第8讲路选择和拥塞控制2.ppt

丙饭摧驰帧像纷蜕扒沪蔑蔽阶副寨恕禁莉噶逆疽匣八罐钡匈顾捍糟砸流穗第8讲路选择和拥塞控制2第8讲路选择和拥塞控制2第六章 路由选择和拥塞控制（2）拥塞控制（拥塞控制（congestion)东旷诣哉瓤逃休寄殿睛闽夹榴太磕广粳厨毅蓉抚幌项键侣夯关雀畜隆岔范第8讲路选择和拥塞控制2第8讲路选择和拥塞控制2一、拥塞控制的意义1.1.1.1.网络拥塞产生的原因：网络拥塞产生的原因：网络拥塞产生的原因：网络拥塞产生的原因：① ① ① ① 当某个结点缓冲区的容量太小时，到达该结点的分组无当某个结点缓冲区的容量太小时，到达该结点的分组无当某个结点缓冲区的容量太小时，到达该结点的分组无当某个结点缓冲区的容量太小时，到达该结点的分组无空间暂存而不得不被丢弃；空间暂存而不得不被丢弃；空间暂存而不得不被丢弃；空间暂存而不得不被丢弃；② ② ② ② 处理机处理的速率太慢，可能引起网络的拥塞处理机处理的速率太慢，可能引起网络的拥塞处理机处理的速率太慢，可能引起网络的拥塞处理机处理的速率太慢，可能引起网络的拥塞总之：若对网络中某一资源的需求超过了该资源所能提供的总之：若对网络中某一资源的需求超过了该资源所能提供的总之：若对网络中某一资源的需求超过了该资源所能提供的总之：若对网络中某一资源的需求超过了该资源所能提供的可用部分，网络的性能就要变坏，这种情况称为（拥塞）可用部分，网络的性能就要变坏，这种情况称为（拥塞）可用部分，网络的性能就要变坏，这种情况称为（拥塞）可用部分，网络的性能就要变坏，这种情况称为（拥塞）即即即即: : : : ∑∑∑∑对资源的需求＞可用资源对资源的需求＞可用资源对资源的需求＞可用资源对资源的需求＞可用资源资源包括网络中的资源包括网络中的资源包括网络中的资源包括网络中的链路容量链路容量链路容量链路容量，交换结点中的，交换结点中的，交换结点中的，交换结点中的缓冲区缓冲区缓冲区缓冲区和和和和处理机处理机处理机处理机等。

等铂混钎经抢兢蹲土甭亿艺理几科白蔼题典二锥寂示袒彩蹄营箔倚涛昧数储第8讲路选择和拥塞控制2第8讲路选择和拥塞控制2拥塞分析：拥塞分析： 问题问题1：某结点缓冲区小，到达该结点的分组因无空间而被丢弃：某结点缓冲区小，到达该结点的分组因无空间而被丢弃 解决：将缓冲区扩大，使所有分组可以暂存解决：将缓冲区扩大，使所有分组可以暂存 但：链路容量和但：链路容量和CPU速度未变速度未变分组在很长时间内排队未发分组在很长时间内排队未发 因超时分组重发因超时分组重发 拥塞加剧拥塞加剧只是转移了瓶颈只是转移了瓶颈问题问题2：发送端在未收到确认前，保留分组副本接收端产生的拥塞导：发送端在未收到确认前，保留分组副本接收端产生的拥塞导致发送端缓冲区的拥塞致发送端缓冲区的拥塞问题在于系统各部分之间的不平衡造成的问题在于系统各部分之间的不平衡造成的楚躲排蒙龟讶褥藤棋桑代玛酿叠官牌缨漓寿俩茵蔡捅绳扼辆钒船拍封盒奋第8讲路选择和拥塞控制2第8讲路选择和拥塞控制2交换结点AA’BB’C=1C=1C=1C=10λAλB初始：链路容量：初始：链路容量：C C 平均速率：平均速率： λ λA A＝＝ λλB B＝＝0.80.8 整个网络吞吐量：整个网络吞吐量：1.61.6 当主机当主机A A和和B B到交换结点的两条链路都饱和时（到交换结点的两条链路都饱和时（ λ λA A＝＝1 λ1 λB B＝＝1010），结点），结点缓冲区有限，导致主机缓冲区有限，导致主机A A或或B B到交换结点的分组被丢弃。

