近年來，隨著Internet用戶數(shù)量的迅速增加和各種新型業(yè)務對網(wǎng)絡服務質量" title="服務質量">服務質量提出的嚴峻挑戰(zhàn)，越來越嚴重的網(wǎng)絡擁塞問題逐漸暴露出來，擁塞控制已經(jīng)成為網(wǎng)絡技術領域的重要研究課題之一。目前Internet 上廣泛使用的擁塞控制協(xié)議是Tahoe TCP^[1]，改進協(xié)議主要有Reno TCP^[2]、NewReno TCP^[3]以及SACK TCP^[4]協(xié)議等。深入研究以上幾種協(xié)議可以看到^[5]：這些協(xié)議本質上都是使用諸如確認、超時及重復確認等隱含信號推斷網(wǎng)絡狀態(tài)，并利用反饋修正數(shù)據(jù)源的發(fā)送窗口，控制注入網(wǎng)絡的業(yè)務量以緩解網(wǎng)絡擁塞。其中一直存在的問題是：網(wǎng)絡擁塞的檢測和控制不是由發(fā)生擁塞的網(wǎng)絡節(jié)點及時和主動地進行，而是在端到端的基礎上由源端通過各種隱含信號推測出來。這不但延緩了對網(wǎng)絡擁塞的檢測和控制，還可能造成更嚴重的網(wǎng)絡擁塞。上述改進協(xié)議在這一問題上都未能提出較好的解決方案。
　　因此，在路由器中引入擁塞控制已顯得非常必要。這依賴于路由器的計算能力。多協(xié)議標簽交換MPLS(Multi-protocol Label Switching)順應了這種要求。它在無連接的IP網(wǎng)絡引入面向連接的機制，形成MPLS域，標簽邊緣路由器LER(Label Edge Router) 具有計算能力，完成分類、調度和QoS 映射等處理。標簽交換路由器 LSR(Label Switch Router) 完成簡單轉發(fā)，即“邊緣智能，核心交換”。本文利用MPLS的這種特性，將反饋擁塞算法從端點引入到網(wǎng)絡邊緣節(jié)點，并設定低等級業(yè)務接入門限，可以有效縮短擁塞反饋時延，提高業(yè)務吞吐量。通過仿真證明該算法具有較好的性能。
1 綜合擁塞策略的基本思想
　　本文提出的擁塞控制策略" title="控制策略">控制策略正是在MPLS網(wǎng)絡中由路由器參與擁塞控制的主動式流量和擁塞控制機制^[6]。在基于反饋的擁塞控制系統(tǒng)中，鏈路" title="鏈路">鏈路瓶頸的擁塞持續(xù)時間與帶寬時延積直接相關^[7]。網(wǎng)絡端到端的時延越大，端點能夠檢測到網(wǎng)絡發(fā)生擁塞的時間就越長；網(wǎng)絡帶寬越大，在端點檢測到網(wǎng)絡擁塞之前，端點發(fā)送到擁塞網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)量就越大，導致網(wǎng)絡擁塞進一步惡化。因此，在網(wǎng)絡帶寬一定的情況下，減少時延是減少擁塞的一個重要因素。
　　基于這樣的考慮，筆者把傳統(tǒng)TCP的反饋擁塞計算從端點引入到網(wǎng)絡邊緣節(jié)點。為縮短擁塞反饋時延，利用路由器LSR監(jiān)視隊列長度的功能，認為緩存隊列達到某一長度閾值，即表明有擁塞的可能，由該路由器向邊緣路由器LER發(fā)送擁塞預警信息，由邊緣路由器對預警信息做出反應，進行流量接入控制；同時，通知端點降低發(fā)送速率，進入Slow Start 狀態(tài)，從而及時地預測和緩解擁塞狀況。
　　同時考慮到大多數(shù)研究中，對高等級業(yè)務的服務質量比較關注，只對高等級業(yè)務做出相應的處理和控制，讓高等級業(yè)務優(yōu)先占用資源，而對盡力而為的低等級業(yè)務則采取等待或者在資源不夠的時候優(yōu)先丟棄或舍棄的策略；完全不關心網(wǎng)絡中大量普遍存在的、未提出任何要求的低等級業(yè)務的服務質量，只是在滿足高等級業(yè)務的前提下對其進行簡單的處理。這種處理在網(wǎng)絡的承載量不是很大時作用是明顯的，但是在網(wǎng)絡承載的業(yè)務量較大時就不是很合理了。在網(wǎng)絡業(yè)務承載量較大時，由于盡力而為業(yè)務是只要網(wǎng)絡有資源容納就進入，因此就出現(xiàn)了這樣的現(xiàn)象：大量盡力而為業(yè)務剛剛被接入網(wǎng)絡進行傳輸，此時如果又有一個新的高等級業(yè)務到達，而剩余的網(wǎng)絡資源不夠的話，由于高等級業(yè)務將優(yōu)先占用網(wǎng)絡資源，因此剛剛被接入的盡力傳輸業(yè)務將被丟棄。這樣盡力傳輸業(yè)務的傳輸時延和丟失率將隨著業(yè)務到達率的增加而大大增加，從而損害了盡力傳輸業(yè)務的性能，而且還將造成網(wǎng)絡資源的無畏浪費，降低全網(wǎng)的性能。
