【计算机网络】-网络层-拥塞控制

拥塞

拥塞控制是网络层和传输层一起工作的责任，网络中出现太多的数据包时，网络的性能开始急剧下降，这种情况称为拥塞

拥塞产生原因

多个输入对应一个输出
慢速处理器，难以完成必要的维护工作
低带宽线路

解决办法

针对某个因素的解决方案，通常不会有明显的效果，甚至仅仅是转移了瓶颈
需要全面考虑各个因素

普遍准则

监视系统并检测何时何地发生拥塞
将信息传递到可以采取措施的地方
调整系统操作以纠正问题

流量控制的途径(important)

对应书p304

流量感知路由->准入控制->流量限制->负载脱落

网络必须尽力提供所提供的负载
不同时间尺度的不同方法
节点还应减少提供的负载（传输）

拥塞控制与流量控制的差别

拥塞控制(congestion control)
确保子网能够承载所达到的流量
是一个全局性问题，涉及各方面的行为，包括所有的主机、所有的路由器内部的存储-转发处理过程、所有可能会消弱子网承载容量的其它因素
例:一个1Mbps的存储-转发网络中，有1000台大型的计算机，其中的一半正试图给另一半机器以100kbps速率传送文件。这里需要拥塞控制

流量控制(flow control)
只与特定的发送方和特定的接收方间的点到点流量有关
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
举例：在一个100Gbps的光纤网络上，一台超级计算机试图给一台PC传送一个大文件,这台PC只有处理1Gbps速率的能力。这里没有拥塞，但需要流量控制

拥塞控制的途径

增加资源

启动备用路由器或线路
分散流量

减少负载

若新的连接将导致网络变得拥挤不堪，就应该拒绝这种新连接的建立，这种控制称为准入控制
当拥塞已迫在眉睫时，网络可给造成问题的数据包源端传递反馈信息，要求源端抑制它们的流量，或减缓流量本身
负载脱落

流量感知路由

绕开热门的区域，疏散流量
可能会出现摇摆不定的问题，要加以控制

准入控制

除非网络可以携带额外流量而不会变的拥塞，否则就不建立新的连接。
准入控制可以和流量感知路由相结合，在虚电路建立过程中，考虑绕开流量热点区域的路由

流量调节

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

抑制包(Choke Packets)
通知拥塞发送方的方法中，路由器选择一个被拥塞的数据包，给该数据包的源主机返回一个抑制包，抑制包中的目的地址取自该拥塞数据包。同时，在原来的拥塞数据包上添加一个标记，它在前行的路径上不会产生更多的抑制包，它的转发过程如同平常一样
源主机收到抑制包后，按一定比例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。

逐跳的抑制包(Hop-by-Hop Choke Packets)
在高速或长距离的网络中，由于源主机响应太慢，抑制包算法对拥塞控制的效果并不好，可采用逐跳抑制包算法；
基本思想
抑制包对它经过的每个路由器都起作用
能够迅速缓解发生拥塞处的拥塞，但要求上游路由器有更多的缓冲区

负载脱落

以上任何一种方法都解决不了的时候，路由器来不及处理数据包而面临被数据包淹没的时候，直接将其丢弃。

当任何一种方法都不能消除拥塞的时候，路由器可以丢掉来不及处理的数据包
针对不同服务，可采取不同丢弃策略
文件传输，优先丢弃新数据包，wine策略
多媒体服务，优先丢弃旧数据包，milk策略
智能丢弃策略：数据包中标明优先级，当不得不丢弃数据包，路由器可首先丢弃重要性最轻一类数据包，然后是次重要一类数据包，以此类推。