Đánh giá hiệu năng của một số cải tiến cơ chế quản lý hàng đợi tích cực red

BO GIAO DUC VA DAO TAO
DAI HOC HUE
TRUONG DAI HOC KHOA HOC

MAI THÀNH TRUNG

DANH GIA HIEU NANG
CUA MOT SO CAI TIEN CO CHE
QUAN LY HANG DOI TICH CUC RED

LUAN VAN THAC SI KHOA HOC
CONG NGHE THONG TIN

Thừa Thiên Huế, 2019


LOI CAM DOAN
Tôi xin cam đoan luận văn này là cơng trình nghiên cứu của cá nhân tơi. Tất
cả số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực, chưa được người khác

công bố trong bất cứ một cơng trình nghiên cứu nào.
Học viên

Mai Thành Trung


MUC LUC
Trang
Danh MuUc:Cae DANG).....cccsesssssecevececesecscescsensecsessseeesecsevenesonssesensesseseseeeseeseseesonss
Danh mục các hìnhh................................
..- ----- 5 5c 2< 3 1 HH nu HH

nh vế
Danh mục các chữ viết tắt. . . . . . . . . .

.. 65+ 5s Set

HS. 1.11112111111111...

h9 000 .............................

1

Chuong 1. TONG QUAN VE DIEU KHIEN TAC NGHEN VA QUAN LY
;0)eS›9)080i9:090/0 0n. ...............

5

1.1.

TRUYEN DU LIEU TREN INTERNET VA VAN DE VE TAC NGHE


2.2.1. Cơ chế hoạt động của V-RED.....................
5 2S 211212212212212212222222 x6 31
2.2.2.

Thuật toán của cơ chế V-RED..................-.
1.2 3S S251 111151 1111511218511 215x1x s2 32

2.2.3. Ưu và nhược điểm của cơ chế V-RED......................52 2S1251252122122122121 6 33
2.3.

CO CHE QUAN LY HANG DOI DRED (DYNAMIC RANDOM EARLY

DETECTION)...................

22-52-22 2222122512211211221211211111 2110221212122

re 33

2.3.1. Cơ chế hoạt động của DRED.....................
2252 2S221221221212122122222 e6 34
2.3.2.

Thuật toán của cơ chế DRED....................
1.222 S31 E51151 511151 1121551125551x x52 35

2.3.3. Ưu, nhược điểm của cơ chế DRED.....................
2252 2512122122122122122.22 e6 36
2.4.

CO CHE QUAN LY HANG DOI ENRED (ENHANCED RANDOM

EARLY DETECTION) ........cssscssssssesssssesseesestesersesesstesetstssretiseretevsseetsinaressesaeeees 37
2.4.1.

Co ché hoat động của ENREI.....................ch nh nhe nrrae 37

2.4.2.

Thuật toán của cơ chế ENR.ED...................

2-2. S231 S51151 155151 8121511525551x x52 38

2.4.3. Ưu, nhược điểm của cơ chế ENRED.......................52222 252212212212212212e6 38
2.5.

CO CHE QUAN LY HANG DOI T-ENRED (TRIPLE ENHANCED

RANDOM EARLY DETECTION).................

22252 22221222211212122122122222222
re. 39

2.5.1. Lập luận nhược điểm của cơ chế ENRED....................52222 21221221221212 39
2.5.2. Cơ sở cải tiến cơng thức.......................
2-5225 12212212212212212122122222 6 40
2.5.3.

2.6.

Thuật tốn của cơ chế T-ENR.ED............-.
5.2221 1121115151 812151 11215511 x52 42

TIỂU KÉT CHƯƠNG 2..........................
52-52 22212212212211212121222222 e6 43

Chuong 3. MO PHONG VA PHAN TICH DANH GIA MOT SO CO CHE CAI
TIẾN CỦA CƠ CHÉ QUẢN LÝ HÀNG ĐỢI TÍCH CỰC RED....................... 44
3.1.

