Phân tích đánh giá một số thuật toán quản lý hàng đợi tích cực trong TCP Network

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu




P

Trang 1




ĐẠI HỌC THÁI NGUN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CƠNG NGHIỆP






LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT



NGÀNH:


PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ

MỘT SỐ THUẬT TỐN QUẢN LÝ HÀNG ĐỢI

TÍCH CỰC TRONG TCP NETWORK










TN
2012

THÁI NGUN 2012
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu




P

Trang 2
ĐẠI HỌC THÁI NGUN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CƠNG NGHIỆP

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT


PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ THUẬT TỐN

QUẢN LÝ HÀNG ĐỢI TÍCH CỰC TRONG TCP NETWORK


23


Ngành:
Mã số: 60.52.70
Học viên:
Người HD Khoa học: PGS.TS







THÁI NGUN – 2012
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu




P

Trang 3


CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN CÁC THUẬT TỐN VỀ QUẢN LÝ HÀNG ĐỢI
1.1 Truyền dữ liệu trên một hệ thống mạng
Trong các hệ thống truyền số liệu, thơng tin muốn gửi đi được chia thành các
đơn vị dữ liệu nhỏ gọi là gói tin (packet). Ngồi việc gửi đi các gói tin, phía phát
đồng thời đóng gói những thơng tin điều khiển việc vận chuyển gói tin và đặt nó ở
đầu của mỗi gói tin (packet header). Trong một
địa chỉ nguồn để chỉ rõ địa chỉ nơi gửi gói tin đó. Packet header cũng chứa địa
chỉ IP đích (distination IP address) là nơi gói tin phải chuyển đến. Các bộ định
tuyến sẽ dùng địa chỉ đích này để xác định đích đến của gói tin. Và thực hiện việc
chuyển gói tin đến đúng địa chỉ.
Đa số các trường hợp, thiết bị phát và thiết bị thu khơng được nối trực tiếp với
nhau mà chúng phải thơng qua các bộ định tuyến trung gian. Trong những trường
hợp này, thiết bị gửi sẽ gửi các gói tin tới bộ định tuyến mà nó được nối trực tiếp.
Bộ định tuyến này sẽ sử dụng địa chỉ đích (địa chỉ nơi nhận) của gói tin như một
chìa khóa để tìm kiếm dữ liệu thơng tin về lộ trình và đưa ra quyết định chuyển tiếp
các gói tin. Nếu bộ định tuyến này và thiết bị thu được kết nối trực tiếp với nhau thì

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu




P

Trang 4
1.1: Kiến trúc mạng đơn giản
nó sẽ chuyển các gói tin đến thẳng thiết bị thu. Nếu khơng phải nối trực tiếp, bộ
định tuyến này sẽ chuyển gói tin đến một bộ định tuyến khác mà nó biết được qua
q trình phân tích thơng tin theo lộ trình ở trên. Q trình như vậy được lặp lại cho
đến khi gói tin được chuyển đến một bộ định tuyến được kết nối trực tiếp với thiết
bị thu và được chuyển đến đích cuối cùng.
Trong một hệ thống mạng, một bộ định tuyến (router) thường có nhiều giao diện
mạng gắn với những mối liên kết khác nhau như trong hình 1.2. Những liên kết này
dùng để kết nối với các bộ định tuyến khác hay kết nối với các mạng con
(subnetwork). Một router sau khi nhận được một gói tin sẽ sử dụng địa chỉ nơi nhận
và dữ liệu thơng tin lộ trình của gói tin để xác định liên kết đầu ra cho gói tin đó.
Khi có nhiều gói tin từ nhiều nguồn khác nhau cùng đến router với một lộ trình đầu
ra giống nhau thì chỉ có duy nhất một gói tin được đáp ứng còn các gói tin còn lại bị
đẩy vào một hàng đợi tại mối liên kết đầu ra mà chúng u cầu. Khi nhịp độ đến
router của các gói tin như vậy tăng lên, chúng sẽ tiếp tục được đưa vào hàng đợi đó.
Thơng thường, hàng đợi này sẽ được duy trì với cơ chế FIFO (first in first out).
Với cơ chế này thì những gói tin đến sau sẽ được xếp vào cuối hàng đợi. Nếu mức
độ chuyển các gói tin đi của router lớn hơn mức độ các gói tin khác đến router thì
sau một khoảng thời gian nào đó hàng đợi sẽ trở nên rỗng. Ngược lại, nếu mức độ
chuyển các
gói tin đi nhỏ hơn mức độ các gói tin khác đến router thì sau một khoảng thời gian
hàng đợi sẽ đầy. Khi đó, router sẽ phải loại bỏ các gói tin theo một cơ chế nào đó,

nếu khơng hiện tượng tắc nghẽn sẽ xảy ra. [1].
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu




P

Trang 5
Hình 1.2: Kiến trúc cơ bản của một router
1.2. Điều khiển tắc nghẽn
1.2.1. Khái niệm
Trong q trình hoạt động, mạng có thể rơi vào trạng thái khơng đủ khả năng
đáp ứng các chỉ tiêu chất lượng cho các kết nối đã được thiết lập hay cho một u
cầu kết nối mới do sự biến đổi bất thường, khơng dự đốn được của dòng lưu lượng
cùng với tình trạng lỗi của các phần tử mạng (các chuyển mạch, đường truyền, …).
Trạng thái này được gọi là tắc nghẽn.
Các gói tin đi vào và đi ra các bộ đệm, hàng đợi thường dưới dạng bó từ một
hoặc nhiều nguồn khác nhau. Các bộ đệm sẽ giúp các router lưu trữ các bó cho đến
khi chúng được chuyển đi. Khi các bó gói tin đến vượt qua kích thước bộ đệm thì
các gói đến sau sẽ bị loại bỏ. Để khắc phục điều này, việc tăng bộ đệm khơng phải
là giải pháp tốt vì khi kích thước bộ đệm q lớn thì sẽ tạo ra trễ lớn. Tắc nghẽn xảy
ra khi lưu lượng từ nhiều tuyến đổ dồn về một tuyến và tuyến này khơng có khả
năng xử lý hết được. Tắc nghẽn cũng xảy ra ngay bên trong bản thân router tại
mạng lõi của mạng khi các node nhận được nhiều lưu lượng hơn so với thiết kế của
nó.
Khi mạng xảy ra tắc nghẽn nếu khơng được xử lý kịp thời sẽ gây ra các hậu quả
nghiêm trọng: các gói tin khơng được xử lý, khơng chuyển được đến đầu cuối người
nhận và gây ùn tắc trong mạng, mạng khơng hoạt động được trong thời gian dài sẽ
khơng thể truyền tải được giữ liệu, các thành phần có thể bị hư hỏng. Do đó vấn đề

quan trọng là phải điều khiển được tắc nghẽn trong mạng. Đó có thể là hành động
điều khiển để phòng tránh tắc nghẽn và cũng có thể là điền khiển tắc nghẽn khi nó
đã xảy ra.
1.2.2. Các kỹ thuật được sử dụng trong quản lý tắc nghẽn
- Điều khiển luồng phía đầu cuối: đây khơng phải lược đồ điều khiển tắc nghẽn
nhưng cũng là cách để tránh trường hợp phía phát gửi q nhiều lưu lượng vượt qua
cả khơng gian bộ đệm chia thu.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu




P

Trang 6
- Điều khiển tắc nghẽn mạng: trong lược đồ này, các hệ thống đầu cuối giảm tốc
độ của luồng lưu lượng để tránh tắc nghẽn trong mạng, cơ chế này tương tự như
điều khiển luồng đầu cuối, nhưng mục đích chính là để giảm tắc nghẽn trong mạng
chứ khơng phải phía thu.
- Tránh tắc nghẽn trên cơ sở mạng: trong lược đồ này, router sẽ cố gắng dò tìm
ra tắc nghẽn khi nó có khả năng xảy ra, và cố gắng giảm tốc độ của luồng đầu vào
trước khi hàng đợi đầy.
- Phân phối tài ngun: kỹ thuật bao gồm tiến trình lập lịch có sử dụng các mạch
vật lý hoặc các luồng tài ngun khác. Một mạch ảo được xây dựng qua nhiều
chuyển mạch cùng với băng thơng đảm bảo cũng là một loại phân phối tài ngun.
Kỹ thuật này rất khó nhưng nó có khả năng loại trừ tắc nghẽn trong mạch bằng việc
khóa các lưu lượng vượt q khả năng của mạng.
Giải pháp quan trọng nhất trong điều khiển tắc nghẽn đó là sử dụng kỹ thuật
quản lý hàng đợi. Các bộ đệm trong các thiết bị mạng được quản lý bởi rất nhiều kỹ
thuật hàng đợi. Nói đúng ra quản lý hàng đợi có thể tối thiểu hóa việc mất gói trong

mạng và tắc nghẽn xảy ra cũng như cải thiện được hiệu năng của mạng.
Kỹ thuật hàng đợi cơ bản nhất là FIFO, các gói được xử lý theo trật tự mà chúng
đến hàng đợi, còn hàng đợi ưu tiên sử dụng cấu trúc đa hàng đợi với các mức ưu
tiên khác nhau sẽ ưu tiên xử lý các gói quan trọng nhất và truền tới các node kế tiếp.
Một kỹ thuật hàng đợi quan trọng nữa là tự ấn định các luồng cho chính bản thân
các hàng đợi. Với các luồng khác nhau thì độ ưu tiên cũng được khác nhau, và mỗi
luồng đều được xử lý để chắc chắn rằng chúng khơng làm tràn hàng đợi. Việc tách
rời các hàng đợi theo các này đảm bảo rằng các hàng đợi sẽ chỉ chứa các gói từ một
nguồn đơn lẻ.
1.2.3. Điều khiển tắc nghẽn và tránh tắc nghẽn trong mạng TCP
Trong những năm 1980 Internet dễ xảy ra hiện tượng “sụp đổ tắc nghẽn”, do có
q ít chức năng điều khiển quản lý mạng. Các kết nối đơn lẻ sử dụng điều khiểu
luồng giữa những người gửi và người nhận để tránh phía gửi làm tràn lưu lượng tại
phía nhận.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu




P

Trang 7
Nhưng việc điều khiển luồng trong thời điểm đó mới chỉ tránh tràn lụt lưu lượng
tại các bộ đệm phía thu chứ chưa giải quyết được tại các bộ đệm phía trong các
node mạng. Tuy nhiêu lưu lượng sử dụng trên mạng Intrernet ngày đó chưa lớn và
nó bao gồm một số lượng các kết nối tốc độ chậm do đó vấn đề tắc nghẽn khơng
quan trọng như ngày nay.
Sau những năm 1980 Van Jacopson đã phát triển các cơ chế điều khiển tắc
nghẽn, tạo ra các đáp ứng TCP để hạn chế tắc nghẽn trong mạng. Nền tảng cơ bản
là loại bỏ các gói sẽ làm cho các host ngừng lại hoặc chậm dần.

Thơng thường khi một host nhận một gói hoặc một tập các gói thì nó sẽ gửi một
ACK (acknowlegement) cho phía phát để thơng báo là đã nhận được gói tin. Cơ chế
cửa sổ cho phép host nhận đa gói tin mà chỉ dùng một ACK. Việc phía gửi khơng
nhận được ACK chứng tỏ rằng phía thu bị tràn bộ đệm hoặc mạng bị nghẽn do đó
phía phát phải dừng việc chuyển gói hoặc giảm tốc độ.
Một chiến lược được đưa ra là “Giảm theo cấp số nhân, tăng theo cấp số cộng”
để điều chỉnh số lượng các gói đến trong cùng một thời điểm. Nếu vẽ lược đồ về
luồng dữ liệu ta sẽ thấy số lượng các gói tăng lên cho đến khi có tắc nghẽn xuất
hiện trong mạng (tăng theo cấp số cộng) và khi gói bắt đầu bị loại bỏ thì ta giảm
nhanh các gói truyền cho đến khi việc truyền gói bắt đầu dừng (giảm theo cấp số
nhân). Kích thước cửa sổ sẽ lần lượt giảm một nửa khi có tắc nghẽn xảy ra. Các
host sẽ tìm ra tốc độ truyền dẫn tối ưu bằng việc thường xun kiểm tra mạng với
tốc độ cao hơn. Thỉnh thoảng tốc độ truyền cao hơn này được chấp nhận nhưng khi
mạng bận thì các gói bắt đầu bị loại bỏ và host lại quay trở lại tốc độ ban đầu. Lược
đồ này coi mạng như một hộp đen loại bỏ các gói khi có tắc nghẽn. Do đó điều
khiển tắc nghẽn được thực hiện bới các hệ thống đầu cuố
gói là để chỉ thị tắc nghẽn. Phía người gửi sẽ truyền một số lượng lớn các file để
đẩy lên tốc độ cao hơn cho tới khi nó đạt được tất cả băng thơng. Các host khác có
thể gặp vài vấn đề khi chuyển gói qua mạng. Các host bị túm lấy băng thơng thì chỉ
truyền tải được rất ít lưu lượng quan trọng.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu




P

Trang 8
Tất nhiên, mạng có thể sử dụng vai trò tích cực trong điều khiển tắc nghẽn. Cơ
chế điều khiển và tránh tắc nghẽn có thể chia ra thành các q trình:

- Khơi phục tắc nghẽn: hồn trả lại trạng thái hoạt động của mạng khi u cầu
vượt q khả năng.
- Đốn trước được tắc nghẽn xảy ra và có thể phòng tránh được khơng cho tắc
nghẽn có thể xảy ra.
Ngày nay tránh tắc nghẽn là cơng cụ cải thiện hiệu năng và QoS trong mạng
Internet. Chuẩn RFC 2309 (giới thiệu quản lý hàng đợi và tránh tắc nghẽn trong
Internet) đưa ra cơ chế tránh tắc nghẽn dựa trên cơ cấu router. Cơ chế này chia ra
thành các thuật tốn quản lý hàng đợi và thuật tốn lập lịch.
Mục đích quan trọng là tối thiểu số lượng các gói bị loại bỏ. Nếu một host
truyền tại tốc độ cao hơn và mạng bị nghẽn thì số lượng các gói bị mất sẽ tăng
RFC2309 chỉ ra rằng thà chấp nhận các luồng dạng bó đến làm tràn hàng đợi còn
hơn là cố gắng duy trì trạng thái khơng đầy của hàng đợi.
TCP có xử lý điều khiển tắc nghẽn, UDP được điển hình sử dụng cho các luồng
video và audio thời gian thực bởi vì nó khơng cần khơi phục lại các gói bị mất.
UDP là giao thức truyền tải khơng đảm bỏa do nó khơng truyền lại các báo hiệu
ngược trở lại nguồn. Các luồng UDP khơng thể được điều khiển bởi các điều khiển
tắc nghẽn như trong TCP truyền thơng.
Trong chuẩn RFC 2581 giới thiệu 4 thuật tốn cho điều khiển tắc nghẽn: Khởi
đầu chậm, truyền lại nhanh, khơi phục nhanh, tránh tắc nghẽn.
Điều khiển tắc nghẽn khởi đầu chậm:
Khởi đầu chậm làm giảm ảnh hưởng của bó khi một host đầu tiên được truyền.
Nó u cầu một host khởi đầu việc truyền dẫn của nó chậm hơn, sau đó nó sẽ xử lý
các điểm có tắc nghẽn xảy ra. Một host lúc đầu khơng biết có bao nhiêu gói được
gửi do đó nó sẽ sử dụng cách khởi đầu chậm để định giá dung lượng của mạng. Một
host bắt đầu việc truyền dẫn bằng cách gửi hai gói tin tới phía thu. Khi phía thu
nhận được các segment thì nó sẽ gửi phản hồi lại phía nhận một ACK để xác nhận.
Phía phát sẽ tăng số gói gửi theo cơ số hai, tức là sẽ gửi 4 gói. Việc chỉ thị này tiếp
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

P

Trang 9
tục tại phía phát cho đến khi khơng nhận được phản hồi ACK. Việc chỉ thị này cho
thấy khả năng xử lý lưu lượng của mạng hoặc khả năng xử lý lưu lượng tới của phía
thu.
Khởi đầu chậm khơng có khả năng ngăn chặn tắc nghẽn mà nó chỉ giúp cho các
host tránh được trạng thái tắc nghẽn tạm thời. Nếu một host gửi q nhiều gói thì nó
sẽ gây ra nghẽn mạng, tràn bộ đệm và các gói sẽ bị loại bỏ. Nhưng trong một số ứng
dụng mới như: thoại qua IP thì khơng thể chấp nhận được trễ gây ra bởi việc khởi
đầu chậm, do đố trong một số trường hợp thì mạng sẽ khơng sử dụng kiểu này:
- Khơi phục và truyền lại nhanh:
Truyền lại và khơi phục lại nhanh là các thuật tốn được thiết kế để tối thiểu hóa
việc loại bỏ gói khi truyền trong mạng. Cơ cế truyền lại nhanh suy luận từ cơ chế
truyền TCP. Phía thu sẽ gửi các báo hiệu tới phía gửi rằng nó nhận được các gói
khơng theo trật tự. Kỹ thuật này sẽ phải gửi rất nhiều bảo sao ACK tới phía phát.
Đây là cách để chỉ thị cá gọi bị mất. Thay cho việc chờ đợi phản hồi ACK cho đến
khi hết thời gian thì nguồn gửi sẽ tự phát lại gói khi nhận được 3 bản sao ACK.
Việc này xảy ra trước khi thời gian hết hạn do đó chúng cải thiện được khả năng
thơng qua của mạng. Ví dụ khi một host nhận được gói thứ 5 và 7 (mà khơng nhận
được gói thứ 6) thì nó sẽ gửi phản hồi ACK cho gói thứ 5 khi nó nhận được gói thứ
7.
Khơi phục nhanh là cơ chế thay thế cho kiểu khởi đầu chậm khi truyền lại nhanh
được sử dụng. Các ACK vẫn tiếp tục được truyền để chỉ thị có bị mất gói hay khơng
cho tới khi phía nguồn nhận được ACK có số thứ tự cao hơn gói bị mất. Trong
trường hợp đó có nghĩa là có một gói đơn bị mất và mạng khơng bị nghẽn hồn
tồn. Do đó phía phát khơng cần thiết phải quay trở lại khởi động chậm ngay lập tức
mà chỉ cần giảm tốc độ truyền xuống bằng một nửa so với tốc độ ban đầu.

. Tránh tắc nghẽn bằng cách sử dụng quản lý hàng đợi tích cực:
Việc loại bỏ gói là hồn tồn khơng hiệu quả. Nếu một host bị ngập tràn và tức
nghẽn xảy ra thì sẽ có rất nhiều gọi bị mất. Do đó việc loại bỏ tắc nghẽn sắp xảy
đến và quản lý tắc nghẽn tích cực là điều rất cần thiết. Để thực hiện điều này ta sử
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu




P

Trang 10
dụng quản lý hàng đợi tích cực và lập lịch. Quản lý hàng đợi là một kỹ thuật mà các
router loại bỏ gói một cách tích cực từ ngay trong hàng đợi để tránh tràn hàng
đợi,và giảm tốc độ.
1.3. Các kĩ thuật hàng đợi trong Router
1.3.1. Giới thiệu hàng đợi trong Router
Lý thuyết hàng đợi nảy sinh một cách tự nhiên trong việc nghiên cứu các chuyển
mạch kênh, và chuyển mạch gói. Trong các mạng chuyển mạch kênh, cuộc gọi đến
chuyển mạch ngẫu nhiên, mỗi cuộc gọi sẽ giữ kênh trong một khoảng thời gian
ngẫu nhiên nào đó. Trong mạng chuyển mạch gói, các gói tin với các chiều dài khác
nhau đi qua mạng, tài ngun mạng (các chuyển mạch, kết nối sẽ được chia sẻ cho
các gói). Các bản tin được định tuyến đến các node tiếp theo. Thời gian sử dụng bộ
đệm (trễ hàng đợi) là một vấn đề quan trọng trong truyền dẫn thơng tin. Thời gian
này phụ thuộc vào các thời gian xử lý, độ dài bản tin hay thời gian chờ xử lý khi
chưa có tài ngun sử dụng.
Trong các ứng dụng tương tác và thời gian thực thì thời gian trả lời trung bình
được xem như một tiêu chuẩn quan trọng còn trong các ứng dụng khác thì thơng
lượng lại là điều quan trọng nhất. Việc mơ tả hàng đợi theo lý thuyết tốn học rất
phức tạp nên ta chỉ mơ tả chúng them mơ hình đơn giản để sử dụng trong các mạng

IP.









Hình 1.3. Mơ hình hàng đợi đơn giản trong mạng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu




P

Trang 11
Tin tức (có thể là gói tin hay bản tin) đến hệ thống để u cầu phục vụ. Nếu
server rỗi thì gói tin sẽ được phục vụ ngay lập tức, ngược lại chúng sẽ được lưu giữ
trong các hàng đợi. Khi rời khỏi hàng đợi các gói sẽ được xử lý.
Các tham số cơ bản liên quan tới hàng đợi:
Bảng 1.1: Bảng các tham số cơ bản của hàng đợi

Tham số
Kí hiệu
Chú thích
Tốc độ đến TB

Các gói tin đến hệ thống hàng đợi với
vận tốc trên một đơn vị thời gian (s)
Tốc độ rời khỏi TB
µ
Các gói tin rời khỏi hệ thống với tốc
độ µ trên một đơn vị thời gian
Hiệu suất sử dụng dịch
vụ
P
Là khoảng thời gian server bận do phải
xử lý, đo bằng P= /µ
Độ dài TB
L
w

Là số gói nằm trong hàng đợi trung
bình tại tất cả các thời điểm t
Thời gian đợi TB
T
w
Có hai định nghĩa:
Thứ nhất: được tính bằng tất cả thời
gian gói tin đến xử lý (bao gồm cả các gói
khơng phải chờ trong hàng đợi)
Thứ hai: chỉ tính TB thời gian các gói
tin phải chờ trong hàng đợi
Thời gian phục vụ TB
T
s

Thời gian TB giữa thời điểm gửi gói
tới server và thời điểm rời khỏi server
Độ dài hàng đợi TB
L
q
Số gói trung bình trong hệ thống, bao
gồm các gói đang được sử dụng và các gói
đang chờ trong hàng đợi.
Thời gian xếp hàng TB
T
q
Thời gian các gói ở trong hệ thống

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu




P

Trang 12
Các gói đến hàng đợi với tốc độ thay đổi và đây là một q trình poisson, thời
gian phục vụ có phân bổ mũ tốc độ µ (thực chất là thời gian trung bình mà các gói
tin rời khỏi hàng đợi). Khi các gói đến hệ thống tăng thì hiệu suất sử dụng hệ thống
cũng tăng, dẫn tới tắc nghẽn có khả năng xảy ra. Với p = 1 thì các server bão hòa do
đó tốc lớn nhất theo lý thuyết mà hệ thống có thể xử lý được là:
max
=1/Ts
Tại
max

thì

kích thước hàng đợi rất dài khơng thể kiểm sốt được. Trong thực tế
thời gian trả lời và những u cầu kích thước hàng đợi giới hạn tốc độ đầu vào của
thơng tin là 70 – 90% so với
max
theo lý thuyết.
Tại các router và chuyển mạch trong phần lõi của kiến trúc các dịch vụ phân biệt
của mạng Internet có các thuật tốn lập lịch và quản lý hàng đợi. Ngày nay, kiến
trúc dịch vụ phân biệt bao gồm hàng đợi cân bằng có trọng số (WFQ) cùng kĩ thuật
tách sớm có trọng số (WRED) được ứng dụng rộng rãi. Các kĩ thuật trên được sử
dụng trong mạng Internet làm nhiệm vụ điều khiển tắc nghẽn và điều khiển luồng
lưu lượng trong mạng. Điền khiển tắc nghẽn là vấn đề quan trọng cần giải quyết
trong việc truyền tin trong mạng. Nó sử dụng hai cơ chế độc lập:
- Cơ chế điều khiển vòng kín (Closed Loop Control): điều khiển việc truyền các
gói từ các nguồn đầu cuối tới đích.
- Các thuật tốn lập tích vòng hở (Opened Loop Control): ràng buộc độ ưu tiên
được cấu hình từ trước và phân phối băng thơng cho các kết nối.
Hệ thống điều khiển vòng kín bao gồm các thuật tốn nguồn được điều khiển
bởi các thuật tốn kết nối. Thuật tốn nguồn này là bất kì giao thức nào được truyền
tải trên mạng Internet (ví dụ: TCP, UDP, RTP) và chúng khơng nhất thiết phải có
phản hồi đáp ứng với tắc nghẽn. Các thuật tốn điều khiển kết nối hay còn gọi là
các thuật tốn quản lý hàng đợi (hoặc quản lý hàng đợi tích cực AQM). Các thuật
tốn AQM bao gồm thuật tốn loại bỏ đi, thuật tốn phát hiện sớm ngẫu nhiên
(RED). Thuật tốn AQM thực hiện việc báo hiệu tới nguồn bằng việc đánh dấu các
gói, thơng báo tắc nghẽn tường minh (ECN) hay loại bỏ các gói.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

P

Trang 13
Các thuật tốn lập tích vòng mờ quyết định xem gói nào sẽ được gửi kế tiếp.
Thuật tốn này quyết định trật tự các gói truyền dẫn trên cơ sở trật tự sắp xếp các
gói đến và các lớp lưu lượng ưu tiên trong gói.
Dịch vụ phân biệt sử dụng 3 bit trong tiêu đề mỗi gói để định nghĩa lớp. Q
trình lập lịch của gói điều khiển trật tự truyền dẫn giống như phân bố băng thơng
tương ứng cho mỗi lớp dịch vụ. Lập lịch bao gồm các thuật tốn liên quan tới hàng
đợi: hàng đợi FIFO, hàng đợi cân bằng có trọng số WFQ, và các thuật tốn lập lịch
như: Thuật tốn RR, thuật tốn PS.

