Đồ án tốt nghiệp "Nghiên cứu kĩ thuật quản lý hàng đợi trong mạng IP" pps

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN
THÔNG
THÔNG
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đề tài : Nghiên cứu kĩ thuật quản lý hàng đợi
Đề tài : Nghiên cứu kĩ thuật quản lý hàng đợi
trong mạng IP
trong mạng IP
Giáo viên hướng dẫn : Ths Nguyễn Văn Đát
Giáo viên hướng dẫn : Ths Nguyễn Văn Đát


Sinh viên thực hiện : Đỗ Thị Thanh Huyền
Sinh viên thực hiện : Đỗ Thị Thanh Huyền


Lớp : D2001VT
Lớp : D2001VT

Nội dung đề tài
Nội dung đề tài

Chất lượng dịch vụ(QoS) trong mạng
Chất lượng dịch vụ(QoS) trong mạng
gói và các kiểu mạng hỗ trợ QoS
gói và các kiểu mạng hỗ trợ QoS

Kiến trúc CQS trong router

Kiến trúc CQS trong router

Hàng đợi và các phương pháp quản
Hàng đợi và các phương pháp quản
lý hàng đợi trong việc điều khiển tắc
lý hàng đợi trong việc điều khiển tắc
nghẽn, nâng cao QoS
nghẽn, nâng cao QoS



Khái niệm QoS
Khái niệm QoS

Theo khuyến nghị E800 của ITU QoS : “kết
Theo khuyến nghị E800 của ITU QoS : “kết
quả tổng hợp của các chỉ tiêu dịch vụ, thể hiện
quả tổng hợp của các chỉ tiêu dịch vụ, thể hiện
ở mức độ hài lòng của khách hàng sử dụng
ở mức độ hài lòng của khách hàng sử dụng
dịch vụ đó”.
dịch vụ đó”.

QoS cho phép khách hàng được sử dụng dịch
QoS cho phép khách hàng được sử dụng dịch
vụ có chất lượng tốt hơn.
vụ có chất lượng tốt hơn.


NP(network performance) : là năng lực của
NP(network performance) : là năng lực của
mạng(hoặc một phần của mạng) cung cấp các
mạng(hoặc một phần của mạng) cung cấp các
chức năng liên quan tới truyền thông tin giữa
chức năng liên quan tới truyền thông tin giữa
những người sử dụng
những người sử dụng



A
NP
QoS

NET

NET
NET
NET
CEQ
CEQ
NP NP
B
Hình 1.1: Mô hình tổng quan QoS
Net 1 xử lý gói
tin tuỳ theo cấu
trúc mạng. Mạng
1 có NP1
Net n xử lý gói

tin tuỳ theo cấu
trúc mạng. Mạng
thứ n có NPn
Đo đạc QoS
đầu cuối

Kiến trúc cơ bản của QoS
Kiến trúc cơ bản của QoS
Queue, shaping
management
QoS signaling
client
host

5 tham số cơ bản của QoS
5 tham số cơ bản của QoS

Latency (độ trễ)
Latency (độ trễ)



Loss (độ mất gói)
Loss (độ mất gói)

Jitter
Jitter

Throughput (Thông lượng)
Throughput (Thông lượng)


Availabily (Độ khả dụng)
Availabily (Độ khả dụng)



Dịch vụ phân biệt (DiffServ)
Dịch vụ phân biệt (DiffServ)
Ưu điểm :
•
Không yêu cầu báo hiệu cho
từng luồng
•
Không yêu cầu thay đổi tại
các máy chủ hay các ứng dụng
để hỗ trợ dịch vụ ưu tiên
Nhược điểm :
+Không có khả năng
cung cấp băng thông
và độ trễ đảm bảo
+Yêu cầu bộ classìier
chất lượng cao tại biên

Dịch vụ tích hợp (Interserv)
Dịch vụ tích hợp (Interserv)
Ưu điểm :

Tối ưu hoá hiệu suất sử dụng tài nguyên

Cung cấp dịch vụ tốt nhất

Nhược điểm :

Tăng gánh nặng xử lý cho Router

Tăng kích cỡ mạng
Ứng dụng
setup
Phân loại
Lập lịch
setup
Routing P/
database
Phân loại
Lập lịch
Điều khiển
chấp nhận
Các bản tin setup đặt trước
Data
IP data

