ネットワークスケジューラ

ネットワーク スケジューラは、パケット スケジューラ、キューイング ディシプリン( qdisc )、またはキューイング アルゴリズムとも呼ばれ、パケット交換通信ネットワークのノード上のアービタです。プロトコル スタックとネットワーク インターフェイス コントローラの送信キューと受信キュー内のネットワーク パケットのシーケンスを管理します。さまざまなオペレーティング システムで使用できるネットワーク スケジューラはいくつかあり、既存のネットワークスケジューリング アルゴリズムの多くを実装しています。

ネットワーク スケジューラ ロジックは、次にどのネットワーク パケットを転送するかを決定します。ネットワーク スケジューラはキューイング システムに関連付けられており、ネットワーク パケットが送信されるまで一時的に保存します。システムには 1 つまたは複数のキューが存在する場合があり、その場合、各キューは 1 つのフロー、分類、または優先度のパケットを保持できます。

場合によっては、システムの制約内ですべての送信をスケジュールすることができないことがあります。このような場合、ネットワーク スケジューラは、どのトラフィックを転送し、どのトラフィックをドロップするかを決定する責任を負います。

ネットワーク スケジューラは、特定のネットワーク トラフィック制御イニシアチブの実装を担当する場合があります。ネットワーク トラフィック制御は、ネットワークの輻輳、遅延、およびパケット損失の削減を目的としたすべての対策を包括する用語です。具体的には、アクティブ キュー管理(AQM) は、キューに入れられたネットワーク パケットを選択的にドロップすることで、過度のネットワーク輻輳を防ぐという大きな目標を達成します。スケジューラはドロップするパケットを選択する必要があります。トラフィック シェーピングは、バースト的にキューに入れられたパケットの送信を遅らせることで、トラフィック フローの帯域幅要件を平滑化します。スケジューラは、送信パケットのタイミングを決定します。サービス品質(QoS) は、サービス クラス (差別化サービス) または予約済み接続 (統合サービス)に基づいてトラフィックを優先順位付けすることです。

時間の経過とともに、多くのネットワークキューイング規律が開発されました。これらはそれぞれ、さまざまな送信バッファまたは受信バッファ内のネットワークパケットの特定の並べ替えまたはドロップを提供します。^{[1]キューイング規律は、特定のクラスのネットワークパケットの}遅延を 減らすなど、さまざまなネットワーク条件を補正する試みとして一般的に使用され、一般的にQoS対策の一部として使用されます。^{[2] [3] [4]}

クラスフルキューイング規律では、木の枝のように機能するクラスを作成できます。その後、各クラスにパケットをフィルタリングするためのルールを設定できます。各クラスには、他のクラスフルまたはクラスレスキューイング規律を割り当てることができます。クラスレスキューイング規律では、それ以上のキューイング規律を追加することはできません。^[5]

ネットワーク トラフィックの管理に適したアルゴリズムの例は次のとおりです。

上記のいくつかはLinuxカーネルモジュール^{[13] [14]}として実装されており、無料で入手可能です。

バッファブロートは、パケット交換ネットワークにおける現象であり、パケットの過剰なバッファリングによって待ち時間が長くなり、パケット遅延が変動します。バッファブロートは、不必要に高いバッファリング バックログを回避するためにパケットを戦略的に破棄するネットワーク スケジューラによって対処できます。例としては、CoDel、FQ-CoDel、ランダム早期検出などがあります。

Linux カーネル パケット スケジューラは、Linux カーネルのネットワーク スタックの不可欠な部分であり、すべての NIC の送信および受信リング バッファーを管理します。

パケットスケジューラは、tc（トラフィック制御の略）と呼ばれるユーティリティを使用して設定されます。デフォルトのキューイング規則として、パケットスケジューラはpfifo_fastと呼ばれるFIFO実装を使用しますが、^[15] systemdのバージョン217以降では、デフォルトのキューイング規則がに変更されていますfq_codel。^[16]

およびユーティリティを使用するifconfigと、ipシステム管理者は、各デバイスのバッファ サイズtxqueuelenとを、rxqueuelenイーサネット フレームのサイズに関係なく、フレームの数に基づいて個別に設定できます。Linux カーネルのネットワーク スタックには、ネットワーク スケジューラによって管理されない他のバッファがいくつか含まれています。^[a]

Berkeley Packet Filterフィルタは、パケット スケジューラの分類子に接続できます。2015年に Linux カーネルのバージョン 4.1 で導入されたeBPF機能は、従来の BPF プログラマブル分類子を eBPF に拡張します。 ^{[17]これらは、} LLVM eBPF バックエンドを使用してコンパイルし、ユーティリティを使用して実行中のカーネルにロード できますtc。^[18]

ALTQ は、BSD用のネットワーク スケジューラの実装です。OpenBSD バージョン 5.5 以降、ALTQ は HFSC スケジューラに置き換えられました。

• 待ち行列理論
• 統計的時分割多重
• サービスの種類