第十七讲 网络层之三：拥塞控制算法
拥塞控制算法
Dijkstra算法图例
Dijkstra算法程序
洪泛算法
基本思想
把收到的每一个分组，向除了该分组到来的线路外的所有输出线 路发送。
主要问题
洪泛要产生大量重复分组。
每个报头包含站点计数器，每经过一站计数器减1，为0时则丢弃 该分组。
解决措施
记录下分组扩展的路径，防止它第二次扩散到已经扩散过的路径 中。
链路状态路由算法(Link State Routing)
分级路由(Hierarchical Routing)
最短路径路由算法
基本思想
构建子网的拓扑图，图中的每个结点代表一个路由器，每条弧代 表一条通信线路。 目的是构建两个路由器间的路由，算法是在子网拓扑图中找出最 短路径。
得到最短路径，有不同的测量 路径长度的方法：
拥塞预防策略 通信量整形(漏桶和令牌桶) 流说明 虚电路网络中的拥塞控制 抑制分组 负载丢弃
闭环控制
Internet网络层协议(IP)
1.网络层的地位
通信子网的最高层
屏蔽各种不同类型网络 之间的差异 实现全网的数据传输
2.网络层需要解决的问题 3.三种通信交换方式
线路交换 报文交换 分组交换
检查与工作结点相邻的临时性结点，若该结点到工作结点 的距离与工作结点的标注之和小于该结点的标注，则用新 计算得到的和重新标注该结点。
在整个图中查找具有最小值的临时性标注结点，将其变为 永久性结点，并成为下一轮检查的工作结点。 重复第三、四步，直到目的结点成为工作结点。
Dijkstra算法的图例。
计算机网络中的拥塞控制算法
计算机网络中的拥塞控制算法引言随着互联网的快速发展，计算机网络已经成为了人们日常生活中不可或缺的一部分。
然而，在网络拥塞的情况下，网络的效率和性能会严重下降，这将对人们的日常生活和工作带来很大不便。
针对这个问题，网络拥塞控制算法应运而生。
本文将介绍计算机网络中常见的拥塞控制算法，并对它们的优缺点进行分析。
TCP Vegas算法TCP Vegas算法是一种新型的拥塞控制算法，能够更好地处理网络拥塞问题。
该算法是基于TCP Reno算法进行的改进，主要通过测量往返时间(RTT)和队列长度来判断网络是否拥塞。
如果RTT 增加，则说明网络拥塞已经开始，此时TCP Vegas就会减少发送速率以降低拥塞程度。
如果RTT降低，表示网络拥塞已经解除，此时TCP Vegas会逐渐增加发送速率。
因此，TCP Vegas算法能够在网络拥塞情况下更快地调整发送速率，提高了网络的效率。
然而，TCP Vegas也存在一些缺点。
例如，该算法的拥塞信号并没有明确的标准，这可能会导致算法无法处理一些特定的网络拥塞情况。
此外，TCP Vegas在高速网络中的表现可能不尽如人意，因为在这种情况下，RTT的变化非常小，导致TCP Vegas无法很好地判断网络拥塞的程度。
TCP Reno算法是一种比较老的拥塞控制算法，常用于处理网络拥塞问题。
该算法的核心思想是通过动态调整发送窗口大小，来控制发送速率。
当网络拥塞时，TCP Reno会通过检测丢包情况，并适当减少发送速率，从而避免网络拥塞的加剧。
一旦网络拥塞情况得到缓解，TCP Reno会逐渐增加发送速率，以提高网络的效率。
虽然TCP Reno算法已经被证明很有效，但它也存在一些问题。
首先，该算法的反应速度较慢，不能及时降低发送速率以避免网络拥塞的扩散。
其次，TCP Reno算法较为保守，可能会导致低效的网络利用率。
TCP NewReno算法TCP NewReno是TCP Reno算法的改进版，它采用了更加灵活的丢包恢复策略。
计算机网络中的拥塞控制算法
计算机网络中的拥塞控制算法引言计算机网络中的拥塞控制算法是保证网络运行高效稳定的关键之一。
随着网络规模和传输速率的不断增长，拥塞控制算法的研究与优化也变得日益重要。
本文将介绍计算机网络中常见的拥塞控制算法及其工作原理，包括TCP Reno，TCP New Reno，TCP Vegas以及流行的基于反馈的拥塞控制算法。
TCP RenoTCP Reno是传输控制协议（TCP）中最常用的拥塞控制算法之一。
其目标是通过动态调整拥塞窗口大小以保持网络的稳定性和公平性。
TCP Reno通过两个主要机制来实现拥塞控制：拥塞避免和拥塞恢复。
在拥塞避免阶段，TCP Reno使用加法增速和乘法减速两种方法来控制数据包的发送。
当网络传输没有发生丢包时，拥塞窗口大小以每轮递增一个MSS（最大报文段长度）的方式进行。
当网络出现拥塞时，即出现丢包情况，TCP Reno将减小拥塞窗口大小，并进入拥塞恢复阶段。
在拥塞恢复阶段，TCP Reno使用快速重传和快速恢复机制来处理丢包情况。
当发送方接收到三个重复的ACK（确认应答）时，它将立即重传丢失的数据包，并将拥塞窗口减半。
然后，TCP Reno将进入拥塞避免阶段，重新增加拥塞窗口的大小。
TCP New RenoTCP New Reno是TCP Reno的改进版本，在丢包情况下的行为上有所优化。
相比于TCP Reno只能重传一个丢失的数据包，TCP New Reno在接收到三个重复的ACK时也会重传后续的丢失数据包。
这样可以更有效地利用网络的带宽资源，提高传输效率。
TCP VegasTCP Vegas是另一种常见的拥塞控制算法，相较于TCP Reno，TCP Vegas更加注重网络时延的控制。
TCP Vegas通过实时检测网络端到端的往返时间（RTT）来判断网络的拥塞状态。
如果RTT增加且超过某个阈值，说明网络可能有拥塞发生，TCP Vegas将减小窗口大小以缓解拥塞。
相反，如果RTT保持较低水平，TCP Vegas将适度增加窗口大小以提高网络的利用率。
计算机网络中的拥塞控制算法
