1、擁塞控制 在某段時間，若對網絡中某資源的需求超過了該資源所能提供的可用部分，網絡的性能就要變壞產生擁塞(congestion)。 出現資源擁塞的條件 對資源需求的總和 可用資源 若網絡中有許多資源同時產生擁塞，網絡的性能就要明顯變壞，整個網絡的吞吐量將隨輸入負荷的增大而下降。第1頁/共46頁擁塞控制與流量控制的關系 擁塞控制所要做的都有一個前提，就是網絡能夠承受現有的網絡負荷。 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，以及與降低網絡傳輸性能有關的所有因素。 流量控制往往指在給定的發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送端發送數據的速率，以便使接

2、收端來得及接收。第2頁/共46頁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第3頁/共46頁直接死鎖 直接死鎖即由互相占用了對方需要的資源而造成的死鎖。 例如兩個結點都有大量的分組要發往對方，但兩個結點中的緩存在發送之前就已經全部被待發分組占滿了。 當每個分組到達對方時，由于沒有地方存放，只好被丟棄。發送分組的一方因收不到對方發來的確認信息，只能將發送過的分組依然保存在自己結點的緩存中。 這兩個結點就這樣一直互相僵持著，誰也無法成功地發送出一個分組。第4頁/共46頁第5頁/共46頁A4A2A1B3C1B1B2C3B4A3C2路由器

3、 P路由器 Q路由器 R主機 Hp報文A、B和C經過路由器P、Q和R發往主機H。p每一報文由4個分組構成。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，它無法轉發到路由器Q，p因為路由器Q的緩存已全占滿了。 重裝死鎖(reassembly deadlock)第6頁/共46頁擁塞控制的一般原理 擁塞控制是很難設計的，因為它是一個動態的（而不是靜態的）問題。 當前網絡正朝著高速化的方向發展，這很容易出現緩存不夠大而造成分組的丟失。但分組的丟失是網絡發生擁塞的征兆而不是原因。 在許多情

4、況下，甚至正是擁塞控制本身成為引起網絡性能惡化甚至發生死鎖的原因。這點應特別引起重視。第7頁/共46頁開環控制和閉環控制 開環控制方法就是在設計網絡時事先將有關發生擁塞的因素考慮周到，力求網絡在工作時不產生擁塞。 閉環控制是基于反饋環路的概念。屬于閉環控制的有以下幾種措施： 監測網絡系統以便檢測到擁塞在何時、何處發生。 將擁塞發生的信息傳送到可采取行動的地方。 調整網絡系統的運行以解決出現的問題。第8頁/共46頁擁塞產生的原因 緩沖區容量有限 傳輸線路的頻帶有限 結點處理能力有限 由于網絡中某部分剛發生故障第9頁/共46頁擁塞控制的策略 緩沖區預分配 信息包丟棄法 定數擁塞控制法 流量控制 抑

5、制信息包法 限制輸出隊的長度第10頁/共46頁分組交換網的擁塞控制第11頁/共46頁擁塞對分組交換網的影響 第12頁/共46頁分組交換網的隊列 第13頁/共46頁分組交換網的擁塞控制 從擁塞的結點向一些或所有的源結點發送一個控制分組。 依據路由選擇信息。 利用端對端的檢測分組。 允許分組交換結點在分組經過時在分組上添加擁塞信息。第14頁/共46頁幀中繼的擁塞控制 第15頁/共46頁擁塞的影響 第16頁/共46頁幀中繼擁塞控制技術 技術類型功能要點丟棄控制丟棄策略為網絡應丟棄哪些幀提供指導DE比特反向顯式擁塞指示擁塞避免向端系統提供有關網絡擁塞情況的指導BECN比特前向顯式擁塞指標擁塞避免向端系

