路由原理与技术第12章拥塞控制与服务质量控制
ch24拥塞控制和服务质量
Note
差分业务是用于IP的基于类的QoS模型。
24.34
Figure 24.22 路径报文
24.35
Figure 24.23 Resv 消息
24.36
Figure 24.24 预留合并
24.37
Figure 24.25 预留方式
24.38
24-8 差分业务
差分业务 (DS or Diffserv) 是由因特网工程任务组 IETF (Internet Engineering Task Force) 提出的用于 弥补综合业务缺陷的一种业务。
两个网络都是虚电路网络，它们需要一个诸如RSVP 的信令协议。
本节重点:
帧中继中的QoS ATM中的QoS
24.43
Figure 24.28 通信量控制属性指标间的关系
24.44
Figure 24.29 用户速率和 Bc 与 Bc + Be的关系
24.45
Figure 24.30 服务类型
24.46
24.3
24-2 拥塞
拥塞是分组交换网络中的一个重要问题。如果网络 中的载荷，即发送到网络中的分组数量，超过了网 络的容量，即网络中能处理的分组数量，那么在网 络中就可能发生拥塞。拥塞控制指的是控制拥塞
本章重点:
网络的性能
24.4
Figure 24.3 路由器中的队列
24.5
Figure 分组延迟和吞吐量是网络载荷的函数
本节重点:
DS 字段
24.39
Note
差分业务是用于IP的基于类的 QoS 模型。
24.40
Figure 24.26 DS 字段
24.41
Figure 24.27 通信量调节器
计算机网络中的拥塞控制与流控技术研究
计算机网络中的拥塞控制与流控技术研究计算机网络通信技术是人类社会进步的重要标志之一。
计算机网络的核心是数据通信。
而数据通信中最重要的部分则是拥塞控制与流控技术。
拥塞控制与流控技术在保持网络流量的平稳稳定中起着非常重要的作用。
1.什么是拥塞控制？拥塞控制是指在网络中保持流量稳定的一种技术。
不同的网络有不同类型的拥塞控制，但是几乎所有的网络都采用了流量控制和防止网络过载的方法。
拥塞控制的目的是不让网络出现拥塞，从而保持流量的平稳和可控。
拥塞控制可以通过防止数据包的过多传递从而减少网络拥堵，保证网络服务的质量。
2.什么是流控技术？流量控制是计算机网络中的另一个重要技术。
它可以控制不同计算机之间的数据流，从而控制网络上的流量。
为了实现流量控制，计算机需要表示自己的流量和其他计算机的流量，以便生成可靠的流量控制。
在网络中，流量控制通常是通过流量速度和流量大小来实现的。
3.拥塞控制与流控技术的关系拥塞控制与流控技术是两个不同但相关的技术。
当网络传输数据时，拥塞控制和流量控制都需要考虑流量的大小和速度。
这就需要网络在使用拥塞控制和流控技术时同时保持速率和流量的平稳稳定。
4.拥塞控制与流控技术的实现实现拥塞控制和流量控制的方式有多种，包括TCP协议中的滑动窗口机制、红向算法、启发式算法等。
滑动窗口机制是一种常用的流量控制方法，用于协议中的数据包传输。
通过滑动窗口机制，发送方可以控制发送数字包的速率和数量，从而实现数据的控制和流量的平稳稳定。
红向算法和启发式算法则是更加高级的拥塞控制算法，可以在网络中实现拥塞控制和流量控制。
5.由于对拥堵控制和流量控制的需要，新的网络技术也逐渐出现。
例如，一些计算机网络使用了各种因特网协议，如IPv4和IPv6。
这些协议均包括了拥堵控制和流量控制技术，以保证网络的高效稳定。
总之，拥塞控制和流量控制在计算机网络中非常重要。
通过应用这些技术，我们可以保证网络的流量稳定，同时也保证网络服务的质量。
拥塞控制原理
拥塞控制原理
拥塞控制是一种网络流量控制的机制，通过调整数据流的发送速率和接收速率，以防止网络拥塞的发生。
拥塞控制的原理可以总结为以下几个方面：
1. 基于反馈的控制：拥塞控制的基本原理是依靠网络反馈信息来监测网络状态并做出相应的调整。
发送方从接收方接收到的ACK信号和RTT（Round Trip Time）信息来判断网络的拥塞程度，然后根据这些信息动态调整发送速率。
2. 慢启动与拥塞避免：拥塞控制最初使用的是慢启动算法，即发送方初始以较低的速率发送数据，然后根据网络反馈信息逐渐增加发送速率，直到网络发生拥塞为止。
一旦发生拥塞，发送方会根据相应的拥塞避免算法进行速率的调整，以避免进一步的拥塞。
3. 拥塞信号：当网络发生拥塞时，路由器或其他网络设备会发送拥塞信号给发送方，告知网络的状态。
这些拥塞信号包括丢包、延时增加等。
发送方根据接收到的拥塞信号做出相应的调整，如减小发送速率或进行重新路由。
4. 基于窗口的流量控制：拥塞控制还可以通过窗口大小的调整来控制数据流量。
发送方根据网络反馈信息动态调整发送窗口的大小，以适应网络的拥塞程度。
较小的窗口可以减少网络中的数据量，以降低拥塞的可能性，而较大的窗口可以提高数据的传输效率。
通过以上原理和机制，拥塞控制可以有效地控制网络的流量，防止网络拥塞的发生，并提高网络的吞吐量和稳定性。
拥塞控制的一般原理
