网络层 拥塞控制
网络拥塞现象原因以及控制方法分享
网络拥塞现象原因以及控制方法分享拥塞现象是指到达通信子网中某一部分的分组数量过多，使得该部分网络来不及处理，以致引起这部分乃至整个网络性能下降的现象，严重时甚至会导致网络通信业务陷入停顿，即出现死锁现象。
这种现象跟公路网中经常所见的交通拥挤一样，当节假日公路网中车辆大量增加时，各种走向的车流相互干扰，使每辆车到达目的地的时间都相对增加(即延迟增加)，甚至有时在某段公路上车辆因堵塞而无法开动(即发生局部死锁)。
网络的吞吐量与通信子网负荷(即通信子网中正在传输的分组数)有着密切的关系。
当通信子网负荷比较小时，网络的吞吐量(分组数/秒)随网络负荷(每个节点中分组的平均数)的增加而线性增加。
当网络负荷增加到某一值后，若网络吞吐量反而下降，则表征网络中出现了拥塞现象。
在一个出现拥塞现象的网络中，到达某个节点的分组将会遇到无缓冲区可用的情况，从而使这些分组不得不由前一节点重传，或者需要由源节点或源端系统重传。
当拥塞比较严重时，通信子网中相当多的传输能力和节点缓冲器都用于这种无谓的重传，从而使通信子网的有效吞吐量下降。
由此引起恶性循环，使通信子网的局部甚至全部处于死锁状态，最终导致网络有效吞吐量接近为零。
造成拥塞的原因：(1) 多条流入线路有分组到达，并需要同一输出线路，此时，如果路由器没有足够的内存来存放所有这些分组，那么有的分组就会丢失。
(2) 路由器的慢带处理器的缘故，以至于难以完成必要的处理工作，如缓冲区排队、更新路由表等。
防止拥塞的方法：(1) 在传输层可采用：重传策略、乱序缓存策略、确认策略、流控制策略和确定超时策略。
(2) 在网络层可采用：子网内部的虚电路与数据报策略、分组排队和服务策略、分组丢弃策略、路由算法和分组生存管理。
(3) 在数据链路层可采用：重传策略、乱序缓存策略、确认策略和流控制策略。
拥塞控制方法(1) 缓冲区预分配法。
该法用于虚电路分组交换网中。
在建立虚电路时，让呼叫请求分组途经的节点为虚电路预先分配一个或多个数据缓冲区。
网络层主要功能
网络层主要功能
网络层主要功能是实现网络之间的通信和数据包转发，包括以下几个主要功能：
1. IP地址分配和路由选择：网络层负责给每台连接到网络的
设备分配唯一的IP地址，以便进行标识和寻址。
同时，网络
层也需要选择最佳的路由路径，以便将数据包从源设备转发到目的设备。
2. 分组传输和转发：网络层将上层传输的数据进行分组，对每个分组加上目的地址等标识信息，以便在路由器之间进行传输。
网络层通过转发器和路由器将分组从源设备转发到目的设备。
3. 网络互连：网络层可以将多个不同网络互连起来，实现网络之间的通信。
通过路由器，网络层可以实现不同类型的网络互联，例如连接局域网和广域网。
4. 拥塞控制和负载均衡：网络层负责监测网络的拥塞情况，通过采取一系列措施，例如调整发送速率和选择较快的路由路径来控制拥塞。
此外，网络层还可以根据网络负载情况，将数据流量分摊到多个路由路径上，以实现负载均衡。
5. 数据包的分片和重组：网络层可以将较大的数据包进行分片，然后在目标设备上重新组装。
这样可以更高效地利用网络资源，并提高数据传输效率。
6. 错误检测和纠错：网络层可以对数据包进行错误检测，以确
保数据传输的可靠性。
如果在传输过程中发生错误，网络层还可以对数据包进行纠错操作，以保证数据的完整性和正确性。
总之，网络层是计算机网络体系结构中的一个重要组成部分，它负责实现数据的分组、路由选择、拥塞控制、负载均衡等功能，为上层应用提供可靠高效的网络通信服务。
浅谈计算机网络拥塞控制
造 成 网络 拥塞 的原 因 ： 多条流 入线 路有 分 ①
组 到达 ，并需要 同一 输 出线 路 ，此 时 ，如 果路 由
器没有足够的内存来存放所有这些分组， 那么有
的分 组就 会 丢 失 ；② 路 由器 的慢 带 处理 器 的 缘
故 ，以至 于难 以完成 必要 的处 理工作 ，如 缓冲 区
拥塞是一种持续过载的网络状态， 此时用户
对 网 络 资 源 的 需 求 超 过 了 固 有 的 容 量 。 就
组丢弃策略、 由算法和分组生存管理。 路 ③在数
据链 路层 可采 用 ：重传 策略 、乱序缓 存 策略 、确 认策 略和 流控制 策略 。
Ｉｔｒｅ ｎｅｎｔ的体 系 结构而 言 ，拥塞 的发生是 其 固有 的 属性 。 为在 事先没 有任 何协 商和 请求 许可机 因 制 的 资源共 享 网络 中 ，几个 Ｉ 组 同时 到达 路 Ｐ分 由器 ， 期望 经 同一个 输 出端 口转发 的可 能性是 并 存 在 的 ， 然 ， 是所 有分 组可 以同时接 受处理 ， 显 不
即 发送 窗 口的上 限值 ＝Ｍｉ ［ｗｎ ，ｃ ｎ ］ 也 ｎ ｒ ｄ ｗ ｄ。 就 是说 Ｔ Ｐ发 送端 的发 送速 率 是受 目的主机 或 Ｃ 网络 中较慢 的一个 约束 。 慢 开 始原 理可 以归结 为三 点 。 （ ） 当主 机 开始 发 送数 据 时 ，如果立 即将 １
条 Ｔ Ｐ连 接有 时会 因等 待 重传 计 时器 的 Ｃ
