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[Approche NE (6)] Les aventures d'un paquet sur les routeurs Huawei - Bases de la QoS (2)

publié il y a  2020-4-28 14:16:53 9 0 0 0

Gestion de la congestion (file d'attente)

En plus de ses fonctionnalités de classification et de marquage du trafic, DiffServ dispose d'un mécanisme de mise en file d'attente. Lorsque la congestion du réseau se produit sur un périphérique, le périphérique met en mémoire tampon les paquets dans les files d'attente et envoie les paquets de ces files d'attente lorsque la congestion du réseau est supprimée. Bien que les files d'attente dans la vie quotidienne soient un inconvénient, le mécanisme de mise en file d'attente dans DiffServ est très efficace, chaque interface sur un routeur Huawei possédant huit files d'attente, une situation comparable à huit fenêtres d'enregistrement dans un hôpital.

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Algorithmes de planification

First In First Out (FIFO) permet aux paquets qui arrivent plus tôt d'entrer dans la file d'attente en premier. Cependant, une interface de routeur ne peut traiter qu'une seule des huit files d'attente à la fois. L'algorithme de planification détermine la file d'attente que l'interface traitera préférentiellement.

Strict Priority (SP) planifie les paquets en fonction des priorités de file d'attente. Les paquets dans les files d'attente à faible priorité ne peuvent être planifiés qu'après la planification de tous les paquets dans les files d'attente à priorité élevée. Pour éviter que les files d'attente à faible priorité soient négligées, une limitation de débit est généralement mise en œuvre pour les files d'attente à priorité élevée.

Round Robin (RR) planifie plusieurs files d'attente en mode sonnerie. Si la file d'attente sur laquelle RR est effectuée n'est pas vide, le planificateur envoie un paquet hors de la file d'attente. Si la file d'attente est vide, elle est simplement ignorée. De ce fait, il peut s'écouler beaucoup de temps avant de pouvoir planifier des files d'attente à priorité élevée. Pour résoudre ce problème, les concepteurs ont introduit Weighted Fair Queuing (WFQ). Par exemple, disons qu'il existe trois files d'attente non VIP avec un taux de pondération de 5: 3: 1. Le planificateur enverra cinq paquets hors de la file d'attente avec une valeur de poids de 5 à la fois, trois avec une valeur de poids de 3 et un avec une valeur de poids de 1.

De nombreux algorithmes de planification non décrits dans ce document ont été formulés pour le mécanisme de mise en file d'attente. C'est pourquoi le mécanisme de mise en file d'attente est plus efficace que le processus d'enregistrement dans un hôpital.

Évitement de la congestion (politique d'abandon)

Dans la vie de tous les jours, les médecins ne voient plus de patients après que le nombre de patients enregistrés ait atteint un seuil maximum, disons par exemple 200 inscriptions, ou en dehors des heures normales de travail qui s'étendent de 7h à 11h et de 14h à 4h après-midi. De même sur un routeur, lorsque la congestion du trafic s'intensifie et met en file d'attente que les paquets tampons sont presque pleins, un routeur utilise une politique de suppression pour contrer les effets de la congestion.

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Il existe actuellement deux politiques de suppression: la suppression de la queue et la détection précoce pondérée aléatoire (WRED). La chute de queue est le mécanisme traditionnel d'évitement de la congestion utilisé pour supprimer tous les nouveaux paquets arrivant en cas de congestion. Avec les mécanismes de suppression de queue, tous les paquets nouvellement arrivés sont supprimés en cas d'encombrement, ce qui fait que toutes les sessions TCP (Transmission Control Protocol) entrent simultanément dans l'état de démarrage lent et la transmission de paquets ralentit. Ensuite, toutes les sessions TCP redémarrent leur transmission à peu près au même moment et lorsque la congestion se produit à nouveau, une autre rafale de pertes de paquets est déclenchée, après quoi toutes les sessions TCP reviennent à l'état de démarrage lent. Ce cycle se répète encore et encore. Ce phénomène est appelé synchronisation globale TCP. En bref, la chute de queue n'est pas la solution optimale pour TCP ou UDP (User Datagram Protocol).

