CoDel

在ざい网络路ろ由よし中ちゅう，CoDel（Controlled Delay，英語えいご發音はつおん：/ˈkɒdəl/）是これVan Jacobson和わKathleen Nichols开发的てき网络调度器き中ちゅう使用しよう的てき调度算法さんぽう 。 它旨在ざい通どおり过设置おけ缓冲区く中ちゅう网络数すう据すえ包つつみ的てき延のべ迟限制せい来らい克服こくふく网络硬かた件けん（如路みち由よし器き）中ちゅう的てき缓冲膨胀 ，改善かいぜん了りょう随ずい机つくえ早期そうき检测（RED）算法さんぽう的てき整体せいたい性能せいのう，解かい决了Jacobson 开发 RED 时抱有ゆう的てき一いち些误解かい，设计上じょう CoDel 比ひ RED 更さら容易ようい管理かんり和わ配置はいち。

2012年ねん，DaveTäht和わEric Dumazet为Linux内ない核かく编写了りょうCoDel的てき实现，并以GNU通用つうよう公共こうきょう许可证和わ3条じょう款BSD许可证双そう重じゅう许可发布。 Dumazet的てきCoDel变体称しょう为fq_codel，代表だいひょう“公平こうへい队列控ひかえ制せい延のべ迟”。它在OpenWrt版本はんぽん“ Barrier Breaker”中ちゅう被ひ用作ようさく标准主しゅ动队列れつ管理かんり（AQM）和わ数かず据すえ包つつみ调度解かい决方案あん。自じ这之后きさき，CoDel和わfq_codel 迁移到いた了りょう各かく种下游ゆう项目，例れい如Tomato ，dd-wrt和わOPNsense 。

理り论基础

CoDel背せ后きさき的てき理り论基于对缓冲区く影かげ响下分ぶん组交换网络中なか数かず据すえ包つつみ行ぎょう为的观察。 这些观察中ちゅう的てき一些与排队的基本性质和缓冲膨胀的てき原因げんいん有ゆう关，另一些与队列管理算法的弱点有关。 CoDel的てき开发旨むね在ざい解かい决缓冲膨胀问题。

缓冲膨胀

数かず据すえ包つつめ在ざい快速かいそく网络和わ慢速网络之の间的网络链路传输时速度会わたらい变慢，尤ゆう其是在ざいTCP会かい话开始はじめ时，突然とつぜん出で现数据すえ包つつみ激增げきぞう并且较慢的てき网络可能かのう无法快速かいそく接受せつじゅ该突发时足あし够。缓冲区く的てき存在そんざい是ぜ为了缓解这个问题，它给了りょう快速かいそく网络一个存储数据包的地方，让慢速そく网络以自己じこ的てき速度そくど读取数すう据すえ包つつみ。 。换句话说，缓冲区く的てき作用さよう就像减震器き一いち样，将はた突发到达信号ごう转换为平稳平稳的信号しんごう。但ただし是ぜ，缓冲区く的てき容量ようりょう有限ゆうげん。理想りそう的てき缓冲区く大小だいしょう可か以处理り突发的てき通信つうしん，并使突发的てき速度そくど与あずか较慢网络的てき速度そくど相しょう匹ひき配はい。理想りそう情じょう况下，冲击吸收きゅうしゅう情じょう况的特とく征せい是ぜ在ざい传输突发期き间缓冲器中ちゅう的てき分ぶん组的暂时延のべ迟，之これ后きさき延のべ迟迅速そく消失しょうしつ，并且网络在ざい提供ていきょう和わ处理分ぶん组方面めん达到平衡へいこう。

TCP拥塞控ひかえ制せい算法さんぽう依よ赖于数すう据すえ包つつみ丢弃来らい确定两个通信つうしん设备之の间的可用かよう带宽 。 它可以加快かい数すう据すえ传输速度そくど，直ちょく到いた数かず据すえ包つつみ开始丢失为止，然しか后きさき降くだ低てい传输速そく率りつ。 理想りそう情じょう况下，当とう它在链接速度そくど上じょう找到平衡へいこう时，它会继续加速かそく和わ减速。 为此，必须及时发生丢包，以便算法さんぽう可か以响应地选择合あい适的传输速度そくど。 如果数すう据すえ包つつみ保存ほぞん在ざい一个过大的缓冲区中，则数据すえ包つつみ将はた到いた达其目的もくてき地ち，但ただし具有ぐゆう较高的てき延のべ迟，但ただし不ふ会かい丢弃任にん何なん数すう据すえ包つつめ，因いん此TCP不ふ会かい减慢速度そくど。 在ざい这种情じょう况下，TCP甚至可能かのう确定连接的てき路ろ径みち已やめ更改こうかい，并重复搜索そうさく新しん的てき平衡へいこう点てん。

