MPTCP多路径传输协议的研究与实现

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MPTCP多路径传输协议的研究与实现

研究

一、什么是MPTCP

1. 增加带宽利用率：通过同时利用多个路径，MPTCP可以将数据流量分散到不同的网络路径上，从而提高整体的带宽利用率。
2. 提高传输速度：通过利用多个路径进行并行传输，MPTCP可以提供更高的传输速度，特别是在高延迟或高丢包率的网络环境下。
3. 增强可靠性：MPTCP可以在一个或多个路径发生故障时继续传输数据，从而提高传输的可靠性和鲁棒性。
   MPTCP在许多场景下都有应用，例如移动通信、数据中心、无线网络等。它为多路径传输提供了一种灵活且高效的解决方案，能够充分利用现有网络基础设施，提供更好的性能和可靠性。
   

二、MPTCP的实现模型

三、MPTCP的架构体系

主要组成

进一步细分

四、MPTCP的拓展功能有什么

四、拥塞控制怎么解决

方法

算法

常见的

采用的

1. Uncoupled_TCPs（未耦合的TCPs）：这个术语指的是在MPTCP中，每个子流（TCP连接）可以独立地进行拥塞控制和流量控制。每个子流有自己的拥塞窗口和流量控制窗口，它们之间没有共享信息或协调。这种方式被称为未耦合的TCPs，因为子流之间的拥塞控制和流量控制是独立进行的。
2. TCPsLinked_Increases（链接增长）：在MPTCP中，当多个子流共享同一拥塞点时，它们需要协调拥塞窗口的增长。TCPsLinked_Increases表示在这种情况下，子流之间链接增长的机制。当一个子流的拥塞窗口增大时，它会通知其他子流逐渐增加它们的拥塞窗口，以实现公平的带宽分配。
3. RTT_Compensator（往返时延补偿器）：往返时延（Round Trip Time，RTT）是MPTCP中一个重要的衡量指标，它表示数据从发送方到接收方并返回发送方所需要的时间。RTT_Compensator是用于补偿不同子流之间的RTT差异的机制。它可以根据不同子流的RTT，动态地调整发送和接收的时机，以确保各个子流的传输进程相对平衡。
4. Fully_Coupled（完全耦合）：完全耦合是MPTCP中一种特定的模式，其中所有的子流共享相同的拥塞窗口和流量控制窗口。这意味着它们之间共享拥塞控制和流量控制信息，并通过协调和调整拥塞窗口来实现公平的资源分配和负载均衡。完全耦合模式可以提供更好的公平性和整体性能，但也可能在某些情况下导致复杂性和延迟增加。

五、数据包乱序到达怎么解决

方法

算法

实现

开源代码

调试 Kashif-Nadeem / ns-3-mptcp

TMPDIR=${TMPDIR:-/tmp}

TMPFILE=mktemp -t $(basename ${2}).XXXXXX

ME=$(basename $0)echo“$ME $(basename ${2}) to ${1}”

${TMPFILE}.tex

调试mkheirkhah/mptcp

下代码

运行

学代码

自己标了一点mptcp.cc文件的注释

/* –– Mode:C++; c-file-style:“gnu”; indent-tabs-mode:nil; –– /
/

• This program is free software; you can redistribute it and/or modify
• it under the terms of the GNU General Public License version 2 as
• published by the Free Software Foundation;
• This program is distributed in the hope that it will be useful,
• but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
• MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the
• GNU General Public License for more details.
• You should have received a copy of the GNU General Public License
• along with this program; if not, write to the Free Software
• Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA 02111-1307 USA
• Author: Morteza Kheirkhah m.kheirkhah@sussex.ac.uk
  */
  

using namespace ns3;

NS_LOG_COMPONENT_DEFINE(“MpTcpBulkSendExample”);

