Разработка, реализация и анализ производительности модифицированного транспортного протокола

Предмет исследования и актуальность работы. Компьютерные коммуникационные системы, представляющие собой сети передачи информации, играют очень важную роль в современном мире и являются одним из важнейших направлений научно-технического прогресса в настоящее время. Сети передачи данных — распределенная система, процессы передачи информации в которой координируются посредством коммуникационных протоколов.

Для упрощения структуры большинство сетей организуются в наборы уровней, каждый последующий из которых возводится над предыдущим. Целью каждого уровня является предоставление определенных сервисов для вышестоящих уровней. Каждому уровню соответствуют правила и соглашения, используемые в общении машин в сети на данном уровне и называемые протоколом этого уровня. Набор уровней и соответствующих им протоколов называется архитектурой сети.

Существуют два важных архитектурных типа — эталонные модели OSI и TCP/IP [13, 15, 42, 43, 87, 108]. Наибольшее распространение на практике получила архитектура, основанная на TCP/IP. В рамках ТСРЯР системы в сети разделяются на конечные системы, между которыми происходит обмен данными, называемые узлами сети, и промежуточные системы (маршрутизаторы), не являющиеся конечными или исходными точками обмена. Смежные системы в сети объединяются каналом, обеспечивающим возможность передачи информации между ними. Каналы имеют ряд характеристик, таких как пропускная способность, задержка передачи и надежность. В каждой точке подключения системы к каналу имеется буфер, позволяющий организовывать очередь данных, ожидающих отправки по этому каналу. Буферное пространство может быть выделено отдельно для каждого соединения, использующего рассматриваемый узел, но обычно оно является разделяемым ресурсом, как и пропускная способность. При передаче данных по сети возможна ситуация, называемая перегрузкой сети. Эта ситуация выражается в переполнении буферов и потерях информации и связана со слишком большой скоростью прибытия данных в систему, превышающей максимально возможную скорость отправки этих данных по следующему каналу, либо скорость обработки данных получателем.

Протокол транспортного уровня модели TCP/IP создан для того, чтобы одноранговые сущности на приемных и передающих узлах сети могли поддерживать связь друг с другом, т. е. транспортный уровень должен представлять протоколы, предлагающие сквозную передачу данных, доставляющие сообщения от источника адресату. Транспортный уровень модели TCP/IP может быть представлен как протоколом с установлением соединений, обеспечивающим надежную доставку данных, так и протоколом, работающим без установления соединения и не гарантирующим доставку данных получателю. Протокол первого типа представлен в TCP/IP протоколом TCP [34,72, 109].

TCP является протоколом с установлением соединения, т. е. он позволяет двум узлам сети, на каждом из которых выполняется алгоритм TCP, обмениваться информацией после установки между ними логического соединения. Данные, отправляемые источником, рассматриваются TCP как битовый поток, из которого формируются блоки конечной длины, называемые сегментами TCP или пакетами TCP. Эти сегменты передаются по сети получателю, который формирует исходную последовательность и передает ее своему пользователю, а также уведомляет отправителя о получении данных. Отправитель использует информацию, полученную в уведомлениях, для выявления необходимости повторной отправки потерянных сегментов и создания надежного канала передачи данных.

Протокол TCP имеет алгоритм управления потоком, цель которого — эффективно использовать имеющуюся пропускную способность соединения. В частности, во избежание перегрузки необходимо отправлять данные со скоростью, не превышающей наименьшую пропускную способность канала, участвующего в соединении, и скорость обработки данных получателем. На сегодняшний момент известен ряд недостатков алгоритма управления потоком TCP.

Наиболее существенными недостатками увеличение задержек при передаче данных в сетях с очередями большого размера, неполное использование пропускной способности канала в высокоскоростных сетях и сетях, использующих ненадежную среду передачи данных. Эти недостатки связаны с использующимися в TCP алгоритмами обнаружения перегрузки и борьбы с ней. TCP интерпретирует потерю сегмента как индикацию перегрузки, вследствие чего алгоритмы управления потоком и коррекции ошибок являются связанными, что приводит к неэффективной работе в сетях, использующих ненадежную среду передачи данных (например, в беспроводных сетях).