Pour mieux servir TCP et UDP, WRED est utilisé. WRED définit deux lignes pour chaque file d'attente, comme illustré dans la figure suivante.

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Lorsque la longueur d'une file d'attente est inférieure au seuil marqué par la ligne jaune, aucun paquet n'est abandonné. Lorsque la longueur d'une file d'attente dépasse le seuil marqué par la ligne jaune, les nouveaux paquets arrivant sont abandonnés de manière aléatoire à un rythme croissant avec la longueur de la file d'attente. Lorsque la longueur d'une file d'attente dépasse le seuil marqué par la ligne rouge, tous les nouveaux paquets arrivant sont supprimés.

La baisse de queue s'applique aux files d'attente SP pour les services qui ont des exigences de performances en temps réel élevées. L'abandon ne supprime les paquets que lorsque la file d'attente déborde et, par conséquent, il fournit la bande passante la plus élevée pour les services en temps réel en cas d'encombrement du trafic. WRED est généralement appliqué aux files d'attente WFQ. Les files d'attente WFQ partagent la bande passante en fonction du poids et sont sujettes à la congestion du trafic. L'utilisation de WRED pour les files d'attente WFQ résout efficacement la synchronisation globale TCP en cas d'encombrement du trafic.

Cependant, certains utilisateurs peuvent encore se sentir durement touchés par. Par exemple, disons que Jerry et Tom surfent sur le net. Jerry envoie des paquets à un débit de 2 Mbit / s, et Tom envoie des paquets à un débit de 200 Mbit / s. En cas de congestion du trafic, Jerry pense que les paquets de Tom auraient dû être supprimés en premier car Tom envoie plus de paquets et contribue ainsi davantage à la congestion du trafic. Pour résoudre ce problème, les concepteurs ont introduit la priorité de suppression. L'Internet Engineering Task Force (IETF) définit trois types de priorité de suppression: rouge, jaune et vert, indiquant l'ordre dans lequel les paquets mis en mémoire tampon dans les files d'attente sont supprimés pendant la congestion du trafic. Dans le cas de Jerry et Tom surfant sur le net à des taux de 2 Mbit / s et 200 Mbit / s respectivement, vous pouvez définir une limite supérieure de 100 Mbit / s. Si Tom envoie des paquets à un débit inférieur à 100 Mbit / s, Tom 's les paquets seront colorés en vert et ne seront donc pas abandonnés. Si Jerry envoie des paquets à un débit supérieur à 100 Mbit / s, les paquets excédentaires de Jerry seront colorés en rouge et seront donc supprimés de manière préférentielle.

Limitation de débit (CAR et mise en forme du trafic)

La limitation de débit est l'un des mécanismes de QoS les plus importants. La limitation du débit limite le débit auquel les paquets sont envoyés vers ou depuis un routeur.

La CAR et la mise en forme du trafic sont utilisées pour limiter le débit du trafic.

VOITURE

Tout d'abord, la RCA est utilisée pour contrôler le taux de trafic lors de son entrée dans le réseau.

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  • Pas d'excès de vitesse, carte verte, fonctionnement ininterrompu (transmis).

  • Légère accélération, carton jaune, dégradé (transmis après avoir été re-marqué).

  • Vitesse excessive, carton rouge, interdiction de passer (abandonné).

Ainsi, les voitures passent au feu vert, attendent le feu jaune et s'arrêtent au feu rouge.

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CAR ressemble à CUT, ce qui indique que nous avons coupé les paquets qui ne sont pas conformes à nos spécifications.

Comment jugeons-nous les paquets qui accélèrent? La réponse est, en utilisant un seau à jetons.

