计算机网络12 - 实践

拥塞控制

拥塞控制的基本原理

  1. 监控系统

    检测拥塞在什么时候、什么位置发生。

  2. 把拥塞信息传递到可以采取措施的地方。

  3. 调整系统的运行方式，消除或缓解拥塞困难。

避免拥塞路径

choke分组

抑制源端的流量（拥塞是因为源端的流量过多）

用 choke packet（阻塞包）一跳一跳地往回传，让上游把流量降下来

有两种：

只影响源端的 choke packet

逐跳生效的 hop-by-hop choke packet

RED(random early detection)

重要！！！

  • 思想：在缓冲区还没被完全占满之前，就提前、随机地丢弃部分分组。

  • Threshold（阈值）：
    设置若干队列长度的阈值，用来决定什么时候开始“早丢弃”。

  • How to tell the source about the problem? 如何把拥塞情况告诉源端？

    • 发送一个抑制分组（choke packet）；

    • 或者直接丢掉选中的分组而不显式报告（让上层通过丢包自己察觉）。

  • Application 应用场景

    • 采用“丢包 → 源端降速”机制的协议，例如 TCP；

    • 典型用于有线网络。

5.4 服务质量

需求/为了构建良好QoS可以使用的具体技术手段/综合服务/区分服务/标签交换与MPLS

四个 QoS 指标是什么？

  • Reliability 可靠性：
    分组丢不丢、是否出错。对“文件”“邮件”这类应用，一点错都不行，所以写High；
    对语音、视频，偶尔丢一点人耳、眼睛能忍受，所以写Low。

  • Delay 时延：
    从发送到接收的时间。

    • 邮件、文件：慢一点无所谓 → Low；

    • 远程登录、语音、视频通话：必须“及时” → High 或 Medium。

  • Jitter 抖动：
    分组到达时间的不均匀程度（时延的波动）。

    • 文档、邮件：只要最后都到了，不在乎顺不顺畅 → Low；

    • 音视频、电话：到达时间忽快忽慢会卡顿、声音不连贯 → High。

  • Bandwidth 带宽：
    单位时间内可传多少数据。

    • 邮件、登录、语音（压缩后）数据量很小 → Low；

    • 视频 → 需要 Medium 或 High。就是文件传输、网页、多媒体尤其

Techniques for achieving good QoS

（实现良好QoSd的具体技术手段）

1. 过量提供资源

做起来简单，现实中常见好用，但是很贵

2. 在客户端缓冲

用缓存抹平网络抖动

3.流量整形

两种经典的流量整形算法：
✓ The Leaky Bucket Algorithm 漏桶算法
✓ The Token Bucket Algorithm 令牌桶算法

