何為數(shù)據(jù)通信信息流量控制?數(shù)據(jù)通信信息流量控制方案介紹

數(shù)據(jù)通信已是老生常談的話題，雖然大家對數(shù)據(jù)通信有所了解，但在應(yīng)用數(shù)據(jù)通信過程中，往往需要注意一些事項(xiàng)。例如，如何控制數(shù)據(jù)通信的信息流量。為幫助大家解決該問題，本文將對數(shù)據(jù)通信信息流量控制方案加以介紹。

一、何為數(shù)據(jù)通信信息流量控制

流量控制是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的一個重要課題，此處以ATM網(wǎng)絡(luò)為例對流量控制的各個問題進(jìn)行說明。ATM網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)Σ煌瑯I(yè)務(wù)提供服務(wù)質(zhì)量的保證，在分析ATM網(wǎng)絡(luò)所支持業(yè)務(wù)的特點(diǎn)及其相應(yīng)參數(shù)的基礎(chǔ)上，ATM網(wǎng)絡(luò)除了可為信息提供高速率、高帶寬的轉(zhuǎn)移功能外，更為重要的是能靈活地支持現(xiàn)有的和將來可能出現(xiàn)的各種業(yè)務(wù)，并對各種業(yè)務(wù)提供服務(wù)質(zhì)量保證，使網(wǎng)絡(luò)達(dá)到很高的資源利用率，要達(dá)到這些目的需要對不同業(yè)務(wù)運(yùn)用不同的流量控制和擁塞控制機(jī)制。概括地說流量控制就是為了避免網(wǎng)絡(luò)擁塞的出現(xiàn)而采取的一系列操作( ATM層的擁塞是指網(wǎng)絡(luò)不能達(dá)到連接建立時所簽訂的流量合同);擁塞控制是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞時，為避免網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步惡化和緩解網(wǎng)絡(luò)擁塞而采取的一系列操作。流量控制和擁塞控制都是為了提高網(wǎng)絡(luò)性能，保證業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量，通常統(tǒng)一稱之為流量控制。

流量控制涉及鏈路上字符或幀的發(fā)送速率的控制, 以使接收方在接收前的足夠的緩沖存儲空間來接收每一個字符或幀。例如,在面向字符的終端——計算機(jī)鏈路中，若遠(yuǎn)程計算機(jī)為許多臺終端服務(wù)，它就有可能因不能在高峰時按預(yù)定速率傳輸全部字符而暫時過載。同樣，在面向幀的自動重發(fā)請求系統(tǒng)中，當(dāng)待確認(rèn)幀數(shù)量增加時，有可能超出緩沖器存儲空間，也會造成過載。下面介紹兩種常用的流量控制方案：XON/XOFF方案和窗口機(jī)制。

二、控制方案

(一)XON/XOFF方案

增加緩沖存儲空間在某種程度上可以緩解收、發(fā)雙方在傳輸速率上的差異，但這是一種被動、消極的方法。因?yàn)?，一方面系統(tǒng)不允許開設(shè)過大的緩沖空間，另一方面對于速率顯著失配并且又傳送大量數(shù)據(jù)的場合，仍會出現(xiàn)緩沖空間不夠的現(xiàn)象。XON/XOFF方案方案則是一種相比之下更主動、更積極的流量控制方法。

XON/XOFF方案中使用一對控制字符來實(shí)現(xiàn)流量控制，其中XON采用ASCII字符集中的控制字符DC1，XOFF采用ASCII字符集中的控制字符DC3。當(dāng)通信路上的接收方發(fā)生過載時，便向發(fā)送方發(fā)送一個XOFF字符，發(fā)送方接收XOFF字符后便暫停發(fā)送數(shù)據(jù);等接收方處理完緩沖器中的數(shù)據(jù)，過載恢復(fù)后，再向發(fā)送方發(fā)送一個XON字符，以通知發(fā)送方恢復(fù)數(shù)據(jù)發(fā)送。在一次數(shù)據(jù)傳輸過程中，XOFF、XON的周期可重復(fù)多次，但這些操作對用戶來說是透明的。

