IP網絡中的擁塞控制分析

劉 祎

（中國電子科技集團公司第五十四研究所，石家莊 050081）

1 引言

IP網絡的特點在于，能夠對不同地域條件的數據通信終端設備信息有序連接，促進資源共享得以實現，并且集中化的處理方式下，信息處理更具時效性。對于互聯網來說，網絡擁塞問題的出現，會在一定程度上對網絡發展形成制約，為更好的提高網絡資源利用率，降低網絡丟包率，就必須要做好IP網絡中的擁塞控制工作，這也是近年來網絡研究中的重要問題。

2 IP網絡中的擁塞控制及其研究意義

所謂擁塞控制，就是針對數據流量進入網絡的情況加以控制，以免用戶發送數據流量過大而造成通信網絡阻塞，旨在提高網絡資源利用率。在IP網絡中，擁塞控制的實施以網絡協議各層次為平臺，在距離因素的作用下，一旦出現擁塞問題，數據鏈路層能夠在短時間內做出反應，以便對短期擁塞現象進行控制，實際上，數據鏈路層的能力也僅限于此。控制機制的目標往往受到網絡層次的影響而存在差異化特征，當IP網絡內擁塞時間較長的情況下，對控制層次的要求也比較高。IP網絡中擁塞控制主要在網絡層與傳輸層來實現。

一般情況下，擁塞控制在每次單獨通信中的應用是相對獨立的，但由于不同通信過程之間存在交互作用，這就使得擁塞控制在某個特定節點下對緩存與帶寬等資源實現共享。擁塞控制機制具有一定獨特性，兼顧通信QoS的滿足，并保證公平分配資源，從而提高擁塞控制的整體效果。在IP網絡環境下，擁塞控制屬于一種持續過載的網絡狀態，IP網絡固有容量已經無法滿足用戶對網絡資源的多樣化需求，包括鏈路帶寬、存儲空間等，實際上可以將IP網絡擁塞的發生看作是一種固有屬性。在IP網絡環境下，擁塞的發生明顯提高了分組丟失率，端與端之間時延加大，極易造成系統崩潰。當IP網絡出現擁塞時，即便是微小的負載量都會給整個網絡造成巨大影響，降低IP網絡的有效吞吐量。為促進IP網絡資源的高效利用，最佳方式是將IP網絡控制位輕度擁塞狀態，形成一種有效的擁塞控制機制來控制擁塞，以免其滑向擁塞崩潰，從而維護IP網絡系統的良性運行。

3 IP網絡中的擁塞控制機制與方法

（1）TCP流量控制。TCP流量控制的實現，為Internet的正常運行提供了穩定基礎，大部分數據流都是依靠TCP協議來實現的，因而IP網絡的擁塞控制的實現，應做好TCP流量控制工作。在IP網絡內部，可將TCP流量控制看作是擁塞控制的技術實現途徑之一，TCP流量控制算法也分為幾個不同版本，就TCP Tahoe來看，其主要由慢啟動、擁塞避免和快速重傳三個部分組成，其中，在分組丟失的判斷方面，當出現重復的確認分組后，快速重傳能夠開展有效判斷，促進分組傳輸速率的改善，以便對擁塞進行有效控制。就TCP Vegas來看，其實現了多項技術的融合，建立了新的重傳觸發機制，以重復ACK對超時判定規程進行啟動，便于在第一時間對擁塞進行檢測，于慢啟動階段控制窗口大小，合理控制分組丟失，能夠對TCP中RTT時間變化進行準確觀測，對擁塞窗口進行適度調節，從而對網絡帶寬使用情況進行預測，以提高網絡運行效率。

（2）端到端擁塞控制機制。TCP流量控制是基于分組守恒定理及窗口管理算法所實現的，當多個目標發生沖突時，其能夠實現平衡與協調，促進終端系統的有序分配，相似用戶所獲得的網絡資源具有基本相等的特性。端到端擁塞控制技術的對分組丟失進行響應的過程中，其主要依靠緩慢的速率調節算法來實現。一般情況下，如果擁塞控制機制在大時間尺度（幾個RTT時間）上的平均吞吐量與TCP連接在可用帶寬不變條件下保持基本相等，就認為該機制是“TCP兼容”的。TFRC與一般的擁塞控制機制有所不同，它不是對每一個分組丟失事件都產生響應，而是響應固定間隔時間上測得的分組丟失率。為了保持TCP兼容性，TFRC將速率的控制律定義為丟失率和往返時間的函數。TEAR算得上是TCP的變種算法，以接收者為主體，對TCP擁塞窗口的計算主要是通過指數加權滑動平均算法來實現的，最終獲得發送速率，其特征在于具有TCP兼容性。

4 結束語

通過以上研究可知，IP網絡運行環境相對復雜，而擁塞問題的出現，勢必會嚴重影響網絡的整體發展，因此在IP網絡運行的過程中，必須要客觀分析擁塞的實際情況，并采取科學的技術措施對擁塞加以控制，以改善IP網絡運行狀態，滿足網絡用戶對信息資源的多樣化需求，從而推進IP網絡的穩定運行。

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