有线网络拥塞控制的研究.ppt

有线网络拥塞控制的研究 主讲人：李鹏 小组成员：李鹏，陈阳阳 引言 近二十年来，计算机网络经历了飞速的发展，使得信息的交流变得方便和快捷，然而由于网络数据流量的激增，拥塞问题随之而产生，且变得越来越严重，己经成为制约网络发展和应用的一个瓶颈，如何更好的预防和控制拥塞是近年来网络研究的热点问题之一 提纲 拥塞控制的概念 基于源端的拥塞控制策略 基于链路的拥塞控制策略 两者的比较 未来发展趋势 一、拥塞控制的基本知识 拥塞控制的概念 产生拥塞的原因 拥塞控制的作用 一般原理 网络拥塞的基本概念 在某段时间，若对网络中某资源的需求超过了该资源所能提供的可用部分，网络的性能就要变坏——产生拥塞(congestion)。 出现资源拥塞的条件 对资源需求的总和 可用资源 若网络中有许多资源同时产生拥塞，网络的性能就要明显变坏，整个网络的吞吐量将随输入负荷的增大而下降。 拥塞产生的原因 缓冲区容量有限 传输线路的频带有限 结点处理能力有限 由于网络中某部分刚发生故障 因特网是分散协作、规模巨大的动态统，仅仅简单地增加上述资源并不能完全解决网络拥塞问题，甚至可能使问题恶化，导致更严重的拥塞发生。因特网需要有合适的分布式拥塞控制算法，避免网络拥塞发生。 拥塞控制的一般原理 拥塞控制是很难设计的，因为它是一个动态的（而不是静态的）问题。 当前网络正朝着高速化的方向发展，这很容易出现缓存不够大而造成分组的丢失。但分组的丢失是网络发生拥塞的征兆而不是原因。 在许多情况下，甚至正是拥塞控制本身成为引起网络性能恶化甚至发生死锁的原因。这点应特别引起重视。 开环控制和闭环控制 开环控制方法就是在设计网络时事先将有关发生拥塞的因素考虑周到，力求网络在工作时不产生拥塞。 闭环控制是基于反馈环路的概念。属于闭环控制的有以下几种措施： 监测网络系统以便检测到拥塞在何时、何处发生。 将拥塞发生的信息传送到可采取行动的地方。 调整网络系统的运行以解决出现的问题。 目前网络中拥塞问题必须依靠TCP层端到端控制和IP层链路控制的共同作用才能有效的解决。 TCP层的拥塞控制起主要的、基础的作用。 二、基于源端的拥塞控制策略 基本概念 TCP拥塞控制的四个阶段 典型TCP拥塞控制算法分析比较 基本概念 发送端主机在确定发送报文的速率时，既要根据接收端接收能力，又要避免网络拥塞。 定义接收端窗口rwnd 和拥塞窗口cwnd 接收端窗口rwnd (receiver window) ：根据接收缓存大小所许诺的窗口值，是来自接收端的流量控制。 拥塞窗口cwnd (congestion window)：发送端根据网络拥塞程度而设置的窗口值，是来自发送端的流量控制。 基本概念 发送窗口的上限为rwnd 和cwnd 的最小值： 发送窗口的上限值= Min [rwnd, cwnd] 当rwnd cwnd 时，接收端的接收能力限制发送窗口。 当cwnd rwnd 时，则是网络拥塞限制发送窗口。 基本概念 “乘法减小”是指不论在慢开始阶段还是拥塞避免阶段，只要出现超时，就把慢开始门限值ssthresh减半，即设置为当前的拥塞窗口的一半。 “加法增大”是指执行拥塞避免算法后，使拥塞窗口缓慢增大，以防止网络过早出现拥塞。 以上两种算法合起来常称为AIMD算法（加法增大乘法减小）。 1慢启动阶段 当连接刚建立或超时时，进入慢启动阶段 原则：由小到大逐渐增大发送端的拥塞窗口cwnd，使向网络发送分组的速率更合理。 算法： 1、在主机刚开始发送报文段时将拥塞窗口cwnd 设置为一个最大报文段MSS 的数值。 2、每收到一个对新的报文段的确认后，将拥塞窗口增加至多一个MSS 的数值。 1慢启动阶段 1慢启动阶段 优点： 慢启动采用逐渐增大cwnd的方法，可以防止TCP在启动一个连接时向网络发送过多的数据包而造成不必要的数据丢失和网络拥塞 1慢启动阶段 为了防止cwnd的无限制增长引起网络拥塞，引入一个状态变量：慢启动阈值ssthresh 当cwndssthresh时，使用上述的慢启动算法，cwnd随RTT呈指数增长。 当cwndssthresh时，使用下面的拥塞避免算法，减缓cwnd的增长速度。 2拥塞避免阶段 当TCP源端发现超时或收到3个相同的ACK确认帧时，即认为网络将发生拥塞，此时进入拥塞避免阶段。 算法： 1、将慢启动阈值ssthresh设置为当前cwnd的一 半，即ssthresh=cwnd/2； 2、发生超时时置cwnd=1，在cwndssthresh条件下，TCP执行慢启动； 3、cwnd=ssthresh时，执行拥塞避免算法，cwnd每收到一个ACK确认时，只增加1个数据包，这