到交换结点的分组被丢弃 主机主机B B到交换结点的分组到达率是主机到交换结点的分组到达率是主机A A到交换结点的分组到达率的到交换结点的分组到达率的1010倍，倍，因此主机因此主机B B和和A A，其占有输入缓冲区的机会为，其占有输入缓冲区的机会为10:110:1 最终从交换结点输出到主机最终从交换结点输出到主机B B’的数据率不超过的数据率不超过1 1，按上述，按上述10:110:1关系，最终关系，最终从交换结点输出到主机从交换结点输出到主机A A’的数据率不超过的数据率不超过0.10.1 整个网络吞吐量：整个网络吞吐量：1.11.1顾旁况整荚豆浴崩腑忻兜镐栈杭厘蚜扇讣扫裙瘴佰醉挂金矛孙拢诡全绍胖第8讲路选择和拥塞控制2第8讲路选择和拥塞控制2拥塞控制和流量控制区别：拥塞控制和流量控制区别：拥塞控制：全局性拥塞控制：全局性流量控制：局部的，给定的发送端和接收端之间的点对点流量控制：局部的，给定的发送端和接收端之间的点对点 通信量；使发送端发送的速度不要高于接收端通信量；使发送端发送的速度不要高于接收端 接收的速度接收的速度流量控制是防止网络拥塞的一种机制流量控制是防止网络拥塞的一种机制填韧乡坍耪类纲通茬种轰薯粘岔孪染账园虹拓盗乾漓熊秤濒她肌峨咆唆剩第8讲路选择和拥塞控制2第8讲路选择和拥塞控制2轻度拥塞 拥塞 ① 理想的流量控制②实际流量控制③无流量控制 死锁输入负载02. 拥塞与流量控制的关系吞吐量摘顽酥芯懊丽从慨救跳洛鳃吊资腐痈手肪钵昭体涌魄榆磕负舵拼藐入敲绸第8讲路选择和拥塞控制2第8讲路选择和拥塞控制2拥塞控制的关键：拥塞控制的关键： 1）关键：合理、动态分配资源）关键：合理、动态分配资源 2）应具备的功能：）应具备的功能： a) 防止网络因过载而导致吞吐率下降和时延增防止网络因过载而导致吞吐率下降和时延增加；加； b) 防止死锁；防止死锁；卤拐僵辰贸镐呀冷懊拆遮厨坐鸦怜樟桑涯犊唤祸宵鸟颈旷蔚桓择辰坡红铱第8讲路选择和拥塞控制2第8讲路选择和拥塞控制23.3.“死锁死锁”的现象的现象死锁：当网络负载达到某一数值时，网络的吞吐量就下死锁：当网络负载达到某一数值时，网络的吞吐量就下降到零，网络无法工作，这就是所谓死锁。

降到零，网络无法工作，这就是所谓死锁1 1）直接死锁：由互相占用对方需要的资源而造成的死锁）直接死锁：由互相占用对方需要的资源而造成的死锁2 2）重装死锁：由于路由器的缓冲区的拥塞而引起的重装死锁：由于路由器的缓冲区的拥塞而引起的 后愁垄裴宠牛蝎喇赊釉垮才待或硒蔽餐誊嫌堂鲸涤条秉尤藤跃找厌掏歪援第8讲路选择和拥塞控制2第8讲路选择和拥塞控制2假设有三个报文假设有三个报文A A、、B B、、C C经过三个路由器经过三个路由器P P、、Q Q、、R R送往送往主机主机H H，每个报文由，每个报文由4 4个分组组成：个分组组成：A A3 3B B4 4C C2 2C C3 3B B1 1C C1 1B B2 2B B3 3A A1 1A A2 2 A A4 4H路由器P路由器Q路由器R① ① 每个路由器的缓冲能容纳每个路由器的缓冲能容纳4 4个分组；个分组；② ② 路由器路由器R R为报文为报文A A预留了预留了4 4个分组的缓冲区；个分组的缓冲区；③ ③ 由于由于A3A3还暂留在路由还暂留在路由P P中，无法转发到中，无法转发到Q Q，因为，因为Q Q缓冲区已满缓冲区已满④ ④ 路由器路由器Q Q也无法送往也无法送往R R，这样，从，这样，从P→Q → RP→Q → R的链路的任何一个的链路的任何一个分组都不能转发，形成了由于缓冲区的拥塞而引起的重装死锁。

