擁塞管理與避免

1、擁塞管理與擁塞避免當網絡中間歇性的出現擁塞，且關鍵報文要求被更優(yōu)先地轉發(fā)時，此時就需要進行擁塞管理。通過采用隊列技術及不同的調度算法來發(fā)送隊列中的報文流。如果某些突發(fā)的、非關鍵的報文裝滿隊列，而后續(xù)發(fā)往該隊列的關鍵報文都被全部丟棄，那么擁塞管理也未起到理想的效果，此時就需要配合使用擁塞避免技術。那么擁塞管理和擁塞避免具體是如何實現的？在實際應用場景中，又該如何配置呢？學完本課程后，您將能夠：了解擁塞管理的實現過程熟悉常用隊列調度算法熟悉尾丟棄的缺點及解決辦法擁塞管理擁塞現象的產生與改善常見的隊列調度算法擁塞管理的配置實現擁塞避免擁塞現象的產生擁塞管理通過隊列機制來實現：第一步：將準備從一個接口

2、發(fā)出的所有報文放入不同的緩存隊列中；第二步：根據各隊列間的調度機制實現不同報文的差分轉發(fā)。 當總部與分部間的通信流量超過總部出口帶寬時，必然會在RTA出口處發(fā)生擁塞。 此時，對時延非常敏感的語音、視頻業(yè)務的通信質量很可能得不到保障，這就需要對擁塞進行管理。公司總部FTP Server10Mbps2MbpsRTA10Mbps公司分部擁塞根據報文所攜帶標記對應的LP值與隊列索引號的對應關系表，來實現將不同的報文送入不同隊列。擁塞管理實現的第一步FTP ServerSWA802.1p=1802.1p=5802.1p=3802.1p=2RTASWB802.1pLP隊列索引-00111222333-44

3、555-66-77隊列0隊列1隊列2公司分部擁塞管理實現的第二步隊列0隊列1隊列2DataDataDataManagerFTPFTPFTPVideoVideo隊列5VoiceVoiceVoiceDataFTPVideo哪個隊列該優(yōu)先被調度呢？ 提供差分服務的核心就是擁塞發(fā)生時如何決定不同隊列報文的轉發(fā)次序，這就用到了隊列的調度機制。 常見的隊列調度算法包括：FIFO，PQ，WRR，WFQ，CBQ等。擁塞管理擁塞現象的產生與改善常見的隊列調度算法擁塞管理的配置實現擁塞避免FIFO(First In First Out)優(yōu)點：實現機制簡單且處理速度快。缺點：不能有差別地對待優(yōu)先級不同的報文。出隊調

4、度FIFO隊列緊急次緊急非緊急PQ(Priority Queuing)優(yōu)點：對高優(yōu)先級的報文提供了優(yōu)先轉發(fā)。缺點：低優(yōu)先級隊列可能出現“餓死”現象。分類Bottom出隊調度緊急次緊急非緊急NormalMiddleTopWRR(Weighted Round Robin)隊列a 權重3隊列b 權重2725隊列c 權重1369acb814147253優(yōu)點：避免了PQ調度的“餓死”現象。缺點：基于報文個數來調度，容易出現包長尺寸不同的報文出現不平等調度；低時延業(yè)務得不到及時調度。WFQ(Weighted Fair Queuing)優(yōu)點：可完全按照權重分配帶寬；自動分類，配置簡單。缺點：低時延業(yè)務仍得不

5、到及時調度；無法實現用戶自定義分類規(guī)則。PQ+WFQ優(yōu)點：可保證低時延業(yè)務得到及時調度；實現按權重分配帶寬等。缺點：無法實現根據用戶自定義靈活分類報文的需求。CBQ(Class-based Queueing)優(yōu)點：提供了自定義類的支持；可為不同的業(yè)務定義不同的調度策略。缺點：由于涉及到復雜的流分類，故啟用CBQ會耗費一定的系統(tǒng)資源。隊列調度算法的比較類型優(yōu)點缺點FIFO實現簡單，處理速度快不能有差別地對待優(yōu)先級不同的報文PQ低延遲業(yè)務能得到保障低優(yōu)先級隊列可能出現“餓死”現象WRR避免了低優(yōu)先級隊列的“餓死”現象不平等調度；低時延業(yè)務得不到保障WFQ按權重實現公平調度；自動分類，配置簡單低時延

6、業(yè)務得不到保障；無法支持自定義類PQ+WFQ低時延業(yè)務能得到保障；按權重實現公平調度等無法支持自定義類CBQ支持自定義類耗費較多的系統(tǒng)資源擁塞管理擁塞現象的產生與改善常見的隊列調度算法擁塞管理的配置實現擁塞避免需求：為語音流量提供優(yōu)先轉發(fā)服務，其他流量公平對待。擁塞管理的配置需求（PQ+WFQ）公司總部FTP Server10Mbps2MbpsRTA10Mbps公司分部G0/0/0擁塞管理的配置實現（PQ+WFQ）RTA隊列調度隊列1隊列2隊列5WFQPQRTAqos queue-profile qos-Huawei schedule pq 5 wfq 1 to 3 int g0/0/0 qo

