網(wǎng)絡(luò)課程講稿

第六章網(wǎng)絡(luò)控制P-7:綜合服務(wù)和區(qū)分服務(wù)IPv4首部中定義了優(yōu)先級(jí)和服務(wù)類型，但傳統(tǒng)的路由器進(jìn)行路由時(shí)都忽略了這些信息，也就是說IP協(xié)議并沒有利用這些信息。為在TCP/IP體系結(jié)構(gòu)中支持不同QoS業(yè)務(wù)的通信量，IETF開發(fā)了綜合服務(wù)體系結(jié)構(gòu)ISA標(biāo)準(zhǔn)。ISA是一個(gè)總體結(jié)構(gòu),其中開發(fā)了許多基于盡力而為方式的增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)控制機(jī)制。ISA中路由器主要有兩種功能：1）路由選擇，找到滿足條件的路徑；2）分組丟棄，當(dāng)路由器緩存空間滿時(shí)，丟棄分組（依據(jù)某種原則），以保證系統(tǒng)不出現(xiàn)崩潰。ISA中每個(gè)分組都與一個(gè)流相關(guān)聯(lián)。流與TCP連接不同之處在于：流是單向的，且流可以有多個(gè)接收者。ISA管理擁塞和提供QoS數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕胧嘿Y源預(yù)留（逐點(diǎn)建立或拆除流預(yù)留的軟狀態(tài)）、準(zhǔn)入控制（決定是否有足夠的資源）；路由建立算法（確定滿足條件的路徑）；排隊(duì)規(guī)則（擁塞控制、丟棄策略）；調(diào)度策略（分組對鏈路的復(fù)用）。組件結(jié)構(gòu)圖中，白線下面為路由轉(zhuǎn)發(fā)功能部分，每個(gè)分組都要執(zhí)行；白線上面為背景功能，用來產(chǎn)生轉(zhuǎn)發(fā)功能所使用的一些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和策略。管理代理是修改通信量規(guī)則的機(jī)構(gòu)。分類主要根據(jù)IP地址、端口號(hào)、分組類型等標(biāo)識(shí)進(jìn)行，目的是建立端到端的一個(gè)傳輸數(shù)據(jù)流，即流是有源和目的的分組的聚集。P-8:ISA服務(wù)ISA提供三種級(jí)別的服務(wù)。一個(gè)應(yīng)用可以為一個(gè)流請求預(yù)留資源，以便得到相應(yīng)的QoS級(jí)別。請求中定義了所需的資源量一一通信量規(guī)約TSpec,如果預(yù)留被接收，則TSpec就是數(shù)據(jù)流與網(wǎng)絡(luò)之間的一個(gè)服務(wù)合同，網(wǎng)絡(luò)提供相應(yīng)的服務(wù)級(jí)別。不屬于預(yù)留的分組,則被給予盡力而為的服務(wù)。受控負(fù)載服務(wù)保證網(wǎng)絡(luò)將足夠的資源保留起來,使獲得這種服務(wù)的應(yīng)用得到的網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)就像沒有其他競爭者一樣。自適應(yīng)類的應(yīng)用,需要?jiǎng)討B(tài)分配資源。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)元素都不超載運(yùn)行。不同的業(yè)務(wù)對令牌桶中令牌所取的速度不同,路由器可以根據(jù)業(yè)務(wù)流的分組以多塊的速度到達(dá)來區(qū)分業(yè)務(wù)的級(jí)別,這也反映了該流對網(wǎng)絡(luò)資源的需求程度（帶寬要求）。令牌桶容量B的大小就是對允許的數(shù)據(jù)流突發(fā)程度的一種度量。在T時(shí)間內(nèi)，最大數(shù)據(jù)量為rt+b,r為平均速率，b為短時(shí)間內(nèi)允許超過R的限制量。利用“桶”可以平滑掉文本信息的突發(fā)性影響（短期內(nèi)的涌入）；但對多媒體信息仍表現(xiàn)出高速率要求。一個(gè)需要按特定服務(wù)質(zhì)量發(fā)送數(shù)據(jù)流的RSVP主機(jī)將會(huì)傳輸一個(gè)RSVP路徑消息，這個(gè)路徑消息將會(huì)沿單播或組播路由通過路由協(xié)議預(yù)先建立的路徑傳輸。如果路徑消息到達(dá)一個(gè)不理解RSVP的路由器，將會(huì)將這個(gè)消息轉(zhuǎn)發(fā)并不對其內(nèi)容進(jìn)行分析而且不會(huì)為這個(gè)流進(jìn)行資源預(yù)留。與就是說RSVP是基于IP路由機(jī)制的，自己并不包含新的路由算法。一個(gè)流的源，構(gòu)造反映流特征的流規(guī)約Sender_Tspec和通告規(guī)約ADSpec，內(nèi)容：所屬的服務(wù)類；預(yù)留說明——定義服務(wù)質(zhì)量；傳輸說明一—數(shù)據(jù)流特征描述。源將這些內(nèi)容發(fā)向一個(gè)或多個(gè)接收方。通告規(guī)則ADSpec也用于通知接收方對該業(yè)務(wù)流是采取保證服務(wù)還是受控服務(wù)更為合適。桶有關(guān)的數(shù)據(jù)（流本身的特性）在Sender_Tspec中；中間鏈路和節(jié)點(diǎn)的有關(guān)數(shù)據(jù)在ADSpec中，如T、D等。