NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN TRONG NGN - 8 docx

Trong phần dưới đây, thuật toán ước lượng tốc độ thực hiện trong router biên
và thuật toán giảm gói thực hiện trong router lõi được nói đến. Nhiều chi tiết về
CSFQ, chẳng hạn, giả mã cho thuật toán dùng trong router biên và lõi hay mở rộng
cơ cấu CSFQ cơ bản, có thể tìm thấy trong [8]
 Ước lượng tốc độ mỗi luồng CSFQ trong router biên.
Trong router biên tốc độ ước lượng
i
r
ˆ
của luồng i được cập nhật mỗi khi gói
mới của luồng này đến. Ước lượng tốc độ luồng được thực hiện bằng cách dùng sự
ước lượng dựa trên chuẩn hàm mũ. Với
)(k
i
t và
)(k
i
l lần lượt là thời gian đến (arrival
time) và độ dài gói k của luồng i. Sau đó,
i
r
ˆ
được cập nhật như sau:



old
i
KT

k
i
k
i
KT
new
i
re
T
l
er
k
i
k
i
ˆ
1
ˆ
/
)(
)(
/
)()(


(3.14)
với
)1()()( 

k

i
k
i
k
i
ttT
và giá trị không đổi K. Mỗi gói của luồng i được dán nhãn
với
i
r
ˆ
cập nhật mới nhất

ii
rlabel
ˆ
 (3.15)
Bổ sung vào sự ước lượng tốc độ mỗi luồng, thuật toán giảm gói của router
lõi CSFQ được thực hiện trong router biên.
 Thuật toán giảm gói CSFQ trong router lõi
Trong luồng lưu lượng, tốc độ đến tổng n luồng trong tuyến đơn của router
lõi là:




n
i
i
rA

1
(3.16)


Mỗi luồng đó phải sử dụng tốc độ phân bổ công bằng

với tốc độ đường ra C của
router lõi được khởi tạo:

 



n
i
i
rC
1
,min

(3.17)
Khi các luồng được đóng gói, A và

phải được ước lượng bởi
A
ˆ
và

ˆ
. Sau đó tốc

độ lưu lượng tổng được phép của router lõi có thể được ước lượng:

   



n
i
i
rF
1
ˆ
,
ˆ
min
ˆ

(3.18)
Tổng tốc độ đến router lõi được ước lượng dựa vào hàm mũ trung bình:



old
KTKT
Ae
T
l
e
ˆ
1A

ˆ
//
new


 (3.19)
với thời gian đến T giữa gói trước và gói hiện tại và giá trị hằng số

K . Đẳng thức
dạng tương tự được dùng để ước lượng tốc độ lưu lượng tổng
F
ˆ
cho phép bởi
router.
Nếu CA 
ˆ
trong tất cả các khoảng K
c
, đường truyền được giả thiết bị tắc
nghẽn. Nếu CA 
ˆ
trong tất cả các khoảng K
c
, đường truyền giả thiết là không bị tắc
nghẽn.
Giá trị mới cho tốc độ phân bổ bình đẳng ước lượng

ˆ
chỉ được tính sau một
khoảng mà trong đó đường truyền được phân loại thành bị tắc nghẽn và không tắc

nghẽn. Nếu đường truyền bị tắc nghẽn thì

ˆ
được cập nhật như sau:

oldnew
F
C

ˆ
.
ˆ
ˆ
 (3.20)


Nếu đường truyền không tắc nghẽn thì
new

ˆ
được thiết lập bằng tốc độ lớn
nhất của luồng tích cực bất kỳ, tức là, đến nhãn lớn nhất trong gói, trong suốt
khoảng thời gian K
c
. Thêm vào đó, hai phỏng đoán được dùng để giới hạn sự dao
động giữa các tính toán

ˆ
liên tiếp nhau.
 Sau mỗi khi hàng bị tràn,


ˆ
bị giảm bởi 1 phân số nhỏ cố định, chẳng hạn,
0.01.
 Để tránh sự điều chỉnh lại, giảm

ˆ
phải giới hạn bởi 0.25 giá trị trước đó.


ˆ
khi đó được dùng để tính toán xác suất giảm gói của các luồng. Với luồng
i, mỗi bit đang đến bị giảm trong router lõi với xác suất:








i
i
r
P
ˆ
ˆ
1,0max

(3.21)

Nếu các gói trong luồng i bị giảm, tốc độ mới
i
r của luồng i thay đổi đến xấp
xỉ

ˆ
, khi tốc độ đến của luồng i tại router lõi hay biên tiếp theo là xấp xỉ

ˆ
. Do đó,
các gói trong luồng i phải được dán nhãn lại với:



old
i
new
i
labellabel ,
ˆ
min


(3.22)
Do đó, sau khi gói đi qua router biên ở phía nhận của luồng đó nhãn của gói
chứa tốc độ luồng hiện tại mà thành phần mạng CSFQ đã cung cấp. Thông tin này
có thể được truyền đến phía nhận và truyền trở lại phía gởi để điều chỉnh tải mà
phía gởi đặt vào mạng. Nhưng CSFQ không cung cấp cơ cấu phản hồi chống tắc
nghẽn rõ. Chỉ có gói bị mất trong router lõi và biên của phần mạng có khả năng
CSFQ được dùng để góp phần khai báo ẩn cho phía gởi về tắc nghẽn (đang đe dọa)

trong 1 đoạn mạng.


