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NGN传输协议的研究
 
慧聪网   2006年4月7日13时51分   信息来源:人民邮电报    

  NGN的精髓在于网络融合。一方面,各种现有的电信网、计算机网和广播电视网都通过网关和TCP/IP网相连,TCP/IP网成为沟通桥梁,是NGN的核心;另一方面,NGN中的TCP/IP网不再是传统的互联网,而且必须考虑各种综合业务的要求,采用新技术和新的协议标准。 因此,近年来信息通信领域也越来越关注传输层网络传输协议的发展。

  传统的互联网只能“尽力而为”地为用户传递信息,当业务流量很高、网络资源相对短缺时,服务质量就会比较低劣。下一代互联网要提供电信级的服务,就必须提供一定的服务质量保证。QoS管理既要保证网络的服务质量,使用户满意,又要保证网络资源的利用率,使网络运营商满意。

  而传输层对端到端的QoS有直接影响。当前互联网传输层的网络传输协议主要是传输控制协议(TCP协议)和用户数据报协议(UDP协议)。因为本身的特性,TCP协议不适合使用在实时业务中。因此,实时业务的开发者都使用UDP协议在互联网上传输数据。但由于UDP没有任何拥塞避免控制算法,因而会对网络造成大危害。这样,UDP的广泛使用就会如同互联网上的一匹脱缰野马,很容易导致网络过载和高丢包率,还会大量侵占带宽。因此,基于UDP的应用须增加相应的控制机制,做到与TCP应用公平地分享网络资源,使网络具有较高的利用率和较低的丢包率。这就是SallyFloyd等人提出的TCP友好(TCP-friendly)控制机制的概念。

  TCP友好控制机制主要分成两类:基于TCP的慢增快减(AIMD)窗口机制和基于建模的TCP友好控制机制。基于AIMD控制机制的协议的优势在于工作原理以及稳定性、公平性等特性已经被大家所熟识,实现非常简单。但它的缺陷在于发送速率变化大,应用流的突发性强、抖动大。基于建模的友好控制机制,一方面可以使实时多媒体流根据丢失事件的发生调整发送速率;另一方面,它的应用流量也不会因为单个包的丢失而将速率减半造成抖动,只是在多个连续的丢失事件发生后才将速率减小为一半,比较适合实时媒体流的流量控制。

  TCP改进算法很难处理大幅增加的使用UDP的业务,这些业务产生的数据流同样需要拥塞控制。而互联网电话、视频流和在线游戏等产生长时间的UDP数据的应用数量在稳定增长。如果没有拥塞控制,会给网络带来威胁。IETF公布了一个新的传输层协议草案——数据报拥塞控制协议(DC?CP),并成立了专门的工作组进行研究。DC?CP在UDP的基础上,增加了流控和拥塞控制机制,使数据报协议能够更好地用于流媒体业务的传输。

  DCCP是IETF提出取代UDP的新传输协议,用来传输实时业务。它是一个可以进行拥塞控制的非可靠传输协议,并同时提供多种拥塞控制机制,在通信开始时由用户进行协商选择。除预留和自定义方式外,目前DCCP定义了两种拥塞控制机制:TCP-Like和TFRC。TCP-Like类似TCP的AIMD机制,而TFRC是TCP友好的速率控制机制。

  建立、维护和拆卸不可靠连接的数据流以及对不可靠性数据流进行拥塞控制,是DCCP主要提供的两大功能。实时业务需要快速且低开销的传输协议,要使包头带来的开销和终端处理的工程量尽量小。因此,DCCP尽可能做到简单合理、低延迟和快速响应,避免提供更高层的传输功能。DCCP没有TCP的可靠性和顺序发送的特性。基于单播的应用功能也被涵盖在DCCP中。

  DCCP的主要特色如下:

  ——有确认的不可靠数据报流。使用Data和DataAck两种数据流的数据传输,Data是纯数据,DataAck可以既有数据又有确认信息。

  ——可靠性协商。包括合适的拥塞控制协商、拥塞控制协商算法。

  ——拥塞控制标记(CCID)。每个CCID说明了它的终端是如何对ECN报告进行回应的。如CCID2:TCP-like机制、CCID3:TFRC机制(TCP友好控制机制)。

  ——半连接。这使得两台主机间可以使用两个半连接来连接,并使用不同的拥塞控制机制。

  ——多重连接和移动通信中的应用。DCCP提供多重连接。在连接过程中可以通知对方地址或者端口的改变。当移动端点得到新的地址后,它从新地址发送DCCP-Move包给固定端点,然后固定端点使用新的地址改变连接状态。此外,DCCP使用一个缓存来取代TCP的探测帧,这样减少了网络开销。

  DCCP是被提出解决互联网中不可靠流的方法。它也引起了无线通信的兴趣,因为无线工业标准面临着在第3代移动通信系统上支持多媒体业务的要求。而最初的评估已经展开,以便能够迅速地反馈给设计过程,并增加人们理解未来应用和无线技术对于未来传输协议的需求。

  此外,DCCP合并了ECN和ECNNonce的拥塞控制,具有最大路径传送单元(MTU)的发现机制;清晰的连接建立和中止过程,对于连接的建立和拆除有着可靠的握手过程;服务器可以拒绝任何没有确认信息的连接尝试或者是本已结束的连接尝试。

  尽管DCCP当前仍有很多问题,例如,协议应该同时支持IPv4和IPv6;在安全性方面,有关DCCP是否可以在传输安全管理协议上取代UDP还需探讨;DCCP和RTP(实时传输协议)的关系也还须进一步研究,但DCCP协议草案的提出为希望使用一种协议同时提供多种传输服务的应用展现了一种新的服务模式,对未来网络中传输协议的研究及对多媒体应用的支持提供了一个新的切入点。
 
作者:聂荣,雷振明 
 
 
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