计算机网络中的拥塞控制和流量控制课件

计算机网络中的拥塞控制和流量控制

本次学习计划涵盖七个方面。先了解无线传感器网络，研究其拓扑控制等技术；接着是无线Mesh网络，作为解决无线接入难题的新方案；网络安全聚焦主动防御策略。再探讨计算机网络的拥塞与流量控制这一核心技术，还有服务质量QoS的实现方式。最后学习移动IP技术和无线自组网络技术，掌握其协议和路由管理等内容。

随着互联网规模不断扩张，互联网应用也在飞速增长，网络拥塞和数据冲突问题愈发严重，已经引起了人们的高度重视。在这样的背景下，拥塞控制技术和流量控制技术成为了网络控制中的核心技术，它们对于保障网络的稳定运行至关重要。

拥塞控制主要涉及两方面技术。一方面是传输层的TCP拥塞控制技术，它就像是交通警察，通过调节数据传输的速率，避免网络过于拥堵。另一方面是路由器的队列管理与调度技术，路由器就像交通枢纽，合理地管理和调度数据队列，确保数据能够有序地通过。

流量控制技术同样包括两个主要方面。TCP流量控制技术能根据接收方的处理能力，调整发送方的数据发送速率，防止数据过多导致接收方处理不及。而数据链路层的流量控制技术则在数据链路层面，对数据的传输进行调控，保证数据在这一层能够稳定、高效地传输。

总之，拥塞控制技术和流量控制技术相互配合，共同保障着计算机网络的正常运行，是我们理解和优化网络性能的关键所在。

服务质量QoS在网络领域扮演着至关重要的角色，它本质上是网络提供更高优先服务的能力。具体来说，是网络组件，像应用程序、终端计算机或路由器，在信息传递过程中保障相关特性的能力。

不同的应用对服务品质特性的要求存在显著差异。比如，视频会议应用对网络的实时性和稳定性要求极高，若稍有延迟或卡顿，就会严重影响沟通效果；而文件下载应用则更注重下载速度。

目前，服务品质的实现方式主要有资源保留和优先等级化这两种基本形态。资源保留是预先为特定应用或用户分配一定的网络资源，确保其在使用过程中有足够的资源支持；优先等级化则是根据不同应用或用户的重要性，为其划分不同的优先级，优先处理高优先级的请求。

此外，QoS路由算法设计也不容忽视。一个优秀的QoS路由算法能够根据网络的实时状态和应用的需求，动态地选择最优的路由路径，从而提高网络的服务质量。只有合理运用这些实现方式和设计出高效的路由算法，才能让网络更好地满足不同应用的需求。20世纪后期以来，无线移动通讯技术与有线Internet技术飞速发展且不断融合，最终催生了下一代移动Internet。这一新兴网络不仅能出色支持终端的移动性，还为多媒体业务提供了完善的服务质量保障，极大地提升了用户的网络体验。IP技术凭借简洁高效等显著优势，成为整合有线与无线网络的统一框架协议。而移动IP技术作为对IP移动支持功能的扩充，意义非凡。它促使TCP/IP向无线移动领域拓展，为未来全IP有线无线一体化融合奠定了坚实基础，推动了网络通信的全面发展。

在后续的内容里，我们会重点聚焦移动IPv4协议和IPv6协议的基本技术。这两种协议在移动IP技术中占据着关键地位，它们的发展和应用将深刻影响未来移动网络的走向。深入研究这两种协议，有助于我们更好地把握移动IP技术的核心，为构建更加高效、稳定的移动网络环境贡献力量。

无线自组网络技术独具特色，无线自组网是多跳的临时性自治系统。无线AdHoc技术的诞生，旨在保障网络终端在移动中，即便网络拓扑结构改变，也能维持通讯不中断。

其特点显著。一方面，它摆脱了对固定基础设施和预先配置主机的依赖，可随时随地快速搭建移动通讯网络，展现出强大的灵活性和便捷性。另一方面，节点能自由移动，致使网络拓扑结构不断动态变化。而且不存在专用的固定基站或路由操作作为管理中心，每个节点兼具主机和路由器的功能，节点间以对等方式通讯，协作性高。