Hình 1.4: Tiến trình xử lý hàng đợi trong router
Để hiểu rõ về các hàng đợi được sử dụng trong có chế điều khiển tắc nghẽn ta
phải trả lời các câu hỏi:
- Các gói sẽ được sắp đặt như thế nào trong hàng đợi:
- Thứ tự hay cách thức nào mà các thiết bị mạng phục vụ các hàng đợi của
chúng?
- Các hoạt động nào cảu mạng để đối xử với các bó lưu lượng và hàng đợi bị
tràn?
Ở ví dụ mơ tả trong hình 1.4, router được xem như hộp lớn, trong đó có các
thành phần thực hiện việc truyền thơng tin. Trong ví dụ này ta xét router có 2 giao
diện. Gói tin đi từ mạng A tới mạng B. Mạng A tiếp xúc với router qua giao diện
IF0, mạng B tiếp xúc với router qua giao diện IF1. Sau khi các gói được đưa đến từ
giao diện IF0 sẽ được đặt vào trong h đợi queue 0 (hàng đợi đầu vào). Tiếp theo
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

P

Trang 14
các gói đi vào trong router và được định hư ng tới router kế tiếp dựa trên địa chỉ
đích lưu giữ trong một phần header của gói tin, một số gói tin đi từ hàng đợi queue
0 được đưa vào hàng đợi queue 1 kết nối với giao diện IF1. Hàng đợi queue 1 còn
gọi là hàng đợi đầu ra.
Có rất nhiều kĩ thuật hàng đợi: FIFO (fist in fist out), PQ (priority queue – hàng
đợi ưu tiên), FQ (fair queue – hàng đợi cân bằng). FIFO là kĩ thuật xếp hàng vào
trước ra trước cơ bản. Các gói đến trước sẽ là các gói đầu tiên được xử lý. Khi hàng
đợi đầy và có tắc nghẽn xảy ra thì các gói đến sẽ bị loại bỏ. Hàng đợi FIFO dựa vào
hệ thống đầu cuối để điều khiển tắc nghẽn thơng qua cơ chế điều khiển tắc nghẽn.
Do loại hàng đợi này rất đơn giản nhiều khi khơng điều khiển được tắc nghẽn nên ta
thường xét các loại hàng đợi hiệu quả hơn: hàng đợi ưu tiên (PQ), hàng đợi cân
bằng (FQ), hàng đợi có trọng số (WQ).
1.3.2. Quản lý hàng đợi (Queue management)
. Thế nào là quản lý hàng đợi
Các router chính trong mạng Internet được cấu hình có nhiều hàng đợi với kích
thước lớn, do đó các gói truyền trong mạng sẽ phải mất một thời gian dài để truyền
trong hàng đợi. Trễ hàng đợi thậm chí còn lâu hơn cả trễ truyền trong mạng. Đối
với các hàng đợi q dài, khi xảy ra tắc nghẽn thì chính sách “loại bỏ phần đi”
được sử dụng nhiều. Điều này có nghĩa là bất kì gói nào đến trong điều kiện hàng
đợi bị đầy đều bị loại bỏ trước khi vào được hàng đợi. Vấn đề đặt ra là làm thế nào
khi có tắc nghẽn xảy ra. Để giải quyết vấn đề này ta sử dụng các thuật tốn quản lý
hàng đợi và lập lịch.
Nói đơn giản thuật tốn quản lý hàng đợi được sử dụng để quản lý chiều dài của
hàng đợi các gọi bằng cách loại bỏ các gói khi cần thiết.
Quản lý hàng đợi bao gồm các hoạt động:
- Thêm gói vào hàng đợi theo ngữ cảnh của gói khi hàng đợi chưa đầy.

- Loại bỏ gói nếu hàng đợi đã đầy.
- Xóa bỏ gói khi được u cầu bởi bộ lập lịch.
- Thường xun quản lý độ chiếm giữ của hàng đợi.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu




P

Trang 15
- Loại bỏ gói khi hàng đợi đã đầy.
- Đánh dấu các gói khi hàng đợi chuẩn bị đầy.
- Sự cần thiết của quản lý hàng đợi
Mục đích chính của hàng đợi là điều khiển lưu lượng, chống tắc nghẽn trong
mạng, đặc biệt là tại các nút cổ chai. Kỹ thuật quản lý hàng đợi trước đây là thiết lập
một kích thước hàng đợi lớn nhất cho mỗi hàng đợi, các gói sẽ được đưa vào trong
hàng đợi cho đến khi hàng đợi đầy sau đó nếu còn có gói đến thì sẽ loại bỏ các gói
mới tới nay. Khi số lượng các gói trong hàng đợi giảm do được truyền tới chặng
tiếp theo thì lúc đó hàng đợi mới nhập tiếp các gói tới. Đây cũng chính là kĩ thuật
“loại bỏ phần đi” (drop tail). Tuy nhiên cách này có 2 hạn chế:
- Kĩ thuật này chỉ cho phép các gói từ một kết nối đơn hoặc một vài luồng đủ để
chiếm dụng khơng gian hàng đợi, ngăn chặn khơng cho các kết nối khác cùng đến
một hàng đợi. Kĩ thuật này là kết quả của q trình đồng bộ hoặc có hiệu quả định
thời.
- Thường thì các luồng lưu lượng đến hàng đợi dưới dạng bó. Khi hàng đợi đầy
thì bất kì luồng nào đến cũng đều bị loại bỏ cho tới khi số gói trong hàng đợi giảm
xuống. Kĩ thuật này sẽ loại bỏ các bó thơng tin chứ khơng phải chỉ là các gói, do đó
việc mất mát thơng tin là rất lớn.
Quản lý hàng đợi có các tính năng sau:

- Giảm số lượng các gói bị loại bỏ trong hàng đợi
Các gói thường đến mạng dưới dạng bó và có chủng loại rất phong phú, tốc độ
khơng cố định. Nếu ta đặt kích thước hàng đợi cố định thì khơng linh hoạt với từng
loại lưu lượng khác nhau: như nếu kích thước hàng đợi q bé thì hàng đợi rất dễ bị
tràn và việc loại bỏ gói sẽ thường xun xảy ra, còn nếu kích thước hàng đợi q
lớn sẽ gây lãng phí tài ngun. Quản lý hàng đợi giữ kích thước trung bình của hàng
đợi nhỏ cung cấp khả năng cao hơn. Ngồi ra quản lý hàng đợi cho phép loại bỏ tắc
nghẽn bằng việc loại bỏ gói tin chứ khơng loại bỏ cả bó tin điều này sẽ hạn chế
được số lượng các gói bị loại bỏ.
- Cung cấp các dịch vụ tương tác có độ trễ thấp
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu




P

Trang 16
Do quản lý hàng đợi giữ kích thước trung bình của hàng đợi nhỏ nên giảm độ rễ
trong các luồng. Điều này rất quan trọng trong các ứng dụng tương tác: truyền web,
lưu lượng telnet hay các phiên audio-video tương tác.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu




P

Trang 17
CHƢƠNG 2

CÁC PHƢƠNG PHÁP QUẢN LÝ HÀNG ĐỢI TÍCH CỰC
2.1. Tổng quan
2.1.1. Khái niệm quản lý hàng đợi tích cực AQM (Active Queue Managament)
Quản lý hàng đợi tích cực (AQM) là một cơ chế phát hiện sự tắc nghẽn trong hệ
thống mạng. Những giải thuật quản lý hàng đợi tích cực chạy bên trong nh ng bộ
định tuyến và phát hiện sự hình thành tắc nghẽn điển hình bằng cách theo dõi chiều
dài hàng đợi tức thời hay chiều dài hàng đợi trung bình. Khi kích thước hàng đợi
trung bình vượt q một ngưỡng nhất định nhưng vẫn còn ít hơn khả năng xử lý của
hàng đợi, những giải thuật quản lý hàng đợi tích cực xem xét sự tắc nghẽn trên mối
liên kết và thơng báo trở lại cho những hệ thống bằng cách thả một số gói tin
chuyển đến bộ định tuyến. Các giải thuật AQM có thể cũng đặt một bit vào header
của một gói tin nào đó rồi chuyển nó về phía thiết bị nhận của gói đó sau khi sự tắc
nghẽn được phát hiện. Khi thiết bị thu nhận được gói tin đã được đánh dấu này, nó
sẽ gửi trở lại bên phát gói tin đó một bit khác trong phiên làm việc giữa nó và bên
phát. Khi bên phát nhận được tín hiệu này, nó sẽ giảm bớt tín hiệu truyền dữ liệu.
Q trình đặt một bit đặc biệt trong header của gói tin bởi những giải thuật AQM và
việc chuyển gói tin đã được đánh dấu đó đến bên nhận gọi là sự đánh dấu (mark).
Gói tin chứa bit đặc biệt trong q trình trên gọi là gói tin đánh dấu. Những hệ
thống trải qua việc bị đánh dấu hoặc bị mất mát gói tin sẽ giảm nhịp độ truyền dữ
liệu để giải tỏa sự tắc nghẽn và ngăn việc tràn hàng đợi.
Mục tiêu quan trọng nhất cảu các giải thuật AQM là ngăn ngừa sự tắc nghẽn
trước khi nó thực sự xuất hiện. Như vậy, việc sử dụng hiệu quả các giải thuật quản
lý hàng đợi sẽ đem lại những hiệu quả đó là: giảm bớt sự mất mát các gói tin, đạt
được một lưu lượng truyền dữ liệu cao và một độ trễ hàng đợi thấp. Điều này thật
sự là một cải thiện rất tốt cho những ứng dụng tương tác như duyệt Web hay các
cuộc hội thoại trực tiếp.
Một mục tiêu quan trọng khác của quản lý hàng đợi tích cực là quản lý tắc
nghẽn với u cầu ngăn ngừa sự đồng bộ hóa tồn cục (global synchronization)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

P

Trang 18
bằng sự ngẫu nhiên trong quyết định đánh dấu hay loại bỏ gói tin. Khi một sự tắc
nghẽn được nghi ngờ trên một mối liên kết nào đó, đa số những giải thuật quản lý
hàng đợi khơng đánh dấu hay loại bỏ gói tin một cách tất định mà là ngẫu nhiên.
Xác suất đánh dấu hay loại bỏ của một gói tin được chuyển đến thơng thường phụ
thuộc vào độ ước tính của sự tắc nghẽn trên mối liên kết. [1]
2.1.2. Sự cần thiết phải có quản lý hàng đợi tích cực
Kỹ thuật truyền thống để quản lý chiều hài hàng đợi là thiết lập một giá trị chiều
dài cực cho mỗi hàng đợi, những gói tin (packet) được chấp nhận đưa vào hàng đợi
cho đến khi hàng đợi đạt giá trị max, sau đó sẽ loại bỏ những gói tin được chuyển
đến tiếp theo cho đến khi hàng đợi được giảm bớt bởi các gói đa được truyền đi. Kỹ
thuật này được gọi là “Drop Tail” (Khi hàng đợi đầy nó sẽ loại bỏ những gói tin ở
cuối hàng đợi).
Phương pháp này có 2 hạn chế:
- Look out (khóa): Trong một số trường hợp, gói tin cuối cho phép một kết nối
đơn hoặc vài luồng dữ liệu độc quyền xếp hàng ngăn ngừa các kết nối khác trong
cùng hàng đợi. Hiện tượng “lock out” là kết quả của sự đồng bộ hóa hay các hiệu
ứng thời gian khác.
- Full queue (hàng đợi đầy): Kỹ thuật Drop Tail cho phép duy trì hàng đợi ở
ngun trạng thái trong suốt thời gian dài cho đến khi có các tín hiệu tắc nghẽ (các
tín hiệu tắc nghẽn này được truyền qua các gói tin bị loại bỏ khi hàng đợi đầy).
Điều này rất quan trọng trong việc giảm bớt kích thước hàng đợi dừng và đây là
điều quan trọng nhất trong mục đích quản lý hàng đợi.
Giả thiết đơn giản đó là có một sự cân bằng đơn giản giữa độ trễ (delay) và lưu
lượng. Nếu hàng đợi đầy hoặc gần đầy, dẫn đến burst làm cho nhiều gói tin được

loại bỏ. Điều này có thể dẫn đến một sự đồng bộ hóa ở phạm vi lớn các gói tin đến
sau, làm cho lưu lượng tồn bộ q trình giảm. Full Queue gây lên trạng thái khơng
ổn định trong hàng đợi.
Một cơ chế quản lý hàng đợi tích cực có thể đem lại những ưu điểm sau:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu




P

Trang 19
- Giảm bớt những gói tin bị loại bỏ trong router. Các gói tin đến dạng bó là một
khía cạnh khơng thể tránh được của mạng gói. Nếu tất cả khơng gian hàng đợi trong
router đã trạng thái chuyển vận ổn định, hay nếu khơng gian bộ đệm khơng đủ,
router sẽ khơng có khả năng xử lý các bó gói tin. Bằng việc giữ cho kích thước
hàng đợi trung bình nhỏ, quản lý hàng đợi tích cực sẽ cung cấp khả năng lớn hơn để
giảm bớt các gói bị loại bỏ trong q trình chuyển vận. Hơn nữa, nếu như khơng có
quản lý hàng đợi tích cực thì sẽ có nhiều gói tin bị loại bỏ khi hàng đợi bị tràn đầy.
Đây là một hạn chế cho hàng đợi bởi các lý do:
- Với một hàng đợi dùng chung, một sự đồng bộ hóa các gói tin bị loại bỏ dẫn
đến hiệu quả thấp hơn trong việc sử dụng mối liên kết trung bình và làm giảm lưu
lượng mạng.
- Làm cho q trình phục hồi của hệ thống khó khăn hơn.
- Đó là một sự tiêu phí băng thơng một cách khơng cần thiết.
- Giảm độ trễ dịch vụ: bằng việc giữ cho kích thước hàng đợi trung bình nhỏ,
quản lý hàng đợi sẽ giảm bớt độ trễ giữa các luồng dữ liệu.
. Tránh hiện tượng Knock-out: Quản lý hàng đợi tích cực sẽ gần như ln ln
đảm bảo một bộ đệm sẵn có cho các gói tin được chuyển tới hàng đợi. Hàng đợi
tích cực sẽ có thể ngăn ngừa một sự thiên lệch trong router chống lại việc giải thơng

thấp nhưng lại có nhiều luồng bursty cao. [1] [2]
2.1.3. Các phương pháp quản lý hàng đợi tích cực
Căn cứ theo các tham số được sử dụng để đo lường sự tắc nghẽn, các phương
pháp AQM có thể được phân ra thành ba nhóm: theo chiều dài hàng đợi, theo kiểm
sốt tải nạp và theo sự kết hợp đồng thời cả chiều dài hàng đợi và kiểm sốt tải nạp.
Trong các phương pháp AQM dựa trên chiều dài hàng đợi, hiện tượng tắc nghẽn
được thể hiện bằng độ dài tức thời hoặc trung bình của hàng đợi và mục đích của
q trình điều khiển là ổn định độ dài hàng đợi. Hạn chế của các phương pháp
AQM dựa trên độ đo hàng đợi là các tồn đọng vốn có của nó. Phương pháp dựa trên
sự kiểm sốt tải nạp dự đốn chính xác khả năng sử dụng tuyến liên kết, xác định
tắc nghẽn và đưa ra hành động dựa trên tốc độ gói tin đến. Phương pháp dựa trên độ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu




P

Trang 20
kiểm sốt tải nạp có thể cung cấp sự phản hồi sớm cho các trường hợp tắc nghẽn.
Các phương pháp AQM khác sử dụng kết hợp cả độ dài hàng đợi và kiểm sốt tải
nạp để đo lường tắc nghẽn và đạt được sự cân bằng giữa độ ổn định của hàng đợi và
khả năng đáp ứng.

Hình 2.1: Phân loại các phương pháp quản lý hàng đợi tích cực
2.2. Quản lý hàng đợi tích cực dựa trên chiều dài hàng đợi
2.2.1. Cơ chế ECN (Explicit Congestion Notification)
2.2.1.1. Khái niệm chung
Cơ chế thơng báo tắc nghẽn rõ ràng ECN (Explicit Congestion Notification) là
một phương pháp điều khiển tắc nghẽn, ứng dụng vào điều khiển các luồng chuyển
vận được sử dụng trong hệ thống sử dụng giao thức TCP/IP.
Phương pháp ECN được đề xướng vào năm 1999 từ ý tưởng sẽ phát hiện sớm
những tắc nghẽn của hệ thống và gửi những tín hiệu thơng báo đến hệ thống trước
khi hàng đợi bị tràn. Phương pháp này là một sự tiếp cận khác từ phương pháp RED
và WRED (ta sẽ đề cập cụ thể hơn về 2 phương pháp này ở phần sau). [1] [2].
Queue Length & Load Based

Active Queue Managament
Queue Length Based
Load Based
1. RED 10. SHRED
2. FRED 11. HRED
3. CBT 12. ARED
4. SRET 13. RARED
5. DSRED 14. QAVRED
6. MRED 15. PUNSI
7. Adaptive RED 16. CHOCKe

8. PDRED 17. Stochastic RED
9. LRED
1. BLUE
2. SFB
3. SFED
4. FABA
5. AVQ
6. SAVQ
7. EAVQ
8. YELLOW
9. LUBA
10. RAQM
11. PRC
12. REAQM
1. REM
2. SVB
3. RaQ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu




P

Trang 21
Trong những hệ thống mạng TCP/IP hiện nay, những gói bị loại bỏ được xem là
dấu hiệu thơng báo sự tắc nghẽn. Phần lớn những bộ định tuyến trong mạng TCP/IP
khơng có sự chuẩn bị cho việc phát hiện sự tắc nghẽn . Vì thế, khi hàng
đợi tràn, những gói tin sẽ bị loại bỏ. Khi các nguồn TCP phát hiện ra việc các gói
tin bị loại bỏ, nó sẽ phát hiện ra sự tắc nghẽn hiện thời trong mạng.

Vì thế, người ta đề ra giải pháp để phát triển việc phát hiện sự tắc nghẽn
hệ thống bằng cách tính tốn kích thước hàng đợi trung bình và đặt một
bit ECN trong packet header khi kích thước hàng đợi trung bình vượt q một
ngưỡng nào đó với ý tưởng sẽ phát hiện và thơng báo sự tắc nghẽn mà khơng cần
phải dựa vào những gói tin bị loại bỏ. Đây chính là sự khác biệt cơ bản giữa cơ chế
ECN và cơ chế RED. Ở cơ chế RED, khi xảy ra tắc nghẽn, các gói tin được loại bỏ
một cách ngẫu nhiên. Còn ở cơ chế ECN, những trường đã được đánh dấu sẽ được
đi qua để thơng báo sự tắc nghẽn đến hệ thống. Điểm giống nhau giữa hai cơ chế
này là đều cùng sử dụng chung một giải thuật lựa chọn gói tin dự báo sự tắc nghẽn.
[2]
2.2.1.2. Sự đánh dấu trong IP header
ECN FIELD (Trường ECN trong IP header)
ECT
CE

0
0
Not-ECN
0
1
ECT (1)
1
0
ECT (0)1
1
1
CE

Hình 2.2: ECN Field trong IP header
TCP sử dụng một trường ECN ở IP header với hai bit để đánh dấu 4 mã ECN từ

“00” đến “11” được hiểu như một mã Congestion Experienced (CE) dùng để chỉ ra
sự tắc nghẽn đến các điểm nút kết thúc. Mã “10” và “01” tương ứng biểu diễn các
mã ECT(0) và ECT(1) được sử dụng để biểu thị đó là ECN-Capable. Hai mã này
dùng để các bộ định tuyến nhận biết được và khơng xóa bỏ mã CE trong q trình
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu




P

Trang 22
chuyển đi của nó và đồng thời để các thiết bị nhận được mã CE báo cáo lại bên phát
một cách chính xác việc đã nhận được các mã CE này. Mã “00” để xác định gói dữ
liệu đó hiện giống như các gói khơng sử dụng ECN khác (Mặc định trong tất cả các
gói IP khác là “00”). [1] [2] [30]

Hình 2.3: ECN bit trong IP header
2.2.1.3. Sự đánh dấu trong TCP header
TCP header cũng chứa đựng những thơng tin cho q trình ECN. Trong TCP
header người ta đưa ra hai cờ: CWR (Congestion Window REDuced) và ECE (ECN
Echo).
- Cờ ECE dùng để xem xét các khả năng ECN giữa nguồn phát và nguồn thu
TCP.
- Cờ CWR được dùng để gửi thơng báo từ phía nguồn phát đến nguồn thu rằng
cửa sổ tắc nghẽn đã được giảm bớt. Qua thơng báo này, nguồn nhận sẽ có thể xác
định thời điểm ngừng đặt cờ ECN-Echo. [1] [2] [30].
2.2.1.4. Cơ chế hoạt động
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

P

Trang 23
ECN sử dụng hai cờ ECT và CE ở trong IP header để báo hiệu giữa các endpoint
(điểm cuối) với những bộ định tuyến trong một kết nối. Hai cờ CWR và ECN-Echo
trong TCP header để giao tiếp giữa 2 TCP-endpoit.
Hoạt động giữa bên thu và bên phát TCP diễn ra theo một chuỗi các sự kiện:
- Sau những thỏa thuận rõ ràng giữa bên phát và bên thu về việc quyết định sử
dụng ECN, bên phát đặt một mã ECN-Capable Transport (ECT) vào IP header của
gói tin.

Hình 2.4: Cấu trúc hai trường code field và Reserved field của TCP hearder
- Khi một bộ định tuyến có sử dụng ECN phát hiện ra sự tắc nghẽn, nó sẽ lựa
chọn một gói tin. Nếu gói tin đó được đặt mã ECT, thay vì loại bỏ gói tin này, bộ
định tuyến sẽ đặt một mã CE (Congestion Experienced) thơng báo sự tắc nghẽn vào
IP header của gói tin này mục đích để thơng báo đến bên thu dấu hiệu của sự tắc
nghẽn sắp xảy ra và tiếp tục chuyển nó đến bên nhận.
- Khi nhận được gói tin với bit CE này, thiết bị thu sẽ đặt một cờ ECN-Echo
(ECE) trong phiên TCP ACK tiếp theo của bên phát.
- Khi bên phát nhận được gói ACK này, nó sẽ đặt một cờ CWR xác nhận việc
nó đã nhận được gói ACK với cờ ECE kia và đồng thời nó sẽ giảm nhịp độ gửi dữ
liệu và thơng báo nó đã sẵn sàng phản ứng lại tới sự tắc nghẽn sắp xảy đến. [1] [3]
[7].
Code field 6 bit
URG
1bit
ACK

1bit
PSH 1bit
RST 1bit
SYN
1bit
FIN
1bit
Reserved Field 6 bit
Reserved
1bit
Reserved
1bit
Reserved
1bit
Reserved
1bit
CWR
1bit
ECN Echo
1bit
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu




P

Trang 24
2.2.2. Cơ chế hủy bỏ sớm ngẫu nhiên theo trọng số WRED (Weighted
Random Early Detection)

2.2.2.1. Khái qt
Khi một hàng đợi bị đầy, nó khơng còn chỗ cho các gói tin vừa đến, vì vậy nó sẽ
loại bỏ các gói này. Hiện tượng này gọi là loại bỏ cuối hàng (tail drop). Thơng
thường khi một hàng đợi bị đầy, vài gói tin sẽ bị loại bỏ cùng lúc ở một thời điểm.
Cơ chế loại bỏ cuối hàng tail drop có thể gây ảnh hưởng tiêu cực trên lưu lượng
mạng, đặc biệt là lưu lượng TCP. Khi thả một gói tin bị mất, vì bất kỳ lý do gì, các
kết nối TCP sẽ giảm tốc độ gửi dữ liệu. Khi hiện tượng loại bỏ gói tin xảy ra và
nhiều gói tin bị mất, các kết nối TCP sẽ giảm tốc độ thêm nữa. Ngồi ra, hầu như
các mạng đều gửi một tỉ lệ phần trăm của lưu lượng TCP nhiều hơn UDP, nghĩa là
tồn bộ tải của mạng có khuynh hướng bị loại bỏ.
Thơng lượng tổng thể của mạng có thể dược cải tiến bằng cách loại bỏ chỉ vài
gói tin khi hàng đợi bắt đầu bị đầy. Cách tốt hơn là chờ những ảnh hưởng của cơ
chế Tail Drop. Cisco đã tạo ra cơ chế WRED (Weighted Random Early Detection)
đặt biệt cho mục đích giám sát chiều dài hàng đợi và loại bỏ một số gói tin trong
hàng đợi để cải tiến hiệu năng của mạng. Khi hàng đợi trở nên dài hơn, WRED bắt
đầu loại bỏ nhiều gói tin, với hy vọng rằng sự gia giảm trong phần tải có thể đủ để
ngăn ngừa hàng đợi bị đầy [3] [13].
2.2.2.2. Cơ chế hoạt động
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu




P

Trang 25
Hình 2.5: Sơ đồ hoạt động của WRED
WRED dùng vài chỉ số khi thực hiện quyết định. Đầu tiên, WRED dùng thơng
số kích thước hàng đợi trung bình khi nó quyết định là một hàng đợi đã bị đầy đủ để
bắt đầu loại bỏ gói tin. WRED sau đó sẽ so sánh chiều sâu trung bình với mức giới

chặn trên và chặn dưới, thực hiện các hành động loại bỏ khác nhau tùy thuộc vào
kết quả so sánh. Các hành động được liệt kê trong bảng dưới đây:
Bảng 2.1: Giải thuật WRED
Kích thƣớc trung
bình hàng đợi so với các
giới hạn.
Hành động
Tên trong cơng nghệ
WRED
Kích thước trung bình
Average < Chặn dưới
Khơng có gói tin nào bị
loại bỏ
No drop
Chặn dưới < Kích thước
trung bình < Chặn trên
Một số phần trăm gói tin
bị loại bỏ. Tỉ lệ loại bỏ sẽ
tăng từ 0 đến tỉ lệ tối đa
kích thước trung bình của
hàng đợi thay đổi từ mức
Loại bỏ ngẫu nhiên.