２ 网络拥 塞 控制
２１ 启动 （ｌｗ－ｓ ｒ 和拥塞 避 免 （ ｏ ｇ ｓ ｏ ．慢 ｓ － ｔｔ ｏ ａ） ｃ ｎ ｅｔ ｎ ｉ
ａ ｏｄ ｎ ｅ ｖ ｉａ ｃ ）
必须有一个服务顺序 ， 中间节点上的缓存为等候
网络层的主要功能
网络层的主要功能
网络层是计算机网络体系结构中的一层，它的主要功能是提供分组交换和转发服务，实现数据在不同网络节点之间的传输。
网络层的主要功能包括：
1. 路由选择：网络层通过路由选择算法，选择合适的路径将数据包从源主机传送到目的主机。
路由选择的目标是找到最佳路径，即最短传输时间或最小传输成本，以提高网络的性能和效率。
2. 分组交换：网络层将数据分成较小的数据包（分组），并对它们进行编号和寻址，以便在传输过程中进行排序和重组。
分组交换可以有效利用网络资源，提高网络的带宽利用率。
3. 路由转发：网络层根据数据包的目的地址进行转发，将数据包从源主机路由到目的主机。
转发过程是根据路由表中存储的路由信息来确定下一跳的节点，将数据包发送给正确的输出接口。
4. IP地址分配和管理：网络层负责给主机分配唯一的IP地址，以便在网络中进行识别和寻址。
它还管理IP地址的分配和回收，确保地址的有效使用和管理。
5. 数据链路层封装：网络层将上层传输层提供的数据进行封装，添加网络层的头部信息和尾部校验信息，以便进行数据的传输和路由选择。
6. 网络互联：网络层实现不同的网络之间的互联，通过路由器连接不同的网络，使得数据包可以跨越不同的网络传输。
7. 拥塞控制：网络层负责监测网络的拥塞情况，并采取相应的措施来减轻拥塞，如流量控制、拥塞避免和拥塞恢复等。
8. 数据安全性和隐私保护：网络层可以对传输的数据进行加密和身份认证等安全机制，保护数据的安全性和隐私。
通过实现这些功能，网络层能够有效地管理和传送数据，在网络中实现可靠和高效的通信。
07 网络层(拥塞和流控制)
HA
1）经过标准 的IP选路， 发往移动节 点的数据包 抵达归属网
FA
移动节点
4）移动节点发出 的数据包通过标 准的IP选路规程 发送到目的地 （FA为移动节点 的缺省Router）
IP主机
Copyright ChenBing Email:cb_china@ 南京航空航天大学网络研究室
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通信量控制策略：漏桶算法
基本漏桶的原理
– 固定服务时间的单服务员 排队系统 – 主机与网络之间有一个带 漏桶的接口（有限内部队 列）；一旦队列满，主机 再发出的分组将被丢弃； 接口每隔一个时钟节拍向 网络发送一个分组 – 适用于固定长度分组
传输层
• 子网内的虚电路与数据报 网络层 • 分组排队与服务策略 • 选路算法 数据链路层 • 重传策略 • 应答策略 • 分组丢弃策略 • 分组生命期管理 • 失序缓存策略 • 流控制策略
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流控制 拥塞控制与流量控制的区别
– 作用范围不同，前者涉及全局，后者涉及点到点之间 – 拥塞控制确保全网畅通；而流量控制只负责源端---目的端 的点到点通信，确保发送速率 ≤ 接收速率
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主机
分组 无规则的流
包含一个 漏桶的接口
装有分组的 漏桶
有规则的流
网络
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如何利用网络层技术实现网络流量控制与调度？(系列六)
网络流量控制与调度是网络层中的重要技术，它对网络的稳定性和性能具有至关重要的作用。
本文将介绍如何利用网络层技术实现网络流量控制与调度，从而提高网络的可靠性和效率。
一、背景介绍随着互联网的快速发展，网络流量不断增加，给网络的稳定性和性能带来了挑战。
流量控制与调度作为一种解决方案，可以帮助网络实现更好的管理和调配，从而提高网络的可靠性和效率。
二、网络流量控制技术1.流量限制流量限制是网络流量控制的一种重要手段。
通过设置流量限制规则，可以限制单个用户或单个应用程序的流量使用量，防止网络拥堵和过载。
流量限制可以根据实际需求进行设置，例如限制下载速度、上传速度或总流量。
2.拥塞控制拥塞控制是流量控制的另一种关键技术。
在网络拥塞发生时，通过减少数据包的发送速率、增加数据包的重传次数等手段，可以降低网络拥塞的程度，保证网络的稳定性和性能。
常用的拥塞控制算法有TCP拥塞控制算法和RED算法等。
3.负载均衡负载均衡是一种流量调度的技术，通过将流量从繁忙的服务器或网络设备转移到空闲的服务器或网络设备上，从而实现流量的均衡分配和负载优化。
负载均衡可以根据流量情况进行智能调度，提高网络的整体性能和可用性。
三、网络调度技术1.路由选择路由选择是网络调度的基础。
通过选择合适的路由，可以将流量从源节点传输到目的节点，从而实现流量的调度。
