① 计算机中,流量控制和拥塞控制有什么区别
流量控制和拥塞控制的区别
TCP的流量控制和拥塞控制看上去是两个比较相近的概念,容易产生混淆。但事实上,他们在期望的目标和使用的方法是完全不同的。
流量控制解决的是发送方和接收方速率不匹配的问题,发送方发送过快接收方就来不及接收和处理。采用的机制是滑动窗口的机制,控制的是发送了但未被Ack的包数量。
拥塞控制解决的是避免网络资源被耗尽的问题,通过大家自律的采取避让的措施,来避免网络有限资源被耗尽。当出现丢包时,控制发送的速率达到降低网络负载的目的。
流量控制
流量控制是通过滑动窗口来实现的。 滑动窗口分为发送端窗口和接收端窗口。
窗口有大小限制,窗口大小是接收端用来告诉发送端目前接收端能接收的最大字节数。
窗口的大小在TCP协议头里,大小为16位。然而在TCP协议的可选项里,还可以定义窗口的比例因子,因此实际的窗口大小可以超过64KB。窗口的含义实际上就是接收缓冲区的大小。
发送窗口维护了发送端发送的已被接收端ACK的序号,以及已经发送的最大序号,这样就可以知道还能发送多少的新数据。
接收窗口维护了已经ACK的序号,以及所有接收到的包序号。
窗口大小在特定的一次连接通信过程中,大小是不变的。而滑动窗口是一种机制,滑动窗口的大小在发送端代表的是可发送的数据大小,在接收端代表的是可接收的数据大小,它们是动态变化的。
拥塞控制
拥塞控制是通过拥塞窗口来实现的。拥塞窗口指发送端在一个RTT内可以最多发送的数据包数。
拥塞控制一般包括慢启动、拥塞避免两个阶段。
慢启动阶段是从1开始指数增长到限定大小的过程。
拥塞避免阶段时超过限定大小之后线性增加的过程,以及发现丢包后将拥塞窗口改为1,并把限定大小减半的过程。
(1)计算机网络中拥塞控制图形扩展阅读
流量控制是端到端的控制,例如A通过网络给B发数据,A发送的太快导致B没法接收(B缓冲窗口过小或者处理过慢),这时候的控制就是流量控制,原理是通过滑动窗口的大小改变来实现。
拥塞控制是A与B之间的网络发生堵塞导致传输过慢或者丢包,来不及传输。防止过多的数据注入到网络中,这样可以使网络中的路由器或链路不至于过载。拥塞控制是一个全局性的过程,涉及到所有的主机、路由器,以及与降低网络性能有关的所有因素。
② TCP拥塞控制
在计算机网络中的链路容量(即带宽)、交换节点(如路由器)中的缓存和处理机等,都是网络的资源。在某段时间内,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,从而导致吞吐量将随着输入负荷增大而降低。这种情况就叫做 拥塞 。通俗来说,就跟交通拥堵性质一样。
网络拥塞的原因有很多,如交换节点的 缓存容量太小、输出链路的容量和处理机的速度 。
拥塞控制就是防止过多的数据注入网络中,这样可以使网络中的路由器或链路不致于过载 。拥塞控制是一个 全局性的过程 。涉及网络中所有的主机、所有的路由器,以及与降低网络传输性能有关的所有因素。
拥塞控制和流量控制的关系密切,但是 流量控制往往是指点对点的通信量控制 ,是个 端对端 的问题。流量控制所要做的就是抑制发送方发送数据的速率,以便使接收端来得及接收。
TCP进行拥塞控制的算法有四种,即 慢开始(slow-start)、拥塞避免(congestion-avoidance)、快重传(fast retransmit)、快恢复(fast recovery) 。
为了讨论问题方便,提出以下假定:
拥塞控制也叫做 基于窗口 的拥塞控制。为此,发送方维持一个叫作 拥塞窗口cwnd (congestion window)的状态变量。 拥塞窗口的大小取决于网络的用谁程度,并且动态的变化。发送方让自己的发送窗口等于拥塞窗口 。
接收方窗口值rwnd和拥塞窗口值cwnd的区别:
发送方控制拥塞窗口的原则是:只要网络没有出现拥塞,拥塞窗口就可以再扩大一些,以便让更多的分组发送出去,如果网络出现了拥塞,就必须将拥塞窗口减小一些,以减少分组的发送。 判断网络拥塞的依据就是出现了超时 。
慢开始算法的思路:刚开始发送数据时,不一下向网络中注入大量数据,而是先探测一下,即 由小到大逐渐增大发送窗口 ,也就是说, 由小到大逐渐增大拥塞窗口数值 。
