第5章計算機(jī)通信—包交換-資料下載頁
2025-07-20 12:11本頁面
【正文】 ，當(dāng)對資源的需求超過了可用資源時，擁塞就發(fā)生。 ? 設(shè)計問題：道路 (鏈路 )容量不匹配加重?fù)砣? ? 管理問題：資源分配的不合理，也會造成擁塞。 ? 網(wǎng)絡(luò)擁塞現(xiàn)象 ? 擁塞控制基本策略 開環(huán)控制 閉環(huán)控制 丟棄控制 網(wǎng)絡(luò)擁塞現(xiàn)象 ? 網(wǎng)絡(luò)擁塞主要發(fā)生在路由器或包交換機(jī)。 ? 當(dāng)包到達(dá)的速率接近或超過包處理和轉(zhuǎn)發(fā)的速率，就在路由器或交換機(jī)的緩沖區(qū)堆積而排起隊來。 ? 擁塞現(xiàn)象是包的傳輸時延變大。若無緩沖可用則包被丟棄，若引起超時重傳，擁塞加劇，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)吞吐量突然下降，稱為“擁塞崩潰 (congestion collapse)”。 網(wǎng)絡(luò)擁塞現(xiàn)象 —網(wǎng)絡(luò)擁塞對吞吐量的影響 網(wǎng)絡(luò)吞吐量是數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)的傳送速率 吞吐量 負(fù)載 無擁塞 輕微擁塞 嚴(yán)重?fù)砣? A B 擁塞對吞吐量的影響 網(wǎng)絡(luò)擁塞現(xiàn)象 —網(wǎng)絡(luò)擁塞對時延的影響 網(wǎng)絡(luò)無擁塞時，包只有傳播時延和交換時延，擁塞的網(wǎng)絡(luò)還有隊列時延，隊列愈長時延愈大。 時延 負(fù)載 擁塞對時延的影響 擁塞控制基本策略 —開環(huán)控制 ? 開環(huán)控制 (openloop control)基于資源預(yù)約和連接準(zhǔn)入控制 , 用于虛電路式包交換網(wǎng)。 ? 開環(huán)即事先協(xié)商通信流參數(shù)，協(xié)商后不管網(wǎng)絡(luò)是擁塞還是帶寬富裕，參數(shù)不能動態(tài)改變。在連接建立時申明數(shù)據(jù)速率峰值、數(shù)據(jù)速率平均值、最大吞吐容量等，請求被允許則連接建立，若資源不夠則拒絕連接請求。 擁塞控制基本策略 —開環(huán)控制的漏桶 (leaky bucket)算法 數(shù)據(jù)包 漏桶算法 擁塞控制基本策略 —開環(huán)控制的令牌桶(token bucket)算法 令牌 數(shù)據(jù)包 令牌桶算法 擁塞控制基本策略 —閉環(huán)控制 ? 閉環(huán)控制 (closedloop control)是一種動態(tài)控制系統(tǒng)，它包括反饋機(jī)制和控制機(jī)制。 ? 反饋機(jī)制 允許網(wǎng)絡(luò)把擁塞情況通知數(shù)據(jù)源。路由器 (或交換機(jī) )是監(jiān)控?fù)砣潭鹊淖詈脠鏊? ? 顯式反饋和隱式反饋 ... ? 控制機(jī)制 允許數(shù)據(jù)源調(diào)整給網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載。 ? 窗口控制和速率控制 擁塞控制基本策略 —丟棄控制 ? 當(dāng)路由器的資源 (如緩沖區(qū) )用完，或達(dá)到某閾值，就丟棄包或拒絕包流進(jìn)入。 ? 丟棄隊列尾 ：對可靠數(shù)據(jù)傳輸，應(yīng)丟棄最新的包，以避免更多的后退 N 重發(fā)。 ? 丟棄隊列頭 ：對容忍少量丟失的視頻數(shù)據(jù)，應(yīng)丟棄最老的，而保留最新的包。 ? 隨機(jī)丟棄 ：從隊列中按某概率選取一個包丟棄。 ? 