數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量和服務(wù)性能保障機制

本模塊首先表征數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量的參數(shù)指標，然后介紹4種服務(wù)性能的保障機制，即差錯控制、擁塞控制、路由選擇和流量控制。

一、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量

數(shù)據(jù)通信網(wǎng)多采用分組交換技術(shù)，由于用戶業(yè)務(wù)往往沒有獨占的信道帶寬，在整個通信期間，服務(wù)質(zhì)量會隨著網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的變化而變化。表征數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量的參數(shù)指標如下：

服務(wù)可用性

是指用戶與網(wǎng)絡(luò)之間服務(wù)連接的可靠性。

傳輸時延

是指在兩個參知識點之間，發(fā)送和收到一個分組的時間間隔。

時延變化

又稱抖動，是指沿相同路徑傳輸?shù)耐粋€業(yè)務(wù)流中的所有分組傳輸時延的變化。

吞吐量

是指在網(wǎng)絡(luò)中分組的傳輸速率，可以用平均速率或峰值速率來表示。

分組丟失率

是指分組在通過網(wǎng)絡(luò)傳輸時允許的最大丟失率，通常分組丟失都是由于網(wǎng)絡(luò)擁塞造成的。

分組差錯率

是指單位時間內(nèi)的差錯分組與傳輸?shù)目偡纸M數(shù)目的比率。

二、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的服務(wù)性能保障機制

數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)在運行時時常要面對以下3類問題：

數(shù)據(jù)傳輸中的差錯和丟失；

網(wǎng)絡(luò)擁塞；

交換節(jié)點和物理線路故障。

網(wǎng)絡(luò)必須提供相應(yīng)的機制來解決上述問題，才能保證穩(wěn)定的服務(wù)性能。網(wǎng)絡(luò)采用的服務(wù)性能保障機制主要有：差錯控制、擁塞控制、路由選擇和流量控制。

1、差錯控制

數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對時延不敏感，對差錯（就是誤碼）卻很敏感，因此必須提供相應(yīng)的差錯控制機制。

差錯控制機制負責將源端和目的端之間傳送的數(shù)據(jù)所發(fā)生的丟失和損壞恢復過來。通常差錯控制機制包括差錯檢測和差錯校正兩部分。

討論：

差錯控制的基本思路

在發(fā)送端被傳送的信息碼序列的基礎(chǔ)上，按照一定的規(guī)則加入若干“監(jiān)督碼元”后進行傳輸，這些加入的碼元與原來的信息碼序列之間存在著某種確定的約束關(guān)系。在接收數(shù)據(jù)時，檢驗信息碼元與監(jiān)督碼元之間的既定的約束關(guān)系，如該關(guān)系遭到破壞，則在接收端可以發(fā)現(xiàn)傳輸中的錯誤，乃至糾正錯誤。

信息碼（k ）+監(jiān)督碼（ r）=碼組（n ）

在分層網(wǎng)絡(luò)體系中，差錯控制是一種可以在多個協(xié)議級別上實現(xiàn)的功能。在分組交換網(wǎng)（X.25網(wǎng)）中，既有數(shù)據(jù)鏈路層的差錯控制，又有分組層的差錯控制。

目前，隨著傳輸系統(tǒng)的數(shù)字化、光纖化，現(xiàn)代的大多數(shù)分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)均將用戶信息的差錯控制由網(wǎng)絡(luò)移至終端來做，在網(wǎng)絡(luò)中只對分組頭中的控制信息做必要的差錯檢測。

2、擁塞控制

通常擁塞發(fā)生在通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量開始接近網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)處理能力時。

擁塞控制的目標

是將網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)量控制在一定的水平之下，超過這個水平，網(wǎng)絡(luò)的性能就會急劇惡化。

擁塞控制必要性

實質(zhì)上，采用分組交換的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)可以看成是一個由隊列組成的網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)采用基于存儲-轉(zhuǎn)發(fā)的排隊機制轉(zhuǎn)發(fā)用戶分組，在交換節(jié)點的每個輸出端口上都有一個分組隊列。當發(fā)生擁塞時，網(wǎng)絡(luò)并不是簡單地拒絕以后的用戶分組，而是將其放到指定輸出端口的隊列中等待資源空閑時再發(fā)送。由于此時分組到達和排隊的速率超過交換節(jié)點分組的傳輸速率，隊列長度會不斷增長，如果不進行及時的擁塞控制，每個分組在交換節(jié)點經(jīng)歷的轉(zhuǎn)發(fā)時延就會變得越來越長，造成局部的擁塞。如果對局部的擁塞不加控制，則最終會導致?lián)砣蛉W(wǎng)蔓延，因此在分組數(shù)據(jù)網(wǎng)中均提供了相應(yīng)的擁塞控制機制。

