QoS拥塞避免ppt课件

QoS培训系列 拥塞避免 综合鉴定部 前言 拥塞避免 CongestionAvoidance 是指通过监视网络资源 如队列或内存缓冲区 的使用情况 在拥塞有加剧的趋势时 主动丢弃报文 通过调整网络的流量来解除网络过载的一种流控机制 RED RandomEarlyDetection 随机早期检测 或WRED WeightedRandomEarlyDetection 加权随机早期检测 是拥塞避免的常用手段 课程目标 了解拥塞避免的意义 理解掌握RED原理与实现 理解掌握WRED原理与实现 基础知识REDWREDFRED简介总结Q A 网络拥塞对UDP和TCP的影响 UDP协议是一种不可靠传输层协议 UDP报文的丢失对于发送端和接收端来说是无法感知的 因此网络拥塞导致的报文丢弃对UDP传输层是透明的 TCP协议是可靠传输层协议 通过报文头中的序列号对报文进行确认 因此一旦报文在传输过程中发生丢弃 发送报文一端将对丢弃的报文进行重传 由于网络发生了拥塞 所有被重传的TCP报文将是徒劳的 如不对这些重传进行抑止 反而增加了网络的拥塞程度 造成所谓拥塞崩溃现象 TCP拥塞控制机制 为了控制拥塞 TCP使用两个技术 慢启动 slow start 技术和拥塞控制算法 TCP维护两个窗口用于确定在接收到确认之前发送报文的数量 一个是接收方窗口 一个是拥塞窗口CWND 用于发送报文的窗口大小为两个窗口的最小者 当拥塞发生的时候CWND减小为1 并记录SSTHRESH为发生拥塞前当前窗口的一半 慢启 拥塞控制 TCP的全局同步现象 用于尾部报文丢弃导致TCP的全局同步现象带宽利用率低下 FlowA FlowB FlowC Averagelinkuse TCP饿死现象 在网络中同时存在UDP和TCP 用于UDP本身不支持拥塞控制 因此在网络发生拥塞的情况下UDP报文还是 一如既往 发送报文 导致网络设备发送队列被大量UDP报文充斥 用于TCP本身的拥塞控制机制将减少TCP报文的发送量 因此在尾部丢弃时进入队列的TCP报文相对UDP减少 导致TCP被 饿死 小结 尾部丢弃在实际网络中应当被尽量避免 避免尾部丢弃的一个方法是无限增加接口队列长度 显然不合适 同时增加了时延和抖动如果TCP报文能在拥塞未发生的时候就降低发送速率 拥塞也可以避免可以在拥塞未发生前网络设备适当丢弃一些TCP报文 给主机造成已经拥塞的假象 将TCP发送速率降低提前丢弃报文的一种算法是RED 早期报文检测或者早期报文丢弃 基础知识REDWREDFRED简介总结Q A RED基本原理 RED设置了两个门限值T1和T2 当队列报文小于T1的时候报文不丢弃 当队列报文大于T2的时候报新来报文按照尾部丢弃 当在T1和T2之间的时候按照一定概率随机丢弃 AverageQueueSize DropProbability 10 100 20 40 T1 T2 MaximumDropProbability Nodrop Randomdrop Fulldrop RED主要参数 报文概率丢弃区间的最小值T1报文概率丢弃区间的最小值T2队列长度丢弃概率 报文概率丢弃区间 设置队列中报文个数的阈值T1 T2当队列中报文个数超过最大阈值后报文进行简单尾部丢弃当队列中报文个数小于最小阈值时报文不丢弃 直接进队列当队列中报文个数落入概率丢弃区间时进行概率丢弃 队列长度 队列长度是指在队列中报文数量 是决定报文丢弃的重要因素实际队列中报文数量随时间变化很快 对突发性的数据流造成不公正的待遇 不利于数据流的传输 反而增加了TCP同步的可能性 采用平均队列长度的办法 使度列长度反映队列的一个变化趋势 n是滤波系数 n越大 当前队列实际长度对平均队列长度影响越小 丢弃概率 随着平均队列的增大 丢弃概率线性增加 假设最大丢弃概率为Pmax 当平均队列等于最小队列长度阈值的时候 丢弃概率为0 丢弃概率是平均队列的线性函数 具体表达式为 RED对TCP同步现象的改善 Averagelinkuse FlowA FlowB FlowC 基础知识REDWREDFRED简介总结Q A WRED WRED WeightedRandomEarlyDetection原理上与RED完全一致不同点在于可以根据不同的权重分配不同的RED丢弃策略 权重可以是IPPrecedence 也可以是DSCP 根据不同的权重信息 可以指定丢弃区间 丢弃概率 WRED原理 AverageQueueSize 10 100 20 40 0 1 2 3 4 5 6 7 22 24 26 28 31 33 35 37 IPPrecedence WRED工作流程 IPPacket WRED CalculateAverageQueueSize FIFOQueue SelectWREDProfile CurrentQueueSize IPPrecedenceorDSCP MinimumThresholdMaximumThresholdMarkProbabilityDenominator QueueFull No Yes TailDrop RandomDrop 我司WRED实现 可以配置丢弃区间的阈值可以配置丢弃最大丢弃概率支持基于IP优先级和DSCP的WRED缺省对所有报文的RED策略是一样的 概率丢弃区间 10 30 最大丢弃概率10 缺省计算平均队列的滤波系数取值为9 可配置 1 16 目前必须与WFQ CBQ一起使用 其他队列不支持WRED 我司WRED应用实例 根据报文不同的优先级 设置不同的丢弃策略 RT1 A RT2 ISP 园区网A E0 0 RT1 B 园区网B interfaceethernet0 0ipaddress200 200 14 250255 255 255 252qoswfqprecedencequeue length64queue number256qoswredqoswredip precedence0low limit10high limit25discard probability10qoswredip precedence1low limit20high limit35discard probability10qoswredip precedence2low limit15high limit25discard probability10qoswredip precedence3low limit25high limit35discard probability10qoswredip precedence4low limit1high limit2discard probability1qoswredip precedence5low limit35high limit40discard probability10qoswredip precedence6low limit30high limit40discard probability10qoswredip precedence7low limit30high limit40discard probability10 202 0 0 0 8 我司WRED状态显示 显示接口上应用的WRED 基础知识REDWREDFRED简介总结Q A FRED FRED Flow basedWeightedRandomEarlyDetection 基于流的WRED CISCO的特性 WRED使用IP优先级或者DSCP为weight来区分不同的丢弃策略 如果存在相同weight的UDP和TCP同时存在 同样存在TCP 饿死 的情况 因为一旦TCP发生报文丢弃 TCP的拥塞避免机制会使TCP发送报文速率降低 而UDP不会 最终队列中大量UDP报文导致TCP被 饿死 FRED从流的角度对UDP报文和TCP报文进行了区分 对 温和 的UDP流量只进行少量丢弃 但是对于 挑衅性 强的UDP报文进行严厉 打击 加大报文丢弃力度 FRED对流的分类 源地址 SourceIPaddress 源端口号 Sourceportnumber 目的地址 DestinationIPaddress 目的端口号 Destinationportnumber 传输层协议 Layer3protocol IP优先级或者DSCP IPprecedence DSCPmarking 报文入接口 Interfacethepacketisreceivedon 基础知识REDWREDFRED简介总结Q A 总结 拥塞避免是在拥塞尚未发生之前采取的