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目录
一、PPT
二、总结
（一）拥塞的定义
（二）拥塞产生的原因
（三）拥塞控制的目标
（四）拥塞控制方法分类
1. 端到端拥塞控制
2. 网络辅助拥塞控制
（五）关键对比
一、PPT
二、总结
（一）拥塞的定义
拥塞（Congestion） 指网络中的数据流量超过网络设备（如路由器、交换机）的处理能力，导致网络性能急剧下降的现象。表现为丢包率上升、时延增加、吞吐量降低，严重时可能引发“拥塞崩溃”（Congestion Collapse）。
（二）拥塞产生的原因
| 原因 | 说明 |
|---|---|
| 缓冲区溢出 | 路由器/交换机队列饱和，新到达的分组被丢弃。 |
| 多流竞争带宽 | 多条数据流同时通过同一瓶颈链路，超出链路容量。 |
| 慢速处理器 | 路由器处理速度跟不上分组到达速率。 |
| 不对称带宽 | 高速链路向低速链路发送数据（如卫星链路到移动设备）。 |
| 流量突发性 | 短时间内大量数据涌入网络，超出瞬时处理能力。 |
（三）拥塞控制的目标
-
避免拥塞崩溃
-
公平分配带宽
-
最大化网络吞吐量
-
最小化分组时延和丢包率
（四）拥塞控制方法分类
1. 端到端拥塞控制
原理：由端系统（发送方/接收方） 通过观察网络行为（如丢包、时延）推断拥塞，无需路由器显式反馈。
主要实现：TCP 拥塞控制算法（核心机制）：
| 机制 | 原理 | 关键点 |
|---|---|---|
| 慢启动 | 初始指数增长：每 RTT 拥塞窗口（cwnd）翻倍。 | 起点：1 MSS；阈值（ssthresh）控制阶段切换。 |
| 拥塞避免 | 超过 ssthresh 后线性增长：每 RTT cwnd +1 MSS。 | 保守增加，探测可用带宽。 |
| 快速重传 | 收到 3 个重复 ACK 时立即重传丢失分组，无需等待超时。 | 减少恢复延迟。 |
| 快速恢复 | 触发快速重传后，cwnd = ssthresh + 3 MSS，之后进入拥塞避免阶段。 | 避免过度降窗，维持吞吐量。 |
| 拥塞检测 | 触发条件： - 超时重传：cwnd = 1 MSS，重启慢启动（严重拥塞） - 重复ACK：cwnd = ssthresh/2（快速恢复） | AIMD（加性增/乘性减）是核心策略。 |
优点：无需网络层支持，部署简单（如 TCP 广泛使用）。
缺点：响应延迟较大，依赖推断可能不准确。
2. 网络辅助拥塞控制
原理：路由器/交换机主动向发送方提供拥塞反馈信号，端系统据此调整发送速率。
主要技术：
| 技术 | 原理 | 实现示例 |
|---|---|---|
| 显式拥塞通知 (ECN) | 路由器在 IP 头标记拥塞，接收方通过 ACK 通知发送方。 | 1. 路由器设置 IP 头 ECN 位 2. 接收方在 TCP ACK 中回显 3. 发送方减窗 |
| ICMP 源抑制报文 | 路由器向发送方发送 ICMP Source Quench 报文要求降速。 | 早期技术（如 IPv4），现代网络较少使用。 |
| 基于速率的控制 | 路由器直接指定发送速率（如 ATM 网络的 ABR 服务）。 | 需专用协议支持（如 RM 细胞）。 |
ECN 工作流程：
-
路由器检测队列长度超过阈值。
-
对经过的 IP 分组设置 ECN 标记（设 CE 位）。
-
接收方发现 ECN 标记，在 TCP ACK 中设置 ECE 标志。
-
发送方收到 ECE 后，减半 cwnd 并设置 CWR 标志确认。
优点：响应迅速，拥塞信息更准确。
缺点：需网络设备支持，部署复杂度高。
（五）关键对比
| 特性 | 端到端控制 | 网络辅助控制 |
|---|---|---|
| 反馈来源 | 端系统推断（丢包/时延） | 路由器显式通知 |
| 部署难度 | 低（仅需端系统更新） | 高（需全网设备支持） |
| 响应速度 | 较慢（依赖超时机制） | 快速（实时标记） |
| 典型协议 | TCP (Reno/CUBIC/BBR) | ECN (TCP/IP)、ATM ABR |
| 公平性 | 依赖 AIMD 保证 | 可通过路由器策略增强 |