河南職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系 王曉燕 孫睿

主動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)下的擁塞控制算法研究

河南職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系 王曉燕 孫睿

隨著網(wǎng)絡(luò)科技的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)資源，成為當(dāng)今急需解決的問題。由于Internet上大多數(shù)業(yè)務(wù)使用的都是TCP協(xié)議，由此可見，主動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)下的擁塞控制技術(shù)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(dòng)網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)來研究擁塞控制算法。

主動(dòng)網(wǎng)絡(luò)；擁塞控制算法；研究

由于網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，信息的傳輸量也在不斷增大，網(wǎng)絡(luò)在組成方面的復(fù)雜度也在不斷加大，這樣就會(huì)使得網(wǎng)絡(luò)在發(fā)生擁塞現(xiàn)象方面的可能性得到提升。因此，為了防止出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁塞現(xiàn)象，TCP提出了一系列的擁塞控制機(jī)制。在網(wǎng)絡(luò)中，TCP處理掉了很多關(guān)于擁塞控制的工作，目前，在最標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議中提到了一些對(duì)于網(wǎng)絡(luò)擁塞的避免和控制的相關(guān)的計(jì)算法。當(dāng)今世界上的網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性和可靠性都依賴于擁塞控制的相關(guān)控制。

如果用于通信的子網(wǎng)的負(fù)荷量比較小時(shí)，網(wǎng)絡(luò)的吞吐量會(huì)隨著網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷量的增加而成線性的狀態(tài)增加。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷量增加到某一個(gè)值的時(shí)候，如果網(wǎng)絡(luò)的吞吐量出現(xiàn)不是上升而是下降的現(xiàn)象時(shí)，這就是表示出現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)擁塞現(xiàn)象。當(dāng)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁塞的現(xiàn)象時(shí)，在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，一些已經(jīng)達(dá)到節(jié)點(diǎn)的相關(guān)分組將會(huì)出現(xiàn)沒有可用緩存區(qū)的現(xiàn)象，這樣就會(huì)間接地造成這些節(jié)點(diǎn)上的分組不得不使它的前一節(jié)的節(jié)點(diǎn)來進(jìn)行信息重傳。如果，網(wǎng)絡(luò)的擁塞的現(xiàn)象比較嚴(yán)重，通信的子網(wǎng)中相當(dāng)多的傳輸能力和節(jié)點(diǎn)緩沖器都用于這種重傳，這樣就會(huì)出現(xiàn)一種通信子網(wǎng)的有效吞吐量下降的現(xiàn)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(fù)。

2.1 慢開始算法

在開始的時(shí)候，是由主機(jī)開始發(fā)送數(shù)據(jù)信息，如果在對(duì)網(wǎng)絡(luò)情況不了解的情況下并且使得這些數(shù)據(jù)的信息量比較大，就立即將這數(shù)據(jù)信息注入到自己的網(wǎng)絡(luò)中，那么就有可能會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁塞的現(xiàn)象。所以，為了避免網(wǎng)絡(luò)擁塞現(xiàn)象的發(fā)生，降低網(wǎng)絡(luò)擁塞的發(fā)生率，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的事先探測(cè)是比較好的一種可用的方法。可是采用由小開始發(fā)送窗口，使發(fā)送的窗口不斷增大，正常的情況下，在剛剛開始發(fā)送的時(shí)候，需要對(duì)擁塞的窗口事先設(shè)置一個(gè)最大的發(fā)送值，然后，在每次收到一個(gè)發(fā)送的窗口后，就將擁塞窗口增加一個(gè)數(shù)值，使用這樣的方法來逐步增大發(fā)送的擁塞窗口，每經(jīng)過一個(gè)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(fā)送報(bào)文段時(shí)先設(shè)置1，使得發(fā)送方在開始時(shí)只發(fā)送一個(gè)報(bào)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(fā)送的擁塞窗口過大而引起網(wǎng)絡(luò)擁塞的現(xiàn)象，需要設(shè)置一個(gè)關(guān)于慢開始門限狀態(tài)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(dāng)每次經(jīng)過一個(gè)來往時(shí)間的時(shí)候，就將發(fā)送一方的擁塞窗口增加一個(gè)1，需要注意的是增加一個(gè)數(shù)值1，而不是增加一倍，這樣的增加方法會(huì)使擁塞的窗口有一個(gè)增長的規(guī)律，即一個(gè)遵循的線性規(guī)律，這種方法和慢方法比較，會(huì)使得擁塞窗口的增長速率變慢。

不管是在哪個(gè)階段，如果發(fā)送方判斷了網(wǎng)絡(luò)中存在擁塞現(xiàn)象，那么就需要把慢開始階段的門限進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，設(shè)置為當(dāng)出現(xiàn)擁塞現(xiàn)象時(shí)發(fā)送方窗口值的一半，再把相應(yīng)的擁塞窗口設(shè)置為1，再開始執(zhí)行算法。這種方法需要注意的是避免擁塞現(xiàn)象并不能使網(wǎng)絡(luò)擁塞現(xiàn)象完全避開，使用這種方法想要完全避免擁塞現(xiàn)象的出現(xiàn)是不可能的。這種算法知識(shí)將擁塞的窗口按照一定的規(guī)律來發(fā)生變化，將網(wǎng)絡(luò)擁塞現(xiàn)象的出現(xiàn)率降低。

2.3 快重傳算法

快重傳算法的第一個(gè)要求便是要求消息的接收方在收到一個(gè)沒有順序的消息后就要立刻發(fā)出一個(gè)重復(fù)確認(rèn)的消息，不要等到消息已經(jīng)傳輸過去后再進(jìn)行確認(rèn)。

2.4 快恢復(fù)算法

如果接收方連續(xù)發(fā)送了三條重復(fù)確認(rèn)的消息，并且發(fā)送方全部接收到，那么就需要開始執(zhí)行一個(gè)乘法減小的計(jì)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(wǎng)絡(luò)擁塞現(xiàn)象的發(fā)生率，需要注意的是由于在這個(gè)階段發(fā)送方在對(duì)網(wǎng)絡(luò)的情況進(jìn)行判斷，因此在這個(gè)階段不需要去執(zhí)行慢開始的算法，也就不需要去將擁塞窗口的值設(shè)置為1。這樣做的最主要的目的是降低三個(gè)分組對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的消耗量，使網(wǎng)絡(luò)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(dāng)?shù)臄U(kuò)大一些就可以在一定條件下來避免網(wǎng)絡(luò)擁塞現(xiàn)象的發(fā)生。

隨著網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)處理的負(fù)載量會(huì)迅速增大，如果有效地利用網(wǎng)絡(luò)擁塞避免的方法，將會(huì)使得網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載量大大降低，不但可以使得傳輸?shù)乃俾试龃?，還可以使得資源的利用率增大。在目前的情況下，主動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)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(duì)網(wǎng)絡(luò)擁塞控制的進(jìn)一步研究具有非常重要的意義。

[1]查奇文,張武,曾學(xué)文.面向高速網(wǎng)絡(luò)的多核并行TCP擁塞控制算法[J].高技術(shù)通訊,2013年9期.

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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(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，人工智能。