tottot在到達(dá)接收方的路徑上，每一個(gè)支持ISA的網(wǎng)絡(luò)元素根據(jù)自己的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)邙限制條件）修改或不修改ADSpec中的參數(shù)，再向下游傳遞PATH消息。接收方根據(jù)Sender_TSpec和ADSpec中被修改后的參數(shù)（其中break_bit全局有效），決定該流要求的服務(wù)是否可以被接納，并且構(gòu)造配置參數(shù)Flow_Spec流規(guī)約，沿原路經(jīng)返回，原路徑上的網(wǎng)絡(luò)元素按照Flow_Spec的參數(shù)預(yù)留資源。如果源到接收方的路徑上某個(gè)網(wǎng)絡(luò)元素不支持所需要求，該網(wǎng)絡(luò)元素直接在ADSpec中設(shè)置“Break_bi標(biāo)”識(shí)，最終返回的Flow_Spec中拒絕為流提供服務(wù)。源的Sender_Tspec包括r、b、p、M,通過這些參數(shù)可以計(jì)算出該流（業(yè)務(wù)量）的到達(dá)速率和突發(fā)性，路徑上的網(wǎng)絡(luò)元素可計(jì)算出承載該流所需的最大帶寬開銷；利用（m,M,Dtt,Ttt），接收方可知道路徑上的MTU，并再用tottot這個(gè)MTU構(gòu)造Flow_Spec并告知源端，源必須遵守這個(gè)限制。T和D的取值取決于網(wǎng)絡(luò)元素內(nèi)部的時(shí)延T和對下一跳時(shí)延D的估tottot計(jì)值。一個(gè)網(wǎng)絡(luò)元素如果支持所要求的服務(wù)速率R或滿足放寬條件的時(shí)延限制S，則將接收應(yīng)用流的傳遞請求。當(dāng)所有路徑上的網(wǎng)絡(luò)元素都接收來自下游的RESV后，保證服務(wù)請求才可以成功。綜合服務(wù)中還包含了許多關(guān)于擁塞管理、分組調(diào)度的策略與方法。對誰提供什么級(jí)別的服務(wù)由準(zhǔn)入控制策略統(tǒng)一管理。P-9:預(yù)留計(jì)算綜合服務(wù)體系中，在[0,t]間隔，一方面，通信量的到達(dá)曲線經(jīng)過令牌桶整形后為a(t)二rt+b；另一方面，到達(dá)曲線也受到網(wǎng)絡(luò)鏈路容量和最大分組長度的限制(主要是在最初的發(fā)送階段)，a(t)二pt+M，參見圖。以最大隊(duì)列長度計(jì)算為例，T為固有輸出等待時(shí)延。如果T較大，在a(t)二rt+b階段后才有輸出通信量，因輸出通信量也是增函數(shù)，故T時(shí)刻累積隊(duì)列長度最大，就等于b+r*T的累積量，參見圖。如果T較小，在a(t)二pt+M階段，則最大隊(duì)列程度出現(xiàn)的T'就會(huì)大于T，T'=b-M/p-r，因?yàn)閜,t,r都是增函數(shù)，T'就在兩個(gè)斜率的交界處。精確計(jì)算此時(shí)的最大距離不太好辦，但可以用此處到橫軸的距離作為上限值(略大)，故得最大隊(duì)列長度等于b+T'*r=b+[b-M/p-r]*r，由p*T'=(r*T')+(b-M)，解得T'=(b-M)/(p-r)。參見圖。最大時(shí)延計(jì)算也分兩種情況：在p<=R時(shí)(處理速度快)，最大時(shí)延就是圖中的紅線，等于T+M/R，因?yàn)镸=R*T'。在p>R時(shí)，最大時(shí)延如圖中紅線所示?？梢?，利用最小加代數(shù)的理論，可以將最大時(shí)延上界的求解轉(zhuǎn)換為對線段的計(jì)算。雖然，有些線段精確求解也較難，但對只需確定其上界這樣計(jì)算來說，就相對簡單了許多。P-10：資源預(yù)留協(xié)議資源預(yù)留協(xié)議(ResourceReservationProtocol,簡稱RSVP)是一個(gè)通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行資源預(yù)留的協(xié)議，是為實(shí)現(xiàn)綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)而設(shè)計(jì)的。RSVP要求接收者在連接建立之初進(jìn)行資源預(yù)留，它必須支持單播和多播數(shù)據(jù)流，并具有很好的可伸縮性和強(qiáng)壯性。主機(jī)或者路由器可以使用RSVP滿足不同應(yīng)用程序數(shù)據(jù)流所需的不同的服務(wù)質(zhì)量(QoS)。RSVP定義應(yīng)用程序如何進(jìn)行資源預(yù)留并在預(yù)留的資源不用時(shí)如何進(jìn)行預(yù)留資源的刪除。RSVP將會(huì)使得路徑上每個(gè)節(jié)點(diǎn)都進(jìn)行資源預(yù)留。預(yù)留是動(dòng)態(tài)的，自動(dòng)沿網(wǎng)絡(luò)(單播或多播)路由建立預(yù)留了資源的路徑，并能夠適應(yīng)路由變化，但獨(dú)立于路由協(xié)議工作。發(fā)起者給路由器提供要傳輸?shù)耐ㄐ帕刻攸c(diǎn)(數(shù)據(jù)速率、可變性)，由接收者確定所需要的QoS。這樣就可以匯聚多條路徑上的信息，利用共享路徑節(jié)約資源。支持IP多播。預(yù)留狀態(tài)就是路由器上緩存的信息，這些信息由端系統(tǒng)傳給它們，并需要周期性刷新。會(huì)話有存活期，在此期間內(nèi)路由器保留對會(huì)話的資源分配。