常用的路由选择算法有最短路径算法、链路状态路由算法和距离矢量路由算法等。
路由选择可以根据网络拓扑和链路状态进行动态调整，提高网络的可靠性和效率。
2.虚拟专用网络（VPN）VPN是一种通过公共网络建立私密连接的技术，通过创建虚拟通道，在公共网络上实现流量的隔离和调度。
通过VPN技术，可以将流量根据不同的需求进行调度，优化网络资源的利用，实现流量的高效传输。
3.分组调度分组调度是一种将网络流量划分为不同优先级的技术，通过设置优先级和调度策略，实现流量的有序传输。
通过分组调度，可以保证网络中关键数据的传输质量，提高网络的服务质量和用户体验。
网络层的拥塞控制
⽹络层的拥塞控制拥塞控制概述拥塞: 当⼀个⽹络出现太多分组，导致⽹络性能急剧下降出现资源拥塞的条件：对资源需求的总和 > 可⽤资源image.png拥塞控制：采取措施，防⽌⽹络出现拥塞.image.png有⼈想到了流量控制，他们有什么区别呢？拥塞控制是⼀个全局性问题所有主机和路由器存储-转发处理过程所有可能会削弱⼦⽹承载容量的其他因素流量控制只涉及发送⽅和接收⽅之间的点到点流量限制发送速率接收⽅向发送⽅发送反馈信息滑动窗⼝思路Open loop（开环⽅法）试图采⽤良好的设计来解决问题，本质是从⼀开始就保证不会发⽣拥塞问题。
⼀旦⽹络运⾏起来，就不需要中途做修正。
Closed loop（闭环⽅法）基于返回环路：Explicit feedback （显式反馈）Implicit feedback（隐式反馈）⽅法Open loop（开环⽅法）Preventative（预防性的⽅法）image.pngClosed loop（闭环⽅法）image.pngNetwork Provisioning（⽹络供给）：⽹络升级/改造Traffic-aware routing（流量感知路由）：在计算路由的时候，把流量因素考虑进去。
链路权值会根据⽹络负载动态调整，可以将⽹络流量引导到不同的链路上，均衡⽹络负载。
绕开热门的区域，疏散流量可能会出现摇摆不定的问题Internet路由协议⼀般不考虑流量负载因素Admission Control（准⼊控制）：降低负载，在虚电路中控制新连接的建⽴。
⽤于虚电路⽹络⼀旦出现拥塞，则不再创建任何虚电路.当虚电路建⽴的时候，在主机和⼦⽹之间进⾏协商以达成⼀致的约定协商服务质量预留资源绕开有问题的区域建⽴新的虚电路Traffic throtting（流量调整）动态调整发送速度当拥塞迫在眉睫的时候，它必须告诉发送⽅紧急刹车放慢速度监视系统：预警拥塞将监视的信息反馈到能够采取缓解⾏动的地⽅依据什么来判断是否可能出现拥塞？链路平均利⽤率路由器内缓存排队的数据包丢弃的数据包数量EWMA模型：计算指数加权平均数image.pngThe warning bit（设置警告位）路由器监视平均队列长度当路由器处于警告状态时，在转发分组的头部设置⼆进制警告位源主机⽬标端将警告位送回源主机源主机监视设置了包含警告位的分组⽐例超过阈值，源主机减少发送Choke packet（抑制分组）当路由器处于警告状态时，向源主机发送抑制分组源主机将减慢到相同⽬标端的分组传输速率调整策略参数，按⼀定⽐例（⽐如50% ）减少发向特定⽬的地的流量在⼀段时间间隔内，忽略所有指向同⼀⽬标的抑制分组若在监听周期内没有收到抑制包，则增加负载流量增减策略是：减少时，按⽐例减少，保证快速解除拥塞；增加时，以常量增加，防⽌很快导致拥塞。
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
计算机网络基础连接和通信的基本原理
计算机网络基础连接和通信的基本原理计算机网络是指通过通信线路将多台计算机连接起来，共享信息和资源的系统。
它的出现极大地方便了人们之间的信息交流和资源共享。
而实现计算机网络的基础，离不开连接和通信的基本原理。
本文将详细介绍计算机网络连接和通信的基本原理。
一、物理层连接的基本原理物理层是计算机网络的基础层，主要负责传输比特流。
在物理层连接中，常见的连接方式有以下几种：1. 点对点连接点对点连接是指两台计算机直接通过一根物理通信线路实现连接。
这种连接方式常用于局域网或广域网的最后一段连接，例如拨号连接、以太网连接等。
2. 多点连接多点连接是指一台计算机与多台计算机之间通过一个共享的物理通信线路实现连接。
在多点连接中，需要使用一种特定的拓扑结构，如总线型、星型、环形等，来实现各个计算机的连接。
3. 网状连接网状连接是指多台计算机通过多个物理通信线路相互连接，构成一个复杂的网络结构。
网状连接具有高度的冗余性和可靠性，能够在某些节点故障的情况下保持网络的正常运行。
二、数据链路层通信的基本原理数据链路层主要负责将比特流转化为帧，并通过物理层实现帧的传输。
在数据链路层通信中，需要考虑以下几个基本原理：1. 寻址和帧定界在数据链路层通信中，每个帧都需要包含源和目的地址，以便接收方能够正确地接收和处理数据。
同时，为了区分帧之间的界限，还需要在帧中加入帧定界符。
