流量控制机制，流量控制机制的原理是什么？

网络服务可分为最优无连接服务和可靠面向连接服务。在Internet协议集中，IP属于最优服务，TCP属于可靠服务。IP只提供简单的报文转发，TCP则负责对丢失或损坏的报文进行流量控制、确认和重发。它在网络上“分散”服务，并将交付可靠性的责任放在终端系统上。TCP是一个端到端传输协议，也就是说，它运行在终端系统上，而不是在网络上。IP是一种网络协议。TCP提供以下服务：

流量控制机制用于控制数据包的流量，使发送方发送的数据包不会超过接收方的处理能力。

可靠的发送机制为接收系统提供了一种确认它已接收到数据包的方法，并为发送方提供了一种知道它必须重新发送丢失或损坏的数据包的方法。也就是说，TCP接收到它发送的每个数据包的确认消息。这种发送/应答模型是提供可靠协议的唯一方法：您必须让另一方知道您是否收到了数据。当然，会有一些性能损失，人们需要改进系统的低效率。于是“piggybacking ACKs”就出现了。由于这种“捎带”消息，TCP是全双工的，因为它允许双方同时发送数据。这是通过在当前数据包中携带先前接收到的数据的确认来完成的。从网络利用率的角度来看，这比简单地发送一个表示“消息已收到”的数据包要好得多。最后，还有批确认的概念：即一次确认多个数据包，说“我收到了包括这个数据包在内的所有数据包”。

拥塞控制机制允许网络系统检测网络拥塞(网络上的流量超过网络或网络设备的处理能力)，并强制这些传输返回以缓解拥塞。拥塞发生在繁忙的网络上。当拥塞发生时，终端系统和网络必须协同工作以减少拥塞。为了比较，在终端系统之间使用流量控制。接收方使用流量控制向发送方表明它已过载。然后发送方强制其停止传输。

Internet成功的一个关键因素是TCP协议的拥塞避免机制。目前，TCP仍然是互联网中占主导地位的传输协议，但是它并不是到处都适合的，有越来越多的应用由于某种原因不选择使用TCP协议。通信不仅包括多点流量，还包括单点流量，例如不需要可靠性的流媒体，以及通信，例如DNS(域名服务器)或具有短消息的路由信息，这些通信被认为对网络的功能至关重要。许多通信不使用任何形式的保留带宽或端到端拥塞控制。为了保持最佳流量，持续使用端到端拥塞控制对维护Internet的稳定性至关重要。

流量控制是必要的，因为发送方和接收方在容量和处理能力方面经常不匹配。接收方可能无法以与发送方相同的速度处理数据包。如果缓存已满，数据组将被丢弃。流量控制机制的目的是防止丢弃数据包，避免重传。

流量控制是指在数据链路层对直连设备之间的流量进行控制。相比之下，TCP控制跨多跳路由的网络设备之间的流。数据链路层协议包括SDLC(同步数据链路控制)、HDLC(高级数据链路控制)、LAP-B(链路接入过程平衡)、SLIP(串行线路互联网协议)和PPP(点对点协议)。传输层协议包括TCP(传输控制协议)和Novell SPX(顺序数据包交换)。

在讨论数据链路层协议时，传输单元是帧。在传输层，TCP的传输单元是一个段。段被封装在IP数据报中，IP数据报又被封装在数据链路层的帧中。

流量控制类型

下面介绍了几种流量控制方案。每一种机制都有助于发送方和接收方之间同步传输和接收速率，从而防止数据包被丢弃。丢弃数据包后，需要重新发送，这会浪费网络带宽。

物理层流控制

物理层连接包括串行接口(如V.24(RS-232))，用于连接计算机上的辅助设备或连接两个通信设备，如从计算机的串行端口到调制解调器或终端连接。流量控制可用来表示接收端已准备好传输，也可用来表示接收端过载时必须停止传输。