GIỚI THIỆU CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG NS2..............................---52- 44

3.2.

MO PHONG CAC CO CHE QUAN LY HANG DOI CAI TIEN ............. 47

3.3.

THIẾT KÉ MỘT SỐ KỊCH BẢN MƠ PHỎNG........................-22
522222222 s5s2 50

3.4.

PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG..........................--©2-22222222222zse 51

3.5.

TIỂU KẾT CHƯƠNG 3............................-©222222222222511111111111111112112122
1e 59

0000000777. ............Ả..,

60

DANH MỤC CƠNG TRINH CUA TAC GIẢ ...........................------22©22©7scc5<©cse+s 62

IV. 900)0900901090/604. 7.0 =...............Ơ

¡05108 D0 SE

63

cHdddŸÃ),Ở..........ƠỎ 65


DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang
Hình 1.1. Hai máy tính kết nối Internet liên lạc với nhau........................---2-5222z22x22xs2 7
Hình 1.2. Khn dạng dữ liệu của TCP Header..........................cà: St sstirrixssee 8
Hình 1.3. Khn dạng dữ liệu của IP Header.........................--cà:
srsrirrrkseee 9
Hình 1.4. Mơ hình hội tụ các mạng trên nên tảng TCP/IP.........................cSccccce 10

Hình 1.5. Cơ chế hoạt động của ECN.......................2 2 222221211212212212222212222.
xe 13
Hình 1.6. Mơ hình CQS tại nút mạng (ROuf€t)...................... ch

srirrirrrresree 15

Hình 1.7. Tiến trình xử lý hàng đợi trong Roufer.......................--©2-22222222222222222222xee2 19
Hình 1.8. Phân loại các cơ chế quản lý hàng đợi tích cực..............---2-2222222222cs22 24
Hình 2.1. Xác suất loại bỏ gói tin và chiều đài hàng đợi trong RED........................ 28
Hình 3.1. Hình ảnh các kết nối trong kịch bản mơ phỏng.......................- 222222222 22z2222 50

Hình 3.2. Biểu đỗ số lượng gói tin bị loại bỏ của cơ chế RED, V-RED, ENRED và
T-ENRED trong trường hợp các kết nối truyễn tải dữ liệu cùng một thời điểm...... 5 l

Hình 3.3. Biểu đồ độ trễ truyền tải gói tin của cơ chế RED, V-RED, ENRED và TENRED trong trường hợp các kết nối truyền tải dữ liệu cùng một thời điểm ......... 33

Hình 3.4. Biểu đồ mức độ tận dụng băng thông của cơ chế RED, V-RED, ENRED
và T-ENRED trong trường hợp các kết nối truyền tải đữ liệu cùng một thời điểm .54

Hình 3.5. Biểu đồ số lượng gói tin loại bỏ của cơ chế DRED, V-RED, ENRED và
T-ENRED trong trường hợp các kết nối có thời gian truyền tải dữ liệu khác nhau.55

Hình 3.6. Biểu đồ độ trễ truyền tải gói tin của cơ chế DRED, V-RED, ENRED và
T-ENRED trong trường hợp các kết nối có thời gian truyền tải dữ liệu khác nhau.57

Hình 3.7. Biểu đồ mức độ tận dụng băng thông của cơ chế RED, V-RED, ENRED
và T-ENRED trong trường hợp các kết nối có thời gian truyền tải dữ liệu khác nhau


