通信網(wǎng)原理與技術(shù)-擁塞控制

通信網(wǎng)原理與技術(shù)-擁塞控制第一頁(yè)，共31頁(yè)。第二章通信網(wǎng)原理與技術(shù)2023/4/192第二頁(yè)，共31頁(yè)。主要內(nèi)容2.1通信網(wǎng)傳輸規(guī)程2.2交換技術(shù)2.3路由技術(shù)2.4多路訪問(wèn)控制技術(shù)2.5差錯(cuò)控制技術(shù)2.6擁塞控制技術(shù)2.7服務(wù)質(zhì)量管理2.8移動(dòng)性管理2023/4/193第三頁(yè)，共31頁(yè)。

涉及范圍：發(fā)送端和接收端間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信發(fā)生條件：發(fā)送端發(fā)送速率>接收端接收處理速率目標(biāo)：使發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)的速率不使接收端來(lái)不及接收流量控制常用方法:滑動(dòng)窗口技術(shù)涉及的協(xié)議層次：數(shù)據(jù)鏈路層、傳輸層流量控制技術(shù)2023/4/194第四頁(yè)，共31頁(yè)。TCP流量控制2023/4/195第五頁(yè)，共31頁(yè)。

擁塞的發(fā)生：太多的分組試圖進(jìn)入交換機(jī)的同一個(gè)緩沖區(qū)，節(jié)點(diǎn)來(lái)不及處理(即確定其路由),沒(méi)有存儲(chǔ)區(qū)使用（即達(dá)到了飽和點(diǎn)），出現(xiàn)了擁塞就會(huì)發(fā)生擁塞擁塞控制技術(shù)交換機(jī)擁塞2023/4/196第六頁(yè)，共31頁(yè)。

涉及范圍：是一個(gè)全局性的過(guò)程，涉及網(wǎng)絡(luò)中的所有主機(jī)、路由器等設(shè)備發(fā)生條件：∑對(duì)資源的需求>可用資源2023/4/197第七頁(yè)，共31頁(yè)。

兩種處理策略丟棄所收到的分組由出現(xiàn)擁塞的節(jié)點(diǎn)對(duì)其相鄰節(jié)點(diǎn)實(shí)施控制，以便使通信流量保持在掌握之中。2023/4/198第八頁(yè)，共31頁(yè)。理想的網(wǎng)絡(luò)利用率吞吐量：交付給目的端系統(tǒng)的分組數(shù)負(fù)荷：源端系統(tǒng)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)的分組數(shù)網(wǎng)絡(luò)能力：吞吐量與時(shí)延之比

2023/4/199第九頁(yè)，共31頁(yè)。實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)性能不擁塞：網(wǎng)絡(luò)吞吐量隨負(fù)荷的增加而增加中等擁塞：網(wǎng)絡(luò)吞吐量的增加速率低于負(fù)荷的增長(zhǎng)速率嚴(yán)重?fù)砣贺?fù)荷增加，網(wǎng)絡(luò)吞吐量降低2023/4/1910第十頁(yè)，共31頁(yè)。2023/4/1911第十一頁(yè)，共31頁(yè)。

