नेटवर्क कंजेशन

डेटा नेटवर्किंग और कतार सिद्धांत  में नेटवर्क कंजेशन सेवा की घटी हुई गुणवत्ता है, जो तब होती है जब एक नेटवर्क नोड या लिंक हैंडल करने की क्षमता से अधिक डेटा ले जा रहा होता है। विशिष्ट प्रभावों में कतार में देरी, पैकेट हानि या नए कनेक्शनों को अवरुद्ध करना शामिल है। भीड़भाड़ का एक परिणाम यह है कि प्रस्तावित भार में वृद्धिशील वृद्धि या तो केवल एक छोटी वृद्धि या नेटवर्क THROUGHPUT में कमी की ओर ले जाती है। नेटवर्क प्रोटोकॉल जो संकुलन के कारण पैकेट नुकसान की भरपाई के लिए आक्रामक पुनर्संचरण (डेटा नेटवर्क) का उपयोग करते हैं, प्रारंभिक लोड को उस स्तर तक कम करने के बाद भी संकुलन बढ़ा सकते हैं जो सामान्य रूप से नेटवर्क संकुलन को प्रेरित नहीं करेगा। ऐसे नेटवर्क लोड के समान स्तर के तहत दो स्थिर अवस्था प्रदर्शित करते हैं। कम थ्रूपुट वाली स्थिर अवस्था को कंजेस्टिव पतन के रूप में जाना जाता है।

नेटवर्क पतन से बचने की कोशिश करने के लिए भीड़ नियंत्रण और भीड़ से बचने की तकनीक का उपयोग करते हैं। इनमें शामिल हैं: प्रोटोकॉल में घातीय बैकऑफ़ ़ जैसे कैरियर सेंस मल्टीपल एक्सेस विद टक्कर परिहार|802.11 में CSMA/CA और टक्कर का पता लगाने के साथ समान कैरियर-सेंस मल्टीपल एक्सेस|मूल ईथरनेट में CSMA/CD,  प्रसारण नियंत्रण प्रोटोकॉल  में  स्लाइडिंग खिड़की  रिडक्शन, और राउटर (कंप्यूटिंग) और  प्रसार बदलना  जैसे उपकरणों में उचित कतार। भीड़ को संबोधित करने वाली अन्य तकनीकों में प्राथमिकता योजनाएँ शामिल हैं जो कुछ पैकेटों को दूसरों से आगे उच्च प्राथमिकता के साथ संचारित करती हैं और प्रवेश नियंत्रण के उपयोग के माध्यम से विशिष्ट प्रवाह के लिए नेटवर्क संसाधनों का स्पष्ट आवंटन करती हैं।

नेटवर्क क्षमता
राउटर (कंप्यूटिंग) प्रसंस्करण समय और लिंक थ्रूपुट सहित नेटवर्क संसाधन सीमित हैं। कई सामान्य परिस्थितियों में नेटवर्क पर संसाधन विवाद हो सकता है। एक वायरलेस लेन एक पर्सनल कंप्यूटर द्वारा आसानी से भर जाता है। तेज़ कंप्यूटर नेटवर्क पर भी, बैकबोन नेटवर्क को कुछ सर्वर और क्लाइंट पीसी द्वारा आसानी से भीड़भाड़ किया जा सकता है। botnet  द्वारा सेवा से इनकार हमले बड़े पैमाने पर नेटवर्क भीड़ पैदा करने वाले सबसे बड़े  इंटरनेट रीढ़  नेटवर्क लिंक को भरने में सक्षम हैं। टेलीफोन नेटवर्क में, एक सामूहिक कॉल घटना डिजिटल टेलीफोन सर्किट को अभिभूत कर सकती है, जिसे अन्यथा सेवा के इनकार के रूप में परिभाषित किया जा सकता है।