DANH MUC CAC CHU VIET TAT
ARPANET

Advanced Research Project Agency Network

AQM

Active Queue Management

DRED

Dynamic Random Early Detection

ENRED

Enhanced Random Early Detection

INTERNET

Mạng toàn cầu

IP

Internet Protocol

NS2

Network Simolution 2

NSFNET

National Science Foundation Network

RED

Random Early Detection

REM

Random Exponential Marking

TCP

Transmission Control Protocol

T-ENRED

Triple Random Early Detection

V-RED

V - Random Early Detection


MO DAU
Internet là một hệ thống kết nối mạng toàn cầu đảm bảo liên thơng giữa các hệ
thống máy tính và thiết bị trên điện rộng. Intemet ngày càng phát triển khơng chỉ về
số lượng kết nối mà cịn về sự đa dạng của các lớp ứng dụng. Do đó, vấn đề xảy ra
tắc nghẽn trên Internet là không thể tránh khỏi. Vì vậy, để đảm bảo thơng suốt
đường truyền, kiểm sốt tắc nghẽn tại các nút mạng đóng một vai trò rất quan trọng
cho Internet hoạt động hiệu quả và tin cậy đối với người sử dụng.
Thơng thường có hai phương án để kiểm soát tránh tắc nghẽn là tăng hiệu suất
các thiết bị phần cứng và dùng kỹ thuật phần mềm. Việc tăng hiệu suất các thiết bị
là cần thiết, nhưng lại khá tốn kém, khó đồng bộ và hiệu quả chưa cao. Ngược lại,

dùng kỹ thuật phần mềm để kiểm soát tắc nghẽn đã đem lại hiệu quả rất lớn. Trong
kỹ thuật này có hai phương pháp được quan tâm và phát triển, đó là: cải tiến các
giao thức điều khiến truyền thông và nâng cao các kỹ thuật quản lý hàng đợi tích
cuc (AQM: Active Queue Management) [3] [16] tai cac nút mạng. Việc tăng hiệu
năng của giao thức TCP thông qua các biến thé đã triển khai trên Internet và đã đem
lại hiệu quả rất lớn. Tuy nhiên, do sự đa chuẩn của các loại mạng, sự phong phú các

thiết bị kết nối và sự phức tạp các ứng đụng truyền thông nên điều quan trọng là cần
có những cơ chế quản lý hàng đợi tích cực tại các nút mạng đề hỗ trợ điều tiết lưu
thông trên mạng, nhằm tránh và giải quyết tắc nghẽn.
Quản lý hàng đợi tích cực hoạt động tại các nút điều khiển mạng nhằm kiểm

sốt số lượng các gói đữ liệu trong hàng đợi, bằng cách chủ động loại bỏ gói tin đến
khi hàng đợi đầy hay thơng báo tắc nghẽn khi mạng cịn trong thời kỳ “phơi thai”

của tắc nghẽn đề điều tiết lưu thông trên mạng. Việc ôn định chiều dài của hàng đợi
sẽ làm cho một số thông số hiệu nang cua mang

TCP/IP nhu: ty lệ mat goi, hiéu

suất sử đụng đường truyền, trễ trung bình và biến thiên dao động độ trễ trong một
phạm vi hợp lý. Điều này sẽ vừa không gây sự quá tải đối với thiết bị mạng, vừa
đảm bảo không gây tắc nghẽn trên mạng, vừa tạo điều kiện cung cấp và duy trì một
cách tốt nhất chất lượng dịch vụ mạng.


Hiện có ba hướng tiếp cận để giải quyết bài tốn quản lý hàng đợi tích cực,
bao gồm: Quản lý hàng đợi dựa trên chiều dài hàng đợi (tiêu biểu là cơ chế RED)
[5] [71 [9] [12]. quản lý hàng đợi dựa trên lưu lượng gói tin đến — hay còn gọi là tải
nạp (đại diện là cơ chế BLUE)

[8] và quản lý hàng đợi dựa trên sự kết hợp cả chiều

dài hàng đợi và lưu lượng gói tin đến (điển hình là cơ chế REM) [6] [15]. Trong
những năm gần đây, nhằm nâng cao hiệu năng của các cơ chế quản lý hàng đợi tích
cực, ngồi ba cơ chế tiêu biểu kể trên, đã có rất nhiều cơ chế khác được cơng bố.

