Điện tử viễn thông lecture8 congestion control khotailieu

Congestion Control
and Traffic Management
in High Speed Networks
Carey Williamson

University of Calgary


Introduction
 Mục



đích của điều khiển tắc nghẽn la

Điều chỉnh luồng lưu lượng trong mạng
Để tránh lam bão hòa hoặc quá tải các node trung
gian


Congestion: Effects
 Tắc

nghẽn có thể gây ra:
Gia tăng trê, do xếp hang trong mạng
Packet loss, do tran buffer
Reduced throughput, do mất packet va
truyền lại
 Tương tự: giao thông “rush hour”

Congestion: Causes
 Nguyên


nhân

Nhu cầu lưu lượng đầu vao vượt quá dung lượng
mạng

 Xảy

ra dễ dang trong các mạng packet
switching do:



Tuyến đầu ra chậm hơn đầu vao
Các nguồn lưu lượng cạnh tranh cho cùng đầu ra
tại cùng một thời điểm


Buffering: A Solution?
 Ghi

đệm tại các switches có thể giúp giảm
bớt trình trạng tắc nghẽn ngắn hạn hoặc nhất
thời
 Tuy nhiên, nếu quả tải liên tục, buffer sẽ bị
đầy nhanh chóng, va packets sẽ bị lost


Chỉ trì hoãn vấn đề tắc nghẽn

 Tăng

buffer đồng nghĩa với trễ xếp hang lớn

hơn


Vượt quá một điểm giới hạn, tăng buffer lam cho
tình trạng tắc nghẽn xấu hơn, do gia tăng trễ va
phát lại


Động cơ
 Vấn

đề tắc nghẽn thậm chí còn trầm trọng
hơn trong các mạng tốc độ cao
 Tốc độ tuyến cao hơn có nghĩa la tắc nghẽn
xảy ra nhanh hơn trước
VD, 64 kilobyte buffer
@ 64 kbps: 8.2 seconds
@ 10 Mbps: 52 milliseconds
@ 1 Gbps: 0.52 milliseconds


Động cơ (tiếp)
 Yêu

cầu buffer tăng theo tốc độ tuyến
VD, to store 1 second worth of traffic
@ 64 kbps: 8 kilobytes
@ 10 Mbps: 1.25 Mbytes
@ 1 Gbps: 125 Mbytes


Động cơ (tiếp)
 Tính

không đồng nhất của tốc độ các tuyến
- Bổ sung các tuyến tốc độ cao vao mạng
không có nghĩa la các tuyến tốc độ thấp cũ
sẽ mất đi
- Kết nối các mạng tốc độ cao va thấp tạo nên
tắc nghẽn tại các điểm kết nối


Động cơ (tiếp)
 Lưu

lượng rất bursty
- high peak-to-mean ratio, peak rates
- e.g., data traffic: 10-to-1, 1-10 Mbps
- e.g., video traffic: 20-to-1, 5-100 Mbps
- có thể statistically multiplex một số kênh
nhưng nếu nhiều kênh cùng hoạt động thì
không thể tránh khỏi tắc nghẽn

Motivation (Cont’d)
 Thời

gian phản ứng được giới hạn bởi trễ
lan truyền
- Trong mạng WAN tốc độ cao tích TrễBăng thông lớn!!!
- Tích Trễ-Băng thông cho biết có bao
nhiêu bít trong đường truyền giữa hai đầu
- Vao thời điểm nhận biết được mạng bị tắc
nghẽn thì đã có hang Mbit hay nhiều hơn
dữ liệu được gửi vao mạng!!


Giải pháp phòng chống tắc
nghẽn
 Có

hai giải pháp cơ bản đối với vấn đề tắc
nghẽn: giải pháp phản ứng (reactive) và
phòng tránh (preventive)
 Reactive: feedback-based


Phát hiện tắc nghẽn, hoặc tấn công vao tắc
nghẽn, hanh động để giải quyết vấn đề trước
khi tình trạng tắc nghẽn trở nên xấu hơn

 Preventive:


reservation-based

Ngăn tắc nghẽn khỏi xảy ra bằng cách đặt chỗ
trước tai nguyên


Reactive vs Preventive
 Phần

lớn các giải pháp của Internet là các
cơ cấu reactive



TCP Slow Start
Random-Early-Detection (RED) Gateways

 Tích

trễ-băng thông lớn lam cho nhiều giải
pháp không thể áp dụng được cho các
mạng tốc độ cao
 Phần lớn các giải pháp điều khiển tắc
nghẽn của ATM là preventive, reservationbased


Congestion Control in ATM
 Congestion

control in high speed ATM

networks



Call-level controls
Cell-level controls


Call-Level Control
 Ví

dụ của giải pháp điều khiển tắc nghẽn calllevel: call admission control
 Cố gắng ngăn tắc nghẽn bằng cách không
cho phép các cuộc gọi hay kết nối mới vao
mạng trừ khi mạng có đủ dung lượng hỗ trợ


Call-Level Control (Cont’d)
 Yêu

cầu tai nguyên tại thời điểm thiết lập
cuộc gọi (connection establishment) cho
thời gian của cuộc gọi (vd, bandwidth,
buffers)
 Nếu tai nguyên cho phép, cuộc gọi được
thực hiện
 Nếu không, cuộc gọi bị chặn lại
 Ví dụ, tín hiệu bận trong telephone network

Call-Level Control (Cont’d)
 Tradeoff:



QoS va Utilization

Utilization: nhiều cuộc gọi, hiệu suât cao
QoS: nhiều cuộc gọi, xác suất tắc nghẽn cao


Call-Level Control (Cont’d)
 Nhược

điểm:
Có thể không công bằng
- denial of service, long access delay
Khó xác định chính xác yêu cầu tai nguyên
va các tham số QoS
- có thể không biết hoặc không trung thực
- tắc nghẽn vẫn có thể xảy ra


Cell-Level Control
 Còn

gọi la input rate control
 Điều khiển tốc độ đầu vao của nguồn lưu

lượng để ngăn ngừa, giảm, hoặc điều khiển
mức độ tắc nghẽn
 Có thể có nhiều cơ cấu:
Traffic shaping, traffic policing, UPC
Leaky bucket (token bucket)
Cell tagging (colouring), cell discarding
Cell scheduling disciplines


VD: Congestion Control in ATM
 Có

đầy đủ các giải pháp điều khiển lưu lượng
từ ngắn hạn (e.g., traffic shaping, cell
discarding) đến dai hạn (e.g., network
provisioning)


ATM Traffic Control Schemes

Time Scale


ATM Traffic Control Schemes

Short
Term

usec

Time Scale


ATM Traffic Control Schemes
Long
Term

Short
Term

Months, years

usec

Time Scale


ATM Traffic Control Schemes
Long
Term
Call
Duration
Propagation
Delay Time
Cell Time

Time

Resource Provisioning
Admission Control

Routing, Load Balancing

Explicit Congestion Notification
Fast Reservation Protocol
Node to Node Flow Control
Usage Parameter Control
Priority Control
Traffic Shaping
ScaleCell Discarding


ATM Traffic Control Schemes

Cell Time

Time

Usage Parameter Control
Priority Control
Traffic Shaping
ScaleCell Discarding


ATM Traffic Control Schemes

Propagation
Delay Time

Explicit Congestion Notification
Fast Reservation Protocol

Node to Node Flow Control

Time Scale