慢开始算法具体规定:刚开始发送数据时,先把拥塞窗口cwnd根据 发送方的最大报文段SMSS (Sender Maximum Segment Size)数值的大小设置为不超过2-4个SMSS的数值。在 每收到一个对新的报文段的确认后,可以把拥塞窗口增加最多一个SMSS的数值 。用这样的方法逐步增大发送方的拥塞窗口rwnd,可以使分组注入到网络中的速率更加合理。
下面举例说明一下,虽然实际上TCP是用字节数作为窗口大小的单位,但为了方便描述,下面使用报文段的个数来作为窗口的大小的单位,并且假设所有的报文段大小相等。
所以, 慢开始算法每经过一个传输轮次(transmission round),拥塞窗口cwnd就加倍 。
注:在TCP实际运行时,发送方只有收到一个确认就可以将cwnd加1并发送新的分组,并不需要等一个轮次所有的确认都收到后再发送新的分组。
从上面可以看出,慢开始算法虽然起始的窗口很小,但是每过一个轮次,窗口大小翻倍,呈指数爆炸增长,所以必须要对其进行一个限制,防止其增长过大引起网络拥塞。这个限制就是 慢开始门限ssthresh 状态变量。慢开始门限ssthresh的用法如下:
拥塞避免算法的思路是让拥塞窗口cwnd缓慢增大,即每经过一个往返时间RTT就把发送方的拥塞窗口cwnd加1,而不是像慢开始阶段那样加倍增长。因此在拥塞避免阶段就有 “加法增大”AI (Additive Increase)的特点。这表明在拥塞避免阶段,拥塞窗口cwnd 按线性规律增长 ,比慢开始算法的拥塞窗口增长速率缓慢得多。
下面用一个具体的例子来说明拥塞控制的过程,下图假设TCP发送窗口等于拥塞窗口,慢开始初始门限设置为16个报文段,即ssthresh = 16。
在拥塞避免阶段,拥塞窗口是按照线性规律增大的,这常称为 加法增大AI 。无论在慢开始阶段还是拥塞避免阶段,只要出现一次超时(即出现一次网络拥塞),就把慢开始门限值 ssthresh 设置为当前拥塞窗口的一半,这叫做 乘法减小 MD (Multiplication Decrease)。
当网络频繁出现拥塞时,ssthresh 值就下降的很快,以大大减少注入网络中的分组数。
快恢复算法 ,如果发送方连续接收到3个冗余ACK,发送方知道现在只是丢失了个别的报文段,此时调整门限值 ssthresh为当前拥塞窗口的一半,同时设置拥塞窗口 cwnd为新的门限值(发生报文段丢失时拥塞窗口的一半),而不是从1开始。
TCP对这种丢包事件的行为,相比于超时指示的丢包,不那么剧烈 ,所以对于连续收到3个冗余ACK,拥塞窗口不会从1开始开始。
③ 计算机网络原理 简述TCP拥塞控制中慢启动的过程
TCP采用慢开始和拥塞避免的方法控制发送
慢开始的思路是,先测试一下,在由小到大的增大发送窗口
具体的:预先设置一个慢开始门限,ssthresh(用于控制拥塞)
先设拥塞窗口cwnd=1,发送第一个报文,收到确认后把cwnd设为2,在发送,收到回复后,再把cwnd增加2个,即,收到回复后就把cwnd增加一倍,这就是慢开始算法
当cwnd>ssthresh就停止上述的慢开始算法而使用拥塞避免算法
拥塞避免算法就是每收到一个回复后就把cwnd加1,直到出现拥塞
无论在慢开始还是拥塞避免时只要出现拥塞就把ssthresh设为原值的一半(这就是乘法减小)并把cwnd设为1,在执行慢开始算法,重复上述过程
④ 在计算机网络中TCP流量控制和拥塞控制的作用
拥塞控制:防止过多的数据注入到网络中,这样可以使网络中的路由器或链路不致过载。拥塞控制所要做的都有一个前提:网络能够承受现有的网络负荷。拥塞控制是一个全局性的过程,涉及到所有的主机、路由器,以及与降低网络传输性能有关的所有因素。
流量控制:指点对点通信量的控制,是端到端正的问题。流量控制所要做的就是抑制发送端发送数据的速率,以便使接收端来得及接收
⑤ 计算机网络(三)——网络层
网络层的 目的 是实现在任意结点间进行数据报传输,它的目的与链路层、物理层不是一样的吗?但是通过它数据可以在更大的网络中传输。
为了能使数据更好地在更大的网络中传输,网络层主要实现三个功能: 异构网络互联 、 路由与转发 和 拥塞控制 。
我们知道,在物理层、链路层,可以使用不同的传输介质和拓扑结构将几台、十几台主机连接在一起形成一个小型的局域网,把这些组成结构不完全相同的局域网称为异构网,因此将它们连接扩大成更大的网络,需要一个类似转接头的设备——路由器,路由器不仅仅可以连接异构网,还能隔离冲突域和广播域,依照IP地址转发。