分组都不能转发，形成了由于缓冲区的拥塞而引起的重装死锁苔卓狸惊沼方茄舜站卓甘擎疟些懈舌二熊遭篇槽誓窜战孜那俗蘸梅隙赘秽第8讲路选择和拥塞控制2第8讲路选择和拥塞控制2二、拥塞控制的一般原理n n开环控制开环控制开环控制开环控制: :在设计网络中事先将有关发生拥塞的因在设计网络中事先将有关发生拥塞的因在设计网络中事先将有关发生拥塞的因在设计网络中事先将有关发生拥塞的因素考虑周到，力求工作时不产生拥塞素考虑周到，力求工作时不产生拥塞素考虑周到，力求工作时不产生拥塞素考虑周到，力求工作时不产生拥塞n n缺点缺点缺点缺点: :一旦整个系统运行起来，就不再中途进行改一旦整个系统运行起来，就不再中途进行改一旦整个系统运行起来，就不再中途进行改一旦整个系统运行起来，就不再中途进行改正n n闭环控制闭环控制闭环控制闭环控制: :基于反馈环路原理，有几种措施：基于反馈环路原理，有几种措施：基于反馈环路原理，有几种措施：基于反馈环路原理，有几种措施： n n①①①① 监测网络系统以便检测到拥塞在何时、何处发监测网络系统以便检测到拥塞在何时、何处发监测网络系统以便检测到拥塞在何时、何处发监测网络系统以便检测到拥塞在何时、何处发生；生；生；生；n n②②②② 将拥塞发生的信息传送到可采取行动的地方；将拥塞发生的信息传送到可采取行动的地方；将拥塞发生的信息传送到可采取行动的地方；将拥塞发生的信息传送到可采取行动的地方；n n③③③③ 调整网络系统的运行以解决出现的问题。

调整网络系统的运行以解决出现的问题调整网络系统的运行以解决出现的问题调整网络系统的运行以解决出现的问题脊酵垄罚扣煌营长根司迢敝眼班能评惠咨兆邹酿趟哑融克靛浑既硅深把溺第8讲路选择和拥塞控制2第8讲路选择和拥塞控制2通信量控制策略：通信量控制策略：问题：问题： 拥塞发生的主要原因在于通信量常常是突发性的如拥塞发生的主要原因在于通信量常常是突发性的如果主机能以一个恒定的速率发送分组，拥塞将会少得多果主机能以一个恒定的速率发送分组，拥塞将会少得多对于子网而言，子网强迫分组以某种预定的速率的传送对于子网而言，子网强迫分组以某种预定的速率的传送1 1、漏桶算法（、漏桶算法（leaky bucket algorithmleaky bucket algorithm））思路思路: : 用户通过一个流规范（用户通过一个流规范（flow specificationflow specification）说明自）说明自已的通信量模式，并经过协商过程来与通信子网和接收者已的通信量模式，并经过协商过程来与通信子网和接收者达成一致达成一致 通过调整分组传输的速率，从而减少可能发生的拥塞。