3.3.4.2 FBA-TCP
Phân bổ băng thông hợp lý cho TCP (FBA-TCP) [14] (Fair Bandwidth
Allocation for TCP) là một phương pháp điều khiển lưu lượng TCP dựa trên thông
tin phản hồi về mạng được cung cấp bởi CSFQ
FBA-TCP dùng cơ cấu CSQB miêu tả trong phần trước để cải thiện điều
khiển chống tắc nghẽn trong kết nối TCP. FBA-TCP làm việc như sau: trong router
biên của vùng mạng (trong hình 3.3) FBA-TCP dùng thuật toán giống CSFQ để ước
lượng tốc độ luồng và dán nhãn gói trong luồng với tốc độ luồng ước lượng. Trong
mỗi router biên và lõi trong vùng mạng tốc độ phân bổ bình đẳng được ước lượng
và các gói của luồng bị giảm theo đẳng thức (3.21) nếu nhãn của chúng lớn hơn
phân bổ cân bằng.

Hình 3.4 Kết nối TCP đơn đi qua vùng router có khả năng CSFQ.
Đặc tính mới của FBA-TCP là router biên ở phía nhận của luồng không xoá
nhãn khỏi mỗi gói. Router biên đặt nhãn của gói vào trong mào đầu Ipv4 (hay mào
đầu mở rộng của Ipv6) để truyền trong suốt nhãn này đến TCP phía nhận qua phần


mạng không có khả năng CSFQ. Nếu hệ thống đầu cuối phía nhận của kết nối TCP
nhận gói với nhãn l hay tốc độ ước lượng
r
ˆ
, nó gởi giá trị này đến TCP phía nhận
để tính cửa sổ gởi mới mà TCP phía gởi cho phép.
Cửa sổ gởi được phép= rRTT
ˆ
. (3.23)

sử dụng RTT ước lượng. Do khả năng song công của TCP, tức là, TCP phía nhận
đồng thời là TCP phía gởi và ngược lại, nó giả thiết rằng TCP phía nhận có sự ước
lượng RTT thích hợp trong đường dẫn mạng. Giá trị nhỏ nhất của cửa sổ gởi và số
bytes hiện thời mà TCP phía nhận có thể được nhận được từ TCP phía gởi là cửa sổ
thông báo phía nhận của TCP phía nhận.
Cửa sổ thông báo phía nhận này được gởi đến TCP phía gởi trong xác nhận
TCP tiếp theo.
3.3.5 QS-TCP (Quick Start TCP):
QS-TCP (Quick Start TCP) đã được đề xuất năm 2002 bởi Jain và Floyd
trong [3] như là một cách để tăng cửa sổ khởi tạo của một kết nối TCP. Trong thủ
tục thiết lập kết nối TCP (TCP SYN và TCP SYN/ACK) phía gởi TCP chèn một
yêu cầu bắt đầu nhanh (Quick Start Request) vào gói TCP, đó chính là tốc độ khởi
tạo mà phía gởi muốn truyền. Mỗi bộ định tuyến dọc theo đường truyền xác nhận
liệu nó có thể đáp ứng yêu cầu lưu lượng mới này. Nếu nó có thể đáp ứng yêu cầu
mới này thì nó sẽ truyền yêu cầu QS đi, ngược lại nó sẽ giảm tốc độ dữ liệu đến một
giá trị phù hợp.


Để làm được điều đó bộ định tuyến cần thiết phải giám sát sự khác nhau của
trọng tải hiện tại và dung lượng sẵn sàng và những yêu cầu QS trong thời gian gần
đây. Khi yêu cầu QS (QS request) tới TCP phía nhận, một đáp ứng QS (QS
response) tương ứng được tạo ra và chèn vào một thông báo nhận được gởi trở về
phía gởi.
Nhận được đáp ứng QS, phía gởi điều chỉnh cửa sổ chống tắc nghẽn khởi tạo
theo tốc độ dữ liệu chỉ ra trong đáp ứng QS. Để tránh lưu lượng bùng phát, phía gởi
tăng dữ liệu từng bước vào cửa sổ khởi tạo. QSTCP đòi hỏi tất cả các bộ định tuyến,
phía gởi và phía nhận hỗ trợ khởi tạo nhanh (QS).
3.4 Đánh giá chung
Các phương pháp này được dùng trong mạng cơ sở IP tương lai dựa vào mức
độ mong muốn tương thích với các phương thức truyền TCP và UDP triển khai hiện