Các cơng trình này xoay quanh việc cải tiến các cơ chế RED, BLUE và REM.
Với cơ chế quan ly hang doi dua trên chiều đài hàng đợi, hiện tượng tắc nghẽn
được thể hiện dựa trên độ dài tức thời hoặc độ dài trung binh cua hàng đợi với mục
đích của q trình điều khiển là làm ổn định chiều dải hàng đợi tại nút mạng. Cơ
chế quản lý hàng đợi tích cực RED là cơ chế được sử dụng phơ biến nhất, đại diện

cho nhóm cơ chế quản lý hàng đợi dựa trên chiều dài hàng đợi này. Năm
Sally Floyd và cộng sự đã để xuất cơ chế RED

1993,

[9] để phát hiện sớm tắc nghẽn,

RED kiểm soát tắc nghẽn tại nút mạng bằng cách kiểm tra độ dai trung bình hàng
đợi khi các gói tin đến và đưa ra quyết định nhận gói, đánh dấu hoặc loại bỏ gói tin.

Tuy nhiên, việc phụ thuộc vào chiều dài hàng đợi trung bình (giá trị chiều dài hàng
đợi trung bình thay đổi chậm) trong khi chiều đài hàng đợi, mật độ gói tin ln thay
đổi liên tục, làm cho khả năng phát hiện tắc nghẽn sớm của cơ chế RED còn chậm

[11] [13] [18].
Từ vấn đề phản ứng còn chậm với tắc nghẽn trong mạng của cơ chế quản lý
hàng đợi tích cực RED do phụ thuộc vào việc giá trị chiều dài hàng đợi trung bình

trong thời gian dài hạn. Luận văn
tiến hành tìm hiểu, mơ phỏng, phân


tục. Ngồi ra, chương này đề xuất một cơng thức tính tốn chiều dài hàng đợi trung
bình mới nhằm nâng cao hiệu quả của việc loại bỏ gói tin.
Chương 3. Phân tích một số kết quả mơ phỏng và đánh giá
Chương này giới thiệu về phần mềm mô phỏng NS2, tiến hành phân tích và so
sánh kết quả mơ phỏng một số cơ chế quản lý hàng đợi đã giới thiệu ở Chương 2.
Kết quả mô phỏng được đánh giá dựa trên cùng các tiêu chí như: tỷ lên mất gói,
hiệu suất sử dụng đường truyén,

mức độ sử dụng hàng doi, độ trễ và biến thiên độ

trễ, từ đó đưa ra đánh giá.
Cuối cùng là phần kết luận, tóm tắt các nội dung đã tìm hiểu, đánh giá các kết
quả đã đạt được của luận văn, đưa ra hướng nghiên cứu mở rộng tiếp theo.
Trong quá trình nghiên cứu, do còn hạn chế về khả năng và thời gian thực hiện
nên luận văn khơng thể tránh khỏi các sai sót. Kính mong nhận được sự chỉ bảo của

q Thây Cơ giáo, các nhận xét và góp ý của bạn bè, đồng nghiệp để luận văn được
hoàn thiện hơn.


-

Dam bao cac gói tin nhận được một cach day đủ và chính xác.

Mơ

hình

(Application

mạng

(hay

giao

thức)

TCP/IP

gồm

Layer), tầng giao vận (Transport Layer),

4

tầng:

tầng

ứng

tầng liên mạng

dụng

(Internet

Layer) và tầng truy cập mạng (Network Access Layer), thông tin muốn gửi đi được
chia thành các đơn vị dữ liệu nhỏ gọi là gói tin và được truyền tải lần lượt qua các
tầng:

-

Tầng ứng dụng: Bao gồm các tiến trình và các ứng dụng, cung cấp cho

người dùng các giao điện để sử dụng Internet. Trong tầng ứng dụng, các luồng đữ
liệu gọi là các Stream. Đề truyền dữ liệu giữa 2 máy trên mạng, các Stream tại tang
ứng dụng được truyền xuống tầng giao vận.
-_

