مدیریت مشکلات ازدحام و تداخل در پروتکل‌های ارتباطی مبتنی بر شبکه مانند TCP/IP

[Tanrina]

پروتکلهای ارتباطی مبتنی بر شبکه مانند TCP/IP از چندین مکانیزم و الگوریتم برای مدیریت مشکلات ازدحام و تداخل استفاده میکنند. در ادامه به بررسی این مکانیزمها میپردازیم:

مدیریت ازدحام در TCP

کنترل ازدحام (Congestion Control):

• Slow Start: این مکانیسم با شروع از یک مقدار کوچک برای پنجره ازدحام (Congestion Window - CWND) و افزایش نمایی آن تا زمانی که یک بسته از دست برود یا یک علامت ازدحام دریافت شود، عمل میکند. این روش کمک میکند تا شبکه به تدریج بارگیری شود.
• Congestion Avoidance: بعد از مرحله Slow Start، TCP از یک الگوریتم افزایش خطی برای افزایش CWND استفاده میکند. به ازای هر دور کامل ارسال و دریافت ACK، CWND به میزان یک واحد افزایش مییابد.
• Fast Retransmit: هنگامی که TCP سه ACK تکراری دریافت میکند، فرض میکند که یک بسته گم شده است و بلافاصله این بسته را مجدداً ارسال میکند بدون اینکه منتظر تایمر زمانبندی منقضی شود.
• Fast Recovery: بعد از Fast Retransmit، TCP فرض میکند که شبکه کاملاً شلوغ نیست و از یک مکانیسم افزایش خطی برای افزایش CWND استفاده میکند تا زمانی که یک ACK جدید دریافت شود.

آشکارساز ازدحام (Congestion Detection):

• Timeouts: اگر یک تایمر زمانبندی منقضی شود و ACK دریافت نشود، TCP فرض میکند که ازدحام رخ داده و پنجره ازدحام را به مقدار اولیه کاهش میدهد.
• Duplicate ACKs: دریافت سه ACK تکراری به عنوان نشانهای از گم شدن بسته و احتمالی ازدحام در نظر گرفته میشود.

مدیریت تداخل در شبکههای بیسیم

در شبکههای بیسیم، پروتکلهای TCP/IP از مکانیزمهای مختلف برای مدیریت تداخل استفاده میکنند:

Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA/CA):
این مکانیزم در پروتکلهای Wi-Fi استفاده میشود و به ایستگاهها اجازه میدهد تا قبل از ارسال داده، کانال را برای تداخل بررسی کنند. اگر کانال آزاد باشد، ایستگاه میتواند دادهها را ارسال کند. اگر کانال اشغال باشد، ایستگاه به طور تصادفی منتظر میماند و دوباره تلاش میکند.


Request to Send / Clear to Send (RTS/CTS):
این مکانیزم به کاهش احتمال تداخل کمک میکند. ایستگاه قبل از ارسال دادهها، یک پیام RTS به مقصد ارسال میکند و اگر مقصد آماده باشد، با ارسال پیام CTS پاسخ میدهد. این فرآیند به دیگر دستگاهها اطلاع میدهد که کانال در حال استفاده است و از ارسال همزمان داده توسط دیگر دستگاهها جلوگیری میکند.

الگوریتمهای مدیریت ازدحام


Random Early Detection (RED):

• این الگوریتم در روترها استفاده میشود و بر اساس احتمال، بستهها را قبل از پر شدن کامل صفها، دور میاندازد. این کار به جلوگیری از ازدحام شدید و کاهش تأخیر کمک میکند.

Explicit Congestion Notification (ECN):

• این مکانیزم به روترها اجازه میدهد تا به طور صریح به فرستندهها اطلاع دهند که ازدحام در حال رخ دادن است، بدون اینکه بستهها را دور بیاندازند. فرستندهها سپس میتوانند نرخ ارسال خود را کاهش دهند.

مدیریت تداخل در TCP/IP


Time-to-Live (TTL):

• هر بسته TCP/IP دارای یک فیلد TTL است که تعداد هاپهای مجاز برای عبور را مشخص میکند. این مکانیزم از ایجاد حلقههای بینهایت در شبکه جلوگیری میکند که میتواند باعث تداخل شود.

Flow Control:

• مکانیزم کنترل جریان در TCP (از طریق پنجره دریافت) کمک میکند تا از ارسال بیش از حد داده به گیرندهای که قادر به پردازش آن نیست، جلوگیری شود. این کار به کاهش تداخل ناشی از ازدحام در سمت گیرنده کمک میکند.