TCP和SCTP路由协议的对比研究

1、tcp和sctp路由协议的对比研究摘要：为了更好地了解流控制协议一sctp的相关性能，利用ns-2 网络仿真软件，从单路径和多路径两个方面对tcp和sctp协议进行了比 较。实验结果表明，在应对链路恶化的情况下，sctp协议的吞吐量更大， 也具有更高的稳定性，更能满足现在网络高性能传输的要求。关键词：流控制传输协议；传输控制协议；单路径；多路径；吞 叶率；延迟中图分类号：tp393文献标志码：a文章编号：1006-8228 (2013) 05-03-04comparison study of tcp and sctp routing protocolhe shijie, tong mengju

2、n(school of computer scienee, hangzhou dianzi university,hangzhou, zhejiang 310018, china)abstract： in order to get better understanding of sctp protocol performance, the ns2 network simulation software is utilized to compare tcp and sctp protocols from a single path and multi path. the experimental

3、 resuits show that, in response to the link，s deteriorating condition, the sctp protocol has a larger throughput capacity , and also a higher stability, and it can meet the transmission requirement of high performance network.key words： stream conirol transmission protocol； transmissioncontrol proto

4、col； single path； multi path； throughput rate； delay0引言sctp代表的是流控制传输协议，它是由teft的信令传输工作组 （sigtran）新近提出的一种面向多媒体通信的流控制协议（sctp）,用于 在ip网络上传输pstn信令消息，即通常所说的ss7 over ip。在国内，1985年是流控制传输协议技术开始萌芽的时期。从1985到 1995年，该技术主要局限于计算机网络中接人端口数据流的控制技术，以 防止计算设备之间人量数据互相通信时出现阻塞，保证更高的传输效率和 可靠性。目前对该技术的研发仍处于较浅的层次，对整个ip网络中实规 pstn

5、信令传输的技术还鲜有涉及；国内的sctp研究还主要侧重于应用方 面，比如sctp与tcp的比较、sctp在移动环境下的性能研究（例如平滑 切换，移动ip，最后一跳性能恶化问题，基于sctp移动internet传输模 型等）、基于独立路径拥塞控制的sctp负荷分担机制研究、结合ss7的研 究，以及sctp的安全问题研究、军事应用等。国外则更侧重于起草标准，如：定义sctp负荷分担草案（多路径同 时传输）；制定部分可靠传输标准；提交建立sctp偶联后的动态地址重配 置；提交sctp api草案；定义sctp对移动ip的支持；提交单播拥塞控 制建议标准；tcp友好可变速率控制等等。日前，ietf致力

6、于把sctp作 为一种通用的传输协议。对sctp本身的研究集中在对其功能的完善和扩 展上，主要是从两个本质特点入手：多路径和多流。同时，对sctp应用 的研究主耍集中在两个方面：在移动网络中的应用和对多媒体的传输。本文的主要研究工作是利用ns-2构建仿真平台，对sctp和tcp这两 种协议进行対比，并根据仿真的结果计算、分析和比较这两种协议的性能, 发现它们各自的优缺点。1 tcp和sctp的单路径的对比研究单路径的实验拓扑图如图1所示，一共有6个节点，2个路由节点。其中0-2是发送节点，5-7是相应的接收节点。3个发送节点都绑定了 ftp 应用，英中0号节点的数据包发送往5号节点，流标签为1

7、； 1号节点的 数据包发送往6号节点，流标签为2； 2号节点的数据包发送往7号节点, 流标签为3o设置最大的传输单元为1500o路由3、4间的droptail队列 大小分别为5、10o本实验主要更改了 1号节点和6号节点的传输协议。现在设0-5号节点的路径为l1, 1-6号节点的路径为l2, 2-7号的路径为 l3o变量主要在l1上面。其中发送节点到路由节点3,路由节点4到接收 节点的带宽均为10mbps,延迟均为15ms。路由节点3、4直接的带宽为1. 7mbps,延迟为15mso这样路由节点3、4之间就成为接收方和发送方直 接的瓶颈。图1实验拓扑图实验一的过程是：在0.5s的时候三个节点同

8、时开始发送数据，4s的 时候断开li, 7s的时候断开l2。这样做的主耍目的是让i的数据包先在 有两个tcp传输协议竞争的情况下进行数据传输，然后逐渐断开其他两个 链路的数据传输，來观察tcp和sctp在有tcp竞争条件下，数据传输的 吞吐量，延迟和丢包率。吞叶量如图2所示。图2实验一中tcp和sctp数据的吞吐量图2所表示的是链路l2上的数据吞吐量。x坐标轴表示时间的变化， 单位为s, y坐标轴表示接收的数据量，单位为byte。红色线表示tcp协 议在droptail队列为5时的数据吞吐量。绿色线表示tcp协议在dropta订 队列为10时的数据吞吐量。蓝色线为sctp协议在droptail

