計算機通信網(wǎng)絡(luò)中基于速率的端對端擁塞控制

侯英鵬

[摘 要] 隨著我國社會的進步和科技的不斷發(fā)展，我國的網(wǎng)絡(luò)普及程度不斷提高，并且我國的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展速度也在逐步加快。如今我們生活在一個互聯(lián)網(wǎng)的時代當中，似乎我們生活中大部分的事情都可以用網(wǎng)絡(luò)解決，衣食住行沒有一種是網(wǎng)絡(luò)不能幫到我們的。大到行政審批、稅務報表，小到訂餐約車，網(wǎng)絡(luò)給我們生活帶來的便利不可想象。但是網(wǎng)絡(luò)的發(fā)達與使用人數(shù)及頻率的增多也使得計算機通信網(wǎng)絡(luò)的擁塞現(xiàn)象頻繁地出現(xiàn)，這種現(xiàn)象將會給我們使用網(wǎng)絡(luò)帶來極大的不便。這種擁塞現(xiàn)象大部分是基于速率的端對端控制不利所引起的。本文將對這種端對端擁塞現(xiàn)象的出現(xiàn)原因及控制策略進行分析。

[關(guān)鍵詞] 通信網(wǎng)絡(luò)；速率；端對端；擁塞；控制

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2017. 01. 086

[中圖分類號] TP393.07 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2017）01- 0153- 02

0 引 言

我國的計算機通信網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟發(fā)展速度很快，無論是阿里、百度還是騰訊這些計算機通信網(wǎng)絡(luò)巨頭都代表著我國在互聯(lián)網(wǎng)方面的成就。計算機通信網(wǎng)絡(luò)也的確給我們的生活帶來了很多的方便，并且?guī)恿宋覈芏嘈袠I(yè)的協(xié)同發(fā)展，例如餐飲業(yè)、快遞業(yè)和物流業(yè)。不過計算機通信網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展和用戶數(shù)量的極速增加也使得互聯(lián)網(wǎng)的運行狀態(tài)在很多時候并不理想，經(jīng)常會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁塞的現(xiàn)象，大部分的網(wǎng)絡(luò)擁塞都是由于計算機通信網(wǎng)絡(luò)速率的端對端擁塞引起的。今天筆者就來和談一談關(guān)于計算機通信網(wǎng)絡(luò)中給予速率的端對端擁塞現(xiàn)象及對其進行控制的方法。

1 計算機通信網(wǎng)絡(luò)中端對端擁塞產(chǎn)生的原因

產(chǎn)生擁塞的根本原因在于網(wǎng)絡(luò)中被共享的資源有限，不能滿足網(wǎng)絡(luò)用戶的要求。通過結(jié)點的存儲轉(zhuǎn)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)，其主要資源是鏈路的傳輸頻帶與結(jié)點中的緩存區(qū)。我們簡單的進行概括擁塞的原因就在于緩存空間有限，沒有閑置的緩存接受更多的新分組數(shù)據(jù)從而引發(fā)了擁塞現(xiàn)象。下面我們就具體開分析一下?lián)砣a(chǎn)生的原因。

1.1 緩沖區(qū)空間有限導致了網(wǎng)絡(luò)擁塞

通常來講，一個節(jié)點都會連接數(shù)個物理鏈路，而每一條物理鏈路當中都會設(shè)置相應的一組進程，在設(shè)置進程的同時也會對其進行緩沖池的設(shè)置，而這些緩沖池都是共用的，共用緩沖池本身還承擔著對每一個分組中的進程進行使用的功能，而一旦信息的流量過大就會使得緩沖池的空間徹底被占用，沒有多余的空間來容納后續(xù)的新分組，最終造成擁塞的現(xiàn)象出現(xiàn)。緩沖區(qū)有限造成的擁塞應當說是較為常見的一種擁塞現(xiàn)象。

1.2 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的處理能力有限導致網(wǎng)絡(luò)擁塞

結(jié)點是網(wǎng)絡(luò)中的支路端點，其承載著對分組數(shù)據(jù)的處理工作，但是結(jié)點的處理能力是相對有限的，如果分組數(shù)據(jù)數(shù)量到達結(jié)點的速度太快就會導致結(jié)點的處理能力不足，導致結(jié)點無法處理如此多而龐大的數(shù)據(jù)，這樣就非常容易使得結(jié)點中滯留的分組越來越多最終也會引發(fā)擁塞現(xiàn)象。

