队列管理机制

队列管理机制一、实验目的：学习DropTail和RED队列管理机制，以了解被动式和主动式队列管理机制的优缺点。

二、背景知识：DropTail和被动式队列管理机制――TCL全局同步RED和主动式队列管理机制：计算公式：avg=(1-w q)⨯avg+ w q⨯q w q为队列长度q的加权系统，0<w q< 1，通常设置的比较小P b=max p⨯(avg-min th)÷(max th-min th) max p为网管预先设置的丢弃概率值（如下图）1.0maxthP a= P b/(1-count⨯ P b) 对P b丢包概率的修正公式。

其中，count记录了从上一个封包被丢弃后有多少封包进入队列。

采用P a用意是希望能让封包丢弃概率的分布更均匀。

若想要有效地作用RED，适当选择w q≥1， max th>2⨯min th、max th>所有数据流中最大的封包大小。

设置参数很有必要，更详细的设置方法可以参考文献[3]。

三、实验步骤1.仿真的网络结构在这个模拟的结构中，r1和r2是路由器，其中的链路是将采用DropTail和RED队列管理机制以作为效率分析的比较，频宽为56kbps，传递延迟的时间为10ms。

其中的数据流数目可由用户在模拟时决定，下面的例子为10条TCP数据流。

我们要比较的效率是这10条数据流的平均吞吐量、第一条数据流的端点到端点平均延迟时间和队列长度变化。

2.TCL程序代码if{$argc!=2}{puts “Usage: ns queue.tcl queuetype_noflows_”puts “Example: ns queue.tcl myfifo 10”puts “queuetype_: myfifo or RED”exit}set par1 [lindex $argv 0]set par2 [lindex $argv 1]#产生一个仿真的对象set ns [new Simulator]#打开一个trace文件，用来记录封包传送的过程set nd [open out-$par1-$par2.tr w]$ns trace-all $nd#定义一个结束的程序proc finish{}{global ns nd par2 tcp start$ns flush-traceclose $ndset time [$ns now]set sum_thgpt 0#throughput=收到Ack数*Packet Size(Bit)/传送时间#收到Ack数＝传送出Packet数for {set i 0}{$i<$par2}{incr i}{set ackno_($i) [$tcp($i) set ack_]set thgpt($i) [expr Rackno_($i)*1000.0*8.0/($time-$start($i))]#puts $thgpt($i)set sum_thgpt [expr $sum_thgpt+$thgpt($i)]}set avgthgpt [expt $sum_thgpt/$par2]puts “average throughput:$avgthgpt (bps)”exit 0}for { set i 0}{$i<$par2}{incr i}{set src($i) [$ns node]set dst($i) [$ns node]}#产生两个路由器set r1 [$ns node]set r2 [$ns node]#把结点和路由器连接起来for { set i 0}{$i<$par2}{incr i}{$ns duplex-link $src($i) $r1 100Mb [expr ($i*10)]ms DropTail$ns duplex-link $r2 $dst($i) 100Mb [expr ($i*10)]ms DropTail}$ns duplex-link $r1 $r2 56k 10ms $par1#设置r1到r2之间的Queue Size为50个封包大小$ns queue-limit $r1 $r2 50#把队列长度记录下来set q_ [[$ns link $r1 $r2] queue]set queuechan [open q-$par1-$par2.tr w]$q_ trace curq_if {$par1== “RED”}{#使用packet mode$q_ set bytes_ false$q_ set queue_in_bytes_ false}$q_ attach $queuechanfor {set i 0}{$i<$par2}{incr i}{set tcp ($i) [$ns create-connection TCP/Reno $src($i) TCPSink $dst($i) 0] $tcp($i) set fid_ $i}#随机在0~1s之间决定数据流开始传送的时间set rng [new RNG]$rng seed 1set RVstart [new RandomVariable/Uniform]$RVstart set min_ 0$RVstart set max_ 1$RVstart use-rng $rng#决定开始传送的时间for {set i 0}{$i<$par2}{incr i}{set startT ($i) [expr [$RVstart value]]#puts “start T ($i) $startT ($i) sec”}#在指定时间，开始传送数据for { set i 0}{$i<$par2}{incr i}{set ftp ($i) [$ftp ($i) attach-app FTP]$ns at $startT ($i) “$ftp ($i) start”}#在第50s时去调用finish来结束模拟$ns at 50.0 “finish”#执行模拟$ns run3.执行方法和结果（$为shell的提示符号）（1）10条TCP数据流，采用DropTail队列管理机制：$ns queue.tcl myfifo 10average throughput 4353.6337788880564 （bps）（2）10条TCP数据流，采用RED队列管理机制：$ns queue.tcl RED 10average throughput: 4643.743454368604 （bps）结果分析：从上面的数据得知，在只有10条TCP数据流的情况下，RED队列管理机制能得到的平均吞吐量高于DropTail队列管理机制。

4.端点到端点平均延迟的awk程序#这是测量第一条TCP数据流封包端点到端点间平均延迟时间的awk程序BEGIN{#程序初始化，设置一变量以记录目前最高处理封包的IDhighest_packet_id=0;}{action=$1;time=$2;from=$3;to=$4;type=$5;pktsize=$6;flow_id=$8;src=$9;dst=$10;seq_no=$11;packet_id=$12;#记录目前最高的packet IDif (packet_id>highest_packet_id)highest_packet_id=packet_id;#记录封包的传送时间if (start_time[packet_id]==0)start_time[packet_id]=time;#记录第一条TCP（flow_id=0）的接收时间if (flow_id==0 && action != “d” && type== “tcp”){if (action== “r”){end_time[packet_id]=time;}}else{#把不是flow_id=0的封包或者是flow_id=0，但此封包被drop的时间设为－1 end_time[packet_id]=-1;}}END{sum_delay=0;no_sum=0;#当数据列全部读取完后，开始计算有效封包的端点到端点延迟时间for (packet_id=0;packet_id<=highest_packet_id;packet_id++){start=start_time[packet_id];end=end_time[packet_id];packet_duration=end-start;#只把接收时间大于传送时间的记录列出来if (start<end){#printf(“%f%f\n”,start,packet_duration);sum_delay+=packet_duration;no_sum+=1;}}#求出平均封包端点到端点延迟的时间printf(“average delay:%f sec\n”,sum_delay/no_sum);}执行方法和结果（$为shell的提示符号）（1）10条TCP数据流，采用DropTail队列管理机制$awk –f measure-delay.awk out-myfifo-10.traverage delay:4.379053 sec（2）10条TCP数据流，采用RED队列管理机制$awk –f measure-delay.awk out-RED-10.traverage delay:2.537038 sec结果分析：从上面的数据得知，在只有10条TCP数据流的情况下，RED队列管理机制能得到的平均端点到端点延迟时间低于DropTail队列管理机制，使用gnuplot观察DropTail和RED队列长度变化（“gnuplot”>是在gnuplot状态下的提示符号）。

$startwin.bat$gnuplotgnuplot>set title “DropTail vs.RED”gnuplot>set yrange [0:60]gnuplot>set ylabel “queue length (pkt)”gnuplot>set terminal gifgnuplot>set output “queue.gif”gnuplot>plot “q-myfifo-10.tr”using 2:3 with linespoints 1, “q-RED-10.tr”using 2:3 with linespoints 2结果分析：从上面的数据得知，在只有10条TCP数据流的情况下。

DropTail队列有较长的时间处于“满队列”状态。