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拥塞控制算法第1页，共40页，星期日，2025年，2月5日一、拥塞控制拥塞现象拥塞现象是指到达通信子网中某一部分的分组数量过多,使得该部分网络来不及处理,以致引起这部分乃至整个网络性能下降的现象,严重时甚至会导致网络通信业务陷入停顿。网络吞吐量吞吐量是指在没有帧丢失的情况下，设备能够接受的最大速率。网络的吞吐量与通信子网负荷(即通信子网中正在传输的分组数)有着密切的关系。第2页，共40页，星期日，2025年，2月5日拥塞现象的产生当通信子网负荷比较小时,网络的吞吐量随网络负荷的增加而线性增加。当网络负荷增加到某一值后,若网络吞吐量反而下降,则表征网络中出现了拥塞现象。在一个出现拥塞现象的网络中,到达某个节点的分组将会遇到无缓冲区可用的情况,从而使这些分组不得不由前一节点重传,或者需要由源节点或源端系统重传。当拥塞比较严重时,通信子网中相当多的传输能力和节点缓冲器都用于这种无谓的重传,从而使通信子网的有效吞吐量下降。第3页，共40页，星期日，2025年，2月5日拥塞与死锁提供的负载吞吐量理想的拥塞控制拥塞死锁（吞吐量=0）无拥塞控制实际的拥塞控制轻度拥塞0(单位时间内输入给网络的分组数目)(单位时间内从网络输出的分组数目)第4页，共40页，星期日，2025年，2月5日区别流量控制只在一对给定的发送方和接收方之间，控制发送方不以超过接收方处理能力的速率发送数据。拥塞控制是一个全局性的过程，涉及到网络中所有的主机、所有的路由器，以及与降低网络传输性能有关的所有因素。联系流量控制限制了进入网络中的信息总量，可以在一定程度上减缓拥塞的作用。拥塞控制与流量控制区别联系第5页，共40页，星期日，2025年，2月5日拥塞控制策略策略一：开环控制方法。重在预防，希望通过完美的设计来避免拥塞的发生需精心设计网络的各个环节，尽可能减少不必要的数据重传和避免数据过分集中在某个局部，同时还要严格控制进入子网的数据量以及数据流入的速度。策略二：闭环控制方法。重在解决，在拥塞发生后设法控制和缓解拥塞。需监视拥塞的发生，网络中要定期收集一些性能参数，一旦参数值超过一定的门限，检测到拥塞的结点立即通知有关结点，以便采取措施。第6页，共40页，星期日，2025年，2月5日通信量整形目标：迫使分组按照预定的速率进入网中漏桶算法基本思想：在主机和网络之间接入一个“漏桶”。无论主机以多大的速率发送分组，“漏桶”中的分组总是以恒定的速率注入网中。如果主机发送过快，当“漏桶”满了之后，多余的分组即被丢弃。优点：无论数据量有多大，数据总是以平均速率发送。缺点：漏桶满后数据会丢失。第7页，共40页，星期日，2025年，2月5日漏桶模型说明绿色-未整形的流量紫色-整形后的流量红色-丢失的分组第8页，共40页，星期日，2025年，2月5日漏桶的本质就是一个固定长度的分组队列，主机发送的每一个分组都加入到队列中排队，如果队列满则分组被丢弃，同时队列按照约定的速率向网络发送分组。两种情况：分组长度固定让队列每隔一个固定的时间发送一个分组。分组长度可变规定队列每次可以发送的最大字节数。第9页，共40页，星期日，2025年，2月5日令牌桶算法漏桶算法的缺点：数据总以平均速率发送，突发数据到来时不能较快给予响应，有时还会丢失数据。希望能改进于是有令牌桶算法，特点：令牌桶中装的不是分组而是令牌。桶中每隔Δt时间产生出一个令牌，当桶装满后，随后产生的令牌就被丢弃。分组在桶外的缓冲区中等待发送，桶中有多少个令牌就允许发送多少个分组。(也可以规定：一个令牌表示允许发送k个字节)每个令牌用后即销毁，当桶中没有令牌时必须停止发送。第10页，共40页，星期日，2025年，2月5日令牌桶模型说明绿色-未整形的流量紫色-整形后的流量红色-桶内令牌黄色-丢失的令牌特点允许主机在空闲时积累令牌，空闲时间越长令牌积累就越多，当有突发数据到来时，一次允许发送的数据量就大，可以较快地响应突发输入。另外，当令牌桶装满时，丢弃令牌而不丢弃分组，因而不会造成数据丢失第11页，共40页，星期日，2025年，2月5日令牌桶算法算法实现如一个令牌表示允许发送一个分组，令牌桶实际上就是一个令牌计数器。如一个令牌表示允许发送k个字节，令牌桶实际上就是一个字节计数器。优点：丢弃令牌，但不会造成数据的丢失缺点：有时突发数据量仍较大改进措施：