数据通信网的服务质量和服务性能保障机制

本模块首先表征数据通信业务服务质量的参数指标，然后介绍4种服务性能的保障机制，即差错控制、拥塞控制、路由选择和流量控制。

一、数据通信网的服务质量

数据通信网多采用分组交换技术，由于用户业务往往没有独占的信道带宽，在整个通信期间，服务质量会随着网络环境的变化而变化。表征数据通信业务服务质量的参数指标如下：

服务可用性

是指用户与网络之间服务连接的可靠性。

传输时延

是指在两个参知识点之间，发送和收到一个分组的时间间隔。

时延变化

又称抖动，是指沿相同路径传输的同一个业务流中的所有分组传输时延的变化。

吞吐量

是指在网络中分组的传输速率，可以用平均速率或峰值速率来表示。

分组丢失率

是指分组在通过网络传输时允许的最大丢失率，通常分组丢失都是由于网络拥塞造成的。

分组差错率

是指单位时间内的差错分组与传输的总分组数目的比率。

二、数据通信网的服务性能保障机制

数据通信网络在运行时时常要面对以下3类问题：

数据传输中的差错和丢失；

网络拥塞；

交换节点和物理线路故障。

网络必须提供相应的机制来解决上述问题，才能保证稳定的服务性能。网络采用的服务性能保障机制主要有：差错控制、拥塞控制、路由选择和流量控制。

1、差错控制

数据业务对时延不敏感，对差错（就是误码）却很敏感，因此必须提供相应的差错控制机制。

差错控制机制负责将源端和目的端之间传送的数据所发生的丢失和损坏恢复过来。通常差错控制机制包括差错检测和差错校正两部分。

讨论：

差错控制的基本思路

在发送端被传送的信息码序列的基础上，按照一定的规则加入若干“监督码元”后进行传输，这些加入的码元与原来的信息码序列之间存在着某种确定的约束关系。在接收数据时，检验信息码元与监督码元之间的既定的约束关系，如该关系遭到破坏，则在接收端可以发现传输中的错误，乃至纠正错误。

信息码（k ）+监督码（ r）=码组（n ）

在分层网络体系中，差错控制是一种可以在多个协议级别上实现的功能。在分组交换网（X.25网）中，既有数据链路层的差错控制，又有分组层的差错控制。

目前，随着传输系统的数字化、光纤化，现代的大多数分组数据网络均将用户信息的差错控制由网络移至终端来做，在网络中只对分组头中的控制信息做必要的差错检测。

2、拥塞控制

通常拥塞发生在通过网络传输的数据量开始接近网络的数据处理能力时。

拥塞控制的目标

是将网络中的数据量控制在一定的水平之下，超过这个水平，网络的性能就会急剧恶化。

拥塞控制必要性

实质上，采用分组交换的数据网络可以看成是一个由队列组成的网络，网络采用基于存储-转发的排队机制转发用户分组，在交换节点的每个输出端口上都有一个分组队列。当发生拥塞时，网络并不是简单地拒绝以后的用户分组，而是将其放到指定输出端口的队列中等待资源空闲时再发送。由于此时分组到达和排队的速率超过交换节点分组的传输速率，队列长度会不断增长，如果不进行及时的拥塞控制，每个分组在交换节点经历的转发时延就会变得越来越长，造成局部的拥塞。如果对局部的拥塞不加控制，则最终会导致拥塞向全网蔓延，因此在分组数据网中均提供了相应的拥塞控制机制。

【注：此处分组交换的数据网络不专指X.25网，而是泛指采用存储-转发方式的包交换网络，包括X.25网、帧中继网和ATM网等。】

拥塞控制机制

X.25网中的阻流分组（Choke Packet）、Internet中ICMP的源站抑制分组（Source Quench）均用于拥塞节点向源节点发送控制分组，以限制其业务量流入网络。

3、流量控制

流量控制是一种使目的端通信实体可以调节源端通信实体发出的数据流量的协议机制，可以调节数据发送的数量和速率。

分组交换的数据网进行流量控制的原因

在目的端必须对每个收到的分组的头部进行一定的协议处理，由于收发双方工作在异步方式下，源端可能试图以比目的端处理速度更快的速度发送分组（即接收数据信号的速率可能会跟不上发送数据信号的速率）。

目的端也可能将收到的分组先缓存起来，然后重新在另一个I/O端口进行转发，此时它可能需要限制进入的流量以便与转发端口的流量相匹配。

流量控制方法

与差错控制一样，流量控制也可以在多个协议层次实现。常见的流量控制方法有：

在X.25网中使用的滑动窗口法；

在Internet的TCP层实现的可变的滑动窗口；

在ATM网中使用的漏桶算法等。

4、路由选择

灵活的路由选择技术可以帮助网络绕开发生故障或拥塞的节点，以提供更可靠的服务质量。

路由选择技术分为两种：

自适应的路由选择技术

根据网络状态的变化，交换节点能自动调整更新路由表

非自适应的路由选择技术

当网络状态发生变化时，交换节点不能自动调整更新路由表

采用虚电路方式的分组交换网，路由选择与电话通信网的路由选择技术类似。它们主要的问题是没有提供自动的路由发现机制，网络运行时，交换节点不能根据网络的变化，自动调整更新本地路由表。

在电话通信网中，通常采用静态路由技术，即每个交换节点的路由表是人工配置的，网络也不提供自动的路由发现机制，但是一般情况下，到任意目的地，除正常路由外，都会配置两、三条迂回路由，以提高可靠性。这样，当发生故障时，故障区域所影响的呼叫将被中断，但后续产生的呼叫通常可走迂回路由，一般不受影响。

在分组交换网络中，如果采用数据报方式，一般都支持自适应的路由选择技术，即路由选择的决定将随着网络情况的变化而改变，主要是故障或拥塞两方面。

讨论：

在Internet中，IP路由协议实际就是动态的路由选择协议。使用路由协议，路由器可以实时更新自己的路由表以反映当前网络拓扑的变化，因此即使发生故障或拥塞，后续分组也可以自动绕开，从而提高了网络整体的可靠性。

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