會(huì)話：目的IP地址、IP頭協(xié)議標(biāo)識(shí)符、目的端口。由目的端發(fā)出的預(yù)留請求為流描述符，包括了流規(guī)約和過濾規(guī)約。流規(guī)約的內(nèi)容定義不屬于RSVP范圍，RSVP只是負(fù)責(zé)傳遞請求。存在多個(gè)接收者(如多播應(yīng)用)返回的預(yù)留信息要在路徑聚合也需要預(yù)留聚合的情況。同樣，對多個(gè)流的要求也可以進(jìn)行匯總。過濾器就是實(shí)現(xiàn)這一預(yù)留聚集功能的部件。聚合可以大大減少路由器內(nèi)存(數(shù)據(jù)庫)的開銷。過濾器規(guī)約(filterspec)定義了一組被flowspec影響的分組。(比如:接受了flowspec確定的服務(wù)質(zhì)量的數(shù)據(jù)分組)?，F(xiàn)在定義的RSVP預(yù)留類型有:0、過濾，限制流的經(jīng)過。1、 固定過濾器(FixedFilter)類型：對特定的流預(yù)留資源。2、 直接共享(Sharedexplicit):對不同的流預(yù)留資源，并共享資源。3、 通配過濾器(WildcardFilter)類型：對于沒有特別定義的常規(guī)類型的流預(yù)留資源，所有的流共享資源。一個(gè)RSVP請求是由一個(gè)流量說明(flowspec)、一個(gè)過濾器說明(filterspec)和一對流描述字(flowdescriptor)組成的。節(jié)點(diǎn)上每個(gè)說明的功能就是當(dāng)流量說明(flowspec)設(shè)置每個(gè)節(jié)點(diǎn)分組任務(wù)調(diào)度的參數(shù)時(shí)，過濾器說明(filterspec)設(shè)置每個(gè)分組分類的參數(shù)。過濾器規(guī)約中沒有指明的分組只享受盡力而為的服務(wù)。流規(guī)約是一個(gè)一維的量，單位是資源的定量單位。通配符過濾器實(shí)例1中有交叉?zhèn)鬏?，R2、R3在Z端口合并，路由器內(nèi)為去往端口Y的流預(yù)留4B,為去往端口Z的流預(yù)留3B；而所有預(yù)留需量在路由器內(nèi)再次合并，故從W，Z發(fā)出的預(yù)留量變?yōu)?B。例2中，如果流不交叉?zhèn)鬏?，則可以只在對應(yīng)端口預(yù)留，并把與流的量告知上游。固定過濾器方式要占用更多的空間緩存。加密技術(shù)——往RSVP消息中添加信息摘要，這是通過一個(gè)信息摘要算法（一般是MD5）將消息內(nèi)容和一個(gè)共享密鑰結(jié)合。錯(cuò)誤報(bào)告——當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)偵聽到一個(gè)錯(cuò)誤，則會(huì)使用錯(cuò)誤編碼產(chǎn)生一個(gè)錯(cuò)誤消息，并按相反的路徑往上游發(fā)送直到源節(jié)點(diǎn)。P-12:DS體系結(jié)構(gòu)DS的實(shí)現(xiàn)途徑：簡化網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的服務(wù)機(jī)制，內(nèi)部只進(jìn)行簡單的調(diào)度轉(zhuǎn)發(fā)，而流狀態(tài)信息的保存與監(jiān)控機(jī)制都在網(wǎng)絡(luò)邊界節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)，內(nèi)部節(jié)點(diǎn)是狀態(tài)無關(guān)的；內(nèi)部節(jié)點(diǎn)采用聚集傳輸控制，服務(wù)對象是流的聚集而非簡單流，單流信息只在網(wǎng)絡(luò)邊緣保存和處理。DS區(qū)域是由一些相連的DS節(jié)點(diǎn)組成的集合，它們遵循統(tǒng)一的服務(wù)提供策略并實(shí)現(xiàn)一致的PHB組（對相同的流實(shí)時(shí)相同的排隊(duì)、調(diào)度控制）。邊界節(jié)點(diǎn)也要實(shí)現(xiàn)PHB。邊界節(jié)點(diǎn)分為出口和入口節(jié)點(diǎn)，入口保證流滿足本域的傳輸控制規(guī)約TCA；出口使流滿足與下游域簽訂的TCA。區(qū)域之間可以采用不同的服務(wù)級(jí)別定義和劃分方法，但在區(qū)域交界處必須進(jìn)行映射轉(zhuǎn)換。例如，區(qū)域1中的5個(gè)PHB組對應(yīng)與區(qū)域2的3個(gè)PHB組。每個(gè)PHB組可與一組標(biāo)記對應(yīng)。CU未在區(qū)分服務(wù)中體系中定義，用于其他用途。標(biāo)記用于標(biāo)識(shí)分組所屬的流聚集，供分組經(jīng)過的DS節(jié)點(diǎn)選擇特定的PHB對其進(jìn)行處理。分類器的分類方法與綜合服務(wù)中流的劃分相同，也是根據(jù)分組頭部信息進(jìn)行分類定義單流。分類的流在DS中要經(jīng)過調(diào)節(jié)器滿足其所屬的PHB組，并且區(qū)分服務(wù)中，業(yè)務(wù)流進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)之前必須被平滑突發(fā)性，以免對下游節(jié)點(diǎn)造成嚴(yán)重影響。計(jì)量器常使用的方法是令牌桶，不同類型的流對應(yīng)不同的令牌桶計(jì)數(shù)。