计算机网络中的拥塞控制算法一、引言计算机网络中的拥塞控制算法是指在网络传输数据时，为了避免网络拥塞导致传输性能下降、数据丢失等问题，采用的一种控制方法。
拥塞控制算法包括多种，如TCP的拥塞控制算法、UDP 的拥塞控制算法、RED算法等，本文将重点介绍TCP的拥塞控制算法。
二、TCP的拥塞控制算法TCP的拥塞控制算法主要包括四种：慢启动、拥塞避免、快速重传、快速恢复。
1. 慢启动慢启动是TCP连接刚开始传送数据时启用的一种算法。
慢启动将初始窗口大小设为一个很小的值，然后每经过一个往返时间RTT，增加窗口的大小，直到达到一个拥塞阈值（cwnd）。
超过拥塞阈值后，进入拥塞避免算法。
慢启动中主要涉及两个参数：拥塞窗口大小（cwnd）和拥塞阈值（ssthresh）。
慢启动的主要思想是控制发送方数据速率，使其不断逼近网络的传输极限。
通过控制拥塞窗口大小，发送方可以平衡网络吞吐量和丢包率，避免网络拥塞。
慢启动算法的伪代码如下：if (cwnd <= ssthresh) {cwnd = cwnd + 1;} else {cwnd = cwnd + 1/cwnd;}2. 拥塞避免拥塞避免算法是在慢启动后，当拥塞窗口大小超过拥塞阈值时启用的一种算法。
拥塞避免算法中，每经过一个RTT，拥塞窗口的大小增加一个MSS（最大分段大小），从而每个RTT可以传输更多的数据。
当出现拥塞情况时，TCP会将拥塞阈值减半，同时进入慢启动算法。
拥塞避免算法的伪代码如下：if (cwnd > ssthresh) {cwnd = cwnd + 1/cwnd;}3. 快速重传快速重传算法是当TCP收到重复的数据时，立即发送重复的确认，而不等待超时重传计时器，从而提高数据传输的速率。
当收到重复的确认后，TCP会将拥塞窗口大小减半并重新进入拥塞避免算法。
快速重传算法的伪代码如下：if (duplicate_ack_received) {cwnd = cwnd/2;ssthresh = cwnd;}4. 快速恢复快速恢复算法是在快速重传算法后，立即发送数据而不等待拥塞避免算法重新检查网络，从而提高数据传输的速率。
拥塞控制算法
拥塞控制算法拥塞控制算法是现代网络的重要组成部分，它的主要目的是控制带宽和改善网络性能。
拥塞控制算法是实时流媒体、虚拟网络和数据中心等网络应用的重要组成部分，它能够有效地减少网络拥塞，提高网络的容量和效率。
拥塞控制算法分为两类：拥塞避免算法和拥塞控制算法。
拥塞避免算法旨在减少发生拥塞的概率。
它们通过限制网络中发送节点的发送速率来实现，从而减少网络中发生的拥塞。
拥塞控制算法旨在减轻网络拥塞的影响，当网络中发生拥塞时，它们能够有效地控制网络中消息的传播，从而减少拥塞的影响。
拥塞控制算法的一般原理是，通过实时监控网络的拥塞程度，动态调整消息发送的速率，以维持网络有效的拥塞控制。
拥塞控制算法是基于反馈机制的，发送节点会根据网络中接收到的反馈信息（例如丢包率）来调整发送速率，以维持网络的有效性。
这些算法的具体实现有很多，包括自适应拥塞控制，拥塞窗口调整，拥塞避免，拥塞控制，快速拥塞控制，慢开始，快重传等。
自适应拥塞控制算法是现代网络中最常用的拥塞控制算法之一，它能够有效地控制网络拥塞，提高网络的容量和效率。
它通过动态调整发送节点的发送速率来实现，它根据网络中反馈的信息来决定发送速率，当网络中发生拥塞时，发送节点会动态调整发送速率，从而控制网络拥塞。
拥塞窗口调整是另一种常用的拥塞控制算法，它通过调整接收节点和发送节点之间的拥塞窗口来控制网络拥塞。
在拥塞控制阶段，发送节点会定期向接收节点发送一个调整窗口的信息，以控制发送速率，从而改善网络性能。
拥塞避免算法是一种基于发送节点的拥塞控制算法，它利用了发送节点的“自我调节”机制来控制发送速率，从而减少网络拥塞的发生。
它主要是根据接收节点发送的反馈信息来调整发送节点的发送速率，以维持网络有效地运行。
快速拥塞控制算法是一种基于接收节点的拥塞控制算法，它能够有效地减少网络拥塞的发生，改善网络的传输效率。
它通过实时监控网络中接收节点的发送状况，以及接收节点发送的反馈信息，来调整发送节点的发送速率，从而控制网络拥塞。
第十七讲 网络层之三：拥塞控制算法
C S=
M-
当C = 250K；M = 25MBps； = 2MBps； S = 250K/230000K 10.8ms
在S秒内以25MBps的速率发送一部分； 其余的只能以2MBps的速率发送；
1.数据链路层 •重传策略 •乱序缓存策略 •确认策略 •流量控制策略
回退N算法比选择重传算 法对网络负载的影响更大
缓存乱序包比丢弃对 网络负载的影响小
“捎带”减少立即确 认带来的额外负载
网络层窗口的大小 可影响数据传输率
2.网络层
•虚电路与数据报的拥塞控制算法不同
•包队列和服务策略
一个输入队列、一个输出队列 排队规则(先来先到或优先级)
反馈拥塞信息
丢弃包的比例； 平均队列长度； 超时和重发包的数量； 平均包延迟；
检测到拥塞的路由器向源端发警告包 通过设置包中某位或某字段来通知它的邻接节点 主机和路由器定期发送探测包显式询问拥塞状况
调整系统操作减少拥塞
增加资源
降低负载
三. 拥塞控制的预防策略
在不同层次使用适当的策略使发 生拥塞的可能性降至最低。
将主机用户进程输出 的不规则包流转换为 输入网络的均速包流
接口包含 一个漏桶
Q：包大小可变怎么办？ 以字节计数
network
无规律 的包流
漏桶中 装包
有规律 的包流
•字节计数漏桶算法
每节拍初始时，计数器为n； 如队列第一个包的字节数<当前计数器的值
则将其发送并修改计数器的值 如果队列第一个包的字节数>当前计数器的值
则停止传输，等待下一节拍的开始。
计算机网络中的拥塞控制算法研究
