حجب رأس الصف

يُعدّ حجب رأس الطابور ( HOL blocking ) في شبكات الحاسوب ظاهرةً تحدّ من الأداء، وتحدث عندما يتعطل طابور من الحزم بسبب الحزمة الأولى فيه. ويحدث هذا، على سبيل المثال، في محولات الشبكة ذات التخزين المؤقت للإدخال ، والتسليم خارج الترتيب ، والطلبات المتعددة في تقنية HTTP pipelining .

قد يتكون المحول من منافذ إدخال مُخزّنة مؤقتًا ، وبنية تبديل، ومنافذ إخراج مُخزّنة مؤقتًا. في حال استخدام مخازن الإدخال من نوع "الأول في الأول خارج " (FIFO)، فإن أقدم حزمة بيانات فقط هي المتاحة لإعادة التوجيه. إذا تعذّر إرسال أقدم حزمة بيانات بسبب انشغال منفذ الإخراج المُستهدف، فلن تتمكن الحزم الأحدث من إعادة التوجيه. قد يكون منفذ الإخراج مشغولًا في حال وجود تنازع على الإخراج .

بدون حجب HOL، قد يتم توجيه الحزم الجديدة إلى وجهاتها الصحيحة متجاوزةً أقدم حزمة عالقة. ويمكن أن يؤدي حجب HOL إلى تدهور الأداء في الأنظمة التي تعتمد على التخزين المؤقت للإدخال.

تحد هذه الظاهرة من إنتاجية المحولات. بالنسبة لمخازن الإدخال من نوع FIFO، وهو نموذج بسيط لخلايا ذات حجم ثابت إلى وجهات موزعة بشكل منتظم، فإن الإنتاجية تقتصر على 58.6% من الإجمالي مع ازدياد عدد الروابط. ^{[ 1 ]}

إحدى طرق التغلب على هذا القيد هي استخدام قوائم انتظار الإخراج الافتراضية . ^{[ 2 ]}

لا تعاني من مشكلة حجب HOL إلا المحولات المزودة بخاصية التخزين المؤقت للإدخال. مع توفر عرض نطاق ترددي داخلي كافٍ، يصبح التخزين المؤقت للإدخال غير ضروري؛ حيث تتم معالجة جميع عمليات التخزين المؤقت عند المخارج، وبالتالي يتم تجنب حجب HOL. يُعد هذا التصميم الذي لا يعتمد على التخزين المؤقت للإدخال شائعًا في محولات الإيثرنت الصغيرة والمتوسطة الحجم .

يحدث تسليم الحزم خارج الترتيب عندما تصل الحزم المتسلسلة بترتيب غير صحيح. قد يحدث هذا نتيجة لاختلاف المسارات التي تسلكها الحزم أو بسبب فقدانها وإعادة إرسالها. يمكن أن يؤدي حظر HOL إلى زيادة إعادة ترتيب الحزم بشكل ملحوظ. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

يُعدّ بثّ الرسائل بشكل موثوق عبر شبكة ذات معدل فقدان عالٍ بين عدد كبير من الأجهزة مشكلة معقدة. فبينما تحلّ خوارزميات البثّ الذريّ مشكلة نقطة الفشل الوحيدة للخوادم المركزية، فإنّ هذه الخوارزميات تُسبّب مشكلة حجب رأس الطابور. ^{[ 5 ]} تتجنّب خوارزمية البثّ المتعدد ثنائي النمط، وهي خوارزمية عشوائية تستخدم بروتوكول النميمة ، مشكلة حجب رأس الطابور من خلال السماح باستلام بعض الرسائل خارج ترتيبها. ^{[ 6 ]}

أحد أشكال حظر HOL في بروتوكول HTTP/1.1 هو استنفاد عدد الطلبات المتوازية المسموح بها في المتصفح، مما يُجبر الطلبات اللاحقة على انتظار اكتمال الطلبات السابقة. يعالج بروتوكول HTTP/2 هذه المشكلة من خلال تعدد إرسال الطلبات، مما يُزيل حظر HOL على مستوى التطبيق، لكن HOL لا يزال موجودًا على مستوى طبقة النقل (TCP). ^{[ 7 ] [ 8 ]}