拥塞控制的一般原理拥塞控制是指在计算机网络中对网络流量进行管理和控制，以保证网络的正常运行和数据传输的稳定性。
在今天的互联网时代，拥塞控制变得尤为重要，因为随着网络用户和数据量的不断增加，网络拥塞的问题也越来越突出。
本文将介绍拥塞控制的一般原理，以及常见的拥塞控制算法。
一、拥塞控制的原理拥塞控制的目标是通过合理管理网络流量，避免网络拥塞的发生，保证网络的性能和吞吐量。
拥塞控制的核心原理包括以下几点：1. 检测拥塞：当网络中的数据流量超过网络的容量时，就会发生拥塞。
拥塞控制需要能够及时检测到网络拥塞的开始和结束。
2. 反馈机制：一旦检测到网络发生拥塞，拥塞控制需要通过反馈机制通知数据发送方降低发送速率，以减少网络流量。
反馈机制可以通过丢包、延迟等方式实现。
3. 动态调整：拥塞控制需要具备自适应的能力，在网络拥塞程度不同的情况下，能够动态调整发送速率，以适应网络的变化。
二、拥塞控制算法1. TCP拥塞控制算法TCP（Transmission Control Protocol）是一种常用的传输层协议，其拥塞控制算法被广泛应用于互联网中。
TCP的拥塞控制算法主要包括慢启动、拥塞避免、快速重传和快速恢复等。
- 慢启动：在连接建立之初，TCP发送方将初始窗口设为一个较小的数值，然后逐渐增加窗口的大小。
通过不断试探网络的容量，避免一开始就发送大量数据导致网络拥塞。
- 拥塞避免：当网络发生拥塞时，TCP发送方将发送速率进行调整，以减少数据的发送，通过线性增加发送速率，使网络逐渐恢复正常。
- 快速重传：当TCP发送方连续收到三个重复的确认信息时，即表示网络发生拥塞。
TCP发送方立即重传可能丢失的数据报，以便尽快恢复传输。
- 快速恢复：在快速重传之后，TCP发送方将进入快速恢复状态，将拥塞窗口减半，并继续线性增加发送速率。
2. UDP拥塞控制算法与TCP不同，UDP（User Datagram Protocol）是一种无连接的传输层协议，不提供拥塞控制机制。
网络通信中的路由算法与拥塞控制技术研究
网络通信中的路由算法与拥塞控制技术研究在现代社会中，网络通信已成为人们生活和工作中不可或缺的一部分。
无论是互联网、移动通信还是数据中心，都依赖于高效的路由算法和拥塞控制技术来确保数据的快速传输和网络的稳定性。
本文将深入研究网络通信中的路由算法与拥塞控制技术，从原理到应用进行全面探讨。
路由算法是指在网络中选择最佳路径来转发数据包的方法。
它的目标是提高网络的吞吐量、降低延迟和网络的负载均衡。
网络中存在多种路由算法，包括静态路由算法和动态路由算法。
静态路由算法在网络中预先配置路径，适用于稳定的网络环境，缺点是无法应对网络变化和拓扑结构的变化。
动态路由算法则根据实时的网络状态和拓扑信息进行路径选择，能够自适应地应对网络变化，如OSPF（开放最短路径优先）、BGP（边界网关协议）等。
此外，还有基于距离向量的路由算法、链路状态路由算法等。
这些算法在不同的场景中有各自的优势和适用性。
拥塞控制技术是为了避免网络拥塞而采取的一系列策略和方法。
当网络中的流量超过网络的承载能力时，就会发生拥塞，影响网络的性能和稳定性。
为了解决这个问题，网络通信采用了多种拥塞控制技术。
其中，最经典的算法是TCP（传输控制协议）中的拥塞控制机制。
TCP使用了一系列的算法，如慢启动、拥塞避免、快速恢复等来实现对网络拥塞的控制。
此外，还有基于反馈控制的拥塞控制算法，如RED（随机提早检测）、ECN（显式拥塞通知）等。
这些算法通过监测网络的延迟和丢包情况，自适应地调整发送速率和拥塞窗口的大小，以实现网络的拥塞控制。
路由算法和拥塞控制技术之间存在密切的联系和相互影响。
路由算法的选择可以影响网络中的流量分布和负载均衡，进而影响网络的拥塞程度。
同时，拥塞控制技术也需要网络的路由算法来提供准确的路径选择和网络状态信息，以实现合理的拥塞控制策略。
因此，在研究网络通信中的路由算法和拥塞控制技术时，需要考虑它们之间的紧密关联，探索如何协同工作以提升整个网络的性能。
路由器原理与技术
IP路由工作原理
高 • 路由器具备解决以下方面后，就可以完成 级 数据转发任务
IP
路 由
– IP地址分配
技
术 – 接口配置
与
配 – 选路策略
置
实 – 选路机制
例
IP
•
高 级
路 由 技 术 与 配 置 实 例
IP地址分配
如果要实现网络中的通信节点彼此之间的通信， 首先必须给每个节点分配一个唯一的标识，在 IP网中，这个标识就是IP地址
全球最大的互联网internet就是通过成千上万台路由器把世界各地的网络连接起来使人们可以方便的开展各种业务获取信由于路由器工作在网络层ip层信息在传递过程中可能要经过多个路由器的逐级转发例如主机a和主机b位于两个不同的网络中如果它们之间要通信则必须通过一系列的路由器把其所在的网络连接起来二者在通信中传送的信息也必须经过各个路由器的转发对传输层和应用层来说下层的细节对它们来说是透明的所看到的只是一条端到端的连接就好象a和b直接相连一样如下图所示不管子网层采用的是什么技术路由器都可以透明把它们连接起来让它们彼此间进行通信应用层路由器屏蔽下层细节子网层子网层ip层ip层传输层传输层应用层传输层协议应用层协议ip协议ip协议路由器是负责在网络层对ip分组进行转发的主要设备正是路由器的广泛使用才使得今天的internet具有极大的可伸缩性在世界各地互联了各种不同的子网