Для определения доступной пропускной способности TCP постоянно увеличивает скорость передачи данных, пока не происходит потеря сегмента. В надежных сетях потеря произойдет при достижении состояния перегрузки, так как очередь маршрутизатора, расположенного в самом «узком» участке сети окажется переполненной. При больших размерах очередей в момент переполнения очереди скорость отправки данных может в значительной степени превосходить доступную пропускную способность, также заполнение очереди большого размера приводит к существенному увеличению задержек при доставке новых данных вследствие увеличения времени пребывания сегментов в очередях маршрутизаторов.

Другой проблемой постоянно заполненных очередей являются множественные потери, происходящие из-за отсутствия свободного буферного пространства, необходимого для обработки приходящих данных, поступление которых носит всплесковый характер в силу использования протоколом TCP отправки данных всплесками в пределах окна.

Так как TCP реагирует на любую потерю сегмента уменьшением порогового значения в два раза, а рост размеров окна перегрузки после достижения порогового значения производится линейно, TCP неэффективен при работе в высокоскоростных сетях с большими значениями RTT (Round Trip Time, интервал времени между отправкой сегмента и получением подтверждения о его доставке), потому что даже незначительное количество ошибок в сети приводит к существенному недоиспользованию доступных ресурсов (см. [49]).

Разработка алгоритма управления потоком, лишенного этих недостатков, является темой большого числа исследований. В целом, алгоритмы борьбы с перегрузкой можно разделить на две категории: алгоритмы, использующие потерю в качестве индикатора перегрузки (в англоязычной литературе они обозначаются loss-based), и алгоритмы, использующие для контроля перегрузки темпоральные характеристики потока (например, RTT) (в англоязычной литературе они обозначаются delay-based). Также проводятся исследования, направленные на создание гибридных алгоритмов, сочетающих в себе черты алгоритмов обоих типов. Ярким примером подобного алгоритма является разработанный в Microsoft Research алгоритм Compound TCP [123].

Большинство исследований, целью которых является улучшение характеристик TCP, направлены на улучшение характера изменения размера окна перегрузки в высокоскоростных сетях, разработку проактивных схем избежания перегрузки, более эффективную обработку потери сегмента, предполагающую более быстрое восстановление скорости передачи данных. В исследованиях, направленных на улучшение работы TCP в беспроводных сетях [39,47, 53, 61, 95], применяются способы определения доступной пропускной способности сети для более быстрого восстановления после мультипликативного сброса путем более гибкого манипулирования пороговым значением медленного старта. Однако предложенные модификации в целом оставляют алгоритм управления потоком AIMD (Additive Increase/Multiplicative Decrease, алгоритм аддитивного увеличения и мультипликативного сброса) и не предлагают проактивных схем борьбы с перегрузкой, что приводит к переполнениям очередей маршрутизаторов, «искусственным» потерям и неконтролируемым задержкам.

Проактивные алгоритмы борьбы с перегрузкой основаны на измерении задержек при доставке данных. Классическим примером проактивного алгоритма является TCP Vegas [37]. Такие алгоритмы в своем большинстве полагаются для измерения задержек на RTT. Использование данного индикатора может привести к некорректным выводам, так как в составлении значений RTT участвует время передачи данных по прямому маршруту, а также время передачи подтверждения по обратному маршруту. Алгоритм, использующий RTT, вынужден иметь дело с такими явлениями, как отложенная отправка подтверждений. Также он не в состоянии отличить задержки, произошедшие из-за пребывания сегмента с данными в очередях маршрутизаторов в прямом направлении передачи данных, от задержек, вызванных пребыванием сегмента с подтверждением в очередях маршрутизаторов в обратном направлении передачи данных. Таким образом, эти алгоритмы могут неверно интерпретировать перегрузку в обратном направлении передачи данных, вызываемую действиями других соединений, как собственную перегрузку, борьба с которой приведет к неэффективному использованию доступной пропускной способности сети (см. [88]).

