Internet之所以能够在短短的二十年内从大学实验室和科研机构走向千家万户,并迅速膨胀成为全球性的网际网络,在技术上应该归功于其以IP为中心的通用互联能力;而TCP/IP协议簇在大型异构网络上强大的伸缩性、稳定性和鲁棒性,则主要来源于TCP的具有自适应能力的拥塞控制机制.近年来,随着Internet上的业务类型的增加,人们发现仅仅依靠TCP来进行拥塞控制已经远远不够了.首先,越来越多的视频和音频应用采用了其它的传输协议(如UDP等),所以如何保证这些大数据量的应用在拥塞出现时和基于TCP的应用公平地共享网络带宽成了一个迫切需要解决的问题.其次,当前Internet出现拥塞的一个主要原因是路由器的队列管理算法(丢尾算法)并不处理拥塞问题.由于拥塞总是发生在路由器入口处,所以路由器本身最有资格判断拥塞的出现与否及其严重程度,并应该采取更积极的措施来避免和控制拥塞.最后,TCP的拥塞控制机制也存在着诸多不够完善的地方,比如其基本假定之一的"网络拥塞是分组丢失的唯一原因"等,在无线和卫星信道中已经失去意义.该文主要着眼于后两个问题,试图从下面几个方面对Internet的拥塞控制问题进行深入的探讨:1.TCP拥塞控制算法的控制系统模型.该文从经典控制理论的角度建立了TCP拥塞控制算法的Smith-Dahlin模型.该模型指出,具有良好控制效果的TCP拥塞控制算法可以类比为一个带Smith预估的控制器,它所产生的TCP输出速率包括三个部分:对偏差的放大,对偏差的积分,以及对上一个RTT以来所产生的输出的积分的负数,其中最后一项就是在Jacobson算法中已经被考虑到了的FlightSize,而前两项恰好构成了一个PI控制器.从这个模型出发可以得到TCP Vegas的改进算法-TCP VSD.仿真结果表明,TCP VSD在多种场景下都比TCP Vegas更能减小路由器的丢包率,更能避免全局同步现象,并取得更高的端到端有效吞吐量.2.统计平衡状态下的TCP/RED模型.该文利用随机过程中的均值分析方法导出了统计平衡状态下RED的EWMA值的解析方程.当链路参数和RED参数变化时,该方程始终能够准确地预测出利用ns-2进行分组级仿真所得到的统计平衡状态下的EWMA值.在此基础上,提出了一种新颖的通过解析步骤来自动设置RED的几个重要参数的方法.这种方法不依赖于TCP对路由器瓶颈链路的带宽时延乘积的估计,能够适应多种类型的TCP流量.更重要的是,它可以实现RED参数的动态调整,使RED自动适应网络流量状况的变化.3.TCP/RED的排队系统模型及其在大规模网络仿真中的应用.当网络规模变大时,传统的分组级仿真器(如ns-2等)的仿真耗时会急剧变大,这非常不利于仿真参数的快速调整.该文从排队论的基本概念出发推导出了TCP/RED的ODE模型.它用一组常微分方程组来描述TCP的拥塞窗口、RED的瞬时队长及EWMA值的动态特性,这样通过求解方程组就可以得到这些量的时间曲线.和ns-2的对比仿真结果表明,该模型不但很好地描述了TCP/RED拥塞控制系统各个主要参量的动态特性,而且与ns-2相比较具有非常短的仿真时间,因此在大规模网络的长时间仿真中具有重要意义.