3.6 拥塞控制原理
计算机网络中的拥塞控制与流量管理
计算机网络中的拥塞控制与流量管理拥塞控制与流量管理是计算机网络中极为重要的概念之一。
在网络通信中，拥塞指的是当网络中的流量过大时，导致网络设备或链路无法有效处理或传输数据的情况。
拥塞可能会导致网络性能下降、延迟增加、丢包率增加等问题，因此拥塞控制与流量管理的目标是确保网络拥塞的发生率尽可能低，并最大限度地提供稳定、高效的网络传输。
本文将介绍拥塞控制与流量管理的基本原理、常见算法以及应用。
一、拥塞控制的基本原理拥塞控制的基本原理是在网络中跟踪和监测网络状态，当网络负载过高时采取一定策略来减少数据发送量，以避免拥塞的发生。
常见的拥塞控制方法包括：主动队列管理、拥塞避免、拥塞检测和拥塞回复等。
1. 主动队列管理主动队列管理是一种基于排队算法的拥塞控制方法。
其核心思想是在传输数据之前，对数据包进行排队操作，通过控制队列的大小，实现对网络流量的控制。
主动队列管理方法包括公平队列调度（Fair Queuing）、加权公平队列调度（Weighted Fair Queuing）等。
2. 拥塞避免拥塞避免是一种通过控制发送速率来避免拥塞发生的方法。
其中一个典型的算法是TCP的拥塞避免算法。
TCP拥塞避免算法根据网络吞吐量和往返时间来调整发送速率，以确保网络中没有过多的网络流量。
3. 拥塞检测和拥塞回复拥塞检测和拥塞回复是一种及时发现网络拥塞并采取相应措施的方法。
拥塞检测常用的指标包括传输延迟、丢包率等，一旦检测到拥塞发生，就会采取相应策略进行拥塞回复，如降低发送速率、重传丢失的数据包等。
二、常见的流量管理算法除了拥塞控制，流量管理也是保证网络性能和可靠性的关键因素。
流量管理包括流量分类、流量调度和流量资源分配等。
常见的流量管理算法有以下几种：1. 优先级流量管理优先级流量管理是根据数据包或流的优先级进行管理和调度。
通过给不同优先级的数据包和流分配不同的资源，保障高优先级数据的传输效果。
2. 公平队列调度公平队列调度是一种按照一定的公平原则，对网络中的数据包进行调度的方法。
计算机网络中的拥塞控制研究
计算机网络中的拥塞控制研究一、概述计算机网络中的拥塞控制研究，是指通过一系列的算法来保证网络中的数据传输在高负荷情况下不会出现拥塞现象，并且尽可能地保持良好的网络性能。
拥塞控制是网络中的一个重要问题，如果不进行有效的控制，就会导致网络性能下降，甚至会引发网络崩溃。
因此，拥塞控制一直是网络研究领域中的热点问题之一。
二、拥塞控制的基本原理拥塞控制的基本原理是通过对网络中的数据传输速率进行有效控制，使得网络传输中的数据量不会超出网络带宽的承受能力，从而保证网络的正常运转。
主要方法如下：1. 慢启动：在开始传输数据的时候，先设置一个较小的拥塞窗口，随着数据传输的成功和网络的反馈，再逐步增大拥塞窗口的大小。
2. 拥塞避免：在传输过程中，一旦发现网络开始出现拥塞的现象，就要立刻停止增大拥塞窗口的大小，而是以较慢的速度递增，以避免网络的拥塞现象进一步加剧。
3. 快速重传和快速恢复：当出现数据包丢失的现象时，不需要等待超时再进行重传，而是立即重传丢失的数据包，同时缩小拥塞窗口的大小。
三、拥塞控制的实现方法从实现角度来看，拥塞控制主要有以下几种方法：1. 基于容量的拥塞控制：通过监控网络带宽和拥塞窗口大小等因素，来判断网络是否出现拥塞现象，并控制数据的传输速度。
2. 基于延迟的拥塞控制：通过网络延迟数据包的 RTT 来判断网络的状况，并根据情况控制数据的传输速度。
3. 基于队列的拥塞控制：通过控制网络中的数据包队列长度来判断网络是否出现拥塞，并根据网络的反馈调整拥塞窗口的大小。
四、拥塞控制算法1. TCP Tahoe 算法：是最早的拥塞控制算法。
它主要通过超时重传机制来控制网络的拥塞状态，并且快速降低拥塞窗口的大小。
2. TCP Reno 算法：是将 Tahoe 算法进行改进，并且引入了快速重传和快速恢复机制。