值得一提的是，这种网络的路由协议采用分布式控制方式，相较于中心结构的网络，具有更强的鲁棒性和抗毁性，能在复杂环境中稳定运行。

本次重点聚焦于网络拓扑结构动态变化时，如何实现更有效的路由、拓扑发现和管理，这对于提升无线自组网络的性能和应用范围至关重要。

无线传感器网络的诞生离不开微电子技术、计算技术和无线通讯等技术的进步。这些技术的发展推动了低功耗多功能传感器的快速发展，让传感器节点能在微小体积内集成信息采集、数据处理和无线通信等多种功能。

无线传感器网络由部署在检测区域内大量廉价微型传感器节点组成，通过无线通讯形成多跳的自组织网络系统。其目的是协作感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。传感器、感知对象和观察者构成了传感器网络的三个要素。

从应用角度看，无线传感器网络能应用于环境监测、工业控制等多个领域，有着巨大的潜力。然而，要让它更好地发挥作用，还有许多技术问题需要解决。所以，我们重点研究网络拓扑控制、网络协议以及数据融合和数据管理技术。网络拓扑控制能优化网络结构，网络协议确保节点间的通信顺畅，数据融合和数据管理技术则能提高数据处理效率和质量。通过对这些技术的研究，能让无线传感器网络更加稳定、高效地运行。

无线Mesh网络作为下一代无线因特网技术，是极具创新性的无线网络结构。它是高容量、高速率的分布式网络，与传统无线网络差异显著。从网络拓扑结构看，虽和移动Adhoc网络有相似之处，但无线Mesh网络大部分节点基本静止，无需电池供电，拓扑变化小，稳定性更强。在单跳接入方面，它可视为特殊的无线局域网。并且，其节点主要业务围绕因特网网关展开。

无线Mesh网络的优势十分突出。它可靠性高，能在复杂环境中稳定运行；伸缩性大，可根据不同需求灵活扩展；投资成本低，能有效降低建设和运营成本。这些优势让它成为解决无线接入“最后一公里”瓶颈问题的理想方案，还被写入了IEEE802.16无线城域网标准。这意味着无线Mesh网络在未来无线通信领域有巨大的发展潜力和应用前景。

网络安全在当今数字化时代至关重要，关乎着个人、企业乃至国家的信息安全和利益。在众多网络安全策略中，主动防御策略显得尤为关键。

与传统的被动防御不同，主动防御策略并非仅仅等待攻击发生后再进行应对，而是提前预判可能出现的威胁，主动出击，将安全隐患扼杀在萌芽状态。它能够实时监测网络环境，识别潜在的攻击模式和异常行为，通过智能分析和预警机制，及时采取措施，阻止攻击的发生。

主动防御策略就像是一位精明的卫士，时刻保持警惕，主动去寻找可能的入侵者并将其阻挡在外。它可以通过漏洞扫描、入侵检测、安全态势感知等技术手段，不断地对网络系统进行全面的检查和评估，发现并修复潜在的安全漏洞。

在接下来的内容中，我们将重点探讨主动防御策略的具体实施方法、技术手段以及其在实际应用中的效果和优势，希望能让大家对网络安全的主动防御有更深入的了解和认识。

前面我们了解了网络安全相关内容，现在让我们把目光聚焦到计算机网络中的拥塞控制与流量控制上。

在当今高度依赖网络的时代，计算机网络的高效运行至关重要。而拥塞控制与流量控制就像是网络的“交通警察”，保障着数据的顺畅传输。如果网络中没有有效的拥塞控制和流量控制机制，就可能出现网络崩溃的情况，比如1986年10月，由于拥塞崩溃，美国LBL到UCBerkeley的数据吞吐量从32Kbps跌落到40bps。

拥塞控制和流量控制对于保证Internet的稳定具有十分重要的作用。虽然目前拥塞问题还没有得到很好的解决，但对这方面知识的深入研究和探讨，能让我们朝着解决问题的方向不断迈进。

接下来，我将为大家详细介绍网络拥塞控制和流量控制的基础、相关措施以及有效性评价等内容。

我们聚焦于网络拥塞控制和流量控制的基础内容。TCP拥塞控制与流量控制是网络通信稳定的关键。TCP协议在最初只有流控制，未考虑网络传输能力，曾导致网络崩溃，此后拥塞控制研究大量开展。TCP拥塞控制与流量控制能根据网络状况和接收端能力，动态调整数据传输速率，避免网络拥塞，保障数据可靠传输。

路由器中的队列管理也至关重要。路由器作为网络节点，需处理大量数据分组。队列管理通过合理调度分组，防止队列溢出，确保数据有序转发，减少延迟和丢包。

数据链路层流量控制和媒体访问控制同样不可忽视。数据链路层负责相邻节点间的数据传输，流量控制可调节发送方和接收方的数据速率，避免接收方过载。媒体访问控制则决定了节点如何共享传输介质，确保高效、公平地使用网络资源。

