计算机网络拥塞的高效控制方法

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摘 要 :计算机网络拥塞会造成数据丢失、网络资源分配率低、吞吐率减小等问题,严重影响计算机网络服务质量.传统TCP拥塞控制机制无法满足飞速发展的计算机网络,本文以传输控制层网络拥塞机制为基础,配制网络资源队列管理策略对传统计算机网络拥塞控制机制进行了改进,仿真实验表明,改进之后的控制机制能够有效解决网络拥塞问题,还提高了其服务质量.


关 键 词 :网络拥塞控制方法队列管理

中图分类号:TP393 文献标识码:A 文章编号:1007-9599 (2013) 01-0105-02

随着信息时代的到来,计算机网络开始在社会上普及,迎来了一个飞速发展的时代.广泛应用的计算机网络极大的丰富了人们的生活,正逐渐成为人们日常生活中不可缺少的一部分,并被应用到军事、文化等诸多领域.尤其是最近几年,我国的网民数量呈级数增长,不断激增的数量直接导致了计算机网络规模的急剧碰撞.但是计算机网络的资源容量并没有伴随着网民数量的增加而增加,或者说其速度远远达不到网民增加的速度,这就导致了计算机网络的拥塞问题.一旦发生拥塞,计算机网络的性能就会大幅下降,甚至导致网络崩溃.其造成的数据延时、性能下降、网络数据包丢失等问题,已经成为计算机网络发展的关键性难题,并严重影响着计算机网络服务质量的高低.所以如何高效控制计算机网络拥塞问题,已经成为当下的热点问题.

数据能否准确传输,资源分配是否合理,都影响着计算机网络的服务质量.传统TCP拥塞控制机制只是单向的尽力而为理念,往往在访问激增的时候造成数据丢失、数据传输不准确,资源分配不合理等问题.为了解决这个问题,本文提出了一种改进之后的计算机网络拥塞控制方法.这是一种基于TCP层网络拥塞机制,配制IP层资源队列管理模式的一种新型拥塞控制方法.在解决计算机网络拥塞的同时,也能够保证计算机网络的服务质量,是一种高效计算机网络拥塞控制方法.

1.拥塞控制相关理论概述

为什么会发生网络拥塞呢?主要是因为计算机网络中需要传输处理的数据分组数量,已经接近其处理数据的能力极限,从而导致用户的通信请求被延迟或者丢失,降低了计算机网络的服务质量.基于这个问题我们首先应该看到的是,计算机用户的数量和其传递的数据资源数量,是无法控制的,所以之所以会发生计算机拥塞现象,本质上还是网络无法适应用户超载的要求,一旦用户的请求超过了其处理能力和资源容量,就会产生网络拥塞现象.

详细总结起来,计算机网络拥塞的原因有两个.第一,计算机网络的资源分布极度不均.每一个处于计算机网络中的传输节点,都有着各自的传输能力,而它们的能力是不一样的.也许上一个节点传递过来的数据速率,经由下一个节点传递下去的时候,会因为传输能力的不同而消弱很多,造成计算机网络拥塞.第二,计算机网络中的节点流量分布不均.每一个网络节点都是和其他的节点相连的,当同时有多个数据从多个节点向一个节点传来的时候,就可能因为节点的资源容量有效,而出现网络拥塞现象.

由以上我们可以得出这样一个结论:处理好网络拥塞问题的关键在于协调好网络负载、吞吐量和响应时间之间的关系.避免数据同时传递,可以进行优化设计,使计算机网络始终处在高速运行状态.如此看来,传统的TCP拥塞控制机制就无法满足我们的设想了,因为该机制奉行尽力而为的理念,并不是一定传输.如果在数据传输的时候发生拥塞现象,那么该机制可能就会因为不能替很多数据找到路径而丢弃他们,这就是所谓的数据丢失.

