數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量和服務(wù)性能保障機(jī)制

本模塊首先表征數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量的參數(shù)指標(biāo)，然后介紹4種服務(wù)性能的保障機(jī)制，即差錯(cuò)控制、擁塞控制、路由選擇和流量控制。

一、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量

數(shù)據(jù)通信網(wǎng)多采用分組交換技術(shù)，由于用戶業(yè)務(wù)往往沒有獨(dú)占的信道帶寬，在整個(gè)通信期間，服務(wù)質(zhì)量會(huì)隨著網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的變化而變化。表征數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量的參數(shù)指標(biāo)如下：

服務(wù)可用性

是指用戶與網(wǎng)絡(luò)之間服務(wù)連接的可靠性。

傳輸時(shí)延

是指在兩個(gè)參知識點(diǎn)之間，發(fā)送和收到一個(gè)分組的時(shí)間間隔。

時(shí)延變化

又稱抖動(dòng)，是指沿相同路徑傳輸?shù)耐粋€(gè)業(yè)務(wù)流中的所有分組傳輸時(shí)延的變化。

吞吐量

是指在網(wǎng)絡(luò)中分組的傳輸速率，可以用平均速率或峰值速率來表示。

分組丟失率

是指分組在通過網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)允許的最大丟失率，通常分組丟失都是由于網(wǎng)絡(luò)擁塞造成的。

分組差錯(cuò)率

是指單位時(shí)間內(nèi)的差錯(cuò)分組與傳輸?shù)目偡纸M數(shù)目的比率。

二、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的服務(wù)性能保障機(jī)制

數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)在運(yùn)行時(shí)時(shí)常要面對以下3類問題：

數(shù)據(jù)傳輸中的差錯(cuò)和丟失；

網(wǎng)絡(luò)擁塞；

交換節(jié)點(diǎn)和物理線路故障。

網(wǎng)絡(luò)必須提供相應(yīng)的機(jī)制來解決上述問題，才能保證穩(wěn)定的服務(wù)性能。網(wǎng)絡(luò)采用的服務(wù)性能保障機(jī)制主要有：差錯(cuò)控制、擁塞控制、路由選擇和流量控制。

1、差錯(cuò)控制

數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對時(shí)延不敏感，對差錯(cuò)（就是誤碼）卻很敏感，因此必須提供相應(yīng)的差錯(cuò)控制機(jī)制。

差錯(cuò)控制機(jī)制負(fù)責(zé)將源端和目的端之間傳送的數(shù)據(jù)所發(fā)生的丟失和損壞恢復(fù)過來。通常差錯(cuò)控制機(jī)制包括差錯(cuò)檢測和差錯(cuò)校正兩部分。

討論：

差錯(cuò)控制的基本思路

在發(fā)送端被傳送的信息碼序列的基礎(chǔ)上，按照一定的規(guī)則加入若干“監(jiān)督碼元”后進(jìn)行傳輸，這些加入的碼元與原來的信息碼序列之間存在著某種確定的約束關(guān)系。在接收數(shù)據(jù)時(shí)，檢驗(yàn)信息碼元與監(jiān)督碼元之間的既定的約束關(guān)系，如該關(guān)系遭到破壞，則在接收端可以發(fā)現(xiàn)傳輸中的錯(cuò)誤，乃至糾正錯(cuò)誤。

信息碼（k ）+監(jiān)督碼（ r）=碼組（n ）

在分層網(wǎng)絡(luò)體系中，差錯(cuò)控制是一種可以在多個(gè)協(xié)議級別上實(shí)現(xiàn)的功能。在分組交換網(wǎng)（X.25網(wǎng)）中，既有數(shù)據(jù)鏈路層的差錯(cuò)控制，又有分組層的差錯(cuò)控制。

目前，隨著傳輸系統(tǒng)的數(shù)字化、光纖化，現(xiàn)代的大多數(shù)分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)均將用戶信息的差錯(cuò)控制由網(wǎng)絡(luò)移至終端來做，在網(wǎng)絡(luò)中只對分組頭中的控制信息做必要的差錯(cuò)檢測。

2、擁塞控制

通常擁塞發(fā)生在通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量開始接近網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)處理能力時(shí)。

擁塞控制的目標(biāo)

是將網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)量控制在一定的水平之下，超過這個(gè)水平，網(wǎng)絡(luò)的性能就會(huì)急劇惡化。

