IP網(wǎng)絡(luò)流量控制技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展

王志安

摘 要：本文以IP網(wǎng)絡(luò)為例，研究了網(wǎng)絡(luò)流量控制技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，力求為提升網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量做出貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：IP網(wǎng)絡(luò)；網(wǎng)絡(luò)流量控制；應(yīng)用；發(fā)展

1 IP網(wǎng)絡(luò)流量控制技術(shù)的應(yīng)用

IP網(wǎng)絡(luò)流量控制對(duì)寬帶的有效利用起到了重要作用。有效的流量控制，一方面是互聯(lián)網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要保證，一方面又是各種QoS技術(shù)實(shí)際應(yīng)用的前提條件，因此，研究有效的IP網(wǎng)絡(luò)流量控制技術(shù)具有重大意義。

首先，我們需要了解當(dāng)今主流的流量控制技術(shù)。

1.1 IP網(wǎng)絡(luò)的流量控制方法

IP網(wǎng)絡(luò)流量的具體控制方法有很多，具體可以分文宏層和微層控制兩種類型。前者主要通過(guò)控制全網(wǎng)的資源利用率來(lái)提升整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的效率；后者主要作用于數(shù)據(jù)流層，通過(guò)阻塞控制、隊(duì)列管理等技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的控制。宏層控制由于涉及面太過(guò)龐大，已超出了本文的討論范疇，故本文將微層控制列為重點(diǎn)研究對(duì)象。

常見的微層流量控制對(duì)象是數(shù)據(jù)包，可分為調(diào)度、丟棄和阻止等方式。數(shù)據(jù)包調(diào)度賦予子節(jié)點(diǎn)控制數(shù)據(jù)包傳輸速度的權(quán)利，以此來(lái)進(jìn)行流量控制，有代表意義的就是基于路由器的隊(duì)列調(diào)度；數(shù)據(jù)包丟棄通過(guò)丟棄部分流量，來(lái)清除嚴(yán)重阻塞，保證網(wǎng)絡(luò)暢通；數(shù)據(jù)包阻止，主要作用在進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)后將被丟棄的部分?jǐn)?shù)據(jù)包上，也是有效的流量控制方法。

控制流量的具體方法還有很多，值得探究的地方也數(shù)不勝數(shù)，本文將從其中的兩個(gè)方面入手，具體闡述IP網(wǎng)絡(luò)流量控制技術(shù)的應(yīng)用。這兩個(gè)方面分別為隊(duì)列管理策略和阻塞控制策略。

1.2 IP網(wǎng)絡(luò)流量控制技術(shù)的應(yīng)用

⑴隊(duì)列管理策略的應(yīng)用。數(shù)據(jù)包的調(diào)度主要通過(guò)隊(duì)列管理來(lái)實(shí)現(xiàn)，傳統(tǒng)的IP路由器主要采用FCFS，即先來(lái)先服務(wù)的策略，按此策略，路由器在緩沖滿了以后，將丟棄之后到達(dá)的IP分組，即“丟尾”。該方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但無(wú)法顧及數(shù)據(jù)包的重要程度，也無(wú)法正常應(yīng)對(duì)惡意數(shù)據(jù)流，經(jīng)過(guò)改進(jìn)，一種按照數(shù)據(jù)包的優(yōu)先級(jí)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)包調(diào)度的策略應(yīng)運(yùn)而生，這就是優(yōu)先級(jí)排隊(duì)調(diào)度策略。在該策略下，路由器優(yōu)先服務(wù)于最高級(jí)別的數(shù)據(jù)包，從而可以保證重要數(shù)據(jù)的傳輸率，并以此應(yīng)對(duì)惡意流。

以優(yōu)先級(jí)排隊(duì)調(diào)度為例，數(shù)據(jù)包到達(dá)IP路由器后，根據(jù)優(yōu)先級(jí)別，被送入不同的隊(duì)列，進(jìn)而根據(jù)不同的調(diào)度算法接受處理。在此策略下，高低優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)包所經(jīng)受的延遲各不相同，其中，高優(yōu)先級(jí)的延遲為：

其中μ為服務(wù)率，λ為到達(dá)率，ρ1為高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)包的到達(dá)率與服務(wù)率的比值，ρ為所有數(shù)據(jù)包的相關(guān)比值。