它能够快速地恢复无故障的数据传输，并且有更好的网络性能。
3. TCP Vegas 算法：是一种基于延迟的拥塞控制算法。
拥塞控制的原理和作用
拥塞控制的原理和作用
拥塞控制是一种网络流量管理技术，其主要目的是确保网络中的数据流量不会超过网络的容量，从而防止网络拥塞。
拥塞发生时，网络中的数据包会丢失或延迟，这可能会导致连接中断或网络性能下降。
拥塞控制的基本原理是：在网络中发送数据包时，发送方会监测网络中数据包的传输情况，并根据反馈信息动态调整数据包的发送速率，以确保网络中的数据包不会超过网络的容量。
当网络中发生拥塞时，发送方会降低数据包的发送速率，以减少网络负载，从而避免拥塞的发生。
拥塞控制的作用是确保网络中的数据流量不会超过网络的容量，从而提高网络的可靠性和性能。
拥塞控制可以避免数据包丢失和延迟，从而提高网络的吞吐量和响应速度。
此外，拥塞控制还可以提高网络的公平性，确保不同用户和应用程序之间的数据传输公平。
第十七讲 网络层之三：拥塞控制算法
C S=
M-
当C = 250K；M = 25MBps； = 2MBps； S = 250K/230000K 10.8ms
在S秒内以25MBps的速率发送一部分； 其余的只能以2MBps的速率发送；
1.数据链路层 •重传策略 •乱序缓存策略 •确认策略 •流量控制策略
回退N算法比选择重传算 法对网络负载的影响更大
缓存乱序包比丢弃对 网络负载的影响小
“捎带”减少立即确 认带来的额外负载
网络层窗口的大小 可影响数据传输率
2.网络层
•虚电路与数据报的拥塞控制算法不同
•包队列和服务策略
一个输入队列、一个输出队列 排队规则(先来先到或优先级)
反馈拥塞信息
丢弃包的比例； 平均队列长度； 超时和重发包的数量； 平均包延迟；
检测到拥塞的路由器向源端发警告包 通过设置包中某位或某字段来通知它的邻接节点 主机和路由器定期发送探测包显式询问拥塞状况
调整系统操作减少拥塞
增加资源
降低负载
三. 拥塞控制的预防策略
在不同层次使用适当的策略使发 生拥塞的可能性降至最低。
将主机用户进程输出 的不规则包流转换为 输入网络的均速包流
接口包含 一个漏桶
Q：包大小可变怎么办？ 以字节计数
network
无规律 的包流
漏桶中 装包
有规律 的包流
•字节计数漏桶算法
每节拍初始时，计数器为n； 如队列第一个包的字节数<当前计数器的值
则将其发送并修改计数器的值 如果队列第一个包的字节数>当前计数器的值
则停止传输，等待下一节拍的开始。
计算机网络中的流量控制与拥塞控制
计算机网络中的流量控制与拥塞控制计算机网络中的流量控制与拥塞控制是保证数据传输可靠性和网络性能的重要机制。
本文将从流量控制和拥塞控制的概念、原理、常见算法等方面进行论述，以帮助读者更好地理解和应用这些技术。
一、流量控制在计算机网络中，流量控制是为了防止发送方发送的数据速度过快，超过接收方处理能力而导致的数据丢失或网络拥塞的问题。
流量控制通过协商发送方和接收方之间的数据传输速率，确保数据能够在可接受的范围内进行传输。
1.1 滑动窗口协议滑动窗口协议是一种常见的流量控制机制，它通过设置发送方和接收方的窗口大小来控制数据流量。
发送方根据接收方发送的确认信息调整发送速率，并根据窗口大小决定发送的数据量。
接收方通过发送确认信息告知发送方已经成功接收了数据，以控制发送方的发送速率。
1.2 停等协议停等协议是一种简单的流量控制协议，它要求发送方发送一批数据后等待接收方的确认信息，只有收到确认信息后才能发送下一批数据。
停等协议能够有效防止数据丢失，但是发送方在等待确认的过程中会出现发送速率过慢的情况，降低了网络的传输效率。
二、拥塞控制拥塞控制是为了防止网络中的过量数据传输导致网络拥塞而采取的一系列策略和措施。
拥塞控制主要通过监测网络负载、调整数据发送速率和减少数据传输量等手段来保持网络的可用性和性能。
2.1 慢启动慢启动是一种常见的拥塞控制算法，它根据网络的拥塞程度来动态调整发送方的发送速率。