Seau à jetons

Qu'est-ce qu'un seau à jetons? Comme son nom l'indique, un compartiment à jetons est un conteneur utilisé pour stocker des jetons.

Comment un compartiment à jetons mesure-t-il le taux de trafic? Il existe trois mécanismes de regroupement de jetons différents:

  • Seau simple à tarif unique

  • Tarif unique deux seaux

  • Deux tarifs deux seaux

Avec un seul compartiment à taux unique , les jetons sont placés dans le compartiment à jetons au taux de débit d'informations engagé (CIR).

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Avec les mécanismes de seau à jetons, les paquets ne peuvent être transférés que lorsqu'ils ont reçu suffisamment de jetons, comme une voiture recevant une carte de passe lorsqu'elle passe par un péage.

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En tant que *** ogy, pensez à un péage sans pilote qui utilise une machine à cartes pour percevoir le péage. Un seau, appelé seau C, est placé sous la machine à cartes, et la machine à cartes dépose les cartes dans le seau C à un taux fixe. Dans cette *** ogie, ces cartes représentent des jetons, et les conducteurs prennent chacun une carte en passant par le péage.

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Pour maintenir une distance de 100 mètres entre les voitures, la machine à cartes fournit des cartes d'accès à des intervalles de 3,6 secondes.

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Si une moyenne de plus d'une voiture arrive au péage toutes les 3,6 secondes, les cartes de pass dans le seau C sont rapidement épuisées, déclenchant un feu rouge. En conséquence, les voitures suivantes se voient refuser l'accès à l'autoroute. C'est ainsi que la limite de taux est mise en œuvre.

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Si une moyenne de moins d'une voiture arrive au péage toutes les 3,6 secondes, les cartes s'accumuleront dans le compartiment C.

Si les cartes de pass s'accumulent, une très longue voiture (peut-être des centaines de mètres de long) pourra passer par le péage.

En règle générale, une carte de passe est requise pour chaque 100 mètres de longueur de voiture, car au plus une voiture est autorisée tous les 100 mètres. Ainsi, une voiture très longue, longue de plusieurs centaines de mètres, équivaut à plusieurs voitures plus courtes.

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Supposons qu'une voiture de 600 mètres arrive au péage. S'il ne reste que cinq cartes de passe dans le seau C, la voiture ne peut pas passer avant que la sixième carte ne soit déposée dans le seau C.

Alors, quelle est la longueur maximale d'une voiture autorisée à passer par le péage? Cela dépend du nombre de jetons que le compartiment C peut stocker. La capacité du compartiment C est appelée la taille de rafale validée (CBS).

Que se passe-t-il si la machine à cartes continue de fournir des cartes d'accès mais aucune voiture n'arrive? Les cartes sont-elles gaspillées lorsque le seau déborde? Oui! C'est une lacune du mécanisme à un seul taux à godet unique. Pour éviter le gaspillage des cartes, deux seaux à tarif unique ont été développés.

Maintenant, avec un seul tarif, deux compartiments, supposons que deux compartiments, C et E, soient utilisés pour stocker les cartes d'accès. La machine à cartes dépose d'abord les cartes pass dans le compartiment C. Lorsque le compartiment C est plein, les cartes débordantes tombent dans le compartiment E.

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En règle générale, les cartes du compartiment C sont préférentiellement fournies aux conducteurs. C'est-à-dire que les cartes du compartiment E ne sont distribuées que lorsque les cartes du compartiment C sont insuffisantes pour qu'une voiture puisse passer. Dans ce cas, un conducteur doit retourner le nombre insuffisant de cartes dans le compartiment C avant de ramasser le nombre requis de cartes dans le compartiment E. Un conducteur n'est pas autorisé à retirer les cartes des deux compartiments.  

  • Si le nombre de cartes dans le compartiment C est suffisant, le feu vert est allumé, la voiture est autorisée à passer et aucun point n'est déduit du crédit du conducteur.  