許多異步數(shù)據(jù)通信軟件包均支持XON/XOFF協(xié)議。這種方案也可用于計算機(jī)向打印機(jī)或其它終端設(shè)備發(fā)送字符，在這種情況下，打印機(jī)或終端設(shè)備中的控制部件用以控制字符流量。

(二)窗口機(jī)制

為了提高信道的有效利用率，如前所述采用了不等待確認(rèn)幀返回就連續(xù)發(fā)送若干幀的方案。由于允許連續(xù)發(fā)送多個未被確認(rèn)的幀 ，幀號就需采用多位二進(jìn)制才能加以區(qū)分。因?yàn)榉脖话l(fā)出去尚未被確認(rèn)的幀都可能出錯或丟失而要求重發(fā)，因而這些幀都要保留下來。這就要求發(fā)送方有較大的發(fā)送緩沖區(qū)保留可能要求重發(fā)的未被確認(rèn)的幀。

但是緩沖區(qū)容量總是有限的，如果接收方不能以發(fā)送方的發(fā)送速率處理接收到的幀，則還是可能用完緩沖容量而暫時過載。為此，可引入類似于空閑RQ控制方案的調(diào)整措施，其本質(zhì)是在收到一確定幀之前，對發(fā)送方可發(fā)送的幀的數(shù)目加以限制。這是由發(fā)送方調(diào)整保留在重發(fā)表中的待確認(rèn)幀的數(shù)目來實(shí)現(xiàn)的。如果接收方來不及時對心到的幀進(jìn)行處理，則便停發(fā)確認(rèn)信息，此時發(fā)送方的重發(fā)送方的重發(fā)表就會增長，當(dāng)達(dá)到重發(fā)表限度時，發(fā)送方就不再發(fā)送新幀，直至再次收到確認(rèn)信息為止。

不了實(shí)現(xiàn)此方案，發(fā)送方存放待確認(rèn)幀的重發(fā)表中，應(yīng)設(shè)置待確認(rèn)幀數(shù)目的最大限度，這一限度被稱為鏈路的發(fā)送窗口。顯然，如果窗口設(shè)置為1，即發(fā)送方緩沖能力僅為一個幀，則傳輸控制方案就回到了空閑RQ方案，此時傳輸效率很低。故窗口限度應(yīng)選為使接收方盡量能處理或接受收到的所有幀。當(dāng)然選擇時還必須考慮諸如幀的最大長度、可使用的緩沖存空間以及傳輸速率等因素。

重發(fā)表是一個連續(xù)序號的列表，對應(yīng)發(fā)送方已發(fā)送但尚未確認(rèn)的那些幀。這些幀的序號有一個最大值，這個最大值即發(fā)送窗口的限度。所謂發(fā)送窗口就是指示發(fā)送方已發(fā)送但尚未確認(rèn)的幀序號隊(duì)列的界，其上、下界分別稱為發(fā)送窗口的上、下沿，上、下沿的部距稱為窗口尺寸。接收方類似地也有接收窗口，它批示允許接收和幀的序號。

發(fā)送方每次發(fā)送一幀后，待確認(rèn)幀的數(shù)目便增1，每收到一個確認(rèn)信息后，待確認(rèn)幀的數(shù)目便減1。當(dāng)重發(fā)表長度計數(shù)值，即待確認(rèn)幀的數(shù)目等于發(fā)送窗口尺寸時，便停止發(fā)送新的幀。

