自适应网络通信协议与系统的优化方案

### 自适应网络通信协议与系统的优化方案 在网络通信领域，尤其是在有损链路的环境下，TCP 协议的性能优化一直是研究的重点。同时，应用级组播服务的高效实现也是提升分布式计算性能的关键。下面将详细介绍两种解决方案：扩展 TCP HACK 协议和自适应通信系统（ACS）。 #### 扩展 TCP HACK 协议 传统 TCP 协议在有损链路上存在效率问题，而现有的一些需要 PEPs 的机制也有诸多弊端。因此，TCP HACK 协议作为一种改进方案受到关注，对其进行改进后得到扩展 TCP HACK 协议。 ##### 设计要求 开发新 TCP 协议的目标是解决有损链路中 TCP 效率问题，新协议应具备以下特点： - 具备某些特定的增强功能，如对特定数据包的处理和确认机制。 - 能够应对数据包丢失和损坏的情况，确保数据的可靠传输。 - 适应不同的网络环境和传输条件，提供灵活的传输策略。 ##### 扩展 TCP HACK 原理 TCP HACK 中，当接收方收到数据损坏但头部未损坏的数据包时，会从头部恢复序列号并发送包含该序列号的特殊 ACK 包。但由于返回路径可能存在丢包，特殊 ACK 可能丢失，导致发送方只能等待超时。 扩展 TCP HACK 借鉴 TCP SACK 的结构，在 TCP 接收方添加 s_buffer，将从损坏数据包中恢复的序列号存入其中。在 HACK 特殊 ACK 选项中，确认 s_buffer 中保存的所有序列号。若最后一个特殊 ACK 丢失，发送方可以从下一个特殊 ACK 中获取序列号并重新传输损坏的数据包。 TCP HACK 引入了两个选项：Header Checksum 选项和 Header Checksum ACK 选项。扩展 TCP HACK 对第一个选项不做更改，对第二个选项进行了扩展，特殊 ACK 的包长度可变，选项中的序列号可以有多个。 | 选项类型 | 详细信息 | | ---- | ---- | | Header Checksum 选项 | Kind=14，Length=4，包含 TCP 头部和伪 IP 头部的 1 的补码校验和 | | 扩展 Header Checksum ACK 选项 | Kind=16，Length 可变，包含多个 32 位的损坏段序列号 | ##### 具体修改 - **TCP 发送方修改**：发送段时，先检查是否启用头部校验和选项。若未启用，按正常 TCP 流程处理；若启用，则计算该段的头部校验和并放入头部校验和选项，然后继续正常 TCP 流程。 ```mermaid graph TD; A[发送段] --> B{头部校验和选项启用?}; B -- 否 --> C[按正常处理]; B -- 是 --> D[计算头部校验和]; D --> E[将头部校验和放入选项]; E --> F[继续正常 TCP 流程]; ``` - **TCP 接收方修改**：接收数据包时，先使用标准校验和检查数据包完整性。若有错误，使用头部校验和检查头部是否损坏。若头部未损坏，执行以下操作： 1. 从数据包头部恢复序列号。 2. 将序列号保存到 s_buffer。 3. 向发送方发送包含 s_buffer 中所有序列号的特殊 ACK。 ```mermaid graph TD; A[接收数据包] --> B{数据包是否损坏?}; B -- 否 --> C[按正常 TCP 处理]; B -- 是 --> D{头部是否损坏?}; D -- 是 --> E[丢弃数据包]; D -- 否 --> F[恢复序列号]; F --> G[保存序列号到 s_buffer]; G --> H[发送特殊 ACK]; ``` - **ACK 处理修改**：发送方收到 ACK 时，先检查是否有 HACK 选项（选项 15）或扩展 HACK 选项（选项 16）。若不是特殊 ACK，按正常 TCP 处理；若是选项 15 的特殊 ACK，按 TCP HACK 处理；若是选项 16 的特殊 ACK，执行以下操作： 1. 从特殊 ACK 选项中提取所有序列号。 2. 选择性地重新传输这些数据包。 3. 丢弃特殊 ACK，不再进一步处理。 ```mermaid graph ```