Другим слабым местом многих проактивных алгоритмов избежания перегрузки, а также алгоритмов, направленных на оценку доступной пропускной способности, является использование пороговых значений задержки (таких, как BaseRTT (базовое значение RTT, смотри, например, [37])). Неправильный выбор порогового значения может существенно повлиять на работу таких алгоритмов (см. [65, 85, 124]).

Большинство алгоритмов, направленных на работу в высокоскоростных сетях, [49, 62, 80, 116, 133] модифицируют характер изменения размеров окна, делая его в определенных ситуациях более агрессивным. Для достижения пропускной способности сети они используют способ, схожий с применяемым в стандартном TCP, и не контролируют рост задержек. В надежных сетях с чрезмерной буферизацией это может вылиться в значительное увеличение RTT и неэффективное использование канала.

Отдельно стоит выделить исследования, направленные на борьбу с перегрузкой в протоколах более низких уровней, чем транспортный, использующих явное уведомление о перегрузке (Explicit Congestion Notification, ECN [110]) для взаимодействия с транспортным протоколом. Эти исследования посвящены активному управлению очередями (Active Queue Management, AQM). Активное управление очередями может помочь избежать неконтролируемого роста задержек при передаче данных в транспортном протоколе, однако реализация поддержки ECN не должна замещать наличие эффективного алгоритма управления потоком данных, а лишь дополнять его, поэтому задача создания такого алгоритма актуальна.

Из вышесказанного можно заключить, что TCP обладает рядом недостатков, а существующие модификации TCP не предлагают их комплексного решения. К тому же зачастую они имеют собственные проблемы. Вследствие этого имеется необходимость модернизации TCP, а задачу создания эффективного алгоритма управления потоком данных, применимого для совместимого с TCP транспортного протокола, нельзя считать решенной.

Цели работы. Цель диссертационной работы — предложить комплексное решение для преодоления недостатков TCP, разработав совместимый с TCP протокол, не имеющий проблем, присущих существующим модификациям. Совместимость с TCP в данном случае подразумевает возможность прозрачной замены TCP на разрабатываемый протокол для приложений, использующих TCP, без необходимости какой-либо модернизации этих приложений и возможность возврата к использованию TCP на этапе установки соединения в случае, если один из участников соединения не поддерживает новый протокол. Создание нового протокола, названного TCP TIPS, предусматривает разработку алгоритма управления потоком данных, предлагающего проактивную схему избежания перегрузки и разделяющего логику управления скоростью передачи и логику коррекции ошибок.

Перед разрабатываемым алгоритмом поставлены следующие требования: высокий коэффициент использования пропускной способности сети, минимизация задержек при передаче данных (посредством минимизации роста длин очередей маршрутизаторов), высокая эффективность работы в ненадежных (с большой вероятностью потери сегмента) сетях и в сетях с частой сменой маршрута передачи данных (причем различные маршруты могут иметь разное значение пропускной способности и задержки передачи данных), отсутствие проблем, характерных для алгоритмов, основанных на использовании RTT (невозможность отложенной отправки подтверждений, неверная индикация перегрузки при наличии перегрузки в направлении, обратном направлению передачи данных). Также при использовании в сетях, содержащих потоки данных постоянной скорости, TCP TIPS должен уступать этим потокам необходимую долю пропускной способности сети при их появлении и занимать ее при их завершении, при этом не вызывая роста задержек передачи данных. Это требование накладывается на TCP TIPS для возможности его применения в сетях, передающих потоки данных, чувствительные к задержке (например, IP-телефония, IP-телевидение и др.). Такие потоки должны считаться высокоприоритетными, поэтому TCP TIPS должен уступать им требуемую долю пропускной способности сети, обеспечивая одновременно сервис надежной передачи данных, обладающий меньшим приоритетом, но эффективно использующий доступную долю пропускной способности.

