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摘 要：近年来，随着社会经济的快速发展和科学技术的不断进步，虽然网络规模在日益扩大，但网络性能却倍受关注，尤其是网络拥塞问题已经成为现代网络发展的重大桎梏。本文将对网络拥塞问题进行分析，并在此基础上就如何有效控制网络拥塞问题，谈一下自己的观点和认识，以供参考。
关键词：网络；拥塞控制技术；应用；研究
中图分类号：TP393.06
随着Internet技术以及现代多媒体业务的不断发展和增长，目前国内、国际计算机网络系统的规模、用户数量都在急剧的膨胀，必将面临严峻的网络拥塞问题；然而，传统模式下的网络拥塞控制技术和方法，主要是基于源端的控制，面对当前的新形势已经难以满足客户高QOS需要，因此需要对网络拥塞控制技术进行创新和改进。
1 网络运行中的拥塞问题思考
实践中可以看到，网络运行过程中的拥塞现象已经非常的普遍；在链路轻负荷条件下，如果路由器接受相应的数据包，就会转发，但是若路由器接口转发速率比数据到达速率小时，则可能会因拥塞而丢包，此时对应源端需重新对数据包进行传输。在该种情况下，重新传输的数据包数量越多，则网络中的数据流量就会增加，这在很大程度上加剧了拥塞，如果不及时采取有效的措施进行处理，则可能会导致整个网络出现严重瘫痪现象。比如，数据包传输时延的不断增大，可能会导致网络系统数据吞吐量急剧减少，而且时延抖动随之大幅度增加。在该种通信模式下，因无需连接而分组传输，所以也就不需要记录、保存数据信息，从而简化了计算机网络结构；该种模式的弊端表现为很难在中间节点有效地引入接纳控制法，因没有中央控制制度、难以控制数据流，所以在瓶颈链路中出现了资源争抢现象，时延增加、丢包现象无法避免。
对于计算机网络系统而言，之所以会出现拥塞问题，主要是因为路由器缓存空间对其进行了局限，一旦有数据流到达路由器，相应的信息数据分组就会在缓存中排队，如果数据包分组到达速率超越了处理能力，则可能会导致数据包被丢弃掉，此时也就会出现网络拥塞问题。在此过程中，路由器处理器性能局限也是一个主要原因，路由器通过队列调度、管理以及更新路由表和排队缓存等，可以实现对数据包的转发，如果网络链路中的信息数据流超过处理能力，那么就会出现网络拥塞现象；此外，数据链路带宽也是造成网络拥塞的一个主要成因，即在容量有限的网络链路上，低速链路会对高速数据流产生带宽影响，因此也就形成网络拥塞。如果数据包被丢弃，则会占用一定的链路资源，部分数据包在没有到达接收端就已经被丢弃掉，因此会占据一定的链路带宽，链路带宽严重浪费，必然会对整个网络系统的性能造成不利影响；拥塞控制机制缺失，比如TCP是端至端的拥塞恢复管控机制，自拥塞被检测出到对其控制，中间的任何一个节点设备均会产生时延，因此也就会导致网络拥塞问题。
2 网络拥塞控制算法
由于Internet上的流量状态均在源端保持，因此若想有效控制拥塞问题，必须从源端着手，当检测到网络系统中产生拥塞问题时，需及时反馈到源端，以此来降低数据包发送率，以此来缓解或解决拥塞问题。为了能够有效达到上述目标，需设计特殊的机制来及时告知源端，在此过程中拥塞控制算法至关重要。然而，实践中因Internet为分布式系统，而拥塞算法分布在中间节点上，需协调和处理各节点协同和通信联络，同时还要充分考虑部分突发因素，以免导致节点故障问题产生；对于Internet而言，其规模非常的大，而且多媒体应用呈现出多元化的特点，加之网络系统非常的复杂，因此算法应当具有较强的适应性。拥塞算法在路由器各个中心节点，因此应当尽可能降低算法本身的复杂度，以此来适应互联网实时通信客观需求，从而为用户提供优质的网络服务。对于网络拥塞算法而言，应具备如下性能，即免疫性、平等性以及高效性等特点。其中，免疫性，即拥塞控制算法对突发因素的影响具有有效的抵抗特性；而平等性，则主要是指拥塞控制算法平等地对数据流资源进行有效分配；算法的高效性，即充分利用现有的网络资源，全面提高网络系统的有效利用率，降低网络应用成本。