कंजर्वेटिव पतन
संकुलन पतन (या संकुलन पतन) वह स्थिति है जिसमें संकुलन उपयोगी संचार को रोकता या सीमित करता है। कंजेशन पतन आम तौर पर नेटवर्क में चोक पॉइंट्स पर होता है, जहां आने वाला ट्रैफिक आउटगोइंग बैंडविड्थ से अधिक होता है। लोकल एरिया नेटवर्क और वृहत् क्षेत्र जालक्रम के बीच कनेक्शन बिंदु सामान्य चोक पॉइंट हैं। जब एक नेटवर्क इस स्थिति में होता है, तो यह एक स्थिर स्थिति में आ जाता है जहां ट्रैफिक की मांग अधिक होती है लेकिन बहुत कम उपयोगी थ्रूपुट उपलब्ध होता है, जिसके दौरान पैकेट में देरी और नुकसान होता है और सेवा की गुणवत्ता बेहद खराब होती है।

1984 तक संभावित समस्या के रूप में कंजर्वेटिव पतन की पहचान की गई थी। इसे पहली बार अक्टूबर 1986 में शुरुआती इंटरनेट पर देखा गया था। जब NSFNET चरण-I बैकबोन ने अपनी 32 kbit/s की क्षमता से 40 bit/s तक परिमाण के तीन क्रम गिराए, जो 1987 और 1988 के बीच जैकबसन से और सैली फ्लॉयड के भीड़ नियंत्रण को लागू करने के अंत तक जारी रहा। जब अधिक पैकेट (सूचना प्रौद्योगिकी) भेजे गए थे, जो मध्यवर्ती राउटर द्वारा नियंत्रित किए जा सकते थे, तो मध्यवर्ती राउटर ने कई पैकेटों को छोड़ दिया, जिससे नेटवर्क के अंतिम बिंदुओं को सूचना को फिर से प्रसारित करने की उम्मीद थी। हालाँकि, शुरुआती टीसीपी कार्यान्वयन में खराब पुन: प्रसारण व्यवहार था। जब यह पैकेट हानि हुई, तो समापन बिंदु ने अतिरिक्त पैकेट भेजे जो खोई हुई जानकारी को दोहराते थे, आने वाली दर को दोगुना कर देते थे।

भीड़ नियंत्रण
ओवरसब्सक्रिप्शन के परिणामस्वरूप भीड़भाड़ से बचने के लिए कंजेशन कंट्रोल एक दूरसंचार नेटवर्क में ट्रैफिक एंट्री को नियंत्रित करता है। यह आम तौर पर पैकेट की दर को कम करके पूरा किया जाता है। जबकि संकुलन नियंत्रण प्रेषकों को नेटवर्क पर भारी पड़ने से रोकता है, प्रवाह नियंत्रण (डेटा) प्रेषक को रिसीवर पर भारी पड़ने से रोकता है।

संकुलन नियंत्रण का सिद्धांत
भीड़ नियंत्रण के सिद्धांत का नेतृत्व फ्रैंक केली (प्रोफेसर) द्वारा किया गया था, जिन्होंने सूक्ष्म आर्थिक सिद्धांत और उत्तल अनुकूलन सिद्धांत को लागू किया था, यह वर्णन करने के लिए कि कैसे व्यक्ति अपनी दरों को नियंत्रित करते हैं, एक इष्टतम नेटवर्क-व्यापी दर आवंटन प्राप्त करने के लिए बातचीत कर सकते हैं। इष्टतम दर आवंटन के उदाहरण हैं अधिकतम-न्यूनतम निष्पक्षता | अधिकतम-न्यूनतम उचित आवंटन और केली का आनुपातिक रूप से उचित आवंटन का सुझाव, हालांकि कई अन्य संभव हैं।

होने देना $$x_i$$ प्रवाह की दर हो $$i$$, $$c_l$$ लिंक की क्षमता हो $$l$$, और $$r_{li}$$ 1 अगर प्रवाह हो $$i$$ लिंक का उपयोग करता है $$l$$ और 0 अन्यथा। होने देना $$x$$, $$c$$ और $$R$$ संबंधित वैक्टर और मैट्रिक्स बनें। होने देना $$U(x)$$ एक बढ़ता हुआ, सख्त अवतल कार्य हो, जिसे उपयोगिता  कहा जाता है, जो यह मापता है कि उपयोगकर्ता दर पर संचारण करके कितना लाभ प्राप्त करता है $$x$$. इष्टतम दर आवंटन तब संतुष्ट करता है