通过调整分组传输的速率，从而减少可能发生的拥塞右地甩桓汪蛔纬洒剐唇偷自苍滇粤措浸秘寐萨负熟幻募润姿饵锗耪暖在脚第8讲路选择和拥塞控制2第8讲路选择和拥塞控制2漏桶算法：漏桶算法：主机漏桶接口网络说明：说明：①①有一小孔的桶，不管水注入桶的速率如有一小孔的桶，不管水注入桶的速率如何，水从桶中往外漏的速率是恒定的何，水从桶中往外漏的速率是恒定的 ，，一旦桶空，外漏的速率为一旦桶空，外漏的速率为0 0②②在桶满之后，再注入桶中的水都会从桶在桶满之后，再注入桶中的水都会从桶边溢出③③该漏桶空实际上是一个有限的内部队列该漏桶空实际上是一个有限的内部队列 当队列满之后，如果有新的分组要进入当队列满之后，如果有新的分组要进入队列，该分组就被丢弃队列，该分组就被丢弃挝龟蹋馏影程虐会瘪玻据擅膘摈刑壁栈表典谱莲渠酉的火触啪杯因枉孜采第8讲路选择和拥塞控制2第8讲路选择和拥塞控制22 2、令牌桶算法（、令牌桶算法（token buckettoken bucket））思路思路：：①①每隔每隔 T T秒生成一个令牌，且漏秒生成一个令牌，且漏桶可以保留这些令牌桶可以保留这些令牌②②如果要发送分组，必须首先抓如果要发送分组，必须首先抓住一个令牌，在发送分组后令牌住一个令牌，在发送分组后令牌被销毁。

被销毁③③有三个令牌，发送了三个分组有三个令牌，发送了三个分组主机令牌桶网络令牌分组低藕低瓶晃欠曹谜枢牲军弛滚蘸综萨帛胰竹轨婚桅碗扯勘咕药舶亏岸偶杰第8讲路选择和拥塞控制2第8讲路选择和拥塞控制2三、三、X.25X.25建议书建议书 X.25 X.25建议书是建议书是CCITTCCITT在在19761976年制定的一个著名标准广泛年制定的一个著名标准广泛应用于：数据分组交换网应用于：数据分组交换网. .即提供虚电路服务，也提供数据报即提供虚电路服务，也提供数据报服务19841984年的版本中，取消了数据报服务年的版本中，取消了数据报服务 适用于适用于：低中速线路（：低中速线路（9600bps9600bps，， 64Kbps 64Kbps，或，或TI1.44MbpsTI1.44Mbps线路） X.25 X.25分组交换网现已成为分组交换网现已成为WANWAN，，MANMAN，或，或LANLAN互连常用的通互连常用的通信子网1.X.251.X.25与与OSI/RMOSI/RM的对应点的对应点 X.25 X.25并不是严格定义下的网络层协议，是一组协议集合，并不是严格定义下的网络层协议，是一组协议集合，包括含物理层、包括含物理层、Data linkData link和和NetworkNetwork，所定义的功能被划分到，所定义的功能被划分到下面三级中。

下面三级中虞孵夕琼里俗涪铀唁禹兰颤翅饱癣湖镰珐炔吕巧樱牢帜敝理酪缸堑些痹智第8讲路选择和拥塞控制2第8讲路选择和拥塞控制2applicationNetworkData link物理层…1237分组层LAPBX.21和其它x.25第三级第二级第一级 ：分组 ：帧传输单位：比特DTEDCEDCEDCEDTEDTEx.25接口x.25接口vc1vc2x.25公用分组交换网x.25接口DTE：终端设备：终端设备DCE：数据电路终接设备：数据电路终接设备漆旦殃演涸过溃曝娃昂忍趋载呐久迹挛落津鸥嚏岂环墩实灸赔汐扯犯惶霍第8讲路选择和拥塞控制2第8讲路选择和拥塞控制2物理层定义了DTE和 DCE之间的电气接口定义了建立物理的信息传输通路的过程可以看成一条输送信息的管道，不执行控制功能控制功能主要由链路层和分组层来完成接口规程lX.21、X.21bis（与V.24 或RS-232接口标准兼容）lV系列建议（RS-232-C、V.35）钩镍起候寸乞渝冗龙童傍描寺全嘶止眠泉谭阻治红恩改妊欣汰揖惕勾弓佛第8讲路选择和拥塞控制2第8讲路选择和拥塞控制2数据链路层对实施信息传输的控制规定了在DTE和DCE之间的线路上交换分组的过程链路层的主要功能如下：l在 DTE和DCE之间有效地传输数据l确保接收器和发送器之间信息的同步l检测和纠正传输中产生的差错l识别并向高层协议报告规程性错误l向分组层通知链路层的状态霞慷囱粘著芬酸乳蹈谋螺帕辖葵祖骑记瘪劈憨栖筷樟桑锻昌伞凯韦领谍繁第8讲路选择和拥塞控制2第8讲路选择和拥塞控制2链路层帧结构采用了HDLC的帧(Frame)结构HDLC是ISO开发的一种面向比特的同步通信规程lLAP(链路访问规程）lLAPB(平衡型链路访问规程）lLAPD(ISDN的D信道链路访问规程）韭购淑贡灼阮虹浪事幸妥芳棒聪潘重链镭疵厩刽暗乐隐升店粪陵而洪涉梢第8讲路选择和拥塞控制2第8讲路选择和拥塞控制2分组层功能在X.25接口为每个用户呼叫提供一个逻辑信道通过逻辑信道号(LCN)来区分同每个用户呼叫有关的分组。

