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1 Internet路由器主動(dòng)式隊(duì)列管理機(jī)制綜述( 二 )

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當(dāng)前的隊(duì)列治理算法可以分為兩大類：被動(dòng)式隊(duì)列治理（Passive Queue Management ， PQM）和主動(dòng)式隊(duì)列治理（Active Queue Management ， AQM） 。
2.1 被動(dòng)式隊(duì)列治理及其缺陷
治理路由器隊(duì)列長度的傳統(tǒng)技術(shù)是對(duì)每個(gè)隊(duì)列設(shè)置一個(gè)最大值（以包為單位） ， 然后接受包進(jìn)入隊(duì)列直到隊(duì)長達(dá)到最大值 ， 接下來到達(dá)的包就要被拒絕進(jìn)入隊(duì)列直到隊(duì)長下降 。這種技術(shù)也就是所謂的"去尾"（drop-tail）算法 。雖然這個(gè)方法在當(dāng)前Internet上得到了廣泛的使用 ， 但其存在幾個(gè)重大缺陷：
死鎖（lock-out）問題：在某些情況下 ， "去尾"算法會(huì)讓某個(gè)流或者少數(shù)幾個(gè)流獨(dú)占隊(duì)列空間 ， 阻止其他流的包進(jìn)入隊(duì)列 。這種"死鎖"現(xiàn)象通常是由于同步（synchronization）或其他定時(shí)作用的結(jié)果 。
滿隊(duì)列（full queues）問題：由于"去尾"算法只有在隊(duì)列滿時(shí)才會(huì)發(fā)出擁塞信號(hào) ， 因此會(huì)使得隊(duì)列在相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)處于布滿（或幾乎布滿）的狀態(tài) 。而隊(duì)列治理最重要的目標(biāo)之一就是降低穩(wěn)定狀態(tài)下隊(duì)列的長度 ， 因?yàn)槎说蕉说难舆t主要就是由于在隊(duì)列中排隊(duì)等待造成的 。
全局同步（global synchronization）問題：由于Internet上數(shù)據(jù)的突發(fā)本質(zhì) ， 到達(dá)路由器的包也往往是突發(fā)的 。假如隊(duì)列是滿的或者幾乎是滿的 ， 就會(huì)導(dǎo)致在短時(shí)間內(nèi)連續(xù)大量地丟包 。而TCP流具有自適應(yīng)特性 ， 源端發(fā)現(xiàn)包丟失就急劇地減小發(fā)送窗口 ， 包到達(dá)速率就迅速下降 ， 于是網(wǎng)絡(luò)擁塞得以解除 ， 但源端得知網(wǎng)絡(luò)不再擁塞后又開始增加發(fā)送速度 ， 最終又造成網(wǎng)絡(luò)擁塞 ， 而且這種現(xiàn)象經(jīng)常會(huì)周而復(fù)始地進(jìn)行下去 ， 從而在一段時(shí)間內(nèi)網(wǎng)絡(luò)處于鏈路利用率很低的用狀態(tài) ， 降低了整體吞吐量 ， 這就是所謂地"TCP全局同步"現(xiàn)象 。
除了"去尾"機(jī)制 ， 另外兩種在隊(duì)列滿時(shí)進(jìn)行隊(duì)列治理的機(jī)制是"隨機(jī)丟棄"（random drop）和"從前丟棄"（drop front）機(jī)制 。當(dāng)隊(duì)列滿時(shí) ， 前者從隊(duì)列中隨機(jī)找出一個(gè)包丟棄以讓新來的包進(jìn)入隊(duì)列；后者從隊(duì)列頭部丟包 ， 以便讓新包進(jìn)入隊(duì)列 。這兩種方法雖然都解決了"死鎖"問題 ， 但仍然沒有解決"滿隊(duì)列"問題 。由于這幾種方法都是在隊(duì)列滿了被迫丟包 ， 因此稱為被動(dòng)式隊(duì)列治理 。
2.2 主動(dòng)式隊(duì)列治理及其優(yōu)點(diǎn)
在當(dāng)前的Internet上 ， 丟包是對(duì)端節(jié)點(diǎn)進(jìn)行擁塞通知的重要機(jī)制 ， 解決路由器"滿隊(duì)列"的方法便是在隊(duì)列布滿之前丟包 ， 這樣端節(jié)點(diǎn)便能在隊(duì)列溢出前對(duì)擁塞作出反應(yīng) 。這種方法便稱為"主動(dòng)式隊(duì)列治理"（Active Queue Management） 。
AQM是一族基于FIFO調(diào)度策略的隊(duì)列治理機(jī)制 ， 使得路由器能夠控制在什么時(shí)候丟多少包 ， 以支持端到端的擁塞控制 。AQM有以下優(yōu)勢(shì)：
減少了路由器中丟棄的包的數(shù)量：Internet中數(shù)據(jù)包的突發(fā)本質(zhì)是不可避免的 ， AQM通過保持較小的平均隊(duì)列長度（average queue size） ， 能提供更大的容量吸收突發(fā)數(shù)據(jù)包 ， 從而大大減少了丟包數(shù) 。進(jìn)一步說 ， 假如沒有AQM ， 會(huì)有更多的包被丟棄 ， 這主要是因?yàn)橐韵氯齻€(gè)原因：
1) 由于使用共享的隊(duì)列和PQM ， 會(huì)不可避免地產(chǎn)生全局同步 ， 導(dǎo)致很低的平均帶寬利用率 ， 也即吞吐量很低 。
2) TCP從突發(fā)包的丟棄中恢復(fù)要比從單個(gè)包丟棄中恢復(fù)更復(fù)雜 。
3) 假如一個(gè)數(shù)據(jù)包在到達(dá)目的端之前被丟棄 ， 則其在傳輸過程中所消耗的資源都被浪費(fèi) ， 降低了網(wǎng)絡(luò)帶寬的利用率 。因此 ， 不必要的包丟棄也就意味著帶寬的浪費(fèi) 。
對(duì)交互式服務(wù)提供了更低的延遲：AQM通過保持較小的平均隊(duì)列長度 ， 隊(duì)列治理能夠減少包的排隊(duì)延遲（queueing delay） ， 而排隊(duì)延遲是造成端到端延遲（end to end delay）的主要原因 。這對(duì)交互式應(yīng)用比如Web瀏覽、Telnet業(yè)務(wù)和視頻會(huì)議等非常重要 。

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