整形器根據(jù)流的類型使用漏斗桶算法，強(qiáng)制流以固定的速率進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)；管制器根據(jù)計(jì)量器的信息決定是否需要丟棄部分或全部分組，如果需要部分丟棄分組，則按照分組頭的標(biāo)記值選擇可以被丟棄的分組、以及丟棄多少。也可以采用兩個(gè)令牌桶，當(dāng)一個(gè)令牌桶空時(shí)，開始對分組進(jìn)行標(biāo)記，在后繼節(jié)點(diǎn)或本節(jié)點(diǎn)擁塞時(shí)丟棄標(biāo)記的分組（分優(yōu)先級(jí)丟棄），如果兩個(gè)令牌桶都空，則丟棄所有到達(dá)分組。也就是說，邊界節(jié)點(diǎn)同樣需要實(shí)現(xiàn)PHB。P-14:每一跳行為PHB是一個(gè)DS節(jié)點(diǎn)管制和調(diào)度轉(zhuǎn)發(fā)帶有DSCP標(biāo)記的IP包流的外部行為描述。DS也為不同的服務(wù)預(yù)留資源，只是這種預(yù)留不是針對每個(gè)端到端的流，而是針對某一類流聚集預(yù)留多少資源，與端用戶無關(guān)（無狀態(tài)）。PHB僅是外特性描述，不涉及到具體的實(shí)現(xiàn)機(jī)制，這類似于對象封裝后的外部接口描述。PHB的實(shí)現(xiàn)是通過隊(duì)列調(diào)度和（擁塞）管理完成的。簇和組，前者是抽象定義，后者是具體實(shí)例。如確保轉(zhuǎn)發(fā)AF-PHB簇中有4個(gè)獨(dú)立的AF組。準(zhǔn)盡力而為比盡力而為有更高的丟包率，用于不太重要的后臺(tái)數(shù)據(jù)傳輸；類選擇是為了兼容IP優(yōu)先級(jí)，DSCP值大的對應(yīng)高優(yōu)先級(jí)；小的對應(yīng)低優(yōu)先級(jí)；允許丟失加速轉(zhuǎn)發(fā)主要針對無線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，其高誤碼率及可能的連接中斷使正常的EF不能大規(guī)模使用。EF-PHB中的到達(dá)率小于出速率可以保證有排隊(duì)、無丟失。RFC2598中EF擁有絕對最高優(yōu)先權(quán)，一些復(fù)雜的策略在保證EF-PHB同時(shí)，盡量兼顧其他PHB。AS的實(shí)際服務(wù)質(zhì)量與諸多因素有關(guān)，較難達(dá)到量化指標(biāo)，而更多是一種優(yōu)化服務(wù)，后續(xù)的公平排隊(duì)方法大多是針對AF-PHB的。不擁塞情況下，AF可以使用更多的帶寬。不論那個(gè)優(yōu)先級(jí)，同一AF組內(nèi)不能改變流內(nèi)分組的順序。不同的AF組，其優(yōu)先級(jí)也不一樣，所能承受的突發(fā)性影響的程度也不同，故例中紅色標(biāo)記的分組數(shù)量也不一樣。；圖例中，黃色的mm表示級(jí)別，決定了流中被標(biāo)記的紅色、黃色和綠色的分組個(gè)數(shù)；白色的nnn決定進(jìn)入那個(gè)隊(duì)列，進(jìn)入不同的隊(duì)列也會(huì)影響到轉(zhuǎn)發(fā)的先后次序。目前，關(guān)于AF的討論集中在如何確定AF組內(nèi)相對優(yōu)先級(jí)的數(shù)目，以及如何協(xié)調(diào)分配給各個(gè)組的資源。服務(wù)類型的劃分可以自行定義。P-15:加速轉(zhuǎn)發(fā)中的延時(shí)計(jì)算區(qū)分服務(wù)中，核心路由器不再保存大量的每個(gè)流的狀態(tài)，而是只保存少量的流聚集的狀態(tài)，這樣可以降低核心路由器的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜性，并提高整個(gè)區(qū)分服務(wù)方案的擴(kuò)展性。但是，增加擴(kuò)展性的代價(jià)是降低了性能，至少降低了網(wǎng)絡(luò)保證最小端到端時(shí)延的能力。P-16：DS與IS結(jié)合的QoS控制ISA就像是“量體裁衣”，請裁縫定做；而DS屬工業(yè)化生產(chǎn)，只按“大、中、小”號(hào)碼生產(chǎn)衣服。這不同的“大、中、小”號(hào)就對應(yīng)著服務(wù)質(zhì)量上的PHB。這兩種IP網(wǎng)絡(luò)的QoS標(biāo)準(zhǔn)都不能完全滿足需求，各有所長和局限性。為了優(yōu)化資源的分配和支持接納控制，DS區(qū)可以參加端到端的RSVP信令過程。將DS區(qū)看成是IS中連接路由器和主機(jī)的虛鏈路。只提供聚集傳輸控制、無信令機(jī)制的DS區(qū)的接納控制是通過隱式（配置網(wǎng)絡(luò)元素的管制參數(shù)）方式實(shí)現(xiàn)的，雖然能夠在某種上程度對網(wǎng)絡(luò)起到保護(hù)作用，但效率低。顯示信令的好處是可以在流進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)之前加以拒絕（控制）?？偟脑瓌t：在流進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)之前實(shí)施顯式的準(zhǔn)入控制，進(jìn)入之后則采取粗曠式管理，不再單獨(dú)實(shí)施每個(gè)流的管理對應(yīng)。外部路由器ER和邊界路由器BR的功能都依賴于該框架的特定實(shí)現(xiàn)。