10 流量和拥塞控制
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窗口式流量和拥塞控制 漏斗式速率控制算法
窗口式流量和拥塞控制
原理：发端A在未收到收端B的应答情况下，最多可发送W（窗口 大小）个分组（或字节）。B收到后，回送给A一个应答，A收到 后可发送新的数据。 几个问题： 滑动窗口控制机构的建立：采用动态方法，在每个节点只为当前通 信的源/目的节点对设置窗口控制机构。随虚拟线路的建立而建立。 窗口宽度的确定：根据源/目的节点间的距离确定。理想的窗口控 制宽度是源节点收到窗口内第一个分组的确认信息时刚好发送完窗 口内的最后一个分组。 报文的重装：报文丢失分组的重发，未应答的分组在源节点保留。
漏斗算法
漏斗算法：漏斗是一个容量有限的队 列缓存。当漏斗满时，新到的分组将 被丢弃。只要队列的长度不为0，分组 就会以恒定的速率进而网络。 漏斗算法实质：将用户的非平稳分组流 变成平稳的分组流，从而平滑了用户 数据分组的突发性，进而大大降低了 拥塞的机会。 漏斗算法实现：
固定长度分组：每隔一个固定的时间输 出一个分组； 可变长度分组：每隔一个固定的时间输 出一个固定数目的字节。
•链路层
–重传的策略 –乱序缓存的策略 –应答的策略 –流控的策略
•网络层
–虚电路或数据报传输方式 –分组排队和服务的策略 –分组丢弃的策略 –路由的算法 –分组寿命管理
•传输层
–重传的策略 –乱序缓存的策略 –应答的策略 –流控的策略 –定时的确定
流量和拥塞控制技术
集中式流量拥塞控制：网络中有一个特定的 网络节点为各个节点计算报文流量的分配值， 将分配值传送给个节点。 分布式流量拥塞控制：网络中若干节点负责 网络的流量分配。 两种控制技术：
流量和拥塞控制
流量和拥塞控制概论
拥塞：在某段时间内，对网络某一资源的要求超过了网络所能提 供的可用部分所导致的网络性能恶化的现象。 死锁：链路缓冲器被积压的报文分组占满而失去存储转发能力。 网络性能急剧恶化，网络整体或局部几乎没有分组能够传送。 拥塞原因： 1. 同一节点的多个输入分组要求同一条输出链路 2. 处理器速度低或链路带宽不够 3. 拥塞导致的分组重发加重拥塞 4. 特殊情况的死锁
死锁发生的条件：一个封闭环路上所有节点的链路缓冲器 被积压的报文分组占满而失去存储转发能力。
流量控制和拥塞控制的区别和联系
拥塞控制：使通信子网能够传送所有待传送的数据，是一个全局 性的问题，涉及到所有的主机、路由器、路由器中的存储转发处 理的行为，以及所有将导致消弱通信子网的其它因素。 流量控制：只与发送者和接收者之间的点到点的业务量有关。属 于局部的问题。它的任务是确保发送者不能以超出接收者能承受 的速率传输数据。接收者向发送者反馈信息。 流量控制是防止网络拥塞的一种机制。
实时监测网络； 将拥塞信息传递到可采取行动之处； 调整系统的运作。
拥塞状态的度量
丢失分组的比例 平均队列长度 超时和重发组的数量 平均分组时延
拥塞控制信息传送
控制分组传输 分组中预留比特或子段表示网络状态。
拥塞控制的灵敏性和网络的稳定性
灵敏度高则稳定信差 稳定性好则灵敏度低
流量和拥塞控制的层次
流量控制和拥塞控制
流量控制
拥塞控制
流量和拥塞控制的作用
的 吞 吐 量
量 的 控 控 量
拥塞网络举例
B 16 λBA X A 8 8 D 64 32 Z 16 λCD C 3. λBA=7 , λCD=7 4. λBA=8.05 , λCD=7 Y 1. λBA=7 , λCD=0 2. λBA=8.05 , λCD=0
网络公平性举例
n 条链路用户 1单位/秒
单链路用户 1单位/秒
单链路用户 1单位/秒
单链路用户 1单位/秒
单链路用户 1单位/秒
流量和拥塞控制的功能
1.