Для изучения свойств и характеристик протокола TCP TIPS и сравнения его с TCP и различными модификациями TCP необходимо разработать имитационную модель сети, позволяющую проводить адекватные сравнительные эксперименты с участием TCP TIPS и различных модификаций TCP в рамках одной имитационной модели. Для решения этой задачи следует использовать заслужившие доверие, широко известные и проверенные на наличие ошибок средства симуляции. На роль такого средства хорошо подходит среда ns-2 [38, 71]. Одной из целей данной работы является реализация TCP TIPS в рамках данной модели, проведение имитационного моделирования для изучения свойств TCP TIPS в различных ситуациях, сравнение его поведения с поведением имеющихся модификаций TCP и анализ полученных результатов.

Стоит, однако, отметить, что моделирование, предоставляя возможность изучать количественные характеристики протоколов и делать статистически обоснованный вывод о различных качествах изучаемых протоколов, не дает гарантии полного анализа достижимых состояний. Для подобного анализа необходимо применять методы верификации. Верификация, основанная на полном анализе, затруднительна на практике для протоколов, обладающих большим количеством состояний, к каким относятся модификации TCP. Тем не менее, работы ИСП РАН [3, 5, 7, 32, 81, 82], в частности В. 3. Шнитмана, А. С. Косачева, А. К. Петренко, Н. В. Пакулина и др., позволяют заключить, что в настоящий момент осуществима на практике верификация достаточно сложных коммуникационных протоколов [4, 6].

Так как практический аспект очень важен при разработке нового протокола, необходимо рассмотреть возможность его реализации в операционных системах и исследовать возможные проблемы практического характера. Одной из целей диссертационной работы является изучение аспектов реализации TCP TIPS в ОС Linux, обладающей наиболее гибкой реализацией стека TCP/IP, и предложение варианта реализации протокола либо возможных путей по воплощению его компонентов.

Научная новизна и полученные результаты. Основные научные результаты диссертации состоят в следующем:

Разработан метод оценки доступной пропускной способности сети, использующий значения межсегментных интервалов, задаваемых на стороне отправителя и наблюдаемых на стороне получателя. Эти значения представляют собой темпоральные характеристики потока данных, схожие с используемыми в режиме «ускоренного старта» ARTCP [19, 20].

Разработан алгоритм управления потоком данных, применяющий этот метод и реализующий метод борьбы с перегрузкой, полностью основанный на анализе значений межсегментных интервалов. На базе этого алгоритма разработан совместимый с TCP в плане формата сообщений протокол TCP TIPS.

Разработана программная модель протокола TCP TIPS для симулятора ns-2, что позволило моделировать поведение протокола в сетях с различными характеристиками. Также наличие реализации в ns-2 позволило провести наряду с исследованиями поведения TCP TIPS в рамках единой программной модели эксперименты с участием ряда модификаций TCP и получить результат сравнительного анализа свойств этих протоколов и TCP TIPS.

На основании результатов экспериментов можно заключить, что TCP TIPS превосходит по коэффициенту использования пропускной способности сети большинство модификаций TCP, сохраняя при этом низкое значение задержки передачи данных. Его превосходство наиболее ярко выражено в ненадежных сетях и при частой смене маршрутов в сети. Также TCP TIPS реализует предъявленные к нему требования при работе с потоками, использующими фиксированную скорость передачи данных, и при наличии перегрузки в направлении, обратном направлению передачи данных.

Практическая ценность результатов. Разработанный алгоритм управления потоком данных не нуждается в наличии потерь пакетов для определения факта перегрузки, описанный метод вычисления доступной пропускной способности сети позволяет на раннем этапе обнаружить перегрузку и компенсировать ее наличие путем соответствующего снижения скорости передачи данных. Таким образом, возможно эффективное использование доступной пропускной способности сети, при котором потери пакетов не являются неизбежной частью управления потоком, не происходит чрезмерного накопления данных в очередях маршрутизаторов, снижается задержка передачи данных получателю.

