流量控制和擁塞控制

1、流量控制和擁塞控制擁塞控制在某段時間，若對網(wǎng)絡(luò)中某資源的需求超過了該資源所能提供的可用部分，網(wǎng)絡(luò)的性能就要變壞產(chǎn)生擁塞(congestion)。出現(xiàn)資源擁塞的條件 對資源需求的總和 可用資源若網(wǎng)絡(luò)中有許多資源同時產(chǎn)生擁塞，網(wǎng)絡(luò)的性能就要明顯變壞，整個網(wǎng)絡(luò)的吞吐量將隨輸入負荷的增大而下降。擁塞控制與流量控制的關(guān)系擁塞控制所要做的都有一個前提，就是網(wǎng)絡(luò)能夠承受現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)負荷。擁塞控制是一個全局性的過程，涉及到所有的主機、所有的路由器，以及與降低網(wǎng)絡(luò)傳輸性能有關(guān)的所有因素。 流量控制往往指在給定的發(fā)送端和接收端之間的點對點通信量的控制。 流量控制所要做的就是抑制發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)的速率，以便使接收端來得

2、及接收。提供的負載吞吐量理想的擁塞控制擁塞死鎖（吞吐量 = 0）無擁塞控制實際的擁塞控制輕度擁塞0擁塞控制所起的作用直接死鎖直接死鎖即由互相占用了對方需要的資源而造成的死鎖。例如兩個結(jié)點都有大量的分組要發(fā)往對方，但兩個結(jié)點中的緩存在發(fā)送之前就已經(jīng)全部被待發(fā)分組占滿了。當每個分組到達對方時，由于沒有地方存放，只好被丟棄。發(fā)送分組的一方因收不到對方發(fā)來的確認信息，只能將發(fā)送過的分組依然保存在自己結(jié)點的緩存中。這兩個結(jié)點就這樣一直互相僵持著，誰也無法成功地發(fā)送出一個分組。A4A2A1B3C1B1B2C3B4A3C2路由器 P路由器 Q路由器 R主機 Hp報文A、B和C經(jīng)過路由器P、Q和R發(fā)往主機H。

3、p每一報文由4個分組構(gòu)成。每個路由器的緩存只能容納4個分組。p路由器R已為報文A預(yù)留了4個分組的緩存。p由于分組A3還未到達，所以目前還不能交付給主機H。p分組A3暫存于路由器P的緩存中，它無法轉(zhuǎn)發(fā)到路由器Q，p因為路由器Q的緩存已全占滿了。 重裝死鎖(reassembly deadlock)擁塞控制的一般原理擁塞控制是很難設(shè)計的，因為它是一個動態(tài)的（而不是靜態(tài)的）問題。當前網(wǎng)絡(luò)正朝著高速化的方向發(fā)展，這很容易出現(xiàn)緩存不夠大而造成分組的丟失。但分組的丟失是網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞的征兆而不是原因。在許多情況下，甚至正是擁塞控制本身成為引起網(wǎng)絡(luò)性能惡化甚至發(fā)生死鎖的原因。這點應(yīng)特別引起重視。開環(huán)控制和閉環(huán)控

4、制開環(huán)控制方法就是在設(shè)計網(wǎng)絡(luò)時事先將有關(guān)發(fā)生擁塞的因素考慮周到，力求網(wǎng)絡(luò)在工作時不產(chǎn)生擁塞。 閉環(huán)控制是基于反饋環(huán)路的概念。屬于閉環(huán)控制的有以下幾種措施： 監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以便檢測到擁塞在何時、何處發(fā)生。將擁塞發(fā)生的信息傳送到可采取行動的地方。調(diào)整網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運行以解決出現(xiàn)的問題。擁塞產(chǎn)生的原因 緩沖區(qū)容量有限傳輸線路的頻帶有限結(jié)點處理能力有限由于網(wǎng)絡(luò)中某部分剛發(fā)生故障擁塞控制的策略 緩沖區(qū)預(yù)分配信息包丟棄法定數(shù)擁塞控制法流量控制抑制信息包法限制輸出隊的長度分組交換網(wǎng)的擁塞控制擁塞對分組交換網(wǎng)的影響 分組交換網(wǎng)的隊列 分組交換網(wǎng)的擁塞控制從擁塞的結(jié)點向一些或所有的源結(jié)點發(fā)送一個控制分組。依據(jù)路由選擇