 * $$\max\limits_x \sum_i U(x_i)$$
 * ऐसा है कि $$Rx \le c$$

इस समस्या का लैग्रेंज द्वैत अलग हो जाता है ताकि प्रत्येक प्रवाह अपनी दर निर्धारित करे, जो केवल नेटवर्क द्वारा संकेतित मूल्य पर आधारित हो। प्रत्येक लिंक क्षमता एक बाधा उत्पन्न करती है, जो लैग्रेंज गुणक को जन्म देती है, $$p_l$$. इन गुणकों का योग, $$y_i=\sum_l p_l r_{li},$$ वह मूल्य है जिस पर प्रवाह प्रतिक्रिया करता है।

भीड़ नियंत्रण तब एक वितरित अनुकूलन एल्गोरिथम बन जाता है। इस ढांचे में कई मौजूदा भीड़ नियंत्रण एल्गोरिदम को मॉडल किया जा सकता है $$p_l$$ या तो नुकसान की संभावना या लिंक पर कतार में देरी $$l$$. एक बड़ी कमजोरी यह है कि यह सभी प्रवाहों के लिए एक ही कीमत निर्धारित करता है, जबकि स्लाइडिंग विंडो प्रवाह नियंत्रण फट संचरण का कारण बनता है जो अलग-अलग प्रवाहों को अलग-अलग नुकसान या किसी दिए गए लिंक पर देरी का कारण बनता है।

भीड़ नियंत्रण एल्गोरिदम का वर्गीकरण
भीड़ नियंत्रण एल्गोरिदम को वर्गीकृत करने के तरीकों में से हैं:
 * नेटवर्क से प्राप्त प्रतिक्रिया के प्रकार और मात्रा के अनुसार: हानि; देरी; सिंगल-बिट या मल्टी-बिट स्पष्ट संकेत
 * वृद्धिशील परिनियोजन द्वारा: केवल प्रेषक को संशोधन की आवश्यकता है; प्रेषक और रिसीवर को संशोधन की आवश्यकता है; केवल राउटर को संशोधन की जरूरत है; प्रेषक, रिसीवर और राउटर को संशोधन की आवश्यकता है।
 * प्रदर्शन पहलू से: उच्च बैंडविड्थ-विलंब उत्पाद नेटवर्क; हानिपूर्ण लिंक; निष्पक्षता; लघु प्रवाह का लाभ; चर-दर लिंक
 * निष्पक्षता मानदंड द्वारा: अधिकतम-न्यूनतम निष्पक्षता; आनुपातिक रूप से उचित; नियंत्रित देरी

शमन
नेटवर्क की भीड़ को रोकने या नेटवर्क के पतन से निपटने के लिए तंत्र का आविष्कार किया गया है:
 * नेटवर्क अनुसूचक – सक्रिय कतार प्रबंधन जो संकुलन की उपस्थिति में नेटवर्क पैकेटों का क्रम बदलता है या चयनात्मक रूप से गिराता है
 * स्पष्ट भीड़ अधिसूचना – आईपी और टीसीपी संचार प्रोटोकॉल का विस्तार जो एक प्रवाह नियंत्रण तंत्र जोड़ता है
 * टीसीपी भीड़ नियंत्रण – नेटवर्क संकुलन से निपटने के प्रयासों के विभिन्न कार्यान्वयन

सही समापन बिंदु व्यवहार आमतौर पर छोड़ी गई जानकारी को दोहराने के लिए होता है, लेकिन उत्तरोत्तर पुनरावृत्ति दर को धीमा करता है। बशर्ते सभी समापन बिंदु ऐसा करते हैं, भीड़भाड़ हट जाती है और नेटवर्क सामान्य व्यवहार को फिर से शुरू कर देता है। अन्य रणनीतियाँ जैसे कि टीसीपी कंजेशन कंट्रोल#स्लो स्टार्ट यह सुनिश्चित करता है कि कंजेशन डिटेक्शन शुरू होने से पहले नए कनेक्शन राउटर को अभिभूत न करें।