2. 流量控制流量控制是指接收方通过发送特定的控制帧，告知发送方当前可接收的数据量。
这样可以避免发送方过快地发送数据，导致接收方缓冲区溢出。
3. 差错检测和纠正在数据链路层通信中，为了保证数据的可靠性，需要在帧中加入差错检测码，常见的就是循环冗余检测（CRC）码。
接收方在接收到数据后，通过对帧中的差错检测码进行检测，可以发现是否存在差错，并进行相应的纠正。
三、网络层通信的基本原理网络层主要负责将数据链路层传输的帧进行路由选择，实现不同计算机之间的数据传输。
在网络层通信中，需要考虑以下几个基本原理：1. IP地址和路由选择每台联网的计算机都需要有一个唯一的IP地址，用来标识其在网络中的位置。
一种基于柯西分布的网络拥塞控制策略
摘要：当某些网络资源的网络负载超出其容量时，通信网络可能会发生拥塞，从而导致拥塞的 网络设备丢弃数据包，拥塞控制机制在保持网络稳定性和实现网络资源的高利用率方面起着重 要作用。在高带宽延迟网络中,TCP所使用的AIMD算法窗口抖动剧烈，导致其稳定性弱，系统 吞吐量小，拥塞发生时，拥塞窗口剧烈减小。为此，本文提出一种基于柯西分布的网络拥塞控制 策略，该策略主要是根据采样RTT数值的统计特性，迭代统计模型之柯西分布函数，动态更新预 测下一次的拥塞窗口，使网络能在较短的时间达到较高的吞吐量；通过NS-3仿真对所提出的策 略进行了验证。结果表明，与TCP New Reno相比，此策略有效提高了网络稳定性和网络性能。
若从实时控制的位置分类,则可分为源端算 法(Source Algorithm)和在链路设备上使用的链 路算法(Link Algorithm ),源端算法是指控制策 略在主机端，由中间节点向端反馈信息，其中应 用最为广泛的就是服务器端的拥塞控制协议;而 链路控制算法是指在链路路由器或交换机等中 间节点上执行的算法，比如Drop Tail"队尾丢 弃”算法⑷。广泛应用于路由算法、负载均衡协 议以及交换机端的主动队列管理技术。源端算 法重在实现端对端的拥塞控制，它主要通过在网 络的传输层改进传输控制协议来实现。而链路 控制算法更侧重于网络的路由选择、负载均衡等 网络层的拥塞控制。两类算法虽是不同的切入
网络各参数的分析来判断网络运行情况,防止下 一次传递信息时网络拥塞的出现。在此基础之 上，提出了一种基于柯西分布的拥塞控制策略， 其主要通过预测的方式，将RTT采样值迭代进 入柯西分布函数，来预估下一次拥塞窗口的大 小，从而避免网络发生拥塞。
RTT采样值，从而计算得到的统计模型的各参数 亦不精确,导致预测下一次拥塞的误差较大。
OSI参考模型分层含义及常用概念
OSI参考模型分层含义及常用概念网络层控制子网的通信，其主要功能是提供理由选择，即选择到达目的主机的最优路径，并沿着该路径传输数据包。
网络层的功能有:1、路由选择和中继。
2、激活和终止网络连接。
3、链路复用。
4、差错检测和恢复。
5、流量/拥塞控制。
传输层利用实现可靠的端到端的数据传输能实现数据分段、传输和组装，还提供差错控制和流量/拥塞控制等功能。
会话层允许不同机器上的用户之间建立会话。
会话就是指各种服务，包括对话控制（记录该由谁来传递数据）、令牌管理（防止多方同时执行同一关键操作）、同步功能（在传输过程中设置检查点，以便在系统崩溃后还能在检查点上继续运行）。
建立和释放会话连接还应做以下工作：1、讲会话地址映射为传输层地址。
2、进行数据传输。
3、释放连接。
表示层提供一种通用的数据描述格式，便于不同系统间的机器进行信息转换和相互操作表示层的主要功能有：1、数据语法转换、语法表示、数据加密和解密、数据压缩和解压。
应用层位于OSI参考模型的最高层，直接针对用户需求。
应用层向应用程序提供服务，这些服务按其向应用程序提供的特性分成组，并称为服务元素。
应用层服务元素又分为公共应用服务元素（CASE）和特定应用服务元素（SASE）常用网络概念：1、封装：OSI参考模型的许多层都使用特定方式描述信道中来回传送的数据。
数据在从高层向低层传送的过程中，每层都对接收到的原始数据添加信息，通常是附加一个报头和报尾，这个过程称为封装。
2、网络协议是网络中数据交换建立的一系列规则、标准或约定。
协议是控制两个或多个对等实体进行通信的集合。
网络协议由：语法、语义时序关系三要素组成。
语法：数据与控制信息的结构形式。
语义：根据需要发出哪种控制信息，依据情况完成哪种动作以及作出哪种响应。
时序关系：又称同步，即事件实现顺序的详细说明。
TCP的拥塞控制
TCP的拥塞控制1.引⾔计算机⽹络中的带宽、交换结点中的缓存和处理机等，都是⽹络的资源。
在某段时间，若对⽹络中某⼀资源的需求超过了该资源所能提供的可⽤部分，⽹络的性能就会变坏。
这种情况就叫做拥塞。
拥塞控制就是防⽌过多的数据注⼊⽹络中，这样可以使⽹络中的路由器或链路不致过载。
拥塞控制是⼀个全局性的过程，和流量控制不同，流量控制指点对点通信量的控制。
2.慢开始与拥塞避免发送⽅维持⼀个叫做拥塞窗⼝cwnd（congestion window）的状态变量。
拥塞窗⼝的⼤⼩取决于⽹络的拥塞程度，并且动态地在变化。