2. 3. 4.
防止由于网络和用户过载而产生的吞吐量降 低及响应时间增长； 避免死锁； 在用户之间合理分配资源； 网络及用户之间的速率匹配。
拥塞控制的基本原理
端到端的窗口流控
定义： W，窗口大小 WX d，分组传输的来回时延 X，单个分组的传输时间 最大传输速率：
1 X
d
WX
d
1 W r = min , X d
传输速率 r WX
W d
分组传输的来回时延 d
虚电路中逐跳窗口流控
虚电路经过的每个节点保留W个分组的缓冲区。 每个接收分组的节点通过减缓回送应答节点的 方式避免积压太多的分组。 反压现象：从拥塞节点缓冲区满返回到源节点 缓冲区被填满的现象。
特殊情况的死锁
A A B C
B
a. 直接存储转发死锁
D
E
F
b. 间接存储转发死锁
c. 重装死锁
网络数据流的控制技术分类
1.
2.
3.
流量控制：限制网络上两个节点之间的数据流量， 以满足接收端的承受能力，避免过载。 拥塞控制：将网络内（或网络部分区域）的报文分 组数目保持在某一量值之下，以限制节点中的队列 长度，避免过载。 死锁防止：合理设计网络使之免于死锁现象。
流控窗口的动态调整
当某节点感觉到拥塞时发送一个特殊的分组给 源节点。源节点收到后，减小窗口。若拥塞状 态缓解，则逐步放大窗口。 目的节点利用源宿节点间的拥塞信息，调整窗 口大小。
漏斗式速率控制算法
拥塞发生的主要原因在于通信量的突发性，如果主机能够以恒定 的速率发送信息，拥塞将大大减少。 业务整形：调整数据传输的平均速率以及突发性。用户和子网之 间共同协商一个业务流模型，用户按照协商的模型发送分组，子 网将确保按时发送这些分组。子网对该用户的业务流进行监视。 漏斗算法：漏斗是一个容量有限的队列缓存。当漏斗满时，新到 的分组将被丢弃。只要队列的长度不为0，分组就会以恒定的速率 进而网络。
寻找输入业务对网络资源的要求小于网络可 用资源成立的条件。
1.
2.
增大网络的某些可用资源（增加链路、带宽，分 流） 减小一些用户对资源的需求（拒绝请求，要求用 户减轻负荷）
拥塞的开环和闭环控制
开环控制：在设计网络时事先考虑发生拥塞的 因素，力求避免网络工作时拥塞。系统运行后 不再干涉。 闭环控制：建立在反馈基础上的控制。
主机
令牌 漏斗
网络
令牌漏斗算法举例
例：有一个容量为250kB的令牌漏斗。在令牌漏斗中无 积累的令牌时，令牌到达的速率允许用户以2MB/s的 速率向网络输出数据。网络的可传输速率可达 25MB/s的速率工作。若当1MB突发数据到达时，令 牌池满，求数据的输出速率及持续时间。
速率 25MB/s
2MB/s 10.87ms 时间 364.13ms +10.87ms
主机
漏斗 接口
网络
漏斗算法举例
例：主机以25MB/s的速率发送分组，路由器只 能以不超过2MB/s的速率工作。假定漏斗的输 出速率为2MB/s ，漏斗的容量为C=1MB，输 入数据长度为1MB ，求数据的输出速率及持 续时间。
速率 25MB/s
2MB/s 时间 40ms 500ms
令牌漏斗算法
漏斗中保留的不是数据分组，而是令牌。 系统每隔一个固定时间产生一个令牌，并送入漏 斗。当漏斗满时，产生的新令牌将被丢弃。数据 分组只有获得令牌后才可以发送。
窗口式流量和拥塞控制