6、統提供有關網絡擁塞情況的指導FECN比特隱式擁塞指示擁塞恢復端系統根據幀丟失情況推斷是否發生擁塞高層PDU序號第17頁/共46頁幀中繼擁塞控制技術 丟棄策略。當擁塞足夠嚴重時，網絡就要被迫將幀丟棄。 擁塞避免。在剛一出現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。在已出現擁塞時，擁塞恢復過程可阻止網絡徹底崩潰。第18頁/共46頁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) 若某結點將若某結點將 FECN 置為置為1，表明與該幀在同方向傳輸的幀可能受網絡擁塞的影響而

7、產生時延。，表明與該幀在同方向傳輸的幀可能受網絡擁塞的影響而產生時延。 反向顯式擁塞通知反向顯式擁塞通知 BECN (Backward Explicit Congestion Notification) 若某結點將若某結點將BECN置為置為1即指示接受者，與該幀反方向傳輸的幀可能受網絡擁塞的影響產生時延。即指示接受者，與該幀反方向傳輸的幀可能受網絡擁塞的影響產生時延。第19頁/共46頁BECN第20頁/共46頁FECN第21頁/共46頁利用隱式信令進行擁塞恢復 當網絡丟棄幀時就產生了隱式信令(implicit signaling)。這種情況由端用戶用更高層的端到端協議(如LAPF協議)進行檢測

8、。一旦檢測出，端用戶的軟件就可以判斷在網絡中擁塞發生了。 當檢測到網絡發生擁塞時，就逐步減小窗口，這樣就可以逐漸減少網絡中所傳送的幀。第22頁/共46頁速率接入速率 R測量時間間隔 Tct承諾的信息速率 CIR用戶在 Tc 內的平均數據率承諾的信息速率 CIR(Committed Information Rate) CIR 是對特定的幀中繼連接中，用戶和網絡共同協商確定的用戶信息傳送速率的門限數值。CIR 數值越高，幀中繼用戶向幀中繼服務提供者交納的費用也就越多。第23頁/共46頁速率接入速率 R測量時間間隔 Tct承諾的信息速率 CIR用戶在 Tc 內的平均數據率承諾的信息速率 CIR(Co

9、mmitted Information Rate) 只要端用戶在一段時間內的數據傳輸速率超過 CIR，在網絡出現擁塞時，幀中繼網絡就可能會丟棄用戶所發送的某些幀。第24頁/共46頁速率接入速率 R測量時間間隔 Tct承諾的信息速率 CIR用戶在 Tc 內的平均數據率承諾的信息速率 CIR(Committed Information Rate) 每個幀中繼結點都應使通過該結點的所有連接的 CIR的總和不超過該結點的容量，即不能超過該結點的接入速率(access rate)。 第25頁/共46頁速率接入速率 R測量時間間隔 Tct承諾的信息速率 CIR用戶在 Tc 內的平均數據率承諾的信息速率 C

10、IR(Committed Information Rate) 雖然使用了“承諾的”這一名詞，但當數據傳輸速率不超過 CIR 時，網絡并不保證一定不發生幀丟棄。第26頁/共46頁速率接入速率 R測量時間間隔 Tct承諾的信息速率 CIR用戶在 Tc 內的平均數據率承諾的信息速率 CIR(Committed Information Rate) CIR 是用來限制用戶在某一段測量時間間隔 Tc內所發送的數據的平均數據率。 當網絡必須把一些幀丟棄時，網絡將首先選擇超其 CIR 值的那些連接上的幀予以丟棄。 第27頁/共46頁速率接入速率 R測量時間間隔 Tct承諾的信息速率 CIR用戶在 Tc 內的平

11、均數據率承諾的信息速率 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先級的標志（DE 比特置 0）。 這在一般情況下傳輸是有保證的。第28頁/共46頁速率接入速率 R測量時間間隔 Tct承諾的信息速率 CIR用戶在 Tc 內的平均數據率承諾的信息速率 CIR(Committed Information Rate) 若數據率僅在不太長的時間間隔大于 CIR，則網絡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，視網絡的擁塞程度而定）。 第29頁/共46頁速率接入速率 R測量時間間隔 Tct承諾的信

