[摘要]計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜系統(tǒng)中的競(jìng)爭(zhēng)性在各級(jí)子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中均有體現(xiàn),并且在用戶節(jié)點(diǎn)和各類交換節(jié)點(diǎn)上都存在競(jìng)爭(zhēng),競(jìng)爭(zhēng)的資源有所不同。按競(jìng)爭(zhēng)發(fā)生的位置將其分為局域網(wǎng)內(nèi)級(jí)、路由器級(jí)以及域間級(jí)并予以詳細(xì)討論。

[關(guān)鍵詞]計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)競(jìng)爭(zhēng)特性

中圖分類號(hào):TP3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1671-7597(2009)0820056-01

局域網(wǎng)內(nèi)系統(tǒng)成員競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題。在局域網(wǎng)內(nèi),系統(tǒng)成員競(jìng)爭(zhēng)的是信道或網(wǎng)絡(luò)共享設(shè)備的使用權(quán)。為了有效利用網(wǎng)絡(luò)資源,局域網(wǎng)對(duì)參與競(jìng)爭(zhēng)的系統(tǒng)成員進(jìn)行了有序控制和沖突解決。作為下一代互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一,光突發(fā)交換網(wǎng)中突發(fā)數(shù)據(jù)包之間競(jìng)爭(zhēng)鏈路資源問(wèn)題成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。其競(jìng)爭(zhēng)解決機(jī)制主要包括光緩存、波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換、偏轉(zhuǎn)路由以及突發(fā)分片的競(jìng)爭(zhēng)解決方法。文章按競(jìng)爭(zhēng)發(fā)生的位置將其分為局域網(wǎng)內(nèi)級(jí)、路由器級(jí)、域間級(jí)三個(gè)競(jìng)爭(zhēng)級(jí)別,并予以詳細(xì)討論。

一、局域網(wǎng)內(nèi)系統(tǒng)成員競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題

局域網(wǎng)內(nèi)的信道、網(wǎng)絡(luò)共享設(shè)備等網(wǎng)絡(luò)資源的數(shù)量通常是遠(yuǎn)小于網(wǎng)內(nèi)成員個(gè)數(shù)。當(dāng)同時(shí)想要使用網(wǎng)絡(luò)資源的成員數(shù)量超過(guò)可供使用的網(wǎng)絡(luò)資源數(shù)量時(shí),這些成員之間就構(gòu)成了競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。它們競(jìng)爭(zhēng)的是信道或網(wǎng)絡(luò)共享設(shè)備的使用權(quán)。為了有效利用網(wǎng)絡(luò)資源,局域網(wǎng)內(nèi)對(duì)成員進(jìn)行了有序控制和沖突解決。

(一)有序控制。采取了有序控制后,成員間只是存在合作關(guān)系,不會(huì)有沖突發(fā)生。有序控制的實(shí)質(zhì)是預(yù)防了沖突發(fā)生。常見(jiàn)的有序控制方式有:

1.輪詢:網(wǎng)絡(luò)控制程序按一定順序逐個(gè)詢問(wèn)各系統(tǒng)內(nèi)成員是否需要使用網(wǎng)絡(luò)資源,如有,則被詢問(wèn)的成員立即使用;如無(wú)則接著詢問(wèn)下一成員。有限定式、門限式、窮盡式、混合式等服務(wù)方式。

2.預(yù)約:需要使用網(wǎng)絡(luò)資源的成員必須先預(yù)約,再按預(yù)約順序使用。分為集中預(yù)約和分布式預(yù)約。集中預(yù)約方式下的各成員先集中預(yù)約,再集中使用。分布式預(yù)約采用的是用戶成員邊預(yù)約邊使用。

3.令牌控制:多在環(huán)形局域網(wǎng)中采用。在網(wǎng)內(nèi)流動(dòng)的令牌相當(dāng)于一個(gè)通行證,有發(fā)送請(qǐng)求的用戶成員要捕獲到閑令牌,才能將信息附在令牌后發(fā)送。分為單令牌和多令牌方式。

4.時(shí)槽方式:信息在環(huán)網(wǎng)上的傳輸時(shí)間分成固定大小的若干段,每一段稱為一個(gè)時(shí)槽,相應(yīng)的用戶成員分別使用自己的時(shí)槽發(fā)送信息。有固定式槽環(huán)和隨機(jī)時(shí)槽環(huán)兩種。

(二)沖突解決。有些局域網(wǎng)不采取有序控制,而是采取沖突解決方法,主要有以下幾種:

1.后退:發(fā)生沖突時(shí),不服務(wù),令所有待發(fā)信息全部后退1個(gè)隨機(jī)時(shí)間再來(lái)競(jìng)爭(zhēng),只有無(wú)沖突時(shí)的l個(gè)成員才受到服務(wù)。例如以太網(wǎng)中廣泛應(yīng)用的帶有沖突檢測(cè)的載波偵聽多路訪問(wèn)。

2.淘汰:如同社會(huì)生活中的隨機(jī)仲裁一樣,網(wǎng)絡(luò)中也有仲裁機(jī)構(gòu)。仲裁機(jī)構(gòu)從請(qǐng)求服務(wù)的用戶成員中隨機(jī)選取一次能夠服務(wù)的數(shù)量,其余成員等下次再請(qǐng)求服務(wù)。例如星形局域網(wǎng)中存在的競(jìng)爭(zhēng)一沖突淘汰存取方式。

3.限制:即沖突限制方式。對(duì)參加競(jìng)爭(zhēng)的用戶成員作某些限制,每次讓部分用戶成員產(chǎn)生的信息參與競(jìng)爭(zhēng),使信息發(fā)生沖突的可能性變小。例如自適應(yīng)存取、缸存取。