物理层流控制有两种类型：

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软件(带内)流量控制在该方案中，使用特殊的控制字符XON和XOFF来控制流量。当接收方准备好接收数据时，它发送XON字符。当它被重载时，它发送XOFF字符。当它准备好接收更多数据时，它发送另一个XON字符。

停止和等待流量控制

物理层上最简单的流控制是“停止和等待”机制。首先，发送方发送一个数据包到目的地。一旦接收到，目的地将向发送方返回确认数据包，以表明它已准备好接收其他数据包。在发送另一个数据包之前，源总是等待数据包的确认。这种技术自然地避免了对目标的溢出。如果目的地需要时间来处理数据包，它将延迟发送确认。

这种技术在发送只有少量数据分组在一起的消息时非常有用。但是，当长时间传输大量数据包时，它的效率很低。为每个数据组发送确认也会造成过载。此外，一些网络使用小的数据分组，这意味着将有更多的数据分组，因此更多的验证。

源抑制信息

在此场景中，发送方开始向接收方发送数据包，并一直发送数据包，直到收到来自接收方的源抑制消息。源抑制消息通知发送方降低其数据传输速率。当至少有一个数据组被丢弃时，会发生源抑制。当接收方的缓冲区已满时，数据分组将被丢弃。在此之后，接收方会向发送方发送一个源抑制消息，但可能会在发送方减速之前丢弃剩余的数据包。对于每一条丢弃的报文，发送一条源抑制报文。发送方开始减速并持续减速，直到接收方停止发送源抑制消息。在此之后，发送方开始增加传输速率，但如果收到源抑制消息，传输速率又会减慢。此解决方案的唯一缺点是在发送方开始减慢消息速度之前丢弃数据片。

滑动窗口流量控制

“滑动窗口”流量控制旨在以更有效的方式提供可靠的服务。它只使用很小的网络带宽进行确认。滑动窗口技术主要允许发送方一次发送多个数据包，并尽可能高效地利用传输信道。同时，它的流量控制技术允许接收方通知发送方其缓冲区的状态。在接下来的讨论中，术语“数据分组”指的是数据块，它可以是帧或TCP段。

您可以将滑动窗口技术视为发送者和接收者之间的对话。发送者首先说：“我将向您发送x个数据组，然后您将向我发送确认信息”。如果接收端开始溢出，它会说“我的缓冲区溢出，请减少正在发送的数据包数量。”该过程是动态的，可以自动调整每次发送的数据包数量。自适应滑动窗口尝试确定最佳窗口大小，以便在不超过接收器的情况下发送尽可能多的数据组。如果窗口太大，接收端会发生分组丢弃，发送端会按比例减小窗口的大小。

TCP的窗口机制是自适应流量控制。它逐渐增加数据速率，直到接收到减速信号。此信号表示数据包被丢弃。当接收端丢弃一个数据包(或由于网络拥塞而收不到一个数据包)时，接收端不承认该数据包。发送方使用此信号来减慢或停止传输。这种方法的缺点是只有在数据组丢弃发生后才有效，因此不可预测。随着网络通信方式的变化，流可能会迅速增加或减少。如果终端系统有足够大的缓冲区，发送方可以增加流量，直到网络达到饱和。在高速网络上，发送方可能在收到慢速消息之前完成整个传输。

网络流量控制

前面描述了在终端系统中执行的流量控制。因为网络只期望提供基本的数据包转发，所以这些流控制最初不是由网络执行的。这样可以提高性能并保持网络简洁。最近，网络设计者对网络中的通信和流量控制产生了兴趣。一种技术是通过“速率评估程序”来评估流量流的传输速率，然后根据其速率与CTR(确认目标速率)和PTR(最大目标速率)的比较来标记数据包。当标记指定与DiffServ(区别服务)兼容的丢弃优先级时，使用颜色。小于或等于CTR的数据组被标记为“绿色”，介于CTR和PTR之间的数据组被标记为“黄色”，高于PTR的数据组被标记为“红色”。