}

可视化

ns3可视化工具

实测

NetAnim

其他

调试multipath-ns3.13

有bug，不维护

调试lip6-mptcp/ns3mptcp

看不懂

调试汇总

学习[附件7]

mpTopology.cc

是一个在 802.11ad WiGig 和 WiFi 环境中的 NS-3 仿真项目

代码中包含两个子流，分别在 Wi-Fi 和 60GHz 802.11ad 上工作

涉及了拥塞控制算法和数据包重排序算法

拥塞控制算法

拥塞控制算法通过设置lSocket->SetCongestionCtrlAlgo来选择，默认是使用了Uncoupled_TCPs，即不同的子流（subflow）之间相互独立进行拥塞控制。这意味着每个子流都维护自己的拥塞窗口和拥塞控制算法状态，并独立地进行拥塞控制，而不考虑其他子流的拥塞状况。耦合的拥塞控制算法（Coupled Congestion Control）则是指多个子流共享一个拥塞控制状态，它们共同决定拥塞窗口大小和拥塞控制策略。耦合的拥塞控制算法可以更好地利用网络资源，但也需要更复杂的协调和控制。

数据包重排序算法

IPv4 地址

命令行参数

模拟的参数和变量

网络堆栈和 TCP 协议栈

网络堆栈是一个软件模块，用于处理网络通信的各个层级。 它负责处理网络协议、数据包的传输和路由、错误检测和校正等功能。网络堆栈通常由多个协议栈组成，其中最常见的是 TCP/IP 协议栈。 TCP 协议栈是网络堆栈中的一个重要组成部分，负责处理传输控制协议（TCP）相关的功能。 TCP 是一种可靠的、面向连接的协议，用于在网络上可靠地传输数据。TCP 协议栈实现了 TCP 协议的各种功能，包括连接建立、数据分段和重组、流量控制、拥塞控制等。 将网络堆栈和 TCP 协议栈安装到节点中的目的是为了使节点能够进行网络通信。 通过在节点上安装网络堆栈和 TCP 协议栈，节点可以与其他网络上的节点进行通信，发送和接收数据。这对于构建和实现各种网络应用和服务是必要的。 在计算机网络中，节点可以是计算机、服务器、路由器或其他网络设备。通过安装网络堆栈和 TCP 协议栈，这些节点能够参与网络通信，并遵循 TCP/IP 协议栈的规范进行数据传输。 

MpInternetStackHelper

InternetStackHelper

MpTcpL4Protoco

MpTcpL4Protocol 是 MPTCP（Multi-Path TCP）协议的传输层实现。在 ns-3（Network Simulator 3）中，MpTcpL4Protocol 是一个类，用于模拟 MPTCP 协议在传输层的行为。

MpTcpL4Protocol 类继承自 ns3::TcpL4Protocol 类，它实现了 MPTCP 协议的核心功能，包括多路径连接的建立、维护和数据传输等。MpTcpL4Protocol 提供了一种在 ns-3 中模拟 MPTCP 的方式，使得用户可以在仿真环境中研究、分析和评估 MPTCP 协议的性能和特性。

使用 MpTcpL4Protocol，可以在 ns-3 中创建 MPTCP 连接，并模拟多个路径上的数据传输。它支持路径选择、子流管理、拥塞控制等关键机制，以满足 MPTCP 在真实网络中的行为。同时，MpTcpL4Protocol 还提供了配置参数和函数接口，使用户可以自定义和控制 MPTCP 连接的行为。

需要注意的是，MpTcpL4Protocol 是 ns-3 中的一个模拟实现，并非真实的 MPTCP 协议栈。它提供了一种方便的方式来研究和评估 MPTCP 在不同网络环境下的性能和特性，但在实际部署和生产网络中使用时，需要使用真实的 MPTCP 协议栈。

向量 ipv4Ints

Ipv4InterfaceContainer 类型的向量 ipv4Ints，并使用 PointToPointHelper 创建了一些点对点链路，并为每个链路分配了 IP 地址