在开始发送数据时，发送方会以较低的速率开始发送，随着确认信息的返回，发送方会逐渐增加发送速率，直到网络出现拥塞，然后根据网络反馈信息调整发送速率。
2.2 拥塞避免拥塞避免是一种在网络中避免拥塞的策略。
在慢启动阶段结束后，发送方会进入拥塞避免阶段，以较慢的速率递增发送速率，避免造成网络的拥塞。
拥塞避免通过动态调整拥塞窗口大小来控制发送速率，以保持网络的稳定性。
2.3 拥塞检测拥塞检测是一种通过监测网络中的丢包情况来判断网络是否发生拥塞的方法。
网络优化中的网络拥塞控制技术
网络优化中的网络拥塞控制技术网络拥塞是指在网络中出现大量的数据流量超过网络的处理能力，导致网络性能下降的情况。
在大数据时代，网络拥塞成为了一种常见的问题，而网络拥塞控制技术则是解决这个问题的关键。
本文将介绍网络优化中常用的网络拥塞控制技术及其工作原理、优缺点以及应用场景。
一、拥塞控制技术概述网络拥塞控制技术是通过一系列的算法、机制和策略来监测、检测和调整网络流量，以防止网络过载和拥塞的发生。
在网络流量超过网络容量时，拥塞控制技术能够根据网络的负载情况来适应性地调整数据传输速率，从而保证网络的稳定性和性能。
二、网络拥塞控制技术的工作原理1. 流量控制流量控制是网络拥塞控制的基础，通过发送端和接收端之间的信令交互来控制数据的发送速率，以保持网络的稳定性。
常见的流量控制机制包括滑动窗口协议和拥塞窗口控制等。
滑动窗口协议通过动态调整发送窗口大小来控制发送速率，而拥塞窗口控制机制则通过监听网络拥塞信号动态调整窗口大小，使数据传输速率与网络拥塞程度相匹配。
2. 拥塞检测拥塞检测主要是对网络链路和节点进行监测，以及判断网络是否发生拥塞。
拥塞检测可以通过测量网络的丢包率、延迟和带宽利用率等指标来判断网络的拥塞程度。
常用的拥塞检测算法有基于丢包率的RED（Random Early Detection）算法和基于延迟的RTO（Round Trip Time）算法等。
3. 拥塞避免拥塞避免是在拥塞检测的基础上，通过一定的算法和策略来调整数据发送速率，以避免网络发生拥塞。
常见的拥塞避免算法有TCP的慢启动和拥塞避免机制。
慢启动通过以指数递增的速率逐渐增加发送窗口大小，以控制数据的发送速率；拥塞避免机制则通过线性递增的速率增加发送窗口大小，以更加平滑地控制数据的发送速率。
三、网络拥塞控制技术的优缺点1. 优点（1）提高网络稳定性：网络拥塞控制技术可以根据网络情况动态调整数据传输速率，保持网络的稳定性，避免由于网络拥塞导致的数据丢失和延迟等问题。
拥塞控制原理
拥塞控制原理
拥塞控制是一种网络流量控制的机制，通过调整数据流的发送速率和接收速率，以防止网络拥塞的发生。
拥塞控制的原理可以总结为以下几个方面：
1. 基于反馈的控制：拥塞控制的基本原理是依靠网络反馈信息来监测网络状态并做出相应的调整。
发送方从接收方接收到的ACK信号和RTT（Round Trip Time）信息来判断网络的拥塞程度，然后根据这些信息动态调整发送速率。
2. 慢启动与拥塞避免：拥塞控制最初使用的是慢启动算法，即发送方初始以较低的速率发送数据，然后根据网络反馈信息逐渐增加发送速率，直到网络发生拥塞为止。
一旦发生拥塞，发送方会根据相应的拥塞避免算法进行速率的调整，以避免进一步的拥塞。
3. 拥塞信号：当网络发生拥塞时，路由器或其他网络设备会发送拥塞信号给发送方，告知网络的状态。
这些拥塞信号包括丢包、延时增加等。
发送方根据接收到的拥塞信号做出相应的调整，如减小发送速率或进行重新路由。
4. 基于窗口的流量控制：拥塞控制还可以通过窗口大小的调整来控制数据流量。
发送方根据网络反馈信息动态调整发送窗口的大小，以适应网络的拥塞程度。
较小的窗口可以减少网络中的数据量，以降低拥塞的可能性，而较大的窗口可以提高数据的传输效率。
通过以上原理和机制，拥塞控制可以有效地控制网络的流量，防止网络拥塞的发生，并提高网络的吞吐量和稳定性。
拥塞控制的一般原理