计算机网络中的拥塞控制算法研究随着计算机网络愈发普及，网络瓶颈和拥塞控制问题日益引起人们的关注。
拥塞控制算法是计算机网络中避免网络拥塞的重要手段，其目的就是防止网络中流量的过度增长，从而保证网络的稳定性和性能。
本文将从三个方面来探讨计算机网络中的拥塞控制算法，分别包括：传输控制协议（TCP）拥塞控制算法、自适应拥塞控制算法和流量监测及拥塞控制方法。
1. TCP拥塞控制算法TCP是计算机网络中最常用的传输协议之一，其拥塞控制算法也是最为基础的。
TCP拥塞控制算法主要分为四个部分：慢启动、拥塞避免、快重传和快恢复。
慢启动是当一个TCP连接被建立时，TCP传输以极低速度进行数据包的传输，以便确定网络的瓶颈容量，并逐步增加其传输速度。
拥塞避免是在慢启动阶段结束后，系统将以一个相对较小的速度增加发送数据包和窗口大小，以避免网络拥塞。
如果接收到了重复数据包，则说明网络中可能存在拥塞，此时就会触发快重传算法，即跳过等待重复确认的步骤，立即进行重传。
当数据包正确到达接收方并获得确认时，TCP会将窗口大小减半，然后进行快恢复算法，利用这部分确认的数据包进行拥塞控制，重新计算拥塞窗口大小。
2. 自适应拥塞控制算法自适应拥塞控制算法是建立在TCP拥塞控制算法之上的，其最大特点在于对网络拥塞的敏感性以及能够自适应地根据网络情况调整传输速度。
现在，在自适应拥塞控制算法方面最常用的是基于反馈的算法，例如，零控制（AIMD），增量式拥塞控制算法，复合增量式算法（CUBIC）和幅度减少拥塞控制算法（RCP）。
零控制算法（AIMD）是在TCP基础之上进一步改进的拥塞控制算法，它是一种相对简单的算法，主要通过周期性的增加或减少速度来控制网络的拥塞。
增量式拥塞控制算法通过计算TCP连接的平均速度，根据连接是否发送或接收数据来计算其拥塞，并进行拥塞控制策略的调整。
CUBIC算法是一种拥有突出性能的自适应算法，该算法能够自适应地调整传输窗口大小，并且对高延迟的网络有着更好的适应性。
网络拥塞控制算法总结
网络拥塞控制算法总结网络拥塞控制是指在网络通信过程中，通过合理的算法和策略来控制网络中数据流量的流动，以避免网络拥塞的发生。
网络拥塞会造成数据包丢失、延迟增加以及网络性能下降等问题，因此拥塞控制算法的设计和实现对于网络的稳定运行至关重要。
下面将会介绍几种常见的网络拥塞控制算法及其特点。
第一种算法是最早采用的拥塞控制算法——慢开始（Slow Start）。
慢开始算法是由Van Jacobson在TCP/IP协议中提出的，用于在开始发送数据时快速扩大拥塞窗口，同时在网络出现拥塞时快速减小拥塞窗口。
具体实现方式是通过指数增加拥塞窗口的大小，直到遇到拥塞发生为止。
慢开始算法的特点是能够快速适应网络环境的变化，但容易引起网络拥塞。
第二种算法是拥塞避免（Congestion Avoidance）。
拥塞避免算法是在慢开始算法的基础上进行改进的，主要解决了慢开始算法容易引发网络拥塞的缺点。
拥塞避免算法通过线性增加拥塞窗口的大小来避免网络拥塞的发生。
具体实现方式是每次接收到一个确认ACK就递增拥塞窗口的大小，从而平滑地增大网络的负载，减小拥塞的可能性。
拥塞避免算法相对于慢开始算法，能够更加稳定地控制网络拥塞，但是在网络拥塞后仍然需要通过慢开始算法来恢复网络的稳定性。
第三种算法是快重传（Fast Retransmit）。
快重传算法是一种TCP 数据传输的拥塞控制算法，主要用于解决包丢失问题。
当发送方连续接收到三个相同的ACK确认报文时，就会触发快重传算法。
快重传算法的基本原则是，当接收到重复的ACK报文时，会认为已经丢失的报文已经到达接收方，而不是等待超时重传。
通过快速重传概念，可以减少数据传输的延迟，提高网络的传输效率。
第四种算法是拥塞避免和快重传的综合算法——TCP Tahoe。
TCP Tahoe是一种动态调整拥塞窗口的算法，能够根据网络拥塞程度来灵活调整数据传输速度。
TCP Tahoe的核心思想是通过快重传和拥塞避免算法相结合来进行拥塞控制。
网络中的拥塞控制与流量调度算法
网络中的拥塞控制与流量调度算法随着互联网的快速发展和广泛应用，网络拥塞成为了一个不可忽视的问题。
在高负载情况下，网络拥塞可能会导致网络性能下降、延迟增加甚至连接中断。
为了解决这个问题，网络中的拥塞控制和流量调度算法应运而生。
本文将探讨网络中的拥塞控制和流量调度算法的原理、应用和发展。
一、拥塞控制算法1.1 简介拥塞控制是一种调节网络流量的机制，通过监测网络负载情况并采取相应的措施来避免或减轻拥塞。
主要目标是防止网络发生拥塞，保证网络的稳定性和可靠性。
1.2 原理拥塞控制算法基于TCP协议，通过监测网络中的数据包丢失情况和延迟情况来判断拥塞程度，然后采取相应的措施来调整流量。
1.3 常用算法- AIMD(Additive Increase Multiplicative Decrease)算法AIMD算法通过线性增大拥塞窗口来增加发送速率，而在发生拥塞时将拥塞窗口减半，从而实现拥塞控制。
- 慢启动算法慢启动算法在初始阶段以指数方式增加拥塞窗口，然后逐渐切换到线性增长。
当发生拥塞时，拥塞窗口会减半。
- 基于队列的拥塞控制算法这种算法通过监测网络中的队列长度来判断网络的拥塞程度，然后动态调整发送速率或阻塞部分流量，以实现拥塞控制。
二、流量调度算法2.1 简介流量调度算法用于根据不同的需求和优先级来调度网络中的数据流量，以实现资源分配的公平性和高效性。
2.2 原理流量调度算法根据各个数据流的优先级和服务需求，动态地调整网络中的带宽分配和流量转发策略，以实现流量的均衡分配和高效处理。
2.3 常用算法- 公平队列算法公平队列算法根据每个流的优先级和需求，为每个流分配相应的服务质量，并采取公平的调度策略，以实现公平的带宽分配。
