IP網絡流量控制技術的應用及發展

王志安

摘 要：本文以IP網絡為例，研究了網絡流量控制技術的應用與發展，力求為提升網絡質量做出貢獻。

關鍵詞：IP網絡；網絡流量控制；應用；發展

1 IP網絡流量控制技術的應用

IP網絡流量控制對寬帶的有效利用起到了重要作用。有效的流量控制，一方面是互聯網穩定運行的重要保證，一方面又是各種QoS技術實際應用的前提條件，因此，研究有效的IP網絡流量控制技術具有重大意義。

首先，我們需要了解當今主流的流量控制技術。

1.1 IP網絡的流量控制方法

IP網絡流量的具體控制方法有很多，具體可以分文宏層和微層控制兩種類型。前者主要通過控制全網的資源利用率來提升整個網絡的效率；后者主要作用于數據流層，通過阻塞控制、隊列管理等技術實現對流量的控制。宏層控制由于涉及面太過龐大，已超出了本文的討論范疇，故本文將微層控制列為重點研究對象。

常見的微層流量控制對象是數據包，可分為調度、丟棄和阻止等方式。數據包調度賦予子節點控制數據包傳輸速度的權利，以此來進行流量控制，有代表意義的就是基于路由器的隊列調度；數據包丟棄通過丟棄部分流量，來清除嚴重阻塞，保證網絡暢通；數據包阻止，主要作用在進入網絡后將被丟棄的部分數據包上，也是有效的流量控制方法。

控制流量的具體方法還有很多，值得探究的地方也數不勝數，本文將從其中的兩個方面入手，具體闡述IP網絡流量控制技術的應用。這兩個方面分別為隊列管理策略和阻塞控制策略。

1.2 IP網絡流量控制技術的應用

⑴隊列管理策略的應用。數據包的調度主要通過隊列管理來實現，傳統的IP路由器主要采用FCFS，即先來先服務的策略，按此策略，路由器在緩沖滿了以后，將丟棄之后到達的IP分組，即“丟尾”。該方法實現簡單，但無法顧及數據包的重要程度，也無法正常應對惡意數據流，經過改進，一種按照數據包的優先級來進行數據包調度的策略應運而生，這就是優先級排隊調度策略。在該策略下，路由器優先服務于最高級別的數據包，從而可以保證重要數據的傳輸率，并以此應對惡意流。

以優先級排隊調度為例，數據包到達IP路由器后，根據優先級別，被送入不同的隊列，進而根據不同的調度算法接受處理。在此策略下，高低優先級的數據包所經受的延遲各不相同，其中，高優先級的延遲為：

其中μ為服務率，λ為到達率，ρ1為高優先級數據包的到達率與服務率的比值，ρ為所有數據包的相關比值。

通過實際對比可以看出，在此策略下，數據包的傳輸性能排行是高優先級>無優先級>低優先級。雖然該方法尚存在一些缺點，但以此為起點的各種改進方法已使得優先級排隊策略越來越合理，越來越值得應用，其中比較有意義的就是強占優先排隊模型。

⑵阻塞控制策略的應用。網絡阻塞嚴重影響著網絡QoS，是需要控制的一個重要環節。造成網絡堵塞的原因多種多樣，歸根結底還是在于網絡負載大于網絡處理能力。網絡中一旦發生阻塞，將嚴重滯后數據的傳播速度，使網絡服務質量大幅降低，甚至會直接導致網絡大面積崩潰。其控制方法一般可分為開環和閉環兩種。開環控制需要設計人員在設計之初就考慮到任何可能造成阻塞的情形，事先就解決這些問題；閉環控制則需要實時接受反饋，依據特定算法推測阻塞狀況，調整數據包發送速率，以達到阻塞控制的目的。目前被廣泛應用的阻塞控制策略主要還是數據包的丟棄和阻止，不過本文將著重探討另一種策略：漏水桶模型。

漏水桶模型，是一個比較成功的阻塞控制策略，實際應用于IBM開發的PARIS網絡中。該方案通過控制數據脈沖來達到阻塞控制的目的，無法保證數據包的延遲上限，也存在緩存溢出的問題，但其數據包的平均延遲可控，有利于阻塞的控制。其數據包的平均延遲為：

其中λ表示數據包以速率為λ的泊松過程到達節點，1/μ為在進入率為r時傳輸一條消息的平均時間，C為允許進入量能夠被累計下來的時間。

2 IP網絡流量控制技術的前景展望

由于筆者時間與精力有限，本文只著重對IP網絡流量控制技術中的隊列管理策略以及阻塞控制策略進行了一些淺顯的研究，留給廣大科研工作者的專業問題還有很多。

隨著科學技術的進一步發展，處理隊列管理和阻塞控制，研究排隊模型已成為現代通信學科中的一個重要課題，一時間優秀的文獻層出不窮，對舊理論、舊方法的考驗越來越重，迫切需要我們深入研究、努力探討，得出更符合實際的排隊模型。

3 結束語

互聯網現已逐漸發展為承載業務多、服務范圍廣、用戶群體雜的全球性信息傳輸平臺。然而現今的互聯網依舊以IP技術為基礎，受到IP協議本身缺陷的影響，無法提供有效的QoS保障，難以有效監管網絡資源。在這種大背景下，流量控制技術應運而生。該技術通過對網絡流量進行分類、調整等手段來保證關鍵服務，避免網絡堵塞，實現了網絡的最大化利用，是一門需要我們投入大量研究精力的重要學科，其關鍵技術尚不成熟，依舊需要我們為之付出積極努力。

[參考文獻]

[1]王超，趙文杰.IP骨干網絡流量控制系統分析及方案部署[J].山東科技大學學報，2009（2）.