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1 Internet路由器主動(dòng)式隊(duì)列管理機(jī)制綜述

云知道


眾所周知 ， 由于Internet采用的是統(tǒng)計(jì)復(fù)用(statistical multiplexing)技術(shù) ， 因此必須提供擁塞控制機(jī)制 。TCP端到端的擁塞控制機(jī)制是確保Internet魯棒性（robustness）的重要因素 。在發(fā)生擁塞時(shí) ， TCP源端會(huì)降低發(fā)送數(shù)據(jù)的速度 ， 從而使得大量的TCP連接能夠共享一條擁塞的鏈路 。TCP擁塞控制機(jī)制已被證實(shí)在防止擁塞崩潰（congestion collapse）方面取得了巨大的成功 。但這種機(jī)制的有效性依靠于兩個(gè)基本的假設(shè)：
所有（或者幾乎所有）的流都采用了擁塞控制機(jī)制
這些流采用的機(jī)制是同質(zhì)的（homogene- ous）或者大體上相同即在相似的環(huán)境下按可比條件（丟包率、RTT、MTU）不會(huì)占用比TCP流更多的帶寬 ， 也即是TCP友好的（TCP-friendly）流 。
但隨著近十年來(lái)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的爆炸式增長(zhǎng) ， 非凡是多媒體業(yè)務(wù)的廣泛應(yīng)用 ， Internet已經(jīng)不可能再僅僅依靠端節(jié)點(diǎn)提供的擁塞控制機(jī)制 。這是由于下述原因 ， 導(dǎo)致以上假設(shè)不成立：
（1） 一些應(yīng)用沒(méi)有采用擁塞控制機(jī)制因而不能對(duì)擁塞作出反應(yīng) 。許多多媒體應(yīng)用和組播應(yīng)用都屬于此類 。
（2） 有些應(yīng)用使用了擁塞控制算法 ， 但并不是TCP友好的 ， 比如接受端驅(qū)動(dòng)分層組播（Receiver-driven Layered Multicast RLM）采用的就是這種算法 。
（3） 一些用戶由于有意或無(wú)意的原因 ， 使用了 non-TCP的擁塞控制算法 。比如修改TCP ， 使得窗口的初始值很大并且保持不變 ， 即所謂的"快速TCP" 。
另外 ， 我們知道 ， Internet上的流量是由無(wú)數(shù)條異質(zhì)的數(shù)據(jù)流混合而成的 。從有無(wú)有效擁塞控制機(jī)制的角度可以將這些異質(zhì)的流分為以下三類：
TCP-friendly流
非適應(yīng)（unresponsive）流：這種流是由于上述原因（1）造成的 。
適應(yīng)（responsive）流但非TCP- friendly流：這種流是由于上述原因（2）和（3）引起的 。
很明顯 ， 這些不受TCP擁塞控制的應(yīng)用會(huì)進(jìn)一步增加Internet范圍內(nèi)擁塞崩潰的可能 ， 并且TCP擁塞控制還存在著自相似、效率、公平性等方面的問(wèn)題 。因此盡管TCP擁塞控制機(jī)制是必須的而且非常強(qiáng)大 ， 但仍然需要采用基于路由器的擁塞控制機(jī)制對(duì)端節(jié)點(diǎn)的擁塞控制機(jī)制進(jìn)行補(bǔ)充 。
擁塞避免機(jī)制的首要任務(wù)是檢測(cè)早期的擁塞 。這是因?yàn)?， 路由器能夠有效地監(jiān)控隊(duì)列的長(zhǎng)度 ， 因此其也能有效地檢測(cè)早期的擁塞（incipient congestion） 。擁塞避免機(jī)制的另一個(gè)任務(wù)是選擇哪個(gè)流發(fā)出擁塞通知 。因?yàn)槁酚善髂軌蛉娴貙忛喐鱾€(gè)流對(duì)產(chǎn)生擁塞的影響 ， 因此其也能夠有效地決定將擁塞信息通知哪個(gè)源端 ， 使其降低數(shù)據(jù)發(fā)送速度 。
2 從傳統(tǒng)的被動(dòng)式隊(duì)列治理到主動(dòng)式隊(duì)列治理
由于路由器是基于包交換的設(shè)備 ， 每個(gè)端口采用帶寬統(tǒng)計(jì)復(fù)用 ， 所以路由器必須在端口上維護(hù)一個(gè)或多個(gè)隊(duì)列 ， 否則路由器無(wú)法處理多個(gè)數(shù)據(jù)包同時(shí)向同一端口轉(zhuǎn)發(fā)以及端口QOS等問(wèn)題 。對(duì)隊(duì)列進(jìn)行治理直接影響路由器性能、擁塞治理能力以及QOS能力 。路由器有兩類和控制隊(duì)列的算法：隊(duì)列治理算法和隊(duì)列調(diào)度算法 。前者主要是在必要時(shí)通過(guò)丟包來(lái)治理隊(duì)列長(zhǎng)度 。后者決定下一個(gè)要發(fā)送哪個(gè)包 ， 主要用來(lái)治理各流之間帶寬的分配 。
由于Internet數(shù)據(jù)本質(zhì)上是突發(fā)的 ， 因此答應(yīng)傳輸突發(fā)的數(shù)據(jù)包非常必要 ， 而路由器中隊(duì)列的重要作用就是吸收（absorb）突發(fā)的數(shù)據(jù)包 。較大的隊(duì)列能夠吸收更多的突發(fā)數(shù)據(jù) ， 提高吞吐量 ， 但TCP機(jī)制往往會(huì)保持較高的隊(duì)列占用 ， 從而增加了數(shù)據(jù)包的排隊(duì)延遲 。因此需路由器對(duì)隊(duì)列進(jìn)行治理 ， 維持較小的隊(duì)列長(zhǎng)度 。因?yàn)榫S持較小的隊(duì)列長(zhǎng)度除了降低排隊(duì)延遲 ， 提高吞吐量外 ， 還能保持較大的隊(duì)列空間來(lái)吸收突發(fā)數(shù)據(jù)包 。擁塞控制機(jī)制就是要維持網(wǎng)絡(luò)處于低延遲高吞吐量的狀態(tài) 。

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