摘要：
首先說明更便宜的內(nèi)存，高速鏈路、和更高速處理器會(huì)解決計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的擁塞是假的；然后建議一個(gè)給予供給和需求的簡單擁塞定義和各種擁塞模式。使擁塞控制變得困難被討論并呈現(xiàn)且影響擁塞模式設(shè)計(jì)的架構(gòu)決策。針對(duì)長期、中期和短期擁塞問題有不同的方法被討論。
介紹
擁塞控制是關(guān)于在需求超過或接近網(wǎng)絡(luò)資源容量的時(shí)候如何分配資源來得到一個(gè)可接受的性能級(jí)別。網(wǎng)絡(luò)資源包括鏈接貸款、緩沖區(qū)空間（內(nèi)容）和中間節(jié)點(diǎn)處理器能力。盡管資源分配即使在低負(fù)載的時(shí)候也是很重要的，但隨著負(fù)載增加公平性問題和低overhead變得更重要，如果沒有適當(dāng)?shù)膿砣刂茩C(jī)制，在重負(fù)載下網(wǎng)絡(luò)吞吐量會(huì)減少的很嚴(yán)重。
關(guān)于擁塞控制的神話
擁塞發(fā)生在需求大于可用資源；因此就會(huì)說如果資源不再昂貴，擁塞問題就會(huì)被解決，這就是下面的幾個(gè)神話：
1. 擁塞由空間缺乏導(dǎo)致的，能隨著內(nèi)存便宜而解決，因?yàn)橛袩o限的內(nèi)存。
2. 擁塞由低速鏈路造成的，隨著高速鏈路普及而被解決。
3. 擁塞由慢處理器導(dǎo)致的，隨著處理器速度的提高被解決。
實(shí)際上即使上面的這些說法，如果沒有適當(dāng)?shù)膮f(xié)議控制，上面的解決辦法不會(huì)解決擁塞反而導(dǎo)致更多擁塞因此降低性能。下面詳細(xì)解釋。
1. 大的緩沖區(qū)空間不能解決擁塞問題。一些研究發(fā)現(xiàn)無限緩沖區(qū)大小的交換機(jī)與有限緩沖區(qū)大小有同樣的擁塞。有限緩沖區(qū)交換機(jī)會(huì)丟包；但無限緩沖區(qū)的交換機(jī)會(huì)將數(shù)據(jù)緩沖的太長而導(dǎo)致應(yīng)用層已經(jīng)認(rèn)為數(shù)據(jù)無效而重傳。總之，無限緩沖區(qū)實(shí)際上是有害的，主要因?yàn)槠淇赡軐?dǎo)致無效的使用網(wǎng)絡(luò)資源。
2. 高速鏈路的使用不會(huì)解決擁塞問題，反而增加了對(duì)擁塞控制的需求。因?yàn)樗械母咚倬W(wǎng)絡(luò)都是和低速網(wǎng)絡(luò)連接的，而且隨著高速網(wǎng)絡(luò)的增加也不會(huì)導(dǎo)致低速網(wǎng)絡(luò)就能自動(dòng)消失，這要求應(yīng)用層設(shè)計(jì)協(xié)議能確保不會(huì)降低性能。
3. 高速處理器的引入也不能解決擁塞問題；因?yàn)楹玩溌匪俾室粯舆@也會(huì)導(dǎo)致?lián)砣俾什黄ヅ涞膯栴}。
4. 即使所有的網(wǎng)絡(luò)資源都是同等速度的，但仍然不能解決這個(gè)問題。這是因?yàn)椴荒鼙ＷC網(wǎng)絡(luò)的任何地方都是合理配置而保證沒有不匹配現(xiàn)象。
因此擁塞是一個(gè)動(dòng)態(tài)問題，不可能使用靜態(tài)的辦法來解決，這需要協(xié)議設(shè)計(jì)來保存擁塞下的網(wǎng)絡(luò)。高速網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)大導(dǎo)致更多不平衡的網(wǎng)絡(luò)是擁塞的原因，而由緩沖區(qū)缺乏導(dǎo)致的丟包是一個(gè)癥狀但不是擁塞的原因。
擁塞問題的定義和解決方法
