背景来源

当网络中间歇性的出现拥塞，时延敏感业务要求得到比非时延敏感业务更高质量的QoS服务时，需要进行拥塞管理。拥塞避免是指通过监视网络资源（如队列或内存缓冲区)的使用情况，在拥塞发生或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量控制机制。

产生情景

流量从高速端口流向低速端口会在低速端口上产生拥塞，如图A；流量从多个端口流向同一个端口会在汇聚端口上产生拥塞，如图B拥塞管理是指网络在发生拥塞时，如何进行管理和控制。处理的方法是使用队列调度技术。将所有要从一个接口发出的报文进入多个队列，按照各个队列的优先级进行处理。通过适当的队列调度机制，可以优先保证某种类型的报文的QoS参数，例如带宽、时延、抖动等。

队列技术

当拥塞发生时，多个报文会同时竞争使用资源，导致得不到资源的某些业务报文被丢弃，尤其不能保证关键业务的带宽、时延、抖动等QoS参数。此时如何制定一个资源的调度策略决定报文转发的处理次序，就是拥塞管理的中心内容。对于拥塞管理，一般采用队列调度技术，常见的队列调度技术有以下几种:

• FIFO: First ln First Out，先进先出队列
• RR: Round Robin，轮询队列
• WRR: Weight Round Robin，按权重轮询队列.PQ: Priority Queuing，优先级队列
• CQ: custom Queuing，自定义队列
• WFQ: weighted Fair Queuing，加权公平队列

FIFO：First In First Out

从接口输出的报文，按照到达的先后顺序进入接口的FIFO队列，调度器按照先进先出的原则，从队首开始，以此发送报文。所有的报文在发送的过程中，没有任何区别，也不对报文传送的质量提供任何保证。

RR：Round Robin

RR是Round Robin的缩写，是一种简单的调度方式，采用轮询的方式，对多个队列进行调度RR以环形的方式轮询多个队列。如果轮询的队列不为空，那么就从该队列去走一个报文；如果该队列为空，那就直接跳过该队列，调度器并不等待。

WRR：Weight Round Robin

WRR（Weight Round Robin）主要是针对RR不能设置权重的不足，在轮询的时候，每个队列享受的机会和该队列的权重成比例。WRR最初是针对固定包长的（ATM）设计的调度算法。WRR对于空队列直接跳过，调度一周结束的时间变短，因此当某个队列的流量小的时候，剩余带宽能够被其它队列按照比例占用。（在ATM中，每个数据包的长度都是固定的，因此权重对于ATM来说很好用，但是在以太网中，每个包的长度是不固定的，现在假设队列a的权重虽然是3，但是包的长度很短，反而权重为1的队列有一个很大的包，就会阻塞掉整个队列）

PQ（Priority Queuing）

PQ（Priority Queuing）是一种按照严格优先级（SP，Strict Priority）进行的调度队列。PQ对队列划分等级，只有搞的优先级队列排空的时候，才会从低一级的队列调度报文，这样重要的业务比其他业务提前获得服务。

CQ（Custom Queuing）

CQ（Custom Queuing）可以支持17个队列，队列0用于系统队列，队列0和其他队列之间是SP关系，只有队列0排空之后，才能为其他队列进行服务，队列0一般用于协议报文。队列1-16没有优先级关系，采用轮询的方式，每次调度的时候从队列中调度固定的字节数，在轮询下一个队列之前，将数据包发出去，当某个队列已经调度了规定的字节数，或者是队列为空，则轮询下一个队列。

WFQ（Weight Fair Queuing）

报文到达接口之后，首先对报文进行分类，不同的流分入不同的队列。在出队的时候，WFQ按照流的权重分配每个流应占的带宽。权重数值越小，所得的带宽就越少，权重数值越大，所得到的带宽就越大。这样保证了相同优先级业务之间的公平，体现了不同优先级业务之间的权重。

各种队列调度技术的对比

队列技术产品的使用

目前产品中，主要使用FIFO、WFQ、PQ三种队列技术来实现拥塞管理。对于队列配置，用户无须关心采用什么抽象的调度算法，只需关心队列所承载业务的外在流量参数特征，比如保证多少兆的带宽、峰值最多多少兆的带宽、要占剩余带宽的比例权重等。根据配置的流量参数选用不同的调度算法来严格保证用户的配置。
端口队列调度采用PQ+WFQ调度算法，采用这种调度优势在于，既能使时延敏感的实时业务得到保证，也使优先业务的报文的带宽占用可以绝对优先，又可以为不同优先级的流根据配置的权重分配不同的带宽。

拥塞避免机制

拥塞避免是一种流控机制，它可以通过监视网络资源（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。
传统的丢包策略采用**尾部丢弃(Tail-Drop）**的方法。当队列的长度达到某一最大值后，所有新到来的报文都将被丢弃。这种丢弃策略会引发TCP全局同步现象。为避免TCP全局同步现象，可使用RED或WRED。

• RED: Random Early Detection，随机早期检测
• WRED: Weighted Random Early Detection，加权随机早期检测

尾丢弃

从图中可以看到，当三条线都到达了饱和带宽的时候，会使用尾丢弃，可以发现到达顶峰之后，三条线都会同时降低到某一个值，这个时候，中间就会出现空白，也就是说这一部分的带宽是没有利用到的。这就是TCP全局同步所带来的后果。那怎么进行避免这种结果呢？

RED（Random Early Detection）

随机早期丢弃，当队列长度大于20小于40的时候进行随机丢弃，如果平均队列长度大于40，那就采取尾丢弃策略。这种方式虽然可以在一定程度之上避免TCP全局同步，但是随即丢弃的话还是有可能将重要的包丢掉，说白了就是无法有选择性的丢弃。

WRED（Weight Random Early Detection）

我们可以发现，随着平均队列长度的增加，包也会由选择醒的增加，三条线都是AF2，但是后面加了的数字代表丢弃的优先级，数值越大，就越先丢弃。AF23中最后的数字3是三者里面最大的，所以就会优先丢弃AF23，最终也就实现了有选择性进行丢弃。