RR — Round-Robin

RR - Round Robin

Рука об руку с FQ шёл и RR.

Один был честен, но не прост. Другой совсем наоборот.

RR перебирал очереди, извлекая из них равное число пакетов. Подход более примитивный, чем FQ, и оттого нечестный по отношению к различным потокам. Агрессивные источники легко могли затопить полосу пакетами размером в 1500 байтов.

Однако он очень просто реализовывался — не нужно знать размер пакета в очереди, фрагментировать его и собирать потом обратно. Однако его несправедливость в распределении полосы перекрыла ему путь в мир — в мире сетей чистый Round-Robin не был реализован.

WRR — Weighted Round Robin

Та же судьба и у WRR, который придавал очередям вес на основе IP Precedence. В WRR вынималось не равное число пакетов, а кратное весу очереди.

Можно было бы давать больший вес очередям с более мелкими пакетами, но делать это динамически не представлялось возможным.

DWRR — Deficit Weighted Round Robin

И вдруг, крайне любопытный подход в 1995-м году предложили M. Shreedhar and G. Varghese.

Каждая очередь имеет отдельную кредитную линию в битах. При проходе из очереди выпускается столько пакетов, на сколько хватает кредита. Из суммы кредита вычитается размер того пакета, что в голове очереди. Если разность больше нуля, этот пакет изымается, и проверяется следующий. Так до тех пор, пока разность не окажется меньше нуля. Если даже первому пакету не хватает кредита, что ж, увы-селявы, он остаётся в очереди. Перед следующим проходом кредит каждой очереди увеличивается на определённую сумму, называемую квант. Для разных очередей квант разный — чем большую полосу нужно дать, тем больше квант.

Таким образом все очереди получают гарантированную полосу, независимо от размера пакетов в ней.

Мне бы из объяснения выше не было понятно, как это работает.

Давайте по шагам разрисуем

  • DRR (без W),

  • 4 очереди,

  • в 0-й все пакеты по 500 байтов,

  • В 1-й — по 1000,

  • Во 2-й по 1500,

  • А в 3-й лежит одна колбаса на 4000,

  • Квант — 1600 байтов.

Цикл 1

Цикл 1. Очередь 0 Начинается первый цикл, каждой очереди выделяется по 1600 байтов (квант) Обработка начинается с 0-й очереди. Диспетчер считает: Первый пакет в очереди проходит — Пропускаем (1600 — 500 = 1100). Второй — проходит — пропускаем (1100 — 500 = 600). Третий — проходит — пропускаем (600 — 500 = 100). Четвёртый — уже не проходит (100 — 500 = -400). Переходим к следующей очереди. Финальный кредит — 100 байтов.

Цикл 1. Очередь 1 Первый пакет проходит — пропускаем (1600 — 1000 = 600). Второй не проходит (600 — 1000 = -400). Переходим к следующей очереди. Финальный кредит — 600 байтов.

Цикл 1. Очередь 2 Первый пакет проходит — пропускаем (1600 — 1500 = 100). Второй не проходит (100 — 1000 = -900). Переходим к следующей очереди. Финальный кредит — 100 байтов.

Цикл 1. Очередь 3 Первый пакет уже не проходит. (1600 — 4000 = -2400). Переходим к следующей очереди. Финальный кредит — те же 1600 байтов.

Итак, по окончании первого цикла работы диспетчера пропустили:

  • Очередь 0 — 1500

  • Очередь 1 — 1000

  • Очередь 2 — 1500

  • Очередь 3 — 0

    Имеющийся кредит:

  • Очередь 0 — 100

  • Очередь 1 — 600

  • Очередь 2 — 100

  • Очередь 3 — 1600

Цикл 2

В начале цикла к кредиту очереди прибавляется заданный квант — то есть 1600 байтов.

Цикл 2. Очередь 0 Кредит увеличивается до 1700 (100 + 1600). Первые три пакета в очереди проходят — пропускаем их (1700 — 3*500 = 200). Четвёртому уже не хватает кредита. Финальный кредит — 200 байтов.