Логическое разделение алгоритмов обнаружения перегрузки и обеспечения надежной доставки данных позволяет достигать хороших показателей использования доступной пропускной способности в сетях с ненадежной средой передачи данных.

Использование темпоральных характеристик потока, не зависящих от показателей обратного канала связи (в отличие от RTT), позволяет избежать проблем, присущих алгоритмам борьбы с перегрузкой, применяющим информацию о задержках для обнаружения перегрузки, таких как невозможность отличить перегрузку в сети при передаче данных от отправителя получателю от перегрузки, имеющейся в обратном направлении — от получателя — отправителю, необходимость мгновенной отправки подтверждения доставки данных (т.е. невозможность использования таких техник, как отложенная отправка подтверждений (delayed acknowledgment)).

Разработанный протокол TCP TIPS обеспечивает совместимость с TCP и возможность перехода к TCP в случае отсутствия поддержки TCP TIPS у одного из участников соединения без необходимости модификаций существующего прикладного программного обеспечения. TCP TIPS разработан таким образом, чтобы уступать долю пропускной способности сети потокам, требующим постоянной скорости передачи данных, что позволяет использовать его в сетях, содержащих потоки данных, требующие определенной доли пропускной способности и чувствительные к задержкам передачи данных. Практическая ценность полученных результатов заключается в создании совместимого с TCP протокола, эффективно использующего доступную пропускную способность в проводных, беспроводных и гетерогенных сетях, быстро адаптирующегося к динамичным изменениям характеристик сети и имеющего низкое значение задержек при передаче данных.

Методы моделирования протокола и анализ его характеристик. Для сравнения TCP TIPS с различными модификациями TCP необходимо определиться с характеристиками, которые требуется подвергнуть анализу. Качество работы протокола определяется скоростью передачи полезных данных и временем, необходимым для доставки новых данных. С первой величиной связаны такие характеристики, как коэффициент использования пропускной способности и коэффициент справедливости разделения ресурсов (fairness). Первая величина означает, насколько близка была скорость передачи данных к максимальной в течение определенного промежутка времени. Её можно определить как частное средней скорости передачи данных за определенный момент времени и пропускной способности канала. При проведении сравнительного анализа качества работы различных протоколов в сети с одинаковой пропускной способностью можно опустить значение пропускной способности и сравнивать средние скорости передачи данных, достигнутые каждым протоколом. Под скоростью передачи данных понимается не скорость отправки сегментов, а скорость доставки данных получателю. Таким образом, повторно переданные и потерянные сегменты не вносят вклад в расчет скорости передачи.

Коэффициент справедливости разделения ресурсов должен определять, насколько различаются доли пропускной способности сети, полученные каждым соединением. Для сравнения долей пропускной способности можно применять различные формулы. [86] предлагает рассчитывать коэффициент справедливости по формуле (1), дающей непрерывные значения от 1 до 1/п, где п — количество соединений, разделяющих канал. где Х[ - доля пропускной способности ьго соединения, п — число соединений.

Анализ задержек при передаче новых данных можно осуществлять с помощью ИТТ, используя максимальное и среднее его значения и сравнивая их с минимальным возможным ЮТ. Другой характеристикой для анализа задержки является длина очередей маршрутизаторов. Задержки могут определяться с помощью средней длины очереди маршрутизатора, расположенного на «узком» участке сети.

Моделирование протокола должно предоставить достаточное количество данных о его поведении в различных ситуациях, чтобы можно было проводить.

1) 1 анализ его свойств и сравнение характеристик. Для этого необходимо составить перечень испытаний, достаточных для получения требуемых данных, и формализовать модель, в рамках которой будут проводиться эти испытания.

