考研笔记

拥塞控制

因出现过量的分组而引起网络性能下降的现象称为拥塞。本节只给概念框架：怎样判断拥塞、拥塞控制与流量控制的区别、开环与闭环两类方法。具体的拥塞控制算法（慢开始、拥塞避免、快重传、快恢复）在第 5 章 TCP 部分展开（5.3.6 TCP 拥塞控制）。

判断拥塞看的是”吞吐量随负载怎样变”，而不是分组多少；分析一条链路会不会拥塞，看的是汇入它的流量能否超过它的带宽。 本页的错题属于后一种。

机制

怎样判断网络进入了拥塞

判断网络是否进入拥塞状态的方法是，观察网络的吞吐量与网络负载的关系：

  • 若随着网络负载的增加，网络的吞吐量明显小于正常的吞吐量，则网络就可能已进入轻度拥塞状态；
  • 若网络的吞吐量随着网络负载的增大而下降，则网络就可能已进入拥塞状态；
  • 严重时吞吐量降为零，网络通信业务陷入停顿，即出现死锁。

拥塞控制主要解决的问题是如何获取网络中发生拥塞的信息，从而利用这些信息进行控制，以避免因拥塞而出现分组的丢失。

拥塞控制与流量控制

拥塞控制的作用是确保网络能够承载所达到的流量，这是一个全局性的过程，涉及网络中所有的主机、路由器及导致网络传输能力下降的所有因素。

流量控制往往是指在发送方和接收方之间的点对点通信量的控制，所要做的是抑制发送方发送数据的速率，以便使接收方来得及接收。

两者的外在表现可能相同——都是让发送方减速——但原因不同：流量控制是因为接收方来不及收，拥塞控制是因为网络承载不了。

单一地增加资源并不能解决拥塞。 拥塞是网络中多个资源之间不平衡造成的：例如只把某个路由器的缓存加大，分组在它的队列里排得更久，到达时可能已经超时，发送方重传，反而向网络注入了更多分组。

开环控制与闭环控制

方法做法性质
开环控制在设计网络时事先将有关发生拥塞的因素考虑周到，力求网络在工作时不产生拥塞；手段包括确定何时可接收新流量、何时可丢弃分组及丢弃哪些分组、确定何种调度策略等，做决定时不考虑当前网络的状态静态的预防方法，系统启动并运行后中途不再修改
闭环控制事先不考虑有关发生拥塞的各种因素，采用监测网络系统去监视，及时检测哪里发生了拥塞，然后将拥塞信息传到合适的地方，以便调整网络系统的运行基于反馈环路，是一种动态的方法

TCP 的拥塞控制属于闭环控制：发送方把超时和重复确认当作拥塞的反馈信号，据此调整拥塞窗口。

边界

吞吐量随负载增加而上升，说明网络没有拥塞。 节点收发的分组越来越多或越来越少，也不能说明拥塞，因为分组数量与吞吐量不成正比；判断依据只能是”负载增加、吞吐量反而下降”（王道 4.1.6 第 2 题）。

分析某条链路会不会拥塞，比较的是”最多能涌进来多少”与”它能送出去多少”。 路由器处理速度足够快时，瓶颈只在链路：一条链路的所有上游输入加起来，若可能超过这条链路的带宽，分组就会在它前面的输出队列里积压。全双工链路两个方向各自独立计算。

错题复盘：一条链路会不会拥塞，看所有可能汇入它的流量之和

王道 4.7.4 第 18 题：如上图所示，用 7 个相同的路由器与 8 台主机相连。链路带宽分为三种，最上层的最快，最下层的最慢，都是全双工方式，图中标注了各层链路带宽的数值（4Mb/s、2Mb/s、1Mb/s）。所有路由器的处理速度都很快，远超链路带宽。下列关于网络拥塞分析的说法中，正确的是（A. R1-R2 链路和 R2-R4 链路都不可能发生拥塞　B. R1-R2 链路可能发生拥塞，R2-R4 链路不可能发生拥塞　C. R1-R2 链路不可能发生拥塞，R2-R4 链路可能发生拥塞　D. R1-R2 链路和 R2-R4 链路都可能发生拥塞）。答案 C。

R1-R2 链路：从 R2 到 R1 方向的数据只能来自 H1～H4，每台主机最快 1Mb/s，合计不超过 4Mb/s；反方向的数据只能来自 H5～H8，同样不超过 4Mb/s。R1-R2 链路上的数据率在任何时候都不可能超过 4Mb/s，因此不可能发生拥塞。

R2-R4 链路：考虑这种情况——H5 和 H6 同时以 1Mb/s 的速率向 H1 发送数据，H7 和 H8 同时以 1Mb/s 的速率向 H2 发送数据。此时 R1 右边的所有链路和 R1-R2 链路都在带宽之内正常工作，但这些数据全部要经 R2 转发，再通过带宽为 2Mb/s 的 R2-R4 链路分别发送给 H1 和 H2，显然不可能。于是在 R2 的缓存中，进来的数据比出去的多，数据堆积得越来越多，发送不出去，产生拥塞。

判断的依据不是”哪条链路慢”，而是上游流量能否超过它：R1-R2 的上游被 4 条 1Mb/s 的主机链路限死；R2-R4 的上游却可以是 R4 以外的全部 6 台主机。

拥塞控制是全局性的，流量控制是点对点的。 链路层的滑动窗口（3.4.1）只做流量控制；本章的网络层在教材中负责讨论拥塞，第 5 章的 TCP 两者都做。

口径差异：互联网的拥塞控制到底由哪一层做

教材口径：拥塞控制列在网络层的功能中（4.1.5）。

工程口径：IP 本身几乎不做拥塞控制。路由器在队列满时丢弃分组，或者在支持显式拥塞通知（ECN）时给分组打上标记；真正调整发送速率的是端系统里的 TCP。这符合 4.1.1 的设计思想——网络层尽最大努力交付，复杂的控制交给端系统。

考试问”哪一层的功能”时按考纲答网络层；问”TCP 的拥塞控制”时按第 5 章的算法作答。

对照速查

说法对错
随着负载增加吞吐量反而下降，网络发生了拥塞✅
网络节点接收和发出的分组越来越多，说明发生了拥塞❌
拥塞控制是全局性的过程✅
流量控制是为了防止网络过载❌（防止接收方来不及收）
增加路由器的缓存就能解决拥塞❌
开环控制在做决定时要考虑当前网络状态❌
闭环控制基于反馈环路，是动态方法✅

考点

  • 拥塞的判断：负载增加、吞吐量下降
  • 拥塞控制（全局）vs 流量控制（点对点、接收方）
  • 开环（静态预防、不看当前状态）vs 闭环（反馈、动态）
  • 链路是否可能拥塞：上游输入总和 vs 链路带宽

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