这三方面相互关联，共同构成网络拥塞控制和流量控制的基础，对保障网络稳定、高效运行起着决定性作用。

网络拥塞控制和流量控制是保障网络稳定运行的关键。先了解其背景知识，网络拥塞源于资源和流量分布不均，即便网络处理能力提升，拥塞也不会消除，且算法设计难度大，至今拥塞问题仍未妥善解决。此前因缺乏拥塞控制，仅考虑接收端能力，导致了网络崩溃，可见拥塞控制意义重大。

面对拥塞问题，需采取有效的控制和流量控制措施。端到端拥塞控制是当下研究热点，要设计出能平衡网络传输能力和接收端能力的算法，避免网络崩溃。

对拥塞控制和流量控制进行有效性评价也不可或缺。通过评价可衡量控制措施是否达到预期效果，如是否减少了数据丢失、降低了时延、提高了吞吐量等。只有不断评价和改进，才能优化控制策略，保障网络的稳定和高效运行。

端到端拥塞控制如今是Internet研究的热点。最初TCP协议只有流控制，接收端用TCP报头告知发送端自身接收能力。但这种机制仅关注接收端接收能力，忽略了网络传输能力，最终引发网络崩溃。1986年10月，美国LBL到UCBerkeley就因拥塞崩溃，数据吞吐量从32Kbps骤降至40bps。这一事件影响巨大，它让人们深刻认识到网络拥塞控制的重要性。此后，拥塞控制领域开启大量研究工作。

拥塞控制算法对保障Internet稳定意义重大，因为Internet是一个庞大且复杂的网络系统，数据流量巨大且变化频繁。若缺乏有效的拥塞控制，网络性能将大幅下降，甚至无法正常工作。所以，拥塞控制算法是确保网络高效、稳定运行的关键因素。

网络拥塞的根源在于网络资源和网络流量分布的不均衡性。即便网络处理能力不断提高，拥塞问题也不会随之消除。这是因为，网络资源和流量分布的不均衡是一种固有特性，不会因处理能力的提升而改变。

设计拥塞控制算法极具挑战性。一方面，拥塞控制算法具有分布性，不同网络节点和链路情况复杂，要让算法在各个部分都有效运行并非易事；另一方面，网络本身极为复杂，涉及众多设备、协议和拓扑结构，这增加了算法设计的难度。此外，对拥塞控制算法的性能要求也很高，它既要保证网络的高效运行，又要能应对各种突发情况。

到目前为止，拥塞问题尚未得到很好的解决。这意味着网络运行中仍可能面临数据丢失、时延加大、吞吐量下降等问题，甚至可能出现“拥塞崩溃”现象。因此，持续深入研究拥塞控制算法，对于保障网络的稳定和高效运行至关重要。

网络拥塞是分组交换网络中一个不容忽视的问题。当传送分组的数目过多，而存储转发节点的资源又有限时，网络性能就会下降，这便是网络拥塞的本质。

在网络拥塞发生时，会带来一系列不良后果。数据丢失是常见的情况之一，这意味着重要的信息可能无法完整地传输到目的地，就像在运输过程中货物丢失一样。时延加大也会出现，原本可以快速到达的数据包，因为拥塞而在路上花费更多时间，就如同道路拥堵时车辆行驶缓慢。吞吐量下降则直接影响了网络的传输效率，就像水管被堵住一部分，水流变小了。

更为严重的是，当拥塞达到一定程度，就可能导致“拥塞崩溃”现象。这就好比一个城市的交通陷入了彻底的瘫痪，所有车辆都无法正常行驶，网络也会因此陷入混乱，无法正常工作。因此，我们必须重视网络拥塞问题，采取有效的措施来避免和应对它。

拥塞崩溃的类型多样，主要包含传统的崩溃、未传送数据包导致的崩溃、数据包分段导致的崩溃以及日益增长的控制信息流造成的崩溃。这些不同类型的崩溃反映出网络拥塞问题的复杂性和多面性。

一般而言，网络拥塞常发生在网络负载增加时，此时网络效率会降低。这就好比一条道路上的车辆过多，交通就会变得拥堵，通行效率自然下降。

拥塞存在一种极端情况，即死锁。一旦出现死锁，网络将无法正常工作，就像交通陷入了完全瘫痪的状态。而要让网络从死锁状态中恢复，往往需要进行网络复位操作，这就如同要重新规划和疏通道路，才能让交通重新顺畅起来。由此可见，解决网络拥塞尤其是死锁问题，对于保障网络的正常运行至关重要。