9、队列为5时 的数据吞吐量，黄色为sctp协议在droptail队列为10时的数据吞吐量。 从图2中可以看出，总体上sctp的吞吐量远远高过tcp。对于sctp來说, 在droptail队列为5的时候，其吞吐量比10的时候略高，但差距不是很 大。在两个tcp数据传输断掉以后，两种情况下的吞吐量趋于相同，而且 数据吞吐量趋于稳定。看趋势，在9s以后，droptail队列为10的时候， 英吞吐量会略大于5的时候。对于tcp协议来说，很明显，在dropta订 队列为10的时候，其吞吐量高于5的时候，在两个tcp协议的数据传输 都断掉以后，数据吞吐量的增长率趋于平行式增长。图3实验一中tcp和sctp延

10、迟对比图3是实验一中sctp和tcp两种协议数据传输延迟的对比。如图所 示，是tcp和sctp在droptail队列为5的时候，两种协议延迟的对比。 红色线为tcp的延迟，绿色的为sctp的延迟。x坐标轴表示数据传输的时 间变化，单位为s, y坐标轴表示两种协议在某个时刻的延迟，单位为s。 从图3中可以看到，两者的数据线略有交叉，sctp的延迟略高于tcp； tcp 的延迟是在一个范围内上下波动，而sctp的延迟呈一种阶段性的梯度变 化。从这里也可以看出两种数据传输的差别：tcp在链路达到稳定的时候, 每次传输的数据量一定；而sctp的数据传输，在没有拥塞避免的情况下, 是呈指数增长的。根据实

11、验一的拓扑图，更改链路l1和l3的数据传输时间，此为实验 二。在0. 5s的时候1号节点开始发送数据，在1. 5s的时候0号节点开始 发送数据，在4. 5s的时候3号节点开始发送数据，在7. 5s的时候将l1 和l3两条链路断开连接，8s的时候结束数据传输。通过观察tcp和sctp 协议在逐渐有一个tcp协议和两个tcp协议竞争的条件下的数据吞吐量， 延迟和丢包率來对比两种协议。图4实验二中tcp和sctp两种协议的数据吞吐量在图4中，表示的是链路l2上的数据吞吐量。x坐标轴表示时间的变 化，单位为s, y坐标轴表示接收的数据量，单位为byteo红色线表示tcp 协议在droptail队列为5

12、时的数据吞吐量。绿色线表示tcp协议在 droptail队列为10时的数据吞吐量。蓝色线为sctp协议在droptail队 列为5时的数据吞吐量,黄色为sctp协议在droptail队列为10时的数 据吞吐量。从图4中可以看出，总体上來说，在相同的dropta订队列值 的情况下，sctp的吞吐量远大于tcp的吞吐量。在两个tcp竞争数据传输 出现后，它们的吞吐量都冇一个短暂性的下降，然后继续趋于上升。在8. os 的时候，两种协议的吞吐量开始趋于稳定。对比实验一和实验二中数据吞吐量的图，我们看到，山于实验一和实 验二的区别在于竞争的tcp协议出现的时间不同，在实验一的环境下,sctp 在有其他

13、协议竞争的条件下，能够更容易、更快地达到数据吞叶的稳定状 态，这样非常有利于数据的传输。图5是实验二中链路l2在dropta订队列值为10的时候的延迟对比。 红色线为tcp的延迟，绿色的为sctp的延迟。x坐标轴表示数据传输的时 间变化，单位为s, y坐标轴表示两种协议在某个时刻的延迟，单位为s。 山图5中可以看出，sctp与tcp延迟随时间的走势相互交叉，与实验一中 的情形类似，sctp的延迟略高于tcp。图5实验二tcp和sctp的延迟对比图6 tcp和sctp竞争时的延迟和吞吐量图6是在实验一环境下，sctp和tcp相互竞争下的延迟和吞吐量的对 比，主要是链路l2和l3的对比，红色线表示