原理：发端A在未收到收端B的应答情况下，最多可发送W（窗口 大小）个分组（或字节）。B收到后，回送给A一个应答，A收到 后可发送新的数据。 几个问题： 滑动窗口控制机构的建立：采用动态方法，在每个节点只为当前通 信的源/目的节点对设置窗口控制机构。随虚拟线路的建立而建立。 窗口宽度的确定：根据源/目的节点间的距离确定。理想的窗口控 制宽度是源节点收到窗口内第一个分组的确认信息时刚好发送完窗 口内的最后一个分组。 报文的重装：报文丢失分组的重发，未应答的分组在源节点保留。
漏斗算法
漏斗算法：漏斗是一个容量有限的队 列缓存。当漏斗满时，新到的分组将 被丢弃。只要队列的长度不为0，分组 就会以恒定的速率进而网络。 漏斗算法实质：将用户的非平稳分组流 变成平稳的分组流，从而平滑了用户 数据分组的突发性，进而大大降低了 拥塞的机会。 漏斗算法实现：
固定长度分组：每隔一个固定的时间输 出一个分组； 可变长度分组：每隔一个固定的时间输 出一个固定数目的字节。
•链路层
–重传的策略 –乱序缓存的策略 –应答的策略 –流控的策略
•网络层
–虚电路或数据报传输方式 –分组排队和服务的策略 –分组丢弃的策略 –路由的算法 –分组寿命管理
•传输层
–重传的策略 –乱序缓存的策略 –应答的策略 –流控的策略 –定时的确定
流量和拥塞控制技术
集中式流量拥塞控制：网络中有一个特定的 网络节点为各个节点计算报文流量的分配值， 将分配值传送给个节点。 分布式流量拥塞控制：网络中若干节点负责 网络的流量分配。 两种控制技术：
流量和拥塞控制
流量和拥塞控制概论
拥塞：在某段时间内，对网络某一资源的要求超过了网络所能提 供的可用部分所导致的网络性能恶化的现象。 死锁：链路缓冲器被积压的报文分组占满而失去存储转发能力。 网络性能急剧恶化，网络整体或局部几乎没有分组能够传送。 拥塞原因： 1. 同一节点的多个输入分组要求同一条输出链路 2. 处理器速度低或链路带宽不够 3. 拥塞导致的分组重发加重拥塞 4. 特殊情况的死锁
死锁发生的条件：一个封闭环路上所有节点的链路缓冲器 被积压的报文分组占满而失去存储转发能力。
流量控制和拥塞控制的区别和联系
拥塞控制：使通信子网能够传送所有待传送的数据，是一个全局 性的问题，涉及到所有的主机、路由器、路由器中的存储转发处 理的行为，以及所有将导致消弱通信子网的其它因素。 流量控制：只与发送者和接收者之间的点到点的业务量有关。属 于局部的问题。它的任务是确保发送者不能以超出接收者能承受 的速率传输数据。接收者向发送者反馈信息。 流量控制是防止网络拥塞的一种机制。
实时监测网络； 将拥塞信息传递到可采取行动之处； 调整系统的运作。
拥塞状态的度量
丢失分组的比例 平均队列长度 超时和重发组的数量 平均分组时延
拥塞控制信息传送
控制分组传输 分组中预留比特或子段表示网络状态。
拥塞控制的灵敏性和网络的稳定性
灵敏度高则稳定信差 稳定性好则灵敏度低
流量和拥塞控制的层次
流量控制和拥塞控制
流量控制
拥塞控制
流量和拥塞控制的作用
的 吞 吐 量
量 的 控 控 量
拥塞网络举例
B 16 λBA X A 8 8 D 64 32 Z 16 λCD C 3. λBA=7 , λCD=7 4. λBA=8.05 , λCD=7 Y 1. λBA=7 , λCD=0 2. λBA=8.05 , λCD=0
网络公平性举例
n 条链路用户 1单位/秒
单链路用户 1单位/秒
单链路用户 1单位/秒
单链路用户 1单位/秒
单链路用户 1单位/秒
流量和拥塞控制的功能
1.