网络负载与吞吐量、响应时间之间存在着紧密且微妙的关系。当网络负载较小时，吞吐量会随着负载的增加而呈线性增长，就如同汽车在空旷道路上行驶，速度能随着动力的增加平稳提升，此时响应时间增长缓慢，网络运行十分顺畅。

然而，当负载达到网络容量时，情况就发生了变化。此时吞吐量呈现出缓慢增长的态势，而响应时间却急剧增加，这一关键点被称作“膝点”。可以想象成道路开始变得拥挤，汽车虽然还能前进，但速度明显受限，等待的时间大幅增加。

如果负载继续增加，路由器就会开始丢包。当负载超过一定量时，吞吐量会急剧下降，这一关键的转折点被称为“崖点”，就像汽车行驶到了悬崖边缘，瞬间失去控制。

从这样的变化过程中，我们能够清晰地看出，负载在“膝点”附近时网络的使用效率最高。这就如同我们驾驶汽车，在既不过于空旷也不过于拥堵的道路上行驶，能达到最佳的行驶效率。所以，在网络管理和优化中，我们应努力让网络负载维持在“膝点”附近，以实现网络资源的高效利用。

拥塞控制算法主要由拥塞避免和拥塞控制两种机制构成，它们在保障网络高效、稳定运行方面发挥着关键作用。

拥塞避免机制致力于让网络维持在Knee附近运行。从前面的内容我们知道，当负载处于Knee附近时，网络的使用效率最高，吞吐量可观且响应时间较短。通过拥塞避免机制，能够提前采取措施，防止网络拥塞的发生，使网络始终处于高吞吐量、低延迟的理想状态。这就好比一位经验丰富的交通指挥员，在交通流量尚未达到拥堵程度时，就通过合理的调度和引导，确保道路畅通无阻。

而拥塞控制机制则是一种“恢复”机制。当网络不幸陷入拥塞状态，出现数据丢失、时延加大、吞吐量下降等问题时，拥塞控制机制就会发挥作用。它就像是一位技艺高超的医生，对“生病”的网络进行诊断和治疗，帮助网络从拥塞状态中恢复过来，重新进入正常的运行状态。

这两种机制相互配合、相辅相成。拥塞避免机制侧重于预防，尽可能减少拥塞发生的可能性；拥塞控制机制侧重于治疗，在拥塞发生后及时进行修复。只有将这两种机制有机结合，才能有效应对网络拥塞问题，保障网络的稳定和高效运行。

拥塞现象的发生与Internet的设计机制紧密相关。Internet最初被设计为面向无连接的分组交换网络，在这样的网络里，所有业务的分组会不加区分地在网络上传输。这意味着，无论是什么类型的业务，其分组都被平等对待，一同在网络中流动。

网络所能做出的唯一承诺，便是尽自己最大的努力去传输进入网络的每一个分组。然而，它却无法给出一个性能指标。这就好比一场比赛，运动员们都在尽力奔跑，但却没有一个明确的标准来衡量这场比赛的成绩。这种设计虽然具有一定的灵活性和高效性，但也带来了诸多问题。由于缺乏性能指标，网络在面对大量分组传输时，很难保证服务质量，容易出现拥塞现象。而且，当网络出现拥塞时，也难以准确评估其影响程度。所以，这种设计机制在一定程度上为拥塞现象的发生埋下了隐患。

互联网的网络模型可抽象为分组交换网络。与电路交换网络相比，分组交换通过共享资源，极大提高了利用率。想象一下，就如同拼车出行，多人共同使用一辆车，让车辆资源得到充分利用，分组交换也是如此，让网络资源在众多用户间高效共享。

然而，这种共享方式也带来了棘手问题。如何保证用户的服务质量成为一大挑战。不同用户对网络服务的要求各异，有的追求高速稳定，有的需要低延迟，但在共享资源的情况下，满足每个用户的个性化需求并非易事。