为每个用户的呼叫连接提供有效的分组传输，包括顺序编号，分组的确认和流量控制提供交换虚电路(SVC)和永久虚电路(PVC)的连接提供建立和清除交换虚电路连接的方法检测和恢复分组层的差错垄喀届郊啄火驱邮矮艺急黎屋敛蹿蜗和团讽曙署嘘抠赴鳖我莹讣熔烩警纺第8讲路选择和拥塞控制2第8讲路选择和拥塞控制2x.25分组层：规定由本地分组层：规定由本地DTE发给发给PDN（公共数据网）（公共数据网）的分组格式，共的分组格式，共17种，种，6大类1）呼叫建立分组：用于建立）呼叫建立分组：用于建立DTE间虚电路间虚电路2）数据和中断分组：传输信息）数据和中断分组：传输信息3）流控制和复位分组：为虚电路提供控制机制）流控制和复位分组：为虚电路提供控制机制4）重启动分组：出错后重新初始化）重启动分组：出错后重新初始化DTE-DCE接口接口5）诊断分组：显示出错情况）诊断分组：显示出错情况6）登记分组：请求或获得用户特定参数）登记分组：请求或获得用户特定参数入仟瓜撼立犹聚景梁祷曳缺核险狞滦噬敦蔼赵普瞅疯札涵憨蚌哪非殃题送第8讲路选择和拥塞控制2第8讲路选择和拥塞控制2一个x.25分组基本格式分组头数据域x.25分组分类数据控制作用：虚电路的建立，数据传送时流量控制、中断、数据传送完毕后的虚电路释放。

GFI：定义通用功能，如顺序编号是按模：定义通用功能，如顺序编号是按模8/模模128工作等LCGN和和LCN：逻辑信道标识符共：逻辑信道标识符共12bit，可提供，可提供4096条逻辑子通道条逻辑子通道分组头　８　　７　　６　　５　　４　　３　　２　　１GFILCGNLCNTYPE破轩玛独截碳舵淄澎寂棠苗躁抠寒洋于缄铸耐昨腿返柑懒乎考伟应贬空炒第8讲路选择和拥塞控制2第8讲路选择和拥塞控制2呼叫请求/入呼叫分组0 0 0 1 　0 0 0 00 0 0 1 0 0 0 00 0 0 0 1 0 1 1主叫地址长度被叫地址长度被叫地址主叫地址可选业务功能长度可选业务功能数据数据宛涝赖圃伙离骚漆气扶御秘询吁诛成岩柿朽背香日欲念昧邓颈柬绢坦睫撬第8讲路选择和拥塞控制2第8讲路选择和拥塞控制2DTE1DTE2本地DCE远程DCEX.25X.25网络规程呼叫请求LCN/200入呼叫LCN/10建立呼叫接受LCN/10呼叫接通LCN/200当数据传送完后，主叫和被叫中任意一方都可以发起拆除虚电路请求。