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，如果一段時(shí)間總資源的需求數(shù)量是小于可用資源數(shù)據(jù)量，就導(dǎo)致簡單的擁塞。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中有很多資源，如：緩沖區(qū)、鏈路帶寬、處理器和服務(wù)器等。如果某個(gè)間隔緩沖區(qū)空間不夠，那么導(dǎo)致包丟失。簡單的說，如果短時(shí)間內(nèi)期望進(jìn)入鏈路的總流量比帶寬大，那么鏈路就是擁塞的。
擁塞模式分為兩大類：
1. 動(dòng)態(tài)增加可用資源
2. 動(dòng)態(tài)降低需求
資源創(chuàng)建模式
這個(gè)模式同通過動(dòng)態(tài)的重新配置資源來決定，例如：
1. 在高使用率情況下增加撥號(hào)連接
2. 增加衛(wèi)星鏈路的電力來增加帶寬
3. 考慮使用低負(fù)載時(shí)非優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)來傳輸額外的數(shù)據(jù)
上面的所有模式，資源用戶都不需要被通知，他們甚至不知道網(wǎng)絡(luò)的擁塞，網(wǎng)絡(luò)自己負(fù)責(zé)接著擁塞問題。
需求減少模式
這通常要求資源的用戶能知道負(fù)載的狀況來調(diào)整流量。三種基本的模式：
1. 服務(wù)拒絕模式：擁塞時(shí)不允許建立新的會(huì)話。面向連接的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)使用相似的模式在中間節(jié)點(diǎn)上組織會(huì)話的建立。
2. 服務(wù)降級(jí)模式：這個(gè)要去所有的用戶（已經(jīng)存在的或新加入的）減少負(fù)載。動(dòng)態(tài)窗口就是這種方法的表現(xiàn)。
3. 計(jì)劃模式：這種模式要去用戶能計(jì)劃資源而保證小于容量。必須指出的是這種模式只是降級(jí)模式的特殊情況。
在無連接網(wǎng)絡(luò)中，會(huì)話的建立不需要中間節(jié)點(diǎn)的同意，因此服務(wù)拒絕模式通常無效，而使用服務(wù)降級(jí)模式和計(jì)劃模式。
反饋和控制
所有上面的模式通常都是先測量網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載然后采取補(bǔ)救措施。第一部分叫做反饋，后面的叫做控制。反饋通常是從擁塞資源出到一個(gè)或多個(gè)控制點(diǎn)；在需求減少的模式，控制點(diǎn)一般是數(shù)據(jù)源，而創(chuàng)建型模式控制點(diǎn)可能是中間節(jié)點(diǎn)。
反饋模式
1. 反饋消息，擁塞資源點(diǎn)生成單獨(dú)的消息發(fā)送給控制點(diǎn)；源收到消息后降低負(fù)載或者增加負(fù)載如果沒有收到的話。代價(jià)是需要額外的負(fù)載。
2. 路由消息中的反饋:每個(gè)中間節(jié)點(diǎn)給鄰居發(fā)送負(fù)載信息
3. 注入更多的流量：背壓
4. 探測包：發(fā)送探測包來得到負(fù)載狀況
5. 順帶包中的反饋?zhàn)侄危翰粏为?dú)產(chǎn)生反饋包，而是在反向數(shù)據(jù)中捎帶。
控制點(diǎn)位置
1. 傳輸層: 通訊流量是由終端系統(tǒng)產(chǎn)生的，因此最好的控制點(diǎn)在傳輸層。例如動(dòng)態(tài)窗口機(jī)制。
2. 網(wǎng)絡(luò)接入層：就像告訴公路的入口出的紅綠燈，在網(wǎng)絡(luò)層增加訪問控制來限制擁塞時(shí)流量進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)。
3. 網(wǎng)絡(luò)層：在路由器和網(wǎng)關(guān)上增加對(duì)擁塞控制的處理。
4. 數(shù)據(jù)鏈路層：在每跳的數(shù)據(jù)鏈路層上使用流控機(jī)制。
為什么問題是困難的？
