TCP(Transmission Control Protocol)协议是当今应用最为广泛的传输层协议,统计表明,互联网上的数据流有90%以上基于TCP协议。但由于TCP是基于确认机制的可靠传输协议,性能由路径双向状态共同决定,因此在网络非对称场景下性能不佳,且无法利用存在单向链路的路径。现有解决非对称的研究方法局限于TCP协议本身,性能提升有限,而为了使用新兴单向链路传输TCP业务,在链路层绑定链路的方法代价昂贵且欠缺灵活性。多宿主设备的逐渐普及,为在传输层解决非对称问题及单向链路的可靠传输提供了新的可能,如果可以分别选择较优的上下行网口建立双向可靠连接,既有利于消除非对称对传输性能的影响,也便于充分利用单向链路资源。因此本文针对上述问题提出了解耦TCP协议,更进一步,为了充分利用多宿主主机资源,本文在解親TCP的基础上提出了多路径解耦TCP协议。双向路径解耦改变了传统TCP以双向连接为基本单位的资源利用方式,以两条单向路径按照一定准则组成双向连接的方式进行可靠数据传输,可以更细粒度、更灵活、更充分的利用网络资源。解耦TCP协议和多路径解耦TCP协议的设计目标有以下几点:第一,保证应用层透明性,即无需修改现有应用即可利用单向链路传输基于TCP协议的业务数据;第二,无需修改中间网络设备;第三,保证性能增益,至少获得与传统TCP相同的性能;第四,具备TCP友好性,保证竞争瓶颈链路时的公平性。本文的主要研究内容分为解耦TCP和多路径解耦TCP两个部分。首先对解耦TCP协议进行设计与实现,并在可见光单向链路场景下验证了协议实现的正确性与有效性。由于解耦之后传统TCP拥塞控制算法仍适用,但资源以更细粒度的方式分配,单向连接组合方式较多,因此本文针对解耦TCP提出了一种上下行路径选择算法并进行仿真,结果表明解耦TCP协议相比传统TCP拥有更优的性能。而后,本文对多路径解耦TCP协议进行设计与实现,并通过可见光实验平台验证了协议实现的正确性。由于多路径解耦TCP以单向子流建立为基础,因此本文针对多路径解耦TCP提出了一种上下行路径生成算法及配对算法,以消除非对称对性能的影响,更细粒度的完成对资源的分配,并通过仿真验证了多路径解耦TCP带来的性能增益。