12、息速率 CIR用戶在 Tc 內的平均數據率承諾的信息速率 CIR(Committed Information Rate) 若數據率超過 CIR 的時間較長，以致注入到網絡的數據量超過了網絡所設定的最高門限值，則應立即丟棄該連接上傳送的幀。 第30頁/共46頁ATM的擁塞控制 第31頁/共46頁ATM通信量與擁塞控制的要求 網絡中的主要通信量并不服從通信量控制。 與網絡中傳播的時延相比，信元的傳輸時間大幅度下降，由于這個原因而導致了反饋遲緩。 通常ATM網絡可以支持范圍很廣的各種應用，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。 ATM網絡上

13、的應用可能會生成差異很大的通信量模式(例如，恒定比特速率的數據源與可變的比特速率數據源之間)。同樣，傳統的擁塞控制技術很難做到公平地對待這種差異。 ATM網絡上不同的應用需要不同的網絡服務(例如，話音和視像傳輸需要時延敏感的服務，而數據傳輸需要數據丟失敏感的服務)。 極高的交換和傳輸速率使得ATM網絡在擁塞和通信量方面更加難以控制。第32頁/共46頁信元時延偏差 由網絡引起的信元時延偏差可能是最小 ATM協議的設計就是為了使中間交換結點上的處理開銷最小。 為了適應ATM網絡的高速度，ATM交換機必須設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。第33頁/共46頁通信量控制

14、網絡資源管理 連接許可控制 使用參數控制 優先級控制 快速資源管理第34頁/共46頁ATM的擁塞控制 許可證控制 資源預訂 基于速率的擁塞控制 選擇性信元丟棄 顯式前向擁塞指示第35頁/共46頁流量控制 第36頁/共46頁流控協議的層次關系第37頁/共46頁流控協議的層次關系 鏈路層：即在相鄰兩結點之間的一條鏈路上實行流控，稱為“結點-結點流控”。 網絡層：即在一條虛擬線路兩端的源結點與宿結點之間實行流控，稱為“源點-宿點流控”。 訪網層：即在用戶主機訪問通信子網的進網線路對進入通信子網的業務量實行流控，稱為對通信子網的“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

15、機-主機流控”。第38頁/共46頁結點-結點流量控制 停止等待流量控制 滑動窗口流量控制 第39頁/共46頁源點-宿點流量控制 預約發送法 窗口控制法第40頁/共46頁結點與主機之間的流量控制 局部擁塞測量：在源結點上測量該結點緩沖池的占據率。 全局擁塞測量：估計整個子網內所占用的全部緩沖器數目。 選擇性擁塞測量：對選定的通路上的緩沖池占據率進行測量。第41頁/共46頁源主機-宿主機流量控制 可變大小的緩沖區 第42頁/共46頁源主機-宿主機流量控制 4比特序號的數據報中動態窗口管理 A 消息(TPDU) B 注釋 1 A想要8個緩沖區 2 B只準許消息03 3 A現在剩下3個緩沖區 4 A現

16、在剩下2個緩沖器 5 報文丟失而A以為它有1個剩下 6 B應答0與1允許24 7 A有一個緩沖器剩下 8 A有0個緩沖器剩下而必須停止 9 A時間已過并重新傳送 10 應答的每件事，但A仍被阻塞 11 A現在可以發送5 12 B在某處找到新的緩沖器 13 A有一個緩沖器剩下 14 A現在再一次被阻塞 15 A仍被阻塞 16 可能死鎖第43頁/共46頁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 再發送 300 字節（序號 201 至 500）A 還能發送 200 字節A 還能發送 200 字節（序號 301 至 500）A 還能發送 300 字節A 還能發送 100 字節（序號 401 至 500）A 超時重發，但不能發送序號 500