排队时延(Queuing delay)

网络时延的构成

Network delay including four parts:

Processing delay - time routers take to process the packet header.

Queuing delay - time the packet spends in routing queues

Transmission delay - time it takes to push the packet's bits onto the link.

Propagation delay - time for a signal to reach its destination.

本文关注的是其中的排队时延(Queuing delay)。

为什么会有排队时延？

A：When packets arrive at a router, they have to be processed and transmitted.

A router can only process one packet at a time. If packets arrive faster than the router

can process them the router puts them into the queue until it can get around to

transmitting them.

As a queue begins to fill up due to traffic arriving faster than it can be processed,

the amount of delay a particular packet experiences traversing the queue increases.

数据报的到达速度 > 路由器的处理速度，就会将数据报暂存起来，等待处理。

排队时延的影响因素？

路由器利用率 = 每秒到达的数据报个数 / 路由器每秒能处理的数据报个数。

路由缓存大小：和最大排队时延成比例。

几个参数

路由器的传输速度(Transmission rate)，10Mbps / 100Mbps / 1000Mbps / 10Gbps。

路由器的服务速度(Service rate)：Transmission rate / average packet size，路由器每秒最多能处理的数据报个数。

数据报的到达速度(Arrival rate)：每秒有多少个数据报到达路由器。

路由器利用率(Resource utilization)：Arrival rate / Service rate，表示路由器的使用情况。

T：路由器的传输速度。

S：路由器的服务速度。

A：数据报的到达速度。

U：路由器的利用率。

P：数据报的平均大小。

D：排队时延。

时延曲线(delay curve)可以用以下函数来表示：

几个结论：

(1) T和A相同时，P越小，D越小。

同一条链路，发送10个小包，和发送10个大包相比，小包经历的排队时延小。

当然，这个时候10个小包所占用的带宽也少。

(2) 路由器的利用率

对于高优先级、低延迟的流来说，路由器的利用率不能太高。

对于低优先级、时延敏感度低的流来说，路由器的利用率不受限制。

从上图可以看到：

U <= 80%，D随着U的增长而缓慢增长。

U > 80%，D随着U的曾展而剧烈增长。

因此，要保证排队时延不剧烈增长，U要小于80%，即数据报的发送速度 < 0.8 * 路由器传输速度。

例如，对于一个1000Mbps的路由器来说，数据报的发送速度在800Mbps以下为佳。

当数据报的发送速度超过800Mbps时，排队时延就会猛涨，响应也巨慢。

(3) 最大排队时延

最大排队时延和路由缓存大小是成比例的。

如果使用了一个很大的路由缓存，则当排队时延很大的时候，也不会发生丢包，这显然是不合理的。

当路由缓存满了的时候，路由器就会把数据报丢掉，这就是拥塞丢包。

这个时候，路由器所经受的排队时延应该是最大的。

同时，路由的变化也会导致时延的变化。

Reference

[1] http://www.hill2dot0.com/wiki/index.php?title=Queuing_delay

[2] http://en.wikipedia.org/wiki/Queuing_delay#cite_note-4