拥有一个大而不断的缓冲区，这会导致传输延のべ迟增加ぞうか和わ交互こうご性せい降くだ低てい，尤ゆう其是在ざい查看同どう一通道上的两个或多个同时传输时，这种情じょう况称为缓冲区膨胀。 可用かよう的てき通どおり道どう带宽也可能かのう最さい终未被ひ使用しよう，因いん为某些缓冲区可能かのう被ひ缓冲区く阻塞，等とう待まち数すう据すえ传送到いた较慢的てき目的もくてき地ち，因いん此可能かのう无法到いた达某些快速そく的てき目的もくてき地ち。

好こう队列和わ坏队列れつ

CoDel区分くぶん两种队列：

好こう队列

定てい义为不ふ显示缓冲膨胀的てき队列。 通信つうしん突发只ただ会かい导致队列延のべ迟的暂时增加ぞうか。 网络链接利用りよう率りつ最大さいだい化か。

坏队列れつ

定てい义为显示缓冲区く膨胀的てき队列。 通信つうしん突发会かい导致缓冲区く填はま满并保持ほじ填はま满，从而导致利用りよう率りつ低てい和わ缓冲区く延のぶ迟不断ふだん增加ぞうか。

为了有效ゆうこう地ち防止ぼうし缓冲区く膨胀， 主しゅ动队列れつ管理かんり （AQM）算法さんぽう形式けいしき的てき解かい决方案あん必须能のう够识别缓冲区膨胀的てき发生并通过部署しょ有效ゆうこう的てき对策进行反はん应。

范雅各かく布ぬの森もり（Van Jacobson）在ざい2006年ねん断言だんげん，现有算法さんぽう一直在使用错误的方法来识别缓冲区膨胀。 诸如RED之これ类的算法さんぽう会かい测量平均へいきん队列长度，如果平均へいきん长度过大，则将其视为缓冲膨胀的情じょう况。 雅まさ各かく布ぬの森もり（Jacobson）在ざい2006年ねん证明，此度量りょう不ふ是ぜ一个好的指标，因いん为在通信つうしん突发情じょう况下，平均へいきん队列长度会かい急きゅう剧增加ぞうか。 然しか后きさき，队列可か以快速そく消散しょうさん（好こう队列）或ある变为站立队列（坏队列れつ）。 网络流量りゅうりょう中ちゅう的てき其他因いん素もと也可能かのう导致误报或ある误报，从而导致不ふ必要ひつよう地ち部署ぶしょ了りょう对策。 Jacobson建けん议，平均へいきん队列长度实际上根本かみねもと不ふ包つつみ含有がんゆう关数据すえ包つつみ需求或ある网络负载的てき信しん息いき。 他た建けん议，更さら好このみ的てき指ゆび标可能かのう是ぜ滑すべり动时间窗口内こうない的てき最小さいしょう队列长度。

算法さんぽう

根ね据すえ2006年ねんJacobson的てき观点，CoDel旨むね在ざい将しょうCoDel管理かんり的てき缓冲区く队列中ちゅう的てき数すう据すえ包つつみ延のべ迟控制せい在ざい最小さいしょう延のべ迟下した。目め标是将はた此最小さいしょう延のべ迟保持ほじ在ざい5毫秒以下いか。 如果最小さいしょう延のべ迟上升ます到いた一个太大的值，则将数すう据すえ包つつみ从队列れつ中ちゅう丢弃，直ちょく到いた延のべ迟降至いたり最大さいだい级别以下いか。

Nichols和わJacobson引用いんよう了りょう仅使用しよう此度量りょう标准的てき几个优点：

• CoDel是ぜ无参数すう的てき。 RED算法さんぽう（根ね据すえJacobson）的てき弱点じゃくてん之の一いち是ぜ，它太难配置はいち，尤ゆう其是在ざい具有ぐゆう动态链接速そく率りつ的てき环境中ちゅう。 CoDel根本こんぽん没ぼつ有ゆう要よう设置的てき参さん数すう。
• CoDel区分くぶん好こう队列和わ坏队列れつ。 好このみ的てき队列本ほん质上具有ぐゆう较低的てき延のべ迟，因いん此管理かんり算法さんぽう可か以忽略りゃく它，而坏的てき队列则受到丢包形式けいしき的てき管理かんり干ひ预。
• CoDel的てき工作こうさく原理げんり是ぜ完全かんぜん由よし本地ほんじ决定的てき，因いん此它与往返延のべ迟，链接速そく率りつ，流量りゅうりょう负载以及其他无法由よし本地ほんじ缓冲区く控ひかえ制せい或ある预测的てき因いん素もと无关。
• 本地ほんじ最小さいしょう延のべ迟只能のう在ざい数すう据すえ包つつみ离开缓冲区く时确定じょう，因いん此不需要じゅよう额外的てき延のべ迟来运行队列以收集しゅうしゅう统计信しん息いき来らい管理かんり队列。
• CoDel适应动态变化的てき链路速そく率りつ，而不会かい对利用りよう率りつ产生负面影おもかげ响。
• CoDel可か以相对简单地实现，因いん此可以涵盖从低てい端はし家か用よう路ろ由よし器き到いた高こう端はし路ろ由よし解かい决方案あん的てき整せい个范围。

