什麼是網路擁塞及擁塞控制？思科經典必學知識

網路擁塞（congestion）是指在分組交換網路中傳送分組的數目太多時，由於儲存轉發節點的資源有限而造成網路傳輸效能下降的情況。當網路發生擁塞時，一般會出現資料丟失，時延增加，吞吐量下降，嚴重時甚至會導致“擁塞崩潰”。通常情況下，當網路中負載過度增加致使網路效能下降時，就會發生網路擁塞。

網路擁塞產生的原因：

在沒有任何協商和請求許可機制的共享網路中，幾個IP分組同時到達路由器，並期望經同一個輸出埠轉發，但事實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。然而如果此狀況的持續性比較長，當快取空間被耗盡時，路由器只有丟棄。在這種長時間過載的狀態下，網路效能會急劇下降。

1、儲存空間限制

在每個輸出埠有儲存空間，若一個輸出埠被幾個輸入資料流共同使用，輸入流的資料包就會在該儲存空間內排隊等待輸出。當埠轉發資料的速率低於資料包的到達速率時，會造成儲存空間佔滿的情況，後面到達的資料包會被丟棄。

2、頻寬容量的限制

低速鏈路難以應對高速資料流的輸入，從而發生網路擁塞。依據夏農理論，信源的傳送速率必須小於或等於通道容量。因此，當源端頻寬遠大於鏈路頻寬形成頻寬瓶頸時，導致資料包在網路節點排隊等待，造成網路擁塞。

3、處理器效能限制

路由器CPU主要執行快取區排隊、更新路由表、進行路由選擇等功能，如果其工作效率不能滿足高速鏈路的需求，就會造成網路擁塞。在實際應用中，複雜的網路結構和不合理的路由原則也會造成網路擁塞現象的發生 。

擁塞控制方法：

1、緩衝區預分配法

用於虛電路分組交換網中，在建立虛電路時，讓呼叫請求分組途經的節點為虛電路預先分配一個或多個數據緩衝區。若某個節點緩衝器已被佔滿，則呼叫請求分組另擇路由，或者返回一個“忙”訊號給呼叫者。這樣，透過途經的各節點為每條虛電路開設的永久性緩衝區，就總能有空間來接納並轉送經過的分組。

2、分組丟棄法

當緩衝區佔滿時，將後面到來的分組丟棄。若通訊子網提供的是資料報服務，則用分組丟棄法來防止擁塞發生不會引起大的影響。但若通訊子網提供的是虛電路服務，則必須在某處儲存被丟棄分組的備份，以便擁塞解決後能重新傳送。

3、定額控制法

在通訊子網中設定適當數量的的特殊許可證，一部分許可證在通訊子網開始工作前預先以某種策略分配給各個源節點，另一部分則在子網開始工作後在網中四處環遊。當源節點要傳送來自源端系統的分組時，它必須首先擁有許可證，並且每傳送一個分組登出一張許可證。目的節點方則每收到一個分組並將其遞交給目的端系統後，便生成一張許可證。這樣便可確保子網中分組數不會超過許可證的數量，從而防止了擁塞的發生。

防止擁塞的方法

1、在傳輸層可採用：重傳策略、亂序快取策略、確認策略、流控制策略和確定超時策略。

2、在網路層可採用：子網內部的虛電路與資料報策略、分組排隊和服務策略、分組丟棄策略、路由演算法和分組生存管理。

3、在資料鏈路層可採用：重傳策略、亂序快取策略、確認策略和流控制策略。

擁塞的極端後果是死鎖。死鎖是網路中最容易發生的故障之一，即使在網路負荷不很重時也會發生。死鎖發生時，一組節點由於沒有空閒緩衝區而無法接收和轉發分組，節點之間相互等待，既不能接收分組也不能轉發分組，並一直保持這一僵局，嚴重時甚至導致整個網路的癱瘓。此時，只能靠人工干預來重新啟動網路，解除死鎖。