सामान्य राउटर कंजेशन अवॉइडेंस मैकेनिज्म में उचित कतार  और अन्य शेड्यूलिंग एल्गोरिदम, और  यादृच्छिक प्रारंभिक पहचान  (RED) शामिल हैं, जहां कंजेशन का पता चलने पर पैकेट को बेतरतीब ढंग से गिरा दिया जाता है। भीड़भाड़ होने से पहले यह सक्रिय रूप से एंडपॉइंट्स को धीमा संचरण के लिए ट्रिगर करता है।

कुछ एंड-टू-एंड प्रोटोकॉल भीड़भाड़ वाली परिस्थितियों में अच्छा व्यवहार करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं; ट्रांसमिशन कंट्रोल प्रोटोकॉल एक प्रसिद्ध उदाहरण है। भीड़भाड़ को संभालने के लिए पहला टीसीपी कार्यान्वयन 1984 में वर्णित किया गया था, लेकिन वैन जैकबसन द्वारा 1988 में बर्कले स्टैंडर्ड डिस्ट्रीब्यूशन UNIX (BSD) में एक खुला स्रोत समाधान शामिल करने से पहले अच्छा व्यवहार मिला।

डेटाग्राम प्रोटेकॉलका उपयोग करें भीड़ को नियंत्रित नहीं करता है। यूडीपी के ऊपर बनाए गए प्रोटोकॉल को स्वतंत्र रूप से कंजेशन को संभालना चाहिए। प्रोटोकॉल जो एक निश्चित दर पर प्रसारित होते हैं, भीड़ से स्वतंत्र होते हैं, समस्याग्रस्त हो सकते हैं। रियल-टाइम स्ट्रीमिंग प्रोटोकॉल, जिसमें कई आईपी ​​पर आवाज प्रोटोकॉल शामिल हैं, में यह संपत्ति है। इस प्रकार, विशेष उपाय, जैसे कि सेवा की गुणवत्ता, भीड़ की उपस्थिति में पैकेटों को गिरने से बचाने के लिए लिया जाना चाहिए।

व्यावहारिक नेटवर्क भीड़ से बचाव
कनेक्शन-उन्मुख संचार | कनेक्शन-उन्मुख प्रोटोकॉल, जैसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले ट्रांसमिशन कंट्रोल प्रोटोकॉल प्रोटोकॉल पैकेट हानि के लिए देखते हैं, या उनकी संचरण दर को समायोजित करने के लिए क्यूइंग देरी। विभिन्न नेटवर्क कंजेशन परिहार प्रक्रियाएं विभिन्न ट्रेड-ऑफ का समर्थन करती हैं।

टीसीपी / आईपी भीड़ से बचाव
टीसीपी भीड़ से बचाव एल्गोरिथ्म इंटरनेट पर कंजेशन नियंत्रण का प्राथमिक आधार है। समस्या तब होती है जब समवर्ती टीसीपी प्रवाह में पूंछ ड्रॉप  का अनुभव होता है, खासकर जब  bufferbloat  मौजूद होता है। यह विलंबित पैकेट नुकसान टीसीपी के स्वत: भीड़ से बचने में हस्तक्षेप करता है। इस पैकेट हानि का अनुभव करने वाले सभी प्रवाह उसी समय एक टीसीपी रिट्रेन शुरू करते हैं - इसे टीसीपी वैश्विक तुल्यकालन कहा जाता है।

सक्रिय कतार प्रबंधन
सक्रिय कतार प्रबंधन (AQM) एक नेटवर्क इंटरफ़ेस नियंत्रक  (NIC) से जुड़े एक ट्रांसमिट बफर के अंदर नेटवर्क पैकेट को फिर से व्यवस्थित या गिराना है। यह कार्य नेटवर्क अनुसूचक द्वारा किया जाता है।

रैंडम शुरुआती पहचान
एक समाधान नेटवर्क उपकरण की निकास कतार पर रैंडम अर्ली डिटेक्शन (RED) का उपयोग करना है। एक से अधिक इग्रेस क्यू के साथ नेटवर्किंग हार्डवेयर पोर्ट पर, भारित यादृच्छिक प्रारंभिक पहचान  (WRED) का उपयोग किया जा सकता है।

