韓旭東

（遼寧廣播電視大學(xué),110034）

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)擁塞的高效控制方法探究

韓旭東

（遼寧廣播電視大學(xué),110034）

隨著各項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)在各行各業(yè)中都取得了廣泛的應(yīng)用，這也導(dǎo)致計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)堵塞的問題日益嚴(yán)重，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的過程中，如果出現(xiàn)嚴(yán)重的網(wǎng)絡(luò)堵塞，會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量低、資源分配效率低、數(shù)據(jù)包丟失的現(xiàn)象出現(xiàn)，采取有效的措施控制計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)堵塞是非常必要的，本文就主要對相關(guān)的擁塞控制理論進(jìn)行簡單分析，并提出相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)擁塞的高效控制方法，對于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行效率的提升具有積極的作用。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)擁塞；高效控制；方法研究

隨著社會市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)遍布人們的日常生活中，并且在政治、軍事等領(lǐng)域也具有廣泛的應(yīng)用，隨著用戶數(shù)量的增加，對我國的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)資源容量的要求不斷提升，由于現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的綜合處理能力有限，這很容易導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞的問題，這會直接導(dǎo)致計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)性能的下降，嚴(yán)重時(shí)還會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)崩潰，對整個計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量造成非常嚴(yán)重的影響，本文就主要針對此予以簡單分析。

1 計(jì)算機(jī)擁塞控制理論

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)擁塞主要是因?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆纸M數(shù)量過多，一旦其分組數(shù)量與網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)處理能力近似，這將直接導(dǎo)致計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)難以滿足用戶的通信服務(wù)請求，導(dǎo)致計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)處理能力下降，采取有效的措施控制計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)擁塞是非常必要的，但是在實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過程中，用戶的數(shù)量及其所用資源的數(shù)量是難以進(jìn)行直接控制的，一旦用戶對計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載請求大于網(wǎng)絡(luò)的資源容量及其處理能力，就會導(dǎo)致計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)擁塞的發(fā)生。

對計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞的主要原因進(jìn)行簡單分析，其中一個重要的原因就是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)資源的分布不均，在整個計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，其網(wǎng)絡(luò)傳輸節(jié)點(diǎn)眾多，各個節(jié)點(diǎn)之間的網(wǎng)絡(luò)資源及網(wǎng)絡(luò)容量的分布是具有很大差別的，網(wǎng)絡(luò)中有的節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸速率非常的大，而有的節(jié)點(diǎn)之間的傳輸速率則比較小，一旦其數(shù)據(jù)的傳輸速率過小，就很容易導(dǎo)致出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁塞的問題。另一方面，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中多個節(jié)點(diǎn)同時(shí)向某一個節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，由于其中間節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)存儲能力的限制，如果有大量的數(shù)據(jù)同時(shí)傳入該節(jié)點(diǎn)，就會導(dǎo)致該節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)嚴(yán)重的網(wǎng)絡(luò)堵塞。因此，在實(shí)際的應(yīng)用中，要對計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的擁塞進(jìn)行控制，就需要協(xié)調(diào)好網(wǎng)絡(luò)負(fù)載、響應(yīng)時(shí)間、吞吐量之間的關(guān)系，使計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在運(yùn)行的過程中始終處于最好的運(yùn)行狀態(tài)，這能夠有效的避免計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)擁塞具有積極的作用。

當(dāng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在運(yùn)行的過程中因傳輸報(bào)文過多而導(dǎo)致出現(xiàn)擁塞時(shí)，傳統(tǒng)的處理方式中，會應(yīng)用TCP擁塞控制機(jī)制來進(jìn)行處理，其主要的處理原則是模仿交通指揮的原則，在實(shí)際的處理工作中，主要是對數(shù)據(jù)包的傳輸路徑進(jìn)行選取，在出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)，為數(shù)據(jù)包的傳輸選擇最優(yōu)傳輸路徑，并且其在運(yùn)行的過程中，為了保證傳輸速率，會將一些數(shù)據(jù)包進(jìn)行丟棄，以此來保證相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，在其運(yùn)行過程中，其丟包率是按照以下的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算：

上式中，n表示的含義是：總的數(shù)據(jù)傳輸包數(shù)量；Pi表示的含義是：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)擁塞控制過程中，第i個數(shù)據(jù)包被丟棄的概率；F表示的含義是：通過計(jì)算所得到的數(shù)據(jù)丟包率指標(biāo)，如果采用這種傳輸方式，數(shù)據(jù)包被丟棄的概率是非常的大的，并且，網(wǎng)絡(luò)資源的分配效率的計(jì)算如下式所示：

