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1、基于TCP协议在移动设备上的优化研究【 摘 要 】 针对TCP协议在移动设备上丢包及错误的问题，论文对此进行优化分析进行解决。首先对TCP协议进行详细的描述分析，其次移动设备的特征和不足进行分析，对TCP协议和无线网络之间的关系进行了详细的论述；最后对移动设备上TCP协议的优化进行了分析。论文对于无线网络研究人员和移动设备研发人员都具有一定的积极意义。【 关键词 】 TCP；移动设备；优化1 引言近年来，我国大力发展网络事业，网络已经成为人们学习、工作、生活中不可缺少的一部分。随着无线网络技术的推广和发展，人们的上网方式已经不再仅仅局限在固定的场所，通过移动设备访问互联网已经成为人们当前上网的
2、主要方式，但由于无线网络中的系统切换、信号抖动、随机错误等原因而产生的丢包使得移动设备中使用TCP协议受到限制，对TCP协议进行优化，以适应移动设备的需求具有非常大的实用价值。2 TCP协议2.1 TCP概述TCP（传输控制协议）是在不可靠的网络上实现端到端的字节流通信，提供可靠的网络服务的协议。利用TCP协议进行通信时，首先发送方向接收方发送一个TCP连接请求，以确保两端建立全双工的双向传输通道。TCP协议的数据单元是Segment（报文段），报文段的大小不能超过65535字节，另外报文段不能超过最大的传送单元MTU，假如报文段超过MTU，那边报文段将被分割成两个或以上。在TCP协议进行通信
3、以前，通信的双方要进行协商确定最大的通信报文段的值。当发送方发送出报文段后，网络是不确定的，为了保证报文段的安全，设计一个计时器，当报文段到达接收方后，接收方向发送方回复一个确认报文段，该确认报文段包含希望接收下一个报文段的序列号，由此发送方收到确认报文段后，即知道接收方已经收到发送的报文段。根据定时器的计时，假如在设定的时间内没有收到接收方回执的确认，则表明接收方没有收到报文段，则重新发送该报文段。由TCP协议的通信可知，TCP协议通过确认和超时机制两种手段来保证传输的安全可靠性。但是，网络是一个非常复杂的系统工程，在数据的通信过程中不可避免地会出现断开或阻塞的现象，另外由于报文段经过不同的
4、路由器，超时之后可能报文段也会到达接收方。由此可见，仅仅通过超时机制和确认不能保证TCP协议的安全。2.2 TCP Reno1990年，对TCP协议增加快速恢复算法（快速重传算法、快速恢复算法、加速增加和下降算法等）形成TCP Reno，经过20多年的发展，已经成为当前最常见的TCP协议。（1）快速重传算法。在TCP的接收方，当收到报文后就给发送方发送一个确认。假如接收方收到的报文不是所需要的报文，就会给发送方发出一个重复的确认报文，当发送方收到三个及以上重复确认报文，就对丢失的报文进行重发。（2）快速恢复算法。当对丢失的报文重发之后，可以通过增加拥塞窗口的大小、自动对重复确认报文接收数加1、
5、发送报文的大小与接收窗口相适应等方法来提高接收的成功率。3 移动设备上的TCP协议3.1 移动设备当前，随着集成电路和嵌入式技术的飞速发展，移动设备的功能越来越强大，而体积越来越小，特别是移动设备与无线网络相结合后，在各行业中应用越来越广泛。对移动设备的定义，并没有一个专业的描述，总结起来，移动设备主要具有无线性、移动性和携带方便等特点。另外，由于移动设备采用通为固定的硬件设备，使之具有CPU速度慢、内存小、功耗受限和有限的输入输出功能等缺点。3.2 TCP协议与无线网络无线网络根据覆盖区域的大小可以划分为无线广域网和无线局域网。在无线广域网主要采用GPRS和CDPD技术；在无线局域网中主要采
6、用蓝牙技术和IEEE802.11。无论采用哪种技术，在无线网络中传输数据都具有较高的链路错误率、较低的带宽及较长的时延。在无线网络中采用TCP协议，由于无线网络的特性，使得TCP协议的性能明显下降。首先，在无线网络上建立无线链路时，TCP协议的报文丢失率较高，特别是对于非拥塞性的丢包现象，TCP协议的错误检测无法做出正确的判断。在快速重发和恢复算法中，当发送方收到3个及以上重复确认报文时，就对报文重发，而从应用层的角度来看，无线网络中的TCP协议使得连接的延迟增加，进而加大了宽带的使用，整个网络连接的性能下降，发送方重新发送的报文可能由于连接线路而再次丢失，这使得TCP协议在无线网络中的使用更
7、加困难。对于上述的情况，在上个世纪末期，对TCP协议进行了初步的优化，首先对于非拥塞丢包进行屏蔽；另外在不破坏TCP语议的前提下，针对连接的节点双方进行改进优化，根据实际情况进行针对性的错误恢复。4 TCP协议优化4.1 TCP结构为了保证TCP在移动设备中安全、准确使用，首先对TCP的数据结构进行描述分析，其主要包含的字段有连接状态、定时器、重传计数器、最大报文段大小、收到确认报文个数、对应的IP控制块、初始发送窗口大小、已经发送但未收到的报文、待发数据、接收窗口、发送计时等。当接收和发送数据时，TCP的数据结构主要包含源端口、目的端口、确认号、窗口大小、序号、检验和、标志位等信息。（1）接
8、收数据。首先对接收到的数据进行检验和检查，假如出错，直接返回错误给发送方；校验和正确，则TCP数据存入相关的缓冲中，利用相关的接收函数完成接收，并将正确接收的结果返回给发送方。（2）发送数据。由窗口和系统决定发送数据的长度，正常情况下，待发数据的大小是TCP的最大报文段大小、待发数据超过窗口的一半、窗口中无已经发送但没有收到确认的数据信息；特殊情况下的发送有立即发送确认、发FIN包、发送紧急数据等。对于发送适当调整窗口值，对定时器进行重传。4.2 优化改进算法4.2.1 避免拥塞改进算法TCP协议收到超过3个重复确认报文，就立即发送报文，有时不仅仅无法使报文发送到接收方，相反使得原有的通信线路
9、更加拥塞。因此，设计一个拥塞计时器，在第一次收到超过3个重复确认报文后立即进行发送，随着收到重复确认报文的增加，TCP协议不再立即发送未收到的报文，而是在拥塞计时器的规定时间范围内，随机进行发送。当重复确认报文收到的越多，其拥塞计时器的数值越大，即发送的间隔时间越长，从而避免了由于过多地发送同一报文而加重了线路的拥塞。4.2.2错误恢复改进算法对于TCP的错误恢复，首先要对丢包进行判断分析丢包是拥塞丢包还是非拥塞丢包，可以通过判断网络状态进行分析。对TCP收到的第一个确认报文的时间进行判断，假如该时间与发送时间差小于规定的时间，则表明假如该报文丢失的情况是由非拥塞丢包引起的，则直接进入错误恢复阶段。5 结束语本文针对移动设备中的TCP协议进行研究，随着网络的发展，移动设备已经成为人们日常工作学习中不可缺少的一部分，如何提高移动设备的安全性和可靠性是当前IT业内关注的重点。参考文献【1】 Douglas E. Comer 著，林瑶，蒋慧等译，谢希仁审校，用 TCP/IP 进行网际互联 第一卷：原理、协议与结构第四版，电子工业出版社.【2】 M. Allman， V. Paxson， On Estimating End-to-End Network Path Properties， In Proceedings of ACM SIGCOMM 99，1999.