Tầng giao vận: Tại tang giao vận các Stream được chia thành các gói tin và

gắn thêm phần đầu (Header) chứa các thông tin của tầng giao vận. Các gói tin ở
tầng này được gọi là Segment. TCP Header chứa các thông tin ở tầng giao vận được
trình bày trong Hình 1.2. Trong đó, các thơng tin điều khiên của TCP gồm có: cơng
máy

gửi

(Source

Port),

cổng

máy

nhận

(Destination

Port),

số thứ tự gói tin

(Sequence Number), thứ tự gói tiếp theo máy nhận cần (Acknowledment Number),
kích thước cửa sé gửi (Windows size), kích thước phần đầu của gói tin (Offset), các
cờ diéu khién (Flags), kiêm tra lỗi (Checksum) trong quá trình truyền thơng.
Source Port

Destination Port
Sequence Number
Acknowledgment Number

Offset

Reserved

Flags

Checksum

Windows size
Urgent Pointer

Options

Padding

Hình 1.2. Khn dạng dữ liệu của TCP Header

-

Tầng liên mạng:

Các Segment từ tầng giao vận chuyển xuống tầng liên

mạng được chia thành các gói và gắn thêm phần chứa các thơng tin liên mạng. Các
gói tin ở tầng này được gọi là các Datagram. Hinh 1.3 thé hiện thông tin điều khiển

Interneteas >
WiMAX.

()

|

@

mesh

Hình 1.4. Mơ hình hội tụ các mạng trên nền tảng TCP/IP

Hình 1.4 thể hiện mơ hình hội tụ các mạng trên nền tang TCP/IP. Dé dam bao
hệ thống ôn định và cung cấp tốt chất lượng dịch vụ mạng cho người dùng, kiểm
soát tắc nghẽn trên mạng TCP/IP là một vấn để rất quan trọng và cần thiết.
1.2.1.

Nguyên nhân gây tắc nghẽn

Khi có nhiều gói tin đến từ nhiều nguồn khác nhau cùng đến nút mạng với một
cổng ra giống nhau ở cùng thời điểm thì chỉ có duy nhất một gói tin được chuyển
tiếp đến các nút mạng khác, các gói tin cịn lại bị day vào một hàng đợi tại liên kết

đầu ra mà chúng yêu cầu. Nếu tốc độ chuyền các gói tin đi khỏi nút mạng nhỏ hơn
tốc độ các gói tin đến nút mạng thì sau một thời gian hàng đợi sẽ đầy và xây ra hiện
tượng tắc nghẽn.
Nguyên nhân gây ra tắc nghẽn bao gồm:

-_

Thời gian chờ xử lý, xếp hàng vào hàng đợi quá lớn. Nếu luồng các gói tin

từ 3 hay 4 đường vào và tất cả đều cần ra cùng một đường thì hàng đợi sẽ bị đầy (do
phải lưu gói tin, phải tạo các bảng định tuyến,...). Nếu khả năng xử lý của các nút
yếu hay nói cách khác các CPU (vi xử lý) tại các bộ định tuyến xử lý chậm các yêu
cầu sẽ dan đến tắc nghẽn.

10


-

Bé dém 6 cdc hang doi qua nhd. Néu bé nhé khéng du dung lvong dé lu

chung thi mot số gói tin sẽ bị mất. Việc tăng dung lượng bộ nhớ đệm lên sẽ có ích,

nhưng nếu bộ định tuyến có lượng nhớ khơng giới hạn thì sự tắc nghẽn chẳng tốt
hơn tí nào mà ngược lại trở nên xấu đi do số bản sao được gửi tăng lên (do thời gian
gói tin trong hàng đợi lớn hơn thời gian truyền tải gói tin — được xác định bởi nguồn
gửn), làm tăng lượng thông tin ở nơi nhận.
-

Tang suất lỗi mạng cao và độ trễ lớn. Đối với mạng cố định, việc mất gói

tin do lỗi đường truyền hiếm khi xảy ra. Mắt gói tin đồng nghĩa với việc xảy ra tắc
nghẽn ở các nút (Router) trong mạng. Cơ chế điều khiên chống tắc nghẽn của TCP
sẽ căn cứ vào sự kiện mất gói và kiểm tra vượt quá thời gian tré (time-out) để xác
định tắc nghẽn trong mạng. TCP khơng có khả năng phân biệt giữa mất gói do