قد يحدث حجب رأس السطر في تدفقات البايت الموثوقة : إذا أُعيد ترتيب الحزم أو فُقدت واحتاجت إلى إعادة إرسالها (وبالتالي تصل بترتيب غير صحيح)، فقد تُستقبل البيانات من الأجزاء اللاحقة من التدفق قبل الأجزاء السابقة؛ ومع ذلك، لا يمكن عادةً استخدام البيانات اللاحقة حتى تُستقبل البيانات السابقة، مما يُسبب تأخيرًا في الشبكة . إذا تم تغليف عدة رسائل مستقلة عالية المستوى ودمجها في تدفق بايت موثوق واحد، فقد يتسبب حجب رأس السطر في انتظار معالجة رسالة مستلمة بالكامل أُرسلت لاحقًا لتسليم رسالة أُرسلت سابقًا. ^{[ 9 ]} يؤثر هذا، على سبيل المثال، على بروتوكول HTTP/2 ، الذي يُؤطر أزواجًا متعددة من الطلب والاستجابة في تدفق واحد؛ بينما يتجنب بروتوكول HTTP/3 ، الذي يتميز بتصميم تأطير على مستوى طبقة التطبيق ويستخدم مخططات البيانات بدلًا من نقل التدفق، هذه المشكلة. ^{[ 10 ] [ 11 ]} يعتمد تدهور زمن الاستجابة الناتج عن حجب رأس الطابور على معدل فقدان الحزم الأساسي وزمن الرحلة ذهابًا وإيابًا ، حيث يؤدي ارتفاع معدل الفقد إلى زيادة زمن الاستجابة. ^{[ 12 ] [ 13 ]} دون تغيير تجريد التدفق، يمكن تقليل الضرر الناتج عن حجب رأس الطابور عن طريق تقليل فقدان الحزم؛ وثمة بديل يتمثل في تطبيق تدفق بايت موثوق باستخدام تصحيح الخطأ الأمامي لإرسال بيانات زائدة بحيث يمكن تحمل قدر معين من الفقد دون تكبد عمليات إعادة إرسال. ^{[ 9 ]}

• ازدحام المخزن المؤقت
• FIFO
• تقنية معالجة البيانات عبر بروتوكول HTTP
• جدولة الشبكة
• توقف خط الأنابيب

• بريسكو، بوب؛ برونستروم، آنا؛ بيتلوند، أندرياس؛ هايز، ديفيد؛ روس، ديفيد؛ تسانغ، إنغ-جيه؛ جيسينغ، شتاين؛ فيرهيرست، غوري؛ غريوودز، كارستن؛ ويلزل، مايكل (2016). "تقليل زمن استجابة الإنترنت: دراسة استقصائية للتقنيات ومزاياها". مجلة IEEE للمسح والدروس التعليمية في مجال الاتصالات . 18 (3): 2149-2196 . doi : 10.1109/COMST.2014.2375213 . hdl : 2164/8018 . S2CID 206576469 . 
• هيجليجرز، ياب (2021). تور عبر QUIC (أطروحة).
• لانغلي، آدم؛ ريدوك، أليستير؛ ويلك، أليسا؛ فيسنتي، أنطونيو؛ كراسيك، تشارلز؛ تشانغ، دان؛ يانغ، فان؛ كورانوف، فيدور؛ سويت، إيان؛ إيينغار، جاناردان؛ بيلي، جيف؛ دورفمان، جيريمي؛ روسكيند، جيم؛ كوليك، جوانا؛ ويستين، باتريك؛ تينيتي، رامان؛ شيد، روبي؛ هاميلتون، رايان؛ فاسيليف، فيكتور؛ تشانغ، وان-تيه؛ شي، تشونغي (2017). "بروتوكول نقل QUIC". وقائع مؤتمر مجموعة الاهتمام الخاصة التابعة لجمعية ACM بشأن اتصالات البيانات . الصفحات 183-196 . doi : 10.1145/3098822.3098842 . ISBN  9781450346535. S2CID 2768765 . 
• ماركس، روبن؛ وينانتس، مارتن؛ كواكس، بيتر؛ فايس، أكسل؛ لاموت، ويم (2018). "خصائص أداء الويب لبروتوكول HTTP/2 ومقارنته ببروتوكول HTTP/1.1". نظم وتقنيات معلومات الويب . سلسلة محاضرات في معالجة معلومات الأعمال. المجلد  322. الصفحات 87-114 . doi : 10.1007/978-3-319-93527-0_5 . hdl : 1942/26146 . ISBN  978-3-319-93526-3. S2CID 52009597 . 
• نولان، مايكل ف.؛ وولينسكي، ديفيد؛ فورد، برايان (2013). تقليل زمن الاستجابة في دوائر تور مع التسليم غير المرتب . ورشة عمل USENIX الثالثة حول الاتصالات الحرة والمفتوحة على الإنترنت.