[[alternative]]A novel protocol UDCP for improving fairness and maintaining the high-speed transmission rate of UDP

碩士[[abstract]]近年來隨著網際網路的快速發展，越來越多的網路應用逐漸出現，尤其在頻寬快速成長的結果之下，網路多媒體的應用越來越豐富與多元。隨著需求的改變，網際網路的傳輸協定也日漸多樣化，現在的網際網路世界已經非常的複雜，許許多多協定共存著，在多協定共存的情況下各傳輸協定間如何相處就成了一個十分大的問題。 在研究網路傳輸協定的共存問題時不外乎就是兩個重點－公平性與效率，而這兩項重點基本上就是一種矛盾的存在，在傳統的傳輸協定中將公平性發揮的較為完好的就是傳輸控制協定(Transmission Control Protocol ,TCP)，在該協定中為了避免大量的傳輸造成網路環境的阻塞與破壞，所以建立了擁塞控制機制(Congestion Control)，不過在建立這像機制的同時確會導致傳輸的過程中會自我設限，導致效率降低。另一方面在效率的部分則是用戶數據報協定(User Datagram Protocol, UDP)表現的較為優良，不過由於該協定不會調整自身傳輸速率，所以會有頻寬掠奪上的問題，相對於TCP來說，UDP是十分不公平但卻快速的協定。在過去UDP的不公平也許不是太大的問題，因為使用比例不大，但隨著頻寬的快速發展與網路多媒體的普及應用，造成了UDP的使用比例的快速上升，TCP使用者的頻寬被大量掠奪，為此網際網路工程任務組(Internet Engineering Task Force, IETF)提出了數據擁塞控制協定(Datagram Congestion Control Protocol , DCCP)。然而這個協定雖然改善了公平性上的問題，但在模擬測試上卻發現它太過友善，這將會導致我們在需要UDP的高速傳輸特性時無法使用DCCP取代UDP，所以我們希望找到一個方法去改善UDP的公平性但又同時保持高速傳輸的特性。 在這篇論文中我們提出用戶數據報控制協定(User Datagram Control Protocol, UDCP)，是基於UDP演變而成的，在傳統的UDP中加入控制流量的方法，最後分析與證明UDCP是具有公平性與高速傳輸特性的網路傳輸協定。[[abstract]]In recent years, with the rapid development of Internet, more and more network applications gradually emerged, especially in the bandwidth grow that cause multimedia applications become popular. With the change in demand, Internet transport protocols are increasingly diverse. Now, many protocol co-exist in Internet. So different protocol how co-exist is an important problem. Two emphasis in how network transport protocols to coexist is Fairness and Efficiency, But Fairness and Efficiency is basically a contradiction exists, In tradition transmission protocols, the Transmission Control Protocol (TCP) is fairest. It has a congestion control mechanism that can avoid network environment be destroyed. But it will decreased efficiency. In other hand, User Datagram Protocol (UDP) is most efficient but it has a problem about plunder bandwidth. Relative to TCP, UDP is very unfair but fast protocol. In the past, UDP user plunder bandwidth is not serious problems because UDP user is much smaller than other protocol user. With multimedia applications become popular, the problem is began to seriously. Bandwidth of TCP user is been a lot of plundered, so Internet Engineering Task Force (IEFT) provided Datagram Congestion Control Protocol (DCCP) to solve this problem. But we found DCCP is too friendly, this feature cause DCCP can''t replace UDP to doing high-speed transmission. We hope to find the way to improving fairness and maintaining the high-speed transmission rate. In this paper, we provide User Datagram Control Protocol (UDCP), it is evolved based on UDP. Adding controller to UDP. Finally, we Analysis and proof the UDCP has fairness and maintaining the high-speed transmission rate.