IP網(wǎng)絡(luò)中的擁塞控制分析

劉 祎

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所，石家莊 050081）

1 引言

IP網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)在于，能夠?qū)Σ煌赜驐l件的數(shù)據(jù)通信終端設(shè)備信息有序連接，促進(jìn)資源共享得以實(shí)現(xiàn)，并且集中化的處理方式下，信息處理更具時(shí)效性。對(duì)于互聯(lián)網(wǎng)來(lái)說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)擁塞問(wèn)題的出現(xiàn)，會(huì)在一定程度上對(duì)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展形成制約，為更好的提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率，降低網(wǎng)絡(luò)丟包率，就必須要做好IP網(wǎng)絡(luò)中的擁塞控制工作，這也是近年來(lái)網(wǎng)絡(luò)研究中的重要問(wèn)題。

2 IP網(wǎng)絡(luò)中的擁塞控制及其研究意義

所謂擁塞控制，就是針對(duì)數(shù)據(jù)流量進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的情況加以控制，以免用戶(hù)發(fā)送數(shù)據(jù)流量過(guò)大而造成通信網(wǎng)絡(luò)阻塞，旨在提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率。在IP網(wǎng)絡(luò)中，擁塞控制的實(shí)施以網(wǎng)絡(luò)協(xié)議各層次為平臺(tái)，在距離因素的作用下，一旦出現(xiàn)擁塞問(wèn)題，數(shù)據(jù)鏈路層能夠在短時(shí)間內(nèi)做出反應(yīng)，以便對(duì)短期擁塞現(xiàn)象進(jìn)行控制，實(shí)際上，數(shù)據(jù)鏈路層的能力也僅限于此?？刂茩C(jī)制的目標(biāo)往往受到網(wǎng)絡(luò)層次的影響而存在差異化特征，當(dāng)IP網(wǎng)絡(luò)內(nèi)擁塞時(shí)間較長(zhǎng)的情況下，對(duì)控制層次的要求也比較高。IP網(wǎng)絡(luò)中擁塞控制主要在網(wǎng)絡(luò)層與傳輸層來(lái)實(shí)現(xiàn)。

一般情況下，擁塞控制在每次單獨(dú)通信中的應(yīng)用是相對(duì)獨(dú)立的，但由于不同通信過(guò)程之間存在交互作用，這就使得擁塞控制在某個(gè)特定節(jié)點(diǎn)下對(duì)緩存與帶寬等資源實(shí)現(xiàn)共享。擁塞控制機(jī)制具有一定獨(dú)特性，兼顧通信QoS的滿(mǎn)足，并保證公平分配資源，從而提高擁塞控制的整體效果。在IP網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，擁塞控制屬于一種持續(xù)過(guò)載的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，IP網(wǎng)絡(luò)固有容量已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的多樣化需求，包括鏈路帶寬、存儲(chǔ)空間等，實(shí)際上可以將IP網(wǎng)絡(luò)擁塞的發(fā)生看作是一種固有屬性。在IP網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，擁塞的發(fā)生明顯提高了分組丟失率，端與端之間時(shí)延加大，極易造成系統(tǒng)崩潰。當(dāng)IP網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞時(shí)，即便是微小的負(fù)載量都會(huì)給整個(gè)網(wǎng)絡(luò)造成巨大影響，降低IP網(wǎng)絡(luò)的有效吞吐量。為促進(jìn)IP網(wǎng)絡(luò)資源的高效利用，最佳方式是將IP網(wǎng)絡(luò)控制位輕度擁塞狀態(tài)，形成一種有效的擁塞控制機(jī)制來(lái)控制擁塞，以免其滑向擁塞崩潰，從而維護(hù)IP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的良性運(yùn)行。

3 IP網(wǎng)絡(luò)中的擁塞控制機(jī)制與方法

（1）TCP流量控制。TCP流量控制的實(shí)現(xiàn)，為Internet的正常運(yùn)行提供了穩(wěn)定基礎(chǔ)，大部分?jǐn)?shù)據(jù)流都是依靠TCP協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因而IP網(wǎng)絡(luò)的擁塞控制的實(shí)現(xiàn)，應(yīng)做好TCP流量控制工作。在IP網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部，可將TCP流量控制看作是擁塞控制的技術(shù)實(shí)現(xiàn)途徑之一，TCP流量控制算法也分為幾個(gè)不同版本，就TCP Tahoe來(lái)看，其主要由慢啟動(dòng)、擁塞避免和快速重傳三個(gè)部分組成，其中，在分組丟失的判斷方面，當(dāng)出現(xiàn)重復(fù)的確認(rèn)分組后，快速重傳能夠開(kāi)展有效判斷，促進(jìn)分組傳輸速率的改善，以便對(duì)擁塞進(jìn)行有效控制。就TCP Vegas來(lái)看，其實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)技術(shù)的融合，建立了新的重傳觸發(fā)機(jī)制，以重復(fù)ACK對(duì)超時(shí)判定規(guī)程進(jìn)行啟動(dòng)，便于在第一時(shí)間對(duì)擁塞進(jìn)行檢測(cè)，于慢啟動(dòng)階段控制窗口大小，合理控制分組丟失，能夠?qū)CP中RTT時(shí)間變化進(jìn)行準(zhǔn)確觀測(cè)，對(duì)擁塞窗口進(jìn)行適度調(diào)節(jié)，從而對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬使用情況進(jìn)行預(yù)測(cè)，以提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行效率。

（2）端到端擁塞控制機(jī)制。TCP流量控制是基于分組守恒定理及窗口管理算法所實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)多個(gè)目標(biāo)發(fā)生沖突時(shí)，其能夠?qū)崿F(xiàn)平衡與協(xié)調(diào)，促進(jìn)終端系統(tǒng)的有序分配，相似用戶(hù)所獲得的網(wǎng)絡(luò)資源具有基本相等的特性。端到端擁塞控制技術(shù)的對(duì)分組丟失進(jìn)行響應(yīng)的過(guò)程中，其主要依靠緩慢的速率調(diào)節(jié)算法來(lái)實(shí)現(xiàn)。一般情況下，如果擁塞控制機(jī)制在大時(shí)間尺度（幾個(gè)RTT時(shí)間）上的平均吞吐量與TCP連接在可用帶寬不變條件下保持基本相等，就認(rèn)為該機(jī)制是“TCP兼容”的。TFRC與一般的擁塞控制機(jī)制有所不同，它不是對(duì)每一個(gè)分組丟失事件都產(chǎn)生響應(yīng)，而是響應(yīng)固定間隔時(shí)間上測(cè)得的分組丟失率。為了保持TCP兼容性，TFRC將速率的控制律定義為丟失率和往返時(shí)間的函數(shù)。TEAR算得上是TCP的變種算法，以接收者為主體，對(duì)TCP擁塞窗口的計(jì)算主要是通過(guò)指數(shù)加權(quán)滑動(dòng)平均算法來(lái)實(shí)現(xiàn)的，最終獲得發(fā)送速率，其特征在于具有TCP兼容性。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上研究可知，IP網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行環(huán)境相對(duì)復(fù)雜，而擁塞問(wèn)題的出現(xiàn)，勢(shì)必會(huì)嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)的整體發(fā)展，因此在IP網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的過(guò)程中，必須要客觀分析擁塞的實(shí)際情況，并采取科學(xué)的技術(shù)措施對(duì)擁塞加以控制，以改善IP網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)，滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)對(duì)信息資源的多樣化需求，從而推進(jìn)IP網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運(yùn)行。

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