3 基于源端的拥塞控制技术
本文所提出的是基于源端的TCP拥塞控制技术，其参数在拥塞控制中，主要有以下几个决定性参数。其中，源端拥塞口，明确了源端以此可发送的最多数据包；源端发送口，主要功能是决定源端数据包每次实际发送量；通告口，接收端在TCP初建时的发送窗口；慢启动阈值，慢启动、拥塞避免分界点；快速重传阈值，源端收到的重复数据包量超过阈值，就会进入快速重新传送阶段；回路响应时间，数据包分组从源端开始，源端接受到数据包的用时；超时重传计数器的主要功能是数据包分组接收失败间隔时间。基于上拥塞控制主要参数功能，具体的网络拥塞控制过程中，主要从以下几个方面着手：
第一，慢启动。TCP协议初期，源端建立TCP连接，向网络系统发送数据包，此时负荷急剧增加，路由器缓冲区数据包排队，网络资源快速耗尽，以致于吞吐量骤降。究其原因，主要是因为源端无法得知整个网络系统的运行状况，一味地发送数据包。针对该问题，TCP慢启动，缓慢增加源端发送率；源端还建立了新数据连接，同时拥塞窗口被限制为报文段大
小，因此难以立即发送分组数据包，一旦源端收到ACK包，则窗口会自动增加报文段，然后连续进行下去。
第二，拥塞避免。当源端收到三个连续一样的ACK包时，网络可能已经拥塞，此时慢启动阈值被设为源端拥塞口的一半，这样就可以有效避免拥塞加剧。数据包超时，源端拥塞口被设为l；当源端拥塞口超過慢启动阈值时，进入网络拥塞避免环节，源端每次收到有效的ACK包，源端拥塞窗口值就增加报文段，此时线性增长速率远低于原来的指数增长，从而大大缓解了网络拥塞。TCP拥塞窗口在上述阶段的变化如图1所示。
第三，快速重传。基于TCP协议，数据包在计算机网络中某个节点被丢弃，因网络拥塞而在缓冲区排队，接收端难以及时收到相应的数据包，甚至接收到的是乱序数据包。若源端收的相同ACK包不超过三个，则可接收的数据流具有无序性；如果接收到相同的ACK包超过三个，则先前数据流传输时存在着丢包现象，源端无需等待超时重传就重新对该数据包进行传送。
第四，快速恢复。在该过程中，源端连续收到同样的三个ACK包，则快速重传，重新将慢启动阈值设为源端拥塞窗口半数，并且源端拥塞窗口设为慢启动阈值+3，对拥塞避免算法进行二次计算。
从上述过程可见，IP、TCP层之间的拥塞控制没有直接的关系，无法提供有效的帮助，TCP层需通过超时重传以及请求确认等方式，对网络运行状态进行判定，这是端对端的有效拥塞管控机制，并且与AQM拥塞管控机制存在着较大的区别，所以该种机制虽然应用效果比较好，但是仍存在着一定的滞后、公平以及恢复时间长等问题，因此需要进行进一步创新和改进。
4 结束语
总而言之，网络拥塞现象总是伴随着网络、计算机的发展而变化，事实上研究网络拥塞的目的并非彻底解决该问题，而是使丢包率与时延、网络链路应用率等性能指标均衡、和谐。因此，在对网络拥塞问题进行控制时，需结合资源现状，使之与拥塞状况保持平衡，从而实现网络资源最优，并且使网络性能参数达到最佳平衡。
参考文献：
[1]潘守伟，蒋道霞.无线传感器网络中基于路由协议的拥塞控制技术研究[J].科技创新导报，2014（02）.
[2]魏佳杰，郭晓金.TCP拥塞控制技术研究[J].现代电子技术，2009（32）.
[3]徐昌彪，鲜永菊.计算机网络中的拥塞控制与流量控制[M].北京：人民邮电出版社，2007.
