Congestion Avoidence

Case Study:Router Interface Congestion

当router接口的外出队列满的时候

1> 以后进来的packets都被drop

2>packets 的丢弃可能会导致严重的应用性能的衰减

3> 默认,router进行tail dropping(尾丢弃)

4> 如果配置了WFQ,就可以使用更加智能化的dropping scheme

 

 

Case Study:Tail-Drop Flaws( 缺点)

1>TCP synchronization

2>TCP starvation( 饿死)

3>High delay and jitter

4>No differentiated drop

5>Poor feedback to TCP

 

TCP Synchronization:

TCP Starvation,Delay,and Jitter:

 

Delay: 一个长的队列导致packets排队很长时间,进行导致delay

Starve( 饿死):多个aggressive flows长时间的占用队列,使后边的包不能发送,即starve.

Jitter: 传送的速度一会快一会慢.buffer不断的变化.

 

 

Conclusion:

Tail dropping 这种丢弃机制应该避免.

实现的方法是:

在接口接近congestion时就开始丢弃packets , 从而降低TCP会话的速率.因为TCP流量占总的internet的流量的80%,它的速率的降低也就意味着congestion的减少,从而可以不使用tail dropping.

 

 

Case Study:Random Early Detection(RED)

RED 是在队列满之前就开始随机的丢弃packets的机制.

RED 丢弃packets的概率会越来越大

RED 优点:

1> 使TCP会话速率降到匹配输出链路带宽

2> 使平均的队列大小比最大队列长度小得多

 

RED Profile:

Before RED:

After RED:

Case Study:Weighted Random Early Detection

WRED 对每一个wight使用不同的RED原型.

每一个RED原型使用以下三个值来标识:

1>Minimum threshold

2>Maximum threshold

3>Maximum drop probability

Weight 可以是:

1>Ip precedence( 支持8个RED原型)

2>DSCP( 支持64个RED原型)

 

WRED 丢弃更多的不重要的packets,即weight值低的.

 

WRED Profiles:

IP Precedence and Class Selector Profiles:

1> 当平均队列大小>20时,IP优先级为0的包就开始被丢弃了

2> 当平均队列大小>22时,IP优先级为1的包就开始被丢弃了

................

3> 当平均队列大小>35时,IP优先级为7的包就开始被丢弃了

4> 当平均队列大小>37时,RSVP流开始被丢弃了

5> 当平均队列大小>40时, 所有包就都被丢弃

 

 

DSCP-Based WRED(Expedited Forwarding, 加速转发):

DSCP-Based WRED(Assured Forwarding, 保证转发):

WRED Building Blocks:

最后一步,WRED还要反馈一下平均的队列长度,因为在指定minimum threshold,maximum threshold时都是平均队列长度为单位的threshold 阈 ( 值 ).

 

WRED and DWRED Configuration:

Router(config-if)#random-detect  {prec-based | dscp-based}

1> 默认启用基于 IP 优先级的 WRED,prec-based

2> 默认的 WRED 原型被使用

3>Nondistributed WRED 不能与 fancy queueing( 高级队列 ) 一同使用 , 而只能使用 FIFO 队列 .

4>WRED 可以分布式的运行于 VIP-based(Versatile Interface Processor, 通用接口处理器 , 只有高端的设备才有 ) 接口 , 这就是 DWRED( 分布式 WRED). 类似于 dCEF.

5>DWRED 可以与 DWFQ 一同使用 .

 

Changing the WRED Profile:

Router(config-if)#random-detect precedence {precedence} {min-threshold} {max-threshold} {mark-prob-denominator}

改变特定的 IP 优先级的 WRED 原型

Min-threshold 和 max-threshold 都是平均队列大小为单位的 threshold 阈 ( 值 )

最大丢弃概率 (maximum drop probability): 1/mark-prob-denominator

配置命令中的 mark-prob-denominator 是上述公式中的分母 , 它用来计算出最大丢弃概率

将所有的 IP 优先级的 RED 原型都配置成相同的 , 就可以将 WRED 变为 RED.

 

 

Changing WRED Sensitivity to Bursts:

Router(config-if)#random-detect exponential-weighting-constant {n}

Exponential-weighting-constant: 指数权重常量

 

WRED 使用平均队列大小决定当前的 WRED mode(no drop,ramdom drop,full drop)

一个高的 N 值允许一个 short bursts:

当 n 很大时 , 计算出来的新的平均队列大小就比较小 , 进而越远离于 maximum-threshold, 所以它的 ramdom-drop 范围可以很大 , 而不至于到 full-drop, 即可突发量比较大 .

一个低的 N 值使 WRED 对 bursts 更加敏感 , 不允许几乎很小的 bursts

同样 , 当 n 很小时 , 计算出来的新的平均队列大小就比较大 , 进而越接近 maximum-threshold, 所以它的 ramdom-drop 范围就会比较小 , 即可突发量比较小 .