लाल अप्रत्यक्ष रूप से टीसीपी प्रेषक और रिसीवर को कुछ पैकेट गिराकर संकेत देता है, उदा। जब कतार की औसत लंबाई एक सीमा से अधिक हो (उदाहरण के लिए 50%) और रैखिक रूप से या क्यूबिक फ़ंक्शन से अधिक पैकेट हटा देता है, उदा. 100%, क्यू आगे भरता है।

मजबूत यादृच्छिक प्रारंभिक पहचान
मजबूत रैंडम अर्ली डिटेक्शन (आरआरईडी) एल्गोरिथम को डिनायल-ऑफ-सर्विस (डीओएस) हमलों, विशेष रूप से कम-दर इनकार-ऑफ-सर्विस (एलडीओएस) हमलों के खिलाफ टीसीपी थ्रूपुट में सुधार करने का प्रस्ताव दिया गया था। प्रयोगों ने पुष्टि की कि हमलों के कारण दोलनशील टीसीपी कतार आकार के कारण एलडीओएस हमलों के तहत लाल-जैसे एल्गोरिदम कमजोर थे।

फ्लो-आधारित WRED
कुछ नेटवर्क उपकरण बंदरगाहों से सुसज्जित हैं जो प्रत्येक प्रवाह का अनुसरण और माप कर सकते हैं और सेवा नीति की कुछ गुणवत्ता के अनुसार एक बहुत बड़े बैंडविड्थ प्रवाह को संकेत देने में सक्षम हैं। एक नीति तब बैंडविड्थ को कुछ मानदंडों द्वारा सभी प्रवाहों के बीच विभाजित कर सकती है।

स्पष्ट भीड़ अधिसूचना
एक अन्य दृष्टिकोण स्पष्ट भीड़ अधिसूचना (ईसीएन) का उपयोग करना है। ECN का उपयोग केवल तभी किया जाता है जब दो होस्ट संकेत देते हैं कि वे इसका उपयोग करना चाहते हैं। इस पद्धति के साथ, स्पष्ट भीड़ को संकेत देने के लिए एक प्रोटोकॉल बिट का उपयोग किया जाता है। यह रेड/डब्लूआरईडी एल्गोरिदम द्वारा पैकेट हानि द्वारा संकेतित अप्रत्यक्ष भीड़ अधिसूचना से बेहतर है, लेकिन इसे दोनों मेजबानों द्वारा समर्थन की आवश्यकता है।

जब एक राउटर ECN- सक्षम के रूप में चिह्नित एक पैकेट प्राप्त करता है और राउटर कंजेशन की आशंका करता है, तो यह ECN फ्लैग सेट करता है, जिससे कंजेशन के प्रेषक को सूचित किया जाता है। प्रेषक को अपनी ट्रांसमिशन बैंडविड्थ को कम करके प्रतिक्रिया देनी चाहिए, उदाहरण के लिए, टीसीपी विंडो के आकार को कम करके या अन्य तरीकों से इसकी भेजने की दर को कम करके।

टीसीपी विंडो शेपिंग
यातायात को कम करके भीड़भाड़ से बचा जा सकता है। जब कोई एप्लिकेशन किसी बड़ी फ़ाइल, ग्राफ़िक या वेब पेज का अनुरोध करता है, तो यह आमतौर पर 32K और 64K के बीच की विंडो का विज्ञापन करता है। इसके परिणामस्वरूप सर्वर डेटा की एक पूरी विंडो भेज रहा है (यह मानते हुए कि फ़ाइल विंडो से बड़ी है)। जब कई एप्लिकेशन एक साथ डाउनलोड का अनुरोध करते हैं, तो यह डेटा अपस्ट्रीम प्रदाता पर एक भीड़ बिंदु बना सकता है। विंडो विज्ञापन को कम करके, दूरस्थ सर्वर कम डेटा भेजते हैं, इस प्रकार भीड़भाड़ को कम करते हैं।

