网络拥塞控制基础

1、网络拥塞控制基础网络拥塞控制基础2 2一一. .网络拥塞现象网络拥塞现象 目前，网络是建立在目前，网络是建立在TCP/IPTCP/IP协议族的基础上，采用协议族的基础上，采用IPIP协议协议实现网络之间的数据传送。实现网络之间的数据传送。IPIP协议是基于分组交换的网络层协协议是基于分组交换的网络层协议，用户数据以议，用户数据以IPIP数据分片数据分片（数据包、数据分组）的形式在发（数据包、数据分组）的形式在发送端与接收端传送。当网络中存在超量的数据包时，网络的性送端与接收端传送。当网络中存在超量的数据包时，网络的性能就会下降，对用户而言，其通信的性能（吞吐量、时延、丢能就会下降，对用户而言，

2、其通信的性能（吞吐量、时延、丢包率等）也就变差，导致其对通信服务的满意度降低，这种现包率等）也就变差，导致其对通信服务的满意度降低，这种现象称为拥塞。象称为拥塞。3 3数据分组数据分组 通常我们将要发送的整块数据称为一个报文。在发送报文通常我们将要发送的整块数据称为一个报文。在发送报文之前，先将较长的报文划分成为一个个更小的等长数据段，例之前，先将较长的报文划分成为一个个更小的等长数据段，例如，每个数据段为如，每个数据段为1024bit1024bit。在每一个数据段前面，加上一些必。在每一个数据段前面，加上一些必要的控制信息组成首部（要的控制信息组成首部（headerheader）后，就构成了

3、一个分组。分）后，就构成了一个分组。分组又称为组又称为“包包”, ,首部又称为首部又称为“包头包头”。分组是在因特网中传送。分组是在因特网中传送的数据单元。的数据单元。4 45 5二二. . 拥塞控制的基本问题拥塞控制的基本问题端系统A端系统B101.101101图2 一种最简单的网络数据传输场景6 6 为了避免网络拥塞，一种思路是在建立网络时，将整个网为了避免网络拥塞，一种思路是在建立网络时，将整个网络的参数保存在端系统，采用全局静态规划的方法，预先对每络的参数保存在端系统，采用全局静态规划的方法，预先对每个端系统分配好传输策略，防止网络节点出现排队现象。对于个端系统分配好传输策略，防止网络

4、节点出现排队现象。对于图图2 2的场景而言，将网络交换机的处理能力参数保存在端系统的场景而言，将网络交换机的处理能力参数保存在端系统A A，那么端系统那么端系统A A就可以控制发送速率不超过网络交换机的处理能力。就可以控制发送速率不超过网络交换机的处理能力。在多用户发送的场景下，每个用户被分配一定的带宽，发送时在多用户发送的场景下，每个用户被分配一定的带宽，发送时不允许超过配额的带宽，以确保发送到网络交换机的聚合流量不允许超过配额的带宽，以确保发送到网络交换机的聚合流量不能超过其处理能力。但对于开放异构型网络，不太可能做全不能超过其处理能力。但对于开放异构型网络，不太可能做全局网络规划，因此不

5、太适用。局网络规划，因此不太适用。7 7 因此，研究人员普遍采用基于反馈的方法来设计网络拥塞因此，研究人员普遍采用基于反馈的方法来设计网络拥塞控制机制。当检测到网络发生拥塞时，向数据发送端发送拥塞控制机制。当检测到网络发生拥塞时，向数据发送端发送拥塞信号，减缓发送速率，降低网络负载，减缓、避免网络拥塞。信号，减缓发送速率，降低网络负载，减缓、避免网络拥塞。 采用基于反馈的拥塞机制，需要解决以下基本问题：采用基于反馈的拥塞机制，需要解决以下基本问题：1 1）网络拥塞测量）网络拥塞测量: :如何精确度量网络拥塞状态；如何精确度量网络拥塞状态；2 2）拥塞信息反馈：如何将拥塞状态及时反馈到数据发）拥

6、塞信息反馈：如何将拥塞状态及时反馈到数据发送端；送端；3 3）拥塞响应策略：如何根据拥塞状态调整数据发送策）拥塞响应策略：如何根据拥塞状态调整数据发送策略略8 8三三. .两种拥塞控制机制两种拥塞控制机制 根据对上述三个基本问题的回答，就构成了完整的拥塞控根据对上述三个基本问题的回答，就构成了完整的拥塞控制机制，三个方面相互配合，以实现对网络带宽的最大化利用，制机制，三个方面相互配合，以实现对网络带宽的最大化利用，并避免形成网络拥塞。根据拥塞状态信息的反馈方式，可归纳并避免形成网络拥塞。根据拥塞状态信息的反馈方式，可归纳为为隐式拥塞控制机制隐式拥塞控制机制和和显式拥塞控制机制显式拥塞控制机制。

7、9 91.1.隐式网络拥塞测量隐式网络拥塞测量 隐式拥塞控制机制在接收端系统检测网络拥塞状态信息，隐式拥塞控制机制在接收端系统检测网络拥塞状态信息，然后反馈到发送端系统，发送端系统根据反馈的拥塞状态信息，然后反馈到发送端系统，发送端系统根据反馈的拥塞状态信息，调整发送速率，控制发送到网络中的数据量。调整发送速率，控制发送到网络中的数据量。 可检测到的状态信息：可检测到的状态信息：1.1.数据包传输延迟状态数据包传输延迟状态2.2.数据包是否丢失数据包是否丢失3.3.数据包头和内容数据是否改变数据包头和内容数据是否改变10102.2.显式拥塞通知显式拥塞通知 显式拥塞通知机制通过标记数据包头（首部）中的一个比显式拥塞通知机制通过标记数据包头（首部）中的一个比特位，通知接收端出现网络拥塞，接收端再利用一个比特位，特位，通知接收端出现网络拥塞，接收端再利用一个比特位，将拥塞信息反馈到发送端，发送端检测到该比特位，则按网络将拥塞信息反馈到发送端，发送端检测到该比特位，则按网络拥塞反馈进行响应，降低发送速率。拥塞反馈进行响应，降低发送速率。 显式拥塞通知机制将以丢包