【每日一记10】+第11天 Qos概念拥塞管理学习2

1.2        拥塞管理
1.2.1        什么是拥塞管理
对于在网络中的某个节点，数据包抵达这个接口的速度比这个接口把数据包发送出去的速度要快 时，便会在这个网络节点产生拥塞。如果该网络节点不能提供足够的缓冲区来保存这些网络数据， 就会造成网络数据的丢失。有些网络协议如 TCP 协议提供数据重传机制，也就是发送网络数据 的节点在规定时间内没有收到由对方发送过来的接收应答消息就会进行数据重传，这将使得接收 网络数据的节点严重拥塞并造成整个网络性能的下降。
造成拥塞的原因有多种，比如当数据包流从高速链路进入设备，由低速链路传送出去时，就可能 在设备产生拥塞；数据包流同时从多个接口进入设备，由一个接口转发出去或处理器速度慢也可 能会产生拥塞。


如果在网络中传送一些重要数据，同时又有大量非重要的数据也需要传送。设备对这些数据的重 要性不予识别而是予以同等的处理，在这种情况下，由于非重要的数据占用了大量的网络带宽， 耽误了重要数据的传输，可能会造成重大的损失。
所以引入了一种管理机制――拥塞管理机制。利用这个机制，给不同应用的数据包分配不同的优 先权，根据数据包的优先权，来确定数据包发送出网络接口的顺序，拥塞管理功能允许您对拥塞 进行控制，对于一些重要的数据，提高数据报文的优先权，在拥塞发生时，优先发送，确保关键 业务能够得到及时服务。

1.2.2        拥塞管理策略
设备的拥塞管理承担如下的任务：创建不同类别的队列、对数据包进行分类并将其添加到对应的 队列中、按照设定规则进行队列调度并发送队列中的数据包。拥塞管理 QoS 功能提供五种类型 的排队机制，每一种都可以允许创建数目不等的队列。
在通信量比较少的时间段里，确切地说，当没有拥塞发生的时候，数据包一到达接口，立即就被 发送出去。在发送接口发生通信拥塞期间，数据包抵达这个接口的速度比这个接口把数据包发送 出去的速度要快。使用了拥塞管理功能，积累在拥塞接口的数据包就会排队等候，根据它们所分 配的优先权以及为这个接口配置的排队机制，按照规定的顺序发送出去。通过控制哪些数据包应 该放置在哪个队列，以及如何为这些队列提供服务，设备决定了数据包的传输顺序，这就是设备 的拥塞管理策略。
以下讨论 6 种类型的拥塞管理队列控制，它们构成了拥塞管理 QoS 功能：

1.2.2.1   先入先出排队方式（FIFO）
先入先出排队方式（First-In, First-Out Queuing，简写为 FIFO），——FIFO 不需要考虑通信优 先权以及分类的机制。使用 FIFO 时，数据包发送出接口的顺序依赖于数据包抵达这个接口的顺 序。FIFO 方式是缺省的排队方式，不需要特殊的配置。

1.2.2.2   加权公平排队方式（WFQ）
加权公平排队方式（Weighted Fair Queuing，简写为 WFQ）——WFQ 提供了动态的、公平的 排队方式，它基于权重来划分通信队列的带宽。WFQ 可以保证，所有的通信都能够根据它的权 重而受到公平的对待。WFQ 可以保证某些苛刻的应用(比如一些要求及时响应的交互式或者事务 处理的应用)能够得到令人满意的响应时间。
WFQ 对流量进行分类的依据有源地址、目的地址、源端口、目的端口号及协议的类型等。

1.2.2.3   基于类的加权公平排队方式(CBWFQ)
基于类的加权公平排队方式 (Class-Based  Weighted  Fair  Queueing ， 简 写 为 CBWFQ)
——CBWFQ 是对标准 WFQ 功能的扩展。与 WFQ 一样，CBWFQ 提供了动态的、公平的排队 方式，它基于权重来划分通信队列的带宽。与 WFQ 不同的地方在于它与 WFQ 的分类规则以及 权重计算方式不同。WFQ 对流量进行分类的依据有源地址、目的地址、源端口、目的端口号及 协议的类型等；而 CBWFQ 对网络数据流进行分类依据的是用户自定义的分类规则。WFQ 对网 络数据包权重是按照固定的规则(譬如 IP 包依据 ToS 域计算权重)；而 CBWFQ 是按照用户自定 义的带宽分配来计算权重并由此来实现通信队列带宽的按比例分配。
CBWFQ 实现了网络数据流分类与带宽分配的即时控制。CBWFQ 可用来实现用户自定义的带宽 分配，它可以确保不同类型的网络数据流获得指定比例的带宽分配。