nay trong hệ thống đầu cuối. XCP, chẳng hạn, dường như là phương pháp mạnh
nhất để cải thiện toàn bộ hiệu suất của mạng, ít nhất nếu mạng là mạng tốc độ cao.
Nhưng XCP đòi hỏi đòi hỏi sự thích ứng của phương thức truyền thông trong hệ
thống đầu cuối.
Tương phản với XCP, (F)EWA không cần bất kì sự thay đổi nào trong hệ
thống đầu cuối. Nhưng (F)EWA không mạnh như XCP, cửa sổ gởi của TCP phía
gởi không thể được điều khiển chính xác như XCP.
CSFQ không cung cấp phản hồi rõ cho (TCP) phía gởi. Nó phát triển chủ
yếu để tăng tính bình đẳng giữa các luồng trong (phần) mạng. Do đó, độ gia tăng


hiệu suất khá bị giới hạn. Nhưng FBA-TCP như là sự mở rộng của CSFQ có thể là
ứng cử tiềm năng cho sự cải thiện điều khiển chống tắc nghẽn trong mạng cơ sở IP.
Bất lợi chính của FBA-TCP là các router biên trong phần mạng có khả năng CSFQ
phải chứa thông tin mỗi luồng để dán nhãn gói của luồng. Phương pháp này có thể
chỉ làm việc nếu số luồng đi qua router biên là khá ít. Sự khác nhau của XCP và
FBA-TCP là XCP dán nhãn các gói trong giao thức truyền của hệ thống đầu cuối
trong khi FBA-TCP dán nhãn (lại) các gói trong các router của phần mạng có khả
năng CSFQ.
Khuyết điểm chính của XCP là nó có sự phức tạp lớn so với các phương
pháp khác. Thêm vào đó, XCP không thể triển khai dần dần trong phần mạng. Nếu
ít nhất 1 router hay hệ thống đầu cuối trong đường dẫn mạng không thể đương đầu
với XCP, XCP không được thực hiện và TCP chuẩn được dùng thay cho nó. Nhưng
XCP hứa hẹn hệ số hiệu suất mong muốn cao nhất so với các phương pháp - ít nhất
trong mạng tốc độ cao.
3.5 Kết luận chương
Chương này đã hệ thống các phương pháp điều khiển tắc nghẽn. Các phương
pháp đó có thể triển khai dần và liệu hiệu suất của nó có giảm khi triển khai như thế
không. Mỗi phương pháp hoạt động theo một nguyên tắc khác nhau và phù hợp với
từng hoàn cảnh khác nhau. Theo ưu tiên, ứng cử viên đầy hứa hẹn cho việc điều

khiển tắc nghẽn trong mạng cơ sở IP là XCP. Do đó, nó nên được nghiên cứu chi


tiết trong các viễn cảnh và lưu lượng tải thay đổi khác nhau. Phần tiếp theo sẽ mô
phỏng điều khiển tắc nghẽn dùng thuật toán tăng giảm trong các giao thức.
Chương 4
CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG ĐIỀU KHIỂN TẮC
NGHẼN DÙNG THUẬT TOÁN TĂNG GIẢM
4.1 Giới thiệu chương
Nội dung chương 4 mô phỏng thuật toán tăng giảm. Mục đích chính là phân
tích sự hội tụ đến tính bình đẳng và hiệu quả của các thuật toán. Ở đây ta chỉ đề cập
đến thuật toán tăng giảm tuyến tính, từ đó thấy rằng AIMD là thuật toán đảm bảo
hội tụ đến tính hiệu quả và bình đẳng so với các thuật toán tăng giảm khác. Mô
phỏng cho thuật toán này được phân tích trong 4.3.1. Ngoài ra chương 4 còn mô
phỏng tính bình đẳng, hiệu quả của giao thức điều khiển tắc nghẽn TCP và XCP.
Trên thực tế tính bình đẳng, hiệu quả còn chịu nhiều ảnh hưởng khác nhau như thời
gian vòng truyền RTT không đồng nhất, sử dụng các dịch vụ khác nhau, số lượng
luồng đang truyền dữ liệu, Công cụ mô phỏng là NS2, kết quả mô phỏng là các
đồ thị và minh họa mạng NAM được phân tích trong 4.3.2.


4.2 Phương pháp và công cụ mô phỏng
4.2.1 Phương pháp phân tích
Trong đề tài này, sinh viên chọn phương pháp mô phỏng trên máy tính với
CAVT và NS-2 (Network Simulation v.2). CAVT [12] là ứng dụng Java nhỏ được
Michael Welzl xây dựng dựa trên biểu đồ vectơ Chiu/Jain [7] đã được đề cập trong
chương 2, nó cung cấp giao diện người dùng mà ta có thể thiết lập điểm bắt đầu và
quan sát quỹ đạo tương ứng bằng cách kích chuột vào biểu đồ.
NS-2 là phần mềm mã nguồn mở, mô phỏng các sự kiện rời rạc nhằm mục
đích nghiên cứu mạng, nó hỗ trợ các giao thức mạng như TCP, UDP, hoạt động của

những tài nguyên mạng như FPT, Telnet, Web, CBR và VBR, các cơ chế quản lý
hàng đợi như Drop Tail, RED và CBR, các thuật toán định tuyến NS-2 được viết
bằng C++ và OTcl.

Hình 4.1 Tổng quan về NS dưới góc độ người dùng
 OTcl Script Kịch bản OTcl
 Simulation Program Chương trình Mô phỏng