[[tableofcontents]]第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 動機與目的 2 1.3 論文章節架構 4 第二章 相關研究與背景資料 5 2.1 Transmission Control Protocol 5 2.1.1 TCP NewReno 9 2.1.2 TCP CUBIC 12 2.2 User Datagram Protocol 14 2.3 Datagram Congestion Control Protocol 18 2.4 Jain’s Fairness Index 18 2.5 研究問題 20 第三章UDCP機制 21 3.1 User Datagram Control Protocol 21 3.2 控制機制 22 3.2.1 傳輸控制 23 3.2.2 狀態控制 25 3.2.3 流程圖 26 3.3 協定分析 27 3.4 協定程式碼大綱 31 第四章 模擬結果與效能分析 33 4.1 模擬內容 33 4.2 多重連線模擬與分析 33 4.2.1 模擬環境與情境 33 4.2.2 數據與分析 36 4.3 雙連線模擬與分析 46 4.3.1 模擬環境與情境 47 4.3.2 數據與分析 49 4.4 主要貢獻 59 第五章 結論與未來展望 60 參考文獻 61 圖 2.1 三向交握流程 6 圖 2.2協定不公平問題示意圖 9 圖 2.3 AIMD概念示意圖 10 圖 2.4 NewReno的cwnd曲線圖 12 圖 2.5 BIC的cwnd曲線 13 圖 2.6 Cubic的cwnd曲線 14 圖 2.7 UDP與TCP網路資源分配圖 16 圖 2.8 少量UDP用戶情境的資源分配圖 17 圖 2.9 大量UDP用戶情境的資源分配圖 17 圖 3.1 傳送端流程圖 26 圖 3.2接收端流程圖 27 圖 3.3 正常環境的參數區線圖 29 圖 3.4 惡劣環境的參數區線圖 30 圖 3.5 環境瞬間不穩的參數曲線圖 31 圖 3.6控制端程式簡碼 32 圖 4.1 多重連線模擬環境 34 圖 4.2 (a) 五條路徑皆使用TCP的分析圖 37 圖 4.2 (d) 四條路徑使用TCP、一條路徑使用UDP的分析圖 38 圖 4.2 (c) 四條路徑使用TCP、一條路徑使用DCCP的分析圖 38 圖 4.2 (d) 四條路徑使用TCP、一條路徑使用UDCP的分析圖 39 圖 4.3 (a) 三條路徑使用TCP、兩條路徑使用UDP的分析圖 40 圖 4.3 (b) 三條路徑使用TCP、兩條路徑使用DCCP的分析圖 40 圖 4.3 (c) 三條路徑使用TCP、兩條路徑使用UDCP的分析圖 41 圖 4.4 (a) 兩條路徑使用TCP、三條路徑使用UDP的分析圖 42 圖 4.4 (b) 兩條路徑使用TCP、三條路徑使用DCCP的分析圖 42 圖 4.4 (c) 兩條路徑使用TCP、三條路徑使用UDCP的分析圖 43 圖 4.5 (a) 一條路徑使用TCP、四條路徑使用UDP的分析圖 44 圖 4.5 (b) 一條路徑使用TCP、四條路徑使用DCCP的分析圖 44 圖 4.5 (c) 一條路徑使用TCP、四條路徑使用UDCP的分析圖 45 圖 4.6 多重連線模擬環境 48 圖 4.7 (a) DCCP與TCP，RTT為300的分析圖 53 圖 4.7 (b) DCCP與UDP，RTT為300的分析圖 53 圖 4.7 (c) UDCP與TCP，RTT為300的分析圖 54 圖 4.7 (d) UDCP與UDP，RTT為300的分析圖 54 圖 4.7 (e) DCCP與TCP，RTT為400的分析圖 55 圖 4.7 (f) DCCP與UDP，RTT為400的分析圖 55 圖 4.7 (g) UDCP與TCP，RTT為400的分析圖 56 圖 4.7 (h)UDCP與UDP，RTT為400的分析圖 56 圖 4.7 (i) DCCP與TCP，RTT為500的分析圖 57 圖 4.7 (j) DCCP與UDP，RTT為500的分析圖 57 圖 4.7 (k) UDCP與TCP，RTT為500的分析圖 58 圖 4.7 (l)UDCP與UDP，RTT為500的分析圖 58 圖 4.7 吞吐量分析圖 (a)~(l) 58 表 4.1第一組別模擬結果分析 37 表 4.2第二組別模擬結果分析 39 表 4.3第三組別模擬結果分析 41 表 4.4第三組別模擬結果分析 43 表 4.5 RTT= 300的數據 51 表 4.6 RTT =400的數據 51 表 4.7 RTT= 500的數據 52 表 4.8 各指標總表 52[[note]]學號: 601470023, 學年度: 10