- 加权公平队列算法加权公平队列算法引入了流的权重参数，使得优先级高的流可以获得更多的带宽资源，从而实现不同流的差异化服务。
- 优先级队列算法优先级队列算法根据各个流的优先级将流量分成多个队列，然后按队列的优先级进行调度，以实现流量的有序处理。
计算机网络中的拥塞控制方法与算法
计算机网络中的拥塞控制方法与算法一、引言计算机网络中的拥塞控制是确保网络流量不过载的重要机制，它能够有效地提高网络的性能和可靠性。
本文将介绍计算机网络中常用的拥塞控制方法与算法，并详细讨论它们的步骤和原理。
二、拥塞控制方法1. 阻塞停止（Blocking）阻塞停止是一种简单直观的拥塞控制方法，当检测到网络拥塞时，停止向网络发送数据。
虽然该方法的实施简单，但会导致网络资源的浪费和延迟增加。
2. 慢启动（Slow Start）慢启动是一种靠增大发送数据的速率来探测网络容量的拥塞控制方法。
该方法的步骤如下：- 发送方初始化拥塞窗口大小为一个较小的值。
- 每当成功接收到一个确认消息，拥塞窗口增加一倍。
- 如果网络拥塞，发送方被告知发生拥塞，拥塞窗口大小减半。
3. 拥塞避免（Congestion Avoidance）拥塞避免是一种通过缓慢提高发送速率和避免拥塞的方法。
该方法的步骤如下：- 与慢启动类似，发送方初始化拥塞窗口大小为一个较小的值。
- 每当成功接收到一个确认消息，拥塞窗口根据一定的算法增加一定量。
- 如果网络拥塞，发送方根据一定的算法减小拥塞窗口大小。
4. 拥塞发现（Congestion Detection）拥塞发现是一种通过检测网络丢包情况来判断是否发生拥塞的方法。
该方法的步骤如下：- 发送方一旦检测到数据包丢失，就认为网络发生了拥塞。
- 发送方采取相应的拥塞控制策略，如减小拥塞窗口大小。
- 当拥塞窗口大小减小到适当的程度时，发送方重新开始慢启动或拥塞避免。
三、拥塞控制算法1. 加法增乘法减（Additive Increase Multiplicative Decrease，AIMD）AIMD是一种经典的拥塞控制算法，用于TCP协议。
该算法的步骤如下：- 每当成功接收到一个确认消息，发送方增加拥塞窗口大小一个固定值。
- 如果网络拥塞，发送方减小拥塞窗口大小为当前大小的一半。
2. TCP-VegasTCP-Vegas是一种基于拥塞窗口的拥塞控制算法，通过测量往返时间（RTT）来判断网络拥塞情况。
网络拥塞控制算法及其应用研究
网络拥塞控制算法及其应用研究随着互联网的普及和使用，网络拥塞的问题也越来越严重。
网络拥塞导致网络传输速度变慢，系统响应时间变长，甚至会造成系统崩溃等问题。
因此，网络拥塞控制算法的研究和应用显得非常重要。
一、什么是网络拥塞控制算法网络拥塞控制算法是一种通过控制数据传输速率等方式来保证网络不会过载产生拥堵的技术。
网络拥塞发生时，数据包丢失率会增加并且传输时间变长，从而对网络性能产生影响。
网络拥塞控制就是采取一系列措施，对网络传输过程中的流量进行控制，从而保证网络传输的质量。
二、常见的网络拥塞控制算法1.拥塞控制协议TCPTCP作为互联网上最常用的协议之一，在网络拥塞控制中扮演着重要的角色。
其基本原理是通过TCP拥塞窗口大小的调整，动态适应网络的负载情况。
2.流媒体传输控制协议RTCPRTCP主要应用于音视频传输领域，在保证音视频传输质量的同时，尽可能缩短数据传输的延迟时间。
3.将拥塞信息注入到IP包中的ECNECN可以将网络拥塞信息直接注入到IP包中，从而引导源设备和中间节点来调整数据传输速率。
该算法可以减少骨干网的拥堵问题。
三、网络拥塞控制算法的应用网络拥塞控制技术广泛应用于各种场景，比如网络游戏、视频会议、在线影音、移动应用等。
在这些场景中，网络传输速度和传输质量对用户体验非常重要。
1. 网络游戏网络游戏依靠网络实现互动和多人游戏，因此网络性能对于游戏体验来说至关重要。
当网络拥塞发生时，游戏体验会明显下降。
网络拥塞控制可以帮助游戏服务器实现更稳定的数据传输，从而提高游戏性能。
2. 视频会议在视频会议中，参会人员需要通过网络进行视频和语音的交流。
由于视频数据传输量较大，当网络拥塞时会导致视频卡顿、声音延迟等问题。
网络拥塞控制技术可以帮助保证视频会议的高质量传输。
3. 在线影音在线影音平台需要通过网络向用户提供高清、流畅的视频播放服务。
当网络拥塞时，视频缓冲时间会变长，导致用户等待时间加长，甚至影响到观看体验。
lwip tcp 拥塞控制算法
lwip tcp 拥塞控制算法lwip tcp拥塞控制算法一、引言随着互联网的发展，网络通信已经成为人们日常生活的重要组成部分。
在网络通信中，TCP（Transmission Control Protocol）作为一种可靠的传输协议被广泛应用。
然而，网络中的拥塞问题往往会导致网络性能的下降和数据传输的延迟。
因此，拥塞控制算法成为了TCP协议中的重要组成部分。
二、拥塞控制的概念拥塞控制是指当网络中出现拥塞时，通过控制发送方的数据发送速率，以减少网络中的数据包丢失和延迟，从而保证网络的稳定性和可靠性。
拥塞控制算法主要包括慢开始、拥塞避免、快重传和快恢复等。
三、lwip tcp拥塞控制算法lwip是一个轻量级的TCP/IP协议栈，其拥塞控制算法基于TCP的拥塞控制机制，并在此基础上进行了一些优化和改进。
1. 慢开始慢开始是TCP拥塞控制的第一阶段。
当连接建立后，发送方的初始拥塞窗口大小为一个最大报文段长度（MSS），然后每次收到一个确认报文段，拥塞窗口大小就会增加一个MSS。
这样可以使得数据发送速率逐渐增大，直到达到一个临界点。
lwip中的慢开始算法通过动态调整拥塞窗口大小，避免了网络中数据包的过度发送，进而导致拥塞的发生。