漏桶算法的两种实现：

在令牌桶约束下，一个流最多可以以“峰值速率 M”连续突发多久

在一个令牌桶参数为(B, R)的架构里，如果你想以峰值速率M连续发数据，最长只能发 S 秒，超过这个时间桶里的令牌就用完了，之后只能降到 R 附近的平均速率

分组调度

资源预留：

带宽/缓冲区空间，给某些流预留一部分队列/处理器时间，预留处理时间，保证包能被及时转发

调度方法

先来先服务；丢包策略，队列满后把新来的包丢掉；公平队列（不再只有一条队列，而是每个流/每个连接一条队列，调度器按某种公平规则在这些队列之间轮流取包发送）

5.5 连接网络

网络如何被连接？

不同网络在很多方面都可能不同，例如：

  • Service offered 服务类型

    • 无连接（datagram，像 IP） vs 面向连接（virtual circuit，像 ATM、MPLS）。

  • Addressing 地址方式

    • 地址长度不同、是否分层（平lat / 分层 hierarchical），比如以太网 MAC、IP 地址等。

  • Broadcasting 广播能力

    • 有的网络帮助广播/组播，有的完全不支持。

  • Packet size 分组大小

    • 各种网络的最大分组长度（MTU）不同：以太网常见 1500 字节，某些链路更大/更小。

  • Ordering 交付顺序

    • 有的保证按顺序交付，有的可能乱序。

  • QoS、Reliability、Security

    • 有的提供 QoS 保证、有的没有；

    • 丢包率、错误率不同；

    • 安全机制、隐私保护、加密能力不同。

  • Parameters、Accounting

    • 参数：超时值、流规格等都可能不同；

    • 计费方式：按连接时间、按分组数、按字节，或干脆不计费。

结论：
现实中的网络高度异构，所以要把它们连成一个 Internet，应该一套“统一抽象”和一些“适配手段”。

靠共同网络层IP互联

用一个共同的网络层协议——IP，把底下各种异构链路统一起来。

各种底层网络靠适配器/路由器转换链路层头，IP 层在端到端保持一致。

隧道

（简答题问什么是隧道）

当中间网络根本不支持某协议时，用封装隧道的方式“借道而行”：

  • 边界路由器给分组套一层中间网络能懂的头；

  • 穿过中间后再脱掉，继续用原来的协议

5.6 网络层

网络的设计原则

IP数据报的主要结构

（问你，每个部分结构的含义）

IHL ip header length

头部组成

IP 数据报 = 头部（Header）+ 正文（Payload）

  • 头部最少 20 字节，最多可以有“选项”字段，变长；

  • TCP/UDP 报文段）。就是正文里装的是上层数据（通常

  • Version（版本）
    4 位，表示 IP 版本。IPv4 的值是4，IPv6 的是 6。

  • IHL（Internet Header Length，首部长度）
    4 位，以 4 字节为单位。

    • 最小值 5 → 5×4 = 20 字节（无选项）；

    • 如果有 Options，就会更大。

  • Differentiated Services（区分服务 / TOS）
    8 位，用于 QoS 标记：

    • 现在主要用里面的 DSCP/ECN 指示优先级、拥塞通知等。

  • Total length（总长度）
    16 位，整个 IP 数据报的总长度（头 + 数据），单位是字节，最大 65535。

  • Identification（标识）
    16 位，用来标识一个原始数据报。

    • 当一个大数据报被分片成多个小片时，这些片的 Identification 相同，方便目的端重组。

  • Flags 标志位 D/F/MF（图里那小灰块 D、M）
    一共 3 位：

    • 第一位保留；

    • DF (Don’t Fragment)：不要分片，=1 时禁止中途分片；

    • MF (More Fragments)：是否还有后续分片，

      • 对于中间片 =1，最后一个片 =0；

      • 未分片的数据报 MF=0。

  • Fragment offset（片偏移）
    13 位，表示当前分片在原始数据报中的偏移位置，以 8 字节为单位。
    重组时靠它把各个片拼回正确顺序。

  • Time to live（TTL，生存时间）
    8 位，最初设计为“秒”，实际上基本按“跳数限额”用：

    • 每经过一个路由器就减 1；

    • 减到 0 时该包被丢弃，并发 ICMP 报文通知源端；

    • 用来防止路由环路导致数据报在网内无限循环。

  • Protocol（协议号）
    8 位，指明上层使用的协议：

    • 6 = TCP

    • 17 = UDP

    • 1 = ICMP

    • …
      目的主机收到 IP 包后，根据这个字段把数据交给对应的传输层模块。

  • Header checksum（首部校验和）
    16 位，只对 IP首部做校验（不含数据部分）：

    • 每到一个路由器，TTL 会减 1，导致首部变动，因而都要重新计算校验和；

    • 如果校验错误，说明首部出错，该包被丢弃。

  • Source address（源 IP 地址）
    32 位，发送方的 IPv4 地址。

  • Destination address（目的 IP 地址）
    32 位，接收方的 IPv4 地址。

  • Options（选项，可有可无）
    0 个或多个 32 位字：

    • 很少在普通网络里用；

    • 例如安全选项、路由记录、时间戳等，都在这里。

  • Padding（填充）
    为了让整个首部长度是 4 字节的整数倍，用 0 填充。

几种Options

  • Security 安全选项

    • 用来标明这个材料报的“保密级别”，例如机密、秘密、公开等。

    • 核心设计给军事、政府网络用，普通 Internet 几乎不用。

  • Strict source routing 严格源路由

    • 发送方在选项里写出完整路径上要经过的每一个路由器；

    • 中间路由器必须严格按这个列表转发，不能走别的路。

    • 用来做精确路径控制和测试，但现在出于安全原因一般被禁用。

  • Loose source routing 宽松源路由

    • 发送方只给出“必须经过的一些路由器列表”；

    • 中间的路由器只要保证不要漏掉这些点，中间可以插别的路由跳数，路径不必完全固定。

    • 相当于“途经这些站，至于中间转几次车你自己安排”。

  • Record route 记录路由

    • 要求每个经过的路由器把自己的 IP 地址写进选项字段；

    • 收到包之后，源主机就能看到这个包从哪些路由器走过，常用于诊断、调试。

  • Timestamp 时间戳选项

    • 要求每个路由器在选项里写入自己的地址 + 当前时间；

    • 行用来测量各段链路的延迟、分析路径性能。

posted @ 2025-12-15 14:53  gccbuaa  阅读(11)  评论(0)    收藏  举报