5、信息。利用端對端的檢測分組。允許分組交換結(jié)點在分組經(jīng)過時在分組上添加擁塞信息。幀中繼的擁塞控制 擁塞的影響 幀中繼擁塞控制技術(shù) 技術(shù)類型功能要點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比特前向顯式擁塞指標擁塞避免向端系統(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)根據(jù)幀丟失情況推斷是否發(fā)生擁塞高層PDU序號幀中繼擁塞控制技術(shù)丟棄策略。當擁塞足夠嚴重時，網(wǎng)絡(luò)就要被迫將幀丟棄。擁塞避免。在剛一出現(xiàn)輕微的擁塞跡象時用一些信令機制及時使擁塞避免過程開始工作。擁塞恢復(fù)。在已出現(xiàn)擁塞時，擁塞恢復(fù)過程可阻止網(wǎng)絡(luò)徹

6、底崩潰。利用顯式信令避免擁塞前向顯式擁塞通知前向顯式擁塞通知 FECN (Forward Explicit Congestion Notification) 若某結(jié)點將若某結(jié)點將 FECN 置為置為1，表明與該幀在同方向傳輸?shù)膸砻髋c該幀在同方向傳輸?shù)膸赡苁芫W(wǎng)絡(luò)擁塞的影響而產(chǎn)生時延。可能受網(wǎng)絡(luò)擁塞的影響而產(chǎn)生時延。反向顯式擁塞通知反向顯式擁塞通知 BECN (Backward Explicit Congestion Notification) 若某結(jié)若某結(jié)點將點將BECN置為置為1即指示接受者，與該幀反方即指示接受者，與該幀反方向傳輸?shù)膸赡苁芫W(wǎng)絡(luò)擁塞的影響產(chǎn)生時延。向傳輸?shù)膸赡苁芫W(wǎng)絡(luò)擁

7、塞的影響產(chǎn)生時延。BECNFECN利用隱式信令進行擁塞恢復(fù)當網(wǎng)絡(luò)丟棄幀時就產(chǎn)生了隱式信令(implicit signaling)。這種情況由端用戶用更高層的端到端協(xié)議(如LAPF協(xié)議)進行檢測。一旦檢測出，端用戶的軟件就可以判斷在網(wǎng)絡(luò)中擁塞發(fā)生了。當檢測到網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞時，就逐步減小窗口，這樣就可以逐漸減少網(wǎng)絡(luò)中所傳送的幀。速率接入速率 R測量時間間隔 Tct承諾的信息速率 CIR用戶在 Tc 內(nèi)的平均數(shù)據(jù)率承諾的信息速率 CIR(Committed Information Rate) CIR 是對特定的幀中繼連接中，用戶和網(wǎng)絡(luò)共同協(xié)商確定的用戶信息傳送速率的門限數(shù)值。CIR 數(shù)值越高，幀中繼用

8、戶向幀中繼服務(wù)提供者交納的費用也就越多。速率接入速率 R測量時間間隔 Tct承諾的信息速率 CIR用戶在 Tc 內(nèi)的平均數(shù)據(jù)率承諾的信息速率 CIR(Committed Information Rate) 只要端用戶在一段時間內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸速率超過 CIR，在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞時，幀中繼網(wǎng)絡(luò)就可能會丟棄用戶所發(fā)送的某些幀。速率接入速率 R測量時間間隔 Tct承諾的信息速率 CIR用戶在 Tc 內(nèi)的平均數(shù)據(jù)率承諾的信息速率 CIR(Committed Information Rate) 每個幀中繼結(jié)點都應(yīng)使通過該結(jié)點的所有連接的 CIR的總和不超過該結(jié)點的容量，即不能超過該結(jié)點的接入速率(access

9、rate)。 速率接入速率 R測量時間間隔 Tct承諾的信息速率 CIR用戶在 Tc 內(nèi)的平均數(shù)據(jù)率承諾的信息速率 CIR(Committed Information Rate) 雖然使用了“承諾的”這一名詞，但當數(shù)據(jù)傳輸速率不超過 CIR 時，網(wǎng)絡(luò)并不保證一定不發(fā)生幀丟棄。速率接入速率 R測量時間間隔 Tct承諾的信息速率 CIR用戶在 Tc 內(nèi)的平均數(shù)據(jù)率承諾的信息速率 CIR(Committed Information Rate) CIR 是用來限制用戶在某一段測量時間間隔 Tc內(nèi)所發(fā)送的數(shù)據(jù)的平均數(shù)據(jù)率。 當網(wǎng)絡(luò)必須把一些幀丟棄時，網(wǎng)絡(luò)將首先選擇超其 CIR 值的那些連接上的幀予以丟棄

