【AI前沿】看剧不卡顿、游戏低延迟：「智能队列」这样改善你的冲浪体验

「智能队列」如何改善你的家庭网络质量主作者关注Blanboom少数派作者个人博客：https://blanboom.orgBlanboom关注Blanboom少数派作者个人博客：https://blanboom.org联合作者关注Blanboom少数派作者个人博客：https://blanboom.orgBlanboom关注Blanboom少数派作者个人博客：https://blanboom.org2021/01/31 23:1205/17 12:57更新：2026 年世界电信和信息社会日重推在无线路由器的设置页面上，我们可能会看到一个名为「智能队列」的功能（根据品牌或操作系统的不同，也可能会被称做「智能 QoS」、「SQM」等）。这一功能是如何工作的？是否能让网速变快？是否需要打开？本文将尝试解答这些问题。从「网络如何连接」说起本章节主要介绍计算机网络的基础知识。如果读者已经熟悉相关知识，可跳过这部分内容。在介绍「智能队列」之前，先来了解一下基础的网络知识。两台电脑间进行数据传输，存在两种方式，分别是电路交换和分组交换。对于电路交换，两台电脑独占一条线路进行数据传输。过去的固定电话，大多使用的就是电路交换。由于独占一条线路，两台设备之间的通信较为稳定，很难出现数据丢失、数据传输顺序错乱等情况。但一条线路只能供一组电脑使用，另外一组电脑想要通信，就不能复用原来的线路了。对于分组交换，传输的数据被拆分为小段，每一小段叫做一个数据包（报文）。数据以报文的形式进行转发，从而实现了多组电脑复用一条线路进行通信。电路交换虽然能保证数据传输的稳定性，但由于独占线路浪费太多资源，所以在 Internet 中，使用的是分组交换。分组交换将数据拆分成一个一个的小片段来转发，没有独占线路。如果网络条件不好（例如同时有大量报文经过路由器，超出了路由器的处理能力），很有可能遇到数据顺序错乱、甚至数据丢失等情况。那么，这些情况应该如何避免？在微信视频通话、电视直播等应用中，报文的丢失或乱序，只会造成视频图像卡顿，不会造成太严重的影响。所以这些应用会使用简单的UDP协议，不考虑丢包、乱序。在网页浏览、文件下载等应用中，一般使用基于TCP的HTTP协议。TCP 在报文中携带序号，避免乱序；同时提供了报文的丢失重传机制，避免了丢包。所以，也可以认为 TCP 为两台电脑的应用程序建立了一个虚拟的「连接」。（最新版本的 HTTP/3 协议，使用的则是QUIC。QUIC 虽然基于 UDP，但引入了与 TCP 类似的报文丢失重传机制）如果想要了解更多网络基础知识，推荐阅读「入网指南」系列文章：入网指南 01 | 一文读懂你身边的「网络」入网指南 02 | 当你发消息的时候，发生了什么入网指南 03 | 交换机在交换什么？入网指南 04 | IP 地址大揭秘入网指南 05 | 除了接线，还有什么影响着我们网上冲浪入网指南 06 | 连上 Wi-Fi 就能上网了吗？网络延迟：影响上网体验的重要因素带宽和延迟，是影响上网体验的两大因素。带宽指的是在单位时间内，网络最多能传输多少数据。网络的带宽和水管的粗细有着很多相似之处，水管越粗，相同时间流出的水越多；同样地，网络带宽越大，相同时间能够传输的数据越多。在日常上网过程中，大的带宽能带来这些好处：上传、下载文件的速度更快在线看视频时，缓冲的时间更短如果家中有多个人同时上网，大的带宽能够保证每个人都能流畅上网，相互的影响更小对于家庭宽带，我们常常听到的 10 兆、50 兆、100 兆、千兆，就是指的带宽的大小。延迟指的是数据从网络的一端到达另一端，所需要的时间。过大的延迟也会对上网体验带来不好的影响，例如：在浏览器中输入网址敲回车后，需要等更长的时间，网页才能加载；视频聊天、语音通话质量变差，甚至能直接感受到声音、画面的滞后；玩在线游戏时，发现游戏变慢变卡。在很多时候，延迟相比带宽更容易被人感知，对网络体验的影响更大。