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擁塞現(xiàn)象是指到達通信子網(wǎng)中某一部分的分組數(shù)量過多，使得該部分網(wǎng)絡來不及處理，以致引起這部分乃至整個網(wǎng)絡性能下降的現(xiàn)象，嚴重時甚至會導致網(wǎng)絡通信業(yè)務陷入停頓，即出現(xiàn)死鎖現(xiàn)象。這種現(xiàn)象跟公路網(wǎng)中經(jīng)常所見的交通擁擠一樣，當節(jié)假日公路網(wǎng)中車輛大量增加時，各種走向的車流相互干擾，使每輛車到達目的地的時間都相對增加(即延遲增加)，甚至有時在某段公路上車輛因堵塞而無法開動(即發(fā)生局部死鎖)。 網(wǎng)絡的吞吐量與通信子網(wǎng)負荷(即通信子網(wǎng)中正在傳輸?shù)姆纸M數(shù))有著密切的關(guān)系。當通信子網(wǎng)負荷比較小時，網(wǎng)絡的吞吐量(分組數(shù)/秒)隨網(wǎng)絡負荷(每個節(jié)點中分組的平均數(shù))的增加而線性增加。當網(wǎng)絡負荷增加到某一值后，若網(wǎng)絡吞吐量反而下降，則表征網(wǎng)絡中出現(xiàn)了擁塞現(xiàn)象。在一個出現(xiàn)擁塞現(xiàn)象的網(wǎng)絡中，到達某個節(jié)點的分組將會遇到無緩沖區(qū)可用的情況，從而使這些分組不得不由前一節(jié)點重傳，或者需要由源節(jié)點或源端系統(tǒng)重傳。當擁塞比較嚴重時，通信子網(wǎng)中相當多的傳輸能力和節(jié)點緩沖器都用于這種無謂的重傳，從而使通信子網(wǎng)的有效吞吐量下降。由此引起惡性循環(huán)，使通信子網(wǎng)的局部甚至全部處于死鎖狀態(tài)，最終導致網(wǎng)絡有效吞吐量接近為零。
造成擁塞的原因：
(1) 多條流入線路有分組到達，并需要同一輸出線路，此時，如果路由器沒有足夠的內(nèi)存來存放所有這些分組，那么有的分組就會丟失。
(2) 路由器的慢帶處理器的緣故，以至于難以完成必要的處理工作，如緩沖區(qū)排隊、更新路由表等。
防止擁塞的方法：
(1) 在傳輸層可采用：重傳策略、亂序緩存策略、確認策略、流控制策略和確定超時策略。
(2) 在網(wǎng)絡層可采用：子網(wǎng)內(nèi)部的虛電路與數(shù)據(jù)報策略、分組排隊和服務策略、分組丟棄策略、路由算法和分組生存管理。
(3) 在數(shù)據(jù)鏈路層可采用：重傳策略、亂序緩存策略、確認策略和流控制策略。
擁塞控制方法
(1) 緩沖區(qū)預分配法。該法用于虛電路分組交換網(wǎng)中。在建立虛電路時，讓呼叫請求分組途經(jīng)的節(jié)點為虛電路預先分配一個或多個數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。若某個節(jié)點緩沖器已被占滿，則呼叫請求分組另擇路由，或者返回一個"忙"信號給呼叫者。這樣，通過途經(jīng)的各節(jié)點為每條虛電路開設的永久性緩沖區(qū)(直到虛電路拆除)，就總能有空間來接納并轉(zhuǎn)送經(jīng)過的分組。此時的分組交換跟電路交換很相似。當節(jié)點收到一個分組并將它轉(zhuǎn)發(fā)出去之后，該節(jié)點向發(fā)送節(jié)點返回一個確認信息。該確認一方面表示接收節(jié)點已正確收到分組，另一方面告訴發(fā)送節(jié)點，該節(jié)點已空出緩沖區(qū)以備接收下一個分組。上面是"停一等"協(xié)議下的情況，若節(jié)點之間的協(xié)議允許多個未處理的分組存在，則為了完全消除擁塞的可能性，每個節(jié)點要為每條虛電路保留等價于窗口大小數(shù)量的緩沖區(qū)。這種方法不管有沒有通信量，都有可觀的資源(線路容量或存儲空間)被某個連接占有，因此網(wǎng)絡資源的有效利用率不高。這種控制方法主要用于要求高帶寬和低延遲的場合，例如傳送數(shù)字化語音信息的虛電路。
(2) 分組丟棄法。該法不必預先保留緩沖區(qū)，當緩沖區(qū)占滿時，將到來的分組丟棄。若通信子網(wǎng)提供的是數(shù)據(jù)報服務，則用分組丟棄法來防止擁塞發(fā)生不會引起大的影響。但若通信子網(wǎng)提供的是虛電路服務，則必須在某處保存被丟棄分組的備份，以便擁塞解決后能重新傳送。有兩種解決被丟棄分組重發(fā)的方法，一種是讓發(fā)送被丟棄分組的節(jié)點超時，并重新發(fā)送分組直至分組被收到;另一種是讓發(fā)送被丟棄分組的節(jié)點在嘗試一定次數(shù)后放棄發(fā)送，并迫使數(shù)據(jù)源節(jié)點超時而重新開始發(fā)送。但是不加分辨地隨意丟棄分組也不妥，因為一個包含確認信息的分組可以釋放節(jié)點的緩沖區(qū)，若因節(jié)點元空余緩沖區(qū)來接收含確認信息的分組，這便使節(jié)點緩沖區(qū)失去了一次釋放的機會。解決這個問題的方法可以為每條輸入鏈路永久地保留一塊緩沖區(qū)，以用于接納并檢測所有進入的分組，對于捎帶確認信息的分組，在利用了所捎帶的確認釋放緩沖區(qū)后，再將該分組丟棄或?qū)⒃撋訋Ш孟⒌姆纸M保存在剛空出的緩沖區(qū)中。 |
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