这就需要路由器对分组进行分段或组装。即路
IP
高 级
由器能将接收的大分组分段并封装成小分组后 转发，或将接收的小分组组装成大分组后转发。
路 如果路由器没有分段组装功能，那么整个互联
由 技
网就只能按照所允许的某个最短分组进行传输，
术 大大降低了其他网络的效能。
拥塞控制
分组交换网X.25
3.用户接入方式 接入X.25分组交换网的用户设备主要有两种: • 分组终端设备:具有分组处理能力的主机和终端设 备,如X.25专用终端,支持X.25通信协议的计算机,此 类设备能直接接入X.25网,不需要分组格式转换设 备PAD。 • 非分组终端设备:不具有分组处理能力的主机和终 端设备,如计算机、打印机、电传机等，此类设备 需要分组格式转换设备PAD接入X.25网。
DDN概述
• DDN机与同步时分复用（TDM）和电路交换技术 的基本原理实现，为用户提供语音、数据、图像 信号的半永久性连接。DDN半永久性连接是指 DDN提供的信道是非交换型的，用户可提出申请 ，在网络允许的情况下，由网络管理人员对用户 提出的传输速率、传输数据的目的地和传输路由 进行设置和修改。
分组交换网X.25
X.25分组交换网由于采用统计时分复用技术 和复杂的检错纠错技术，网络传播质量高，可靠 性好，线路利用率高，成本低。其缺点是时延大 速率低。因此适合那些处在恶劣的环境下面要求 高可靠传输的应用。目前X.25技术已被帧中继技 术取代。 我国1993年建立并开通中国公用分组数据交 换网CHINAPAC，采用二级网络结构。
拥塞控制的意义
当提供的负载继续增大到某一数值时，网络的
吞吐量就下降到零，网络已无法工作。这就是 所谓的死锁(deadlock)。 死锁中有一种是直接死锁，即由互相占用了对 方需要的资源而造成的死锁。 还有一种死锁是由于路由器的缓存的拥塞而引 起的重装死锁(reassembly deadlock)。
SONET/SDH光传输系统
图7-16 SDH传输网络示意图
SONET/SDH光传输系统
多路复用器：将多个较低级别的信道复用
计算机网络中的拥塞控制技术
计算机网络中的拥塞控制技术随着互联网的快速发展，计算机网络已经成为人们日常生活中不可或缺的一部分。
然而，随着网络用户数量的不断增加和数据传输量的急剧增长，网络拥塞问题也日益突出。
为了解决这一问题，计算机网络中的拥塞控制技术应运而生。
拥塞控制是指在网络中控制数据流量以避免网络拥塞的一种技术。
在过去，网络拥塞通常是通过增加带宽来解决的。
然而，随着网络规模的不断扩大和网络资源的有限性，增加带宽已经不再是解决拥塞问题的最佳选择。
相反，通过拥塞控制技术来优化网络性能和提高用户体验成为了更为可行的方案。
在计算机网络中，拥塞控制技术主要分为两种类型：主动队列管理和反馈控制。
主动队列管理是一种基于网络节点的拥塞控制技术。
它通过在网络节点中实现一种队列管理算法来控制数据包的传输速率。
其中最常用的算法是随机早期检测（RED）算法。
RED算法通过监测网络队列的长度，并根据一定的阈值来丢弃部分数据包，从而控制网络拥塞的发生。
这种方法能够在数据包传输之前就进行拥塞控制，从而避免了网络拥塞的发生。
反馈控制是一种基于网络流量的拥塞控制技术。
它通过在数据传输过程中收集网络状态信息，并根据这些信息来调整数据传输速率。
其中最著名的算法是传输控制协议（TCP）中的拥塞控制算法。
TCP通过监测网络延迟和数据包丢失率等指标来判断网络拥塞的程度，并根据拥塞程度来调整数据传输速率。
这种方法能够根据实时的网络状态来动态地调整数据传输速率，从而保证网络的稳定性和可靠性。
除了主动队列管理和反馈控制，还有一些其他的拥塞控制技术也在计算机网络中得到了广泛应用。
例如，网络流量工程技术通过优化网络资源的分配和路径选择来减少网络拥塞。
此外，网络负载均衡技术通过将网络流量分散到多个路径上来提高网络的吞吐量和可靠性。
总的来说，计算机网络中的拥塞控制技术对于保证网络性能和提高用户体验至关重要。
通过合理应用拥塞控制技术，可以有效地避免网络拥塞的发生，提高网络的稳定性和可靠性。
第六章拥塞控制与服务质量控制
区分服务的工作原理
网络边界节点根据用户的流规定和资源预留信息将进入网络 的单流分类、整形、聚合成不同的流聚集。 的单流分类、整形、聚合成不同的流聚集。这种信息存储在 每个IP头的 标记域中，称为DS标记 每个 头的DS标记域中，称为 标记DSCP (Differentiated 头的 标记域中 标记 Services Code Point )。 。 内部节点在转发时根据DSCP选择特定质量的调度转发服务， 选择特定质量的调度转发服务， 内部节点在转发时根据 选择特定质量的调度转发服务 其外特性称为每跳行为PHB( Per-Hop Behavior )。 其外特性称为每跳行为 。 网络边界对单流做流聚集和网络内部对聚集流提供特定质量 的调度转发服务，二者通过 联系起来。 的调度转发服务，二者通过DSCP联系起来。：可扩展性、 关键目标：可扩展性、TCP-Friendly。 。 影响可扩展性的因素
