拥塞控制与流量控制技术在网络工程与设计中的应用

2023-11-25 理论教育版权反馈

【摘要】：这样便可确保子网中分组数不会超过许可证的数量，从而防止了拥塞的发生。通常有硬件流量控制和软件流量控制。

拥塞现象是指到达通信子网中某一部分的分组数量过多，使得该部分网络来不及处理，以致引起这部分乃至整个网络性能下降的现象，严重时甚至会导致网络通信业务陷入停顿，即出现死锁现象。这种现象跟公路网中经常所见的交通拥挤一样，当节假日公路网中车辆大量增加时，各种走向的车流相互干扰，使每辆车到达目的地的时间都相对增加（即延迟增加），甚至有时在某段公路上车辆因堵塞而无法开动（即发生局部死锁）。

1.造成拥塞的原因

1）多条流入线路有分组到达，并需要同一输出线路，此时，如果路由器没有足够的内存来存放所有这些分组，那么有的分组就会丢失。

2）路由器的慢带处理器的缘故，以至于难以完成必要的处理工作，如缓冲区排队、更新路由表等。

2.防止拥塞的方法

1）在传输层可采用：重传策略、乱序缓存策略、确认策略、流控制策略和确定超时策略。

2）在网络层可采用：子网内部的虚电路与数据报策略、分组排队和服务策略、分组丢弃策略、路由算法和分组生存管理。

3）在数据链路层可采用：重传策略、乱序缓存策略、确认策略和流控制策略。

3.拥塞控制方法

（1）缓冲区预分配法

该法用于虚电路分组交换网中。在建立虚电路时，让呼叫请求分组途经的结点为虚电路预先分配一个或多个数据缓冲区。若某个结点缓冲器已被占满，则呼叫请求分组另择路由，或者返回一个“忙”信号给呼叫者。这样，通过途经的各结点为每条虚电路开设的永久性缓冲区（直到虚电路拆除），就总能有空间来接纳并转送经过的分组。此时的分组交换跟电路交换很相似。当结点收到一个分组并将它转发出去之后，该结点向发送结点返回一个确认信息。该确认一方面表示接收结点已正确收到分组，另一方面告诉发送结点，该结点已空出缓冲区以备接收下一个分组。上面是“停—等”协议下的情况，若结点之间的协议允许多个未处理的分组存在，则为了完全消除拥塞的可能性，每个结点要为每条虚电路保留等价于窗口大小数量的缓冲区。这种方法不管有没有通信量，都有可观的资源（线路容量或存储空间）被某个连接占有，因此网络资源的有效利用率不高。这种控制方法主要用于要求高带宽和低延迟的场合，例如传送数字化语音信息的虚电路。

（2）分组丢弃法

该法不必预先保留缓冲区，当缓冲区占满时，将到来的分组丢弃。若通信子网提供的是数据报服务，则用分组丢弃法来防止拥塞发生不会引起大的影响。但若通信子网提供的是虚电路服务，则必须在某处保存被丢弃分组的备份，以便拥塞解决后能重新传送。有两种解决被丢弃分组重发的方法，一种是让发送被丢弃分组的结点超时，并重新发送分组直至分组被收到；另一种是让发送被丢弃分组的结点在尝试一定次数后放弃发送，并迫使数据源结点超时而重新开始发送。但是不加分辨地随意丢弃分组也不妥，因为一个包含确认信息的分组可以释放结点的缓冲区，若因结点无空余缓冲区来接收含确认信息的分组，这便使结点缓冲区失去了一次释放的机会。解决这个问题的方法可以为每条输入链路永久地保留一块缓冲区，以用于接纳并检测所有进入的分组，对于捎带确认信息的分组，在利用了所捎带的确认释放缓冲区后，再将该分组丢弃或将该捎带好消息的分组保存在刚空出的缓冲区中。

（3）定额控制法

这种方法在通信子网中设置适当数量的称作“许可证”的特殊信息，一部分许可证在通信子网开始工作前预先以某种策略分配给各个源结点，另一部分则在子网开始工作后在网中四处环游。当源结点要发送来自源端系统的分组时，它必须首先拥有许可证，并且每发送一个分组注销一张许可证。目的结点方则每收到一个分组并将其递交给目的端系统后，便生成一张许可证。这样便可确保子网中分组数不会超过许可证的数量，从而防止了拥塞的发生。

4.流量控制(www.chuimin.cn)

DTE与DCE速度之间存在很大差异，这样在数据的传送与接收过程当中很可能出现收方来不及接收的情况，这时就需要对发方进行控制，以免数据丢失用于控制调制解调器与计算机之间的数据流，具有防止因为计算机和调制解调器之间通信处理速度的不匹配而引起的数据丢失。通常有硬件流量控制（RTS/CTS）和软件流量（XON/XOFF）控制。

DCE：Data Circuit-terminal Equipment，数据端接设备，直接与信道连接的设备，当信道是模拟信道时，DCE是Modem。当信道是数字信道时，DCE是网桥、交换机、路由器等。

DTE：Data Terminal Equipment数据终端设备速度是指从本地计算机到Modem的传输速度，如果电话线传输速率（DCE速度）为56000bit/s，Modem在接收到数据后按V.42 bis协议解压缩56000×4=115200bit/s，然后以此速率传送给计算机，由此可见56KModem（使用V.42bis）的DTE速度在理想状态下都应达到115200bit/s。

其主要有以下这几种应用：

在电信和金融领域带宽应用主要表现在SLA（服务等级协议）上，通过带宽管理设备给不同等级的用户提供不同等级的带宽服务，从而保障核心客户的投资回报率。

在教育、政府等应用，带宽管理器主要应用集中在对P2P的管理方面，尤其是BT的管理。同时带宽管理设备也开始作为视频会议的QoS的保障设备出现。由于P2P等应用的客户端不断升级，所以只有具有自主研发的国内产品才能实现快速根据新版本推出管理策略，在这个应用上国际厂商不具有优势。当然作为带宽管理器，还具有更多的应用方式。如以下的应用：

1）网络应用透明度问题，通过带宽管理器可以让以前未知的网络应用的状况能够详细查看。

2）防范突发的流量激增和未知应用的攻击，如DoS攻击等，保障网络安全。

3）评估核心应用的价值，通过对核心应用流量的监查，了解核心应用的使用率与效率。

4）保证关键应用（如CRM、VPN、无线网络、视频会议、VoIP等）所需的带宽，保证任何时候关键应用不受阻。

5）准确评估网络的负载能力以及新应用上线对整体网络应用的影响，保证客户的IT投资合理性。

6）实现按照用户的等级提供不同的网络资源配给，保障客户核心用户的网络价值。

7）降低网络管理人员的重复操作，并提供应用的量化数据，便于管理层根据应用状况做出决策。

以上这些应用只是在一些具体案例中出现，大部分用户还没有将带宽管理与自身的网络管理进行有效的融合。应用的前景很大。

拥塞控制与流量控制技术在网络工程与设计中的应用

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