पिछड़ा ईसीएन
बैकवर्ड ईसीएन (बीईसीएन) एक और प्रस्तावित कंजेशन अधिसूचना तंत्र है। यह आईपी नेटवर्क के लिए एक बुनियादी ईसीएन तंत्र को लागू करने के लिए आईपी सिग्नलिंग तंत्र के रूप में आईसीएमपी स्रोत शमन संदेशों का उपयोग करता है, आईपी स्तर पर कंजेशन नोटिफिकेशन रखता है और नेटवर्क एंडपॉइंट्स के बीच कोई बातचीत की आवश्यकता नहीं होती है। उचित समायोजन के लिए टीसीपी और यूडीपी जैसे ट्रांसपोर्ट लेयर प्रोटोकॉल के लिए प्रभावी कंजेशन नोटिफिकेशन का प्रचार किया जा सकता है।

रेडियो लिंक्स
भीड़भाड़ वाले पतन से बचने वाले प्रोटोकॉल आमतौर पर मानते हैं कि डेटा हानि भीड़ के कारण होती है। वायर्ड नेटवर्क पर, प्रसारण के दौरान त्रुटियाँ दुर्लभ हैं। WiFi, 3G और रेडियो परत वाले अन्य नेटवर्क हस्तक्षेप के कारण डेटा हानि के लिए अतिसंवेदनशील होते हैं और कुछ मामलों में खराब थ्रूपुट का अनुभव कर सकते हैं। रेडियो-आधारित भौतिक परत पर चल रहे टीसीपी कनेक्शन डेटा हानि देखते हैं और गलती से मानते हैं कि भीड़ हो रही है।

अल्पकालिक कनेक्शन
स्लो-स्टार्ट प्रोटोकॉल छोटे कनेक्शन के लिए खराब प्रदर्शन करता है। पुराने वेब ब्राउज़रों ने कई अल्पकालिक कनेक्शन बनाए और प्रत्येक फ़ाइल के लिए कनेक्शन खोला और बंद किया। इसने अधिकांश कनेक्शनों को स्लो स्टार्ट मोड में रखा। प्रारंभिक प्रदर्शन खराब हो सकता है, और कई कनेक्शन कभी भी धीमी गति से शुरू होने वाली व्यवस्था से बाहर नहीं निकलते हैं, जिससे विलंबता काफी बढ़ जाती है। इस समस्या से बचने के लिए, आधुनिक ब्राउज़र या तो एक साथ कई कनेक्शन खोलते हैं या किसी विशेष सर्वर से अनुरोधित सभी फाइलों के लिए HTTP लगातार कनेक्शन खोलते हैं।

प्रवेश नियंत्रण
प्रवेश नियंत्रण कोई भी प्रणाली है जिसके लिए नए नेटवर्क कनेक्शन स्थापित करने से पहले अनुमति प्राप्त करने के लिए उपकरणों की आवश्यकता होती है। अगर नए कनेक्शन से भीड़भाड़ होने का खतरा है, तो अनुमति देने से इनकार किया जा सकता है। उदाहरणों में लीगेसी वायरिंग पर होम नेटवर्किंग के लिए ITU-T G.hn मानक में कंटेंट-फ्री ट्रांसमिशन अवसर (CFTXOPs), IP नेटवर्क के लिए संसाधन आरक्षण प्रोटोकॉल और ईथरनेट के लिए स्ट्रीम आरक्षण प्रोटोकॉल शामिल हैं।

बाहरी संबंध

 * Floyd, S. and K. Fall, Promoting the Use of End-to-End Congestion Control in the Internet (IEEE/ACM Transactions on Networking, August 1999)
 * Sally Floyd, On the Evolution of End-to-end Congestion Control in the Internet: An Idiosyncratic View (IMA Workshop on Scaling Phenomena in Communication Networks, October 1999) (pdf format)
 * Linktionary term: Queuing
 * Pierre-Francois Quet, Sriram Chellappan, Arjan Durresi, Mukundan Sridharan, Hitay Ozbay, Raj Jain, "Guidelines for optimizing Multi-Level ECN, using fluid flow based TCP model"
 * Sally Floyd, Ratul Mahajan, David Wetherall: RED-PD: RED with Preferential Dropping
 * A Generic Simple RED Simulator for educational purposes by Mehmet Suzen
 * Approaches to Congestion Control in Packet Networks
 * Papers in Congestion Control
 * Random Early Detection Homepage
 * Explicit Congestion Notification Homepage
 * TFRC Homepage
 * AIMD-FC Homepage
 * Recent Publications in low-rate denial-of-service (DoS) attacks

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