擁塞是指到達通信子網中某一部分的分組數量過多，使得該部分網路來不及處理，以致引起這部分乃至整個網路性能下降的現象，嚴重時甚至會導致網路通信業務陷入停頓，即出現死鎖現象。這種現象跟公路網中經常所見的交通擁擠一樣，當節假日公路網中車輛大量增加時，各種走向的車流相互干擾，使每輛車到達目的地的時間都相對增加（即延遲增加）,甚至有時在某段公路上車輛因堵塞而無法開動(即發生局部死鎖)。
基本介紹
- 中文名：擁塞
- 套用科學 ：通信工程
- 危 害：影響網路通信業務
基本概念,產生原因,存儲空間不足,頻寬容量不足,防止方法,通信子網的擁塞控制策略,佇列調度算法,佇列管理策略,
基本概念
注意讀音：yōng sè
Congestion 擁塞： 每個通過網路傳送的包由於網路中充塞著包而經歷極長延遲的情況。除非協定軟體能檢測擁塞和減少包的傳送率，否則網路就會因擁塞而癱瘓。
擁塞是一種持續過載的網路狀態，此時用戶對網路資源（包括鏈路頻寬、存儲空間和處理器處理能力等）的需求超過了固有的容量。就Internet的體系結構而言，擁塞的發生是其固有的屬性。因為在事先沒有任何協商和請求許可機制的資源共享網路中，幾個IP分組同時到達路由器，並期望經同一個輸出連線埠轉發的可能性是存在的，顯然，不是所有分組可以同時接受處理，必須有一個服務順序，中間節點上的快取為等候服務的分組提供一定保護。然而，如果此狀況具有一定的持續性，當快取空間被耗盡時，路由器只有丟棄分組。在這種持續過載的狀態下，網路性能會急劇下降。
路由器作為網路中不同流量匯聚的節點,面對網路流量的急劇增長,其承擔的壓力也越來越大;而傳統的盡力而為(Besteffort)的服務模式早已不能滿足用戶對服務質量的要求,網路擁塞的問題也越來越嚴重。
產生原因
網路發生擁塞的根本原因在於用戶產生的網路負載大於網路資源容量和處理能力。導致擁塞產生的直接原因可以分為以下幾點。
存儲空間不足
當幾個數據流需要從同一個連線埠輸出時,該連線埠需要建立一個佇列來排隊處理。如果該連線埠沒有足夠的存儲空間,數據分組就會被丟棄,特別是針對突發數據流。增加數據存儲空間可從一定程度上緩解這一矛盾,但如果路由器有無限的存儲空間,反而只會使擁塞問題變得更嚴重,因為數據包在佇列中經過長時間的排隊才被轉發出去時,它們早已經逾時,源端會認為它們已被丟棄,重新傳送它們,但這些數據包實際上還會繼續沿下一個路由器轉發,從而導致網路資源的浪費,加重網路的擁塞。
頻寬容量不足
網路中的低速鏈路是網路中的“頻寬瓶頸”,當它不能滿足所有通過它的源端的頻寬要求時,網路就會產生擁塞,影響網路的性能。
處理器的能力不足也會造成網路擁塞。
如果路由器處理器處理排隊,更新路由表等操作時,速度跟不上高速鏈路,就會發生網路擁塞。
防止方法
通信子網的擁塞控制策略
TCP基於視窗的端到到的擁塞控制策略對於Internet的魯棒性和穩定性具有關鍵作用。然而，由於Internet的迅速發展，其網路規模越來越大，結構日趨複雜，緊緊依靠基於端主機的擁塞控制是不夠的。而且網路的套用也越來越多，有些套用本身缺乏有效的擁塞控制策略。這就要求網路也參與到資源的控制中。基於通信子網的擁塞控制
策略通常位於IP層，主要包括路由器的佇列調度算法和佇列管理策略，而佇列管理策略是主要的研究方向。佇列調度策略通過數據流如何排隊（但對列或多佇列）決定哪些包可以傳輸來分配頻寬；而佇列管理策略根據佇列長度來控制數據包丟棄率或標記率來分配快取。
佇列調度算法
數據流的排隊可以分為單佇列方式和多佇列方式。單佇列排隊是指將所有到同一個輸出口的數據流無區別地排成一個佇列，採取先進先出(FIFO)的方式傳輸佇列中的數據包，其中涉及到如何對數據包丟棄或標記的問題，我們放在佇列快取管理部分敘述。多佇列排隊根據一定的規則把輸入數據流對應到不同的佇列。佇列調度算法性能的評價指標主要包括佇列延時、公平性、複雜性等。
佇列管理策略
佇列管理通常是指用特定的分組丟棄策略來維護佇列長度的大小，實現網路的控制。同時，丟包的信息可以反饋到端主機的上層進行擁塞控制。