上式中a表示的含義是：調(diào)節(jié)系數(shù)；Respond Time表示的含義是：響應(yīng)時(shí)間；Throughput表示的含義是：網(wǎng)絡(luò)吞吐量；Power表示的含義是：網(wǎng)絡(luò)資源的分配效率，由上文中的分析可知，采用傳統(tǒng)的方法對網(wǎng)絡(luò)擁塞進(jìn)行控制，很容易導(dǎo)致一些數(shù)據(jù)包的丟失，并且會對網(wǎng)絡(luò)的吞吐量產(chǎn)生較嚴(yán)重的影響，并且會影響到網(wǎng)絡(luò)資源的分配效率，這種較低的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量，將很難滿足用戶的網(wǎng)絡(luò)傳輸需求，這就需要在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，提出一種高效的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)擁塞控制方法。

2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)擁塞的高效擁塞控制方法

為了有效的控制計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)擁塞的問題，在傳統(tǒng)控制方法的基礎(chǔ)上，提出了一種以TCP層網(wǎng)絡(luò)擁塞控制基礎(chǔ)作為基礎(chǔ)，并有效的結(jié)合IP層網(wǎng)絡(luò)資源隊(duì)列管理的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)擁塞控制方法，能夠有效的解決計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)擁塞問題。TCP計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)擁塞控制機(jī)制在解決擁塞問題的過程中，主要應(yīng)用的是交通指揮規(guī)則，在一定程度上，能夠有效的解決網(wǎng)絡(luò)擁塞問題，但是隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的增大、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，如果單純的采用這種控制方式是難以滿足實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)需求的，在此基礎(chǔ)上，將其與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)層有效結(jié)合，在TCP控制的基礎(chǔ)上，充分的應(yīng)用IP層網(wǎng)絡(luò)資源隊(duì)列管理策略，能夠?qū)砣刂茩C(jī)制進(jìn)行有效的優(yōu)化，對于解決網(wǎng)絡(luò)擁塞問題具有積極的作用，同時(shí)能夠有效的提升計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)時(shí)間及服務(wù)質(zhì)量，下面就主要對這種控制方法進(jìn)行簡單介紹。

2.1 先進(jìn)先出的控制原則

先進(jìn)先出的控制原則主要指的是：在實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過程中，對數(shù)據(jù)包的處理與傳輸?shù)幕驹瓌t是，先到達(dá)的數(shù)據(jù)包先服務(wù)，后達(dá)到的數(shù)據(jù)包后服務(wù)。在實(shí)際的應(yīng)用中，所有在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包都是經(jīng)由發(fā)送端發(fā)送，傳輸至路由器端之后，采用先進(jìn)先出的處理原則對其進(jìn)行有效的處理，但是由于路由器緩存用的內(nèi)存空間大小的限制，一旦其接受到的數(shù)據(jù)包在緩沖存儲區(qū)域中占滿了其存儲空間，在此之后傳輸過來的數(shù)據(jù)包將不被接受，那么這些數(shù)據(jù)包將會被丟棄，其原理框圖如圖1所示。

圖1 先進(jìn)先出的服務(wù)原理

2.2 隊(duì)列管理的控制原則

在實(shí)際的控制工作中，在選擇先進(jìn)先出的服務(wù)原則之后，還需要對其實(shí)施有效的隊(duì)列管理，在隊(duì)列管理的過程中，主要有加權(quán)公平排隊(duì)與公平排隊(duì)兩種策略，而加權(quán)公平排隊(duì)是在公平排隊(duì)的基礎(chǔ)上開展的，其管理方式為：對最先達(dá)到并且存儲于緩沖空間中的數(shù)據(jù)包進(jìn)行優(yōu)先提取，并采用加權(quán)公平排隊(duì)的調(diào)控器，依據(jù)循環(huán)開展的方式，對各個數(shù)據(jù)包進(jìn)行相關(guān)的處理，循環(huán)沒有停止之前，抑制按照該模式進(jìn)行，應(yīng)用該種隊(duì)列管理策略的最主要的優(yōu)點(diǎn)是：能夠在規(guī)定的時(shí)間中受到與要求數(shù)量相符的服務(wù)，應(yīng)用這種管理方式，能夠有效的保證在某一段時(shí)間內(nèi)，分配權(quán)值的某個類能夠得到滿足相關(guān)要求數(shù)量的類，可以將其應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)吞吐量的控制中，具有非常好的應(yīng)用效果。

