QoS配置

5 拥塞管理配置

5.1 拥塞管理简介

当分组到达的速度大于接口或PVC发送分组的速度时，在该接口或PVC处就会产生拥塞。如果没有足够的存储空间来保存这些分组，它们其中的一部分就会丢失。分组的丢失又可能会导致发送该分组的设备因超时而重传此分组，这将导致恶性循环。

拥塞管理的中心内容就是当拥塞发生时如何制定一个资源的调度策略，以决定报文转发的处理次序。拥塞管理的处理包括队列的创建、报文的分类、将报文送入不同的队列、队列调度等。

5.1.1 拥塞管理策略

对于拥塞管理，一般采用队列技术，使用一个队列算法对流量进行分类，之后用某种优先级别算法将这些流量发送出去。每种队列算法都是用以解决特定的网络流量问题，并对带宽资源的分配、延迟、抖动等有着十分重要的影响。 队列调度对不同优先级的报文进行分级处理，优先级高的会得到优先发送。这里介绍几种常用的队列调度机制。

1. FIFO（先入先出队列，First In First Out Queuing） 图5-1 先入先出队列示意图

如上图所示，FIFO按照时间到达的先后决定分组的转发次序，先进的先出，后进的后出，不需要进行流分类和队列调度，FIFO关心的只是队列的长度，队列的长度对延迟和丢包率的影响。用户的业务流在某个设备能够获得的资源取决于分组的到达时机及当时的负载情况。Best-Effort报文转发方式采用的就是FIFO的排队策略。

如果设备的每个端口只有一个基于FIFO的输入或输出队列，那么恶性的应用可能会占用所有的网络资源，严重影响关键业务数据的传送。所以还需要配置一些其他的队列调度机制与FIFO配合对流量进行调度和拥塞控制。 每个队列内部报文的发送次序缺省是FIFO。

配置其它的队列调度机制与FIFO配合对流量进行调度和拥塞管理并不是指在同一接口配置两种队列，是指其他队列技术中的一种，这些队列根据业务的需求，设置流分类规则，使不同的流进入相应的队列，从而获得不同的带宽资源和调度次序。在每一个队列内部按照FIFO的规则入队和出队。

2. PQ（优先队列，Priority Queuing） 图5-2 优先队列示意图

PQ队列是针对关键业务应用设计的。关键业务有一个重要的特点，即在拥塞发生时要求优先获得服务以减小响应的延迟。PQ可以根据网络协议（比如IP，IPX）、数据流入接口、报文长短、源地址/目的地址等灵活地指定优先次序。优先队列将报文分成4类，分别为高优先队列（top）、中优先队列（middle）、正常优先队列（normal）和低优先队列（bottom），它们的优先级依次降低。缺省情况下，数据流进入normal队列。每个队列内部又遵循FIFO原则。

在队列调度时，PQ严格按照优先级从高到低的次序，优先发送较高优先级队列中的分组，当较高优先级队列为空时，再发送较低优先级队列中的分组。这样，将关键业务的分组放入较高优先级的队列，将非关键业务的分组放入较低优先级的队列，可以保证关键业务的分组被优先传送，非关键业务的分组在处理关键业务数据的空闲间隙被传送。

PQ的缺点是：拥塞发生时，如果较高优先级队列中长时间有分组存在，那么低优先级队列中的报文将一直得不到服务。 3. CQ（定制队列，Custom Queuing） 图5-3 定制队列示意图

CQ按照一定的规则将分组分成16类（对应于16个队列），分组根据自己的类别按照先进先出的策略进入相应的CQ队列。

CQ的1到16号队列是用户队列，如图5-3所示。用户可以配置流分类的规则，指定16个用户队列占用接口或PVC带宽的比例关系。在队列调度时，系统队列中的分组被优先发送。直到系统队列为空，再采用轮询的方式按照预先配置的带宽比例依次从1到16号用户队列中取出一定数量的分组发送出去。这样，就可以使不同业务的分组获得不同的带宽，既可以保证关键业务能获得较多的带宽，又不至于使非关键业务得不到带宽。缺省情况下，数据流进入1号队列。 定制队列的另一个优点是：可根据业务的繁忙程度分配带宽，适用于对带宽有特殊需求的应用。虽然16个用户队列的调度是轮询进行的，但对每个队列不是固定地分配服务时间片——如果某个队列为空，那么马上换到下一个队列调度。因此，当没有某些类别的报文时，CQ调度机制能自动增加现存类别的报文可占的带宽。

4. WFQ（加权公平队列，Weighted Fair Queuing） 图5-4 加权公平队列示意图

在介绍加权公平队列前，先要理解公平队列FQ（Fair Queuing）。FQ是为了公平地分享网络资源，尽可能使所有流的延迟和抖动达到最优而推出的。它照顾了各方面的利益，主要表现在：

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不同的队列获得公平的调度机会，从总体上均衡各个流的延迟。

短报文和长报文获得公平的调度：如果不同队列间同时存在多个长报文和短报文等待发送，应当顾及短报文的利益，让短报文优先获得调度，从而在总体上减少各个流的报文间的抖动。

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与FQ相比，WFQ在计算报文调度次序时增加了优先权方面的考虑。从统计上，WFQ使高优先权的报文获得优先调度的机会多于低优先权的报文。WFQ能够按流的“会话”信息（协议类型、源和目的TCP或UDP端口号、源和目的IP地址、ToS域中的优先级位等）自动进行流分类，并且尽可能多地提供队列，以将每个流均匀地放入不同队列中，从而在总体上均衡各个流的延迟。在出队的时候，WFQ按流的优先级（precedence）来分配每个流应占有出口的带宽。优先级的数值越小，所得的带宽越少。优先级的数值越大，所得的带宽越多。

例如：接口中当前共有5个流，它们的优先级分别为0、1、2、3、4，则带宽总配额为所有（流的优先级+1）的和。即 1 + 2 + 3 + 4 + 5 = 15

每个流所占带宽比例为：（自己的优先级数 + 1）/（所有 (流的优先级 + 1) 的和）。即每个流可得的带宽分别为：1/15，2/15，3/15，4/15，5/15。 由于WFQ在拥塞发生时能均衡各个流的延迟和抖动，所以WFQ在一些特殊场合得到了有效的应用。比如在使用资源预留协议RSVP（Resource Reservation