【計算機網絡】-網絡層-擁塞控制

擁塞

擁塞控制是網絡層和傳輸層一起工作的責任，網絡中出現太多的數據包時，網絡的性能開始急劇下降，這種情況稱為擁塞

擁塞產生原因

• 多個輸入對應一個輸出
• 慢速處理器，難以完成必要的維護工作
• 低帶寬線路

解決辦法

• 針對某個因素的解決方案，通常不會有明顯的效果，甚至僅僅是轉移了瓶頸
• 需要全面考慮各個因素

普遍准則

• 監視系統並檢測何時何地發生擁塞
• 將信息傳遞到可以采取措施的地方
• 調整系統操作以糾正問題

流量控制的途徑(important)

對應書p304

流量感知路由->准入控制->流量限制->負載脫落

• 網絡必須盡力提供所提供的負載
• 不同時間尺度的不同方法
• 節點還應減少提供的負載（傳輸）

擁塞控制與流量控制的差別

擁塞控制(congestion control)
確保子網能夠承載所達到的流量
是一個全局性問題，涉及各方面的行為，包括所有的主機、所有的路由器內部的存儲-轉發處理過程、所有可能會消弱子網承載容量的其它因素
例:一個1Mbps的存儲-轉發網絡中，有1000台大型的計算機，其中的一半正試圖給另一半機器以100kbps速率傳送文件。這里需要擁塞控制

流量控制(flow control)
只與特定的發送方和特定的接收方間的點到點流量有關
主要解決快速發送方與慢速接收方的問題，是局部問題，一般都是基於反饋進行控制的
舉例：在一個100Gbps的光纖網絡上，一台超級計算機試圖給一台PC傳送一個大文件,這台PC只有處理1Gbps速率的能力。這里沒有擁塞，但需要流量控制

擁塞控制的途徑

增加資源

• 啟動備用路由器或線路
• 分散流量

減少負載

• 若新的連接將導致網絡變得擁擠不堪，就應該拒絕這種新連接的建立，這種控制稱為准入控制
• 當擁塞已迫在眉睫時，網絡可給造成問題的數據包源端傳遞反饋信息，要求源端抑制它們的流量，或減緩流量本身
• 負載脫落

流量感知路由

• 繞開熱門的區域，疏散流量
• 可能會出現搖擺不定的問題，要加以控制

准入控制

除非網絡可以攜帶額外流量而不會變的擁塞，否則就不建立新的連接。
准入控制可以和流量感知路由相結合，在虛電路建立過程中，考慮繞開流量熱點區域的路由

流量調節

當擁塞迫在眉睫的時候，它必須告訴發送方緊急剎車放慢速度

抑制包(Choke Packets)
通知擁塞發送方的方法中，路由器選擇一個被擁塞的數據包，給該數據包的源主機返回一個抑制包，抑制包中的目的地址取自該擁塞數據包。同時，在原來的擁塞數據包上添加一個標記，它在前行的路徑上不會產生更多的抑制包，它的轉發過程如同平常一樣
源主機收到抑制包后，按一定比例減少發向特定目的地的流量，並在固定時間間隔內忽略指示同一目的地的抑制包。

逐跳的抑制包(Hop-by-Hop Choke Packets)
在高速或長距離的網絡中，由於源主機響應太慢，抑制包算法對擁塞控制的效果並不好，可采用逐跳抑制包算法；
基本思想
抑制包對它經過的每個路由器都起作用
能夠迅速緩解發生擁塞處的擁塞，但要求上游路由器有更多的緩沖區

負載脫落

以上任何一種方法都解決不了的時候，路由器來不及處理數據包而面臨被數據包淹沒的時候，直接將其丟棄。

當任何一種方法都不能消除擁塞的時候，路由器可以丟掉來不及處理的數據包
針對不同服務，可采取不同丟棄策略
文件傳輸，優先丟棄新數據包，wine策略
多媒體服務，優先丟棄舊數據包，milk策略
智能丟棄策略：數據包中標明優先級，當不得不丟棄數據包，路由器可首先丟棄重要性最輕一類數據包，然后是次重要一類數據包，以此類推。