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1、QoS培训系列 拥塞避免,综合鉴定部,前言,拥塞避免（Congestion Avoidance），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（Random Early Detection，随机早期检测）或WRED（Weighted Random Early Detection，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 RED WRED FRED简介 总结 Q&A,网络拥塞对UDP和TCP的影响,U
2、DP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CWN
3、D。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,Flow A,Flow B,Flow C,Average link use,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T
4、CP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 RED WRED FRED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
5、。,Average Queue Size,Drop Probability,10%,100%,20,40,T1,T2,Maximum Drop Probability,No drop,Random drop,Full drop,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
6、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,Average link use,Flow A,Flow B,Flow C,基础知识 RED WRED FRED简介 总结 Q&A,WRED,WRED
7、：Weighted Random Early Detection 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IP Precedence，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,Average Queue Size,10%,100%,20,40,0,1,2,3,4,5,6,7,22,24,26,28,31,33,35,37,IP Precedence,WRED工作流程,IP Packet,WRED,Calculate Average Queue Size,FIFO Queue,Select WRED Pr
8、ofile,Current Queue Size,IP Precedence or DSCP,Minimum Threshold Maximum Threshold Mark Probability Denominator,Queue Full?,No,Yes,Tail Drop,Random Drop,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（116）。 目前必须与WFQ/CBQ一起使用。其他队列不支持WR
9、ED。,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,interface ethernet 0/0 ip address 200.200.14.250 255.255.255.252 qos wfq precedence queue-length 64 queue-number 256 qos wred qos wred ip-precedence 0 low-limit 10 high-limit 25 discard-probability 10 qos wred ip-precedence 1 lo
10、w-limit 20 high-limit 35 discard-probability 10 qos wred ip-precedence 2 low-limit 15 high-limit 25 discard-probability 10 qos wred ip-precedence 3 low-limit 25 high-limit 35 discard-probability 10 qos wred ip-precedence 4 low-limit 1 high-limit 2 discard-probability 1 qos wred ip-precedence 5 low-l
11、imit 35 high-limit 40 discard-probability 10 qos wred ip-precedence 6 low-limit 30 high-limit 40 discard-probability 10 qos wred ip-precedence 7 low-limit 30 high-limit 40 discard-probability 10,202.0.0.0/8,我司WRED状态显示,显示接口上应用的WRED。,基础知识 RED WRED FRED简介 总结 Q&A,FRED,FRED，Flow-based Weighted Random Ear
12、ly Detection，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（Source IP address） 源端口号（Source
13、port number） 目的地址（ Destination IP address） 目的端口号（ Destination port number） 传输层协议（ Layer 3 protocol） IP优先级或者DSCP（ IP precedence/DSCP marking） 报文入接口（Interface the packet is received on）,基础知识 RED WRED FRED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一种“未雨绸缪的预防”策略； RED的提出主要解决TCP全局同步问题，在队列尚未发生拥塞的情况下进行概率丢弃部分报文； WRED考虑的不同优先级（DSCP）报文采取不同RED丢弃策略； FRED解决TCP“饿死”问题，按照流将报文分成不同的类型，分别采取不同的丢弃策略，保证队列不被UDP报文过分占据导致TCP流量“饿死”。,基础知识 RED WRED FRED简介 总结 Q&A,Q&A,Q&A,