2. 3. 4.
防止由于网络和用户过载而产生的吞吐量降 低及响应时间增长； 避免死锁； 在用户之间合理分配资源； 网络及用户之间的速率匹配。
拥塞控制的基本原理
端到端的窗口流控
定义： W，窗口大小 WX d，分组传输的来回时延 X，单个分组的传输时间 最大传输速率：
1 X
d
WX
d
1 W r = min , X d
传输速率 r WX
W d
分组传输的来回时延 d
虚电路中逐跳窗口流控
虚电路经过的每个节点保留W个分组的缓冲区。 每个接收分组的节点通过减缓回送应答节点的 方式避免积压太多的分组。 反压现象：从拥塞节点缓冲区满返回到源节点 缓冲区被填满的现象。
特殊情况的死锁
A A B C
B
a. 直接存储转发死锁
D
E
F
b. 间接存储转发死锁
c. 重装死锁
网络数据流的控制技术分类
1.
2.
3.
流量控制：限制网络上两个节点之间的数据流量， 以满足接收端的承受能力，避免过载。 拥塞控制：将网络内（或网络部分区域）的报文分 组数目保持在某一量值之下，以限制节点中的队列 长度，避免过载。 死锁防止：合理设计网络使之免于死锁现象。
流控窗口的动态调整
当某节点感觉到拥塞时发送一个特殊的分组给 源节点。源节点收到后，减小窗口。若拥塞状 态缓解，则逐步放大窗口。 目的节点利用源宿节点间的拥塞信息，调整窗 口大小。
漏斗式速率控制算法
拥塞发生的主要原因在于通信量的突发性，如果主机能够以恒定 的速率发送信息，拥塞将大大减少。 业务整形：调整数据传输的平均速率以及突发性。用户和子网之 间共同协商一个业务流模型，用户按照协商的模型发送分组，子 网将确保按时发送这些分组。子网对该用户的业务流进行监视。 漏斗算法：漏斗是一个容量有限的队列缓存。当漏斗满时，新到 的分组将被丢弃。只要队列的长度不为0，分组就会以恒定的速率 进而网络。
寻找输入业务对网络资源的要求小于网络可 用资源成立的条件。
1.
2.
增大网络的某些可用资源（增加链路、带宽，分 流） 减小一些用户对资源的需求（拒绝请求，要求用 户减轻负荷）
拥塞的开环和闭环控制
开环控制：在设计网络时事先考虑发生拥塞的 因素，力求避免网络工作时拥塞。系统运行后 不再干涉。 闭环控制：建立在反馈基础上的控制。
主机
令牌 漏斗
网络
令牌漏斗算法举例
例：有一个容量为250kB的令牌漏斗。在令牌漏斗中无 积累的令牌时，令牌到达的速率允许用户以2MB/s的 速率向网络输出数据。网络的可传输速率可达 25MB/s的速率工作。若当1MB突发数据到达时，令 牌池满，求数据的输出速率及持续时间。
速率 25MB/s
2MB/s 10.87ms 时间 364.13ms +10.87ms
主机
漏斗 接口
网络
漏斗算法举例
例：主机以25MB/s的速率发送分组，路由器只 能以不超过2MB/s的速率工作。假定漏斗的输 出速率为2MB/s ，漏斗的容量为C=1MB，输 入数据长度为1MB ，求数据的输出速率及持 续时间。
速率 25MB/s
2MB/s 时间 40ms 500ms
令牌漏斗算法
漏斗中保留的不是数据分组，而是令牌。 系统每隔一个固定时间产生一个令牌，并送入漏 斗。当漏斗满时，产生的新令牌将被丢弃。数据 分组只有获得令牌后才可以发送。