通過(guò)實(shí)際對(duì)比可以看出，在此策略下，數(shù)據(jù)包的傳輸性能排行是高優(yōu)先級(jí)>無(wú)優(yōu)先級(jí)>低優(yōu)先級(jí)。雖然該方法尚存在一些缺點(diǎn)，但以此為起點(diǎn)的各種改進(jìn)方法已使得優(yōu)先級(jí)排隊(duì)策略越來(lái)越合理，越來(lái)越值得應(yīng)用，其中比較有意義的就是強(qiáng)占優(yōu)先排隊(duì)模型。

⑵阻塞控制策略的應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)阻塞嚴(yán)重影響著網(wǎng)絡(luò)QoS，是需要控制的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。造成網(wǎng)絡(luò)堵塞的原因多種多樣，歸根結(jié)底還是在于網(wǎng)絡(luò)負(fù)載大于網(wǎng)絡(luò)處理能力。網(wǎng)絡(luò)中一旦發(fā)生阻塞，將嚴(yán)重滯后數(shù)據(jù)的傳播速度，使網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量大幅降低，甚至?xí)苯訉?dǎo)致網(wǎng)絡(luò)大面積崩潰。其控制方法一般可分為開環(huán)和閉環(huán)兩種。開環(huán)控制需要設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)之初就考慮到任何可能造成阻塞的情形，事先就解決這些問(wèn)題；閉環(huán)控制則需要實(shí)時(shí)接受反饋，依據(jù)特定算法推測(cè)阻塞狀況，調(diào)整數(shù)據(jù)包發(fā)送速率，以達(dá)到阻塞控制的目的。目前被廣泛應(yīng)用的阻塞控制策略主要還是數(shù)據(jù)包的丟棄和阻止，不過(guò)本文將著重探討另一種策略：漏水桶模型。

漏水桶模型，是一個(gè)比較成功的阻塞控制策略，實(shí)際應(yīng)用于IBM開發(fā)的PARIS網(wǎng)絡(luò)中。該方案通過(guò)控制數(shù)據(jù)脈沖來(lái)達(dá)到阻塞控制的目的，無(wú)法保證數(shù)據(jù)包的延遲上限，也存在緩存溢出的問(wèn)題，但其數(shù)據(jù)包的平均延遲可控，有利于阻塞的控制。其數(shù)據(jù)包的平均延遲為：

其中λ表示數(shù)據(jù)包以速率為λ的泊松過(guò)程到達(dá)節(jié)點(diǎn)，1/μ為在進(jìn)入率為r時(shí)傳輸一條消息的平均時(shí)間，C為允許進(jìn)入量能夠被累計(jì)下來(lái)的時(shí)間。

2 IP網(wǎng)絡(luò)流量控制技術(shù)的前景展望

由于筆者時(shí)間與精力有限，本文只著重對(duì)IP網(wǎng)絡(luò)流量控制技術(shù)中的隊(duì)列管理策略以及阻塞控制策略進(jìn)行了一些淺顯的研究，留給廣大科研工作者的專業(yè)問(wèn)題還有很多。

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，處理隊(duì)列管理和阻塞控制，研究排隊(duì)模型已成為現(xiàn)代通信學(xué)科中的一個(gè)重要課題，一時(shí)間優(yōu)秀的文獻(xiàn)層出不窮，對(duì)舊理論、舊方法的考驗(yàn)越來(lái)越重，迫切需要我們深入研究、努力探討，得出更符合實(shí)際的排隊(duì)模型。

3 結(jié)束語(yǔ)

互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)已逐漸發(fā)展為承載業(yè)務(wù)多、服務(wù)范圍廣、用戶群體雜的全球性信息傳輸平臺(tái)。然而現(xiàn)今的互聯(lián)網(wǎng)依舊以IP技術(shù)為基礎(chǔ)，受到IP協(xié)議本身缺陷的影響，無(wú)法提供有效的QoS保障，難以有效監(jiān)管網(wǎng)絡(luò)資源。在這種大背景下，流量控制技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。該技術(shù)通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量進(jìn)行分類、調(diào)整等手段來(lái)保證關(guān)鍵服務(wù)，避免網(wǎng)絡(luò)堵塞，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的最大化利用，是一門需要我們投入大量研究精力的重要學(xué)科，其關(guān)鍵技術(shù)尚不成熟，依舊需要我們?yōu)橹冻龇e極努力。

[參考文獻(xiàn)]

[1]王超，趙文杰.IP骨干網(wǎng)絡(luò)流量控制系統(tǒng)分析及方案部署[J].山東科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2009（2）.