作者简介：王健（1980.12-），男，山西太原人，助理讲师，研究方向：中职计算机。
作者单位：广州市财经职业学校，广州 510095
关键词：网络；拥塞控制技术；应用；研究
中图分类号：TP393.06
随着Internet技术以及现代多媒体业务的不断发展和增长，目前国内、国际计算机网络系统的规模、用户数量都在急剧的膨胀，必将面临严峻的网络拥塞问题；然而，传统模式下的网络拥塞控制技术和方法，主要是基于源端的控制，面对当前的新形势已经难以满足客户高QOS需要，因此需要对网络拥塞控制技术进行创新和改进。
1 网络运行中的拥塞问题思考
实践中可以看到，网络运行过程中的拥塞现象已经非常的普遍；在链路轻负荷条件下，如果路由器接受相应的数据包，就会转发，但是若路由器接口转发速率比数据到达速率小时，则可能会因拥塞而丢包，此时对应源端需重新对数据包进行传输。在该种情况下，重新传输的数据包数量越多，则网络中的数据流量就会增加，这在很大程度上加剧了拥塞，如果不及时采取有效的措施进行处理，则可能会导致整个网络出现严重瘫痪现象。比如，数据包传输时延的不断增大，可能会导致网络系统数据吞吐量急剧减少，而且时延抖动随之大幅度增加。在该种通信模式下，因无需连接而分组传输，所以也就不需要记录、保存数据信息，从而简化了计算机网络结构；该种模式的弊端表现为很难在中间节点有效地引入接纳控制法，因没有中央控制制度、难以控制数据流，所以在瓶颈链路中出现了资源争抢现象，时延增加、丢包现象无法避免。
对于计算机网络系统而言，之所以会出现拥塞问题，主要是因为路由器缓存空间对其进行了局限，一旦有数据流到达路由器，相应的信息数据分组就会在缓存中排队，如果数据包分组到达速率超越了处理能力，则可能会导致数据包被丢弃掉，此时也就会出现网络拥塞问题。在此过程中，路由器处理器性能局限也是一个主要原因，路由器通过队列调度、管理以及更新路由表和排队缓存等，可以实现对数据包的转发，如果网络链路中的信息数据流超过处理能力，那么就会出现网络拥塞现象；此外，数据链路带宽也是造成网络拥塞的一个主要成因，即在容量有限的网络链路上，低速链路会对高速数据流产生带宽影响，因此也就形成网络拥塞。如果数据包被丢弃，则会占用一定的链路资源，部分数据包在没有到达接收端就已经被丢弃掉，因此会占据一定的链路带宽，链路带宽严重浪费，必然会对整个网络系统的性能造成不利影响；拥塞控制机制缺失，比如TCP是端至端的拥塞恢复管控机制，自拥塞被检测出到对其控制，中间的任何一个节点设备均会产生时延，因此也就会导致网络拥塞问题。
2 网络拥塞控制算法
由于Internet上的流量状态均在源端保持，因此若想有效控制拥塞问题，必须从源端着手，当检测到网络系统中产生拥塞问题时，需及时反馈到源端，以此来降低数据包发送率，以此来缓解或解决拥塞问题。为了能够有效达到上述目标，需设计特殊的机制来及时告知源端，在此过程中拥塞控制算法至关重要。然而，实践中因Internet为分布式系统，而拥塞算法分布在中间节点上，需协调和处理各节点协同和通信联络，同时还要充分考虑部分突发因素，以免导致节点故障问题产生；对于Internet而言，其规模非常的大，而且多媒体应用呈现出多元化的特点，加之网络系统非常的复杂，因此算法应当具有较强的适应性。拥塞算法在路由器各个中心节点，因此应当尽可能降低算法本身的复杂度，以此来适应互联网实时通信客观需求，从而为用户提供优质的网络服务。对于网络拥塞算法而言，应具备如下性能，即免疫性、平等性以及高效性等特点。其中，免疫性，即拥塞控制算法对突发因素的影响具有有效的抵抗特性；而平等性，则主要是指拥塞控制算法平等地对数据流资源进行有效分配；算法的高效性，即充分利用现有的网络资源，全面提高网络系统的有效利用率，降低网络应用成本。