優(yōu)先級丟棄 ：選隊列中優(yōu)先級最低的包丟棄。 ? 丟棄只能解決短期擁塞，控制數(shù)據(jù)源的發(fā)送才能解決長期擁塞。 擁塞控制基本策略 —擁塞控制和流量控制比較 擁塞控制： ? 解決路由器 (交換機(jī) )和鏈路資源的瓶頸 ? 是網(wǎng)絡(luò)社會的約束 ? n方是競爭的，擁塞控制有公平性問題 ? 網(wǎng)上結(jié)點應(yīng)遵循同樣的擁塞控制策略 流量控制： ? 解決目標(biāo)資源的瓶頸問題 ? 是源和目標(biāo)雙方約定 ? 兩方一般是合作的，公平性不是問題 ? 不同的連接可選擇不同的流量控制策略 擁塞控制的增 /減算法 Chiu和 Jain對閉環(huán)控制中源主機(jī)調(diào)整流量的增 /減算法的分析工作，基本的簡化假定： ? 網(wǎng)絡(luò)的反饋是二元信號 , 指示有、無擁塞； ? 共享網(wǎng)絡(luò)資源的所有用戶收到同樣的反饋，用戶根據(jù)這個反饋調(diào)整負(fù)載； ? 反饋和控制的循環(huán)對所有用戶是同步的。即所有用戶同時收到反饋，作出反應(yīng)，網(wǎng)絡(luò)又作出下一反饋，等等。 擁塞控制的增 /減算法 —模型 用戶 1 用戶 2 用戶 n ... ? ? xi(t) Xgoal? 網(wǎng)絡(luò) 反饋 Y(t) n個用戶共享網(wǎng)絡(luò)的模型 x1 xn 擁塞控制的增 /減算法 —模型 (續(xù) ) xi(t)：在時刻 t 用戶 i 給網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載。 ∑ xi(t)：總負(fù)載。 Xgoal：網(wǎng)絡(luò)容量 , 即最大允許負(fù)載。 Y(t)：網(wǎng)絡(luò)的反饋 , Y(t)=0無擁塞 , 用戶可增加負(fù)載；Y(t)=1有擁塞 , 用戶要減少負(fù)載。 線性增 /減：若 Y(t)=0， xi(t+1)= aI+ bI xi(t)； 若 Y(t)=1， xi(t+1)= aD+ bD xi(t)。 其中， aI 0， bI 1， aD0， bD1。 擁塞控制的增 /減算法 —線性增 /減控制 ? 乘增 /乘減： Y(t)=0， xi(t+1)=bI xi(t)； Y(t)=1， xi(t+1)=bD xi(t)。 ? 加增 /加減： Y(t)=0， xi(t+1)= aI+xi(t)； Y(t)=1， xi(t+1)= aD+xi(t)。 ? 加增 /乘減： Y(t)=0， xi(t+1)= aI+xi(t)； Y(t)=1， xi(t+1)= bD xi(t)。 ? 乘增 /加減： Y(t)=0， xi(t+1)= bI xi(t)； Y(t)=1， xi(t+1)= aD+ xi(t)。 擁塞控制的增 /減算法 —控制函數(shù)的選擇準(zhǔn)則 ? 有效性 ：用戶總負(fù)載接近網(wǎng)絡(luò)最大容量； ? 公平性 ：所有用戶平等地共享網(wǎng)絡(luò)資源。公平性度量函數(shù)： F(x)=(∑ xi)2/(n∑ xi2)。 給 k個用戶平等分配資源，則 F(x)=k/n；若 k=1, F(x)=1/n，是完全不公平的分配；若 k=n, F(x)=1，這是完全公平的分配。 ? 收斂性 ：算法使系統(tǒng)逐步達(dá)到公平和有效。 擁塞控制的增 /減算法 —加增 /乘減收斂到最優(yōu)點 在擁塞控制中，加增 /乘減 (AIMD) 算法是能收斂到公平、有效狀態(tài)的控制機(jī)制。 公平線 x 1 = x 2 x 2 x 1 A B C D E F 有效線 x 1 + x 2 = X goal
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