基于主机标识的多路经TCP研究

三十多年前设计的互联网体系结构已经暴露出严重的扩展性问题。移动、多宿主和流量工程技术，以及PI地址的广泛使用激化了旧有体系结构与当今互联网发展之间不协调的矛盾。矛盾主要体现为路由表膨胀、路由不稳定和不能有效支持移动与多宿主等问题。这些问题的一个主要根源是IP地址语义过载，解决方法是身份/位置分离。目前的方案，例如Shim6和HIP，都是在网络层实现身份/位置分离，虽然可以较好地支持移动和多宿主，但是底层多接入的优点不能被高层充分利用。本项目提出了在传输层实现身份/位置分离，基于主机标识建立多路经TCP的思想，既支持移动和多宿主，又使得TCP可以基于多宿主建立多路经，提高了端到端传输性能。本项目开展主机命名、名字地址映射和TCP多路径管理研究，开发原型系统，开展网络实验，重点突破灵活高效的主机标识命名方法、及时可靠的名字地址映射机制和快速高效的TCP多路径管理等科学问题，取得原创性成果。

本项目开展基于主机标识的多路径TCP研究，实现主机的身份/位置分离，实现多路径TCP传输，提高端到端传输性能。在以下8个方面取得创新成果：. 1) 提出了一种基于主机标识的多路径TCP体系结构，如果端系统具有多宿主特性，那么通信的双方会相互通告所有可用的接入地址（IP地址），从而能够利用多条路径并行传输数据。. 2) 设计和实现了具有高可扩展性的、灵活、快速的名字映射机制。分析身份/位置分离条件下的名字地址映射需求，在传输层实现身份/位置分离，高效地支持移动与多宿主。. 3) 实现了基于名字的套接字，使得发现和选择IP地址、中间盒穿越、节点的多宿主与移动性支持由操作系统自动完成，为多路径TCP的实现提供了基础。. 4) 建立了网络效用最大化模型。使得一条多路径TCP流能够仅根据本地的信息，决定较拥塞的子流向较空闲的子流迁移多少流量。找到了模型的对偶问题，并通过解其对偶问题来得到了原模型的解。. 5) 提出了多路径TCP拥塞控制算法的通用框架。证明了如果每条数据流通过流量切换，努力使各个路径能察觉的拥塞程度相等，那么网络资源将会被公平和高效的被各个数据流使用。我们将这个结论称之为“拥塞平等原则”。提出了一个近似迭代的算法来解决多路径拥塞控制的问题。. 6) 提出了一种基于延迟的多路径传输控制算法。解决了现有的多路径拥塞控制算法只能利用分组丢包来粗粒度的均衡负载的问题。该算法严格遵从我们提出的通用框架，并对网络延迟的变化更加敏感，能够做出更及时的流量切换以及更快的收敛。. 7) 提出了应用于数据中心网络中的多路径拥塞控制算法。解决了现有的数据传输协议或是不能够充分利用数据中心网络中的路径的多样性，或是不能获得可以控制的链路缓冲区空间来满足小数据流低延迟的需求的问题。权衡了吞吐量和延迟，也遵循了我们提出的通用框架。. 8) 提出了发送端依据空闲发送窗口按需进行分组调度的算法，在提高网络吞吐率和降低缓存开销方面取得了比较理想的平衡。. 发表论文22篇，其中国际会议和刊物15篇，SCI收录8篇，EI收录22篇；申请发明专利5项；提交IETF标准草案3篇。