  • Si le nombre de cartes dans le seau E est suffisant, mais que le nombre de cartes dans le seau C ne l'est pas, le voyant jaune est allumé et un point est déduit du crédit du conducteur.

  • Si ni le seau C ni E n'ont suffisamment de cartes, le voyant rouge est allumé et 12 points sont déduits du crédit du conducteur. De plus, la voiture n'est pas autorisée à passer et le conducteur doit restituer toutes les cartes.

Lorsqu'une voiture arrive, le conducteur récupère d'abord les cartes de pass du seau C. Si le nombre de cartes dans le seau C est insuffisant pour qu'une voiture passe, le conducteur remet les cartes dans le seau C et prend le nombre requis de cartes dans le seau E. N'oubliez pas: Une carte est requise pour chaque 100 mètres de longueur de voiture.

La capacité du godet E est-elle la même que celle du godet C? Pas nécessairement. La capacité du compartiment E est appelée taille de rafale étendue (EBS) et peut être définie sur un nombre différent de celui du CBS.

En fait, la capacité du godet E ne peut pas être trop grande. Si la capacité du godet E est trop grande, une voiture trop longue peut être autorisée à passer, ce qui augmente le risque d'accidents d'empilement.

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Le CBS ne doit pas non plus être trop grand. Sinon, nous avons le même problème. Une voiture trop longue peut être autorisée à passer, ce qui augmente encore le risque d'accidents de carambolage. En termes de paquets réseau et de jetons, si le CBS est défini très grand, les paquets ne rencontreront pas un «accident de pile». Cependant, si le CBS est défini trop grand, la limite de débit ne prendra pas effet. Par exemple, supposons que le débit du trafic soit inférieur à 100 bit / s. Si le CBS est défini sur 3600 Mo et que plusieurs paquets arrivent en une heure et consomment tous ces jetons, le débit de trafic dans l'heure atteint jusqu'à 1 Mbit / s (8000000 bit / s), dépassant de loin les 100 bit / s prévus.

Le CBS ne peut pas non plus être réglé trop petit. Par exemple, supposons que le débit du trafic soit à nouveau inférieur à 100 bit / s. Si le CBS est défini sur 1 000 octets et que plusieurs paquets de plus de 1 000 octets arrivent dans l'heure, aucun paquet ne pourra obtenir suffisamment de jetons. En conséquence, tous les paquets sont abandonnés et le débit de trafic dans l'heure tombe à 0 au lieu des 100 bits / s prévus.

Donc, si le CBS ne peut pas être trop grand ou trop petit, comment pouvons-nous déterminer le CBS optimal? Premièrement, le CBS ne peut pas être inférieur à l'unité de transmission maximale (MTU). Deuxièmement, le CBS ne peut pas être inférieur au volume de trafic en rafale sur le réseau en direct. Comme le volume de trafic en rafale sur le réseau en direct est difficile à déterminer, les ingénieurs de Huawei ont développé une formule pour nous aider à l'estimer.

Formule:

  • Si le CIR ≤ 100 Mbit / s, CBS (octets) = CIR (kbit / s) x 1,5 (s) / 8

  • Si le CIR> 100 Mbit / s, CBS (octets) = 100 000 (kbit / s) x 1,5 (s) / 8

Comment régler le CIR? Le CIR est égal à la bande passante achetée par les abonnés. Les accords de niveau de service (SLA) signés entre les opérateurs et les abonnés définissent le CIR, ainsi que d'autres paramètres tels que CBS, PIR et PBS.

 REMARQUE:

Le SLA définit les services que le FAI promet de fournir aux abonnés.

qu'est-ce que le PIR et le PBS? PIR et PBS sont utilisés dans deux taux deux seaux .

Avec deux tarifs et deux compartiments, la machine à cartes dépose les cartes dans deux compartiments, les compartiments C et P, respectivement aux taux CIR et Peak Information Rate (PIR). Les cartes déposées dans le seau C sont des cartes de passe et les cartes déposées dans le seau P sont appelées «cartes souvenir».