Среда моделирования сетей пб-2 позволяет создавать сети с очень сложной топологией и динамическим изменением характеристик. Мы создадим минимальную топологию, необходимую для проведения испытаний, аналогичную предложенной в [2, 21]. Эта топология представлена на рисунке 1. Такая топология широко распространена в модельных и стендовых испытаниях [89, 90, 130, 134]. Сеть в ней представляет собой объединение двух ЛВС, в которых хосты соединены с маршрутизатором сети. Маршрутизаторы этих ЛВС соединены между собой каналом, представляющим разделяемый ресурс (также как и очереди маршрутизаторов). В модельных экспериментах мы будем устанавливать соединения между хостами из разных ЛВС, а наиболее узким участком сети будет канал между двумя маршрутизаторами.

Рисунок 1. Топология сети, используемой при моделировании.

Для получения достаточной информации о протоколе необходимо исследовать его поведение в изолированной среде (не имеющей трафика, порожденного деятельностью других протоколов) для определения его свойств. Причем требуются испытания, как в надежной сети, так и в сети, имеющей определенную вероятность появления ошибок при передаче данных (сети с потерями). Также необходимо изучить реакцию протокола на изменения доступной пропускной способности сети, вызванные деятельностью других протоколов, и реакцию на наличие трафика в обратном канале. Еще одним объектом для изучения является поведение протокола в условиях динамической смены ЯТТ и пропускной способности сети вследствие смены маршрута. Для проведения испытаний такого характера требуется сеть иной топологии, имеющей несколько маршрутов между участниками соединения. Пример такой топологии приведен на рисунке 2.

Рисунок 2. Топология сети, используемой при моделировании Апробация работы. Результаты работы докладывались на коллоквиумах Spring/Summer Young Researcher’s Colloquium on Software Engineering (SYRCoSE) (Екатеринбург, 2011 и Пермь, 2012), VIII международной научно-практической конференции «Современное состояние естественных и технических наук» (Москва, 2012), III международной научно-практической конференции «Научная дискуссия: вопросы физики, математики, информатики» (Москва, 2012), международной научно-практической конференции «Тенденции развития прикладной информатики» (Ярославль, 2012), семинаре по теоретической информатике Ярославского Государственного Университета (Ярославль, 2012), семинаре отдела «Технологий программирования» Института Системного Программирования РАН (Москва, 2012). Разработка поддержана грантом РФФИ 12−07−31 173-мола («Разработка, моделирование и анализ коммуникационных протоколов транспортного уровня с управлением потоком передачи данных, минимизирующим задержку»), грантом Федеральной Целевой Программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009;2013 годы, соглашение 14.132.21.1366 («Разработка, моделирование и анализ производительности транспортных протоколов в коммуникационных сетях»). Получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2 013 611 466 «Модуль протокола TCP TIPS для среды ns-2».

Содержание работы. В части 1 первой главы рассмотрены принципы и компоненты коммуникационных сетей, протокола транспортного уровня, необходимые для создания нового протокола и его модели, приведено описание принципов и алгоритмов TCP, заимствованных в TCP TIPS или заменяемых разрабатываемыми алгоритмами. В части 2 первой главы рассмотрены вопросы управления потоком данных в коммуникационном протоколе, представлены и проанализированы существующие решения.

Глава 2 содержит описание алгоритма оценки доступной пропускной способности сети, алгоритмов, используемых TCP TIPS. Там же описан формат применяемых TCP TIPS заголовков пакетов, приведено описание логики работы протокола.

В главе 3 описана реализация протокола для среды сетевого моделирования ns-2, рассмотрены вопросы его реализации в сетевой подсистеме ОС Linux. Результаты модельных экспериментов, их анализ и сравнение характеристик, показанных TCP TIPS, TCP и рядом модификаций TCP приведены в главе 4. В конце работы перечислены основные выводы.