SetCongestionCtrlAlgo

创建了一个应用程序容器，并将应用程序添加到容器中，然后启动和停止应用程序。连接到服务器，并设置连接的回调、数据发送的回调、关闭连接的回调等。

SetPacketReorderAlgo函数

Eifel

辅助函数

定义了一些辅助函数，如连接成功、连接失败、写入数据直到缓冲区满等函数。

StartFlow

connectionSucceeded

connectionFailed

HandlePeerClose

HandlePeerError

CloseConnection

variateDelay

header.cc

代码中包含了以下类和函数：

MpTcpHeader：MPTCP 头部类，继承自 TcpHeader。它实现了 MPTCP 头部的序列化、反序列化和打印等功能。

TcpOptions：TCP 选项基类，用于定义 TCP 头部中的选项。

OptMultipathCapable：MPTCP 多路径能力选项，表示发送端支持 MPTCP 的多路径能力。

OptJoinConnection：MPTCP 连接加入选项，表示接收端请求加入 MPTCP 连接。

OptAddAddress：MPTCP 添加地址选项，表示添加一个新的地址到 MPTCP 连接。

OptRemoveAddress：MPTCP 移除地址选项，表示从 MPTCP 连接中移除一个地址。

OptDataSeqMapping：MPTCP 数据序列映射选项，用于映射数据序列号和子流序列号。

OptTimesTamp：MPTCP 时间戳选项，用于传输时间戳信息。

OptDSACK：MPTCP D-SACK 选项，表示重复选择确认。

这些类和函数实现了 MPTCP 头部的相关功能，包括选项的添加、序列化、反序列化和打印等。这些功能可以用于在 ns-3 中模拟和分析 MPTCP 协议的行为和性能。

mp-tcp-l4-protocol.cc

MpTcpL4Protocol 的实现文件。它包含了一些头文件和命名空间的声明，以及 MpTcpL4Protocol 类的成员函数的实现。

在这个文件中，实现了 MpTcpL4Protocol 类的构造函数、析构函数、接收数据包的方法 Receive()、发送数据包的方法 SendPacket()，以及一些其他的辅助函数。

MpTcpL4Protocol 类是 ns-3 中用于实现 MPTCP 的传输层协议的类。它继承自 TcpL4Protocol 类，并重写了其中的一些方法，以支持 MPTCP 头部和选项的解析、生成和处理。

这个文件中还包含了一些辅助的类和函数的实现。它们用于处理数据包的路由、封装和解封装等操作，以及一些日志输出和错误处理的逻辑。

整个文件的目的是实现 MpTcpL4Protocol 类，为 MPTCP 提供传输层协议的功能和接口。这些功能和接口可以被其他的 ns-3 模块和应用程序使用，以实现 MPTCP 的模拟和分析。

mp-tcp-typedefs.cc

DSNMapping类用于表示数据序列号映射。它有一个默认构造函数和一个带参数的构造函数，还有一个析构函数。该类包含了一些成员变量和方法，用于存储和处理数据映射信息。

DataBuffer类用于表示数据缓冲区。它有两个构造函数和一个析构函数。该类包含了一些成员变量和方法，用于对数据进行读取和写入操作。

MpTcpStateMachine类用于表示MP-TCP协议的状态机。它有一个构造函数和一个析构函数。该类包含了一些成员变量和方法，用于状态转换和事件处理。

MpTcpSubFlow类用于表示MP-TCP的子流。它有一个默认构造函数和一个带参数的构造函数，还有一个析构函数。该类包含了一些成员变量和方法，用于控制子流的行为和状态。

mp-tcp-socket-base.cc

定义了一个名为MpTcpSocketBase的命名空间，其中包含了一些类的定义和实现。

MpTcpSocketBase类继承自TcpSocketBase类，它是一个基于MP-TCP协议的Socket类。它有一个默认构造函数和一个带参数的构造函数，还有一个析构函数。该类包含了一些成员变量和方法，用于控制MP-TCP连接的行为和状态。

GetMaxSubFlowNumber()

函数用于获取子流的最大数量。

SetMaxSubFlowNumber()

函数用于设置子流的最大数量。

GetMinSubFlowNumber()

函数用于获取子流的最小数量。

SetMinSubFlowNumber()

函数用于设置子流的最小数量。

SetLossThreshold()

函数用于设置丢包阈值。

SetPacketReorderAlgo()