7、s queue-profile qos-Huawei RTAdis qos queue-profile qos-Huawei Queue-profile: qos-Huawei Queue Schedule Weight Length GTS - 1 WFQ 10 -/- -/- 2 WFQ 10 -/- -/- 3 WFQ 10 -/- -/- 5 PQ - -/- -/-G0/0/0隊列3擁塞管理擁塞避免尾丟棄的缺點及解決辦法WRED的配置實現隊列被裝滿后的傳統(tǒng)處理方式由于每個隊列長度有限，當某一隊列已經被裝滿時，傳統(tǒng)的處理方法會將后續(xù)向該隊列發(fā)送的報文全部丟棄，直至擁塞解除，這種處理方式

8、稱為尾丟棄（Tail Drop）。6個數據包每秒4個數據包每秒432165 此時隊列已經被裝滿。 當隊列已滿時，后續(xù)向該隊列發(fā)送的報文都將直接被丟棄。 由于擁塞，大量的TCP連接包被丟棄。尾丟棄的缺點一：引發(fā)TCP全局同步現象 (1) 發(fā)生擁塞，隊列排滿進行尾丟棄行為。FTP ServerRTA10Mbps公司分部公司總部TCP連接10Mbps5Mbps尾丟棄的缺點一：引發(fā)TCP全局同步現象 (2) TCP慢啟動過程。 流量過大，導致隊列被裝滿，發(fā)生尾丟棄行為。 Server回復的TCP確認包由于擁塞被丟掉，故發(fā)送方未收到TCP確認，則認為網絡發(fā)生了擁塞，于是同時將TCP Window Siz

9、e減小，則整體流量同時減小。 此時網絡擁塞消除，發(fā)送方又都能收到TCP確認包，故認為網絡不再擁塞，于是又都進入TCP慢啟動過程，周而復始。時間流量 當隊列長度在高門限和低門限之間時，開始隨機丟棄新到來的報文，且隊列越長，丟棄概率越大。解決辦法：RED為避免TCP全局同步，可在隊列未裝滿時先隨機丟棄一部分報文。通過預先降低一部分TCP連接的傳輸速率來盡可能延緩TCP全局同步的到來。這種預先隨機丟棄報文的行為被稱為早期隨機檢測（RED）。低門限高門限最大丟棄概率丟棄概率曲線100%隊列最大長度實際隊列長度丟棄概率 當隊列小于低門限時，不丟棄報文。 當隊列長度超過高門限時，丟棄所有新到來的報文，即尾

10、丟棄。 仍可能出現TCP全局同步現象，但鏈路利用率已大大增加。時間流量尾丟棄的缺點二：引起TCP餓死現象導致原因：尾丟棄無法對流量進行區(qū)分丟棄。UDP4UDP3TCP2UDP1 此時隊列已經被裝滿。 后續(xù)發(fā)往該隊列的大量TCP報文將進行尾丟棄，并造成Window Size減小，TCP流量整體減小，而UDP流量并不會減少，反而可能會占滿整個隊列，造成TCP餓死現象。UDP9TCP8TCP7UDP6TCP5尾丟棄的缺點三：無差別地丟棄非關鍵數據4非關鍵數據3非關鍵數據2關鍵數據1關鍵數據7關鍵數據6關鍵數據5導致原因：尾丟棄無法對流量進行區(qū)分丟棄。 此時隊列已經被裝滿。 尾丟棄很可能導致大量非關鍵

11、數據被轉發(fā)，而大量關鍵數據被丟棄。解決辦法：WREDWRED技術可以通過對不同優(yōu)先級數據包或隊列設置相應的丟棄策略，以實現對不同流量進行區(qū)分丟棄。 IPP=2的流量低門限為35，高門限為40，相對于IPP=0的流量晚丟。20最大丟棄概率30%丟棄概率曲線100%實際隊列長度丟棄概率303540 IPP=0的流量低門限為20，高門限為40。IP Precedence為例：012WRED可以彌補尾丟棄的三個缺點，且大大提高了鏈路帶寬利用率。擁塞管理擁塞避免尾丟棄的缺點及解決辦法WRED的配置實現WRED配置需求Manager財務部FTP ServerSWASWBdscpdscpRTADS節(jié)點G0/

12、0/1需求：當網絡發(fā)生擁塞隊列被裝滿時，實現FTP流量相對其他服務最晚丟棄。E1WRED配置實現RTAdrop-profile manager wred dscp dscp 8 low-limit 50 high-limit 70 discard-percentage 10 drop-profile ftp wred dscp dscp 16 low-limit 70 high-limit 90 discard-percentage 10 drop-profile video wred dscp dscp 24 low-limit 60 high-limit 80 discard-percentage 20 qos queue-profile qos-Huawei queue 1 drop-profile manager queue 2 drop-profile ftp queue 3 drop-profile video interface E1 qos