擁塞控制目標(biāo)：使網(wǎng)絡(luò)能承受現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)擁塞的指標(biāo)涉及的協(xié)議層次：網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層2023/4/1912第十二頁(yè)，共31頁(yè)。開(kāi)環(huán)控制：通過(guò)保證信源所產(chǎn)生的業(yè)務(wù)流不把網(wǎng)絡(luò)性能降低到規(guī)定的QoS以下來(lái)防止擁塞的出現(xiàn)，如果QoS的不到保證，則網(wǎng)絡(luò)就必須拒絕業(yè)務(wù)流閉環(huán)控制：根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)來(lái)調(diào)整業(yè)務(wù)流，一般在擁塞已經(jīng)發(fā)生或快要發(fā)生時(shí)才對(duì)擁塞起作用擁塞控制方法2023/4/1913第十三頁(yè)，共31頁(yè)。網(wǎng)絡(luò)擁塞的控制方法首先，采用擁塞控制措施其次，調(diào)整路由表最后，對(duì)網(wǎng)絡(luò)物理設(shè)備與鏈路進(jìn)行更新2023/4/1914第十四頁(yè)，共31頁(yè)。接納控制:決定接受或拒絕業(yè)務(wù)流的功能流量管制:監(jiān)視和強(qiáng)制業(yè)務(wù)流執(zhí)行流量和約的過(guò)程流量整形:將業(yè)務(wù)流改變?yōu)榱硪粋€(gè)業(yè)務(wù)流的過(guò)程漏桶流量整形器令牌桶流量整形器開(kāi)環(huán)控制2023/4/1915第十五頁(yè)，共31頁(yè)。用戶請(qǐng)求新連接網(wǎng)絡(luò)接納新連接網(wǎng)絡(luò)是否滿足條件網(wǎng)絡(luò)提供商定的QoS用戶是否服從流量和約是是流量和約建立階段流量和約維護(hù)階段接納控制管制2023/4/1916第十六頁(yè)，共31頁(yè)。流量整形的令牌桶服務(wù)器信元離開(kāi)容量k信元到達(dá)容量β令牌發(fā)生器速率ρ令牌桶2023/4/1917第十七頁(yè)，共31頁(yè)。反壓阻流分組隱式擁塞控制顯式擁塞信令閉環(huán)控制2023/4/1918第十八頁(yè)，共31頁(yè)。擁塞控制方法(續(xù))閉環(huán)擁塞控制機(jī)制2023/4/1919第十九頁(yè)，共31頁(yè)。從擁塞的節(jié)點(diǎn)向一些或源節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)控制分組依據(jù)路由選擇信息利用端到端的探測(cè)分組允許分組交換節(jié)點(diǎn)在分組經(jīng)過(guò)時(shí)在分組上添加擁塞信息分組交換網(wǎng)絡(luò)中的擁塞控制2023/4/1920第二十頁(yè)，共31頁(yè)。幀中繼的擁塞控制擁塞控制的目標(biāo)丟棄的幀最少以最小的波動(dòng)盡可能地維持約定的服務(wù)質(zhì)量使一個(gè)端用戶獨(dú)占資源而損害其他用戶利益的可能性最小實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，在端用戶或網(wǎng)絡(luò)上附加少量的額外開(kāi)銷(xiāo)產(chǎn)生最小的附加網(wǎng)絡(luò)通信量在端用戶之間公平地分配網(wǎng)絡(luò)資源限制擁塞擴(kuò)散到其他網(wǎng)絡(luò)以及網(wǎng)絡(luò)中的其他元素不論端用戶間的通信流量方向如何都能高效運(yùn)作對(duì)幀中繼網(wǎng)絡(luò)中的其他系統(tǒng)具有最小介入和影響擁塞發(fā)生時(shí)每個(gè)連接的服務(wù)質(zhì)量受到的影響最小第二十一頁(yè)，共31頁(yè)。幀中繼的擁塞控制擁塞控制技術(shù)技術(shù)類(lèi)型功能要點(diǎn)丟棄控制丟棄策略為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)丟棄哪些幀提供指導(dǎo)DE比特反向顯式擁塞指示擁塞避免向端系統(tǒng)提供有關(guān)網(wǎng)絡(luò)擁塞情況的指導(dǎo)BECN比特或CLLM報(bào)文前向顯式擁塞指示擁塞避免向端系統(tǒng)提供有關(guān)網(wǎng)絡(luò)擁塞情況的指導(dǎo)FECN比特隱式擁塞指示擁塞恢復(fù)端系統(tǒng)更具幀丟失情況推斷是否發(fā)生擁塞高層PDU序號(hào)第二十二頁(yè)，共31頁(yè)。幀中繼的擁塞控制許諾的信息速率CIR（b/s）就是對(duì)一個(gè)特定的幀中繼連結(jié)網(wǎng)絡(luò)同意支持的信息傳送速率。