拥塞控制的一般原理拥塞控制是指在计算机网络中对网络流量进行管理和控制，以保证网络的正常运行和数据传输的稳定性。
在今天的互联网时代，拥塞控制变得尤为重要，因为随着网络用户和数据量的不断增加，网络拥塞的问题也越来越突出。
本文将介绍拥塞控制的一般原理，以及常见的拥塞控制算法。
一、拥塞控制的原理拥塞控制的目标是通过合理管理网络流量，避免网络拥塞的发生，保证网络的性能和吞吐量。
拥塞控制的核心原理包括以下几点：1. 检测拥塞：当网络中的数据流量超过网络的容量时，就会发生拥塞。
拥塞控制需要能够及时检测到网络拥塞的开始和结束。
2. 反馈机制：一旦检测到网络发生拥塞，拥塞控制需要通过反馈机制通知数据发送方降低发送速率，以减少网络流量。
反馈机制可以通过丢包、延迟等方式实现。
3. 动态调整：拥塞控制需要具备自适应的能力，在网络拥塞程度不同的情况下，能够动态调整发送速率，以适应网络的变化。
二、拥塞控制算法1. TCP拥塞控制算法TCP（Transmission Control Protocol）是一种常用的传输层协议，其拥塞控制算法被广泛应用于互联网中。
TCP的拥塞控制算法主要包括慢启动、拥塞避免、快速重传和快速恢复等。
- 慢启动：在连接建立之初，TCP发送方将初始窗口设为一个较小的数值，然后逐渐增加窗口的大小。
通过不断试探网络的容量，避免一开始就发送大量数据导致网络拥塞。
- 拥塞避免：当网络发生拥塞时，TCP发送方将发送速率进行调整，以减少数据的发送，通过线性增加发送速率，使网络逐渐恢复正常。
- 快速重传：当TCP发送方连续收到三个重复的确认信息时，即表示网络发生拥塞。
TCP发送方立即重传可能丢失的数据报，以便尽快恢复传输。
- 快速恢复：在快速重传之后，TCP发送方将进入快速恢复状态，将拥塞窗口减半，并继续线性增加发送速率。
2. UDP拥塞控制算法与TCP不同，UDP（User Datagram Protocol）是一种无连接的传输层协议，不提供拥塞控制机制。
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【自学笔记】
3.6拥塞控制原理
1 拥塞原因与开销
情况1:两个发送方和一个具有无穷大缓存的路由器
拥塞网络的一种开销，即当分组到达速率接近链路容量时，分组将经历较长的排队时延。
情况2:两个发送方和一个具有有限缓存的路由器
拥塞网络的另外一种开销，即发送方必须执行重传以补偿因为缓存溢出而丢弃(丢失)的分组。
发送方在遇到大时延时所进行的不必要重传，导致路由器需要利用其链路带宽来转发不必要的分组。
情况3:四个发送方、具有有限缓存的多台路由器和多跳路径
拥塞的另一种开梢，即当一个分组沿一条路径被丢弃时每个上游路由器用于转发该分组而使用的传输容量最终被浪费掉了。
2拥塞控制方法
实际中所采用的两种主要拥塞控制方法，可根据网络层是否为传输层拥塞控制提供了帮助来区分。
·端到端拥塞控制。
在端到端拥塞控制方法中，网络层没有为传输层拥塞控制提供显式支持。
即使在网络中存在拥塞，端系统也必须通过对网络行为的观察(如分组丢失与时延) 来推断拥塞的发生。
TCP必须通过端到端的方法处理拥塞控制，因为lP层不会向端系统提供有关网络拥塞的反馈信息。
TCP报文段的丢失(通过超时或3次冗余确认而得知)被认为是网络拥塞的一个迹象，TCP会相应地减小其发送窗口长度。
•网络辅助的拥塞控制。
在网络辅助的拥塞控制中，网络层设备件(即路由器)向发送方提供关于网络中拥塞状态的显式反馈信息。
这种反馈可以通过数据报中的某个字段来指示链路中的拥塞情况。
这种方法在早期的IBM SNA和ATM等体系结构中采用。
对于网络辅助的拥塞控制，拥塞信息从网络反馈到发送方通常有两种方式，直接反馈信息可以由网络路由器发给发送方。
另一种形式是，路由器标记或更新从发送方流向接收方的分组中的某个字段来指示拥塞的产生(可以理解为对经过一个拥塞路由器的数据报做记号)。
一旦接收方收到这个有拥塞标记的分组，就会通知发送方网络发生了拥塞。