雖然有很多關(guān)于擁塞控制的提案，但這方面的研究至少進(jìn)行了20多年，主要有兩方面的原因。首先對(duì)擁塞控制模式的需求很難讓其達(dá)到一個(gè)滿意的方案；其次有幾個(gè)網(wǎng)絡(luò)策略影響擁塞模式的設(shè)計(jì)。因此一個(gè)模式在一種結(jié)構(gòu)下工作很好，但其他結(jié)構(gòu)卻不一定。關(guān)于第二點(diǎn)的幾個(gè)問題下面來討論。
1. 模式必須是低開銷的：這要求控制不會(huì)增加額外的開銷，這就是為什么單獨(dú)反饋消息是不合理的原因。有些人建議只有在低負(fù)載的時(shí)候發(fā)送反饋，而缺少反饋默認(rèn)表示高負(fù)載。
2. 模式必須是公平的：公平性在高負(fù)載的時(shí)候非常重要；重要的問題是如何合理分配資源。
3. 模式必須是反應(yīng)靈敏的：網(wǎng)絡(luò)可用資源是變化的，隨著節(jié)點(diǎn)和鏈路的增加或減少，可用容量增加或減少；用戶開始或停止，需求也增加或降低。擁塞控制模式應(yīng)該能和需求以及可用容量動(dòng)態(tài)匹配。因此其在可用容量增加的時(shí)候要告訴用戶增加需求，反之告訴用戶減低需求。需求曲線應(yīng)該和容量跟隨緊密。
4. 模式必須能在差的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下工作：
5. 模式必須是社會(huì)最優(yōu)的：
影響擁塞控制模式的策略
擁塞控制的基本原則
擁塞控制是一個(gè)關(guān)于控制的問題，大多數(shù)擁塞控制模式都是由反饋機(jī)制和控制機(jī)制組成。在控制理論中，控制頻率應(yīng)該等于反饋頻率。快則不穩(wěn)定，慢則反應(yīng)不夠。這個(gè)必須在設(shè)計(jì)控制模式的時(shí)候考慮怎么樣處理間隔。
另外一個(gè)可以從控制理論中學(xué)習(xí)的是，沒有任何模式可以解決持續(xù)時(shí)間小于反饋延遲的擁塞。傳輸層的動(dòng)態(tài)窗口（或速率）模式，只有在擁塞持續(xù)幾個(gè)RTT才能控制；對(duì)于時(shí)間非常短的擁塞，數(shù)據(jù)鏈路和網(wǎng)絡(luò)層控制更合適（例如：優(yōu)先級(jí)，緩沖區(qū)，輸入限制等等）。
如果是長期的擁塞，或者是會(huì)話級(jí)別的禍資源創(chuàng)建性模式應(yīng)該被使用。如果擁塞持續(xù)時(shí)間不確定，安裝一個(gè)額外資源是最好解決問題的辦法，而很短的擁塞動(dòng)態(tài)模式更好。
顯然擁塞長短不能提前檢測，因此最好的辦法是將不同層次的方法合并起來。
其他建議方法
基于時(shí)間溢出的擁塞控制
這種方法是基于這樣的想法：包丟失是擁塞的好的指示，而時(shí)間溢出表明網(wǎng)絡(luò)上的負(fù)載要減少。后來如果沒有丟失，那么負(fù)載慢慢的增加。其中之一CUTE（congestion using timeout at the End-to-end layer）窗口在時(shí)間溢出的時(shí)候降低到1，僅僅只能傳輸一個(gè)包。
擁塞避免的DECbit模式
正常的數(shù)據(jù)傳輸表現(xiàn)這樣的特點(diǎn)：在低負(fù)載時(shí)，吞吐量隨著負(fù)載增加而增加；如果網(wǎng)絡(luò)負(fù)載達(dá)到網(wǎng)絡(luò)容量是，吞吐量停止增加，這個(gè)點(diǎn)叫做knee，如果負(fù)載進(jìn)一步增加，開始排隊(duì)，可能導(dǎo)致丟包，達(dá)到一定程度吞吐量突然下降，這個(gè)點(diǎn)叫做cliff。
擁塞避免模式就是讓網(wǎng)絡(luò)在knee和cliff之間運(yùn)行。
簡單的擁塞避免方法是在網(wǎng)絡(luò)層頭加一個(gè)bit，參見：congestion avoidance in computer networks with a connectionless network layer.
擁塞避免基于延遲的模式