許諾的突發(fā)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度Bc正常情況下，在測(cè)量間隔T內(nèi)網(wǎng)絡(luò)同意傳輸?shù)淖畲髷?shù)據(jù)量。Bc＝CIR×T（T是測(cè)量時(shí)間間隔）過(guò)量突發(fā)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度Be正常情況下，在測(cè)量間隔T內(nèi)網(wǎng)絡(luò)試圖傳輸?shù)某鯞c的最大數(shù)據(jù)量。這些數(shù)據(jù)量是得不到傳輸保證的。幀中繼中的結(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)到數(shù)據(jù)的發(fā)送數(shù)率超過(guò)CIR,就把收到的幀的丟棄字段DE設(shè)為1,并轉(zhuǎn)發(fā)此幀。一旦發(fā)生擁塞，網(wǎng)絡(luò)可能丟棄這樣的幀。通信量速率管理第二十三頁(yè)，共31頁(yè)。若數(shù)據(jù)率小于CIR，一般情況下傳輸有保障若數(shù)據(jù)率大于CIR，但小于所設(shè)定的最高速率，則在可能的情況下進(jìn)行傳輸若數(shù)據(jù)率大于所設(shè)定的最高速率，則立即丟棄。BcBc＋BeT丟棄區(qū)DE＝1區(qū)DE＝0區(qū)接入速率CIRBcT丟棄區(qū)DE＝1區(qū)DE＝0區(qū)接入速率CIRBc＋BeBcT丟棄區(qū)DE＝1區(qū)DE＝0區(qū)接入速率CIRBc＋Be傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)1幀2幀3幀DE=0DE=0DE=0DE=0DE=0DE=1DE=0DE=0DE=1第4幀丟棄時(shí)間第二十四頁(yè)，共31頁(yè)。TCP的擁塞控制前提條件：超時(shí)是網(wǎng)絡(luò)擁塞造成的，可根據(jù)超時(shí)來(lái)判斷是否發(fā)生擁塞。擁塞原因：網(wǎng)絡(luò)和接收方的容量控制方法：發(fā)送方必須維持兩個(gè)窗口：接收方承認(rèn)的窗口和擁塞窗口（congestionwindow），發(fā)送的有效窗口便是這兩個(gè)窗口中較小的那一個(gè)。第二十五頁(yè)，共31頁(yè)。TCP擁塞控制算法慢啟動(dòng)建立連接時(shí)，擁塞窗口置為1，發(fā)送一個(gè)最大長(zhǎng)度的段，若沒(méi)有超時(shí)，則對(duì)擁塞窗口加倍擴(kuò)大，發(fā)送兩個(gè)最大長(zhǎng)度的段，重復(fù)此過(guò)程，直至最終達(dá)到接收窗口大?。礊榘l(fā)送的有效窗口）或發(fā)生超時(shí)擁塞避免初始設(shè)置臨界值（threshold），若發(fā)生超時(shí)，將臨界值設(shè)為當(dāng)前擁塞窗口的1/2，并將擁塞窗口恢復(fù)為最大段長(zhǎng)度，執(zhí)行慢啟動(dòng)算法，直至擁塞窗口達(dá)到臨界值，此后要求擁塞窗口按線性增加（每次只增加一個(gè)最大段長(zhǎng)度），直至最終達(dá)到接收窗口大小或發(fā)生超時(shí)；若超時(shí)再將臨界值設(shè)為當(dāng)前擁塞窗口的1/2，重復(fù)上述過(guò)程。第二十六頁(yè)，共31頁(yè)。Internet擁塞控制算法的實(shí)例第二十七頁(yè)，共31頁(yè)。通信量管理：更一般性的范疇需要考慮的因素公平性：負(fù)載較輕的連接可以分到公平的帶寬容量服務(wù)質(zhì)量：用不同的方法對(duì)待不同的通信量預(yù)約：避免擁塞并對(duì)一些應(yīng)用提供確保服務(wù)的方法通信量管理2023/4/1928第二十八頁(yè)，共31頁(yè)。練習(xí)題-1有人提出一種稱(chēng)為許可證控制的擁塞控制技術(shù)。在這種方案中，通過(guò)向網(wǎng)絡(luò)中插入固定數(shù)目的許可證，以便使網(wǎng)絡(luò)中正在傳送的分組數(shù)目可以保持固定。這些許可證在幀中繼網(wǎng)絡(luò)中隨機(jī)地傳播。每當(dāng)一個(gè)幀處理模塊要將與其相連的用戶發(fā)給它的一個(gè)幀轉(zhuǎn)發(fā)出去時(shí)，就必須先捕獲并銷(xiāo)毀一個(gè)許可證。當(dāng)與目的用戶相連的幀處理模塊將幀交付給用戶時(shí)，幀處理模塊就重新發(fā)出一個(gè)許可證。

請(qǐng)列舉這種技術(shù)可能帶來(lái)的問(wèn)題。2023/4/1929第二十九頁(yè)，共31頁(yè)。練習(xí)題-2擁塞控制與流量控制的區(qū)別是什么？擁塞控制：防止過(guò)多的數(shù)據(jù)注入到網(wǎng)絡(luò)中，這樣可