如果缓冲区く窗まど口こう的てき最小さいしょう延のべ迟低于最大さいだい允まこと许值，则CoDel不ふ执行任にん何なん管理かんり缓冲区く的てき操作そうさ。 如果缓冲区く相しょう对为空そら（如果缓冲区く中ちゅう的てき字じ节数少しょう于一个MTU），则它也不执行任にん何なん操作そうさ 。如果不ふ满足这些条件じょうけん，则CoDel可能かのう会かい丢弃数すう据すえ包つつみ。

算法さんぽう的てき描述

该算法ほう是ぜ在ざい网络的てき每ごと一跳上独立计算的。该算法ほう在ざい一いち个间隔 （最初さいしょ为100毫秒）内ない运行。 通つう过跳监控每ごと个数据すえ包つつみ的てき排はい队延迟。 每まい个数据すえ包つつみ出で队的时候会かい被ひ转发。先さき计算每ごと个包的てき排はい队延迟（数かず据すえ包つつめ在ざい队列中等ちゅうとう待まち了りょう多少たしょう时间）。在ざい这个时间间隔内ない的てき最小さいしょう 排はい队延迟 要よう存そん储下来らい。当とう这个时间间隔内的ないてき最さい后きさき一个数据包出队时，如果该间隔的てき最小さいしょう 排はい队延迟 大だい于5毫秒，则会丢弃此单个数据すえ包つつめ，并缩短たん用よう于下一组数据包的时间间隔。 如果该时间间隔的てき最低さいてい排はい队延迟小于5毫秒，则转发数据すえ包つつみ并将该时间间隔へだた重じゅう置おけ为100毫秒。

当とう缩短间隔时，将はた根ね据すえ由ゆかり于过多た排はい队延迟而丢包的てき连续间隔数すう的てき倒たおせ数すう平方根へいほうこん来らい执行此操作そうさ。 间隔的てき顺序是ぜ$100$ ， ${100 \over {\sqrt {2}}}$ ， ${100 \over {\sqrt {3}}}$ ， ${100 \over {\sqrt {4}}}$ ， ${100 \over {\sqrt {5}}}$ ……

仿真结果

Nichols和わJacobson已やめ在ざい不同ふどう的てきMTU，链路速そく率りつ和わ其他条件じょうけん变化的てき模も拟测试中对CoDel进行了りょう测试。 通常つうじょう，结果表明ひょうめい：

• 与あずかRED相しょう比ひ，CoDel在ざい整せい个带宽范围（从3到いた100Mbit/s）中ちゅう使つかい数すう据すえ包つつみ延のべ迟更接近せっきん目め标值。 测得的てき链路利用りよう率りつ始はじめ终接近せっきん链路带宽的てき100％。
• MTU较低时，数すう据すえ包つつみ延のべ迟比MTU较高时低。 MTU越えつ高だか，链路利用りよう率りつ就越高だか，而MTU越こし低てい，带宽越こし低てい，链路利用りよう率りつ就越好このみ，从而降くだ低てい了りょう高だか带宽的てき公平こうへい利用りよう率りつ。

CableLabs的てき Greg White和わJoey Padden也进行ぎょう了りょう仿真。

实现

CoDel 2012年ねん5月がつ就出现了完かん整せい实现，并已作さく为开源软件提供ていきょう 。 它是在ざいLinux内ない核かく中ちゅう实现的てき（从3.5主しゅ线开始はじめ）。 DaveTäht将はたCoDel移植いしょく到いた了りょうCeroWrt项目的もくてきLinux内ない核かく3.3中ちゅう，这个项目涉わたる及缓冲膨胀， CoDel 在ざい此进行ぎょう了りょう详尽的てき测试。 2013年ねん，CoDel开始在ざい某ぼう些专有软件/turnkey带宽管理かんり平台ひらだい中ちゅう作さく为选件けん出で现。 FreeBSD在ざい2016年ねん将はたCoDel集成しゅうせい到いた11.x 和わ10.x 代だい码分支ささえ中なか。 从6.2版はん开始，实现随ずいOpenBSD一起かずき分ぶん发。