发送⽅让⾃⼰的发送窗⼝等于拥塞窗⼝，另外考虑到接受⽅的接收能⼒，发送窗⼝可能⼩于拥塞窗⼝。
慢开始算法的思路就是，不要⼀开始就发送⼤量的数据，先探测⼀下⽹络的拥塞程度，也就是说由⼩到⼤逐渐增加拥塞窗⼝的⼤⼩。
这⾥⽤报⽂段的个数的拥塞窗⼝⼤⼩举例说明慢开始算法，实时拥塞窗⼝⼤⼩是以字节为单位的。
如下图：当然收到单个确认但此确认多个数据报的时候就加相应的数值。
所以⼀次传输轮次之后拥塞窗⼝就加倍。
这就是乘法增长，和后⾯的拥塞避免算法的加法增长⽐较。
为了防⽌cwnd增长过⼤引起⽹络拥塞，还需设置⼀个慢开始门限ssthresh状态变量。
ssthresh的⽤法如下：当cwnd<ssthresh时，使⽤慢开始算法。
当cwnd>ssthresh时，改⽤拥塞避免算法。
当cwnd=ssthresh时，慢开始与拥塞避免算法任意。
拥塞避免算法让拥塞窗⼝缓慢增长，即每经过⼀个往返时间RTT就把发送⽅的拥塞窗⼝cwnd加1，⽽不是加倍。
这样拥塞窗⼝按线性规律缓慢增长。
⽆论是在慢开始阶段还是在拥塞避免阶段，只要发送⽅判断⽹络出现拥塞（其根据就是没有收到确认，虽然没有收到确认可能是其他原因的分组丢失，但是因为⽆法判定，所以都当做拥塞来处理），就把慢开始门限设置为出现拥塞时的发送窗⼝⼤⼩的⼀半。
然后把拥塞窗⼝设置为1，执⾏慢开始算法。
计算机网络_面试题目(3篇)
第1篇一、基础知识1. 题目：请简述OSI模型和TCP/IP模型的层次结构。
解析：OSI模型分为7层，从下至上依次为：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。
TCP/IP模型分为4层，从下至上依次为：网络接口层、网络层、传输层、应用层。
2. 题目：请解释TCP和UDP协议的区别。
解析：TCP（传输控制协议）是一种面向连接的、可靠的传输层协议，适用于需要可靠传输的数据应用，如Web浏览、电子邮件等。
UDP（用户数据报协议）是一种无连接的、不可靠的传输层协议，适用于对实时性要求较高的数据应用，如视频会议、在线游戏等。
3. 题目：请解释IP地址的分类和子网掩码的作用。
解析：IP地址分为A、B、C、D、E五类，其中A、B、C三类为常用IP地址。
子网掩码用于将IP地址分为网络地址和主机地址两部分，实现网络的划分和子网路由。
4. 题目：请解释DNS的作用。
解析：DNS（域名系统）是一种将域名转换为IP地址的分布式数据库，用于实现域名与IP地址的映射。
用户可以通过域名访问网络资源，而无需记住对应的IP地址。
5. 题目：请解释路由器的作用。
解析：路由器是连接不同网络的设备，用于实现不同网络之间的数据传输。
路由器根据IP地址和路由表选择最佳路径，将数据包转发到目标网络。
二、网络协议6. 题目：请解释HTTP协议的工作原理。
解析：HTTP协议是应用层协议，用于客户端和服务器之间的通信。
客户端向服务器发送HTTP请求，服务器接收请求并返回HTTP响应。
HTTP请求包括请求行、请求头、空行和请求体，HTTP响应包括状态行、响应头、空行和响应体。
7. 题目：请解释HTTPS协议与HTTP协议的区别。
解析：HTTPS（超文本传输安全协议）是HTTP的安全版本，通过TLS或SSL技术提供加密功能，保护用户隐私和数据完整性。
HTTPS在HTTP的基础上增加了安全层，使用数字证书验证服务器身份，防止中间人攻击。
数据链路层技术中的拥塞控制与流量分析策略(一)
数据链路层（Data Link Layer）是计算机网络中的一层，负责在物理层（Physical Layer）和网络层（Network Layer）之间传输数据。
拥塞控制（Congestion Control）和流量分析策略（TrafficAnalysis Strategy）是数据链路层中重要的技术，用于优化网络性能和保证数据传输的可靠性。
一、拥塞控制拥塞控制是一个复杂的问题，特别是在大规模网络中。
它的目标是避免网络中出现过多的数据包，导致网络性能下降或甚至崩溃。
拥塞控制的主要方法包括拥塞窗口调整、流量控制和排队管理。
1. 拥塞窗口调整拥塞窗口调整是一种动态调整数据发送速率的方法。
当网络中出现拥塞时，发送方会减小拥塞窗口的大小，降低发送速率，通过减少发送的数据包来缓解网络的压力。
反之，当网络没有出现拥塞时，发送方会逐渐增加拥塞窗口的大小，提高发送速率，以充分利用网络带宽。
2. 流量控制流量控制是一种保证数据发送方和接收方之间传输速率匹配的方法。
当接收方缓冲区已满时，它会发送一个流量控制消息给发送方，告知其减缓发送速率。
这样可以防止数据包丢失或传输错误。
流量控制还可以应对不同数据传输速率的设备之间的不匹配问题，确保数据的顺利传输。
3. 排队管理排队管理是在拥塞发生时处理排队的数据包的方法。
当网络中存在拥塞时，数据包的排队情况会变得复杂。
一种常见的排队管理方法是使用队列，按照先进先出的原则对数据包进行排队。