Đánh giá về DS và IS
Đánh giá về DS và IS

IntServ :
IntServ :

Đảm bảo QoS từ đầu cuối đến đầu cuối
Đảm bảo QoS từ đầu cuối đến đầu cuối

Các router phải duy trì trạng thái cho mỗi

Các router phải duy trì trạng thái cho mỗi
luồng thông tin
luồng thông tin

Tối ưu về sử dụng tài nguyên mạng
Tối ưu về sử dụng tài nguyên mạng

Sử dụng cho mạng truy nhập
Sử dụng cho mạng truy nhập

Diffserv :
Diffserv :

Đảm bảo QoS từng chặng
Đảm bảo QoS từng chặng

Gánh nặng xử lý router nhẹ hơn, đơn giản
Gánh nặng xử lý router nhẹ hơn, đơn giản

Sử dụng trong mạng lõi
Sử dụng trong mạng lõi

Cấu trúc Router
Cấu trúc Router

Router là thiết bị hoạt động tại lớp 3 (mô
Router là thiết bị hoạt động tại lớp 3 (mô
hình OSI) có chức năng định tuyến và
hình OSI) có chức năng định tuyến và
chuyển mạch gói tin tới giao diện đầu ra.

chuyển mạch gói tin tới giao diện đầu ra.

Cấu trúc gồm 3 phần:
Cấu trúc gồm 3 phần:


+Giao diện vào/ra
+Giao diện vào/ra


+Bộ chuyển gói
+Bộ chuyển gói


+Bộ quản lý
+Bộ quản lý

Cấu trúc bộ xử lý gói trong Router
Cấu trúc bộ xử lý gói trong Router
Forwarding table
Policing
Marking
Queue
Sche
Sw
fabric
Classification
FIB
FIB
FIB

IP header IP payload
Input
Output

Kiến trúc CQS trong router
Kiến trúc CQS trong router
Gồm 3 tầng :
Gồm 3 tầng :

Tầng phân loại (Classification)
Tầng phân loại (Classification)

Hàng đợi (Queue)
Hàng đợi (Queue)

Tầng lập lịch (Schedular)
Tầng lập lịch (Schedular)

Kiến trúc CQS
Kiến trúc CQS
Phân loại gói
tin dựa trên
trường TOS,
DS, TC trong
header
Xử lý gói tin
dựa vào các
kĩ thuật
quản lý
Queue

Quyết
định đưa
gói ra từ
hàng đợi
nào

Các loại hàng đợi trong Router
Các loại hàng đợi trong Router
1.Hàng đợi đơn giản
1.Hàng đợi đơn giản
Server
Thời gian xếp hàng
Thời gian đợi
Thời gian xử lý
Đợi gói
trước được
xử lý
Xử lý gói đưa
ra giao diện
đầu ra

Các loại hàng đợi trong Router(tiếp)
Các loại hàng đợi trong Router(tiếp)
2. Hàng đợi ưu tiên (PQ)
2. Hàng đợi ưu tiên (PQ)
high
Medium
Normal
low
Classf

Phân
loại gói
theo độ
ưu tiên
Lập lịch
theo độ
ưu tiên
của gói

Các loại hàng đợi trong Router
Các loại hàng đợi trong Router
3. Hàng đợi cân bằng FQ
3. Hàng đợi cân bằng FQ
Queue 1
Queue 2
Queue 3
Lựa chọn
gói ở hàng
đợi tiếp
theo

Kĩ thuật quản lý hàng đợi : Droptail
Kĩ thuật quản lý hàng đợi : Droptail
Chiều dài hàng đợi
Max
P
100%
0 nếu q<max
P(q)=
1 nếu q>max

Loại bỏ
hoàn toàn
các gói
đến

Kĩ thuật quản lý hàng đợi : Droptail
Kĩ thuật quản lý hàng đợi : Droptail


1. Ưu điểm :
1. Ưu điểm :

Đơn giản, dễ quản lý
Đơn giản, dễ quản lý

Phù hợp với loại lưu lượng không yêu cầu độ
Phù hợp với loại lưu lượng không yêu cầu độ
ưu tiên
ưu tiên
2. Nhược điểm :
2. Nhược điểm :

Dễ gây ra loại bỏ đa gói trong một luồng
Dễ gây ra loại bỏ đa gói trong một luồng