14、的是tcp,绿色线表示tcp。 图6上图中，x坐标轴表示数据传输的时间变化，单位为s, y坐标轴表示 两种协议在某个时刻的延迟，单位为s；图6下图中，x坐标轴表示时间 的变化，单位为s, y坐标轴表示接收的数据量，单位为byte0从图6中 可以看出，情况基本与上面的实验保持一致。在相同的droptail队列值 的情况k，sctp的吞吐量远大于tcp,但是tcp和sctp的延迟相互交叉, sctp延迟略高于tcp。2 tcp和sctp的多路径的对比研究多路径的实验拓扑图如图7所示，节点0-2合起來是一个发端，节点3-5合起来是一个收端。0是核心节点，1、2是接口，即该端点的两个ip 地址；3也是

15、核心节点，4、5也是接口，也即该端点的两个ip地址。1和 4路径命名为ifo； 2和5路径命名为ifl。在sctp传输过程屮，数据只能从接口发或收，不能直接从核心节点 发或收。该实验过程为：应用层传输ftp数据，在0. 5s后开始传输；在 笫5s前，路径ifo、ifl的带宽为5m,时延为50ms；在第5s,路径ifo 性能恶化，带宽变成1m,时延变为200ms；在第8s,传输结束。图7 sctp多路径仿真拓扑图由于tcp没有多路径这个特点，所以，耍与sctp作对比，只能重新 建立拓扑图。拓扑图如图8所示：数据传输过程和sctp -样，应用层传 输ftp数据，在0. 5s后开始传输；在第5s的时

16、候链路发生恶化，带宽变 成1m,时延变为200毫秒；在第8s,传输结束。图8相应的tcp拓扑图对于这两种协议延迟方面的比较，我们在上一节中已经有过很详细的 对比，所以在这里，主要针对两种协议在多路径的情况下，对数据吞吐量 作比较，如图9所示。图9多路径下tcp与sctp吞吐量的比较如图9,其中为了表示自己搭建的tcp网络和sctp网络有对比性，所 以测试了在图8中拓扑图中sctp数据的吞吐量，如图9中的绿线。从图 中来看，在6. 5s以前两种拓扑图中sctp的数据吞叶量完全吻合，这样看 來，两种拓扑图是具有可比性的。图中蓝色线表示tcp协议的吞吐量，黄 色线表示ifo路径上sctp的吞吐量，红

17、色线表示ifl路径是sctp的吞吐 量。x处标轴表示时间的变化，单位为s, y处标轴表示接收的数据量，单 位为byteo从图9中看，5s之前链路没有恶化，sctp默认ifo是主路径, 5sz后链路ifo恶化，吞吐量开始下降，此时，因为有另一条路径ifl的 存在，而且链路状态比ifo好,sctp开始将ifl作为主路径进行传输，图 中ifl的吞吐量开始上升，由此可以看岀，sctp的吞吐量在经过一段时间 的降低之后，会恢复原來的吞吐量，使数据传输不受影响。由图9可以看 出，tcp在路径出现恶化的时候，吞吐量开始下降，如果路径得不到缓解, 吞吐量会受到很大的影响。山此可以看出，sctp多路径的特点较t

18、cp存在 很大的优势。我们再来分析路径ifo数据传输与时间的关系，如图10所 示。图10中有上（红色）、中（绿色）、下（蓝色）三条线。上线（红色） 代表sctp把数据包发送到缓存，即入队列；屮线（绿色）代表数据包从 缓存注入到网络，即出队列；下线（蓝色）代表数据包从收端反馈回来的 证实sacko纵坐标代表所发送的数据包序列号，横坐标代表时间，斜率 指示传输速率（下面类似图的信息也是这样的）。在第5s,带宽和时延发 生变化，路径性能变差，所以第5s后的斜率小于第5s前的斜率，即第5s 后的传输速率小于第5s前的传输速率。图10 ifo ±数据传输与时间的关系3结朿语本文主要是通过ns-

19、2构建仿真平台，对tcp和sctp在单路径和多路径的条件下进行対比。通过两个实验対比发现，两种协议在数据传输的延 迟方面，sctp协议略高于tcp协议，相差不是很大，但是sctp的数据吞 吐量远远大于tcp协议。由于sctp具有多路径和多重定址的特点，在应 对链路恶化的情况时，sctp表现出更高的稳定性。作为一个新的传输协议, sctp还具有很人的发展空间，sctp较tcp更能满足高性能传输的耍求， 随着ip网络的迅猛发展，sctp-定会有更广阔的应用空间。参考文献：1 esbold unurkhaan, erwin p, andreas jungmaier secure sctp-aversatile secure transport proto col j. spr in ger, 2004. 10 (3)：2732 u. jqcibson. congestion avoidanee and contrijacm sigcomn,1988. 36 (2)： 2733 k. fal 1