10、。 速率接入速率 R測量時間間隔 Tct承諾的信息速率 CIR用戶在 Tc 內(nèi)的平均數(shù)據(jù)率承諾的信息速率 CIR(Committed Information Rate) 如果幀的速率總是小于 CIR，那么所有的幀都被打上高優(yōu)先級的標志（DE 比特置 0）。 這在一般情況下傳輸是有保證的。速率接入速率 R測量時間間隔 Tct承諾的信息速率 CIR用戶在 Tc 內(nèi)的平均數(shù)據(jù)率承諾的信息速率 CIR(Committed Information Rate) 若數(shù)據(jù)率僅在不太長的時間間隔大于 CIR，則網(wǎng)絡(luò)可以將這樣的幀置為 DE = 1，并在可能的情況下進行傳送（即不一定丟棄，視網(wǎng)絡(luò)的擁塞程度而定）。

11、 速率接入速率 R測量時間間隔 Tct承諾的信息速率 CIR用戶在 Tc 內(nèi)的平均數(shù)據(jù)率承諾的信息速率 CIR(Committed Information Rate) 若數(shù)據(jù)率超過 CIR 的時間較長，以致注入到網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)量超過了網(wǎng)絡(luò)所設(shè)定的最高門限值，則應(yīng)立即丟棄該連接上傳送的幀。 ATM的擁塞控制 ATM通信量與擁塞控制的要求 網(wǎng)絡(luò)中的主要通信量并不服從通信量控制。 與網(wǎng)絡(luò)中傳播的時延相比，信元的傳輸時間大幅度下降，由于這個原因而導(dǎo)致了反饋遲緩。 通常ATM網(wǎng)絡(luò)可以支持范圍很廣的各種應(yīng)用，其容量需求從幾個kbps到幾百個Mbps不等。因此相對單純的擁塞控制機制通常在頻譜上首尾難以兼顧。 A

12、TM網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用可能會生成差異很大的通信量模式(例如，恒定比特速率的數(shù)據(jù)源與可變的比特速率數(shù)據(jù)源之間)。同樣，傳統(tǒng)的擁塞控制技術(shù)很難做到公平地對待這種差異。 ATM網(wǎng)絡(luò)上不同的應(yīng)用需要不同的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)(例如，話音和視像傳輸需要時延敏感的服務(wù)，而數(shù)據(jù)傳輸需要數(shù)據(jù)丟失敏感的服務(wù))。 極高的交換和傳輸速率使得ATM網(wǎng)絡(luò)在擁塞和通信量方面更加難以控制。信元時延偏差 由網(wǎng)絡(luò)引起的信元時延偏差可能是最小ATM協(xié)議的設(shè)計就是為了使中間交換結(jié)點上的處理開銷最小。為了適應(yīng)ATM網(wǎng)絡(luò)的高速度，ATM交換機必須設(shè)計來提供極高的吞吐量。使信元時延偏差變得惹人注目的因素是擁塞。通信量控制 網(wǎng)絡(luò)資源管理連接許可控制使用參數(shù)

13、控制優(yōu)先級控制快速資源管理ATM的擁塞控制許可證控制資源預(yù)訂基于速率的擁塞控制選擇性信元丟棄顯式前向擁塞指示流量控制 流控協(xié)議的層次關(guān)系流控協(xié)議的層次關(guān)系 鏈路層：即在相鄰兩結(jié)點之間的一條鏈路上實行流控，稱為“結(jié)點-結(jié)點流控”。 網(wǎng)絡(luò)層：即在一條虛擬線路兩端的源結(jié)點與宿結(jié)點之間實行流控，稱為“源點-宿點流控”。 訪網(wǎng)層：即在用戶主機訪問通信子網(wǎng)的進網(wǎng)線路對進入通信子網(wǎng)的業(yè)務(wù)量實行流控，稱為對通信子網(wǎng)的“全局性流控”。 傳送層：即在用戶對的源主機與宿主機之間實行流控，稱為“主機-主機流控”。結(jié)點-結(jié)點流量控制 停止等待流量控制 滑動窗口流量控制 源點-宿點流量控制 預(yù)約發(fā)送法窗口控制法結(jié)點與主機之間的流量控制 局部擁塞測量：在源結(jié)點上測量該結(jié)點緩沖池的占據(jù)率。全局擁塞測量：估計整個子網(wǎng)內(nèi)所占用的全部緩沖器數(shù)目。選擇性擁塞測量：對選定的通路上的緩沖池占據(jù)率進行測量。源主機-宿主機流量控制 可變大小的緩沖區(qū) TCP 的流量控制SEQ = 1SEQ = 201SEQ = 401SEQ = 301SEQ = 101SEQ = 501ACK = 201, WIN = 300ACK = 601, WIN = 0ACK = 501, WIN = 200主機 A主機 B允許 A 再發(fā)送