đường truyền hay mất gói do tắc nghẽn. Mỗi khi xảy ra hiện tượng trên, TCP giảm
tốc độ đường truyền. Điều này sẽ khơng cịn phù hợp trong truyền thơng di động vì
hiệu suất đường truyền sẽ bị hạ thấp.
-

Một vấn để khác có tính khơng đồng nhất giữa mạng di động và mạng cố

định là tốc độ đường truyền kênh di động thấp hơn nhiều so với mạng cố định. Vì
vậy, phần truy cập vơ tuyến sẽ ln là chỗ nghẽn cổ chai đối với một kết nối giữa
thuê bao di động và một đầu cuối là mạng cố định. Ngồi ra, hiệu ứng băng thơng
khơng đối xứng cũng có tác động lớn đến truy cập Internet. Băng thông theo hướng
từ máy cố định tới máy di động thường lớn hơn nhiều băng thông theo chiều ngược
lại. Hiệu ứng này làm cho trễ theo hai chiều khác nhau.

1.2.2.

Nguyên lý điều khiển tắc nghẽn

Nhiều vấn dé trong hệ thống phức tạp như mạng máy tính có thê được xem xét
dựa trên quan điểm của lý thuyết điều khiên. Phương pháp này chia tất cả các cách
kiểm soát tắc nghẽn thành 2 nhóm điều khiển: điều khiển vịng mở và điều khiển
vong dong [1].
Nguyên lý điều khiển vòng mở là cố gắng giải quyết vấn đề bằng việc thiết kế
tốt về bản chất để chắc chắn không xảy ra sự cố ở điểm đầu tiên. Ở một hệ thống

11


-

Kỹ thuật kiểm sốt tắc nghẽn mạng ở đích nhận: Khi có tắc nghẽn xảy ra,

có nghĩa là tải tạm thời lớn hơn lượng gói tin có thể quản lý, cách tốt nhất đề tránh
tắc nghẽn xảy ra ở các nút mạng là giảm tải. Để giảm tải có thể sử dụng cách phủ
nhận dịch vụ người dùng, hoặc dự đoán mức độ sử dụng dịch vụ của người dùng.

-

Ky thuật phân phối tài nguyên: Kỹ thuật bao gồm tiến hành lập lịch có sử

dụng các mạng vật lý hoặc các nguồn tài nguyên khác trong mạng. Kỹ thuật này có
q trình cài đặt và cấu hình phức tạp nhưng nó có khả năng loại trừ tắc nghẽn
trong mạng bằng việc khoá các lưu lượng vượt quá khả năng cho phép.
-

Ky thuat quản lý hàng đợi tại nút mạng: Kỹ thuật này nhằm duy trì số lượng

gói tin trong hàng đợi tại nút mạng một cách hợp lý, nhằm tránh trường hợp hàng

đợi bị đầy và làm mất gói tin. Quản lý hàng đợi có thê tối thiểu hố việc mất gói
trong mạng, phịng tránh tắc nghẽn, xử lý các tắc nghẽn xảy ra, cũng như cải thiện
được hiệu năng của mạng.
Ngoài ra, để cải thiện hiệu suất, kỹ thuật quản lý hàng đợi tại nút mạng

còn

được kết hợp với kỹ thuật thông báo tắc nghẽn rõ ràng (ECN - Explicit Congestion
Notification). Kỹ thuật này cho phép một nút mạng cung cấp thông tin phản hồi rõ
ràng cho máy gửi về tỉnh trạng tác nghẽn tại nó. Thơng tin tắc nghẽn thường được
chuyển qua các nút mạng trung gian trên đường đi từ máy gửi đến máy nhận, bằng

cách đánh đấu/cập nhật tiêu đề của gói tin để cho biết tình trạng tắc nghẽn và sau đó
gửi trở lại máy nhận đưới đạng một thông báo tắc nghẽn rõ ràng. Hình I.5 trình bày
hoạt động của kỹ thuật thơng báo tắc nghẽn rõ ràng.

