通信工程師傳輸與接入考試培訓擁塞控制

  9.5.3  擁塞控制
  擁塞是一種不正常的狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，用戶提供給網(wǎng)絡(luò)的負載接近或超過了網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計極限，從而不能保證用戶所需的服務質(zhì)量(QoS)，這種現(xiàn)象主要是由于網(wǎng)絡(luò)資源受限或突然出現(xiàn)故障所致。造成ATM擁塞的網(wǎng)絡(luò)資源一般包括交換機輸入/輸出端口、緩沖器、傳輸鏈路、ATM適配層處理器和呼叫接納控制(CAC)器等，發(fā)生擁塞的資源也稱為瓶頸或擁塞點。
  系統(tǒng)的連接模式、重傳策略、認證策略、響應機制和流量控制等應用特性對擁塞都有影響。與應用特性相反，一定的網(wǎng)絡(luò)特性對控制擁塞可以起到積極作用，如排隊策略、服務調(diào)度策略、信元廢棄策略、路由選擇、傳播時延、處理時延和連接模式。
  擁塞發(fā)生時的一個重要現(xiàn)象是服務質(zhì)量嚴重下降。 圖9.21顯示當提供的負載增加到輕度擁塞區(qū)間，網(wǎng)絡(luò)實際承載的負載因受限于帶寬和緩沖資源而到達最大值。當負載繼續(xù)增加到嚴重擁塞區(qū)間，網(wǎng)絡(luò)承載的負載因丟失或超長時延而引起重傳，造成網(wǎng)絡(luò)性能嚴重下降。網(wǎng)絡(luò)承載的負載在嚴重擁塞區(qū)間的下降程度被稱為擁塞崩潰現(xiàn)象。

  ATM網(wǎng)絡(luò)必須既要處理由于大于系統(tǒng)處理能力的通信量而引起的長期擁塞，又要處理由于通信中的突發(fā)性傳輸而引起的短期擁塞。理想的擁塞控制(Congestion Control)機制是：在不發(fā)生擁塞的情況下，使網(wǎng)絡(luò)負載增加到瓶頸資源的邊緣并維持不變，從而最大限度地利用網(wǎng)絡(luò)資源。
  根據(jù)擁塞程度不同，擁塞控制包括三個層次：擁塞管理、擁塞回避和擁塞恢復。
  在非擁塞區(qū)域，擁塞管理工作的目的是確保網(wǎng)絡(luò)負載不要進入擁塞區(qū)域。這種控制策略包括資源分配、廢棄型UPC、完全預約或絕對保證的CAC以及網(wǎng)絡(luò)工程。
  擁塞回避是一組實時的控制機制，它可在網(wǎng)絡(luò)過載期間避免擁塞和從擁塞中恢復。例如某些節(jié)點或鏈路出現(xiàn)故障時，就需要這種機制。擁塞回避程序通常工作在非擁塞區(qū)域和輕度擁塞區(qū)域之間，或整個輕度擁塞區(qū)域內(nèi)。擁塞回避機制包括前向擁塞通知(ECN)、UPC、過預約CAC、阻塞式CAC、基于窗速率信譽的流量控制。
  擁塞恢復程序可以避免降低網(wǎng)絡(luò)已向用戶承諾的業(yè)務質(zhì)量。當網(wǎng)絡(luò)因擁塞開始經(jīng)受嚴重的丟失或急劇增加時延時，啟動該擁塞恢復程序。擁塞恢復包括選擇性信元廢棄、UPC參數(shù)的動態(tài)設(shè)置、嚴重丟失驅(qū)動的反饋或斷連(Disconnect)等。
  總之，流量控制使網(wǎng)絡(luò)工作在正常服務范圍內(nèi)，獲得更高的網(wǎng)絡(luò)效率；擁塞控制通過降低網(wǎng)絡(luò)效率或QoS以確保擁塞不會發(fā)生。流量控制和擁塞控制功能概要如圖9.22所示。

  未來網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展是用統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)寬帶多媒體通信。ATM是實現(xiàn)這一目標的主要技術(shù)之一。經(jīng)過十幾年的研究和發(fā)展，ATM技術(shù)日趨完善，它的主要貢獻表現(xiàn)在：
  (1)  ATM技術(shù)確保QoS。為了保證不同業(yè)務的QoS，采取的措施有：在ATM網(wǎng)絡(luò)邊緣，定義AAL層, 以滿足不同業(yè)務對QoS的特殊要求，包括對傳輸時延、抖動、信元丟失的處理；在ATM網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，ATM層也對業(yè)務進行了分類，按類分配帶寬資源, 并通過流量管理和控制機制為每一個用戶定義更細的QoS。它包括連接管理控制、呼叫接納控制、用法參數(shù)控制、信元優(yōu)先級處理和擁塞控制等。
  (2) 信元頭中包含VCI和VPI，信元的兩級交換和連接(VPC/VCC)思想, 有利于簡化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、增強網(wǎng)絡(luò)的服務能力，以及減少處理和連接建立的時間。即接入側(cè)使用VCI標識精細的接入，而骨干網(wǎng)使用粗粒度的VP交換快速轉(zhuǎn)發(fā)信息。
  (3)  ATM論壇定義的PNNI接口處的路由協(xié)議，可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)自動更新路由表，為公用骨干網(wǎng)絡(luò)路由的選擇提供了借鑒。
  雖然ATM是一門很好的技術(shù)，支持各種業(yè)務在理論上也是可行的，但實際上卻存在一些問題，主要問題表現(xiàn)在：
  (1) 對大量低速率業(yè)務的支持尚不能令人滿意，尤其是語音。AAL1和AAL2雖然可以通過部分填充和多個AAL用戶的復用，實現(xiàn)低速語音等業(yè)務的傳送，但不能高效地支持端到端的傳送。
  (2) TCP/IP業(yè)務在PC桌面已占主流，在這種情況下，53字節(jié)長的信元用來承載平均長度在1500字節(jié)左右的IP分組，傳輸效率很低。ATM桌面應用缺少ATM終端系統(tǒng)的API，ATM網(wǎng)卡和業(yè)務費用較高，ATM與現(xiàn)有非ATM業(yè)務特性的一致性也存在問題。在因特網(wǎng)迅猛發(fā)展的形勢下，組建純ATM網(wǎng)絡(luò)已不大可能。
  ATM現(xiàn)階段的用途有兩種趨勢：一是用ATM網(wǎng)作為骨于網(wǎng)，利用ATM高速、大容量的優(yōu)勢來承載IP業(yè)務流。ATM將根據(jù)需要向MPLS演進，形成MPLS與傳統(tǒng) ATM混合的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。二是將ATM節(jié)點逐漸移向網(wǎng)絡(luò)邊緣，利用ATM支持多業(yè)務的能力優(yōu)勢，扮演多業(yè)務接入的角色。ATM技術(shù)在光接入網(wǎng)、移動和衛(wèi)星網(wǎng)中的應用仍可得到進一步發(fā)展。

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