传统拥塞控制机制具有较高的数据丢失率,而且因为丢弃数据包,也会降低网络的吞吐量,而吞吐量和网络的数据传输效率是正比的关系.由此可以看出传统控制方法很难控制数据丢失和传输分配的效率,导致计算机网络服务质量下降.基于此我们提出了以传输控制层网络拥塞机制为基础,配制网络资源队列管理模式的一种新型拥塞控制方法.

2.改进的计算机网络拥塞高效控制机制

传统TCP层拥塞控制机制虽然能够在一定程度上解决计算机网络拥塞问题,但是由于秉承的是“尽力而为”的机制,常常会在网络规模不断扩大的现在出现数据丢失,网络资源难以访问等难题.通过传输控制层网络拥塞机制联系网络资源队列管理模式,改进拥塞控制机制,提高计算机网络的服务质量.前面已经对传输控制层拥塞控制机制进行了简单的理论介绍,下面对网络层的资源队列管理模式进行简单的论述.

2.1 先进先出原则的建立

先进先出原则又叫先到先服务原则,简单的说就是第一个到达的数据进行优先服务.网络数据包一般是经由发送端发出,通过网络进行数据传输,然后到达路由器之后进行数据储存服务,该服务服从先到先服务的原则.但是要注意的是路由器的储存空间毕竟是有限的,如果接受的数据多,堆积满缓存空间之后,之后传输过来的数据就会丢失.

2.2 网络资源队列管理策略

构建了先到先服务原则之后,接下来应该对网络资源的队列策略进行规定.一般可以分为公平排队和在其基础上建立起来的加权公平排队.基于先进先出原则,对最先到达并且存储在缓存空间中的数据包展开服务,随后就是利用加权公平排队的调控器循环服务于各项数据包,并一直重复这种服务,直到循环停止.

能够在一定的时间之内,收到符合要求数量的服务是加权公平排队最大的优点.也就是说在其控制下,保证在一定的时间之内,分配权值的某个类能够得到符合要求数量的服务.包括网络吞吐量等都可以用其来控制.另一个关键的控制是对于平均队列长度和数据丢失率的监控.相关研究表明,对一个传递过来的数据包进行处理的时候,对处于队列中的数据进行长度监控,观测其长度和设定的判别阈值的大小关系.如果队列长度小于设立的最小判定阈值,那么对其直接放进队伍,进行传输服务;如果是处于最小阈值和最大阈值之间,则需要监控计算该数据包的丢失率,随后依据计算得来的丢失率判断是否对该数据进行丢弃处理.如果队列长度大于设立的最大阈值,那么应该直接将数据丢弃,不进行数据传输.这样一来,依靠只能判断,就高效地完成了计算机网络拥塞的控制.

3.计算机网络拥塞高效控制机制的评价

完成了拥塞控制方法的设计之后,需要对设计的机制进行评价.依照评价计算机服务质量的指标:吞吐率、数据包丢失率、时间延迟等,但是因为计算机一旦出现拥塞现象,将会影响整个网络的有效运行,所以应该选取能够反映整个网络性能的量,常用的就是数据丢失率以及网络资源的分配效率.

前者表征了拥塞控制机制保证网络数据信息完整传输的能力,从最基本的数据信息层面上保证了网络的健康.而后者表征建立的高效拥塞控制机制在解决了一些问题之后,优化网络的能力大小.两者都可以通过相关的公式计算出来.

评价应设立一个调节系数,如果重视的是网络的吞吐率,则调节系数要大于1,如果重视的是响应时间的控制,调节系数要小于1.通过相关仿真实验可以看出,新的拥塞控制机制丢包率仅为8%,远远低于传统机制的37%,无论是响应时间还是网络资源的分配效率,都远远优于传统控制机制.

综上所述,改进之后的拥塞控制机制以传输控制层网络拥塞机制为基础,配制网络资源队列管理策略,能够很好的解决网络拥塞问题.根据仿真实验可以看出,改进之后的各项评价指标都优于传统机制,不仅解决了计算机网络拥塞问题,还提高了其服务质量.

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