任务复杂性： 任务复杂性：组成员数量的增加 反馈爆炸问题：接收端的反馈的增加 反馈爆炸问题： Loss Path Multiplicity问题 问题 网络随机延迟的影响
TCP-Friendly:非TCP流在长期范围内的吞吐量不超过相同条 非 流在长期范围内的吞吐量不超过相同条 件下TCP流的吞吐量。 流的吞吐量。 件下 流的吞吐量
组播的拥塞控制
组播的拥塞控制是一个难点。 组播的拥塞控制是一个难点。 组播拥塞控制在调整速率时应该考虑不同组成员拥 塞的差异。 塞的差异。 大量来自组成员的拥塞反馈会湮没发送端的带宽。 大量来自组成员的拥塞反馈会湮没发送端的带宽。 TCP的拥塞控制机制难以直接应用到组播中。 的拥塞控制机制难以直接应用到组播中。 的拥塞控制机制难以直接应用到组播中
区分服务的特点
层次结构：分为 区域和 区两级。 区域和DS区两级 区域内， 层次结构：分为DS区域和 区两级。在DS区域内，服务提供 区域内 策略与PHB的语义和实现要一致。但DS区内的各 区域可以 的语义和实现要一致。 区内的各DS区域可以 策略与 的语义和实现要一致 区内的各 支持不同的PHB，有不同的服务提供策略，它们之间通过服务 ，有不同的服务提供策略， 支持不同的 层协议和传输调节协议协调提供跨区域服务。 层协议和传输调节协议协调提供跨区域服务。 总体集中控制策略：网络资源的分配由总体服务提供策略决定， 总体集中控制策略：网络资源的分配由总体服务提供策略决定， 包括在边界如何分类聚合流，在内部如何调度转发流聚集。 包括在边界如何分类聚合流，在内部如何调度转发流聚集。 利用面向对象的模块化思想和封装思想。 利用面向对象的模块化思想和封装思想。 提供服务的手段仅限于队列调度和缓冲管理， 提供服务的手段仅限于队列调度和缓冲管理，不涉及路由选择 机制。 机制。
计算机网络中的拥塞控制
计算机网络中的拥塞控制计算机网络中的拥塞控制是指通过各种算法和机制来保证网络中的数据流量不超过网络的负载能力，从而避免网络拥堵和性能下降的问题。
拥塞控制是一种重要的网络管理技术，它可以有效地提高网络的吞吐量和可靠性，提升用户体验。
一、拥塞控制的背景和意义随着互联网的迅猛发展和应用的普及，网络负载不断增加，拥塞问题逐渐凸显。
拥塞会导致数据丢失、延时增加、吞吐量下降等问题，严重影响网络的性能和稳定性。
因此，拥塞控制成为网络管理中的核心内容之一。
拥塞控制的目标是保证网络的稳定性和吞吐量。
它可以通过限制发送端的数据流量、优化路由算法、动态调整窗口大小等手段来控制网络中的拥塞情况。
拥塞控制还可以根据网络状况进行自适应调整，使网络在不同负载情况下都能保持良好的性能。
二、拥塞控制的主要算法和机制1. 慢开始和拥塞避免慢开始和拥塞避免算法是TCP协议中常用的拥塞控制机制。
它通过逐渐增加发送方的拥塞窗口大小来控制数据的发送速率。
在连接建立阶段，发送方先将发送窗口设置为一个较小的值，然后随着数据包被确认而逐渐增大发送窗口。
当发送方检测到网络出现拥塞时，它会将发送窗口缩小，并采用更保守的拥塞避免算法来控制数据的发送速率。
2. 拥塞检测和丢包重传拥塞检测是指网络节点对数据包丢失的监测和识别。
当网络出现拥塞时，路由器或接收方会通过丢包等现象来判断网络的负载情况，并向发送方发送拥塞信号。
发送方收到拥塞信号后，会减小发送速率，并进行丢包重传操作，以避免拥塞的进一步发展。
3. 拥塞控制算法的优化除了慢开始和拥塞避免算法之外，还有一些其他的拥塞控制算法被提出并应用于计算机网络中。
例如，TCP Vegas算法通过测量时延来判断网络的负载情况，并根据时延的变化进行拥塞控制。
TCP NewReno 算法通过快速恢复和冗余ACK来减少丢包重传的次数，提高数据传输效率。
三、拥塞控制的应用拥塞控制广泛应用于各类计算机网络中，特别是在互联网中的数据传输中。
计算机网络中的拥塞控制方法分析
计算机网络中的拥塞控制方法分析一、引言计算机网络中的拥塞控制是保证网络性能和效率的重要机制之一。
在高速发展的网络环境中，拥塞控制越来越成为网络研究人员们关注的焦点。
本文将分析计算机网络中的拥塞控制方法，包括拥塞控制的定义、分类、算法和实现等内容。
二、拥塞控制的概念拥塞控制是指避免或者减轻网络中因过多的数据流量引起的拥塞现象。
当网络负载过大时，数据包的延迟和丢失增加，可能导致网络性能下降、数据传输效率降低甚至瘫痪。
因此，拥塞控制在保证网络性能和效率的同时确保数据传输的可靠性。
三、拥塞控制的分类根据拥塞控制的实现方式，可以将拥塞控制分为两类：端到端拥塞控制和网络边缘拥塞控制。
端到端拥塞控制通过利用端到端的反馈机制来控制拥塞，适用于TCP等协议。
网络边缘拥塞控制则是在网络中的路由器上实现拥塞控制，通常用于优化服务质量。