　　鑒于以上考慮，在綜合策略中設定了一個低等級業(yè)務的接入門限，只有在網(wǎng)絡較空閑的情況下，盡力而為業(yè)務才被接入。這種操作在網(wǎng)絡負荷不高時，效果不明顯，但是在網(wǎng)絡負荷較高時效果非常明顯。其原理是：雖然通過不接入少量低等級業(yè)務使得低等級業(yè)務的吞吐量下降，但是，在網(wǎng)絡負荷較高時，這避免了已接入低等級業(yè)務在中間節(jié)點的大量無謂的丟棄，提高了低等級業(yè)務的實際傳輸效率和資源的有效使用率。同時，也大大降低了網(wǎng)絡轉發(fā)節(jié)點的處理復雜度，可以在不改變原有高等級業(yè)務的處理和性能下，有效地提高低等級業(yè)務的性能，并且提高全網(wǎng)的吞吐量。
　　最后在尾丟棄策略上，采用隨機早檢測RED算法和優(yōu)先級相結合的策略。RED算法將決定丟棄是否發(fā)生，優(yōu)先級將決定那個分組被丟棄。
2 綜合的MPLS流量工程擁塞控制策略
　　如前所述，采用路由器LSR對隊列長度進行監(jiān)測，并取隊列長度的70%作為擁塞預警值，即低等級業(yè)務的準入門限，同時把進入網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)流進行緩存分類，分為高等級業(yè)務和盡力而為業(yè)務，而且高等級業(yè)務隊列還按優(yōu)先級排隊，高的優(yōu)先級排在前面，從而建立了一種綜合的MPLS流量工程的擁塞控制策略ICC(Integrated Congestion Control Strategy for MPLS Traffic Engineering)。在該策略中，當隊列流量沒有超出預警值時，路由器正常轉發(fā)緩存隊列的數(shù)據(jù)，不進行流量控制；當任一LSR檢測到自己的緩存隊列超出預警值，便向其邊緣入口LER發(fā)送預警信息，入口LER收到預警信息啟動隊列管理機制，對盡力傳輸型業(yè)務限制接入，同時邊界MPLS LER通知數(shù)據(jù)發(fā)送源端降低數(shù)據(jù)發(fā)送速率。在每個路由器內部，采用隨機早檢測RED算法和優(yōu)先級相結合的策略。當分組到來時，考察隊列長度q，若隊列長度介于隊列容量/2和隊列容量之間，把分組按優(yōu)先級進行排隊，然后以概率P丟棄隊尾數(shù)據(jù)包。若隊列已滿，則直接丟棄數(shù)據(jù)包。其中，，min_th為隊列容量/2， max_th為隊列容量。丟棄數(shù)據(jù)包的順序是從隊列尾部開始，因為隊列是按優(yōu)先級排隊的。這樣就保證了高等級業(yè)務的優(yōu)先服務，同時這種丟棄策略也使網(wǎng)絡擁塞得到緩解。
3 仿真實例
　　仿真中采用的拓撲結構如圖1所示。端節(jié)點client TOSi 和server TOSi 之間建立連接，鏈路的帶寬為1Mbps，發(fā)送端采用TCP(Reno) 協(xié)議，報文平均長度為1000byte，網(wǎng)絡中共有60個TCP源，其輸入模型為FTP模型。路由器router A和router B之間構成瓶頸鏈路，鏈路帶寬為2.048Mbps，傳輸延遲為20ms～100ms，此范圍對應于從局域網(wǎng)平均遲延到廣域網(wǎng)的鏈路平均遲延，在仿真中通過改變此鏈路遲延就可改變鏈路的帶寬遲延積。路由器中的緩沖區(qū)最多可容納350個報文。

　　解決擁塞的最終目的是為了提高吞吐量，所有的吞吐量都是按照目的端點收到的有用包來計算的。隨著鏈路時延的增加，即帶寬時延積的增加，瓶頸鏈路的吞吐量如圖2、3和4所示。由于ICC和TCP都依賴于網(wǎng)絡節(jié)點和端點的反饋通信，因此兩者的性能都隨著帶寬時延積的增大而下降。但由于ICC利用中間節(jié)點進行反饋，縮短了擁塞反饋時延，其性能要優(yōu)于傳統(tǒng)TCP的性能。這主要是因為鏈路時延增加后，數(shù)據(jù)包的RTT 時間增加，TCP協(xié)議的定時器長度也隨之增加，造成了用戶終端對網(wǎng)絡擁塞進行檢測和控制時間的延長。此外，由于TCP 協(xié)議至少需要經(jīng)一個RTT時間才能發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡擁塞，在此之前終端將繼續(xù)發(fā)送大量的數(shù)據(jù)包。這樣就有可能造成擁塞節(jié)點情況的進一步惡化，造成數(shù)據(jù)包的大量丟失，從而也影響瓶頸鏈路的吞吐量。