 可以处理加密后的数据包。

缺点：

• 部署过程非常困难。
• 2. 如果路径经常发生变化，则会导致失败。