四、拥塞控制算法1. TCP Reno 算法TCP Reno 算法是目前公认为最常用、最经典、最成熟的拥塞控制算法之一。
该算法主要包括三个阶段：慢启动、拥塞避免、拥塞恢复。
TCP Reno 算法能够在网络拥塞的情况下自适应地调整拥塞窗口大小。
慢启动阶段逐渐增加窗口大小，直到拥塞窗口达到一定值时触发拥塞避免阶段。
在拥塞避免阶段中，窗口大小会缓慢增加，以避免网络拥塞的发生。
如果发生拥塞，则会触发拥塞恢复机制。
2. TCP BIC 算法TCP BIC 算法是一种改进的拥塞控制算法，它在网络拥塞的情况下可以更加快速地增大拥塞窗口大小，减少数据传输的延迟。
与TCP Reno 算法不同的是，TCP BIC 算法不是通过线性调节拥塞窗口大小的增长率，而是直接调节拥塞窗口大小的增长量。
3. TCP Vegas 算法TCP Vegas 算法通过测量网络延迟时间来判断网络的拥塞状态，以减少数据传输的延迟。
该算法通过测量往返时间（RTT）来计算出数据包的延迟，并根据测得的延迟信息来减小拥塞窗口的大小。
五、实现方法在实现拥塞控制时，常用的方法有三种：基于计时周期的拥塞控制方法、基于阈值的拥塞控制方法和基于反馈控制的拥塞控制方法。
计算机网络中的拥塞控制技术
计算机网络中的拥塞控制技术随着计算机网络的快速发展和普及，拥塞成为了一个需要重视和解决的问题。
当网络中的流量超过网络链路的容量时，网络会出现拥塞，导致数据传输延迟增加，甚至导致数据丢失。
因此，拥塞控制技术在计算机网络中变得至关重要。
拥塞控制技术是一种用于监测、评估和控制网络中拥塞程度的方法。
它的目标是保证网络的稳定性和高效性，避免因为拥塞造成的延迟和丢包。
在计算机网络中，拥塞控制技术主要包括主动队列管理、流量控制和拥塞避免等。
首先，主动队列管理是一种应用于路由器的拥塞控制技术。
它利用算法和策略来管理路由器的输入和输出队列，以减少数据包的延迟和丢失。
主动队列管理技术中最常见的算法是随机提醒，也即随机早期检测（RED）。
RED算法通过监测队列长度和平均队列长度，并根据预设的阈值来决定是否丢弃数据包，从而避免拥塞和网络崩溃。
其次，流量控制是一种通过限制发送方发送速率来控制网络拥塞的技术。
最常见的流量控制方法是基于反馈的窗口控制，例如传输控制协议（TCP）的拥塞窗口调整机制。
当网络出现拥塞迹象时，TCP会减小发送窗口的大小，降低发送速率。
这样可以使网络恢复平稳，并避免进一步的拥塞和丢包。
最后，拥塞避免是一种通过动态调整发送速率来避免拥塞的技术。
这通常通过使用拥塞窗口和数据包丢失率等信息来进行计算。
TCP的拥塞避免机制基于Additive Increase Multiplicative Decrease（AIMD）算法，通过逐渐增加发送窗口来增加发送速率，一旦出现数据包丢失，则减少发送窗口来控制拥塞。
除了上述技术，拥塞控制技术还包括排队策略、数据包标记等，它们都有助于提升计算机网络的通信效率和质量。
尤其是在大规模网络中，拥塞控制技术的应用变得尤为重要，它可以帮助网络管理者更好地利用网络资源，并提高用户的体验。
综上所述，计算机网络中的拥塞控制技术是确保网络稳定性和高效性的关键。
拥塞控制技术通过各种算法和策略来监测和控制网络拥塞程度，减少延迟和丢包。
计算机网络中的拥塞控制技术
计算机网络中的拥塞控制技术计算机网络是人类在信息时代中的杰出创举，任何一种互联网通信都离不开计算机网络系统。
随着信息时代的不断发展，网络传输的数据量和速度也越来越大，这给网络通信带来了前所未有的挑战。
其中一个很重要的问题是拥塞控制。
本文将介绍计算机网络中的拥塞控制技术。
什么是拥塞?拥塞指的是网络中的瓶颈现象，即数据包堆积在网络节点中，并导致数据传输的缓慢或者失败。
在网络通信中，拥塞是一个常见的问题，比如：当多个计算机同时发送数据时，网络容量不足会造成拥挤和数据传输缓慢。
另外，拥塞还可能导致网络系统的崩溃。
拥塞控制技术为了避免和解决拥塞问题，网络科学家发明了拥塞控制技术。
拥塞控制技术是通过对网络负载进行调节，避免网络出现严重拥塞现象。
这种技术涉及到了多种计算机网络协议，如 TCP/IP, HTTP, FTP 等。
TCP 拥塞控制技术TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）是互联网通信中最常用的协议之一。
他的拥塞控制技术是一个保证网络可靠性和数据完整性的重要组成部分。
TCP 的拥塞控制技术主要包括：慢启动、拥塞避免、快重传、快恢复等。
慢启动慢启动是 TCP 拥塞控制中的一种技术，其目的是在网络负载不确定的情况下，控制 TCP 数据传输的速度，以便防止网络出现拥塞。
具体地，在建立 TCP 连接的初始阶段，TCP 发送方会将窗口大小设置为一个较小的值，随着数据传输和反馈信息的不断交互，TCP 的窗口大小会逐步地增加。
慢启动技术能够有效地防止 TCP的突发性发送，避免网络出现拥塞，从而保证了数据的及时性和完整性。
拥塞避免拥塞避免技术是 TCP 拥塞控制的基础之一，它采用了协商的方式，通过限制发送方传输数据的速度来避免网络拥塞。
