网络拥塞控制算法的研究
以TCP/IP协议为基础的Internet自从20世纪90年代以来，其网络规模、用户数量及业务量都呈现爆炸式的增长，新型网络应用也不断涌现，网络的参数(如激活的连接数、回路往返时间)动态变化，这些使得网络拥塞的状况愈加严重和复杂。拥塞容易造成传输时延和吞吐量等服务质量(QoS)性能指标下降，严重影响带宽、缓存等网络资源的利用率。因此，拥塞控制一直是网络研究领域的热点问题。Internet主要依赖TCP端到端拥塞控制来避免网络拥塞，以TCP为代表的端到端拥塞控制机制对互联网的稳定运行起了很大的作用。但是随着互联网规模的增长，互连网上的用户和应用都在快速...展开
以TCP/IP协议为基础的Internet自从20世纪90年代以来，其网络规模、用户数量及业务量都呈现爆炸式的增长，新型网络应用也不断涌现，网络的参数(如激活的连接数、回路往返时间)动态变化，这些使得网络拥塞的状况愈加严重和复杂。拥塞容易造成传输时延和吞吐量等服务质量(QoS)性能指标下降，严重影响带宽、缓存等网络资源的利用率。因此，拥塞控制一直是网络研究领域的热点问题。Internet主要依赖TCP端到端拥塞控制来避免网络拥塞，以TCP为代表的端到端拥塞控制机制对互联网的稳定运行起了很大的作用。但是随着互联网规模的增长，互连网上的用户和应用都在快速增长，它在很多方面已经不能满足复杂网络中各种应用的需求，拥塞已经成为一个十分重要的问题。近年来，在拥塞控制领域开展了大量的研究工作，拥塞控制算法可以分为两个主要部分：在端系统上使用的源算法和在网络设备上使用的链路算法。在路由器中引入适当的队列管理机制，可以有效地对拥塞进行监测和预防，路由器中的拥塞控制策略已经成为一个研究热点。
本课题首先对拥塞现象的产生进行了说明，分析了拥塞现象产生的根源，在源算法和链路算法两个方面总结了拥塞控制算法的研究现状。接着，讨论了几种主要的TCP拥塞控制算法以及一些经典的路由器拥塞控制策略以及对比了这两种控制策略，并阐述了网络拥塞控制的部分最新研究方法和成果。通过归纳、总结互联网拥塞控制的研究现状，主要对TCP层的网络拥塞控制问题进行了分析与研究。然后，在此基础上，提出了一种改进的拥塞控制算法，通过实验结果分析，此算法减少了网络的丢包数和提高网络的吞吐量，最后，分析了进一步的研究方向。收起
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网路拥塞产生的原因
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片上网络芯片------完美解决由路由拥塞引起的互联成本上涨问题
片上网络芯片------完美解决由路由拥塞引起的互联成本上涨问题
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特约通讯员　梁晓欢
&&&&&& 随着有线路由的纳米化发展，网络互联设计已成为制作系统芯片（SoC）的一个重要的考虑因素。而系统芯片进行IP互联所引起的导线消耗成为了芯片发展的制约因素。另一方面，路由的拥塞也间接地限制了系统芯片平面布局的紧凑性。因此芯片设计供应商已投入大量资金来研发物理综合工具，优化系统芯片，用于改善芯片布局和减少网络互联环节导线的使用量。此外，片上网络芯片（NoC）的研发也以最大限度地减少导线使用量作为设计的第一考虑因素。
&&&&& 一个优秀的网络芯片必须要保证传输地址、后台控制和数据信号能够彼此兼容，而且还要保证能够被商业化地高速生产，在芯片领域商业取舍中占有先机。因此必须在系统芯片的基础上优化互联设计，缩短导线使用量。
&&&&& 此外，芯片的设计还必须解决有线路由严重拥塞这一日益显著的难题，创造出一种低成本、高性能的芯片。针对路由拥塞，必须要增大芯片元件的固定尺寸或者增加金属屏蔽层。因为拥塞问题不仅会导致导线的不必要消耗，还会引起一些无法预计的不良影响，如会影响到信号的完整性和信息交流的实时性。而随着加载在各代芯片的IP模块的增加，各种芯片之间的互联路径也成平方的比率增加，进而加剧了路由拥塞的问题。因此，芯片研发商已把路由拥塞问题放在了战略性的位置，并使用综合性的物理工具致力解决这一问题。