N 值默认为 9, 则新的平均队列大小为 :

这个命令最终实现的是改变计算最新的平均队列大小

 

 

Configuring DSCP-Based WRED:

Router(config-if)#random-detect {prec-based | dscp-based}

选择 WRED mode, 默认为 Precedence-based WRED

DSCP-based WRED 使用 64 个 profiles

 

Changing the WRED Profile:

Router(config-if)#random-detect dscp {dscp} {min-threshold} {max-threshold} {mark-prob-denominator}

改变特定 DSCP 值的 RED 原型

Mark-prob-denominator 为最大丢弃概率的公式分母

最大丢弃概率 =1/mark-prob-denominator

 

WRED Case Study:

WRED Configuration:

1> 开启 WRED 默认配置

2> 微调 WRED 配置

!

Interface serial 0/1/0    注 : 此处使用了 VIP

 Ip address 200.200.14.250 255.255.255.252

 Random-detect

 Random-detect precedence 0 10 25 10

 Random-detect precedence 1 20 35 10

 Random-detect precedence 2 15 25 10

 Random-detect precedence 3 25 35 10

 Random-detect precedence 4 1 2 1

 Random-detect precedence 5 35 40 10

 Random-detect precedence 6 30 40 10

 Random-detect precedence 7 30 40 10

!

 

WRED Monitoring:

Show interface

显示当前使用的队列 / 丢弃机制

显示 WRED 参数 (VIP only)

Show queueing

显示每个接口的 RED 原型

Show queue

显示接口的外出队列

 

Show interface random-detect

显示 RED 统计信息 (VIP only)

WRED Caveats( 警告 ) and Restrictions:

1> 因为相同的策略被应用到所有的 flows 上 , 一个单一的 nonadaptive flow 可能会垄断整个接口的 buffer 资源

2> 当 TCP 占据 80% 的流量时 ,WRED 是合适的

3> 对非 TCP 流量只能进行速率限制

4>Non-distributed WRED 不能与 PQ,CQ 及 WFQ 兼容实现

 

 

 

Case Study:Flow-based Weighted Random Early Detection

1>RED 对所有数据流一视同仁 , 不区分的丢弃 .

2>WRED 根据不同的优先级来区分 packets, 但它不能区分不同的数据流的 packets

3>Aggressive flows 可能会垄断整个队列 , 进而使用其它的 flows 饿死 . 如当一个优先级很高的 aggresive flows 占据着队列 , 其它的 flows 只能被饿死 .

4>Flow-based WRED 用于追踪数据流 , 与 WRED 的追踪优先级不同 .

4>Flow-based WRED 优先丢弃 aggressive flows.

 

Types of Flows:

Robust flows: 数据流能通过降低速率来适应 packets 的丢失 .(WRED 对这种流很有效 )

Fragile flows( 脆弱的流 ): 不能适应 packets 的丢失 , 占用 buffer 比较小 .(WRED 不应该被使用 )

Nonadaptive flows: 不能适应 packet 的丢失 (WRED 对这种流的处理效率很低 ), 高的 , 持续的 buffer 占用 .

 

Flow-Based WRED Objective:

Flow-Based WRED 对于上述三种不同的活动流分配了不同的丢弃速率 :

1>Robust: 正常的丢弃速率

2>Fragile: 非常少的丢弃速率

3>Nonadaptive: 非常高的丢弃速率

 

Flow-Based WRED Building Blocks:

 

Flow-Based WRED Configuration:

Router(config-if)#random detect flow

IOS 12.0(3)T 以后的版本支持此命令

在特定接口上配置实现 flow-based weighted random early detectoin

在 VIP-based 接口上取消 distirbuted WRED

取消所有的队列 , 转为 FIFO 队列 .

 

Tuning Flow-Based WRED:

Router(config-if)#random-detect flow average-depth-factor {scaling factor}

指定 scaling factor 值 , 用于从平均 per-flow 队列大小计算最大 per-flow 队列大小 .

默认为 4

 

Router(config-if)#random-detect flow count {number}

指定 Flow-based WRED 最多追踪多少数据流

默认为 256

 

 

Flow-Based WRED Monitoring:

标准的 WRED 命令 :

Show interface

Show queueing

Show queue

Show interfaces random-detect

显示 flow 参数 :

Show queueing ramdom-detect

 

Benefits of Flow-Based WRED:

1> 原来 WED 处理是根据优先级的 , 因为一个 flow 可以有多个不同的优先级 , 它们又是同时发送的 , 你能够丢弃一些优先级低的 packets, 但 flow 的其它 packets 还在 , 它们从整休上看还是 aggressive flow.

2>Flow-Based WRED 是根据 flow 来处理的 , 如果这个 flow 是 aggressive 的 , 则 Flow-based WRED 会将整个 flow 丢弃 , 而不只是其中某些 packets.

3> 阻止一个单一的数据流垄断整个接口 buffer 资源 .

4>Flow-based WRED 惩罚 aggressive UPD flows.

 

 

Drawbacks of Flow-based WRED:

1>Flow-based WRED 不是分布式的

2> 只能与 FIFO 队列一同使用

3> 可预测性差

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