網(wǎng)絡(luò)擁塞控制基礎(chǔ)

網(wǎng)絡(luò)擁塞控制基礎(chǔ)22一.網(wǎng)絡(luò)擁塞現(xiàn)象

目前，網(wǎng)絡(luò)是建立在TCP/IP協(xié)議族的基礎(chǔ)上，采用IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)傳送。IP協(xié)議是基于分組交換的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，用戶數(shù)據(jù)以IP數(shù)據(jù)分片（數(shù)據(jù)包、數(shù)據(jù)分組）的形式在發(fā)送端與接收端傳送。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中存在超量的數(shù)據(jù)包時(shí)，網(wǎng)絡(luò)的性能就會(huì)下降，對(duì)用戶而言，其通信的性能（吞吐量、時(shí)延、丟包率等）也就變差，導(dǎo)致其對(duì)通信服務(wù)的滿意度降低，這種現(xiàn)象稱為擁塞。33數(shù)據(jù)分組

通常我們將要發(fā)送的整塊數(shù)據(jù)稱為一個(gè)報(bào)文。在發(fā)送報(bào)文之前，先將較長(zhǎng)的報(bào)文劃分成為一個(gè)個(gè)更小的等長(zhǎng)數(shù)據(jù)段，例如，每個(gè)數(shù)據(jù)段為1024bit。在每一個(gè)數(shù)據(jù)段前面，加上一些必要的控制信息組成首部（header）后，就構(gòu)成了一個(gè)分組。分組又稱為“包”,首部又稱為“包頭”。分組是在因特網(wǎng)中傳送的數(shù)據(jù)單元。4455二.擁塞控制的基本問題端系統(tǒng)A端系統(tǒng)B101….101101圖2一種最簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸場(chǎng)景66

為了避免網(wǎng)絡(luò)擁塞，一種思路是在建立網(wǎng)絡(luò)時(shí)，將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)保存在端系統(tǒng)，采用全局靜態(tài)規(guī)劃的方法，預(yù)先對(duì)每個(gè)端系統(tǒng)分配好傳輸策略，防止網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)排隊(duì)現(xiàn)象。對(duì)于圖2的場(chǎng)景而言，將網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的處理能力參數(shù)保存在端系統(tǒng)A，那么端系統(tǒng)A就可以控制發(fā)送速率不超過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的處理能力。在多用戶發(fā)送的場(chǎng)景下，每個(gè)用戶被分配一定的帶寬，發(fā)送時(shí)不允許超過配額的帶寬，以確保發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的聚合流量不能超過其處理能力。但對(duì)于開放異構(gòu)型網(wǎng)絡(luò)，不太可能做全局網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，因此不太適用。77

因此，研究人員普遍采用基于反饋的方法來設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)擁塞控制機(jī)制。當(dāng)檢測(cè)到網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞時(shí)，向數(shù)據(jù)發(fā)送端發(fā)送擁塞信號(hào)，減緩發(fā)送速率，降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，減緩、避免網(wǎng)絡(luò)擁塞。

采用基于反饋的擁塞機(jī)制，需要解決以下基本問題： 1）網(wǎng)絡(luò)擁塞測(cè)量:如何精確度量網(wǎng)絡(luò)擁塞狀態(tài)； 2）擁塞信息反饋：如何將擁塞狀態(tài)及時(shí)反饋到數(shù)據(jù)發(fā)送端； 3）擁塞響應(yīng)策略：如何根據(jù)擁塞狀態(tài)調(diào)整數(shù)據(jù)發(fā)送策略88三.兩種擁塞控制機(jī)制

根據(jù)對(duì)上述三個(gè)基本問題的回答，就構(gòu)成了完整的擁塞控制機(jī)制，三個(gè)方面相互配合，以實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的最大化利用，并避免形成網(wǎng)絡(luò)擁塞。根據(jù)擁塞狀態(tài)信息的反饋方式，可歸納為隱式擁塞控制機(jī)制和顯式擁塞控制機(jī)制。991.隱式網(wǎng)絡(luò)擁塞測(cè)量

隱式擁塞控制機(jī)制在接收端系統(tǒng)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)擁塞狀態(tài)信息，然后反饋到發(fā)送端系統(tǒng)，發(fā)送端系統(tǒng)根據(jù)反饋的擁塞狀態(tài)信息，調(diào)整發(fā)送速率，控制發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)量。

可檢測(cè)到的狀態(tài)信息： 1.數(shù)據(jù)包傳輸延遲狀態(tài) 2.數(shù)據(jù)包是否丟失 3.數(shù)據(jù)包頭和內(nèi)容數(shù)據(jù)是否改變10102.顯式擁塞通知

顯式擁塞通知機(jī)制通過標(biāo)記數(shù)據(jù)包頭（首部）中的一個(gè)比特位，通知接收端出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁塞，接收端再利用一個(gè)比特位，將擁塞信息反饋到發(fā)送端，發(fā)送端檢測(cè)到該比特位，則按網(wǎng)絡(luò)擁塞反饋進(jìn)行響應(yīng)，降低發(fā)送速率。

顯式擁