&&&&& 为了解决导线所产生的成本问题，必须对网络互联进行个性化设定，以求舍弃一些不必要的数据，避免占用信道。而对于大多数IP互联，可以通过对芯片的优化来减少导线的使用量。Arteris公司正是凭借对芯片的深入优化，成为网络芯片领域的领跑者，着力解决由路由拥塞引起的互联成本上涨问题。
系统芯片性能提高的瓶颈
&&&&&& 为什么经营者不能通过简单地增加节点数来提高芯片的性能的？答案是因为导线在这里承担了一个必须加以考虑的制约因素。导线在节点和磁盘中都占有一定空间，通过导线来传输信号要消耗一定的时间，而且驱动信号通过导线还会损耗一部分能量，此外，运用高性能的芯片来处理互联节点还是一个相当复杂的过程。要解决这些问题必须依靠高级计算机科学，研发出具有多核处理功能的系统芯片。
&&&&&& 更值得注意的是，导线过多除了会增加生产成本，还会制约芯片的运行速度。因为晶体管的驱动能力会随着导线的增加而更大幅度地下降，进而降低了芯片的潜在运行速度。此外，路由拥塞还会导致进行路由选择时采用更加长的传输路线，即导线使用量增加了。而由此造成的晶体管开关时间和信号到达时间的巨大时间间隔也大大制约了芯片的逻辑预测能力，进而迫使芯片不得不对其节点和路径进行重新设定。这些时序问题可以通过综合工具对节点和路径进行重复计算来减少，但是最终运行结果的出现具有一定的时间限制，导致不能百分百地进行完整的计算。
&&&&& 导线的拓扑结构也会对系统芯片的性能和成本产生不利影响。为了增加功能，越来越多的IP模块会被加载到芯片上，有时甚至超过一百个。通常情况下，芯片设计会投入大半精力在网络互联的环节，以求在内核之间创建一一对应的逻辑关系。因为如果采用传统的从属互联方式，即在每一个连接都建立主从逻辑关系，则会需要一个无法承受的导线数量。定向连接的数量会受到网桥的局限，同时也会限制了实际应用中芯片的性能。因此，桥接芯片的性能会经过严格的分析检测，这也是制作芯片的一个关键环节。这些拓扑结构的解决方案也为芯片设计增添了费用和时间。
随着这些问题的出现，片上网络芯片应运而生。
网络芯片解决路由拥塞问题
&&&&& 减少IP互联过程中所造成的路由拥塞问题是网络芯片的巨大使命。网络芯片拥有类似插件的优势，即能够在任何互联协议下运行，且能够轻易地和系统级芯片的自身协议兼容，因为这些协议都能通过网络进行转换。一般常用的公共协议是AXI 协议，它能广泛地应用在现代的各种IP，并满足各种处理器的需求。
&&&&& 网络芯片能对IP和协议以及将要传输的数据进行重新编码，并通过数据包的形式进行发送。网络芯片是建立在系统芯片基础上的一种芯片，它的协议对发送方和接收方是完全公开的。换句话说，发送方可以简单直接地和接收方进行互联。
&&&&& 这样，网络接入就能利用一个通用的数据传输协议，将一个特殊IP进行编码并且完成互联。数据包的标头数量往往是比传输地址和控制信号的数量少，因为决定传输目的地的高级地址会被重新编码成一个简单的信元，并以数据包标头的形式存在，而网络接口则会通过AXI协议将其它信息如数据的长度、大小、突发类型、锁定类型、缓存类型以及保护类型编码成一个数据包。
&&&&&& 序列化即将相同序列的数据通过相同的导线进行IP互联，进而减少芯片的负担。序列化同时也为导线的商业化生产和延时性交易提供了契机，使开发商在互联设计环节拥有了更大的自由度，可以减少导线成本的份额来增加芯片研发的投入份额，进而提高芯片的优化率。
&&&&&& 宽数据通路是造成拥塞的主要原因，因为它们由大量的数据信号组成，并占用相同的信道。而通过网络芯片能够将数据的序列进行重新排列，使之变成窄数据通路进行传送。与此同时，网络芯片能够通过综合工具优化窄数据通路，这是其它芯片不能完成的。在跨域异步传输中，使用宽数据通路费用是非常昂贵的。而网络芯片通过序列化这一解决方案则可以避免跨域过程中的信号重复，从而降低费用。在传统的网络互联中，改变数据序列是有可能实现的，但是它的实现过程非常复杂。不仅脉冲的大小和长度需要重新编码，而且部分脉冲还难以控制。此外，一些单一协议有时必须分割成多个协议。这也给一些网络从属设备的设计带来了启示，就是要避免IP的重复使用。因此，使用网络芯片最大好处就是能够通过重新编码协议来解决这一系列的问题。