一般幀號只取有限位二進(jìn)制數(shù)，到一定時間后就又反復(fù)循環(huán)。若幀號配3位二進(jìn)制數(shù)，則幀號在0~7間循環(huán)。如果發(fā)送窗口尺寸取值為2。則發(fā)送如圖3.15所示。圖中發(fā)送方陰影部分表示打開的發(fā)送窗口，接收方陰影部分則表示打開的接收窗口。當(dāng)傳送過程進(jìn)行時，打開的窗口位置一直在滑動，所以也稱為滑動窗口(Slidding Window)，或簡稱為滑窗。

上圖中的滑動窗口變化過程可敘述如下(假設(shè)發(fā)送窗口尺寸為2，接收窗口尺寸為1)：

①初始態(tài)，發(fā)送方?jīng)]有幀發(fā)出，發(fā)送窗口前后沿相重合。接收方0號窗口打開，表示等待接收0號幀;

②發(fā)送方已發(fā)送0號幀，此時發(fā)送方打開0號窗口，表示已發(fā)出0幀但尚確認(rèn)返回信息。此時接收窗口狀態(tài)同前，仍等待接收0號幀;

③發(fā)送方在未收到0號幀的確認(rèn)返器信息前，繼續(xù)發(fā)送1號幀。此時，1號窗口打開，表示1號幀也屬等待確認(rèn)之列。至昆，發(fā)送方打開的窗口數(shù)已達(dá)規(guī)定限度，在未收到新的確認(rèn)返回幀之前，發(fā)送方將暫停發(fā)送新的數(shù)據(jù)幀。接收窗口此時狀態(tài)仍未變;

④接收方已收到0號幀，0號窗口關(guān)閉，1號窗口打開，表示準(zhǔn)備接收1號幀。此時發(fā)送窗口狀態(tài)不變;

⑤發(fā)送方收到接收方發(fā)來的0號幀確認(rèn)返回信息，關(guān)閉0號窗口，表示從重發(fā)表中刪除0號幀。此時接收窗口狀態(tài)仍不變;

⑥發(fā)送方繼續(xù)發(fā)送2號幀，2號窗口打開，表示2號幀也納入待確認(rèn)之列。至此，發(fā)送方打開的窗口又已達(dá)規(guī)定限度，在未收到新的確認(rèn)返回幀之前，發(fā)送方將暫停發(fā)送新的數(shù)據(jù)幀，此時接收窗口狀態(tài)仍不變;

⑦接收方已收到1號幀，1號窗口關(guān)閉，2號窗口打開，表示準(zhǔn)備接收2號幀。此時發(fā)送窗口狀態(tài)不變;

⑧發(fā)送方收到接收方發(fā)來的1號幀收畢的確認(rèn)信息，關(guān)閉1號窗口，表示從重發(fā)表中刪除1號幀。此時接收窗口狀態(tài)仍不變。

一般來說，凡是在一定范圍內(nèi)到達(dá)的幀，即使它們不按順序，接收方也要接收下來。若把這個范圍看成是接收窗口的話，由接收窗口的大小也應(yīng)該是大于1的。而Go-back-N正是接收窗口等于1的一個特例，選擇重發(fā)也可以看做是一種滑動窗口協(xié)議，只不過其發(fā)送窗口和接收窗口都大于1。若從滑動窗口的觀點(diǎn)來統(tǒng)一看待空閑RQ、Go-back-N及選擇重發(fā)三種協(xié)議，它們的差別僅在于各自窗口尺寸的大小不同而已：

空閑RQ：　　發(fā)送窗口=1，接收窗口=1;

Go-back-N： 發(fā)窗口>1，接收窗口>1;

選擇重發(fā)：　發(fā)送窗口>1,接收窗口>1。

若幀序號采用3位二進(jìn)制編碼，由最大序號為Smax=2^3-1=7。對于有序接收方式，發(fā)送窗口最大尺寸選為Smax;對于無序接收方式，發(fā)送窗口最大尺寸至多是序號范圍的一半。發(fā)送方管理超時控制的計時器數(shù)應(yīng)等于緩沖器數(shù)，而不是序號空間的大小。

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