1.2.2.4   优先权排队方式（PQ）
优先权排队方式（Priority Queuing，简写为 PQ）——在 PQ 排队方式下，属于某个通信优先权 等级的数据包可以比所有优先权等级低的数据包先发送出去，以保证优先权级别高的数据包能够 及时地发送出去。
PQ 队列用来为重要的网络数据提供严格的优先级别，可根据网络协议（如 IP 协议）、数据流 入的接口报文长短、源地址/目的地址等，灵活地指定优先次序，确保在应用 PQ 的网络节点上最 重要的网络数据能够得到最快速的处理。

1.2.2.5   低延迟队列(llQ)和 RTP 优先级队列(RTPq)
低延迟排队方式(Low Latency Queueing，简写为 LLQ)。可以把 LLQ 理解成 PQ+CBWFQ, 即严 格的优先级队列，该队列的报文都要发送完以后才发送 CBWFQ 队列的报文，这样就保证了符合 流量的报文能够有低延迟的传输。
RTP 优先级队列(RTQP)其功能和 LLQ 类似，就是每个接口都有一个 RTP 优先级队列，专门用 来保证 RTP 协议报文的低延迟传输，它只匹配一定端口范围的 UDP 报文。

1.2.2.6   自定义排队方式（CQ）
自定义排队方式（Custom Queuing，简写为 CQ）——在 CQ 排队方式下，对于每一种不同类型 的通信种类来说，带宽是按照比例来分配的，用户可以根据数据报文的重要程度，来为不同类型 的报文划分不同比例的带宽，确保关键数据报文的通过，CQ 排队方式还允许指定从队列中抽取 出来的字节或者数据包的总数。
对于速度比较慢的接口来说，这种功能是非常有用的。
一个接口只能分配一种排队机制。
1.2.2.7   如何决定选用哪种拥塞管理策略
锐捷系列设备实现了上述的六种拥塞管理策略（FIFO、PQ、CQ、WFQ、CBWFQ、LLQ&RTPQ）， 能够在一定程度上满足不同业务对不同服务质量的需求。下面对主要独立的 5 种队列进行比较：
FIFO 排队方式在用户数据通信上对数据包采取默认的优先权策略――即先到达先服务的策 略。不需要确定通信的优先权或者种类。当使用 FIFO 策略的时候，运行异常的数据源可能 会耗费可用带宽，突发的数据源可能在时间敏感性的或者重要的通信中引发延时现象，并且 因为不重要的报文充满这个队列，重要的通信也许会被丢弃。
CQ 给所有的通信都保证某种等级的服务，可以给所有种类的通信分配带宽。通过决定队列 所配置的数据包总数的容量，能够决定这个队列的大小，因此可以控制每种不同的报文对带 宽的占用。
PQ 保证严格的优先级，它保证某种指定类型的通信将会优先发送出去，但可能会影响其他 类型的数据包的发送。对于 PQ 来说，优先权级别较低的队列将处于非常不利地位，最坏的 情况是（可用带宽有限、高优先级的数据的发送的频率很高），处于优先权级别低的队列的 数据包将可能没有机会被发送出去。
WFQ 不需要配置访问列表来决定接口上的首选通信。WFQ 动态地把通信分成消息。消息是 一个会话的一部分。使用 WFQ，容量比较小的、交互式的通信可以同容量比较大的通信（例 如，文件传输）一样，得到公平的带宽分配。


允许用户自定义以及即时控制网络数据流分类规则与带宽分配。使用 CBWFQ，用 户可以为指定的网络数据流在规定的范围内按照用户自己设定分配带宽从而确保某些网络 应用的带宽。用户可以随时按照自己的需要控制带宽分配。
下表对五种不同的拥塞管理策略进行了比较：

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