擁塞控制必要性

實(shí)質(zhì)上，采用分組交換的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)可以看成是一個(gè)由隊(duì)列組成的網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)采用基于存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)的排隊(duì)機(jī)制轉(zhuǎn)發(fā)用戶分組，在交換節(jié)點(diǎn)的每個(gè)輸出端口上都有一個(gè)分組隊(duì)列。當(dāng)發(fā)生擁塞時(shí)，網(wǎng)絡(luò)并不是簡單地拒絕以后的用戶分組，而是將其放到指定輸出端口的隊(duì)列中等待資源空閑時(shí)再發(fā)送。由于此時(shí)分組到達(dá)和排隊(duì)的速率超過交換節(jié)點(diǎn)分組的傳輸速率，隊(duì)列長度會(huì)不斷增長，如果不進(jìn)行及時(shí)的擁塞控制，每個(gè)分組在交換節(jié)點(diǎn)經(jīng)歷的轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延就會(huì)變得越來越長，造成局部的擁塞。如果對局部的擁塞不加控制，則最終會(huì)導(dǎo)致?lián)砣蛉W(wǎng)蔓延，因此在分組數(shù)據(jù)網(wǎng)中均提供了相應(yīng)的擁塞控制機(jī)制。

【注：此處分組交換的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)不專指X.25網(wǎng)，而是泛指采用存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)方式的包交換網(wǎng)絡(luò)，包括X.25網(wǎng)、幀中繼網(wǎng)和ATM網(wǎng)等?！?/P>

擁塞控制機(jī)制

X.25網(wǎng)中的阻流分組（Choke Packet）、Internet中ICMP的源站抑制分組（Source Quench）均用于擁塞節(jié)點(diǎn)向源節(jié)點(diǎn)發(fā)送控制分組，以限制其業(yè)務(wù)量流入網(wǎng)絡(luò)。

3、流量控制

流量控制是一種使目的端通信實(shí)體可以調(diào)節(jié)源端通信實(shí)體發(fā)出的數(shù)據(jù)流量的協(xié)議機(jī)制，可以調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)發(fā)送的數(shù)量和速率。

分組交換的數(shù)據(jù)網(wǎng)進(jìn)行流量控制的原因

在目的端必須對每個(gè)收到的分組的頭部進(jìn)行一定的協(xié)議處理，由于收發(fā)雙方工作在異步方式下，源端可能試圖以比目的端處理速度更快的速度發(fā)送分組（即接收數(shù)據(jù)信號的速率可能會(huì)跟不上發(fā)送數(shù)據(jù)信號的速率）。

目的端也可能將收到的分組先緩存起來，然后重新在另一個(gè)I/O端口進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，此時(shí)它可能需要限制進(jìn)入的流量以便與轉(zhuǎn)發(fā)端口的流量相匹配。

流量控制方法

與差錯(cuò)控制一樣，流量控制也可以在多個(gè)協(xié)議層次實(shí)現(xiàn)。常見的流量控制方法有：

在X.25網(wǎng)中使用的滑動(dòng)窗口法；

在Internet的TCP層實(shí)現(xiàn)的可變的滑動(dòng)窗口；

在ATM網(wǎng)中使用的漏桶算法等。

4、路由選擇

靈活的路由選擇技術(shù)可以幫助網(wǎng)絡(luò)繞開發(fā)生故障或擁塞的節(jié)點(diǎn)，以提供更可靠的服務(wù)質(zhì)量。

路由選擇技術(shù)分為兩種：

自適應(yīng)的路由選擇技術(shù)

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的變化，交換節(jié)點(diǎn)能自動(dòng)調(diào)整更新路由表

非自適應(yīng)的路由選擇技術(shù)

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，交換節(jié)點(diǎn)不能自動(dòng)調(diào)整更新路由表

采用虛電路方式的分組交換網(wǎng)，路由選擇與電話通信網(wǎng)的路由選擇技術(shù)類似。它們主要的問題是沒有提供自動(dòng)的路由發(fā)現(xiàn)機(jī)制，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行時(shí)，交換節(jié)點(diǎn)不能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的變化，自動(dòng)調(diào)整更新本地路由表。

在電話通信網(wǎng)中，通常采用靜態(tài)路由技術(shù)，即每個(gè)交換節(jié)點(diǎn)的路由表是人工配置的，網(wǎng)絡(luò)也不提供自動(dòng)的路由發(fā)現(xiàn)機(jī)制，但是一般情況下，到任意目的地，除正常路由外，都會(huì)配置兩、三條迂回路由，以提高可靠性。這樣，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，故障區(qū)域所影響的呼叫將被中斷，但后續(xù)產(chǎn)生的呼叫通?？勺哂鼗芈酚?，一般不受影響。

在分組交換網(wǎng)絡(luò)中，如果采用數(shù)據(jù)報(bào)方式，一般都支持自適應(yīng)的路由選擇技術(shù)，即路由選擇的決定將隨著網(wǎng)絡(luò)情況的變化而改變，主要是故障或擁塞兩方面。

討論：

在Internet中，IP路由協(xié)議實(shí)際就是動(dòng)態(tài)的路由選擇協(xié)議。使用路由協(xié)議，路由器可以實(shí)時(shí)更新自己的路由表以反映當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓虼思词拱l(fā)生故障或擁塞，后續(xù)分組也可以自動(dòng)繞開，從而提高了網(wǎng)絡(luò)整體的可靠性。

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