此外，分组交换过程中还可能出现分组乱序现象。这就好比快递包裹在运输途中顺序被打乱，接收方需要花费额外精力重新整理。对乱序分组的处理增加了系统的复杂性，不仅需要额外的技术手段来识别和排序，还可能影响数据传输的效率和准确性。所以，分组交换网络在提高资源利用率的同时，也面临着服务质量保障和乱序处理等难题。Internet采用的无连接网络，意味着节点间发送数据前无需建立连接。这种模式大大简化了网络设计，中间节点无需保存连接状态信息，提升了网络运行的便捷性与效率。

然而，无连接网络也存在显著弊端。由于难以引入“接纳控制”算法，当用户需求超过网络资源负荷时，网络无法合理调控，服务质量难以保障。就好比一场没有门票限制的演出，大量观众涌入，现场秩序必然混乱，服务质量自然大打折扣。

在安全方面，无连接网络对数据发送源的追踪能力极差，为网络安全埋下隐患。不法分子可以轻易隐藏身份进行恶意攻击，而网络却难以溯源。此外，无连接还是网络中乱序报文出现的主要原因。这就如同快递包裹在运输过程中没有明确的顺序和标识，到达目的地时就容易混乱，增加了系统处理的复杂性。所以，我们在享受无连接网络带来便利的同时，也必须重视并解决这些问题。Internet采用的是尽力而为的服务模型，意味着网络不会对数据传输的服务质量提供保证。这一选择与早期网络应用特点密切相关。当时，FTP、Telnet、SMTP等传统网络应用占据主导，它们对网络性能如带宽、延迟、丢失率等变化并不敏感，所以尽力而为模型足以满足其需求。

然而，随着时代发展，网络应用格局发生了巨大变化。新出现的多媒体应用不断涌现，这些应用与传统应用截然不同，它们对延迟、速率等性能变化极为敏感。尽力而为模型在面对这些新应用时，显得力不从心，难以满足其对服务质量的要求。

这一现象揭示了一个重要问题，即网络的服务模型需要与时俱进。如果继续依赖原有的尽力而为模型，必然会限制新应用的发展，影响用户体验。因此，网络必须在原有服务模型基础上进行扩充，以适应新应用对服务质量的更高要求。只有这样，才能让网络更好地服务于各类应用，推动互联网持续健康发展。Internet网络拥塞的根源在于“需求”与“供给”的失衡。网络资源有限，却由众多用户共享。由于缺乏“接纳控制”算法，网络无法依据资源状况对用户数量加以限制；同时，缺少中央控制，也难以管控用户使用资源的量。

当下，Internet的用户和应用数量正迅猛增长。若不采取有效机制协调资源使用，网络拥塞将不可避免。然而，值得注意的是，拥塞虽源于资源短缺，但简单地增加资源并非解决之道，有时反而会加剧拥塞。

以增加网关缓冲为例，这会使报文通过网关的延迟增大。一旦总延迟超过端系统重传时钟的值，就会引发报文重传，进而加重网络拥塞。这表明，解决网络拥塞问题不能仅依赖增加资源，而需要更科学、有效的资源协调机制和协议。学习计划contents无线传感器网络无线Mesh网络网络安全计算机网络的拥塞控制与流量控制服务质量QoS移动IP技术移动自组网络技术计算机网络的拥塞控制与流量控制随着互联网规模和互联网应用的快速增长，网络拥塞和数据冲突问题已经引起了人们的密切关注。拥塞控制技术和流量控制技术成为网络控制中的核心技术。在拥塞控制中，主要涉及传输层的TCP拥塞控制技术以及路由器的队列管理与调度技术。在流量控制技术方面主要介绍TCP流量控制技术以及数据链路层的流量控制技术。服务质量QoSQoS(QualityofService)，服务质量。它是指网络提供更高优先服务的一种能力。一般而言，服务质量是指网络组件(如应用程序、终端计算机或路由器)所能够提供当信息在网络传递时保障其相关特性的能力。对于不同的应用，所需的服务品质特性亦不相同，目前关于服务品质的实现方式有二种基本型态：资源保留(Resourcereservation)与优先等级化(Prioritization)。QoS路由算法设计移动IP技术自20世纪后期以来，无线移动通讯技术和有线Internet技术都取得了飞速的发展，而且两个技术不断的融合，并最终演进为下一代移动Internet。下一代移动Internet能够很好地支持终端的移动性，并且对对媒体业务提供了完善的服务质量的保证。IP技术以其简洁高效等多方面优点，成为整合有线网络和无线网络的统一的框架协议。移动IP技术是对IP移动支持功能的扩充，促使了TCP/IP向无线移动领域的拓展，构成了未来全IP有线无线一体化融合的基础。重点介绍移动IPv4协议和IPv6协议的基本技术无线自组网络技术无线自组网是一个多跳的临时性自治系统，无线AdHoc技术被提出的一个最大的目的就是实现网络终端在移动过程中随着网络拓扑结构的变化而不至于中断通讯。无线AdHoc技术的主要特点:

不需要固定基础设施支撑，不需要预先配置主机，能够在任何时间、任何地点快速组建起一个移动通讯网络；节点可以任意移动，网络拓扑结构动态变化；没有专用的固定基站或路由操作作为网络的管理中心，网络中的每个节点都兼有主机和路由器的功能；节点间以对等的方式进行通讯，具有较高的协作性；网络的路由协议采用分布式的控制方式，比中心结构的网络具有更强的鲁棒性和抗毁性。重点介绍网络拓扑结构动态变化时如何更有效的路由、拓扑发现和管理。无线传感器网络微电子技术、计算技术和无线通讯等技术的进步，推动了低功耗多功能传感器的快速发展，使其在微小体积内能够集成信息采集、数据处理和无线通信等多种功能。传感器节点无线传感器网络:就是由部署在检测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通讯的方式形成的一个多跳的自组织网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。传感器、感知对象和观察者构成了传感器网络的三个要素。重点研究网络拓扑控制、网络协议以及数据融合和数据管理技术下一代无线因特网技术：无线Mesh网络无线无线Mesh网络是一种新型的无线网络结构，一种高容量、高速率的分布式网络，他与传统的无线网络有很大的差别。在网络拓扑结构上。无线Mesh网络与移动Adhoc网络相似，但是网络上大部分节点基本静止不移动，不用电池作为动力，拓扑变化小；在单挑接入上，无线Mesh网络可以看做是一中特殊的无线局域网。无线Mesh网络节点的主要业务来往于因特网网关的业务。由于具有较高的可靠性、较大的伸缩性和较低的投资成本，无线Mesh网络作为倚重可以解决无线接入“最后一公里”瓶颈问题的新的方案，被写入到IEEE802.16无线城域网标准之中。网络安全重点介绍主动防御策略。计算机网络中的

拥塞控制与流量控制

网络拥塞控制和流量控制的基础TCP拥塞控制与流量控制路由器中的队列管理数据链路层流量控制和媒体访问控制网络拥塞控制和流量控制的基础网络拥塞控制和流量控制的背景知识拥塞控制和流量控制措施拥塞控制和流量控制的有效性评价端到端拥塞控制是目前Internet的一个研究热点.在最初的TCP协议中只有流控制(flowcontrol)而没有拥塞控制,接收端利用TCP报头将接收能力通知发送端.这样的控制机制只考虑了接收端的接收能力,而没有考虑网络的传输能力,导致了网络崩溃(congestioncollapse)的发生.1986年10月,由于拥塞崩溃的发生,美国LBL(美国劳伦斯·伯克利实验室)到UCBerkeley（加州大学伯克利分校）的数据吞吐量从32Kbps跌落到40bps.在那之后,拥塞控制领域开展了大量的研究工作.拥塞控制算法对保证Internet的稳定具有十分重要的作用.网络中的拥塞来源于网络资源和网络流量分布的不均衡性.拥塞不会随着网络处理能力的提高而消除.拥塞控制算法的分布性、网络的复杂性和对拥塞控制算法的性能要求又使拥塞控制算法的设计具有很高的难度.到目前为止,拥塞问题还没有得到很好的解决.网络拥塞（Congestion）的含义网络拥塞：指的是在分组交换网络中传送分组的数目太多时，由于存储转发节点的资源有限而造成网络性能下降的情况。在网络发生拥塞时，一般会出现数据丢失、时延加大、吞吐量下降，严重的时候甚至会导致“拥塞崩溃”（Congestioncollapse）现象。拥塞崩溃主要包括：传统的崩溃未传送数据包导致崩溃由于数据包分段导致的崩溃日益增长的控制信息流造成的崩溃。一般拥塞发生在网络负载增加导致网络效率降低时。拥塞的一种极端的情况是死锁（Deadlock）致使网络无法工作，退出死锁往往需要网络复位操作。当网络负载较小时，吞吐量随着负载的增加而增长，呈线性关系，响应时间增长缓慢；当负载达到网络网络容量时，吞吐量呈现缓慢增长，响应时间急剧增加，这一点称为knee(膝点)；如果负载继续增加，路由器开始丢包，当负载超过一定量时，吞吐量急剧下降，这一点称为cliff（崖点）可以看出负载在Knee附近时网络的使用效率最高

拥塞控制算法包含拥塞避免(congestionavoidance)和拥塞控制(congestioncontrol)这两种不同的机制。拥塞避免的目的是使网络运行在Knee附近，避免拥塞的发生使网络运行在高吞吐量、低延迟的状态下.

拥塞控制是“恢复”机制,它用于把网络从拥塞状态中恢复出来，进入正常的运行状态;Internet的网络模型拥塞现象的发生和Internet的设计机制有密切的联系：Internet的最初设计是面向无连接的分组交换网络，所有业务的分组被不加区分地在网络上传输。网络能够出的唯一承诺就是尽自己最大的努力传输进入网络的每一个分组，但是他无法给出一个性能指标。互联网的网络模型可以用一下几点来抽象：分组交换（packet-switched）网络与电路交换（circuit-switched）网络相比，分组交换通过共享提高了资源的利用率。但是在共享方式下，如何保证用户的服务质量是一个棘手的问题。在分组交换的过程中可能会出现分组乱序的现象，对乱序分组的处理增加了系统的复杂性。无连接网络（connectionless）Internet的节点之间在发送数据之前不需要建立连接.无连接模型简化了网络的设计,在网络的中间节点上不需要保存和连接有关的状态信息.但是使用无连接模型难以引入“接纳控制”(admissioncontrol)算法,在用户需求大于网络资源时难以保证服务质量;在无连接模型中对数据发送源的追踪能力很差,给网络的安全带来了隐患;无连接也是网络中乱序报文出现的一个主要原因.尽力而为（best-effort）的服务模型.best-effort即网络不对数据传输的服务质量提供保证.这个选择和早期网络中的应用有关.传统的网络应用主要是FTP,Telnet,SMTP等,它们对网络性能(带宽、延迟、丢失率等)的变化不敏感,best-effort模型可以满足需要.但best-effort模型不能很好地满足新出现的多媒体应用的要求,这些应用对延迟、速率等性能的变化比较敏感.这要求网络在原有服务模型的基础上进行扩充.

Internet中拥塞发生的原因拥塞发生的原因是“需求”大于“供给”.网络中有限的资源由多个用户共享使用.由于没有“接纳控制”算法,网络无法根据资源的情况限制用户的数量;缺乏中央控制,网络也无法控制用户使用资源的数量.目前,Internet上用户和应用的数量都在迅速增长,如果不使用某种机制协调资源的使用,必然会导致网络拥塞.虽然拥塞源于资源短缺,但增加资源并不能避免拥塞的发生,有时甚至会加重拥塞程度。例如,增加网关缓冲会增大报文通过网关的延迟,如果总延迟超过端系统重传时钟的值,就会导致报文重传,反而加重了拥塞.拥塞总是发生在网络中资源“相对”短缺的位置.拥塞发生位置的不均衡反映了Internet的不均衡性.首先是资源分布的不均衡.图(a)中带宽的分布是不均衡的,当以1Mb/s的速率从S向D发送数据时,在网关R会发生拥塞.其次是流量分布的不均衡.图b中带宽的分布是均衡的,当A和B都以1Mb/s的速率向C发送数据时,在网关R也会发生拥塞.