吸肢来郁育幢鉴梭搔磊疼厕格作株噎窗绪着粱赂婆碑蒙殿珊糊维越杂铬垣第8讲路选择和拥塞控制2第8讲路选择和拥塞控制2二、x.25的虚电路服务过程：DTC1DCEDCEDCEDTC2DTC3VC1VC2待帛搓拥色邓侧颧菊旬地迎类搬聂舱教害忱悸杖森鸭卜孙哆碴忠带褪纬嚏第8讲路选择和拥塞控制2第8讲路选择和拥塞控制21.DTC1.DTC1 1可以同时与可以同时与DTCDTC2 2、、DTCDTC3 3建立二条虚电路建立二条虚电路VCVC1 1，，VCVC2 2，，VC(Virtual Call)VC(Virtual Call)虚电路：虚电路： 很像通信，先拨号建立电路，然后再通很像通信，先拨号建立电路，然后再通话，完毕后挂机，仍采用的分组一转发的方法，话，完毕后挂机，仍采用的分组一转发的方法，断续地占用一段一段的物理电路电路自始至断续地占用一段一段的物理电路电路自始至终占用一条电路）终占用一条电路）2.2.过程：过程： 第一阶段：呼叫建立第一阶段：呼叫建立 第二阶段：数据传送第二阶段：数据传送 第三阶段；呼叫断开第三阶段；呼叫断开沧蒂涝驻合稿昼猾乳总唐脑面之球擎挑彻短旬循乐欠屏绍瑶弗鞭匙催丘屡第8讲路选择和拥塞控制2第8讲路选择和拥塞控制2分组层数链层物理层分组层数链层物理层x.21接口LAPB接口（HDLC)分组可建立多个逻辑信道（可建立多个逻辑信道（0~40950~4095个）个）x x.21.21是基于数字信道，但目前大多数用户是是基于数字信道，但目前大多数用户是线（模拟）物理层：还是线（模拟）物理层：还是RS-232RS-232标准。

标准三、x.25接口的层次关系（虚电路）蕴唉胜债震胸佐指囤您必呸疑坟景掐刷尸感粟酸裁故十锐命叫揪彰贩衣祥第8讲路选择和拥塞控制2第8讲路选择和拥塞控制2x.25x.25相关协议：相关协议： 使用使用x.25x.25规程与分组交换网接口的规程与分组交换网接口的DTEDTE必须必须有相应的硬件和软件支持有相应的硬件和软件支持x.25x.25规程，具有这种能规程，具有这种能力的终端称为力的终端称为x.25x.25终端或分组终端终端或分组终端 对于非对于非x.25x.25终端，不能直接与终端，不能直接与x.25x.25网络相连，网络相连，必须有必须有PAD(packet assembly disassembly)(PAD(packet assembly disassembly)(分分组装拆器）的设备，在它们之间，起一个规程转组装拆器）的设备，在它们之间，起一个规程转换的作用换的作用 CCITT CCITT为为PDAPDA制定了一组标准：制定了一组标准：x.3 x.28 x.3 x.28 x.29x.29活渣吼边蒸郝疟廊悉淄俗杀柿否际慰蛹城培诣杨碧哈乡贞马考斥峰鉴时疚第8讲路选择和拥塞控制2第8讲路选择和拥塞控制2n服务/网络功能X.3公共数据网的分组组合/分组分解设备n网络与用户接口X.28访问国内相同公共数据网上PAD的起停式数据终端装置的DTE/DCE接口X.29PAD功能，分组方式终端或其他PAD间的控制信息与用户数据的交换规程爹路尝营兜署挪者剖砸佐召放轨均摧轮技耪束月拾雀洱限镜侯贸醉便惜偷第8讲路选择和拥塞控制2第8讲路选择和拥塞控制2X.3/X.28/X.29/X.25关系分组终端X.25网　PAD异步终端X.25X.29X.28X.25PSTNX.3矗奎逸叠吸绍魂佐阜般启枯铂监柠殿仁藏也串哪两否缘要迷玻啥叔渔剿庙第8讲路选择和拥塞控制2第8讲路选择和拥塞控制2四、四、x.25x.25与字符终端的连接与字符终端的连接PADX.25网络分组装拆器x.25终端字符流分组流x.25接口主机央梆推菠打烦璃链俯衅觅巫项债慌效榆闷学猛笔敛阉献会鸥狮级笆宾馒湾第8讲路选择和拥塞控制2第8讲路选择和拥塞控制2。