&&&&&&& 如上所述，序列化的最直接优点就是通过信息分包来减少信路拥挤和芯片尺寸。序列化的另一个优点就是能够简化发送方和接收方之间的识别逻辑，使互联网的拓扑结构更加简单和细小。所有复杂的协议描述和路径选择都由发送方通过接口单元运作。而发送方的接口是临近发送方的IP的。所有的数据包的路径选择都可以通过数据包的标头，在上一次数据包的循环结束后，简单地进行选择。而这一功能只是网络芯片中网络拓扑对控制逻辑的一个简单应用。流量控制也能在网络芯片的作用下得到简化。数据包通过网络芯片进行传输，能够在每一个互联环节都得到简单的控制，而不用对任何控制信号进行编码。而且，网络芯片进行互联的识别能力与其它互联网的识别能力是相同的，能够广泛地应用在任何识别方案。
&&&&&& 网络芯片的另外一个好处就是它是建立在分组交换的基础上的，可以将连接协议简单地插入到指定信道中。所以网络芯片的互联是没有固定类型的，具有极高的灵活性，它能够任意地在不同的数据包循环中截取所需的信息。网络芯片无论是连接方面还是识别方面，都不会受到传输协议的限制。因此，网络芯片还可以在任意信道插入简单的可操作性标记。依靠这一功能，网络芯片能够主动地控制逻辑接口，通过整合数据来到达提速和避免协议延时的目的。
网络芯片商机无限
&&&&&& 网络芯片拥有序列化和信息分包这两大特点，使得它在很大程度上相对其它互联方案更容易实现网络互联。而网络芯片的简单信道布局促使了它被商业化地进行生产。网络芯片将芯片优化带到了一个全新的高度，它通过一个简单的方案更好地解决了路由拥塞问题，提高了芯片性能的同时也节约了进行网络互联所带来的成本。这也使得网络芯片在芯片领域的商业取舍中占尽了优势。
参考资料：查看:8724|回复：6
助理工程师
今天早上上网突然很慢，很多网页都响应超时丢包了，用dns扫描了下，
(58.14 KB)
发现dns的响应明显比平时差了，改了了响应时间最短的两个dns服务器，照样网络卡的要死
于是就重启了家里的路由器，然后网络瞬间通畅，快多了。
然后上网查了下类似情况，发现有这么一种说法：
长时间开启路由器造成大量数据拥塞，会导致上网速度下降甚至掉线。重启路由器可以清除缓存，但是我的路由器才开了三个小时，那求大神帮我分析下，我这种情况是因为路由器里面缓存拥塞造成的吗？
（ps：我家里的是铁通宽带，线路质量不是很好，有时候延时很大）
论坛首席记者
没听说过路由器缓存拥塞这个说法
我估计可能是你公网IP有问题，我家里也偶尔会出现这问题，重启路由器就好了
菜刀在手，问天下谁是英雄
助理工程师
引用:原帖由 redhat9i 于
12:35 发表
没听说过路由器缓存拥塞这个说法
我估计可能是你公网IP有问题，我家里也偶尔会出现这问题，重启路由器就好了 公网ip有问题，怎么说？
你是经常呢？还是偶尔？
偶尔就正常了，因为路由器以及服务商那边都不能保证几百天无异常的工作的。
就应该过一阵重启重连接的。
家用小路由器的WAN口是固化NAT转换的，单向，只向上转，无法将WAN口来的访问转向LAN口下面。不支持WAN口前面的任何静态路由跳转。
建议拿胶布封闭小路由器WAN口，网线改插小路由器LAN口，关闭小路由器的DHCP服务，当交换机用。坚决使用WAN口的话，就只能那样了。
关于DMZ打印机，请看这里“”6楼看看。
助理工程师
引用:原帖由 天月来了 于
13:21 发表
你是经常呢？还是偶尔？
偶尔就正常了，因为路由器以及服务商那边都不能保证几百天无异常的工作的。
就应该过一阵重启重连接的。 偶尔的，那我这样的原因就可能是运营商宽带延迟，线路质量不大好吧
引用:原帖由 wto 于
13:39 发表
偶尔的，那我这样的原因就可能是运营商宽带延迟，线路质量不大好吧 路由器高温快死了
服务商要是出问题，你自己重启18遍都无用的。
不要研究这个了。不需要倒腾它。
家用小路由器的WAN口是固化NAT转换的，单向，只向上转，无法将WAN口来的访问转向LAN口下面。不支持WAN口前面的任何静态路由跳转。
建议拿胶布封闭小路由器WAN口，网线改插小路由器LAN口，关闭小路由器的DHCP服务，当交换机用。坚决使用WAN口的话，就只能那样了。
关于DMZ打印机，请看这里“”6楼看看。
版主，并不是一种荣耀，而是一种坚持 ...
1.路由器质量太差
2.受到了攻击
3.营运商方面的问题
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