Gây ra hiện tượng độc quyền của một kết nối
Gây ra hiện tượng độc quyền của một kết nối


Không sử dụng với lưu lượng có độ ưu tiên
Không sử dụng với lưu lượng có độ ưu tiên

Thu
Thu
ật toán RED (Random Early
ật toán RED (Random Early
Detection)
Detection)

Phát hiện tắc nghẽn trước khi xảy ra
Phát hiện tắc nghẽn trước khi xảy ra

Tránh đồng bộ trên toàn thể luồng TCP
Tránh đồng bộ trên toàn thể luồng TCP

Tránh tắc nghẽn bằng cách điều khiển kích
Tránh tắc nghẽn bằng cách điều khiển kích
thước hàng đợi trung bình
thước hàng đợi trung bình

Kích thước hàng đợi trung bình(avg)
Kích thước hàng đợi trung bình(avg)


avg
avg
i
i
= avg

= avg
(i-1)
(i-1)
+ w(q-avg)
+ w(q-avg)


(1)
(1)

Xác suất loại bỏ gói (P
Xác suất loại bỏ gói (P
b
b
)
)


P
P
b
b
= max
= max
p
p
(avg-min
(avg-min
th
th

)/(max
)/(max
th
th
-min
-min
th
th
) (2)
) (2)

Thuật toán : RED(Random Early
Thuật toán : RED(Random Early
Detection)
Detection)
P
b
avg
1
max
p
min
th
max
th
Không
loại bỏ
gói
Loại bỏ
các gói

bị đánh
dấu
Loại bỏ
hoàn
toàn các
gói đến

Thuật toán RED(Random Early
Thuật toán RED(Random Early
Detection)
Detection)
Các tham số của RED :
Các tham số của RED :

Xác suất loại bỏ gói (P
Xác suất loại bỏ gói (P
b
b
)
)

Kích thước hàng đợi trung bình (avg)
Kích thước hàng đợi trung bình (avg)

Trọng số của hàng đợi (w)
Trọng số của hàng đợi (w)

Giá trị ngưỡng min
Giá trị ngưỡng min
th

th
, max
, max
th
th

Xác suất loại bỏ gói lớn nhất max
Xác suất loại bỏ gói lớn nhất max
p
p



Thuật toán RIO(RED In/Output)
Thuật toán RIO(RED In/Output)
1. Cấu trúc Router đầu vào
1. Cấu trúc Router đầu vào
TC
TC
Rate
controller
QoS controller hander
T
r
a
f
f
i
c

C
l
a
s
s
i
f
i
e
r
To core
Router
QoS control packet
From egress Router
Traffic from
end host

Thuật toán RIO (tiếp)
Thuật toán RIO (tiếp)
2. Cấu trúc Router đầu ra
2. Cấu trúc Router đầu ra
T
r
a
f
f
i
c

c

l
a
s
s
i
f
i
e
r
TC
TC
QoS controller hander
Traffic from
Core Router
QoS control packet
To ingress router

Thuật toán RIO (tiếp)
Thuật toán RIO (tiếp)
max
th
P
b
1
max
p
min
th
avg
max

p
1
max
th
min
th
avg
P
b
In packet Out packet

Thuật toán RIO(tiếp)
Thuật toán RIO(tiếp)

RIO hoạt động theo 3 pha :
RIO hoạt động theo 3 pha :

Pha 1: khoảng hoạt động bình thường [0,min
Pha 1: khoảng hoạt động bình thường [0,min
in
in
)
)

Pha 2 : tránh tắc nghẽn [min
Pha 2 : tránh tắc nghẽn [min
in
in
,max
,max

in
in
)
)

Pha 3 : điều khiển tắc nghẽn [max
Pha 3 : điều khiển tắc nghẽn [max
in
in
, ∞)
, ∞)

RIO loại bỏ gói Out đầu tiên khi có dấu hiệu
RIO loại bỏ gói Out đầu tiên khi có dấu hiệu
tắc nghẽn
tắc nghẽn

Loại bỏ toàn bộ gói Out khi tắc nghẽn xảy ra
Loại bỏ toàn bộ gói Out khi tắc nghẽn xảy ra

Kích thước hàng đợi bé độ thông qua cao
Kích thước hàng đợi bé độ thông qua cao