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Gestión de Colas y congestión

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Es inevitable que la congestión de paquetes se genere durante el reenvío de paquetes, en este mismo momento, se introduce la cola, la tecnología más utilizada en la gestión de la congestión. La tecnología de colas ordena los paquetes en el búfer. Cuando la velocidad del paquete excede el ancho de banda de la interfaz o el ancho de banda asignado a la cola que almacena los paquetes, los paquetes se almacenan en las colas y esperan para ser reenviados. El algoritmo de programación de colas determina el orden en que los paquetes salen de una cola y las relaciones entre colas. En esta publicación, vamos a presentar algunos algoritmos de programación ampliamente utilizados que se usaron en la programación de paquetes.


FIFO (first in first out)

El algoritmo de programación más común y más utilizado. FIFO no clasifica los pacekts en diferentes clasificaciones. Permite que los paquetes que vienen antes entren primero en la cola. A la salida de una cola, FIFO permite que los paquetes salgan de la cola en el mismo orden en que los paquetes entran en la cola. FIFO es como la gente hace cola en el mercado, cuando alguien llega al puesto de control, se une a la cola. Y abandonan el mercado según el orden de llegada.

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SP (Strict Priority)

SP programa paquetes estrictamente basados en las prioridades de la cola. Los paquetes en colas con baja prioridad se pueden programar solo después de que se hayan programado todos los paquetes en colas con alta prioridad. Cuando los paquetes salen de las colas, el dispositivo reenvía los paquetes en el orden descendente de prioridades. Los paquetes en la cola de mayor prioridad se reenvían preferentemente. Si los paquetes en la cola de mayor prioridad se interponen entre los paquetes en la cola de menor prioridad que se está programando, los paquetes en la cola de alta prioridad todavía se programan preferentemente. Esta implementación garantiza que los paquetes en la cola de mayor prioridad siempre se reenvíen preferentemente. Mientras haya paquetes en la cola alta, no se servirá ninguna otra cola.


La desventaja de SP es que los paquetes en las colas de menor prioridad no se procesan hasta que todas las colas de mayor prioridad estén vacías. Como resultado, una cola congestionada de mayor prioridad hace que todas las colas de menor prioridad se mueran de hambre.


 La cola de alta prioridad es como la puerta VIP, los paquetes en esta cola tienen la máxima prioridad para pasar.

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RR (Round Robin)

RR programa múltiples colas en modo de llamada. Si la cola en la que se realiza RR no está vacía, el planificador quita un paquete de la cola. Si la cola está vacía, se omite la cola y el planificador no espera.

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WRR (weighted round robin)

En comparación con RR, WRR puede establecer los pesos de las colas. Durante la programación de WRR, la probabilidad de programación obtenida por una cola está en proporción directa con el peso de la cola. La programación RR funciona igual que la programación WRR en la que cada cola tiene un peso 1.


WRR configura un contador para cada cola e inicializa el contador en función de los valores de peso. Cada vez que se programa una cola, se retira un paquete de la cola y se transmite, y el contador disminuye en 1. Cuando el contador se convierte en 0, el dispositivo deja de programar la cola y comienza a programar otras colas con un contador que no sea 0 . Cuando los contadores de todas las colas se convierten en 0, todos estos contadores se inicializan nuevamente en función del peso, y comienza una nueva ronda de programación de WRR. En una ronda de programación WRR, las colas con los pesos más grandes se programan más veces.

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En un ejemplo, tres colas con el peso 50%, 25% y 25% respectivamente se configuran con la programación WRR.


Los contadores se inicializan primero: Cuenta [1] = 2, Cuenta [2] = 1 y Cuenta [3] = 1.


1. Primera ronda de programación de WRR:


El paquete 1 se toma de la cola 1, con Count [1] = 1. El paquete 5 se toma de la cola 2, con Count [2] = 0. El paquete 8 se toma de la cola 3, con Count [3] = 0.


2. Segunda ronda de programación de WRR:


El paquete 2 se toma de la cola 1, con Count [1] = 0. Las colas 2 y 3 no participan en esta ronda de programación WRR desde Count [2] = 0 y Count [3] = 0.


Entonces, Count [1] = 0; Cuenta [2] = 0; Count [3] = 0. Los contadores se inicializan nuevamente: Count [1] = 2; Cuenta [2] = 1; Cuenta [3] = 1.


3. Tercera ronda de programación de WRR:


El paquete 3 se toma de la cola 1, con Count [1] = 1. El paquete 6 se toma de la cola 2, con Count [2] = 0. El paquete 9 se toma de la cola 3, con Count [3] = 0.


4. Cuarta ronda de programación de WRR:


El paquete 4 se toma de la cola 1, con Count [1] = 0. Las colas 2 y 3 no participan en esta ronda de programación WRR desde Count [2] = 0 y Count [3] = 0.


Entonces, Count [1] = 0; Cuenta [2] = 0; Count [3] = 0. Los contadores se inicializan nuevamente: Count [1] = 2; Cuenta [2] = 1; Cuenta [3] = 1.


En términos estadísticos, puede ver que los tiempos para que los paquetes se programen en cada cola están en relación directa con el peso de esta cola. Cuanto mayor sea el peso, mayores serán los tiempos de programación. Si el ancho de banda de la interfaz es de 100 Mbit/s, la cola con el peso más bajo puede obtener un ancho de banda mínimo de 25 Mbit/s, evitando que los paquetes en la cola de menor prioridad se agoten cuando se implementa la programación SP. Durante la programación de WRR, la cola vacía se omite directamente. Por lo tanto, cuando la velocidad a la que los paquetes llegan a una cola es baja, el ancho de banda restante de la cola lo utilizan otras colas en función de una determinada proporción. La programación de WRR tiene dos desventajas:


WRR programa paquetes basados en el número de paquetes. Por lo tanto, cada cola no tiene ancho de banda fijo. Con la misma posibilidad de programación, un paquete largo obtiene un mayor ancho de banda que un paquete corto. Los usuarios son sensibles al ancho de banda. Cuando las longitudes promedio de los paquetes en las colas son las mismas o conocidas, los usuarios pueden obtener el ancho de banda esperado configurando los pesos WRR de las colas; sin embargo, cuando cambia la longitud promedio del paquete de las colas, los usuarios no pueden obtener el ancho de banda esperado configurando los pesos WRR de las colas.


 Los servicios que requieren un breve retraso no se pueden programar a tiempo.


Para los mismos paquetes, se necesitan tres rondas para finalizar la encuesta de todos los paquetes.

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WFQ (Weighted Fair Queuing)

WFQ asigna anchos de banda a flujos en función del peso. Además, para asignar anchos de banda equitativamente a los flujos, WFQ programa los paquetes en bits. La siguiente imagen muestra cómo funciona la programación bit a bit.

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