Благодарности. Я очень благодарен своему научному руководителю профессору В. А. Соколову за возможность исследований в области коммуникационных протоколов транспортного уровня, постоянную поддержку и ценные советы. Хочу выразить признательность И. В. Алексееву за ответы на мои вопросы, касающиеся разработанного им протокола ARTCP. Я признателен Джиму Геттису (Jim Getty s) за привлечение всеобщего внимания к проблеме роста задержек при передаче данных в современных сетях. Хочется выразить признательность Дэвиду Вею (David (Xiaoliang) Wei) за его работу по портированию реализации модификаций TCP, представленных в Linux, в сетевой симулятор ns-2. Благодаря его вкладу, многие исследователи в области сетевых технологий имеют возможность использования в ns-2 таких протоколов, как TCP CUBIC, Compound TCP, TCP Westwood+ и др., и проведения модельных экспериментов с их участием.

Заключение

.

В данной работе приведено описание нового транспортного протокола TCP TIPS, основанного на TCP, но отличающегося от него в ряде ключевых аспектов. Как и ARTCP [19, 20], TCP TIPS осуществляет отправку данных сегментами, разделенными промежутками времени. TCP TIPS использует значения межсегментных интервалов времени, наблюдаемые получателем, для определения перегрузки. Построенная на анализе результатов данных измерений проактивная схема борьбы с перегрузкой позволяет добиться низких показателей средней длины очередей маршрутизаторов, что приводит в случае чрезмерно больших размеров очередей к существенному снижению задержек при передаче данных по сравнению со стандартным TCP. Также такая схема дает возможность избежать проблем, характерных для проакгивных алгоритмов борьбы с перегрузкой, использующих такие показатели, как RTT, как то: неверная индикация перегрузки при наличии перегрузки в обратном направлении передачи данных и неэффективное использование пропускной способности сети в сетях с динамической маршрутизацией, приводящей к периодическим изменениям RTT. Разделение логики управления потоком данных и коррекции ошибок позволяет добиться высокой эффективности работы протокола в сетях с большим количеством потерь.

Также в работе представлен алгоритм определения доступной пропускной способности сети на основе значений межсегментных интервалов, использование которого в TCP TIPS позволяет вычислить масштаб перегрузки и определить необходимую компенсацию (скорость передачи данных и интервал времени, в течение которого скорость должна быть установлена меньше доступной пропускной способности сети).

Помимо подробного описания алгоритма протокола и формата его заголовка, описана реализация TCP TIPS на С++ для среды моделирования сетей ns-2. Эта реализация приведена как расширение класса LinuxTcpAgent, представляющего собой портирование части сетевого стека Linux в ns-2, поэтому может рассматриваться как основа для реализации поддержки протокола в ОС Linux. Также в работе рассмотрены аспекты практической реализации протокола, возможность аппаратной реализации его частей (аналогично механизмам TSO/LRO) для эффективной работы в высокоскоростных сетях.

Наличие модели TCP TIPS в ns-2 открывает широкие возможности по исследованию свойств протокола с помощью модельных экспериментов в сетях любой топологической сложности, в том числе возможность моделирования TCP TIPS совместно с большим набором различных модификаций TCP в рамках единой надежной модели, что обеспечивает получение достоверных результатов и возможность их сравнительного анализа с результатами, демонстрируемыми другими транспортными протоколами.

Результаты модельных экспериментов показывают превосходство TCP TIPS над рядом модификаций TCP в условиях изолированного использования, особенно в ненадежных сетях и сетях с динамически меняющимися характеристиками. Также TCP TIPS показал себя как протокол, способный быстро и эффективно уступать требующуюся долю пропускной способности сети протоколам, использующим фиксированную скорость передачи данных, а также быстро продолжать использовать эту долю пропускной способности после ее освобождения. Данная особенность TCP TIPS является одним из ключевых требований, выдвинутых автором работы к разрабатываемому протоколу. Ее наличие позволяет широко применять TCP TIPS в сетях, использующихся для передачи данных реального времени, чувствительных к росту задержек (например, VoIP), в качестве эффективного средства для передачи данных, использующего доступную часть канала и не приводящего к деградации качества работы высокоприоритетных потоков.