第6章流量和拥塞控制FundamentalofCommunicationNetworks通信网络理论基础第6章内容概述6.1流量和拥塞控制概论6.2流量和拥塞控制技术6.3实际系统中的流量和拥塞控制算法第6章内容概述6.1流量和拥塞控制概论6.2流量和拥塞控制技术6.3实际系统中的流量和拥塞控制算法在实际通信系统中，节点的存储容量和处理能力、链路的传输能力都是有限的，这决定了网络运载的业务量是有限的。当外部输入的业务量大于网络能处理的业务量，或者发端的业务量大于接收端可接纳的业务量，如果不采取措施，就会使瓶颈链路的队列增加，导致缓冲区耗尽，分组被丢弃或者分组的时延超过规定的要求。即使外部输入的业务量小于网络能处理的业务量，在网络的某个局部也会出现分组聚集的现象，导致分组时延增加或丢失率增加。随着输入业务量的增加，会导致网络的通过量大大下降，时延大大上升。6.1流量和拥塞控制概论(1)当报文在网络中经历了比所期望的时延更长的时间时，就认为网络产生了拥塞。当网络发生拥塞时，只能有很少的信息流动，而且拥塞会很快的延伸，甚至导致“死锁”。发生死锁时，网路中几乎没有分组能够传送。这就要求采用必要的流量和拥塞控制措施，从而保证网络正常运行。6.1流量和拥塞控制概论(2)流量控制：对网络上的两个节点之间的数据流量施加限制，主要目的是让接收端来控制链路上的平均数据速率，以满足接收端本身的承受能力，以免过载。拥塞控制：目的是将网络内的报文分组数目保持在某一量值之下，超过这一量值，分组的平均时延将急剧增加。6.1流量和拥塞控制概论(3)6.1流量和拥塞控制概论(4)理想情况:只要输入负载低于网络容量，网络应传送全部已递交分组。当输入负载超过网络容量时，网络(仍是理想情况)应继续以最大容量传送分组。实际情况：如果为无流控网络，当输入负载低于某一定值时，网络才能传送全部输入负载。当输入负载的增长超过这一定值时，网络的实际吞吐量与理想曲线开始分离。随着输入负载的进一步提高，网络的吞吐量开始下降。输入业务量越高，实际传递的业务量越低。在某种情况下，足够高的输入负载会导致死锁，网络中几乎没有成功分组的传递。流量控制和拥塞控制的区别流量控制(简称流控)仅涉及到给定发送节点到给定接收节点之间的点对点业务流。流控的任务是保证快速发送的节点不会连续发送速率高于接收节点可接收速率的数据。流控的过程几乎都会有一个直接来自接收端的反馈，它告诉发端接收节点目前的状态。拥塞控制是保证子网能运载所提交给网络的业务，它是一个涉及到全网的问
题
快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题
，它涉及到所有主机、路由器(节点)、路由器(节点)中存储转发的过程以及所有其他减少网络运载能力的因素。6.1流量和拥塞控制概论(5)流量控制和拥塞控制的举例例1：一个网络其传输容量为1000Gb/s，一个超级计算机利用该网络以1Gb/s的速率向一个PC发送一个文件。尽管网络不会有拥塞问题，但需要流控，以不断地暂停超级计算机的传输，从而使PC有机会处理数据。6.1流量和拥塞控制概论(6)流量控制和拥塞控制的举例例2：一个分组网的各链路的速率为1Mb/s，有1000个大型计算机连入该网络，其中一半的计算机要向另一半的计算机以100kb/s的速率传输文件。这里没有高速发送节点使接收端溢出的问题(即没有流控的问题)，但是存在着总的呈现给网络的业务量大于网络能处理的业务量问题，因而需要采用拥塞控制。6.1流量和拥塞控制概论(7)网络拥塞举例
分析
