Nguyên nhân chính là do bản chất tự nhiên của dữ liệu ngƣời dùng đƣa vào mạng. Khi mạng không kịp ứng phó với sự gia tăng đột ngột của lƣu lƣợng (không đủ bộ nhớ để lƣu các gói tin trên hàng đợi), tắc nghẽn sẽ xảy ra. Khi số lƣợng gói số liệu đến mạng còn tƣơng đối nhỏ, nằm trong khả năng vận tải của nó, chúng sẽ đƣợc phân phát đi hết, số lƣợng gói số liệu đƣợc chuyển đi tỉ lệ thuận với số lƣợng gói số liệu đến mạng. Do luôn có một tỉ lệ gói số liệu phải phát lại do bị lỗi trong quá trình vận chuyển, lƣu lƣợng mà mạng thực sự phải vận chuyển nhìn chung lớn hơn lƣu lƣợng đi qua mạng (thông lƣợng).
Khi lƣu lƣợng đến cao quá một mức nào đó, các nút mạng không còn đủ khả năng chứa và chuyển tiếp các gói số liệu, do đó các nút mạng bắt đầu phải loại bỏ các gói số liệu. Bên gửi sẽ phát lại các gói số liệu không đƣợc biên nhận sau một khoảng thời gian nhất định, gọi là thời gian hết giờ (timed out). Nếu lƣu lƣợng đến mạng tiếp tục tăng lên nữa, tỉ lệ gói số liệu phát lại trên tổng số gói số liệu trong mạng có thể tăng đến 100%, nghĩa là không có gói số liệu nào đƣợc phân phát đi cả, thông lƣợng của mạng giảm xuống bằng không, mạng bị nghẽn hoàn toàn.
Hình 1.8 thể hiện mối liên hệ giữa thông lƣợng, độ trễ gói với lƣợng tải đƣa vào mạng. Trong đó, thông lƣợng trong mạng là số lƣợng gói tin truyền qua mạng trong một đơn vị thời gian.
a.Trễ là hàm của tải b. Thông lƣợng là hàm của tải
Hình 1. 8. Mối liên hệ giữa thông lượng, độ trễ và dung lượng
Một số yếu tố nữa có thể dẫn đến tắc nghẽn, ngay cả khi lƣu lƣợng đi vào mạng thấp hơn khả năng vận tải của mạng. Chẳng hạn, khi số lƣợng gói số liệu
đến trên hai hoặc ba lối vào của một nút mạng đều cần đi ra trên cùng một đƣờng truyền để đến đích, chúng sẽ phải xếp hàng đợi đƣợc truyền đi. Nếu tình trạng trên kéo dài, hàng đợi sẽ dài dần ra và đầy, không còn chỗ cho các gói số liệu mới đến, chúng bị loại bỏ và sẽ đƣợc phát lại, làm tăng tỉ lệ gói số liệu phát lại trong mạng. Biện pháp khắc phục bằng cách tăng kích thƣớc hàng đợi (bộ nhớ) tại các nút mạng trong một chừng mực nào đó là có ích, tuy nhiên, ngƣời ta đã chứng minh đƣợc rằng, tăng kích thƣớc hàng đợi quá một giới hạn nào đó sẽ không mang lại lợi ích gì, thậm chí còn có thể làm cho vấn đề tắc nghẽn tồi tệ hơn. Đó là vì các gói số liệu sẽ bị hết giờ ngay trong quá trình xếp hàng, bản sao của chúng đã đƣợc bên gửi phát lại rồi, làm tăng số lƣợng gói số liệu phát lại trong mạng.
Tốc độ xử lý chậm, cấu hình bộ định tuyến kém cũng là một nguyên nhân quan trọng gây nên tắc nghẽn, bởi vì chúng có thể sẽ làm hàng đợi bị tràn ngay cả khi lƣu lƣợng gói số liệu đến nút mạng nhỏ hơn năng lực vận tải của đƣờng truyền đi ra. Các đƣờng truyền dung lƣợng thấp cũng có thể gây ra tắc nghẽn. Việc tăng dung lƣợng đƣờng truyền nhƣng không nâng cấp bộ xử lý tại nút mạng, hoặc chỉ nâng cấp từng phần của mạng đôi khi cũng cải thiện đƣợc tình hình đôi chút, nhƣng thƣờng chỉ làm cái “cổ chai”, nơi xảy ra tắc nghẽn, dời đi chỗ khác mà thôi. Giải quyết vấn đề tắc nghẽn nói chung, cần đến các giải pháp đồng bộ.
Tắc nghẽn có khuynh hƣớng tự làm cho nó trầm trọng thêm. Nếu một nút mạng nào đó bị tràn bộ đệm, gói số liệu đến sẽ bị loại bỏ, trong khi đó nút mạng bên trên, phía ngƣời gửi, vẫn phải giữ bản sao của gói số liệu đã gửi trong hàng đợi, cho đến khi hết giờ để phát lại. Việc phải giữ bản sao gói số liệu trong hàng đợi để chờ biên nhận, cộng thêm việc có thể phải phát lại gói số liệu một số lần có thể làm cho hàng đợi tại chính nút trên cũng có thể bị tràn. Sự tắc nghẽn lan truyền ngƣợc trở lại phía nguồn phát sinh ra gói số liệu.