函数用于设置包重新排序算法。

SetNode()

函数用于设置节点。

GetNode()

函数用于获取节点。

SetMpTcp()

函数用于设置MP-TCP协议。

getL3MTU()

函数用于获取层3的MTU。

getBandwidth()

函数用于获取带宽。

Listen()

函数用于开始监听连接。

Connect()

函数用于发起连接。

Copy()

函数用于复制一个新的MpTcpSocketBase对象。

~MpTcpSocketBase()

函数是类的析构函数。

StartTracing()

函数用于开始跟踪指定名称的跟踪源

CwndTracer()

函数用于跟踪拥塞窗口的变化

printEvent()

函数用于打印事件名称

printAction()

函数用于打印动作名称

printState()

函数用于打印状态名称

用于实现快速重传和快速恢复功能。

DupAck()

函数用于处理重复的ACK报文。当连续收到三个相同的ACK报文时，触发快速重传和快速恢复操作。

Bind()

函数用于分配一个endPoint给该socket。

Binding()

函数用于绑定socket和本地地址。

SendBufferedData()

函数用于发送缓冲区中的数据。

FillBuffer()

函数用于向发送缓冲区中填充数据。 函数首先输出一些日志信息，然后调用发送缓冲区的Add函数将数据添加到发送缓冲区中，并返回添加的字节数量

Retransmit()

SetReTxTimeout()

ProcessAction

ProcessAction

getAckedSegment

NewACK

ProcessEvent

SendEmptyPacket

SendAcknowledge

allocateSendingBuffer

函数用于分配发送缓冲区的内存空间。根据指定的大小，创建一个大小为size的DataBuffer对象。

allocateRecvingBuffer

函数用于分配接收缓冲区的内存空间。根据指定的大小，创建一个大小为size的DataBuffer对象。

SetunOrdBufMaxSize

函数用于设置无序缓冲区的最大大小。将参数size赋值给成员变量unOrdMaxSize。

Recv

ForwardUp

函数用于处理从底层传输层收到的数据包。首先获取数据包的源地址和目的地址，然后查找对应的子流。接下来，从数据包中解析出MP_TCP头部信息，并调用ProcessHeaderOptions函数处理头部中的选项。最后，根据处理后的动作调用ProcessAction函数处理数据包。

InitiateSubflows

函数用于初始化子流。遍历本地地址和远程地址，对于每对地址，生成一个SYN报文并发送。报文中包含JOIN选项，指定远程地址的token和本地地址的ID。最后，通过调用m_mptcp->SendPacket函数发送报文。

ReadUnOrderedData

函数用于处理无序数据。遍历未排序数据列表unOrdered，对于每个数据段，如果其数据序号小于等于nextRxSequence并且子流序号等于当前子流的接收序号，则将数据添加到接收缓冲区中，并更新相关的序号和最高确认号。然后发送累积确认，并通知数据接收。最后从unOrdered中删除已处理的数据段。

ProcessOption

函数用于处理MP_TCP头部中的选项。当前只处理DSACK选项，当收到DSACK选项时，遍历每个子流的未确认数据列表mapDSN，对于每个数据段，检查其数据序号是否在DSACK选项的范围内。如果是，则认为该数据段已经被确认，将其从mapDSN中删除，并增加相应的确认计数。

OpenCWND

SetCongestionCtrlAlgo

用于设置拥塞控制算法，参数ccalgo是一个枚举类型CongestionCtrl_t，用于表示具体的拥塞控制算法。该函数通过将参数赋值给成员变量m_algoCC来设置拥塞控制算法。函数使用了宏NS_LOG_FUNCTION_NOARGS来记录函数调用，但没有接受任何参数。

SetDataDistribAlgo

用于设置数据分发算法，参数ddalgo是一个枚举类型DataDistribAlgo_t，用于表示具体的数据分发算法。该函数通过将参数赋值给成员变量m_distribAlgo来设置数据分发算法。函数同样使用了宏NS_LOG_FUNCTION_NOARGS来记录函数调用，但没有接受任何参数。