同时，lwip还引入了拥塞窗口的指数增长机制，使得慢开始的过程更加平滑和稳定。
2. 拥塞避免拥塞避免是TCP拥塞控制的第二阶段。
在慢开始阶段，当拥塞窗口大小达到一个阈值时，就会进入拥塞避免阶段。
拥塞避免阶段中，拥塞窗口大小以线性增长的方式进行调整。
lwip中的拥塞避免算法通过动态调整拥塞窗口大小，使得数据发送速率逐渐增大，同时避免了网络中的拥塞发生。
为了提高算法的效率，lwip使用了拥塞窗口的加法增长机制，使得拥塞避免的过程更加平滑和高效。
3. 快重传和快恢复快重传和快恢复是TCP拥塞控制的第三阶段。
当发送方发送的数据包丢失时，接收方会发出冗余的确认报文段，以触发发送方进行快速重传和快速恢复。
计算机网络中的拥塞控制及算法研究
计算机网络中的拥塞控制及算法研究计算机网络是我们日常工作和生活中必不可少的部分，如何保证网络的高效性和可靠性一直是学术界和工业界的研究热点。
其中，网络拥塞控制是保证网络高效性和可靠性的重要方法之一。
本篇文章将对计算机网络中的拥塞控制进行介绍和分析。
一、什么是网络拥塞网络拥塞是指在一个网络中的流量超过了网络本身的处理能力，导致网络性能受到严重影响或甚至完全瘫痪的一种情况。
在这种情况下，数据包丢失率和延迟时间都会大大增加，网络吞吐量和效率也会大幅度降低。
二、拥塞控制的意义在网络拥塞的情况下，如果不采取有效措施进行控制，网络的性能可能会受到严重的破坏，例如丢包率增加、延迟时间延长和网络不稳定等。
拥塞控制的目的就是要尽可能地避免和减轻网络拥塞，并保证网络的性能不受损害。
因此，拥塞控制在网络协议设计和实现中至关重要。
三、拥塞控制算法为了避免网络拥塞，计算机网络中采用了各种不同的拥塞控制算法。
以下是一些常见的拥塞控制算法。
1、泊松拥塞控制算法（PCC）PCC是一种传统的拥塞控制算法。
它基于泊松过程的到达率和离开率，并通过对数据包发送速率的限制来避免网络出现拥塞。
当网络容量不足以处理所有到达的数据包时，PCC算法会将所有超过容量限制的数据包丢弃。
2、TCP拥塞控制算法TCP是互联网上使用最广泛的协议之一，它采用了一系列拥塞控制算法。
TCP 拥塞控制算法中最常用的是拥塞窗口算法（TCP Congestion Window）。
在该算法中，TCP发送方通过调整拥塞窗口大小来反映网络拥塞的程度。
当网络出现拥塞时，拥塞窗口会缩小，从而减少对网络带宽的占用，防止拥塞的出现。
3、RED算法RED（Random Early Detection）算法是一种通用的拥塞控制算法。
它通过计算网络中队列长度的变化来检测网络拥塞，并根据拥塞程度动态地调整数据包发送速率。
RED算法可以有效地避免网络拥塞，并提高网络性能。
四、拥塞控制策略拥塞控制不仅包括拥塞控制算法，还涉及一系列拥塞控制策略。
网络层之拥塞控制
本幻灯片未授权除北京大学以外的任何单位或个人用作任何用途
通信量整形—令牌桶算法
●
基本令牌桶算法的实现 ♦令牌以包为单位 设置一计数器每隔△t加1 每发送一包减1 当计数器为0时禁止发送包 ♦令牌代表k个字节 每隔△t 加 k，每发送一个包减去该 包长度。
2
节点4
5
1
本幻灯片未授权除北京大学以外的任何单位或个人用作任何用途
拥塞控制概述
●
包交换网络的交换过程 ♦排在输入缓冲区 ♦做路由决策 ♦排队输出 统计TDM
本幻灯片未授权除北京大学以外的任何单位或个人用作任何用途
漏桶输 出速率
T= 25MB/s, 11ms
100ms
1 - S*25MBps 2MBps
2MB/s, 364ms
= 364ms
突发数据持续时间 400ms 500ms
200ms
300ms
本幻灯片未授权除北京大学以外的任何单位或个人用作任何用途
通信量整形—流说明
本幻灯片未授权除北京大学以外的任何单位或个人用作任何用途
通信量整形—漏桶算法
●
实例1
计算机产生包的速率为25MBps； 突发数据长度为1MB； 网络运行速率为25MBps； 路由器平均最佳工作速率 ≤ 2MBps； 漏桶 速率ρ＝2MBps 容量C＝1MB
通信量整形—漏桶算法
●
字节计数漏桶算法
♦每节拍初始时，计数器为n； ♦如队列第一个包的字节数<当前计数器的值， 则将其发送并修改计数器的值 ♦如果队列第一个包的字节数>当前计数器的值， 则停止传输，等待下一节拍的开始。
●
漏桶算法的缺点
不管突发通信量的大小，输出速率保持不变。
计算机网络中的拥塞控制算法
计算机网络中的拥塞控制算法随着互联网普及和用户数量的增加，网络拥塞问题日益严重，为了解决这一问题，拥塞控制算法应运而生。
拥塞控制是指在网络过度拥塞时，采取一定的措施来减少网络拥堵及网络的延迟，从而提高网络性能和用户体验。
本文将介绍计算机网络中常用的几种拥塞控制算法。
TCP Reno算法TCP Reno算法是TCP的一种变种，也是目前最常用的拥塞控制算法之一。
TCP Reno根据网络拥塞的程度调整数据流量，具体实现过程如下：当网络没有出现拥塞时，TCP Reno的拥塞窗口增长速度很快，每发送一个数据包就会将拥塞窗口加1，从而最大限度地利用网络带宽。
当网络出现拥塞时，TCP Reno会收到三个ACK（确认信息），说明有数据包丢失了。
此时，TCP Reno 会将拥塞窗口减小，并通过重传数据包等方法来保证数据的传输。
当网络恢复正常后，TCP Reno会逐渐增大拥塞窗口，以达到最大限度地利用网络带宽。
TCP Vegas算法TCP Vegas算法是另一种流行的拥塞控制算法。
它主要通过计算网络延迟来控制拥塞窗口大小，实现修正网络拥堵问题。
TCP Vegas通过计算网络延迟时间来调整发送对象的速度，因此当网络中的拥塞程度增加时，TCP Vegas算法会立即减小发送速度，而不是等待数据包丢失后才进行调整，从而减少了数据包的丢失率。