在DS內(nèi)不支持RSVP時(shí)，ER是DS區(qū)的接納控制代理（運(yùn)行ISA），BR為普通的DS路由器；在DS的BR（或內(nèi)部的其他部分路由器）支持RSVP時(shí)，只BR參與RSVP信令控制過程，并作為DS區(qū)的接納控制代理。動(dòng)態(tài)方案可以根據(jù)DS區(qū)外部的資源請求實(shí)現(xiàn)DS網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部資源提供上的改變，如給路由器中的EF隊(duì)列分配更多的帶寬;拓?fù)涿舾锌梢酝ㄟ^RSVP將DS區(qū)網(wǎng)絡(luò)資源可用情況的變化告知網(wǎng)絡(luò)DS外部的IS節(jié)點(diǎn)。這樣不但可以提高DS區(qū)內(nèi)部資源使用的效率，而且可以提高接納控制的可信度。這種方式增加了邊界節(jié)點(diǎn)的復(fù)雜性，而提供的服務(wù)質(zhì)量保證能力并不十分理想。P-17:擁塞控制策略在前面ISA和DSA介紹中都提到了對流區(qū)別對待，也就是在資源不夠用時(shí)，對有些流提供資源保證，對另一些流要限制其對資源的使用。如何具體實(shí)現(xiàn)是本節(jié)要介紹的內(nèi)容?！傲鳌笔蔷W(wǎng)絡(luò)資源的用戶，而擁塞控制算法負(fù)責(zé)在多個(gè)用戶之間分配網(wǎng)絡(luò)資源。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中“流”的數(shù)量或資源的數(shù)量發(fā)生變化時(shí)，資源必須在用戶之間重新分配。在平衡狀態(tài)下，如果網(wǎng)絡(luò)中“流”的數(shù)量增加或者資源的數(shù)量減少，在資源的重新分配完成之前，就會(huì)出現(xiàn)暫時(shí)“需求”大于“供給”，從而發(fā)生擁塞。因?yàn)?，網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)是不穩(wěn)定的，所以，擁塞也是無法避免的。擁塞的管理操作應(yīng)該在進(jìn)入臨界區(qū)就開始，等擁塞發(fā)生往往就很難采取有效措施了，只有禁止所有數(shù)據(jù)流進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)，等待網(wǎng)絡(luò)自行恢復(fù)。與一般的流量控制不同（常規(guī)流控是為了使發(fā)送者和接收者的緩存處理能力相匹配），擁塞管理主要是考慮發(fā)送端和接收端之間的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。所謂控制，其實(shí)也就是在有限的資源內(nèi)，重新分配對資源的占用率。許多算法中，同時(shí)包含了擁塞避免和擁塞控制機(jī)制。例如，TCP中的慢啟動(dòng)（減少流量）屬擁塞控制機(jī)制，擁塞避免（限制流量）屬于預(yù)防機(jī)制；而加速遞減可以說包含了兩方面的目的。故也可以用擁塞控制來統(tǒng)稱擁塞管理。前面介紹的ISA中的RSVP可以起到一定的開環(huán)擁塞控制作用，流傳輸中不再考慮網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的變化；而DSA中只能采取閉環(huán)擁塞控制措施，流傳輸中一直受網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)變化的影響。但同樣，這兩者不是對立的。對無狀態(tài)、盡力而為的IP網(wǎng)絡(luò)，主要采用閉環(huán)控制方式。閉環(huán)擁塞控制的缺陷就是控制算法的效果嚴(yán)重受到反饋時(shí)延的影響，如TCP協(xié)議。TCP就是源算法的典型代表，是目前保證Internet健壯性的重要因素。當(dāng)路由器緩存區(qū)滿，采用末尾丟棄法，后續(xù)分組被丟棄。這些被丟棄的分組由TCP重傳，但會(huì)引起流量增加，傳輸時(shí)延明顯加大，并可能產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)的全局同步，都進(jìn)入慢啟動(dòng)，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)吞吐量急劇下降，網(wǎng)絡(luò)處在不必要的低利用率狀態(tài)。而網(wǎng)絡(luò)流量的突發(fā)性和自相似性會(huì)使這種“盛宴與饑餓”循環(huán)產(chǎn)生，同時(shí)擁塞，同時(shí)慢啟動(dòng)。因此，除了增加緩存空間外，更好的方法是能夠預(yù)測擁塞的開始，提前做出預(yù)防。鏈路算法需要網(wǎng)絡(luò)中路由器提供支持。前面介紹的XCP、FastTCP在端系統(tǒng)加入了對流輸入量的優(yōu)先級(jí)控制，但僅在端系統(tǒng)進(jìn)行控制，效果十分有限。主動(dòng)隊(duì)列管理AQM的一個(gè)典型代表就是隨機(jī)早期檢測RED算法。但是，由于RED算法的性能對參數(shù)（權(quán)值）設(shè)置十分敏感，所以在Internet中并沒有廣泛應(yīng)用。多徑路由可以有效分流和均衡網(wǎng)絡(luò)中的流量，是一種很有前途的解決擁塞的方法，但目前仍處于研究階段，因?yàn)?