Internet中资源和流量分布的不均衡都是广泛存在的,由此导致的拥塞不能使用增加资源的方法解决.因为网络拥塞本身是一个动态的问题，不能只靠静态的方式来解决，而需要适当的协议能够在网络出现拥塞时保护网络正常运行产生拥塞的主要原因：存储空间不足：当一个输出端口收到几个输入端口的报文时，接收的报文就会在这个端口的缓冲区中排队。如果输出端口没有足够的存储空间，当缓冲区占满时，报文就会被丢失，对于突发的数据流更是如此。适当地增加存储空间在某种程度上会缓解拥塞，当时过于增加存储空间，报文会因为在缓冲区内排队太长而超时，远端会认为他已经被丢弃而选择了重发，从而浪费了网络资源，进一步加重了网络拥塞。产生拥塞的主要原因带宽容量不足。高速数据流通过低速链路时也会产生拥塞。根据香农信息理论，任何信道带宽最大值及信道容量所以节点接收数据的速率不许小于或者等于信道容量，才有可能避免拥塞。否则，接受的报文在节点的缓冲区排队，在缓冲区占满时，报文被丢弃，导致网络拥塞。因此，网络中的低速链路将成为带宽的瓶颈和拥塞产生的重要原因之一产生拥塞的主要原因CPU处理数据慢。如果节点在执行缓冲区中排队、选择路由时，CPU处理的速度跟不上链路速度时，也会导致拥塞。不合理的网络拓扑结构和路由选择，也会导致网络拥塞。流量控制的含义如果发送端发送的数据过多或者数据发送速率过快，导致接收端来不及处理，则会造成数据在接收端丢失。为了避免这种现象的发生，通常的处理办法就是采用流量控制，即控制发送端发送的数据量以及数据发送速率。使其不超过接收端的承受能力，这个能力主要指接收端的缓存和数据处理速度。流量控制工作原理局域网上的主机H1通过链路向主机H2发送数据，连接H1和H2的链路带宽为1.5Mbit/s.假定现在H1向H2传送的是实时音频数据。而主机H2的数据接收处的处理速率是1Mbit/s，此时，H1通过链路发送来的数据就会在H2端发生拥塞，到达H2的实时音频分组就会被丢弃或者延时处理。为了避免上述现象的发生，可以采取措施限制H1的发送速率，使其不超过1Mbit/s，或者扩大H2的接收缓存，这样就不会超过H2的接收能力，从而实现流量控制。拥塞控制和流量控制拥塞控制需要确保通讯子网能够承载用户提交的信息量，是针对中间节点资源受限而设置的，是一个全局性的问题，涉及到主机、路由器等很多方面的因素；流量控制是与点到点的通信量有关的，是针对端系统中的资源受限而设计的，主要是解决快速发送房和慢速接收方的问题，使局部问题，一般都是基于反馈进行控制的。流量控制和拥塞控制都是限制进入网络的通信量的机制，两者是密切相关的。网络拥塞控制和流量控制的基础网络拥塞控制和流量控制的背景知识拥塞控制和流量控制措施拥塞控制和流量控制的有效性评价拥塞控制的措施单纯增加网络资源并不能从根本上有效的解决网络拥塞，解决这一问题的有效途径是采用拥塞控制。拥塞控制的目的是在有限的网络资源的情况下，通过通信量的约束与调配减少数据的丢失，提高网络的吞吐量，充分利用已有的网络资源。因此，拥塞控制通常从两方面入手通信量的约束：是指控制进入网络的通信量，使其与网络容量相匹配；通讯量的调配：则是合理处理和转发到达网络数据，实现网络流量的均衡。从控制理论的角度从控制理论的角度，拥塞控制又可以分为开环控制和闭环控制。当流量的特征可以准确的规定、性能的要求可以事先获得的情况下，适合使用开环控制当流量特征不能准确描述，或者当整个系统不能提供资源预留时，适合使用闭环控制。Internet中主要使用闭环控制的方式。闭环的拥塞控制可以分为三个阶段：检测网络拥塞的发生；将拥塞信息报告到拥塞控点；拥塞控制点根据拥塞信息采取相应的措施以消除拥塞。闭环的拥塞控制可以动态的适应网络的变化，当使其性能收到反馈延迟的影响比较大，当拥塞发生点和控制点之间的延迟很大时，其性能会严重下降。根据算法的实现位置根据算法的实现位置，可以将拥塞控制算法分为两大类：链路算法（LinkAlgorithm）:在网络设备中使用（如路由器、交换机）链路算法主要集中在队列管理和队列调度方面，其中的主动队列管理技术是目前研究的热点问题源算法（SourceAlgorithm

）:主要在主机和网络边缘设备中使用．在拥塞控制的源算法方面，大量的工作集中在对TCP协议的研究上近年来非线性规划理论和系统控制理论的思想被引入到拥塞控制的研究中来，一些研究人员尝试使用严格的数学模型来描述由端系统和网关组成的系统，这对于拥塞控制有很大的帮助。流量控制措施同样单纯增大接收端的承受能力也不能从根本上有效地解决接收端流量过剩的问题。解决这一问题的有效途径是采用流量控制。流量控制的目的是在有限的接收端承受能力的情况下，通过流量约束，减少接收端的数据丢失，提高数据发送效率，充分利用接收端的资源。目前Internet中流量控制主要分为：端到端的流量控制：是基于接收端的最终承受能力控制数据源端的数据流量链路级流量控制：则主要是基于接收端的承受能力来控制上游节点的数据流量。流量控制涉及到的技术通常有：停止-等待协议（STOP-