IP拥塞控制讲座

1.概述 2.被动式队列管理 3.主动式队列管理 4.随机早期检测算法 5.IP拥塞控制算法研究热点 6.拥塞控制算法的研究难点

1.概述TCP端到端的拥塞控制机制是确保Internet 鲁棒性的重要因素。 在发生拥塞时，TCP源端会降低发送数据 的速度，从而使得大量的TCP连接能够共 享一条拥塞的链路。 该机制的有效性依赖于一个基本的假设： 所有(或者几乎所有)的流都采用了拥塞 控制机制。

1.1

Internet上的数据流

从有无有效拥塞控制机制的角度可以分为三类：

(1)TCP流； (2)非适应流 。没有采用拥塞控制机制因 而不能对拥塞做出反应 ； (3)适应流但非TCP友好流。例如，用户 修改TCP ,改变窗口算法。

1.2

IP 拥塞控制任务

(1)能有效地检测早期拥塞。路由器能实 时监控队列的长度。 (2)维持较小的队列长度，降低排队延迟， 提高吞吐量，还能保持较大的队列空间来 吸收突发数据包。 (3)选择哪个流发出拥塞通知。 (4)各流分配带宽的公平性。 (5)实现区分服务。

2. 被动式队列管理2.1 队列管理与队列调度 2.2 队列管理的“去尾”算法

2.3 “去尾”算法的缺点2.4 其它被动队列管理算法

2.1 队列管理与队列调度路由器是基于包交换的设备，必须在端口上 维护一个或多个队列，否则路由器无法处理多 个数据包同时向同一端口转发以及端口QoS等 问题。 路由器有两类队列算法： 队列管理算法主要是在必要时通过丢包来管理 队列长度； 队列调度算法决定下一个要发送哪个包，主要 用来管理各流之间带宽的分配.

2.2 队列管理的“去尾”算法管理路由器队列长度的传统技术是对 每个队列设置一个最大值(以包为单 位),然后接收包进入队列直到队长达 到最大值，接下来到达的包就要被拒绝 进入队列，直到队长下降。

队列管理的“去尾”算法“去尾”的 FIFO(调度策略) 是目 前 Internet 使用最广泛的对数据包排队 和丢弃方式。这种方式将拥塞控制的所 有责任都推给源端，TCP独自承担检测 和响应拥塞的全部责任。

2.3 “去尾”算法的缺点(1)死锁问题：在某些情况下， “去尾”算法会让某个流或者少数几个 流独占队列空间，阻止其他流的包进入 队列。

“去尾”算法的缺点(2)满队列问题：“去尾”算法只 有在队列满时才发出拥塞信号，因此会 使队列在相当长时间内处于充满(或几 乎充满)的状态。而队列管理最重要的 目标之一就是降低稳定状态下队列的长 度。

“去尾”算法的缺点(3)全局同步问题：到达路由器的包往往是 突发的，如果队列是满的或几乎是满的，会导 致在短时间内多个连接连续地丢包，而TCP

流 在源端就急剧地减小发送窗口，包到达速率迅 速下降，网络拥塞得以解除；但当源端探知网 络不再拥塞后又增加发送速度，最终又造成网 络拥塞。这种现象常常会周而复始地进行下去， 使网络处于链路利用率很低的状态，降低了整 体吞吐量。

2.4 其它被动队列管理算法另外两种管理机制是“随机丢弃”和“从 前丢弃”机制。当队列满时，前者从队列中随 机找出一个包丢弃以让新来的包进入队列；后 者从队列头部丢包，以便让新包进入队列。

这两种方法都解决了“死锁”问题，但没有 解决“满队列”问题。 由于这几种方法都是在队列满了被迫丢包， 因此称为被动式队列管理。

3. 主动式队列管理3.1 主动式队列管理思想 3.2 主动式队列管理的优点 3.3 现有的主动式队列管理算法

3.4 基于控制理论的AQM算法

3.1 主动式队列管理思想解决路由器“满队列”的方法便是在 队列充满之前丢包，这样端节点便能在 队列溢出前对拥塞做出反应。这种方法 称为“主动式队列管理”(Active Queue Management AQM )。

主动式队列管理思想AQM 是一族基于 FIFO 调度策略的 队列管理机制，使得路由器能够控制在 什么时候丢多少包，以支持TCP拥塞控 制。

3.2 主动式队列管理的优点1. 减少了路由器中丢弃的包的数量 Internet中数据包具有突发性，AQM 通过保持较小的平均队列长度，能提供 更大的容量吸收突发数据包，从而大大 减少了丢包数。

主动式队列管理的优点2. 对交互式服务提供了更低的延迟 AQM通过保持较小的平均队列长度， 能够减少包的排队延迟，而排队延迟是 造成端到端延迟的主要原因。

主动式队列管理的优点3. 避免了“死锁”现象

AQM能够通过确保到来的包几乎 总是有可用的队列空间，从而阻止 “死锁”行为的发生。

3.3 现有的主动式队列管理算法RED、SRED、FRED、ARED; BLUE; FQ、WFQ等。

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