二、路由器級(jí)或域間級(jí)的競(jìng)爭(zhēng)

當(dāng)快速局域網(wǎng)發(fā)出的大量信息到達(dá)信息速率較慢的局域網(wǎng)時(shí),會(huì)由于帶寬限制形成瓶頸,這正是競(jìng)爭(zhēng)帶寬引起的沖突。當(dāng)過(guò)多的信息占據(jù)了路由器輸入端的緩存,而路由器的輸出能力不足時(shí),就會(huì)由于競(jìng)爭(zhēng)緩存和路由器的處理能力而引起沖突。我們將路由器級(jí)/域間級(jí)的沖突解決策略分為“預(yù)防機(jī)制”和“沖突解決”兩大類?！邦A(yù)防機(jī)制”是在沖突發(fā)生前設(shè)法避免可能發(fā)生的沖突?！皼_突解決”則是在沖突發(fā)生后采取一系列的措施化解沖突,達(dá)到成員合作的目的。

(一)預(yù)防機(jī)制。當(dāng)數(shù)據(jù)量越發(fā)送越變大而不加以控制的話,必然有發(fā)生沖突的危險(xiǎn)。引入一個(gè)慢啟動(dòng)閩值,當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送量小于閩值時(shí),TCP處于慢啟動(dòng)階段,否則就進(jìn)入“擁塞避免”階段,減小用戶端的發(fā)送速率。提高路由器性能也是減少?zèng)_突發(fā)生的方法。在硬件方面,設(shè)置適當(dāng)?shù)木彺嫒萘?、提高運(yùn)算速度和采用路由器集群結(jié)構(gòu)。路由器集群結(jié)構(gòu)可以使多個(gè)路由器通過(guò)內(nèi)連網(wǎng)絡(luò)連接在一起,利用負(fù)載均衡技術(shù),將大量的輸入端數(shù)據(jù)分擔(dān)給多個(gè)路由器。在軟件方面,改進(jìn)路由算法和輸入、輸出緩存中的隊(duì)列調(diào)度算法,以提高交換節(jié)點(diǎn)的處理效率和緩存的利用率。目前Diffsery體系結(jié)構(gòu)中避免內(nèi)部不發(fā)生沖突的方法是在邊界節(jié)點(diǎn)嚴(yán)格控制進(jìn)入?yún)^(qū)域的總數(shù)據(jù)流量。通過(guò)動(dòng)態(tài)反饋機(jī)制:內(nèi)部節(jié)點(diǎn)到邊界點(diǎn)的反饋。內(nèi)部節(jié)點(diǎn)收集周邊情況,并通報(bào)邊界節(jié)點(diǎn),邊界節(jié)點(diǎn)根據(jù)反饋來(lái)的內(nèi)部信息調(diào)控進(jìn)入?yún)^(qū)域內(nèi)的總數(shù)據(jù)流量;邊界節(jié)點(diǎn)到邊界節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)反饋。區(qū)域的邊界出口節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)傳輸速率反饋給邊界入口節(jié)點(diǎn),入口節(jié)點(diǎn)根據(jù)此速率調(diào)控進(jìn)入?yún)^(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸速率,最終達(dá)到入口速率等于出口速率,從而避免區(qū)域內(nèi)發(fā)生擁擠沖突。

(二)沖突解決?！皝G棄”數(shù)據(jù)包是所有交換節(jié)點(diǎn)都支持的一種操作。當(dāng)大量數(shù)據(jù)包競(jìng)爭(zhēng)有限的輸入、輸出緩存或輸出帶寬時(shí),由于資源“供給”<“需求”引起沖突,就需要丟棄一部分?jǐn)?shù)據(jù)包。但是究竟丟棄哪些數(shù)據(jù)包、何時(shí)丟棄有不同的算法,丟尾算法是當(dāng)緩存中的隊(duì)列長(zhǎng)度超過(guò)緩存大小時(shí),丟棄隊(duì)列尾部的數(shù)據(jù)包。隨機(jī)早期檢測(cè)算法是通過(guò)以一定概率丟失或標(biāo)記報(bào)文來(lái)通知端節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)沖突的情況。

三、結(jié)論

在復(fù)雜計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中,競(jìng)爭(zhēng)具有普遍性和客觀性,合作具有特殊性和暫時(shí)性。系統(tǒng)內(nèi)部競(jìng)爭(zhēng)可以說(shuō)是無(wú)處不在,既然存在資源共享,就必然有競(jìng)爭(zhēng)。競(jìng)爭(zhēng)的存在如同雙刃劍:當(dāng)網(wǎng)絡(luò)繁忙時(shí),也就是在競(jìng)爭(zhēng)一沖突的高峰期容易造成擁塞,要設(shè)法避免沖突的發(fā)生;而在競(jìng)爭(zhēng)一沖突的低谷期,競(jìng)爭(zhēng)會(huì)提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用率。所以要根據(jù)人們的需求和競(jìng)爭(zhēng)的特性改進(jìn)沖突解決策略,化解沖突,從而實(shí)現(xiàn)成員間的有序合作?？衫酶?jìng)爭(zhēng)的時(shí)間性提高系統(tǒng)效率。避開競(jìng)爭(zhēng)一沖突高峰期,更有效地利用網(wǎng)絡(luò)資源,避免擁塞發(fā)生。

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作者簡(jiǎn)介:

崔仁杰(1969-),男,山西稷山人,西安工程大學(xué)現(xiàn)代教育技術(shù)中心,工程師,研究方向?yàn)?網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與管理。