网络层 拥塞控制PPT课件
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Chap5 网 络 层
网络层主要内容
网络层概述
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
拥塞预防策略 通信量整形(漏桶和令牌桶) 流说明
闭环控制
虚电路网络中的拥塞控制 抑制分组 负载丢弃
路由算法
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
路由算法分类
非自适应算法(静态路由算法)：按照预先计算好的(off-line)信息进 行路由。
自适应算法(动态路由算法)：根据网络拓扑结构，通信量等地变化 来改变路由。
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。
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。
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.
⑥丢掉B 发来的 分组
⑤节点A 的缓存已
满
A
分组1 分组2 分组3
①发送分组 ④发送分组
B
分组1 分组2 分组3
③丢掉A 发来的 分组
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。
拥塞控制
2. 拥塞控制与流量控制的关系
吞吐量 子网的最大 传输容量
网络吞吐量 =网络负载
0
理想的流 量控制
吞吐量饱和
轻度拥塞
拥塞
图 拥塞控制所起的作用
实际的流量 控制
无流量 控制
死
锁
输入负载
闭环控制(因地制宜)
基于反馈机制。其工作过程为：
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)
②节点B 的缓存已
满
分组n
分组m
图 直接死锁的例
节点A 保留发给 节点B 的分组的 副本,等待节点B 的应答. 同样, 节 点B 也保留已发 送给节点A 的分 组的副本, 等待 节点A的应答.谁 也无法成功地发 出一个分组.
重装死锁(reassembly deadlock)举例
路由器 P C3 C2 B4 A3
路由器 Q B3 B2 C1 B1
路由器 R A4 A2 A1
主机 H
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
汇集树(sink tree)
路由算法的目的是找出并使用汇集树。
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)
当网络负载 继续增大到 某一数值时, 网络的吞吐 量就下降为 零,网络已无 法工作.这就 是所谓的 “死锁”
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。
器 Q，因为路由器类
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。
动态路由算法
距离向量路由算法(Distance Vector Routing) 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
▪ Internet网络层协议(IP)
1.网络层的地位
通信子网的最高层
2.网络层需要解决的问题
屏蔽各种不同类型网络 之间的差异
实现全网的数据传输
3.三种通信交换方式
线路交换 报文交换
分组交换
虚电路
4.网络层的两种实现方式 数据报
面向连接
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？
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(congestion control)与流量控制(flow control)
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。
M
M1 M2 M3
R3
R4
R5
H
HA
R1
M1 M2 M3
R2
H
HB
M1 M2
M3
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。
路由算法应具有的特性
正确性(correctness)、简单性(simplicity)、健壮性(robustness)、稳定 性(stability)、公平性(fairness)、最优性(optimality)
网络层主要内容
网络层概述
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
拥塞预防策略 通信量整形(漏桶和令牌桶) 流说明
闭环控制
虚电路网络中的拥塞控制 抑制分组 负载丢弃
路由算法
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
路由算法分类
非自适应算法(静态路由算法)：按照预先计算好的(off-line)信息进 行路由。
自适应算法(动态路由算法)：根据网络拓扑结构，通信量等地变化 来改变路由。
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。
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。
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.
⑥丢掉B 发来的 分组
⑤节点A 的缓存已
满
A
分组1 分组2 分组3
①发送分组 ④发送分组
B
分组1 分组2 分组3
③丢掉A 发来的 分组
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。
拥塞控制
2. 拥塞控制与流量控制的关系
吞吐量 子网的最大 传输容量
网络吞吐量 =网络负载
0
理想的流 量控制
吞吐量饱和
轻度拥塞
拥塞
图 拥塞控制所起的作用
实际的流量 控制
无流量 控制
死
锁
输入负载
闭环控制(因地制宜)
基于反馈机制。其工作过程为：
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)
②节点B 的缓存已
满
分组n
分组m
图 直接死锁的例
节点A 保留发给 节点B 的分组的 副本,等待节点B 的应答. 同样, 节 点B 也保留已发 送给节点A 的分 组的副本, 等待 节点A的应答.谁 也无法成功地发 出一个分组.
重装死锁(reassembly deadlock)举例
路由器 P C3 C2 B4 A3
路由器 Q B3 B2 C1 B1
路由器 R A4 A2 A1
主机 H
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
汇集树(sink tree)
路由算法的目的是找出并使用汇集树。
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)
当网络负载 继续增大到 某一数值时, 网络的吞吐 量就下降为 零,网络已无 法工作.这就 是所谓的 “死锁”
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。
器 Q，因为路由器类
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。
动态路由算法
距离向量路由算法(Distance Vector Routing) 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
▪ Internet网络层协议(IP)
1.网络层的地位
通信子网的最高层
2.网络层需要解决的问题
屏蔽各种不同类型网络 之间的差异
实现全网的数据传输
3.三种通信交换方式
线路交换 报文交换
分组交换
虚电路
4.网络层的两种实现方式 数据报
面向连接
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？
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(congestion control)与流量控制(flow control)
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。
M
M1 M2 M3
R3
R4
R5
H
HA
R1
M1 M2 M3
R2
H
HB
M1 M2
M3
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。
路由算法应具有的特性
正确性(correctness)、简单性(simplicity)、健壮性(robustness)、稳定 性(stability)、公平性(fairness)、最优性(optimality)