IP網(wǎng)絡(luò)流量控制技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展

王志安

摘 要：本文以IP網(wǎng)絡(luò)為例，研究了網(wǎng)絡(luò)流量控制技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，力求為提升網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量做出貢獻。

關(guān)鍵詞：IP網(wǎng)絡(luò)；網(wǎng)絡(luò)流量控制；應(yīng)用；發(fā)展

1 IP網(wǎng)絡(luò)流量控制技術(shù)的應(yīng)用

IP網(wǎng)絡(luò)流量控制對寬帶的有效利用起到了重要作用。有效的流量控制，一方面是互聯(lián)網(wǎng)穩(wěn)定運行的重要保證，一方面又是各種QoS技術(shù)實際應(yīng)用的前提條件，因此，研究有效的IP網(wǎng)絡(luò)流量控制技術(shù)具有重大意義。

首先，我們需要了解當(dāng)今主流的流量控制技術(shù)。

1.1 IP網(wǎng)絡(luò)的流量控制方法

IP網(wǎng)絡(luò)流量的具體控制方法有很多，具體可以分文宏層和微層控制兩種類型。前者主要通過控制全網(wǎng)的資源利用率來提升整個網(wǎng)絡(luò)的效率；后者主要作用于數(shù)據(jù)流層，通過阻塞控制、隊列管理等技術(shù)實現(xiàn)對流量的控制。宏層控制由于涉及面太過龐大，已超出了本文的討論范疇，故本文將微層控制列為重點研究對象。

常見的微層流量控制對象是數(shù)據(jù)包，可分為調(diào)度、丟棄和阻止等方式。數(shù)據(jù)包調(diào)度賦予子節(jié)點控制數(shù)據(jù)包傳輸速度的權(quán)利，以此來進行流量控制，有代表意義的就是基于路由器的隊列調(diào)度；數(shù)據(jù)包丟棄通過丟棄部分流量，來清除嚴重阻塞，保證網(wǎng)絡(luò)暢通；數(shù)據(jù)包阻止，主要作用在進入網(wǎng)絡(luò)后將被丟棄的部分數(shù)據(jù)包上，也是有效的流量控制方法。

控制流量的具體方法還有很多，值得探究的地方也數(shù)不勝數(shù)，本文將從其中的兩個方面入手，具體闡述IP網(wǎng)絡(luò)流量控制技術(shù)的應(yīng)用。這兩個方面分別為隊列管理策略和阻塞控制策略。

1.2 IP網(wǎng)絡(luò)流量控制技術(shù)的應(yīng)用

⑴隊列管理策略的應(yīng)用。數(shù)據(jù)包的調(diào)度主要通過隊列管理來實現(xiàn)，傳統(tǒng)的IP路由器主要采用FCFS，即先來先服務(wù)的策略，按此策略，路由器在緩沖滿了以后，將丟棄之后到達的IP分組，即“丟尾”。該方法實現(xiàn)簡單，但無法顧及數(shù)據(jù)包的重要程度，也無法正常應(yīng)對惡意數(shù)據(jù)流，經(jīng)過改進，一種按照數(shù)據(jù)包的優(yōu)先級來進行數(shù)據(jù)包調(diào)度的策略應(yīng)運而生，這就是優(yōu)先級排隊調(diào)度策略。在該策略下，路由器優(yōu)先服務(wù)于最高級別的數(shù)據(jù)包，從而可以保證重要數(shù)據(jù)的傳輸率，并以此應(yīng)對惡意流。

以優(yōu)先級排隊調(diào)度為例，數(shù)據(jù)包到達IP路由器后，根據(jù)優(yōu)先級別，被送入不同的隊列，進而根據(jù)不同的調(diào)度算法接受處理。在此策略下，高低優(yōu)先級的數(shù)據(jù)包所經(jīng)受的延遲各不相同，其中，高優(yōu)先級的延遲為：

其中μ為服務(wù)率，λ為到達率，ρ1為高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包的到達率與服務(wù)率的比值，ρ為所有數(shù)據(jù)包的相關(guān)比值。