3 基于源端的拥塞控制技术
本文所提出的是基于源端的TCP拥塞控制技术，其参数在拥塞控制中，主要有以下几个决定性参数。其中，源端拥塞口，明确了源端以此可发送的最多数据包；源端发送口，主要功能是决定源端数据包每次实际发送量；通告口，接收端在TCP初建时的发送窗口；慢启动阈值，慢启动、拥塞避免分界点；快速重传阈值，源端收到的重复数据包量超过阈值，就会进入快速重新传送阶段；回路响应时间，数据包分组从源端开始，源端接受到数据包的用时；超时重传计数器的主要功能是数据包分组接收失败间隔时间。基于上拥塞控制主要参数功能，具体的网络拥塞控制过程中，主要从以下几个方面着手：
第一，慢启动。TCP协议初期，源端建立TCP连接，向网络系统发送数据包，此时负荷急剧增加，路由器缓冲区数据包排队，网络资源快速耗尽，以致于吞吐量骤降。究其原因，主要是因为源端无法得知整个网络系统的运行状况，一味地发送数据包。针对该问题，TCP慢启动，缓慢增加源端发送率；源端还建立了新数据连接，同时拥塞窗口被限制为报文段大
小，因此难以立即发送分组数据包，一旦源端收到ACK包，则窗口会自动增加报文段，然后连续进行下去。
第二，拥塞避免。当源端收到三个连续一样的ACK包时，网络可能已经拥塞，此时慢启动阈值被设为源端拥塞口的一半，这样就可以有效避免拥塞加剧。数据包超时，源端拥塞口被设为l；当源端拥塞口超過慢启动阈值时，进入网络拥塞避免环节，源端每次收到有效的ACK包，源端拥塞窗口值就增加报文段，此时线性增长速率远低于原来的指数增长，从而大大缓解了网络拥塞。TCP拥塞窗口在上述阶段的变化如图1所示。
第三，快速重传。基于TCP协议，数据包在计算机网络中某个节点被丢弃，因网络拥塞而在缓冲区排队，接收端难以及时收到相应的数据包，甚至接收到的是乱序数据包。若源端收的相同ACK包不超过三个，则可接收的数据流具有无序性；如果接收到相同的ACK包超过三个，则先前数据流传输时存在着丢包现象，源端无需等待超时重传就重新对该数据包进行传送。
第四，快速恢复。在该过程中，源端连续收到同样的三个ACK包，则快速重传，重新将慢启动阈值设为源端拥塞窗口半数，并且源端拥塞窗口设为慢启动阈值+3，对拥塞避免算法进行二次计算。
从上述过程可见，IP、TCP层之间的拥塞控制没有直接的关系，无法提供有效的帮助，TCP层需通过超时重传以及请求确认等方式，对网络运行状态进行判定，这是端对端的有效拥塞管控机制，并且与AQM拥塞管控机制存在着较大的区别，所以该种机制虽然应用效果比较好，但是仍存在着一定的滞后、公平以及恢复时间长等问题，因此需要进行进一步创新和改进。
4 结束语
总而言之，网络拥塞现象总是伴随着网络、计算机的发展而变化，事实上研究网络拥塞的目的并非彻底解决该问题，而是使丢包率与时延、网络链路应用率等性能指标均衡、和谐。因此，在对网络拥塞问题进行控制时，需结合资源现状，使之与拥塞状况保持平衡，从而实现网络资源最优，并且使网络性能参数达到最佳平衡。
参考文献：
[1]潘守伟，蒋道霞.无线传感器网络中基于路由协议的拥塞控制技术研究[J].科技创新导报，2014（02）.
[2]魏佳杰，郭晓金.TCP拥塞控制技术研究[J].现代电子技术，2009（32）.
[3]徐昌彪，鲜永菊.计算机网络中的拥塞控制与流量控制[M].北京：人民邮电出版社，2007.
作者简介：王健（1980.12-），男，山西太原人，助理讲师，研究方向：中职计算机。
作者单位：广州市财经职业学校，广州 510095