是什么导致了网络延迟？上文中介绍过，Internet 使用的是分组交换。如果大家阅读过计算机网络相关的书籍，应该对分组交换的「存储-转发」机制有一定的印象。简单说，「存储-转发」是指网络设备将收到的报文存储在缓冲区，然后再发送。这是由于网络设备的性能有限，转发报文有速率限制。如果设备短时间内收到大量报文，一时半会儿处理不过来，就可以先报文存起来，空闲时慢慢发送。通过「存储-转发」，能够提高网络设备的吞吐量，更充分地利用带宽。其中，存储报文缓冲区，是一个先进先出的队列。那么，队列的长度应该如何确定？是不是队列越长，能够存储的报文越多，网络的性能就越好？大家可以先思考下这个问题。其实在过去，内存价格比较昂贵，考虑到成本，网络设备的队列不会太大。现在，随着内存价格的下降，网络设备拥有了更大的队列。但是，网络的带宽是有限的。实际的可用带宽，取决于数据传输路径上的最小带宽。这个最小带宽也被称做带宽上的「瓶颈」（bottleneck）。由于瓶颈的存在，如果流量长时间以较大速率发送，大的队列并不能显著提升吞吐量。相反，大量报文滞留在队列中，会带来延迟的增大。这种队列中缓存有大量报文，来不及发送，导致数据传输延迟增大的现象，被称做 bufferbloat（缓冲区膨胀）。DSLReport 提供的测速服务，能够检测网络的 bufferbloat 程度。不过由于没有中国大陆服务器，测试结果不够准确。国外的读者可以尝试一下：DSLReports Speed Test家用无线路由器中的 QoS 功能在「智能队列」出现之前，很多家用路由器已经提供了 QoS 功能。那么，传统的 QoS 如何解决网络延迟、网络拥堵？存在哪些不足之处？在了解这个问题之前，先来熟悉一下网络中的报文，是什么样子的：在网络中传输的报文，一般包括了链路层、网络层、传输层、应用层这四层信息。其中，网络层的源 IP 地址、目的 IP 地址、协议号，和传输层的源端口号、目的端口号，是 QoS 算法中常常会关注的五个信息。这些信息合称「五元组」。同一个应用在同一时间段内，传输的报文中，这些信息一般是不会发生变化的。例如观看在线视频时，同一个视频的所有报文 ，一般拥有相同的五元组信息。所以，通过五元组，我们能够区分不同应用的流量。特别地，一些常见的应用，会使用固定的端口号。例如网页浏览一般使用 80、443 端口；英雄联盟游戏，使用的是 5000-5500 端口 ……所以，当我们想要提升英雄联盟游戏的体验时，在路由器上设置让 5000-5500 端口的报文优先通过即可：How to set up traffic prioritization rules for League of Legends on Nighthawk Pro Gaming router | Answer | NETGEAR Support家用路由器中常见的 QoS 功能，就是通过手动设置 IP 地址、协议号、端口号等报文特征来实现的。这种方式需要用户了解一定的网络知识，且操作复杂。（虽然部分无线路由器内置了常用应用的 QoS 规则，但仍需要一定的手动设置，且无法及时适配新的、小众的应用）当然，除了上文中介绍的内容，QoS 还有多种不同的实现方式。例如：对特定应用（例如 BitTorrent）进行限速按照 MAC 地址指定某台设备的优先级（例如提高 Nintendo Switch 的优先级，使游戏更加流畅）通过WMM、DSCP等机制来决定报文优先级这些机制各有各的特色和不足。例如对应用程序限速的方式，虽然效果明显，但无法在网络空闲时，动态利用剩余带宽来提升传输速度，也难以适应带宽频繁变化的无线网络。关于上述 QoS 机制的技术细节，本文不再详细介绍。如果感兴趣，可以搜索相关关键词，进一步了解。智能队列：通过「全自动」的方式优化网络、降低延迟什么是「智能队列」目前，一部分新的无线路由器，开始有了名为「智能队列」的功能。这一功能一般指的是 fq_codel。