还有一种流行的排队管理方法是随机早期检测（Random Early Detection，简称RED），它根据网络的拥塞程度随机丢弃一些数据包，以降低网络负载。
二、流量分析策略流量分析策略用于监控、分析和管理网络中的数据流量。
它可以帮助网络管理员了解网络的使用情况、优化网络资源和发现网络中的异常行为。
1. 流量监控流量监控是对网络中的数据流量进行实时监控和分析的过程。
通过收集和分析网络流量数据，可以了解网络的拥塞情况、瓶颈位置、带宽利用率等信息。
无线传感器网络中的拥塞控制技术
据 流量 大 幅 度变 化 ，以 上情 况 都 会引起
域研究的重要 方向 之 。 器 网 特 甚 至导 致全 局拥塞 直至拥 塞 Байду номын сангаас溃 。 如 何 独的缓 冲区 占用情况评 估拥塞并 不可靠 ， 传感 络的 ｌ
络的拥 塞 控制技术不适用于传感器两络。
缓存 占用率高说 明节点发送数据 机会 将 会 减 少 ， 信 道 也 存 在 被 邻 居 节 点 占 用 的境 况 。节 点附近 有 越 多的 数据 发送 就
越 可能 导 致拥 塞 的 发生 。这 种 检测 机制 通 常设 定 一 个阈值 ，如 果缓 存超 过 阂值 则判 定为 拥 塞发生 。实 际 的情 况可 能瞬 间缓存超过 阈值而 很快又 恢复的正 常值 ， 这种情 况 不 应该 判定 为拥 塞 。 在提 出缓
，
存增长 系数 的概 念后 ，有 人研 究认 为指 出如果队列缓存 占用率超过阈值并且缓存 占 用 率 处 于 快 速 增 长 状 态 则认 为 出 现 拥
频率 则 认为 拥 塞发 生 。 Ｃ０ ＵＴ 可 以 对 分 簇 结 构 定 义 的 网 Ｍ
络进 行 拥塞 检测 ，簇头 节点 按一 定频 率
监听 簇 内流 量 ，计算 节 点的缓 存 溢 出率
用 以 判 断拥 塞 。 １３ ．基于传输速率
Ｅ ＲＴ是 第 一 个 基 于 速 率 的 拥 塞 控 制 Ｓ
拥 塞 的 关 系 有 不 同 的 定 义 ，如 ＴＤＭ Ａ 和
无 线传 感 器 网络 ；拥 塞控 制 ；拥 塞避 免 ；
拥 塞检 测 ；拥 塞 解 除
时标情 况下无线信道的传输质量会频繁变 化 影响 稳 定 的数据 传输 。而 有 线 网中端 到 端 拥 塞 控 制 要 求 基 点 发 送 诸 如 应 答 或 ＡＣ 的控制分组 ，对于 无线传感器 网络 Ｋｓ 这 会加 重 基 点附近 的 拥 塞 ，同 时消 耗 无 线 传感 器 宝贵 的能 量资 源 。
计算机网络拥塞控制综述
6科技资讯科技资讯S I N &T NOLOGY I NFORM TI O N2008N O .03SC I ENC E &TEC HN OLO GY I NFO RM ATI O NI T 技术计算机网络拥塞控制综述林开司佘东(广西师范大学物理与电子工程学院桂林541004)摘要:随着计算机网络的快速发展,人们对网络资源的要求越来越高,尤其是近年来如语音，图像等多媒体流在网络上大量涌现,网络拥塞问题也随之变得严重.本文将阐述目前基于TC P/I P 协议的几种典型拥塞控制算法,并指出其优缺点,同时给出两种拥塞控制方法的比较。
关键词:拥塞控制TC P/I P 协议中图分类号：TP393文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2008)01(c)-0106-021引言网络拥塞是当今网络中一个比较突出和严重的问题，拥塞控制便显得很重要。
当用户对网络资源的需求大于网络本身的提供时就发生拥塞。
其表现为数据包分组延时增加，丢弃数增多，上层应用性能下降等。
拥塞产生与以下因素有关：(1)网络带宽不足。
(2)存储空间不够。
(3)处理器处理能力弱。
但单一的增加带宽,扩大存储空间和提高处理能力,并不能解决拥塞问题,相反可能会出现更严重的拥塞,所以在网络中要进行必要的拥塞控制。
根据拥塞控制在网络层中的位置,将拥塞控制分为两类,一类是基于源端的T CP 拥塞控制,一类是基于网络的I P 拥塞控制(主要在路由器中)。
随着如图像，语音等多媒体流的大量涌现，基于源端的T CP 拥塞控制已显得力不从心，那么网络本身也有必要参与到拥塞控制中来。
因此近年来将基于源端的T CP 拥塞控制和基于网络的拥塞避免机制结合起来成为解决拥塞的主要途径之一。
2TC P 拥塞控制算法2.1从20世纪80年代,就有很多专家学者做了大量关于T CP 源端的拥塞控制研究,并取得重要成就,不断改进T CP 控制算法的缺陷。
相继出现了以下几个版本:TCP Ta he o [2],TCP R e no [4],Sa c k [5],Ne w Reno [6],V e ga s [3]等。
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。
如何使用网络层技术解决跨网段通信问题？(系列九)
网络层技术是实现不同网络之间通信的关键。
对于跨网段通信问题，网络层技术起到了至关重要的作用。
本文将从IP地址、路由和拥塞控制等方面讨论如何利用网络层技术解决跨网段通信问题。