Цикл 2. Очередь 1 Кредит увеличивается до 2200 (600 + 1600). Первые два пакета в очереди проходят — пропускаем их (2200 — 2*1000 = 200). Третий уже не проходит. Финальный кредит — 200 байтов.

Цикл 2. Очередь 2 Кредит увеличивается до 1700 (100 + 1600). Первый пакет в очереди проходит — пропускаем его (2200 — 1500 = 200). А второй — уже нет. Финальный кредит — 200 байтов.

Цикл 2. Очередь 3 Кредит увеличивается до 3200 (1600 + 1600). Но она всё равно в пролёте (3200 — 4000 = -800) Финальный кредит — 3200 байтов.

Итак, по окончании второго цикла работы диспетчера пропустили:

  • Очередь 0 — 3000

  • Очередь 1 — 3000

  • Очередь 2 — 3000

  • Очередь 3 — 0

    Имеющийся кредит:

  • Очередь 0 — 200

  • Очередь 1 — 200

  • Очередь 2 — 200

  • Очередь 3 — 3200

Цикл 3

В начале каждого цикла к кредиту очереди прибавляется квант — 1600 байтов.

Цикл 3. Очередь 0 Кредит увеличивается до 1800 (200 + 1600). И снова три пакета в очереди проходят — пропускаем их (1800 — 3*500 = 300). Четвёртому опять не хватает кредита. Финальный кредит — 300 байтов.

Цикл 3. Очередь 1 Кредит увеличивается до 1800 (200 + 1600). Один пакет проходит — пропускаем (1800 — 1000 = 800). Финальный кредит — 800 байтов.

Цикл 3. Очередь 2 Кредит увеличивается до 1800 (200 + 1600). Один пакет проходит — пропускаем (1800 — 1500 = 300). Финальный кредит — 300 байтов.

Цикл 3. Очередь 3 Будет и в 3-й очереди праздник! Кредит увеличивается до 4800 (3200 + 1600). Пакет наконец проходит — пропускаем (4800 — 4000 = 800). Финальный кредит — 800 байтов.

Итак, по окончании третьего цикла работы диспетчера пропустили:

  • Очередь 0 — 4500

  • Очередь 1 — 4000

  • Очередь 2 — 4500

  • Очередь 3 — 4000

    Имеющийся кредит:

  • Очередь 0 — 300

  • Очередь 1 — 800

  • Очередь 2 — 300

  • Очередь 3 — 800

Достаточно наглядна здесь работа DRR. В масштабах многих итераций все очереди получат причитающуюся часть полосы. Если кому не лень, смотрите анимации.

Отличие DWRR от DRR только в том, что в начале цикла каждой очереди выделяется квант, полагающийся именно ей, а не одинаковый для всех.

Выше был описан подход DRR, в котором очереди нельзя уходить в минус — если кредитов не хватает, пакет не пропускается.

Однако есть и более либеральный: пакеты пропускаются, пока очередь не в минусе. В следующий раз пакет пройдёт как только кредит окажется опять положительным.

С DWRR всё же остаётся вопрос с гарантией задержек и джиттера — вес его никак не решает.

Теоретически, здесь можно поступить как и с CB-WFQ, добавив LLQ. Однако это лишь один из возможных сценариев набирающего сегодня популярность

PB-DWRR — Priority-Based DWRR

Собственно практически мейнстримом сегодня становится PB-DWRR — Priority Based Deficit Weighted Round Robin. Это тот же старый злой DWRR, в который добавлена ещё одна очередь — приоритетная, пакеты в которой обрабатываются с более высоким приоритетом. Это не значит, что ей отдаётся бóльшая полоса, но то, что оттуда пакеты будут забираться чаще.

Существует несколько подходов к реализации PB-DWRR. В одних из них, как в PQ, любой пришедший в приоритетную очередь пакет изымается сразу. В других, обращение к ней происходит каждый раз при переходе диспетчера между очередями. В третьих и для неё вводится кредит и квант, чтобы приоритетная очередь не могла отжать всю полосу.

Разбирать мы их, конечно, не будем.