拥塞控制

概念

网络上有太多的包时，性能会极具下降，这种现象叫做拥塞

拥塞产生原因

对资源需求的综合＞可用资源

解决办法

解决需求和能力的矛盾。“头疼医头，脚痛医脚”解决方案只能转移影响性能的瓶颈。需要全面考虑各个因素。进行网络改造升级等

拥塞度量

• 缺乏缓冲区造成的丢包率上升
• 平均队列长度变长
• 超时重传的包的数目增大
• 平均包延迟增大
• 包延迟变化增大

拥塞监视点

• 源节点
• 中间路由器

拥塞控制（仅在网络层出现）

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（链路层，网络层，运输层，应用层都可能出现）

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

流量控制的层次：

流量控制的层次.png

物理层没有流量控制，因为物理端的收发是没有能力差别的

拥塞控制的实现位置

• 链路算法（当下节点发生拥塞就要求与它相邻的上一个节点降低发送速率）
• 源算法（最终的数据源端降低发送速率）

拥塞控制方法

根据控制论，拥塞控制方法分为两类：

1.开环控制

通过好的设计来解决问题，避免拥塞发生；拥塞控制时不考虑网络当前状态（即使网络空闲的时候也会实施拥塞控制）

开环控制的两种算法：漏桶算法；令牌算法

• 漏桶算法

基本思想：造成拥塞的主要原因是网络流量通常是突发性的。强迫包以一种可预测的速率发送。在ATM网中广泛使用

漏桶算法：将用户发出的不平滑的数据报流转成网络中平滑的数据包流。可用于固定包长的协议，如ATM、也可用于可变包长的协议，如IP，使用字节计数。无论负载突发性如何，漏桶算法强迫输出按平均速率进行，不灵活

漏桶算法.png

• 令牌桶算法

漏桶算法不够灵活，因此加入令牌机制。令牌机制允许有一定突发数据，但量不能太大
基本思想：漏桶存放令牌，每△T秒产生一个令牌，令牌累积到超过漏桶上界时就不再增加。包传输之前必须获得一个令牌，传输之后删除该令牌

令牌桶算法.png

漏桶算法与令牌桶算法的区别
• 流量整形策略不同：漏桶算法不允许空闲主机累积发送权，以便以后发送大的突发数据；令牌桶算法允许，最大为桶的大小。
• 漏桶中存放的是数据包，桶满了丢弃数据包，上层应用就需要重传被丢弃的数据包；令牌桶中存放的是令牌，桶满了丢弃令牌，不丢弃数据包

2.闭环控制

基于反馈机制。工作过程：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（减少发送速率），解决问题

•闭环控制的算法：抑制分组

每个新包到来，路由器检查输出线路是否处于警戒状态。若是，则向源主机发送抑制包，包中指出发生拥塞的目的地址，同时将原包打上标记（为了以后不再产生抑制包），正常转发。源主机收到抑制包后，减少发向特定目的地的流量，并在固定时间间隔内忽略指示同一目的地的抑制包，然后开始监听，若此线路仍然拥塞，则主机在固定时间内继续减轻负载、忽略抑制包；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：倍性减少、常量增加