一、IP地址的作用IP地址是网络层中至关重要的概念，它用来唯一标识位于网络中的设备。
IP地址分为IPv4和IPv6两种类型。
IPv4由32位二进制数组成，常用的表示方法是四段由点分隔的十进制数。
IPv6则采用128位表示，格式较为复杂。
IP地址可以帮助数据包从源设备传送到目标设备。
数据包在传输过程中会被封装在IP包中，其中包含源IP和目标IP地址。
当数据包在不同网络之间传输时，网络设备会根据目标IP地址进行路由的选择，使得数据包能够跨越网络边界，达到目标设备。
二、路由器的作用路由器是网络层中一种重要的设备，它用来实现网络之间的连接和通信。
路由器通过交换路由信息，确定数据包从源设备到目标设备的传输路径。
在处理数据包时，路由器会根据路由表进行选择性的转发，以保证数据包能够跨越不同网络进行传输。
路由器能够解决跨网段通信问题的关键在于其具备的路由选择能力。
路由器会根据其所连接的网络拓扑和网络层协议，选择最佳路径将数据包传送到目标设备。
路由器在转发数据包时，还会对数据包进行分片、封装和解封装等操作，确保数据包能够正确地到达目标设备。
三、拥塞控制的重要性拥塞控制是网络层中一项关键技术，它用来解决网络负载过大引起的通信阻塞问题。
当网络负载达到一定程度时，可能会出现拥塞现象，导致网络的通信速度显著下降甚至中断。
网络层技术通过拥塞控制机制，可以有效地解决跨网段通信中的拥塞问题。
拥塞控制机制通过动态调整数据包的发送速率、丢弃拥塞数据包和重传丢失数据包等方式来保证网络的正常通信。
该机制基于网络层的IP协议，可以在网络设备之间交换拥塞信号，并根据该信号调整数据包的发送策略，从而使得数据包能够更加稳定地跨越网络进行通信。
总结起来，网络层技术是解决跨网段通信问题的重要手段。
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两种情况：
分组长度固定 让队列每隔一个固定的时间发送一个分组。 分组长度可变 规定队列每次可以发送的最大字节数。
漏桶算法举例※
[例] 假设主机和网络的数据速率都是25MB/s，但路由器处 理能力较弱，在较长时间里，进入路由器的平均数据速率 最好不超过 2MB/s。设主机每秒产生一个突发数据块 (峰值速率25MB/s )，数据块长度为1MB。 [解] 为了限制数据进入网络的平均速度，应选择漏桶的输出 速率为ρ= 2MB/s，漏桶的容量为C=1MB，这样漏桶每次 最多可装入1MB的数据，不会造成数据丢失。
重传、乱序缓存、 确认、流控 子网中的虚电路 和数据报、分组 排队和服务策略、 分组丢弃策略、 路由算法、分组 的生存时间管理 重传、乱序缓存、 确认、流控、超 时中止
网络层
传输层
开环控制 — 通信量整形
通信量整形(Traffic Shaping)的基本思想
网络上，突发的通信量是造成拥塞的主要原因。
链路状态路由算法(Link State Routing)
分级路由(Hierarchical Routing)
拥塞的基本概念
拥塞(congestion)：网络中存在过多分组的时候，网络性能 降低，这种情况被称为拥塞。图例 造成拥塞的原因
多个输入对应一个输出，只增加内存，并不能解决问题。 慢速处理器。 低带宽线路。 针对某个因素的解决方案，只能对提高网络性能起到一点点作用， 甚至可能仅仅是转移了影响性能的瓶颈。 拥塞控制需要确保通信子网能够承载用户提交的通信量，是一个 全局性问题，涉及主机、路由器等很多因素。 流量控制与点到点的通信量有关，主要解决快速发送方与慢速接 收方的问题，是局部问题，一般都是基于反馈进行控制的。
最优化原则
最优化原则(optimality principle)
如果路由器 J 在路由器 I 到 K 的最优路由上，那么从 J 到 K 的最优路由 会落在同一路由上。 路由算法的目的是找出并使用汇集树。
汇集树(sink tree)
从所有的源 结点到一个给定 的目的结点的最 优路由的集合形 成了一个以目的 结点为根的树， 称为汇集树。
几种常见的路由算法
静态路由算法
最短路径选择(Shortest Path Routing) 洪泛算法(Flooding Routing) 基于流量的路由算法(Flow-Based Routing)
动态路由算法g)
如何反馈 —— 反馈方法
在分组结构中保留一个位或一个域来表示发生拥塞，一旦发生拥 塞，路由器将所有输出分组的拥塞位填充，报警。 主机或路由器主动地、周期性地发送探报(probe)，查询是否发生 拥塞。
如何解决 —— 利用拥塞控制算法
开环控制 — 拥塞预防策略
影响拥塞的网络设 计策略
数据链路层
数据发送的峰值速率为 M = 25 MB/s，则最大突发长度为 ： S= C/(M-ρ) ≈11ms 也即：一开始可按峰值速率连续发送11ms，然后以2MB/s的平 均速率继续发送直至结束。若令牌桶容量750KB时最大突发长度 可33ms。
漏桶和令牌桶算法的比较
通信量整形策略不同