fq_codel 包含两种队列管理机制，分别是 Flow Queue 和 CoDel。在下文中，我将简要介绍这两种机制的作用。Flow Queue前文中介绍过，网络中的报文一般都有自己的五元组信息；同一应用发送的报文，在一定的时间段内，五元组信息是相同的。这些信息相同的一系列报文，被称做一条流（flow）。Flow Queue 为每条流单独维护一个队列。例如，如果我们一边在线观看视频，一边进行语音通话，一边玩游戏，Flow Queue 就会为视频播放的流量、语音通话的流量、在线游戏的流量各维护一条队列：正常情况下，在线观看视频需要占用较大的带宽，但对延迟不敏感，用户可以容忍几秒甚至几十秒的缓冲时间。而语音通话和在线游戏占用带宽小，但对延迟敏感。例如语音通话时，如果一个人说了一句话，对方在几秒后才能听到，用户就能明显感知到延迟。如果三种应用共用一个队列，队列中会充满大量视频播放应用的报文，导致语音通话、在线游戏的报文迟迟无法发送，增大了这两种应用的延迟。Flow Queue 为视频播放、语音通话、在线游戏各维护一条队列，并公平地调度三个队列，避免视频播放的报文占用太多时间，从而让在线游戏、语音通话的报文得到及时处理。由于 Flow Queue 确保了应用程序之间的「公平」（fair），所以又被称做 Fair Queue。CoDel我们已经知道，适当长度的队列，能够充分利用带宽、提高吞吐量。但过长的队列，又会导致过大的延迟。也就是说，队列既不能过长、也不能过短。CoDel 所做的，就是让队列维持在合适长度，最大限度地提升网络性能。CoDel 通过计算报文在队列中的停留时间，来判断队列是否过长。具体做法如下：报文进入队列时，在报文上记录当前时间（也就是报文入队时间）报文出队列时，再次获取当前时间（报文出队时间）计算报文入队时间与出队时间的差值，即可得到报文在队列中停留的时间当报文在队列中的停留时间超过阈值，说明队列过长，需要缩小队列长度当队列过长时，CoDel 会直接丢弃出队列的报文，从而减少队列中报文的数量，达到控制队列长度的效果。（这种对报文的丢弃，并不会对网络带来负面影响，具体请见后续章节）可以看出，CoDel 根据队列中报文的停留时间，来决定是否丢弃报文。而不是「一刀切」地将队列限制在一个固定的、较小的长度。这样既能降低延迟，又保留了队列最大的优点：吸收短暂的大流量报文、提升吞吐量。另外，我们的设备，尤其是手机等移动设备，所处的网络环境是复杂多变的。例如手机靠近或远离无线路由器，就有可能导致网络带宽的变化。CoDel 通过计算报文停留时间的方式控制队列，能够更加灵活地适应网络带宽、网络质量的变化。fq_codelFlow Queue 确保了不同应用程序的流量能够公平传输。CoDel 控制队列长度，实现了整体延迟的降低。fq_codel 就是将 Flow Queue 和 CoDel 结合在一起使用的机制。其中，Flow Queue 先将不同的流划分为不同的队列，再为每一个队列使用 CoDel，控制报文的延迟。两者结合使用，共同提升网络体验。fq_codel 具有免配置、天然适应不同的网络环境、实现简单、消耗资源少等特色，越来越多的无线路由器（以及开源的路由器操作系统），开始内置这一机制。参考 KoolShare 上的这篇帖子，作者经过测试，发现打开 fq_codel 之后，在 BT 下载占满上行带宽时，在线游戏依旧保持较低的延迟：可能是家庭路由里最好的 QoS——在线游戏者的福音 - KoolShare（见 8 楼、10 楼、22 楼、25 楼的测试结果）是否需要打开「智能队列」？前面介绍了 fq_codel 的一系列优点。那么，fq_codel 有没有缺点？是否需要我们打开？我的设备 CPU 性能不强，是否可以打开「智能队列」？根据这篇帖子，ER-X路由器在打开 fq_codel 时，最大支持 200M 左右的带宽。QoS (fq_codel/cake) Hardware Recommendation : HomeNetworkin