TCP Vegas算法的一个缺点是它缺乏流控制，导致其不能有效地限制数据发送量。
因此，在实际应用中，TCP Vegas通常与TCP Reno或其他流控制机制组合使用，以提高网络的性能和稳定性。
TCP BIC算法TCP BIC算法是基于TCP Reno和TCP Vegas算法的改进版本。
TCP BIC使用线性增长和二次降低来控制窗口拥塞。
当网络拥塞时，TCP BIC通过减小窗口大小来降低发送速度，以减少数据包的丢失率和传输时延。
与TCP Reno不同，TCP BIC通过使用线性增长和积极降低拥塞窗口，可以更好地控制网络流量。
计算机网络中的拥塞控制算法
计算机网络中的拥塞控制算法计算机网络中的拥塞控制算法是网络中的一项关键技术，用于解决网络拥塞问题，保证网络通信的可靠性和高效性。
本文将介绍拥塞控制的概念，各种拥塞控制算法的原理和应用，并探讨未来发展的趋势。
一、拥塞控制的概念拥塞是指在网络中出现过多的流量，超过了网络设备或链路的处理能力，导致数据传输延迟增加、丢包率升高等问题。
拥塞控制的目标是通过控制发送方的数据流量，使网络恢复到稳定状态，避免过度拥塞和丢包。
二、AIMD算法Additive Increase Multiplicative Decrease (AIMD) 算法是一种常用的拥塞控制算法。
该算法通过不断调整发送方的拥塞窗口大小来控制流量。
发送方会以加法递增的方式增加拥塞窗口的大小，当检测到网络拥塞时，则以乘法递减的方式减小拥塞窗口的大小。
AIMD算法能够对网络进行适应性调整，提高网络的吞吐量和稳定性。
三、TCP拥塞控制算法在TCP协议中，也有一系列拥塞控制算法，例如TCP Reno、TCP New Reno和TCP Vegas等。
TCP Reno算法根据丢包来判断网络的拥塞程度，并通过减小拥塞窗口的大小来缓解拥塞。
TCP New Reno算法在TCP Reno的基础上进行了改进，能够更好地处理丢包情况。
TCP Vegas算法则是基于网络延迟来进行拥塞控制的。
四、流量控制和拥塞控制的区别流量控制和拥塞控制都是为了解决数据通信中的问题，但目标和方法略有不同。
流量控制是通过控制发送方和接收方的数据传输速率来避免接收方无法处理过多的数据。
拥塞控制则是通过调整发送方的数据流量来避免过度拥塞和网络崩溃。
流量控制更侧重于接收端的处理能力，而拥塞控制更关注整个网络的稳定性。
五、最新发展与挑战随着互联网的发展，网络流量越来越大，对拥塞控制算法提出了新的挑战。
现有的拥塞控制算法在面对高速长距离网络和大规模数据中心等场景时可能表现不佳。
因此，研究者们提出了一些新的算法和技术，例如基于机器学习的拥塞控制、基于人工智能的拥塞控制等，以应对新挑战。
网络拥塞算法总结
网络拥塞控制算法总结网络拥塞控制的目的不是要完全避免拥塞的发生，而是通过拥塞控制，提高网络的性能及数据处理能力，保障网络的稳定和持续运行，并且保证数据传输的公平性。
我们知道，网络拥塞的根本原因在于端系统发出的数据超出了网络的处理能力，而拥塞控制算法的基本思想则是解决这一问题，通常的方法就是TCP拥塞控制算法和IP拥塞控制算法。
1.TCP拥塞控制算法通常，TCP的拥塞控制分为4个阶段，即慢启动（slow start）阶段、拥塞避免（congestion avoidance）阶段、快速重传（fast retransmit）阶段、快速恢复（fast recovery）阶段；可参考《TCP/IP详解卷I》的相关内容。
在实际的实现过程中，TCP对拥塞的控制都是通过改变一些参数来实现的，如拥塞窗口（cwnd）、通告窗口（awin）、发送窗口（win）、慢启动阈值（ssthresh）、往返时延（RTT）、超时重传计数器（RTO）、快速重传阈值等。
a)TCP拥塞控制算法的演进我们知道，TCP是端到端的协议，所以，基于TCP的拥塞控制也是端到端的算法，具体包括TCP Tahoe 算法、TCP Reno算法、TCP NewReon算法、TCP SACK算法等，下面对这几种算法进行简单的介绍。
●TCP Tahoe算法该算法包括慢启动、拥塞避免、快速重传以及RTT估计量的修改，这是TCP拥塞控制的基础，其它的算法依赖于此。
●TCP Reno算法该算法在Tahoe的基础之上增加了“快速恢复”阶段，Reno算法在快速重传后并不将cwnd减少至1MSS，而是将cwnd减半，进入拥塞避免阶段。
但该算法也存在不足，当发送端检测拥塞后，需要重传全部数据包（包括已经正确传输的数据包）。
●TCP NewReno算法该算法是对Reno算法的补充，它通过尽量避免Reno在快速恢复阶段的重传超时，在快速恢复阶段，发送方收到一个部份的ACK后，立即重传余下的数据包，从而提高传输性能，目前在互联网上使用最多的就是TCP NewReno算法。
计算机网络中的网络拥塞控制算法
计算机网络中的网络拥塞控制算法网络拥塞控制算法是计算机网络中的重要内容，它的作用是通过控制网络中的数据流量，使得网络运行在一个合理的负载范围内，确保网络的稳定性和性能优化。
本文将介绍几种经典的网络拥塞控制算法，包括TCP拥塞控制算法、网络测量与反馈、网络公平性控制等。
一、TCP拥塞控制算法TCP（传输控制协议）是互联网中最重要的传输协议之一，也是大多数应用层协议的基础。
TCP拥塞控制算法的核心思想是通过监测网络的拥塞状态，并按照一定的规则调整数据发送速率，以避免网络拥塞的发生。
1. TCP Tahoe算法TCP Tahoe算法是早期TCP拥塞控制算法中最基础的一种。