漏桶算法不允许空闲主机积累发送权。 令牌桶算法允许空闲主机积累发送权，以便以后发送大的突发数 据，最大为桶的大小。
闭环控制(因地制宜)
监控系统，发现何时何地发生拥塞。 把发生拥塞的消息传给能采取动作的站点。 调整系统操作，解决拥塞问题。
闭环控制操作需要完成以下三个问题：何为拥塞、如何反馈和如 何解决。
闭环控制
何为拥塞 —— 衡量网络拥塞的参数
缺乏缓冲区造成的丢包率 平均队列长度 超时重传的分组数目 平均分组延迟 分组延迟变化(Jitter) 向负载的发生源发送一个报警分组，这同时加强了拥塞。
输入负载
图 拥塞控制所起的作用
直接死锁
直接死锁即由互相占用了对方需要的资源而造成的死锁。 例如两个结点都有大量的分组要发往对方，但两个结点中的缓 存在发送之前就已经全部被待发分组占满了。
当每个分组到达对方时，由于没有地方存放，只好被丢弃。发送分 组的一方因收不到对方发来的确认信息，只能将发送过的分组依然 保存在自己结点的缓存中。 这两个结点就这样一直互相僵持着，谁也无法成功地发送出一个分 组。
虚电路
4.网络层的两种实现方式
面向连接
数据报
5.网络层提供的服务
面向无连接
举例
请判断是虚电路还是数据报？ M
R4 R5 HB
M1
M2
M3
R3
H
HA R1 R2
M1 M2 M1 H
M3
M3
M2
路由算法
路由算法是网络层软件的一部分
子网采用数据报方式，每个分组都要做路由选择。 子网采用虚电路方式，只需在建立连接时做一次路由选择。
基本思想：漏桶存放令 牌，每T秒产生一个令 牌，分组发送传输之前 必须获得一个令牌，传 输之后删除该令牌。 令牌代表的不是发送一 个分组的权利，而是可 以发送的字节数。
令牌桶算法※
令牌桶模型※
说明
主机
绿色-未整形的流量 紫色-整形后的流量 红色-桶内令牌 黄色-丢失的令牌
输入流量
效果
漏桶算法※
漏桶算法
无论水流进桶的速度为多少，只要桶中有水，水从桶中外 漏的速度是恒定的。桶空了，速度为零。桶满了，水外泄。
漏桶模型※
主机
说明
绿色-未整形的流量 紫色-整形后的流量 红色-丢失的分组
未经整形的流量 丢失的分组
分组漏桶 漏桶接口
整形后流量
网络
漏桶实现※
漏桶的本质
报文 A、B 和 C 经过路由器 P、Q 和 R 发往主机 H。 每一报文由 4 个分组构成。每个路由器的缓存只能容纳 4 个分组。 路由器 R 已为报文 A 预留了 4 个分组的缓存。 由于分组 A3 还未到达，所以目前还不能交付给主机 H。 分组 A3 暂存于路由器 P 的缓存中，它无法转发到路由 器 Q，因为路由器 Q 的缓存已全占满了。
Chap5 网 络 层
网络层主要内容
网络层概述
路由算法
网络层的地位 网络层需要解决的问题 数据报和虚电路 网络层提供的服务
拥塞控制算法
拥塞控制的基本原理 开环控制
最优化原则 最短路径路由算法 洪泛算法 基于流量的路由算法 距离向量路由算法 链路状态路由算法 分级路由
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
拥塞控制
死锁主要有两种:一种是直接死锁,另一种重装死锁. (1)直接死锁:即由互相占用了对方需要的资源而造成的死锁.
①发送分组
⑥丢掉B 发来的 分组
A
分组1 分组2 分组3 ④发送分组
B
分组1 分组2 分组3
③丢掉A 发来的 分组
⑤节点A 的缓存已 满
②节点B 的缓存已 满
分组n
分组m
图 直接死锁的例
强迫分组以某种可以预见的速率传送，减少拥塞，这种方法就被 称为通信量整形。 此方法广泛应用于ATM网络中。 漏桶算法和令牌桶算法都可以实现通信量整形。 基本原理：图例。 在计算机中的使用
漏桶算法(The Leaky Bucket Algorithm)
漏桶——有限内部队列；水 —— 通信量，需要发送的分组。 分组到达队列时，队列满，分组被丢弃；队列空，分组放置在队尾。 将用户发出的不平滑的分组流转变成网络中平滑的分组流。 漏桶算法既可以用于分组长度固定的协议，如ATM，使用分组计数； 也可用于可变长分组的协议，如IP，使用字节计数。
拥塞控制的分类
根据控制论，拥塞控制可分为两类。 开环控制(防患于未然)
通过良好的设计解决问题，以避免拥塞发生。一旦运行，就不再 做中间阶段的更正。
进行开环控制的工具需要决定何时接收新的分组、何时丢弃分组、 丢弃哪些分组，制定网络中不同地点的计划表等。利用开环进行 拥塞控制时，所有这些操作都不会考虑网络的当前状态。 基于反馈机制。其工作过程为：
不采用漏桶算法： 1MB的数据块进入网络中只要 1MB÷25MB/s =40ms 就会全部流入网中 采用漏桶算法： 1MB的数据块进入网络中需要时间 1MB÷2MB/s =500ms 才能全部进入网中 平滑了原来波动很大的通信量曲线。
令牌桶算法
由于漏桶算法不够灵活，因 此加入令牌机制。 令牌桶算法 (The Token Bucket Algorithm)
桶中存放的内容不同
漏桶中存放的是数据，桶满了丢弃数据。 令牌桶中存放的是令牌，桶满了丢弃令牌，不丢弃数据。