【注：此處分組交換的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)不專指X.25網(wǎng)，而是泛指采用存儲-轉(zhuǎn)發(fā)方式的包交換網(wǎng)絡(luò)，包括X.25網(wǎng)、幀中繼網(wǎng)和ATM網(wǎng)等?！?/P>

擁塞控制機制

X.25網(wǎng)中的阻流分組（Choke Packet）、Internet中ICMP的源站抑制分組（Source Quench）均用于擁塞節(jié)點向源節(jié)點發(fā)送控制分組，以限制其業(yè)務(wù)量流入網(wǎng)絡(luò)。

3、流量控制

流量控制是一種使目的端通信實體可以調(diào)節(jié)源端通信實體發(fā)出的數(shù)據(jù)流量的協(xié)議機制，可以調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)發(fā)送的數(shù)量和速率。

分組交換的數(shù)據(jù)網(wǎng)進行流量控制的原因

在目的端必須對每個收到的分組的頭部進行一定的協(xié)議處理，由于收發(fā)雙方工作在異步方式下，源端可能試圖以比目的端處理速度更快的速度發(fā)送分組（即接收數(shù)據(jù)信號的速率可能會跟不上發(fā)送數(shù)據(jù)信號的速率）。

目的端也可能將收到的分組先緩存起來，然后重新在另一個I/O端口進行轉(zhuǎn)發(fā)，此時它可能需要限制進入的流量以便與轉(zhuǎn)發(fā)端口的流量相匹配。

流量控制方法

與差錯控制一樣，流量控制也可以在多個協(xié)議層次實現(xiàn)。常見的流量控制方法有：

在X.25網(wǎng)中使用的滑動窗口法；

在Internet的TCP層實現(xiàn)的可變的滑動窗口；

在ATM網(wǎng)中使用的漏桶算法等。

4、路由選擇

靈活的路由選擇技術(shù)可以幫助網(wǎng)絡(luò)繞開發(fā)生故障或擁塞的節(jié)點，以提供更可靠的服務(wù)質(zhì)量。

路由選擇技術(shù)分為兩種：

自適應(yīng)的路由選擇技術(shù)

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的變化，交換節(jié)點能自動調(diào)整更新路由表

非自適應(yīng)的路由選擇技術(shù)

當網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)發(fā)生變化時，交換節(jié)點不能自動調(diào)整更新路由表

采用虛電路方式的分組交換網(wǎng)，路由選擇與電話通信網(wǎng)的路由選擇技術(shù)類似。它們主要的問題是沒有提供自動的路由發(fā)現(xiàn)機制，網(wǎng)絡(luò)運行時，交換節(jié)點不能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的變化，自動調(diào)整更新本地路由表。

在電話通信網(wǎng)中，通常采用靜態(tài)路由技術(shù)，即每個交換節(jié)點的路由表是人工配置的，網(wǎng)絡(luò)也不提供自動的路由發(fā)現(xiàn)機制，但是一般情況下，到任意目的地，除正常路由外，都會配置兩、三條迂回路由，以提高可靠性。這樣，當發(fā)生故障時，故障區(qū)域所影響的呼叫將被中斷，但后續(xù)產(chǎn)生的呼叫通常可走迂回路由，一般不受影響。

在分組交換網(wǎng)絡(luò)中，如果采用數(shù)據(jù)報方式，一般都支持自適應(yīng)的路由選擇技術(shù)，即路由選擇的決定將隨著網(wǎng)絡(luò)情況的變化而改變，主要是故障或擁塞兩方面。

討論：

在Internet中，IP路由協(xié)議實際就是動態(tài)的路由選擇協(xié)議。使用路由協(xié)議，路由器可以實時更新自己的路由表以反映當前網(wǎng)絡(luò)拓撲的變化，因此即使發(fā)生故障或擁塞，后續(xù)分組也可以自動繞開，從而提高了網(wǎng)絡(luò)整體的可靠性。

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