它的主要原理是当检测到网络发生拥塞时，将拥塞窗口减少到一个很小的值，然后进入慢启动阶段，逐渐增大拥塞窗口并监听网络状态，一旦再次发生拥塞，重复上述过程。
2. TCP Reno算法TCP Reno算法是TCP拥塞控制算法的一种改进版本，它在Tahoe算法的基础上引入了快速恢复机制。
当网络发生拥塞时，TCP Reno将拥塞窗口减半，并将拥塞窗口动态调整为一个合理的值，在一定的时间内接收到新的ACK确认时，快速恢复到正常的拥塞窗口大小。
3. TCP NewReno算法TCP NewReno算法是对TCP Reno算法的进一步改进，主要针对了发生多个数据包丢失的情况。
在网络发生拥塞时，TCP NewReno通过接收到的SACK（选择性确认）报文信息，恢复丢失的数据包，并根据丢失的数据包数量进行对应的拥塞窗口调整。
二、网络测量与反馈除了TCP拥塞控制算法，网络测量与反馈也是网络拥塞控制中的重要环节，它通过实时监测网络负载情况，并将相关信息反馈给数据发送端，以便控制数据发送速率。
1. 基于ICMP的网络测量ICMP（Internet控制报文协议）是互联网中的一种网络层协议，它可以用于测量网络的延迟和丢包情况。
通过发送ICMP报文并测量响应时间，可以估计网络的负载情况，并根据测量结果调整数据发送速率。
拥塞控制算法
通信量整形
目标：迫使分组按照预定的速率进入网中 漏桶算法 基本思想：
在主机和网络之间接入一个“漏桶”。 无论主机以多大的速率发送分组，“漏桶”中的分组总
于是有令牌桶算法，特点： 令牌桶中装的不是分组而是令牌。 桶中每隔Δt时间产生出一个令牌，当桶装满后， 随后产生的令牌就被丢弃。 分组在桶外的缓冲区中等待发送，桶中有多少个令 牌就允许发送多少个分组。(也可以规定：一个令 牌表示允许发送 k 个字节) 每个令牌用后即销毁，当桶中没有令牌时必须停止 发送。
Vegas 算法以RTT 的变化作为拥塞信号，调节源端 的发送速率。如果发现RTT 变大，Vegas 就认为网 络发生拥塞，开始减小cwnd；如果RTT 变小， Vegas 则解除拥塞，再次增加cwnd。这样，在理想 情况下，cwnd 值会稳定在一个合适的范围内。 Vegas 的重传策略与上述算法也不同，它是在收到 一个重复ACK 后，比较数据包发出的时间和当前时 间，然后决定是否重发。这样能更及时地重传丢失 的数据包，提高响应速度。该算法采用RTT 的改变 来判断网络的可用带宽，能较好的预测网络带宽的 使用情况，其公平性、效率cwnd 的方法，可以防止 TCP 在启动一个连接时向网络发送过多的数据包 而造成不必要的数据丢失和网络拥塞，并且它还 能够避免采用单纯的AIMD 算法造成的吞吐量增 加过慢的问题
为了防止cwnd 的无限制增长引起网络拥塞，引入 一个状态变量：慢启动阈值ssthresh
网络
漏桶的本质
就是一个固定长度的分组队列，主机发送的 每一个分组都加入到队列中排队，如果队列满则 分组被丢弃，同时队列按照约定的速率向网络发 送分组。
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3.包交换网络中拥塞控制
•发生拥塞的节点向某些或全 部源节点发送一个控制包
•依赖于路由信息用链路延迟 信息影响新包产生的速率
•采用端-端的探询(probe)包
在拥塞期间需 要额外的交通
延迟变化太快无法有 效地用于拥塞控制
加剧网络的负担
•在包中增加拥塞信息
在拥塞的相反方向 在拥塞方向
4.流量控制与拥塞控制的区别
反馈拥塞信息
丢弃包的比例； 平均队列长度； 超时和重发包的数量； 平均包延迟；
检测到拥塞的路由器向源端发警告包 通过设置包中某位或某字段来通知它的邻接节点 主机和路由器定期发送探测包显式询问拥塞状况
调整系统操作减少拥塞
增加资源
降低负载
三. 拥塞控制的预防策略
在不同层次使用适当的策略使发 生拥塞的可能性降至最低。
要求所有的站点 都能知道提交给 网络的包的时间 和速率
当不同节点的队 列长度增加时实 际吞吐量呈下降 趋势。
Uncontrolled
0.8 1.0 Offered load(packets sent)
限制每个节点的 队列长度以避免 吞吐量崩溃。
拥塞控制技术无法达到理论上的理想值
Average packets delay
a为常数确定
unew = auold + (1 – a)*f
路由器忘记历 史的最快速度
0
a=
1
unew = (1 – a)*f unew = auold
•路由器
路由器不断监视输出线 路和其他资源的利用率
当利用率达到某个阀值 时相应的线路进入“警告” 状态
检查每个新到的包，如 果其输出线路处于“警告 ”状态则向包的源端发一 抑制包。
•延迟
Uncontrolled
Controlled Ideal
0.8 1.0 Offered load(packets sent)
初始时，无控制的 策略所导致的延迟 比有控制策略低； 但无控制策略在网 络负载很低时即达 到饱和。
无论采用什么技术， 包的平均延迟随着 网络负载接近系统 的容量会无限增长。
子网在建立虚电路时按照用户提供 的要求，预留了沿途所需的资源。
•路由控制
建立的新虚电路必 须绕开拥塞区域
a
拥塞节点
a
b
b
2. 抑制包(choke packet)
假设线路的利用率用实型变量u表示，u的取值 范围在0.1~1.0之间。
•基本思想
周期性地对线路的瞬间利用率进行取样f ，
可得到u的近似值：
•输入特性
最大包(B) 令牌桶速率(B/s) 令牌桶容量(B) 最大传输速率(B/s)
说明了包的最大尺寸
如果桶输出速率为rBps， 桶的容量为bB， 则在任意时间△t内可传送的 最大字节数为：
b + r·△t
说明了主机产生数据的最高速率
•应用程序所需的服务