在 TCP 数据传输过程中，发送方会根据网络负载情况调整窗口大小，使得网络处于合理的负载状态，从而避免了网络拥塞的可能性。
快重传快重传技术是 TCP 拥塞控制中的一种技术，主要用于解决数据包的延迟和丢失问题。
计算机网络的拥塞控制
计算机网络的拥塞控制计算机网络中的拥塞是指当网络中的流量超过了网络链路或节点的处理能力时所产生的现象。
当网络发生拥塞时，数据传输的性能会受到影响，甚至可能导致数据丢失或延迟增加。
为了解决网络拥塞问题，计算机网络采用了各种拥塞控制机制。
一、概述拥塞控制是计算机网络中的一个重要问题，它主要关注如何控制网络中的流量，以保证网络的性能和可靠性。
拥塞控制机制旨在根据网络的拥塞程度，合理地控制数据的发送速率，从而避免网络拥塞的发生。
二、拥塞控制算法1. AIMD算法AIMD（Additive Increase Multiplicative Decrease）算法是一种经典的拥塞控制算法。
该算法通过不断调整发送速率来适应网络的拥塞情况。
当网络没有发生拥塞时，发送速率增加；当网络发生拥塞时，发送速率减小。
2. RED算法RED（Random Early Detection）算法是一种主动队列管理算法。
该算法通过在网络节点的队列中监测队列长度来估计网络的拥塞程度，并根据拥塞程度来调整数据的传输速率，从而实现拥塞控制。
3. ECN机制ECN（Explicit Congestion Notification）机制是一种基于IP网络的拥塞控制机制。
该机制通过在数据包的IP头部添加拥塞标志位来表示网络的拥塞程度，从而让网络节点可以根据拥塞程度来调整数据的传输速率。
三、拥塞控制策略1. 负反馈控制负反馈控制是一种常用的拥塞控制策略，它主要通过监测网络的拥塞情况，并根据拥塞情况来动态调整数据的传输速率。
负反馈控制可以有效地避免网络拥塞的发生，并保持网络的稳定性和可靠性。
2. 规避策略规避策略是一种基于预测的拥塞控制策略，它通过分析网络的负载和拥塞状况，提前采取措施来规避网络拥塞的发生。
规避策略可以在网络出现拥塞之前就进行调整，从而避免拥塞对网络性能造成的不良影响。
3. 分级拥塞控制分级拥塞控制是一种将网络流量分为不同优先级的策略，通过给不同优先级的流量分配不同的网络资源，从而实现对网络拥塞的控制。
拥塞控制的一般原理
采取行动的时机
过于频繁，会使系统产生不稳定的振荡； 过于迟缓地采取行动又不具有任何实用价值。
解决拥塞的两条思路
增加网络可用资源； 减少用户对资源的需求。
拥塞控制与流量控制的区别
拥塞控制 防止过多的数据注入到网络 中，使网络中的路由器或链 路不致过载；
流量控制 抑制发送端发送数据的速率， 以使接收端来得及接收；
是一个全局性的过程，涉及 到与降低网络传输性能有关 的所有因素。
是点对点通信量的控制，是 端到端的问题；
吞吐量
0
拥塞控制所起的作用
理想的拥塞控制 实际的拥塞控制
拥段时间，若对网络中某 资源的需求超过了该资源所 能提供的可用部分，网络的 性能就要变坏。这种现象称 为拥塞 (congestion)。
最坏结果：系统崩溃。
延迟
吞量率
分组丢 失增多
系统 崩溃 负载
负载
拥塞产生的原因
网络拥塞往往是由许多因素引起的。例如： 1. 点缓存的容量太小； 2. 链路的容量不足； 3. 处理机处理的速率太慢； 4. 拥塞本身会进一步加剧拥塞；
开环控制和闭环控制
开环控制 在设计网络时，事先考虑周 全，力求工作时不发生拥塞； 思路：力争避免发生拥塞。
闭环控制 基于反馈环路的概念； 根据网络当前的运行状态采 取相应控制措施；
思路：在发生拥塞后，采取 措施进行控制，消除拥塞。
闭环控制
属于闭环控制的有以下几种措施： (1) 监测网络系统，以便检测到拥塞在何时、何处发生。 (2) 将拥塞发生的信息传送到可采取行动的地方。 (3) 调整网络系统的运行以解决出现的问题。
无拥塞控制 死锁（吞吐量 = 0）
轻度 拥塞
拥塞
提供的负载
路由选择和拥塞控制
链路层帧结构
• 采用了HDLC的帧(Frame)结构 • HDLC是ISO开发的一种面向比特的同步通信规程
LAP(链路访问规程） LAPB(平衡型链路访问规程） LAPD(ISDN的D信道链路访问规程）
分组层功能
• 在接口为每个用户呼叫提供一个逻辑信道 • 通过逻辑信道号(LCN)来区分同每个用户呼叫有关的分组。 • 为每个用户的呼叫连接提供有效的分组传输，包括顺序编
网络
2、令牌桶算法（token bucket）
分组 令牌
主机
令牌桶 网络
思路：
①每隔T秒生成一个令牌，且漏 桶可以保留这些令牌。
②如果要发送分组，必须首先抓 住一个令牌，在发送分组后令牌 被销毁。
③有三个令牌，发送了三个分组。
三、建议书
建议书是CCITT在1976年制定的一个著名标准。广泛应用 于：数据分组交换网.即提供虚电路服务，也提供数据报服务。 1984年的版本中，取消了数据报服务
适用于：低中速线路（9600bps， 64Kbps，或线路）。 分组交换网现已成为WAN，MAN，或LAN互连常用的通信子 网。
