网络层的拥塞控制

拥塞控制

概述

拥塞: 当一个网络出现太多分组，导致网络性能急剧下降 

出现资源拥塞的条件：对资源需求的总和 > 可用资源

拥塞控制：采取措施，防止网络出现拥塞. 

有人想到了流量控制，他们有什么区别呢？

• 拥塞控制是一个全局性问题

• 所有主机和路由器
• 存储-转发处理过程
• 所有可能会削弱子网承载容量的其他因素

• 流量控制只涉及发送方和接收方之间的点到点流量

• 限制发送速率
• 接收方 向 发送方 发送反馈信息
• 滑动窗口 

思路

Open loop（开环方法） 试图采用良好的设计来解决问题，本质是从一开始就保证不会发生拥塞问题。 一旦网络运行起来，就不需要中途做修正。

Closed loop（闭环方法）      

基于返回环路：

Explicit feedback （显式反馈）

Implicit feedback（隐式反馈） 

方法

• Open loop（开环方法）

• Preventative（预防性的方法）
• 

• Closed loop（闭环方法）

• 
• Network Provisioning（网络供给）：网络升级/改造
• Traffic-aware routing（流量感知路由）：在计算路由的时候，把流量因素考虑进去。

• 链路权值会根据网络负载动态调整， 可以将网络流量引导到不同的链路上， 均衡网络负载。

• 绕开热门的区域，疏散流量
• 可能会出现摇摆不定的问题
• Internet路由协议一般不考虑流量负载因素 

• Admission Control（准入控制）：降低负载，在虚电路中控制新连接的建立。

• 用于虚电路网络
• 一旦出现拥塞，则不再创建任何虚电路.
• 当虚电路建立的时候，在主机和子网之间进行协商以达成一致的约定  

• 协商服务质量
• 预留资源

• 绕开有问题的区域建立新的虚电路 

• Traffic throtting（流量调整）

• 动态调整发送速度

• 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
• 监视系统：预警拥塞 将监视的信息反馈到能够采取缓解行动的地方

• 依据什么来判断是否可能出现拥塞？

• 链路平均利用率 路由器内缓存排队的数据包 丢弃的数据包数量 
• EWMA模型：计算指数加权平均数

• 

• The warning bit（设置警告位）

• 路由器 监视平均队列长度 当路由器处于警告状态时，在转发分组的头部设置二进制警告位
• 源主机  目标端将警告位送回源主机  源主机监视设置了包含警告位的分组比例 超过阈值，源主机减少发送 

• Choke packet（抑制分组）

• 当路由器处于警告状态时，向源主机发送抑制分组
• 源主机将减慢到相同目标端的分组传输速率 调整策略参数，按一定比例（比如50% ）减少发向特定目的地的流量 在一段时间间隔内，忽略所有指向同一目标的抑制分组
• 若在监听周期内没有收到抑制包，则增加负载
• 流量增减策略是：减少时，按比例减少，保证快速解除拥塞；增加时，以常量增加，防止很快导致拥塞。 
• 发生拥塞时，路由器选择哪个分组，向该分组源端发送抑制分组？

• 随机选择：发送方的速度越快，它的数据包排队在路由器队列中的数目就越多。

• Hop-by-hop choke packet（逐跳抑制分组）

• 抑制分组：只会影响到源主机，响应太慢
• 逐跳抑制分组：让经过的路由器减慢分组流

• 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 上游路由器要求有更多的缓冲区 

• 调整系统的运行以解决问题 

• Load shedding（负载丢弃） 

• 拥塞的时候丢弃一些分组来消除拥塞
• 路由器丢弃哪些分组呢?

• 葡萄酒策略 老的分组比新的分组更有价值 例如，文件传输
• 牛奶策略  新的分组比老的分组更有价值 例如，实时流媒体、直播视频
• 优先级：源主机标明哪些分组更重要

• 当一开始检测到可能出现拥塞的时候就采取措施，比等到拥塞严重影响工作之后再采取措施更有效 在实际耗尽所有的缓冲区空间之前就开始丢弃分组  在有些传输协议（包括TCP）中，针对分组丢失的响应措施是源主机减慢传输速度，这样可以减少拥塞