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6.1流量和拥塞控制概论(8)链路上的数字代表其通信容量(kb/s)网络的业务需求:主机B至主机A的业务需求量为λBAkb/s，主机C至主机D的业务需求量为λCDkb/s。B到A的路径：B→Y→X→AC到D的路径：C→Z→X→D网络拥塞举例分析6.1流量和拥塞控制概论(8)链路上的数字代表其通信容量(kb/s)试着分析以下四种情况1)λBA=7kb/s，λCD=0；2)λBA=(8+δ)kb/s(δ>0)，λCD=0；3)λBA=7kb/s，λCD=7kb/s；4)λBA=(8+δ)kb/s(δ>0)，λCD=7kb/s网络拥塞举例分析6.1流量和拥塞控制概论(9)1)λBA=7kb/s，λCD=0此时B到A的业务请求能够在现有网络容量下得到解决，不会出现拥塞情况。这里分组发往主机A的速率与从主机B发送的速率相同。链路B→Y，Y→X，X→A每一段的速率均为7kb/s。网络拥塞举例分析6.1流量和拥塞控制概论(10)2)λBA=(8+δ)kb/s(δ>0)，λCD=0这时，提交网络的分组速率高于X→A链路能够处理的速率。因此，在某一时刻，X节点的缓冲区满，导致从节点Y发出的分组被丢弃，得不到确认。由于Y节点保留未确认分组以便重发，最后Y节点缓冲区满。这样会造成另一个很有意思的现象：由于节点X能传送8kb/s，而最初要求提供(8+δ)kb/s，因此开始会拒绝发送δkb/s。6.1流量和拥塞控制概论(11)2)λBA=(8+δ)kb/s(δ>0)，λCD=0此时为重发丢失的δkb/s，Y→X链路将传送(8+2δ)kb/s，但X节点只能发送8kb/s，所以被丢弃2δkb/s，丢失的2δkb/s仍需重发，因此Y→X链路将传送(8+3δ)kb/s。因为重复发送，Y→X链路上的业务量不断增加直至总量为64kb/s。同样的原因，B→Y链路的业务将达到16kb/s，其中包括新分组和重发分组。由此可见，若要求网络以高于其容量的速率传送分组，这种过高的要求会大量消耗网络资源。6.1流量和拥塞控制概论(12)2)λBA=(8+δ)kb/s(δ>0)，λCD=0解决此方案拥塞问题可以选用下面两种方法:网络有足够的容量，X→A链路能适应B节点最大可能的业务量限制B节点最大的业务量为8kb/s两种方法的根本区别在于：第一种方法是一种设计思路，不能实时实现；第二种方法是用于网络控制的策略，网络可以实时地根据业务需求，实施该策略。6.1流量和拥塞控制概论(13)3)λBA=7kb/s，λCD=7kb/s与方案1相同，这时不会出现拥塞状态。发往A和D数据的总速率为14kb/s，每个方向的数据速率为7kb/s，每条网络链路承担7kb/s。6.1流量和拥塞控制概论(14)4)λBA=(8+δ)kb/s(δ>0)，λCD=7C至D的路径有足够的容量，可以满足业务需求。存在的问题是:在无控网络中，B至A与C至D的分组需共享X节点的缓冲区容量。从方案2可知，B至A的业务请求会导致X节点缓冲区满。反过来，缓冲区满使主机C和主机B发出的分组到达X节点后被频繁丢弃。最后，使Y节点和Z节点也发生缓冲区满。6.1流量和拥塞控制概论(15)4)λBA=(8+δ)kb/s(δ>0)，λCD=0解决此方案拥塞问题可以选用下面三种方法:网络有足够的容量，X→A链路能适应B节点最大可能的业务量限制B节点最大的业务量为8kb/s在节点X为至D的业务保留一定数量的缓冲器。这样，无论B节点是否过载，都能保证来自C主机的分组具有进入X节点缓冲区的入口，这样，使分组得到公平的待遇。第6章内容概述6.1流量和拥塞控制概论6.2流量和拥塞控制技术6.3实际系统中的流量和拥塞控制算法
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