另一方面，在實(shí)際的運(yùn)行過程中，需要對數(shù)據(jù)丟失率及平均隊(duì)列長度進(jìn)行監(jiān)控，對于傳遞過來的數(shù)據(jù)包進(jìn)行處理時(shí)，需要對隊(duì)列中的數(shù)據(jù)長度進(jìn)行監(jiān)控，并要判斷相關(guān)數(shù)據(jù)長度與設(shè)定閥值之間的大小關(guān)系，如果隊(duì)列長度小于系統(tǒng)所設(shè)定的最小判定閥值，可以使其直接進(jìn)入隊(duì)伍中進(jìn)行傳輸，如果相關(guān)數(shù)據(jù)長度處于系統(tǒng)所設(shè)定的最小判定閥值與最大判定閥值之間，則需要對該數(shù)據(jù)包的丟失率進(jìn)行監(jiān)控、計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果判定是否應(yīng)該對該數(shù)據(jù)進(jìn)行丟棄處理；如果相關(guān)數(shù)據(jù)的長度直接超出系統(tǒng)所設(shè)定的最大閥值，那么應(yīng)該直接對該數(shù)據(jù)予以丟棄，不對其進(jìn)行傳輸，采用這種隊(duì)列管理方式，能夠很好的解決計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)擁塞問題。

2.3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)擁塞控制機(jī)制的相關(guān)評價(jià)方法

設(shè)計(jì)了以上的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)擁塞控制方法，要將其應(yīng)用于實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)擁塞控制中，還需要對其控制機(jī)制的有效性進(jìn)行評價(jià)，在開展評價(jià)的過程中，主要的質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)有：時(shí)間延遲、數(shù)據(jù)包丟失率、吞吐率等，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在實(shí)際的運(yùn)行過程中，如果出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁塞現(xiàn)象，整個網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行性能及服務(wù)質(zhì)量都會受到嚴(yán)重的影響，為了對其控制方法的有效性進(jìn)行評價(jià)，在實(shí)際的評價(jià)應(yīng)用中，可以用網(wǎng)絡(luò)資源分配效率、數(shù)據(jù)丟失率作為評價(jià)指標(biāo)對網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行評價(jià)，網(wǎng)絡(luò)資源的分配效率反應(yīng)的是采用高效擁塞控制機(jī)制之后對網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化能力大小，數(shù)據(jù)丟失率反映的是應(yīng)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)擁塞控制機(jī)制之后，確保網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息完整傳輸?shù)哪芰Γ饕钦驹跀?shù)據(jù)信息的層面上，對計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行性能進(jìn)行評價(jià)，在實(shí)際的應(yīng)用中，這兩方面的評價(jià)效果都能通過相關(guān)的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，在整個評價(jià)工作中，應(yīng)該建立起一個有效的調(diào)節(jié)系數(shù)，如果主要是對響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行控制，相關(guān)的調(diào)節(jié)系數(shù)要比1小，如果主要關(guān)注的是網(wǎng)絡(luò)的吞吐率，則相關(guān)的調(diào)節(jié)系數(shù)要比1大，在實(shí)際的應(yīng)用中，該中擁塞控制方法的數(shù)據(jù)丟包率是非常的低的，并且與傳統(tǒng)的控制機(jī)制相比，其網(wǎng)絡(luò)資源的分配效率及響應(yīng)時(shí)間都得到了有效的優(yōu)化，在實(shí)際的應(yīng)用中，該控制方法具有非常好的應(yīng)用效果，值得在實(shí)際應(yīng)用中推廣。

3 結(jié)束語

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過程中，用戶數(shù)量的急劇增加，對于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的容量及網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行性能提出了更高的要求，由于現(xiàn)有計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)資源條件的限制，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)擁塞的概率逐漸提升，采取有效的措施對其進(jìn)行控制是非常必要的，本文就在此基礎(chǔ)上提出了一種計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)擁塞高效控制方法，對于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的提升具有積極的作用。

[1] 秦光.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)擁塞的高效控制方法研究[J].計(jì)算機(jī)仿真,2012(9).

[2] 吳浩.淺析計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)擁塞的高效控制方法[J].計(jì)算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用,2013(1).

[3] 文宏,樊曉平,張會福,陳安華.無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)擁塞控制方法研究[J].小型微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng),2013(11).

韓旭東，1978年5月出生，男，漢族，籍貫遼寧省大連市,碩士，講師，研究方向：網(wǎng)絡(luò)及信息化系統(tǒng)建設(shè)

Research on efficient computer network congestion control method

Han Xudong
(Liaoning Radio TV University,110034)

With the progress and development of the technology,the computer technology has been widely used in all walks of life,which also lead to computer network congestion problem is becoming more and more serious,the process of the computer network operation,if serious network congestion occurs,will lead to the emergence of the network quality of service,resource allocation efficiency is low,low packet loss phenomenon,take effective measures to control the computer network congestion is very necessary,this article mainly related to the congestion control theory analysis,and put forward the efficient control method of network congestion related,plays a positive role in computer network operation efficiency.

computer network congestion control method research;efficiency