'Tắc nghễn

ss

s-s
es

Giảm cwnd,

đặtCWR =1

|

CB
Các gồi tin

Hình 1.5. Cơ chế hoạt động của ECN

13

&


tiếp theo qua giao diện đầu ra. Khi router nhận thấy có dấu hiệu tắc nghẽn trong
mạng thì các gói tin sẽ có thể bị loại bỏ hoặc đánh dấu trong nó.

Một gói tin đến sẽ được chuyên qua 3 lớp: Lớp phân loại, lớp quản lý hàng đợi
và lớp lập lịch. Trong Hình 1.6, trình bày kiến trúc phân lớp CQS (Classification
Queue Scheduler) cua router.

1

'
'
1

1!

Phân loại

'

'
1

1!

Ì

1
1

5.5. S
g
Quan ly hang doi

Kin
Lập lịch

Hàngđợi1

1

'
>
` `

`

Hàng đợi 2

1

1

'
1

Hang agi3

'
'

1
1
1

1 huyển

gói tin đi

Hình 1.6. Mơ hình CQS tại nút mang (Router)

Lớp

phân loại (Classificafion):

Việc truyền trên mạng

Internet ngày nay

ngày càng phức tạp, do nó phải truyền tải quá nhiều loại lưu lượng với các đặc tính
khác nhau, yêu cầu các cách thức truyền tải khác nhau. Việc truyền tải lưu lượng,
điều khiển truy nhập và các dịch vụ khác nhau địi hỏi có sự phân biệt các gói dựa

trên cơ sở đa trường trong tiêu đề của mỗi gói, được gọi là phân loại gói tin. Hệ
thống mạng sẽ đặt ra các mức ưu tiên cho các gói, các giải thuật quản lý hàng đợi
dựa vào mức ưu tiên này để điều khiên mạng khi có tắc nghẽn xảy ra. Gói nào có độ
ưu tiên cao hơn sẽ được ưu tiên truyền trước, các gói có độ ưu tiên thấp hơn có thể
bị loại bỏ khi có tắc nghẽn xây ra.
Cơ chế phân loại các gói của một router có ảnh hưởng trực tiếp tới việc phân
chia các loại lớp dịch vụ của lưu lượng IP. Trên thực tế thì ngữ cảnh các gói phụ

15

thuộc vào bản thân thơng tin chứa trong các gói đồng thời thơng tin cấu hình được
gửi từ giao điện đến của nó.
Việc phân loại gói tin cũng là hình thức của cơ chế truyền gói dựa theo các
mức ưu tiên. Đề phân loại lớp các dịch vụ chủ yếu dựa vào thơng tin bên trong phần
header của gói.
Việc phân loại gói tin có hiệu lực do được hỗ trợ bởi một số tính năng khác
của các dịch vụ mạng Internet: điều khiển truy cập, phân biệt dịch vụ, cân bằng tải,
định dạng lưu lượng... Mỗi dịch vụ yêu cầu các thiết bị Internet phải phân loại các

gói vào trong các luồng khác nhau và thực hiện các hành động phù hợp với các gói
trong các luồng đó. Các luồng này được chỉ định bởi một bộ phân loại chứa tập hợp
các luật lệ.

Lớp quan ly hang doi (Queue management), bao gồm các hoạt động:
Thêm gói tin vào hàng đợi khi hàng đợi chưa đây.
Loại bỏ gói tin nếu hàng đợi đã đầy.
Xóa bỏ gói tin khi được yêu cầu bởi bộ lập lịch.

Thường xuyên theo dõi, kiểm tra mức độ chiếm giữ của hàng đợi.