，多路徑中的最?yōu)化路由往往無法得到和確認(rèn)?！爸鲃?dòng)隊(duì)列管理”是IETF退出的基于FIFO調(diào)度策略的隊(duì)列管理機(jī)制，它使路由器能夠控制丟棄包的多少，從而有效管理隊(duì)列長度，以支持端到端的擁塞管理。P-18：擁塞控制的鏈路算法末尾丟棄屬于被動(dòng)隊(duì)列管理辦法，隨機(jī)早期檢測屬主動(dòng)隊(duì)列管理，有一定的預(yù)防作用。通過對網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)進(jìn)行跟蹤，在擁塞發(fā)生前對分組進(jìn)行有選擇的丟棄或者標(biāo)記，避免擁塞的發(fā)生或避免死鎖的發(fā)生影響。RED中使用平均隊(duì)列長度的目的是將路由器上出現(xiàn)的瞬間的擁塞過濾掉，即利用低通濾波器降低系統(tǒng)的反應(yīng)速度。P=kq.,對不同的隊(duì)列可選擇不同的k。iiF為平均隊(duì)長變化時(shí)保護(hù)罩在整個(gè)臨界區(qū)中所占的比例,這樣計(jì)算的丟棄概率隨負(fù)荷的增加而動(dòng)態(tài)變化。Count為連續(xù)未被丟棄分組的統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)值，C越大應(yīng)越增加丟棄的可能性。概率現(xiàn)象存在聚集特性,例如,拋硬幣不會(huì)均勻的出現(xiàn)正反面交替的現(xiàn)象，一段時(shí)間內(nèi)可能較多地正面或方面聚集。因此，利用C來抑止對偶爾的突發(fā)性業(yè)務(wù)流產(chǎn)生連續(xù)的丟棄行為,即丟棄一個(gè)后有一個(gè)延時(shí)。P-19：早期隨機(jī)標(biāo)記RED不支持區(qū)分服務(wù)，所以，產(chǎn)生了隨即早期標(biāo)記，以支持區(qū)分服務(wù)中的擁塞管理。DS的保障性服務(wù)中，同一隊(duì)列中又可以依據(jù)流的突發(fā)特征被標(biāo)記為紅、黃、綠三色，具體的標(biāo)記原則可參照價(jià)格尺度來實(shí)施。REM的價(jià)格機(jī)制中使用了積分環(huán)節(jié)來解決比例控制器中的穩(wěn)態(tài)誤差?！皟r(jià)格”由實(shí)際隊(duì)長與期望隊(duì)長之差以及聚合流的輸入速率與端口輸出速率（最大帶寬）之差決定。期望隊(duì)列長度與優(yōu)先級(jí)有關(guān)，也與隊(duì)列緩存區(qū)分配的多少有關(guān)。每個(gè)采樣周期用指數(shù)標(biāo)記公式計(jì)算報(bào)文標(biāo)記概率，并按此概率標(biāo)記后續(xù)到來的分組。標(biāo)記的分組也就極有可能被丟棄，因此，端到端丟棄概率近似等于所有鏈路的價(jià)格之和，與其成正比。該方法雖然能夠?qū)崿F(xiàn)AQM的技術(shù)指標(biāo)，但性能卻不很理想，因?yàn)閰?shù)調(diào)整的難度大。P-20洎適應(yīng)虛擬隊(duì)列虛擬隊(duì)列的虛擬帶寬小于實(shí)際隊(duì)列對應(yīng)的輸出帶寬，緩存區(qū)大小與實(shí)際的隊(duì)列一致。由于虛擬帶寬小，故虛擬隊(duì)列總是先于實(shí)際隊(duì)列溢出，這就確保了實(shí)際緩存不發(fā)生擁塞。AVQ額不足之處：沒有對隊(duì)長的顯式控制（參數(shù)難控制）因此，算法很難在高吞吐量和低延時(shí)之間做出合理的平衡。不是所有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都支持標(biāo)記操作。P-21研究動(dòng)態(tài)擁塞控制算法的分布性、網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，以及對擁塞控制算法的性能要求使得擁塞控制算法設(shè)計(jì)難度很高。因此，基于系統(tǒng)控制理論的AQM近年來成為研究熱點(diǎn)。該模型反映了主動(dòng)隊(duì)列控制策略與端到端性能之間的關(guān)系。擁塞控制研究方面已轉(zhuǎn)向嚴(yán)格的數(shù)學(xué)上的動(dòng)力學(xué)分析，借助于非線性動(dòng)力學(xué)方法、控制與優(yōu)化理論分析現(xiàn)有擁塞控制的穩(wěn)定與動(dòng)態(tài)性，以便于設(shè)計(jì)新的擁塞控制算法。P-22:分組調(diào)度策略通過分組調(diào)度，就決定了不同流的分組經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)的順序和單位時(shí)間內(nèi)的多少，接收端看就是單位時(shí)間內(nèi)得到的分組在數(shù)量不同。輪轉(zhuǎn)發(fā)(RoundRobin)是最簡單、最常用的一種方法，還可以進(jìn)行加權(quán)輪轉(zhuǎn)。但該方法的規(guī)律性太強(qiáng)，反而約束了公平性。不同緩存隊(duì)列通過占用輸出隊(duì)列比例和位置的不同，決定了單位時(shí)間內(nèi)輸出的多少和先后。VC與Delay-EDD算法針對的輸入分組的流量模型不同，但調(diào)度的思想是一樣的。對于多流共享單隊(duì)列的情況有一定效果，其效果是強(qiáng)制性地不連續(xù)發(fā)送。