通過實際對比可以看出，在此策略下，數(shù)據(jù)包的傳輸性能排行是高優(yōu)先級>無優(yōu)先級>低優(yōu)先級。雖然該方法尚存在一些缺點，但以此為起點的各種改進方法已使得優(yōu)先級排隊策略越來越合理，越來越值得應(yīng)用，其中比較有意義的就是強占優(yōu)先排隊模型。

⑵阻塞控制策略的應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)阻塞嚴重影響著網(wǎng)絡(luò)QoS，是需要控制的一個重要環(huán)節(jié)。造成網(wǎng)絡(luò)堵塞的原因多種多樣，歸根結(jié)底還是在于網(wǎng)絡(luò)負載大于網(wǎng)絡(luò)處理能力。網(wǎng)絡(luò)中一旦發(fā)生阻塞，將嚴重滯后數(shù)據(jù)的傳播速度，使網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量大幅降低，甚至?xí)苯訉?dǎo)致網(wǎng)絡(luò)大面積崩潰。其控制方法一般可分為開環(huán)和閉環(huán)兩種。開環(huán)控制需要設(shè)計人員在設(shè)計之初就考慮到任何可能造成阻塞的情形，事先就解決這些問題；閉環(huán)控制則需要實時接受反饋，依據(jù)特定算法推測阻塞狀況，調(diào)整數(shù)據(jù)包發(fā)送速率，以達到阻塞控制的目的。目前被廣泛應(yīng)用的阻塞控制策略主要還是數(shù)據(jù)包的丟棄和阻止，不過本文將著重探討另一種策略：漏水桶模型。

漏水桶模型，是一個比較成功的阻塞控制策略，實際應(yīng)用于IBM開發(fā)的PARIS網(wǎng)絡(luò)中。該方案通過控制數(shù)據(jù)脈沖來達到阻塞控制的目的，無法保證數(shù)據(jù)包的延遲上限，也存在緩存溢出的問題，但其數(shù)據(jù)包的平均延遲可控，有利于阻塞的控制。其數(shù)據(jù)包的平均延遲為：

其中λ表示數(shù)據(jù)包以速率為λ的泊松過程到達節(jié)點，1/μ為在進入率為r時傳輸一條消息的平均時間，C為允許進入量能夠被累計下來的時間。

2 IP網(wǎng)絡(luò)流量控制技術(shù)的前景展望

由于筆者時間與精力有限，本文只著重對IP網(wǎng)絡(luò)流量控制技術(shù)中的隊列管理策略以及阻塞控制策略進行了一些淺顯的研究，留給廣大科研工作者的專業(yè)問題還有很多。

隨著科學(xué)技術(shù)的進一步發(fā)展，處理隊列管理和阻塞控制，研究排隊模型已成為現(xiàn)代通信學(xué)科中的一個重要課題，一時間優(yōu)秀的文獻層出不窮，對舊理論、舊方法的考驗越來越重，迫切需要我們深入研究、努力探討，得出更符合實際的排隊模型。

3 結(jié)束語

互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)已逐漸發(fā)展為承載業(yè)務(wù)多、服務(wù)范圍廣、用戶群體雜的全球性信息傳輸平臺。然而現(xiàn)今的互聯(lián)網(wǎng)依舊以IP技術(shù)為基礎(chǔ)，受到IP協(xié)議本身缺陷的影響，無法提供有效的QoS保障，難以有效監(jiān)管網(wǎng)絡(luò)資源。在這種大背景下，流量控制技術(shù)應(yīng)運而生。該技術(shù)通過對網(wǎng)絡(luò)流量進行分類、調(diào)整等手段來保證關(guān)鍵服務(wù)，避免網(wǎng)絡(luò)堵塞，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的最大化利用，是一門需要我們投入大量研究精力的重要學(xué)科，其關(guān)鍵技術(shù)尚不成熟，依舊需要我們?yōu)橹冻龇e極努力。

[參考文獻]

[1]王超，趙文杰.IP骨干網(wǎng)絡(luò)流量控制系統(tǒng)分析及方案部署[J].山東科技大學(xué)學(xué)報，2009（2）.