- Danh dấu các gói tin khi hàng đợi chuẩn bi day.
Mục

đích chính của một hàng đợi trong một bộ định tuyến

dịu sự bùng phát lưu lượng đến, từ đó việc sử dụng mạng

IP la ổn định/làm

có thể đạt mức độ cao.

Các gói tin đến sẽ được đưa vào trong hàng đợi cho đến khi hàng đợi đầy. Sau đó
nếu cịn các gói tin mới đến hàng đợi thì chúng sẽ bị loại bỏ. Quản lý hàng đợi có
các tính năng sau:
-

Giảm số lượng các gói tin bị loại bỏ trong hàng đợi: các gói tin thường đi

đến hàng đợi với số lượng lớn và tốc độ khơng có định. Nếu thiết lập một kích
thước hàng đợi cố định thì sẽ khơng linh hoạt với các loại lưu lượng đến khác nhau:

chăng hạn nếu kích thước của hàng đợi quá nhỏ thì hàng đợi sẽ dễ bị tràn dẫn đến
việc loại bỏ gói tin ln xảy ra, cịn nếu đặt kích thước hàng đợi q lớn sẽ gây lãng

16


hàng đợi càng lớn, làm giảm chất lượng dịch vụ và nếu có quá nhiều đợt lưu lượng

lớn đến liên tiếp thì kích thước hàng đợi sẽ khơng đủ lớn để giữ được tất cả các lưu
lượng này, đo vậy dễ gây ra tắc nghẽn. Một giải pháp tối ưu để giải quyết tắc nghẽn
là thông báo cho các thực thể gửi của các luồng TCP tại thời điểm bắt đầu xây ra tắc
nghẽn bằng cách loại bỏ sớm gói tin, như vậy trạm nguồn nhận biết thông qua sự
kiện bị “time out”, hoặc nhận

được thông báo “duplicate K” và trạm nguồn

giảm

tốc độ gửi gói tin vào mạng. Xác suất loại bỏ gói tin sớm phụ thuộc vào kích thước

trung bình hàng đợi và hai ngưỡng minw, maxu. Do đó, trong trường hợp tắc nghẽn
thì giảm tải lưu lượng TCP trong mạng mà khơng đồng bộ tồn luồng. Đây chính là
giải pháp của thuật toán RED.
Cơ chế quản lý hàng đợi tích cực RED (Random Early Detection) lần đầu tiên
được Sally Floyd và Van Jacobson đề xuất [9] cho chức năng quản lý hàng đợi tích
cực, sau đó nó được chuẩn hố lại theo u cầu của IETE

[7]. RED

có khả năng

chống hiện tượng đồng bộ toàn cục trên toàn thể các luồng TCP, duy trì khả năng
lưu lượng truyền tải cao cũng như độ trễ thấp cùng với cách đối xử công bằng qua
đa kết nối TCP. Một trong những lý do làm cho tỷ lệ mất gói tin cao là do thiếu cơ
chế kiểm soát và điều khiến luồng. Để sớm phát hiện tắc nghẽn và hỗ trợ báo tắc
nghẽn cho trạm nguồn, tổ chức chuẩn IETEF khuyến cáo sử đụng cơ chế quản lý
hàng đợi tích cực RED tại các bộ định tuyến trên mạng Internet.

RED được thiết kế để tránh tắc nghẽn hơn là giải quyết nó, đo đó RED được
sử dụng để phát hiện ra tắc nghẽn ngay khi nó mới bắt đầu hình thành để duy trì
mạng trong miền độ trễ thấp và thơng lượng cao. Đồng thời, RED cũng giúp tránh
đồng bộ toàn cục, khi có dấu hiệu tắc nghẽn xảy ra trong mạng, thiết bị định tuyến

sẽ phải quyết định xem kết nối nào để gửi thông báo phản hồi. Bằng việc phát hiện
sớm tắc nghẽn và chỉ thông báo cho các kết nối khi cần thiết do đó tránh được hiện
tượng đồng bộ toàn thê luồng TCP.

27