Max(t,auxVC)的作用是使到達(dá)分組的優(yōu)先級(jí)與規(guī)定的時(shí)間auxVC相關(guān)，如果沒有到規(guī)定的發(fā)送間隔，則必須等待，有一定的整形作用。而Vtick則與當(dāng)前可用帶寬有關(guān)，帶寬越擁擠到達(dá)的分組等待的時(shí)間越長。上述方法對整形有較好效果，但對改善長分組“優(yōu)先”(多占資源)的效果有限。P-23:公平隊(duì)列輪轉(zhuǎn)調(diào)度方式(RoundRobin)具有長分組優(yōu)先特性，因?yàn)殚L分組可以獲取更多的帶寬。而處理器共享正是針對這一問題提出的。共享處理器GSP方式是一種理想化的流量公平隊(duì)列工作模型。其中，所有參與調(diào)度的工作流各自組成緩沖隊(duì)列。調(diào)度服務(wù)器從非空的隊(duì)列取隊(duì)列頭的任務(wù)，按照工作流的服務(wù)速率進(jìn)行服務(wù)。虛擬時(shí)間的標(biāo)記主要依據(jù)隊(duì)列狀態(tài)的變化進(jìn)行，有變化則標(biāo)記一次，故是一個(gè)相對的時(shí)間變量，不具直接比較大小的特性。加權(quán)后的隊(duì)列處理稱為優(yōu)先級(jí)共享處理器方式PGPS,主要變化在結(jié)束時(shí)間隨權(quán)值成倍減少?？稍谝欢ǔ潭壬象w現(xiàn)出短分組優(yōu)先。在分組交換網(wǎng)絡(luò)中，由于能夠進(jìn)行調(diào)度的最小任務(wù)粒度是分組，所以在分組進(jìn)入各自流的緩存隊(duì)列時(shí)，必須由調(diào)度算法為其加上調(diào)度優(yōu)先級(jí)標(biāo)記，并依此順序逐次調(diào)度各分組進(jìn)行服務(wù)，才能模擬GPS系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度。WFQ中，Zwj表示：在t時(shí)刻，有分組等待調(diào)度的所有流的服務(wù)占有率之和。對虛擬時(shí)間的改進(jìn)是為了更好地體現(xiàn)公平性。WF2Q中，如上例，sSP后調(diào)度為S丫，而不是S?。因?yàn)?，在選擇時(shí)1112間t=3時(shí)刻，S?還不可能開始獲得服務(wù)。2研究認(rèn)為WF2Q比WFQ更加公平，并非絕對的短分組優(yōu)先，同時(shí)可以達(dá)到同樣的端到端延遲、時(shí)延抖動(dòng)以及相應(yīng)的緩存區(qū)大小等性能。WF2Q的計(jì)算復(fù)雜度為O(logN)。還有許多改進(jìn)的隊(duì)列調(diào)度方法。P-24：差額分配法DRR中，若Q=100,Pl=80。則循環(huán)到時(shí)，發(fā)送分組，計(jì)算D=100—80=20。如果后續(xù)分組P2=30，貝U100+20>80+30,P2繼續(xù)發(fā)送；如果P2=50，則轉(zhuǎn)入其他隊(duì)列。差額分配法的最大特點(diǎn)（優(yōu)點(diǎn)）是簡單性。P-25：斷續(xù)工作調(diào)度算法斷續(xù)工作方式中，分組首先進(jìn)入一個(gè)流調(diào)節(jié)器，通過調(diào)節(jié)算法使到達(dá)分組在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候才進(jìn)入調(diào)度輸出，并非一到達(dá)就參與調(diào)度計(jì)算，從而達(dá)到整形目的，是在全局優(yōu)先級(jí)方法上的進(jìn)一步改進(jìn)。例如，連續(xù)工作方式中，高優(yōu)先級(jí)流在接收端的達(dá)到速率甚至可能高于在入口端的輸出速率。P-26：緩存管理策略調(diào)度管理的作用：擁塞控制和優(yōu)先級(jí)支持。緩存管理涉及到端口隊(duì)列緩存大小的分配，決定了隊(duì)列閾值，進(jìn)而影響到緩存分組的丟棄問題（如AQM策略）。兩者共同管理緩存空間。目前的路由器、交換機(jī)內(nèi)的緩存管理都是基于共享緩存交換結(jié)構(gòu)的。設(shè)緩存大小為M,有Q（t）<=M。一些高檔設(shè)備采用獨(dú)立結(jié)構(gòu)，故更多地涉及到多優(yōu)先級(jí)隊(duì)列的劃分區(qū)域和管理問題。多優(yōu)先級(jí)的緩存管理算法可以做到為高優(yōu)先級(jí)流提供保證的同時(shí)，為低優(yōu)先級(jí)的流提供盡力而為的傳輸服務(wù)。P-27：靜態(tài)閾值策略完全分占中，雖然每個(gè)端口劃分了不同的緩存區(qū)域,但訪問內(nèi)存的(CPU)操作仍是爭用的。其優(yōu)點(diǎn)是可以隔離業(yè)務(wù)流的相互影響，但對緩存空間的浪費(fèi)比較嚴(yán)重。而完全共享方式的公平性較差，有些業(yè)務(wù)可能過多地占用緩存。網(wǎng)絡(luò)的帶寬是個(gè)固定值，如果某種業(yè)務(wù)的流占用多了，其他業(yè)務(wù)的流量必然減少，不可能所有流都很多。最大隊(duì)列長度共享方式正是利用這一點(diǎn)而設(shè)計(jì)的。但仍存在使用受限和溢出問題要解決。靜態(tài)閾值方法實(shí)現(xiàn)簡單，但是，它們在緩存空間還有空余時(shí)就可能開始丟棄分組，并且丟棄最新到達(dá)的分組，其公平性不好，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)各個(gè)端口業(yè)務(wù)流量特性是不斷變化的。