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En règle générale, les cartes souvenirs sont fournies aux conducteurs de préférence.  

  • Si le nombre de cartes souvenir est insuffisant pour que la voiture passe, le conducteur les remet dans le seau P. Dans ce cas, le voyant rouge est allumé, la voiture n'est pas autorisée à passer et le conducteur est condamné à une amende de 1000 dollars.

  • Si le nombre de cartes souvenir dans le seau P est suffisant, le conducteur peut récupérer les cartes de pass nécessaires dans le seau C. Si le nombre de cartes de pass dans le seau C est suffisant, le feu vert est allumé, la voiture est autorisée à passer, et le chauffeur peut repartir avec les cartes souvenir et les cartes pass.

  • Si les cartes d'accès dans le seau C sont insuffisantes, le voyant jaune est allumé et un point est déduit du crédit du conducteur. Le conducteur doit également retourner les cartes de pass, mais il est autorisé à conserver les cartes souvenir.

Il y a un résumé rapide des deux mécanismes, deux taux deux compartiments et taux unique deux compartiments :

ArticleDeux tarifs deux seauxSeau simple à tarif unique
Ordre du godetGodet P suivi du godet CGodet C suivi du godet E
Lumière verteRécupérez les jetons des deux compartimentsRécupérez les jetons uniquement dans le compartiment C
Lumière jauneRécupérez les jetons uniquement dans le seau PRécupérez les jetons uniquement dans le seau E
lumière rougePas de jetonsPas de jetons

Deux taux deux tests testent non seulement si un événement de vitesse se produit, mais aussi si cet événement de vitesse a enfreint la loi. La vitesse à laquelle la machine à cartes dépose les cartes dans le godet P est en corrélation avec la vitesse maximale autorisée par la loi.

Les voitures trop longues peuvent-elles passer lorsque deux tarifs et deux seaux sont utilisés? Oui. Le Peak Burst Size (PBS) fonctionne de la même manière que l'EBS. Mais comme le godet P est utilisé, le godet E est inutile.

Quand devrions-nous utiliser CAR? La CAR est généralement implémentée à l'entrée du réseau, comme un péage sur une entrée d'autoroute. Pouvez-vous imaginer à quoi ressemblerait une autoroute sans un péage déployé sur l'entrée? Cela ressemblerait plus à un "slowway" ou même à un "noway"!

Il y a cependant encore tellement de choix. Quand utilisons-nous chacun des trois mécanismes de seau à jetons?

  • Pour limiter le taux de trafic, nous utilisons un seul compartiment à taux unique.

  • Pour limiter le taux de trafic et distinguer les volumes de trafic en rafale qui ne sont pas conformes à nos spécifications, nous utilisons deux compartiments à taux unique.  

  • Pour limiter le débit du trafic, distinguer les volumes de trafic en rafale qui ne sont pas conformes à nos spécifications et identifier si la bande passante dépasse nos spécifications, nous utilisons deux tarifs et deux compartiments.

Mise en forme du trafic

CAR et la mise en forme du trafic utilisent le compartiment de jetons pour mesurer le débit de trafic, mais diffèrent en termes de traitement des paquets. La mise en forme du trafic est implémentée en fonction du mécanisme de mise en file d'attente, de sorte qu'elle met en mémoire tampon les paquets en excès dans les files d'attente et les envoie hors des files d'attente uniquement lorsque l'encombrement du trafic a été supprimé. CAR n'est pas implémenté sur la base du mécanisme de mise en file d'attente et supprime simplement les paquets en excès sans les mettre en mémoire tampon.

 REMARQUE:La classification du trafic (classification BA et MF), la limitation du débit (CAR et mise en forme du trafic), la gestion de la congestion (mise en file d'attente) et l'évitement de la congestion (politique d'abandon) constituent les quatre composants de QoS. Le chapitre 5 décrit comment ces composants traitent le trafic.


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