网络规划设计师考试拥塞控制原理

  网络规划设计师考试大纲

1.63.2拥塞控制原理

拥塞发生的根本原因在于用户提供给网络的负载大于网络资源容量和处理能力。其 典型表现就是数据包时延增加、丢弃概率增大、上层应用系统性能显著下降等。网络产 生拥塞的直接原因主要有以下几个方面：

1）带宽容量相对不足

低速数据链路对于高速数据流的输入会产生拥塞。根据香农信息理论：任何信道带 宽最大值为05*l0g2 （1+5W），其中W为信道白噪声的平均功率，51为信源的平均功 率，5为信道带宽。它要求所有信源发送的速率i?必须小于或等于信道容量C.如果及 大于C,则在网络低速链路处就会形成带宽瓶颈，严重时发生拥塞。

2）队列容量相对不足

为了处理突发流量和流速率的变化，路由器在出口链路前建立了一个队列，它可以 接纳一些突发流量，适应网络环境的变化。但是路由器上的存储空间十分有限，它不能 无限的加大队列容量，而且加大队列容量还会带来端到端延迟增加等其他问题。

3）路由器的处理能力弱

如果路由器的CPU在执行排队缓存、更新路由表等功能时，处理速度跟不上高速链 路，也会产生拥塞。

4）网络流量分布不均衡

拥塞总是发生在网络中资源相对短缺的位置。拥塞发生位置的不均衡反应了 Internet 本身的不均衡性。首先是资源分布的不均衡，在网络组建之前并没有经过良好的规划和 设计，而是在各种不同容量、不同形式的网络都已经运行起来后才设法将它们统一连接 起来，这样就必然大量存在网络带宽分布不均的情况。其次是网络流量的不均衡，在不 同时刻，各种需求往往导致某些节点上的资源受到大量的访问，而大量存在的客户服务 器模式也加剧了流量分布不均的产生。

随着网络不断成熟与发展，网络内部带宽容量和队列资源不足的问题已经逐渐好转， 但流量分布不均衡的问题则是无法完全解决的。

拥塞虽然是由于网络资源的稀缺引起的，但单纯增加资源并不能避免拥塞的发生。 例如增加缓存空间到一定程度时，只会加重拥塞，而不是减轻拥塞，这是因为当数据包 经过长时间排队完成转发时，它们很可能早已超时，从而引起源端超时重发，而这些数 据包还会继续传输到下一路由器，从而浪费网络资源，加重网络拥塞。事实上，缓存空 间不足导致的丢包更多的是拥塞的“症状”而非原因。另外，增加链路带宽及提高处理 能力也不能解决拥塞问题。

拥塞本身是一个动态问题，它不可能只靠静态的方案来解决，而需要协议能够在网 络出现拥塞时保护网络的正常运行。目前对互联网进行的拥塞控制主要是依靠在源端执 行的基于窗口的TCP拥塞控制机制。网络本身对拥塞控制所起的作用较小，但近几年这 方面的研究已经成了一个新的热点。

从控制理论的角度，拥塞控制算法可以分为开环控制和闭环控制两大类。当流量特 征可以准确规定、性能要求可以事先获得时，适于使用开环控制；当流量特征不能准确 描述或者当系统不提供资源预留时，适于使用闭环控制。Internet中主要采用闭环控制方 式，以动态适应网络的变化，其设计关键是如何生成反馈信息和如何对反馈信息进行响应。

闭环的拥塞控制分为三个阶段：检测网络中拥塞的发生；将拥塞信息报告到拥塞控 制点；拥塞控制点根据拥塞信息进行调整以消除拥塞。闭环的拥塞控制可以动态的适应 网络的变化，但算法性能受到反馈延迟的严重影响。当拥塞发生点和控制点之间的延迟 很大时，算法性能会严重下降。

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