靜態(tài)閾值無法適應(yīng)這種變化。Push-Out是一種按要求丟棄分組的策略，可以丟棄緩存中排隊(duì)最長的隊(duì)列中的分組。POT在緩存未滿情況下與完全共享方式類似，在重載情況下趨向于完全獨(dú)占方式，能夠適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸負(fù)載的變化。在分組到達(dá)符合泊松分布、端口服務(wù)時(shí)間為指數(shù)分布的條件下，可以證明POT具有最低分組丟失率。具備了一定的閾值動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的特征。MBP性能要高于POT。此類管理機(jī)制目標(biāo)都是：在有可用資源的情況下，提供更好的服務(wù)。他們具有了一定的丟棄功能，但較簡單，以保證有資源可用為準(zhǔn)則。P-28：動(dòng)態(tài)閾值策略動(dòng)態(tài)閾值DT中隊(duì)列長度和閾值都是動(dòng)態(tài)變化的（這可以與緩存的使用情況聯(lián)系起來考慮），但閾值的變化不可能和隊(duì)列長度的變化完全一致，閾值大小與可用空間成反比。DT可以為新變?yōu)榛钴S的端口隊(duì)列釋放更多的緩存。有研究認(rèn)為DT算法在不同的傳輸情況下，很難找到穩(wěn)定的因子值（固定的°）使其接近最佳性能。閾值是一個(gè)平均分配得到的值。最佳動(dòng)態(tài)閾值BDT中，在總的隊(duì)列長度不太大的條件下，允許增加緩存空間；如果總的隊(duì)列空間緊張了，就減少端口緩存區(qū)域的閾值。{T-AT,T}，減AT表明要?jiǎng)h除一個(gè)分組，Ti表明為每個(gè)端口分配old min min一個(gè)最小的固有緩存空間。減少閾值也就意味著要開始丟棄部分分組，其bm是拐點(diǎn)（難確定）。隨后，越有分組到達(dá)，閾值越小，分組被丟棄的概率越高。部分共享部分獨(dú)占PSPP的特點(diǎn)是簡單，其中端口的活躍狀態(tài)由當(dāng)前端口隊(duì)列的長度決定，超過總帶寬B/端口數(shù)N（平均帶寬）的為活躍端口，否則為不活躍端口。定義端口是否活躍是個(gè)關(guān)鍵。P-29：多優(yōu)先級(jí)動(dòng)態(tài)閾值策略前面介紹的都是針對端口緩存的管理，相對簡單。多優(yōu)先級(jí)閾值是要針對每個(gè)流來進(jìn)行緩存的劃分與管理，要復(fù)雜得多，系統(tǒng)開銷肯定會(huì)很大。為“流”分配動(dòng)態(tài)閾值方式，一般可用于區(qū)分服務(wù)中的PHB定義中。多優(yōu)先級(jí)DT中，不同優(yōu)先級(jí)的隊(duì)列緩存區(qū)，其閾值計(jì)算使用不同的?,p從而有不同大小的空間。多優(yōu)先級(jí)BDT中，當(dāng)隊(duì)列總長度（緩存開銷）>=卩m時(shí)，隊(duì)列的閾值以分組到達(dá)的速率減少，某個(gè)優(yōu)先級(jí)的分組到達(dá)的多，相應(yīng)減少的也多；當(dāng)隊(duì)列總長度邙M時(shí)，分組總能被接受，閾值TP更新到當(dāng)前的最大隊(duì)長值。工Qk（t）為所有端口中p級(jí)流的總隊(duì)長，M為分配給p級(jí)流的總內(nèi)存kep P大小。這里不再是單一端口，要考慮所有端口上對P級(jí)流的保證問題。公式工Qq（t）的意思是：先找出所有端口P優(yōu)先級(jí)的流中最大隊(duì)列長q>pi度的一個(gè)，再將所有高于P的這些最大的一個(gè)個(gè)隊(duì)長加起來，以此為閾值。這樣保證高于P優(yōu)先級(jí)的流的分組不會(huì)被丟棄。P-30：動(dòng)態(tài)狀態(tài)分組動(dòng)態(tài)分組狀態(tài)DPS也是一種核心無狀態(tài)的體系結(jié)構(gòu)，這一點(diǎn)與區(qū)分服務(wù)類似，不同之處在于DPS的分組攜帶流狀態(tài)信息，而不僅僅是標(biāo)記符。實(shí)際上，由于分組頭中有流的特征信息，DPS類似于綜合服務(wù)，它可為路由器提供每個(gè)流的狀態(tài)，只不過這些信息不是保存在路由器，而是由分組自己攜帶。DPS有許多技術(shù)與已有技術(shù)類似，也有許多不同。其問題的關(guān)鍵是：需要所有路由器支持（修改程序）。DPS的目標(biāo)是在保持現(xiàn)有Internet的可擴(kuò)展性和魯棒性（自組織性）的前提下，提供比現(xiàn)有Internet更好的服務(wù)質(zhì)量。流保護(hù)機(jī)制可以使不同的端到端擁塞控制機(jī)制在Internet上無縫地協(xié)作，并保護(hù)“好行為”的流不受惡意行為流的侵害。怎樣保護(hù)？DPS采用“公平速率”來實(shí)現(xiàn)，不同級(jí)別的流被分配不同的公平速率。如果鏈路不擁塞，“公平速率”就等于最大到達(dá)速率的流的速率。得到保證的流可以按照公平速率接受服務(wù)（類似資源預(yù)留），而不收到其它流的干擾，惡意流也只能以公平速率接受服務(wù)，不論它發(fā)送多少個(gè)分組，強(qiáng)制整形，從而限制對資源的過度侵占，如UDP流。路由器以p轉(zhuǎn)發(fā)分組，則r*p也就是流應(yīng)該得到的