主動網絡技術下的擁塞控制算法研究

河南職業技術學院信息工程系 王曉燕 孫睿

主動網絡技術下的擁塞控制算法研究

河南職業技術學院信息工程系 王曉燕 孫睿

隨著網絡科技的不斷發展，網絡的擁塞情況也在不斷加重，如何解決擁塞，充分、高效地利用網絡資源，成為當今急需解決的問題。由于Internet上大多數業務使用的都是TCP協議，由此可見，主動網絡技術下的擁塞控制技術在控制擁塞方面有著非常重要的意義，本文將通過分析主動網絡的技術來研究擁塞控制算法。

主動網絡；擁塞控制算法；研究

由于網絡的不斷發展，信息的傳輸量也在不斷增大，網絡在組成方面的復雜度也在不斷加大，這樣就會使得網絡在發生擁塞現象方面的可能性得到提升。因此，為了防止出現網絡擁塞現象，TCP提出了一系列的擁塞控制機制。在網絡中，TCP處理掉了很多關于擁塞控制的工作，目前，在最標準的協議中提到了一些對于網絡擁塞的避免和控制的相關的計算法。當今世界上的網絡穩定性和可靠性都依賴于擁塞控制的相關控制。

如果用于通信的子網的負荷量比較小時，網絡的吞吐量會隨著網絡的負荷量的增加而成線性的狀態增加。當網絡的負荷量增加到某一個值的時候，如果網絡的吞吐量出現不是上升而是下降的現象時，這就是表示出現了網絡擁塞現象。當出現網絡擁塞的現象時，在這個網絡中，一些已經達到節點的相關分組將會出現沒有可用緩存區的現象，這樣就會間接地造成這些節點上的分組不得不使它的前一節的節點來進行信息重傳。如果，網絡的擁塞的現象比較嚴重，通信的子網中相當多的傳輸能力和節點緩沖器都用于這種重傳，這樣就會出現一種通信子網的有效吞吐量下降的現象。

以下四種方法為擁塞控制算法中的基本控制方法，包括慢開始、擁塞避免、快重傳和快恢復。

2.1 慢開始算法

在開始的時候，是由主機開始發送數據信息，如果在對網絡情況不了解的情況下并且使得這些數據的信息量比較大，就立即將這數據信息注入到自己的網絡中，那么就有可能會出現網絡擁塞的現象。所以，為了避免網絡擁塞現象的發生，降低網絡擁塞的發生率，對網絡的事先探測是比較好的一種可用的方法。可是采用由小開始發送窗口，使發送的窗口不斷增大，正常的情況下，在剛剛開始發送的時候，需要對擁塞的窗口事先設置一個最大的發送值，然后，在每次收到一個發送的窗口后，就將擁塞窗口增加一個數值，使用這樣的方法來逐步增大發送的擁塞窗口，每經過一個傳輸輪次，擁塞窗口就加倍。需要理解的是慢開始的“慢”并不是指的增長速率慢，而是指在TCP開始發送報文段時先設置1，使得發送方在開始時只發送一個報文段，然后再逐漸增大。那么使用這種方法需要注意的是為了避免由于發送的擁塞窗口過大而引起網絡擁塞的現象，需要設置一個關于慢開始門限狀態變量。

2.2 擁塞避免算法

將已有的擁塞窗口逐漸的由小變大，當每次經過一個來往時間的時候，就將發送一方的擁塞窗口增加一個1，需要注意的是增加一個數值1，而不是增加一倍，這樣的增加方法會使擁塞的窗口有一個增長的規律，即一個遵循的線性規律，這種方法和慢方法比較，會使得擁塞窗口的增長速率變慢。

不管是在哪個階段，如果發送方判斷了網絡中存在擁塞現象，那么就需要把慢開始階段的門限進行相應的設置，設置為當出現擁塞現象時發送方窗口值的一半，再把相應的擁塞窗口設置為1，再開始執行算法。這種方法需要注意的是避免擁塞現象并不能使網絡擁塞現象完全避開，使用這種方法想要完全避免擁塞現象的出現是不可能的。這種算法知識將擁塞的窗口按照一定的規律來發生變化，將網絡擁塞現象的出現率降低。

2.3 快重傳算法

快重傳算法的第一個要求便是要求消息的接收方在收到一個沒有順序的消息后就要立刻發出一個重復確認的消息，不要等到消息已經傳輸過去后再進行確認。

2.4 快恢復算法

如果接收方連續發送了三條重復確認的消息，并且發送方全部接收到，那么就需要開始執行一個乘法減小的計算法，再把慢開始階段的門限降低一半的值，這樣做的最為主要的目的就是降低網絡擁塞現象的發生率，需要注意的是由于在這個階段發送方在對網絡的情況進行判斷，因此在這個階段不需要去執行慢開始的算法，也就不需要去將擁塞窗口的值設置為1。這樣做的最主要的目的是降低三個分組對于網絡的消耗量，使網絡的資源用于接收的一方，用于緩存中。由此可見如果將擁塞的窗口適當的擴大一些就可以在一定條件下來避免網絡擁塞現象的發生。

隨著網絡的不斷發展，網絡中的數據處理的負載量會迅速增大，如果有效地利用網絡擁塞避免的方法，將會使得網絡的負載量大大降低，不但可以使得傳輸的速率增大，還可以使得資源的利用率增大。在目前的情況下，主動網絡技術下的擁塞控制算法在一定的條件下存在著一定的局限性，因此，對網絡擁塞控制的進一步研究具有非常重要的意義。

[1]查奇文,張武,曾學文.面向高速網絡的多核并行TCP擁塞控制算法[J].高技術通訊,2013年9期.

[2]田波,楊宜民,蔡述庭.基于半馬爾科夫決策過程的視頻傳輸擁塞控制算法[J].通信學報,2014年8期.

10.15989/j.cnki.hbnjzzs.2015.08.032

王曉燕，1977年2月出生，河南鄭州人，碩士，講師，研究方向：計算機應用技術，網絡技術，人工智能。