基于主動隊列管理的擁塞控制機制研究

目前，互聯網上已經廣泛使用TCP滑動窗口進行端到端的擁塞控制。但是，隨著網絡用戶的增加和所承載業務流的多元化，端到端擁塞控制正面臨著嚴峻的挑戰。而路由器是互聯網的核心實體,也是網絡擁塞狀態最直接的感受者,因而充分發揮路由器在擁塞控制中的作用也是解決擁塞控制問題的有效思路。而且路由器可能更及時，甚至能夠提前了解網絡的狀態，并依此實施有效的資源管理策略，保證網絡能有效地避免擁塞或盡早從嚴重的擁塞狀態中恢復過來。
本文研究的重點是路由器擁塞控制中的隊列管理，隊列管理通過選擇何時丟棄何種業務流分組來控制隊列長度。
1 主動隊列管理
1.1 Tail Drop
路由器中最常用的隊列管理策略是“尾丟棄”（Tail Drop），從擁塞控制的角度分析，它是一種擁塞恢復機制，也是一種被動隊列管理。但它有3個嚴重缺陷：持續的滿隊列狀態；業務流對緩存的死鎖；業務流的全局同步。針對這些問題，提出用“首丟棄”和“隨機丟棄”對死鎖和全局同步比較有效，但沒有解決持續的滿隊列問題。近年來有學者提出主動隊列管理AQM（Active Queue Management）[1-2]讓路由器在擁塞發生前就采取一些預防措施，使得滿隊列問題比較有效地得到解決。
AQM策略試圖通過估算在某點的擁塞并且在緩沖區滿之前通過丟棄數據包來進行標記。相應的擁塞控制策略能夠減小它的傳輸速率。這樣可以避免更加嚴重的擁塞，且試圖降低包的丟失率，保持較低的平均隊列長度。一個AQM算法由兩部分組成：判斷擁塞的發生和決定該丟棄哪些包。所以它的性能依賴于是積極的還是保守的判斷擁塞的發生，怎樣根據判斷結果主動地丟棄數據包。
1.2 RED
去尾算法考慮的是擁塞發生后如何恢復，如果在擁塞發生前就采取措施，則可以解決滿隊列問題。AQM正是設計用來克服網絡中的Tail Drop隊列的缺點。而RED是最早提出的一種AQM算法。
RED算法是基于擁塞避免的思路，不是等緩存滿后再丟棄到達的分組，而是利用標記概率事先丟掉部分分組來預防擁塞的發生。同時，RED 算法不是采用源抑制策略，立刻把反饋信息返回給發送端，而是通過設置標志位提示接收端，再由接收端傳遞給發送端；而且，RED通過平均隊列而非即時隊列來調整分組的丟失率，以盡可能地吸收部分短暫的突發流。在隊列頻繁接近于滿緩存時， RED的丟包率明顯小于丟尾隊列。