与OSI/RM的对应点
并不是严格定义下的网络层协议，是一组协议集合，包 括含物理层、Data link和Network，所定义的功能被划分到 下面三级中。
7 application
分组头
８７６５４３２１
GFI
LCGN
一个分组基本格式
LCN TYPE 分组头 数据域
分组分类
数据
控制 作用：虚电路的建立，数据传送时流量控制、中断、 数据传送完毕后的虚电路释放。
GFI：定义通用功能，如顺序编号是按模8/模128工作等。 LCGN和LCN：逻辑信道标识符。共12bit，可提供4096条逻辑子通道。
计算机网络中的拥塞控制技术
计算机网络中的拥塞控制技术随着计算机互联网的发展，人们越来越依赖于互联网来进行各种活动。
然而，互联网中的网络拥塞问题也越来越严重。
网络拥塞会导致网络传输速度变慢，数据包丢失等问题，降低网络的性能和可靠性。
拥塞控制技术是一种有效解决网络拥塞的技术，本文主要论述计算机网络中的拥塞控制技术。
1. 定义拥塞是指网络中的流量过大，使得网络的传输能力不足以满足网络中的流量需求，从而导致网络的性能下降和数据包丢失等问题。
拥塞控制则是通过一系列的技术手段来监测网络状态，调整网络流量，使得网络能够保持在一个可接受的范围内。
2. 拥塞控制技术的分类2.1 路由器缓存管理技术路由器是网络中传输数据的重要设备，所以其拥塞控制技术的研究也相对重要。
路由器缓存管理技术可以改善网络中路由器中的数据包积压问题，减少拥塞的发生。
常见的路由器缓存管理技术有：RED（Random Early Detection, 随机早期检测）、WRED （Weighted Random Early Detection, 带权随机早期检测）和FRED （Flow Random Early Detection, 流随机早期检测）等。
2.2 基于TCP的拥塞控制技术TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）是互联网传输层的核心协议之一，因此TCP的拥塞控制技术也在众多拥塞控制技术中发挥着重要作用。
TCP协议中的拥塞控制技术包括：慢启动、拥塞避免、快速重传、快速恢复等。
2.3 基于流量的拥塞控制技术对于网络实时性要求较高的应用（如实时视频传输等），基于流量的拥塞控制技术更加适用。
该技术重点在于针对网络流量进行控制，以减少网络拥塞问题的出现。
基于流量的拥塞控制技术的代表包括：RTP（Real-Time Transport Protocol, 实时传输协议）和RTCP（Real-time Transport Control Protocol，实时传输控制协议）等。
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集成服务的局限性
需要基于流（主要是单流）的资源预留、
调度处理即缓冲区处理，开销太大。
需要RSVP支持，需要修改大量的应用程序。
因此，单纯的Intserv/RSVP架构很难在互 联网上得到大规模应用。
区分服务（Diffserv）简介
简化网络节点的服务机制，在内部节点只执行简 单的调度转发，流状态信息的保存和流监控机制 的实现等只在边界节点进行，内部节点是状态无 关的。 简化网络内部节点的服务对象。采用聚集传输控 制，服务对象是流聚集而非单流，单流信息只在
第四部分 集成服务和区分服务
集成服务简介
集成服务（Intserv）可以提供端到端的质量保证型服务。 所有路由器在控制路径上处理每个流的信令信息，并维护每
个流的路径状态和预约状态。
在数据路径上执行基于流的分类、调度和缓冲区管理。
集成服务的基本思想
依靠资源预留协议逐节点的建立或拆除每个流的资源预留软 状态； 依靠接纳控制决定链路节点是否有足够的资源满足QoS要求； 依靠传输控制把IP分组分类成传输流，并根据每个流的状态 对分组的传输实施QoS路由、传输调度等控制。
链路算法在中间设备执行，主要是检测拥塞发生，
生成拥塞反馈信息。
源算法可以根据反馈信息调整发送速率。
拥塞控制算法的评测及难点
两个重要指标：资源分配的效率和资源分配的公平性。
资源分配效率：Power函数＝吞吐量*α/延迟（反应时间） 资源分配公平性： F ( x)
x n x
成员拥塞的差异。
大量来自组成员的拥塞反馈会湮没发送端的 带宽。 TCP的拥塞控制机制难以直接应用到组播中。
第二部分 端到端拥塞控制算法
端到端拥塞控制算法简介
开环控制和闭环控制。互联网以后者为主。
闭环控制基本思想：检测拥塞的发生、将信息返
给控制点、控制点根据拥塞信息进行调整消除拥
塞。
可以分为链路算法和源算法两大类。
pp. 114-131.
Cruz, R.L. A calculus for network delay. Ⅱ.
Network Analysis . IEEE Transactions on In
Information Theory, Vol. 37, No. 1. (1991), pp.
132-141.