丢失敏感性(B)
说明了可接受的丢失率
丢失间隔(us)
b a
e
155Mbps
b a
e
b a
e
c
b
c
b
da
抑制包 d a
f
e
f
e
c d
f
c
b
da
f
e
c
b
da
f
e
c d
f
c d
f
流量 减少
抑制包对源端发应太慢
抑制包对经过的每一跳都起作用
b a
e
155Mbps
b a
e
c
b
c
b
da
抑制包 d a
f
e
f
e
c
b
da
f
e
c d
f
c d
f
流量 减少
3. 卸下负载(load shedding)
300ms
400ms
500ms
25MB/s, 40ms
100ms
200ms
300ms
突发数据持续时间
400ms
500ms
2. 令牌桶算法
•令牌桶算法
漏桶装 令牌
无规律 的包流
network
每隔△T 秒生成一 个令牌
•与漏桶算法的区别
令牌桶算法可积累发送数 桶满时会丢失令牌而不会丢失包
•丢弃策略
丢弃包的选择
•路由选择算法 •生存期管理
是否将通信量均匀地 分散到所有链路上
定的太长妨碍系统工作 定的太短导致不必要的重传
3.传输层 •重传策略 •乱序缓存策略
回退N算法比选择重传算 法对网络负载的影响更大
缓存乱序包比丢弃对 网络负载的影响小
•确认策略 •流量控制策略 •超时间隔更难确定
将新包打上标记以免为 此再产生更多的抑制包。
•源端 收到抑制包后以X比率 减少发往该目的地的报文 等待一段时间后再检查 是否有新抑制包的到来
如果有来自同一目的地 的抑制包，应再次降低发 送速率；否则
应加大通信量
加权公平队列
如果收到抑制包的源端不采取措施，减少 发往拥塞点的包，怎么办？
•公平队列 路由器为每条输出线路设置多个队列对应 于每个源端 当输出线路空闲时，路由器循环扫描各队 列，依次从各队列中取出下一个包发送。
将主机用户进程输出 的不规则包流转换为 输入网络的均速包流
接口包含 一个漏桶
Q：包大小可变怎么办？ 以字节计数
network
无规律 的包流
漏桶中 装包
有规律 的包流
•字节计数漏桶算法
每节拍初始时，计数器为n； 如队列第一个包的字节数<当前计数器的值
则将其发送并修改计数器的值 如果队列第一个包的字节数>当前计数器的值
•基本功能 确定何时进行新的通信 何时丢弃包及丢弃哪些包等等
•算法分类 作用于源端 作用于目的端
2.闭环(closed loop)
•基本思想 基于反馈环路。 主机能根据拥塞信息采取相应的动作以减少拥塞。
•算法分类 显式反馈 检测到拥塞的节点向源端发警告包
隐式反馈 源端依据局部信息推断是否发生拥塞
•基本组成 监视系统 检测何时何地发生拥塞
假设：突发数据长为1MB，到达时令牌桶已满。 设：突发时间为S；令牌到达速率； 突发数据最大输出为C＋ ·S C＋ ·S = M ·S
C S=
M-
当C = 250K；M = 25MBps； = 2MBps； S = 250K/230000K 10.8ms
在S秒内以25MBps的速率发送一部分； 其余的只能以2MBps的速率发送；
一. 拥塞控制概述
3
1. 包交换网络是一个排队网络
如果包到达 和排队的速 率超出包被 发送的速率， 2 队列的长度 就会无限制 地增长。
输入缓冲
节点4
5
输出缓冲
1
•交换过程 统计TDM
排在输入缓冲区 做路由决策 排队输出
•拥塞产生
来不及作路由决策 不及清除输出缓冲
•饱和时的处理
简单地丢弃入境包 节点对其邻接节点实行某种流量控制
•流控只与发送者和接收者之间的点-点通信有关 •拥塞控制是全局问题
涉及所有主机、路由器(及路由器的存储-转发能力)。
例1:
超
级
1000Gbps
1Gbps
计 算
机
必须进行流量控制
100Kbps
1Mbps
无需流量控制，但要拥塞控制。
二. 拥塞控制的基本原理
1.开环(Open loop)
•基本思想
设计目标定位于确保今后不会发生问题 一旦系统安装运行不进行任何修改 不考虑网络的当前状况
1.数据链路层 •重传策略 •乱序缓存策略 •确认策略 •流量控制策略
回退N算法比选择重传算 法对网络负载的影响更大
缓存乱序包比丢弃对 网络负载的影响小
“捎带”减少立即确 认带来的额外负载
网络层窗口的大小 可影响数据传输率
2.网络层
•虚电路与数据报的拥塞控制算法不同
•包队列和服务策略
一个输入队列、一个输出队列 排队规则(先来先到或优先级)
•加权公平队列 给不同的主机以不同的优先级。 优先级高的可每节拍扫描两个或多个字节。
输出线路O
包 结束时间
源端
C
8
1 6 11 15 19 20
A
B
16
2 7 12 16
B
D
17
38
C
E
18
4 9 13 17
D
A
20
5 10 14 18
E
公平队列方案
假设
公平队列的改进方案 假设
为一个包 为一个包
“跳 - 跳”抑制包
•丢弃策略
葡萄酒策略(陈的比新的香) 丢弃新包而保存旧包
牛奶策略(新的比旧的鲜) 保存新包而丢弃旧包
则停止传输，等待下一节拍的开始。
•漏桶算法的缺点
不管突发通信量的大小，输出速率保持不变。
例2. 计算机产生包的速率为25MBps； 网络运行速率为25MBps； 路由器平均最佳工作速率 2MBps；
设立一个速率ρ＝2MBps，容量C＝1MB的漏桶。
漏桶输出速率
2MB/s, 500ms
100ms
200ms
允许多达n个包的突发通信
•基本令牌桶算法的实现 令牌以包为单位
设置一计数器每隔△t加1 每发送一包减1 当计数器为0时禁止发送包
令牌代表k个字节
每隔△t 加 k，每发送一 个包减去该包长度。
例3. 令牌桶容量C = 250KB； 令牌到达速率 = 2MBps； 网络最大传输率M = 25MBps；