1.3 有限的傳輸線路頻帶引發(fā)網(wǎng)絡(luò)擁塞

傳輸線路頻帶有限也是產(chǎn)生擁塞現(xiàn)象的主要愿意之一，如果在傳輸線路的設(shè)置時，只有一條輸入線路和一條輸出線路，那么這樣的設(shè)計是不會產(chǎn)生擁塞現(xiàn)象的，但是如果有多條的輸入線路而只有一條輸出線路則會使得輸出線路傳輸過量的輸入信息，而輸出線路的傳輸量是有限的，一旦超載過多就會造成擁塞現(xiàn)象的出現(xiàn)，這就像是一個水池只有一條排水管卻有四條與排水管流量一樣的進水管，那么在開始時或許水池還能容納一定的水量，但是時間一長勢必會造成排水量小于進水量最終造成水池中的水溢出。

2 針對網(wǎng)絡(luò)擁塞的控制策略

既然我們了解了擁塞的原因，那么接下來我們要做的就是對這種擁塞進行解決，對于不同種類的擁塞原因我們應當采取不同的擁塞控制策略從而在根本上保證擁塞的控制效果。下面我們就來具體說一說控制擁塞的策略。

2.1 將緩沖區(qū)進行預分配

緩沖區(qū)有限是引起擁塞的主要原因之一，因此我們首先要解決的也是對于緩沖區(qū)有限造成的擁塞問題，緩存區(qū)的大小是很難改變的，因此我們在不改變緩沖區(qū)大小的前提下，想要解決擁塞問題就必須從緩沖區(qū)的利用方式上進行改變。我們采用了緩沖區(qū)預分配的方式來控制擁塞。首先要做的就是對分組交換的協(xié)議進行修改，讓每個呼叫請求分組在它所經(jīng)過的交換結(jié)點中預定一個或多個數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。如果呼叫請求分組到達時，交換結(jié)點的緩沖區(qū)都被占用，則要需要另外尋找路徑，或者是返回一個忙信號給呼叫請求者。這樣做的結(jié)果是，只要是呼叫請求連接成功了，就不會因無空緩沖區(qū)而產(chǎn)生擁塞。

2.2 對輸出隊的長度進行有效的控制

發(fā)生網(wǎng)絡(luò)擁塞的原因大部分是由于分組輸出隊的長度過長沒有限制導致一個分組就完全占據(jù)了緩沖區(qū)從而造成了網(wǎng)絡(luò)擁塞。我們?nèi)绻胍鉀Q網(wǎng)絡(luò)擁塞可以從這方面入手，我們可以對分組輸出隊的長度進行限制即當分組輸出隊達到了規(guī)定的長度就無法進入緩沖區(qū)。我們可以在源節(jié)點中設(shè)置監(jiān)督程序使其能夠在一定的周期內(nèi)對分組輸出隊的長度進行檢測，如果發(fā)現(xiàn)了過長的分組輸出隊則拒絕其進入緩沖區(qū)，如果長度合格則允許其進入緩沖區(qū)。實驗中證明這樣的方式對于減少網(wǎng)絡(luò)擁塞是有著良好效果的，并且不會對網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能造成太多的影響。

2.3 采用較為激進的信息丟包法

信息包丟棄法正好與第一種緩沖區(qū)預分配方法的控制機制相反，這種控制方法一改第一種緩沖區(qū)預分配當中對于緩沖區(qū)進行預先的保留，而是將緩沖區(qū)在開始時就不做任何的保留。這種信息包丟棄法實際上很好理解，它的原理就是當緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)達到極限后，繼續(xù)向緩沖區(qū)流入的信息包就被丟棄，即一旦緩沖區(qū)處在滿負荷狀態(tài)就不會再接受新的信息包，以這樣的方式防止信息擁塞的出現(xiàn)。這種方式有兩種做法，種做法是暫時將信息包拷貝到虛電路當中，當緩沖區(qū)內(nèi)的信息包數(shù)量減少再將這些拷貝的信息包放入緩沖區(qū)加以處理，另一種則是直接丟棄讓信息包的發(fā)送者重新對信息包進行發(fā)送直到緩沖區(qū)內(nèi)有空閑地方再對該信息包進行處理。無論是哪一種方式，這種信息包丟棄法都是一種較為過激的解決網(wǎng)絡(luò)擁塞的方式。不過我們可以將這種方法進行改進，這種改進方法就是為每條輸入線路永久性地保留一塊緩沖區(qū)，以便能檢查所有輸入進來的信息包。

3 結(jié) 語

對于當今這個計算機信息網(wǎng)絡(luò)高度發(fā)達的信息化社會，網(wǎng)絡(luò)擁塞對于我們?nèi)粘Ｉ畹挠绊懖⒉粊営诔鞘械缆樊斨械慕煌ǘ氯?，甚至在很多依靠網(wǎng)絡(luò)工作的人來講網(wǎng)絡(luò)擁塞帶來的后果要比普通的堵車更加讓其難以接受，因此我們要對這種網(wǎng)路擁塞采取必要的抑制措施從而使得這種現(xiàn)象減少發(fā)生，給我國人民帶來更加快速高效的網(wǎng)絡(luò)服務。

主要參考文獻

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