支持不同的PHB，有不同的服务提供策略，它们之间通过服 务层协议和传输调节协议协调提供跨区域服务。 总体集中控制策略：网络资源的分配由总体服务提供策略决 定，包括在边界如何分类聚合流，在内部如何调度转发流聚
集。
利用面向对象的模块化思想和封装思想。 提供服务的手段仅限于队列调度和缓冲管理，不涉及路由选 择机制。
网络边界保存和处理。
区分服务的工作原理
网络边界节点根据用户的流规定和资源预留信息将进入网络 的单流分类、整形、聚合成不同的流聚集。这种信息存储在 每个IP头的DS标记域中，称为DS标记DSCP (Differentiated
Services Code Point )。
内部节点在转发时根据DSCP选择特定质量的调度转发服务，
者是预防机制，避免网络进入拥塞状态。
Cliff Knee 吞 吐 量
负载
延 迟
负载
拥塞控制的原因
“供”不应“求”。
增加资源不能避免拥塞的产生
拥塞一般发生在网络中资源相对短缺的地
方，即网络不均衡性导致拥塞不能靠增加 资源的方法来解决。
组播的拥塞控制
组播的拥塞控制是一个难点。
组播拥塞控制在调整速率时应该考虑不同组
2 i 2 i
拥塞控制算法难点：算法的分布性、网络环境的复杂性、算 法的性能（公平性、效率、稳定性等）、算法的开销。
源算法
典型代表：TCP拥塞控制算法
TCP Tahoe：慢启动、拥塞避免、快速重传
TCP Reno：快速恢复，利用“管子”模型的“报文守恒”
特性 TCP NewReno：考虑一个窗口内多个报文丢失的情况 文献《TCP/IP详解：卷1》（Stevens著，机械工业出版社） 第21章
控制粒度granularity （单流、聚集流） 控制状态的携带者（路由器、终端） 控制的位置（用户、边缘路由器、核心路由器）
网络微积分
网络微积分是最小加代数应用到网络分析所形成的一个 体系，主要用于对流问题进行建模和分析。 数学基础：最小加代数。
最小加代数是一个代数结构 R , ,
其外特性称为每跳行为PHB( Per-Hop Behavior )。
网络边界对单流做流聚集和网络内部对聚集流提供特定质量 的调度转发服务，二者通过DSCP联系起来。
区分服务的特点
层次结构：分为DS区域和DS区两级。在DS区域内，服务提供
策略与PHB的语义和实现要一致。但DS区大学 网络技术研究院 下一代互联网技术研究中心
第一部分 拥塞控制的基本概念
拥塞控制的定义
当网络中数据过多时，网络的性能会下降，这种现象
称为拥塞。
拥塞控制就是节点采取措施避免拥塞的产生或对拥塞 的发生做出反应。 流量控制和拥塞控制的区别:前者考虑接收端的能力， 后者考虑网络环境。 拥塞控制算法中，包含拥塞避免和拥塞控制两大类。 前者是恢复机制，把网络从拥塞状态中恢复过来；后
其他概念
DSCP：IPv4包头的TOS字节，IPv6包头中的流类型字节的前 6位。 边界节点的传输分类和调节机制 每跳行为PHB：可以用一些流特性参数如延迟、丢失率描述， 多个共存时，需指定优先级；PHB本质描述的是单个节点为 特定流聚集分配资源的方式，仅是外特性描述，不涉及具体
的实现机制，实现时可以通过队列调度和缓冲管理等各算法。
maxp
minth
maxth
组播拥塞控制算法
关键目标：可扩展性、TCP-Friendly。
影响可扩展性的因素
任务复杂性：组成员数量的增加 反馈爆炸问题：接收端的反馈的增加 Loss Path Multiplicity问题 网络随机延迟的影响
TCP-Friendly:非TCP流在长期范围内的吞吐量不超 过相同条件下TCP流的吞吐量。
组播拥塞控制算法分类
基于窗口的算法
基于速率的算法
单速率算法
多速率算法
第三部分 服务质量控制简介
基本概念
根据带宽、延迟、抖动、分组丢失率等QoS参数， 研究相应的控制机制，提高网络保证性能的能力。 QoS控制空间：
时间维：控制的时间粒度（分组级、分组往返时间级、 会话级、长期） 空间维：
适应流和非适应流之间的公平性
对web流等的公平待遇
控制进入区域的总流量，可使用动态反馈机制。
DS区域和DS区
DS区域中的节点遵循统一的服务提供策略并实现一致的 PHB组。 有明确的边界，边界节点连接DS区域和非DS区域。实现 传输的分类和调节机制；保存流的状态信息；根据预订的 流规格对进入（离开）区域的流进行调节，包括计量、标
记、整形、丢弃等，使输入流符合预先制定的传输调节协
议，并在包头标记DSCP值，分类归入行为聚集。 内部节点实现一组或若干组PHB,是一个多对一的映射。
多个PHB由于彼此关系密切，需同时定义，实现时就构成一 个PHB组，具有相似构造的PHB组构成PHB组族。
区分服务分类
奖赏服务PS，低延迟、低抖动、低丢失率，保
证带宽 确保服务AS：带宽和丢失率。一种优化服务。
公平性问题
同一流内的各微流享受同等待遇。
影响因素：各微流特性不同；服务实现机制不同
即实数集和正无穷大所组成的集合，以及定义在这个集
合上的求最小值运算和加法运算所构成的代数结构。可
简写为 R, ,
网络微积分参考文献
Cruz, R.L. A calculus for network delay. Ⅰ. Network elements in isolation . IEEE Transactions on In Information Theory, Vol. 37, No. 1. (1991),
源算法的研究热点
对慢启动的改进：增加拥塞窗口初始值、分为多
段等。
显式拥塞通知。
TCP友好性。 针对特殊网络的拥塞控制。
链路算法
典型的主动队列管理算法：RED（Random Early Detection ）算法。 基本思想：通过以一定概率丢失或标记报文 来通知端系统网络拥塞的情况。
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