下图对集线器、网桥、交换机和路由器能否隔离冲突域和广播域进行比较:
路由器作为连接多个网络的结点,不仅需要完成对数据的分组转发,还要选择传输路径,因此路由器主要由 路由选择 和 分组转发 组成。
网络层最重要的功能是 路由与转发 功能。路由也就是选择一条合适的路,转发则是在这条路上遵守协议。这有点像从某个多个国家的交界城市自驾,选其中一条路,那么就遵守这个国家的交通协议。
数据通过一个又一个路由器到达目的地址,路由器怎么知道数据应该从哪个端口出发才能到达目的地呢?这就需要构造路由表。
路由表有两种构造方式: 静态 和 动态 。
一个个小网络可以构成一个区域,足够多的区域互连成一个网络,多个网络又形成巨大的互联网。要想让数据高效在网络中传输,采用“分而治之”的理念。
将互联网分为许多较小的自治系统,系统有权决定自己内部采用什么路由协议,这便是层次路由。通过层次路由便可以采用灵活的协议传输数据。数据在自治系统内传输采用 内部网关协议 而自治系统之间则采用 外部网关协议 。
内部网关协议有两种协议: 路由信息协议(RIP) 和 开放最短路径优先协议(OSPF)
外部网关协议则是边界网关协议(BGP)。内部网关协议服务某个自治系统,范围较小,所以尽可能有效地从源站送到目的站,也就是找到一条最佳路径。而外部网关协议需要面对更大的网络范围和网络环境,因此更关注的找到比较好的路径,也就是不能兜圈子。
BGP工作原理:
将三种路由协议进行比较:
构建大规模、异构网络的互联网除了硬件的支持外,还需要建立协议以实现数据报传输服务——IP协议。
目前IP协议有两个版本:IPv4和IPv6。
现在主流的IP协议版本还是IPv4。
IP数据报主要由首部和数据部分组成,由TCP报文段封装到数据部分,再在前端加上一些描述信息的首部,其格式如下图:
IP协议使用分组转发,当报文过大时需要分片。分片的思路如下:
如果把IP数据报看作是信,那么首部中的源地址与目的地址则分别是发信地址和邮件地址。为了方便路由计算这些地址,并且使IP地址足够使用,因此将IP地址进行分类。
IP地址的格式 : {<网络号>,<主机号>},网络号标志主机所连接的网络,主机号标志该主机,每个IP地址都是唯一的。
IP地址分类 如下:
通过分类,可以计算每个网络中最大的主机数:
网络地址转换(NAT)是一种转换机制,将专用网络地址转换为公用地址,目的是为了对外隐藏内部管理的IP地址,这样不仅可以保证网络安全,还可以解决IP地址不足问题。
当路由器接收到的目的地址是私有地址则一律不进行转发,而如果是公用地址,则是用NAT转换表将源IP及端口号映射成全球IP号,然后从WAN端口发送到因特网上。
IP地址有A、B、C类网络号,如果把A类网络号分给一个广播域,那么这个广播域可以接入16,777,212台主机,然而一个广播域不可能融入这么多台主机,因为这样会导致广播域过饱和而瘫痪,而只给其分配一定数量的网络号,则会浪费大量的IP地址。因此在IP地址中增加一个“子网号字段”,将IP地址划分为三级,即IP地址={<网络号>,<子网号>,<主机号>},也就是从主机号中借用几个比特号作为子网号,这个子网号是对内划分的,对外仍旧表现为二级IP地址。
主机或路由器如何判断一个网络是否进行子网划分了呢?——利用子网掩码。
CIDR是 无分类 域间路由器选择,目的是消除A、B、C类网络划分,这样可以大幅度提高IP地址空间利用率。相比较子网掩码划分,它更加灵活。
上图中,如果R1收到前缀为206.1的IP地址,它只需要转发给R2,具体发往网络1还是网络2,则由R2计算得出。
通过IP地址,可以将数据从某个网络传输到目的网络,但是把信息发送给哪台主机呢?由于路由器的隔离,IP网路没办法使用广播方式查找MAC地址,只有通过链路层的MAC地址以广播方式寻址。
因此,IP协议还包括三个协议—— ARP、DHCP和ICMP ,共同配合完成数据转发。
IPv6是解决IP地址耗尽的根本手段。它与IPv4的报文形式差别如下图:
IPv6与IPv4地址通信示意图:
在通信过程中,如果分组过量而导致网路性能下降,会产生拥塞。
拥塞的控制方式: