Nguyên tắc và hiệu suất của một số cơ chế điều khiển lưu lượng trong mạng máy tính: ThS. Công nghệ thông tin: 1 01 10

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ

____ 000_____

PHẠM VÀN THUƠNG

NGUYÊN TẮC VÀ HIỆU SUẤT
■

CỦA MỘT
■ SỐ C ơ CHÊ' ĐIỂU KHIÊN Lưu LƯỢNG
•
TRONG MẠNG MẢY TÍNH
■

C H U YẾ N N G À N H : TIN H Ọ C
M Ã SỐ:

LUẬN VÃN THẠC s ĩ KHOA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: TS v ũ DUY LỢI

H à N ộ i - 2001


M Ụ C LỤ C

Mở dáu

1

Chương 1:

Giới thiệu rông quan ............................................................................................................ 3
1.1 Sự cần thiết cúa việc điều khiển lưu lượn» và điềukhicn tấc nghẽn......................... 3
1.2 Điều khiến lưu lượng và điểu khiển tắc nghẽn.............................................................. 8
1.3 M ội số khái niệm dùng trong luận v ã n ......................................................................10

Chương 2: Cơ chế điều khiển lưu lượng và điều khiển tắc nghẽn
2.1 Điều khiển lưu lượng dựa trên timeout và cơ chế cửa sổ......................................... 15
2.1.1 Thời gian timeout và hiện tượng tắc nghẽn.................................................... 15
2.1.2 Chiến lược điểu khiển tránh tắc nghẽn............................................................17

2.1.3 Chiến lư ợ c C Ư T E ................................................................................................ 22
2.2 Điều khiến lưu lượns và tránh tắc nghẽn trong mạng không hướng kết nối........29
2.2.1 Đật vấn đề............................................................................................................29

2.2.2 Mô hình phân tích ................................................................................................31
2.2.3 Chiến lược điểu khiển lưu lượng và tránh tấc nghẽn..................................... 37
2.3 Điều khiến lưu lượng và tránh tắc nghẽn trong mạnghướng kết n ố i........................48

2.3.1 Giới thiệu.................................................................................................................... 48
2.3.2 Điểu khiển end-to-end...................................................................................... 49
2.3.3 Điểu khiển hop-by-hop......................................................................................55
2.3.4 Đánh g iá ..............................................................................................................58

Chương 3: Điểu khiển tắc nghẽn dựa vào tốc dỏ
3.1 Giới thiệu khái q u át............................................................................................................... 59
3.1.1 Nhữns hạn chế của phương pháp cửa sổ trư ợ t.................................................59
3.1.2 Điểu khiển tắc nghẽn dựavào tốc đ ộ ............................................................. 60

3.2 Một cơ cấu làm việc dựa vào tốc độ.............................................................................64


3.2.1Tổng quan về cơ cấu làm việ c.................................................................................. 64
3.2.2 Đo tốc độ lớp m ạng.........................................................................................65
3.2.3 Chức nãng điều khiển tắc nghẽn của router................................................. 66

3.3 Điều khiên tốc độ trong giao thức TCP........................................................................ 68
3.3.1 Thuật toán cấp phát tốc đ ộ ............................................................................ 70

3.3.2 Thuật toán ép buộc tốc đ ộ ............................................................................... 71

Két luận................................................................................................................................. 78


1

M Ở ĐẦU

Một trong những ưu điểm của mạng máy tính là giá thành của hệ thống hạ do có thể
dùmz chung các tài nguyên trên mạng như băng thông của đường truyền, các thiết bị
trẽn mạng. Việc chia xẻ các tài nguyên cho nhiểu người dùng là thế mạnh cùa các
mạng chuyên mạch gói. Mộl kết nối trên mạng có thể được chia xẻ cho các cặp trạm
neuổn - đích khác nhau trao đổi thông tin. Bộ xử lý và bộ đệm của các trạm trung gian
cũng được chia xẻ và dùng chung cho các cặp nguồn - đích đó. Tuy nhiên, sự chia xẻ
này có thể dẫn lới các vấn đề tắc nghẽn trên mạng, chẳng hạn khi có quá nhiều gói bị
lỗi phải truyền lại dẫn tới sổ' lượng gói thực sự được chuvển qua mạng giảm (thậm chí
bàng 0). Để'đối phó với vấn đề tắc nghẽn, mạng cần được thiết kế sao cho khả năng
tắc nghẽn là thấp nhất. Trong trường hợp mục đích tránh tấc nghẽn không đạt được thì
chúng ta cần có phương thức đẻ phục hổi hộ thống từ trạng thái tắc nghẽn. Điều đó đòi

hỏi phải có những ihủ tục và chính sách trong điều khiển lưu lượng và điều khiển tắc
nghẽn để tránh, phát hiện và phục hồi hoạt động của mạng từ trạng thái tắc nehẽn. Các
cơ chế điều khiển còn được lựa chọn sao cho các thông tin điều khiển không trờ thành
tải trên mạng, để tãng hiệu quả của kênh truyền.
Những tiến bộ gần đây của cả công nghệ chuyển mạch tốc độ cao và công nghệ cáp
quang về mặt vật lý đã cho phép thực hiện mạng máy tính chuyển mạch gói giữa 2
điểm với tốc độ cỡ Gbit/s. Những kết quả của công nghệ nàv là thực hiện các giao dịch
bãng rộng, gồm kích cỡ gói âm thanh, video và dữ liệu, trên một mạng tích hợp. Dựa
trên điểm này, sự tảng tốc độ chuyển mạch và truyền thổng tin thay đổi một số nền
tảng tiền đé cùa công nghệ mạng diện rộng chuyển mạch gói. Một trong các vấn đề
cần nghiên cứu là điều khiển lưu lượng vì các lý do sau:
- Thứ nhất là tỉ lệ cùa tốc độ truyền với tốc độ tính toán tảng rất nhanh đòi hỏi một cơ
chế điều khiển lưu lượng thích hợp.

- Thứ hai là tỉ lệ giữa độ trễ của gói dữ liệu với thời gian truyền tăng, đặc biệt đối với
mang diện rộng WAN do đó cần một cơ chế điều khiển lưu lượng để thời gian trễ đáp
ứng được yêu cầu.


2

Trong các mạng chuyển mạch gói không hướng kết nối, các kết nối thường có dung
lượng cố định. Nghĩa là với băng thông (và do đó tốc độ bit tổng) là cố định, sự vận
hành mạng dựa vào tốc độ bit có thể sẽ hữu ích. Nếu các router có thê phàn hổi thône
Ún và các lưu lượng giao dịch, thì các router đó có thể phân chia sự cấp phát công bang
dung lượng cho các kết nối. Kỹ thuật này có thể được dùng để điều khiển tắc nghẽn,
hằng cách xác định tốc độ cho các luồng giao dịch, giúp mạng vận hành tại điểm làm
việc tối ưu. điểm mà công suất của mạng là cao nhất (công suất là tỷ số của thòng
lượng và Ihời gian trả lời).
Mục đích của luận vãn là nghiên cứu, đánh giá hiệu quả của phương pháp điều khiển

lưu lượng và điểu khiển tránh tắc nshẽn sử dụng trong các mạng thông tin máy tính.
Tác giả tìm hiểu một số phương pháp chung trong điểu khiển lưu lượng và tránh tắc
nghẽn của các mạng máy tính chuyển mạch gói. Với phương pháp mô hình hoá, luận
văn irình bày các nguyên tắc căn bản của điều khiển lưu lượng sử dụng timeout và cơ
chế cửa sổ. Chiến lược CUTE được đề cập đến trong luận vãn là chiến lược điều khiển
lưu lượng chung trong mạng máy tính. Trong mạng chuyển mạch gói không hướng kết
nối, người ta dùng 1 bit trong phần tiêu đề gói ờ lớp mạng để phản hồi thông tin tắc
nghẽn. Mô hình kênh ảo với phương thức end-to-end và hop-by-hop được dùng trong
việc phân tích cơ chế điều khiển lưu lượng của mạng chuyển mạch gói hướng kết nối.
Tác giả cũng phân tích các hạn chế của cơ chế cửa sổ và phương pháp điều khiển lưu
lượng khắc phục các nhược điểm đó - phương pháp điều khiển dựa vào tốc độ.
Các vấn đề được trình bày trong luận văn như sau:
Chương 1: Sự cần thiết của việc điều khiển lưu lượng và điều khiển tấc nghẽn và tổng
quan vể các phương pháp điều khiển lưu lượng trong mạng thông tin máy tính, các
khái niệm được sử dụng trong những phần tiếp theo của luận văn.
Chương 2: Trình bày cụ thể về các cơ chế điều khiển lưu lượng và tránh tắc nghẽn:
Phương pháp điéu khiển dựa trên thời gian trễ sử dụng cơ chế cửa sổ trượt. Chiến lược
CUTE. Cách phản hồi sử dụng 1 bit trong phần tiêu để của gói dùng cho mạng không
hướng kết nối. Tác giả cũng nghiên cứu mô hình kênh ảo với phương pháp điều khiển
end-to-end và hop-by-hop sử dụng trong mạng chuyển mạch gói hướng kết nối.
Chương 3: Trình bày cơ chế điều khiển lưu lượng dựa vào tốc độ với các giải pháp
khắc phục những hạn chế của cơ chế dựa trên thời gian trễ, cơ chế cửa sổ.


3

Chưong1
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN

1.1 Sự CẦN THIẾT CỦA VIỆC ĐIỂU KHIÊN lưu l ư ợ n g v à đ iể u k h iế n

TẮC NGHẼN
Một mạng máy tính với các thiết bị phần cứng là cỏ' định, hiệu suất hoạt động của
mạng phụ thuộc vào sự hiệu quả của giao thức truyền thông trên mạng. Trong mỗi
giao thức thì phần quan trọn® góp phần tăng hiệu quả hoạt động cùa mạng chính là các
cơ chê diều khiển lưu lượng và điều khiển tắc nghẽn.

1.1.1 Vấn để điều khiển lưu lượng và tránh tắc nghẽn trong mạng máy tính
Chúng ta xem xét khả nãng trao đổi thông tin trên mạng: Mối quan hệ giữa yêu cầu
trao đổi thõng tin và số lượng thỏng tin được trao đổi trên một phân mạng.
Sự trao đổi thông tin trong mạng máy tính dựa trên những kênh truyền dẫn có dung
lượng giới hạn, nó chi đáp ứng được một sô' lượng giao dịch yêu cầu nhất định. Và khi
các yêu cầu quá khả năng chấp nhận của mạng thì sự tấc nghẽn cũng có thể xảy ra. Ta
xem xét mạng máy tính trong các trường hợp cụ thể sau:

* Lý tưởng: Ta giả thiết là quá trình truyền trên mạng không có lỗi. Đường biểu diễn
sự phụ thuộc của thông lượng qua mạng và tải yêu cầu như sau [2]:

H ình 1 . ì : Thônq lượng qua mạng trong trường hợp lý tưởììg

Trong đó:


- X là dung lượng đưa vào mạng, hay tổng số gói đưa vào mạng trong một đơn vị thời
gian.
- Ỵ(Ằ) là thông lượng qua mạng, hav số gói được chuyên qua mạng trong một đơn vị
thời gian.
Ầ() là giá trị nhỏ nhất của dung lượng đưa vào mạng mà tại đó thông lượng qua mạng
đạt giá trị c a o nhất Ỵ„ - thônc, lượng của mạng.
Trong trường hợp này, tất cả dung lượng vào đều được chấp nhận cho tới khi đạt được
giá trị bằng với dung lượng của mạng.

* Tronç thực tế: khi số lượng giao dịch được vêu cầu đưa qua mạng lăng, tuỳ theo
cách xử lý các giao dịch đó của mạng mà ta chia thành ba trường hợp như sau [2]:

Hình 1.2: Thông lượng qua mạng trong thực tê
1) Trường hợp 1: Sử dụng chính sách dè dặt
- Chấp nhận ít giao dịch so với khả năng của mạng. Do đó không có tắc nghẽn, nhưng
thực hiện được ít giao dịch trên mạng.
2) Trườne hợp 2: Lưu lượng tự do

- Không có điều khiển lưu lượng.
- Không hạn chế số lượng các giao dịch, điều này ảnh hưởng đến sự suy giảm nghiêm
trọng, có khi dẫn tới tắc nghẽn hoàn toàn (deadlock) vì khi đó có quá nhiều các giao
dịch phải truyền lại.
3) Trường hợp 3: Sử dụng cơ chế điều khiển lưu lượng động
Sử dụng cơ chế điều tiết để số lượng giao dịch được chấp nhận giống như một hàm của
khả năng tắc nshẽn, dung lượng, độ trễ,... của mạng.


1.1.2 Nhận xét
- Khi sò lượnỊỊ ỊỊÚIO d ị c h trẽn mạn ụ ir :
Đối với cá ba phương pháp điểu khiến lưu lượng như trên, sỏ lượng các giao dịch có
yêu cầu chuyển qua mạng đểu được chấp nhận, do dó thòns lượng qua mạng tãng tý lệ
với ihỏna lượn2 yêu cầu. sự khác biệt cùa thông lượng qua mạng trong cà 3 trường hợp
là không đáne kể.
- Khi so lượtìíỊ ỵiao dịch trên mạng tăng:
Trong phương pháp tự do, thông lượng qua mạng tăng nhanh hơn hai phương pháp còn
lại. Tuy nhiên khi thòng lượns đạt đến điểm 2ần với duna lượng của mạng, thì thông
lượng qua mạng giám khi các giao dịch yêu cầu tăng. Khi số lượng các giao dịch tiếp
tục lãng thì thông lượng giám nhanh dản tới hiện tượng tác nghẽn hoàn toàn.
Trong hai phương pháp có diều khiến lưu lượng, mặc dù không có tắc nghẽn xảy ra.

nhưng phương pháp dè dậi luôn luôn chuvến được ít giao dịch hơn so với phương pháp
sử dụng điều khiên lưu lượng động.
Trước khi xem xét các thú tục và chính sách điểu khiến lưu krợng và điều khiển lắc
nghẽn, chúng ta xem xét sự hoạt động của một mạng không thực hiện các thù tục đó.

Có hai vấn đé trong mạng khôn» điều khiển: Sự giảm thòng lượng và sự không còng

bẳn tị trong việc cấp phát băng thông.

Hình 1.3: Một mạng bị tắc nghẽn do không có điêu khiển


6

Mỏt mang dưn gián trong hình giúp chúng la minh hoa các vấn dé trẽn. Các con sỏ
trên kết nòi chi dung lượng cùa kết nối đó, đơn vị là kbps. Ta siá sứ cần thực hiện hai
1Lions si ao dịch:
- Từ trạm B đén trạm A : '-BA Kbps, với các giao dịch đi theo đường B -> Ỵ -> X -> A
- Từ trạm c đến trạm D: ^CD kbps. với các giao dịch đi theo đường C->Z->X->D
Ta già sử rằng mạng không được điếu khiến, nahîa là các giao dịch trẽn mạng có thể

sir dụng các tài nsuyẽn trên mạng, các trạm nguồn khỏng bị giới hạn tốc độ phát, và
dặc biệt là các bộ đệm gói trên các trạm trung gian X, Y. z (phần bộ nhớ trên các nút

trung gian dùng để lưu các gói được chuyển đến) có thể bị chiếm giữ bời tất cả các
gói. Các gói bị huỷ khi không còn bộ đệm tại trạm mà chúng được chuyên đến. Các
tĩỏi bị huý sẽ được truyền lại khi hết thời gian timeout mà khổng được xác nhận. Một
bán sao cùa mỏi gói được giữ tại trạm nguồn khi trạm đó chưa nhận được ack từ tram
tiếp theo dọc theo đường truyền của gói.
Sự siàm thỏim lượng và sự khòng công bằng thê hiện trong các trường hợp sau đây:

Trường fĩỢỊj !

Kr.\ = 7 kbps và ^'CD = 0
Trạng thái này khòng tắc nghẽn, do giao dịch đòi hỏi từ B đến A nhỏ hơn dung lượng

của mạng. Các kết nòi B

Y, Y -> X. X -> A đểu truyền 7 kbps.

Trường hợp 2:
'-BA= 8+^ kbps và *-CD = 0

>0)

Các gói đề nghị chuyến đến A iớn hơn khá năng của kết nối X

A, do đó bộ đệm ở

nút X có thế bị đầy do các gói chuyến đến X chờ đê được chuyến từ X -> A. Khi bộ
đệm tại X đầy, các gói tiếp theo gửi từ Y đến X bị huỷ bỏ và không được xác nhận.
Nứt Y văn phái giữ các gói để chừ xác nhận, vì vậy bộ đệm cúa nó sẽ chứa các gói
này. Ban đầu. kết nôi Y -> X là 8 + ^ kbps, do phải truyền lại ò kbps, bây giờ nó phải
truyền với tốc độ 8 + 2^ khps. Nhưng nút X chỉ chuyển được 8 kbps tới A, nên 2Ò kbps
bị huỷ bỏ, và kết nối Y -> X cần phái truyền với tốc độ 8 + 4Ò kbps. Cứ như vậy kết nối

Y

X sẽ đạt tới dung lượng của nó là 64 kbps, trong đó 8 kbps là các gói mới và 56

7
kbps là các gói truyền lại. Tươne tự như vậy, kết nối B -> Y sẽ chuyển các gói với tốc

độ 16 kbps trong đó có 8 kbps là các gói mới và 8 kbps là các gói truyền lại.
Vấn đề tắc nghẽn trong trường hợp này có thể giải quyết bằng 1 trong hai cách sau:
- Tãns dune lượng các kết nối sao cho đáp ứng được tốc độ phát cùa B
- Hạn chè tốc độ phát tối đa cho B là 8 kbps
Cách 1 là hợp lv và kinh tế khi tốc độ truyền cùa B luôn luôn ở giá trị cực đại trong
thời gian dài. Cách 2 hợp lý khi trong hầu hết thời gian, B chỉ truyền với tốc độ thấp
(ví dụ 2 kbps) và thinh thoảng truyền với tốc độ > 8 kbps.

Trường hợj) 3:
= 7 kbps và ^ CD = 7 kbps
Không có tắc nghẽn, và các kết nối đểu có tốc độ truyền là 7 kbps. Tổng tốc độ truyền
đến A và D là 14 kbps.

Trường hợp 4:
\ A= 8+ô kbps và XCD= 7 kbps (ỗ >0)
Trong trường hợp này, các kết nối trên đường đi từ c đến D đáp ứng được tốc độ

truyền của c. Tuy nhiên, tốc độ phát của B lại vượt quá khả nãng của các kết nối trên
đường đi từ B -> A. Vấn để là ở chỗ các gói từ B và từ c phải chia xẻ bộ đêm của trạm
X trong điều kiện mạng không có điều khiển. Như trong trường hợp 2, bộ đệm của
trạm X bị chiếm giữ bởi các gói chờ để truvền tới A. Đây là nguyên nhân mất gói đến
từ B và cà các gói đến từ c khi chúng được truyền tới X. Các gói đến từ c cũng có thể

bị mất trong khi nguyên nhân gây nên đầy bộ đệm là do trạm các gói truyền từ trạm B.
Khi hộ đệm cùa trạm X đầy, các bộ đệm của Y và z cũng được điền đầy, và tất cả các
kết nối đéu phải truyền với tốc độ tối đa của chúng.

Khi nút X truyền các gói đến A và D, nó chấp nhận và xác nhận các gói đến. Vì các
gói đến từ B có tốc độ gấp hai lần tốc độ các gói đến từ c (do dung lượng đường

truyền từ Y -> X gấp 2 lần dung lượng đường truyền z -> X) nên số lượng các gói đến
từ B được chấp nhận bằng 2 lần các gói đến từ c được chấp nhận. Như vậy, khi tốc độ

truyền X -> A tối đa là 8 kbps thì tốc độ truyền từ X -> D là 4 kbps.

So sánh với trường hợp 3 ta thấy, khi /-BA tăng từ 7 lên 8+k thì:


8

- Tổng thông lượng từ X truyền tới A và D giảm từ 14 kbps xuống còn 12 kbps.
- Trạm c bị đối xử không công bằng. Tốc độ truyền từ c tới D giảm từ 7 xuống còn 4

kbps. trong khi nauyèn nhân cùa vấn để là do các gói đến từ B.
Đế giải quyết vấn đé này, ta có thể dùng các phương pháp như trong trường hợp 2.
Phương pháp thứ ba là dành ra một sô bộ đệm của X để phục vụ cho việc chuyển các
gói tới D. Như vậy sẽ đàm bảo sự công bằng cho dù các gói đến từ B có làm mạng bị

tắc nghẽn hay không. Tuy nhiên việc đặt trước bộ đệm làm giảm khả năng chia xẻ của
mạng chuyên mạch gói. Nhưng điểu này cho thấy cần định ra một mức chia xẻ tắc
nghẽn một cách hợp lý đê vừa đảm bảo cho sự công bằng và giá cả hợp lý.

1.1.3Kết luận
Đê đảm báo cho hoạt động của mạng thông suốt, tránh tắc nghẽn khi số lượng giao
dịch đầu vào tăng nhanh, và để tăng hiệu suất của mạng, chúng ta cần sử dụng phương
pháp điểu khiển lưu lượng trong mạng thông tin máy tính.

1.2 ĐIỂU KHIỂN LƯU LƯỢNG VÀ ĐỉỂU KHIÊN t r á n h t a c n g h ẽ n
Trong quá trình truyền số liệu giữa một trạm nguồn và một trạm đích, hai trạm có sự

thống nhất trong cách truyền và cách nhận sao cho dữ liệu được truyền và nhận đúng.
Khi trạm đích chưa nhận được dữ liệu một cách chính xác thì trạm nguồn sẽ truyền lại
dữ liệu đó. Dữ liệu có thể bị mất do trạm nhận không còn bộ đệm thu, hoăc có thể bị
lỏi trong khi truyền. Các gói dữ liệu bị mất hoặc hỏng sẽ làm cho số lượng các gói cần

truyền qua mạng tàng lên.

Quá tải là hiện tượng có quá nhiều gói dữ liệu được truyền lại, làm cho số lượng gói
được chuyển thành công giảm đột ngột, thậm chí giảm tới 0.
Để iránh hiện tượng quá tải, cần sử dụng cơ chế điều khiển lưu lượng và điểu khiển

tránh tắc nghẽn trong quá trình truyền thông tin trên mạng.
- Điều khiến htu lượng: Là sự thống nhất giữa trạm nguồn và trạm đích về dòng dữ

liệu. Mục đích của điều khiển lưu lượng là duy trì việc khi gói đến trạm đích có bộ
đệm cho nó.


9

Điều khiên lưu lượng để cập đến tốc độ phát cùa trạm nguồn và sỏ lượng bò đệm của
trạm đích.

Hình ỈA : Điéu khiển ỉitii lượng quan tám đến ỉủ i nguyên

cùa trạm nguồn và trạm đích
Nêu không có điểu khiển lưu lượng, nguồn có thể gửi gói quá nhanh tới đích. Điều này

có thể dẫn tới mất gói, phải truyền lại và giảm hiệu suất. Một chiến lược điểu khiển lưu
lượng sẽ bào vệ trạm đích khỏi quá tải bời trạm nguồn.
Trong chiến lược điều khiển lưu lượng dùng cơ chế cửa sổ, trạm đích đật ra giới hạn số
lượng gói mà trạm nguồn có thể gửi phù hợp với khả năng nhân của nó.
- Điếu khiển tránh tắc nghẽn: Là cách điều khiển việc trao đổi dữ liệu trên mạng để

tránh hiện tượng quá tải xảy ra trên mạng.
Điều khiển lưu lượng giới hạn số lượng gói dữ liệu dựa vào bộ đệm trên trạm đích,
trong khi đó điều khiển tắc nghẽn giới hạn số lượng gói dữ liệu dựa vào bộ đệm của
trạm trung gian. Điểu khiển lưu lượng là sự thông nhất của hai phía (nguồn, đích) còn
điéu khiển tắc nghẽn là luật trên toàn mạng.
Điều khiển tắc nghẽn đề cập đến tài nguyên trên mạng. Hình vẽ sau mô tả các kết nối
từ các trạm nguồn S|, S2,..., Sn đến các trạm đích D,, D2,..., Dn thông qua mạng.

Trong hình trên: Điều khiển tắc nghẽn cần quan tâm đến tốc độ phát của các trạm
nguồn s„ khả năng nhận của các trạm đích D,; tốc độ xử lý, số lượng bộ đệm của các
trạm trung gian và các hệ chuyến mạch trên mạng.


10

1.3 MỘT SỐ KHÁI NIỆM DÙNG TRONG LUẬN VĂN
Quá trình Poisson: Xác suất có k gói đến trong thời gian T là:
p{k) = i J Ư

£

l

k\

H àng đợi M IM I1 IK : Các gói đến một trạm theo quá trình Poisson, sự phục vụ theo
hàm mũ, và có một server, trạm có K bộ đệm (hàng đợi có độ dài lớn nhất là K).

G ói ack (acknowledgem ent packet): Gói xác nhận. Trong cơ chế truyền có xác nhận,
khi trạm nguồn truyền dữ liệu đến trạm đích, nếu trạm đích nhận đúng gói dữ liệu thì
sẽ trà lời trạm nguồn bằng gói ack.

Thời gian trễ (delay): Là thời gian lan truyền tín hiệu trên môi trường truyén dẫn từ
trạm nguồn đến trạm đích, thời gian các gói phải chờ trong bô đệm, hoăc thời gian
phát gói.

Thời gian trẻ toàn phần (RTT): Bằng thời gian từ khi trạm nguồn phát gói dữ liệu cho
đến khi nó nhận được gói ack.

Thòng lượng (throughput): Số lượng thông tin tính bàng bit hoặc byte truyển từ trạm
nguồn đến trạm đích thành công trong một đơn vị thời gian.

Hop: Đường đi giữa hai trạm cuối trao đổi dữ liệu cho nhau thông qua nhiều đoạn
đường, mỗi đoạn được gọi là 1 hop.

Cổ chai: Là yếu tô' quyết định đến thông lượng qua mạng. Trên một kênh truyền thì
nút có tốc độ xừ lý chậm nhất, các gói qua đây phải chờ lâu nhất gọi là nút cổ chai.

Tấc nghẽn (deadlock). Là trạns thái không có giao dịch nào được thực sự chuyển qua
mang. Các gói được truyén lại trên mạng mà không truyền được gói mới, hoặc tất cả
các trạm đều hết bộ đệm. Thông lượng qua mạng bằng 0 và thời gian trễ vô cùng lớn.

Chuyên mạch kênh (circuit switching): Tồn tại một đường kết nối riêng, cố định giữa
hai thiết bị cuối irong toàn bộ quá trinh trao đổi dữ liệu.

Chuyên mạch gói (packet switching): Chia dữ liệu được truyén thành các gói có độ
dài thav đổi, và chuvển qua các đường (có thể) khác nhau trong hệ thống truyền dẩn.
Sử dụng phương thức lưu và chuyển (store and forward) để lưu gói nhận được, phân
tích phần tiêu đé của gói để thực hiện chuyển tiếp.


Chuyển mạch gói kết nối: Tương tự chuyển mạch kênh, kết nối được thiết lập trước khi
trao đổi dữ liệu và được huỷ bỏ sau khi trao đổi xong. Nhưng trong quá trình truvén,
các đoạn đường từ nguồn đên đích có Ihể thav đổi, do đó các gói dữ liệu cần được
đánh số tuần tự để trạm đích ghép lại theo đúng thứ tự.

Chuyển mạch gói không kết nối: Không cần thiết lập kết nối giữa hai thiết bị cuối có
nhu cầu trao đổi dữ liệu. Việc xác định đường và quyết định chuyên tiếp được thực
hiện độc lập đối với từng gói dữ liệu trên cơ sở các dữ liệu điểu khiển.

Hoạt động của bộ định tuyến (router):
Các bộ đêm vào

Chức

Các
dường
vào

Các bộ
đệm ra

Chức
năng
huỷ bỏ

gói

Các đường ra

Hình 1.6 : Kiến trúc cơ bàn của một router
Tất cả các kết nối trên mạng được gộp lại bởi các router. Chúng chuyển các gói đến từ
đường vào đến đường ra thích hợp để dảm bảo gói được định hướng tới đích.
Router được kết nối với I đường vào và o đường ra. I và o có thể khác nhau, thường
thì 1=0. Trong đa số trường hợp, đường ra vào và ra được cặp đôi để hình thành kênh
truyền song công trong trường hợp dữ liệu được truyển cả 2 hướng, và cả trong trường
hợp kênh bán song công mà dữ liệu trong một thời điểm chi truyền theo một hướng.
Gói đến được đưa vào bộ đệm. Một khi ở bộ đệm, chúng được lựa chọn bời “ chức nãng
lựa chọn gói” để truyền đến “ chức năng định tuyến” . Chức năng định tuyến quyết định
xem eói sẽ được chuyển hướng theo dường ra nào đề có thể đến đích nhanh nhất: Việc
này thực hiện bởi bảng định tuyến ta gọi là “ nửa tĩnh” (vì bảng này thường ít thay đổi,


12

nó chì thay đổi trong những trường hợp đạc biệt như khi cầu trúc của mạng thay đổi).
Khi tìm được kết nối, “ chức năng gứi gói” đê đưa gói đó vào hàng đợi cùa dường ra.
Khi gói đến cuối hàng đợi, nó được truyền qua kết nối tới router tiếp theo, hoặc đến
đích cuối cùng.
Chức năng chọn gói có thể chọn một gói bất kỳ trong bộ đệm vào để chuyển cho chức
năng định tuyến. Thường thì theo thứ tự FIFO, nhưng cũng có thể là theo một cách
khác.

Có hai yêu tố ảnh hưởng quyết định đến khả năng hoạt động của router. Thứ nhất là
thời gian tối thiểu để router giải mã phần tiêu để của gói đến, để quyết định đường đi
cho gói đó và chuyển gói đó tới đường ra để truyền nó đi. Thứ hai là thời gian các gói

phải chờ trong bộ đệm (vào, ra) của router.
Bộ đệm vào và bộ đệm ra của router là có hạn, khi một bộ đệm đầy, không gói nào
được nhận nữa và router phải huv bỏ chúng. Đây là nguyên nhân mất dòng dữ liệu từ
nguồn đến đích, và do đó trạm nguồn truyền lại dữ liệu đó.
Router không thể đưa gói vào hàng đợi ra nếu bộ đệm tương ứng bị đầy, nhưng nó có
thể chọn huỷ bỏ gói đã ở trong bộ đệm và đưa gói mới vào thế chỗ. Lựa chọn này được
thực hiện bời chức năng gửi gói. Việc này không thực hiện được đối với bộ đệm vào vì
một gói không được đưa vào bộ nhớ của router, nếu nó chưa được đưa vào hàng đợi
vào. Do vậy gói vào có thể bị mất ngoài sự kiểm soát của router.
Cuối cùng, các bộ đệm được cấp phát cho các đường vào và các đường ra của router có
thể dùng chung không gian bộ nhớ, hoặc chúng dùng bộ nhớ riêng biệt. Nếu dùng
chung thì không bộ đệm nào bị đầy khi toàn bộ bộ nhớ của router chưa được sử dụng
hết. Nếu dùng riêng, bộ nhớ được cấp phát cô' định cho mỏi đường vào, ra do đó việc
sử duns bộ đệm của một đường vào, ra rỗi sẽ không hiệu quả.
M ạng A R P A N E T : được nghiên cứu, thiết kế và thực hiện cuối những năm 1960 ở

bang California, Mỹ. Đây là mạng thông tin máy tính đầu tiên sử dụng công nghệ
chuyển mach gói. Mạng ARPANET là tién thản của mạng Internet hiện nay.


13
M ò hình kênh ào:

^•mt

(a)

~

~*Q

- ,4V,pl 0

(hl' ^ p)» Q — ► .................-

(fVMp,,,p)». ( 0) _____ >

(b)

Hình Ị .7: M ô hình kênh ảo (Vituaỉ Circuit-VC)
Trong mô hình này, ta quan tảm đến giao dịch vào Xvc của kênh ảo gồm M kết nối và
kết thúc ờ nút M + l. Ta xem xét kênh ảo được cấp phát bộ đệm trên các kết nối (trừ kết
nối đầu tiên) như thế nào: K„ i = 2,

Giả sử bộ đệm đầu tiên đủ để chứa tất cả

các gói mới.
Ta biểu thị tốc độ phát gói (dung lượng) của mỗi kết nối i dọc theo kênh ảo bằng 14,' và
biểu thị thời gian trễ lan truyền giữa nút i và nút i+1 là l/(i'pri)p. M ột số kênh ảo có thể
cùng chia xẻ một đường kết nối vật lý. Như hình trên biểu thì một kênh ảo có tốc độ
x inl chia xẻ kết nối giữa nút 2 và nút 3 với kênh XyC.

Hình b là mô hình một kẻnh ào M-hop với |i‘trans là dung lượng phục vụ của kết nối vật
lý i dành cho kênh ảo Ầvc.

Mỏ hình mạng diện rộng chuyển mạch gói không kết nôi
1. Là mạng diện rộng với các nút trong mạng chuyển dữ liệu cho các nút khác theo
nhiều kết nối. Các nút được kết nối một cách thay đổi, mạne không có topology cụ thể.
2. Mạne là không h ư ớ n g kết nối. ớ đây không có sự đặt trước băng thông hay tài
nguyên giữa nguồn truyền dữ liệu và đích liên quan. Các kết nối end-to-end có thể

thiết lập bởi lớp vận chuyển của nguồn và đích, nhưng các nút khác trong mạng không
quan tâm đến sự vận hành này của lớp vận chuyển.


14
3. Mạng là chuyển mạch gói. Các gói được chuyên một cách riêng biệt từ nguồn đến
đích, chúne có thể đi theo các đường khác nhau và có thể đến trạm đích khỏne đúng
thứ tự được truyển từ trạm nguồn.
4. Các gói có kích thước không cô' định được chuyển từ kết nối này đến kết nối khác
dựa vào các nút, thường gọi là các switch, gateway hoậc router. Router đưa vào bộ
đệm các gói đến trước khi truvền chúng đi tiếp.
5. Mạng sử dụng cách định tuyển nửa tĩnh.
6. Mạng không ràng buộc băng thông đối với nguồn dữ liệu. M ột trạm nguồn có thể
truyền dữ liệu với tốc độ tăng tối đa trên các kêĩ nối giữa nó và trạm đích.
7. Các kết nối được già thiết là có băng thông cố định. Tuy nhiên các gói có thể bị lỗi
hoặc điều khiển lưu lượng bị lỗi khi truyền qua mỗi kết nối.

8. Mạng không đảm bâo quá trình truyền. Các kết nối trên mạng có băng thông giới
hạn và các nút có bộ đệm giới hạn cho các gói đang chờ được chuyển đi. Nếu các
thành phần của mạng không thể chuyển tiếp các gói tới đích vì một lý do nào đó gói có
thê bị huỷ bỏ.


15

Chương 2
MỘT SỐ C ơ CHẾ ĐIỀU KHIỂN l ư u l ư ợ n g v à ĐIỀư
KHIỂn t r á n h t ắ c n g h ẽ n

2.1 ĐIỂU KHIỂN LƯU LƯỢNG DựA TRẼN TIMEOUT VÀ c o CHẾ CỬA s ổ

2.1.1 Thời gian timeout và hiện tượng tắc nghẽn
a) Thời gian timeout
Trong việc truyền có xác nhận giữa hai trạm, nếu trạm đích nhận đúng gói dữ liệu thì
sẽ trả lời trạm nguồn bằng gói ack. Như vậy khi gói dữ liệu bị mất, trạm đích không
nhận được và không phát gói ack tương ứng cho gói đó. Sau một khoảng thời nào đó
mà không nhận được gói ack thì trạm nguồn biết rẳng gói dữ liệu đã bị mất, và phát
lại. Khoảng thời gian đó gọi là thời gian timeout. Hình vẽ sau minh hoạ cách tính
khoảng thời gian timeout:
Trạm nguồn

Trạm đích

• -------------------------------------------------------------•
Gói dữ liệu

nnnmnmmi
-4-------------- ---------------------------------------------------------------►
t.

Hình 2.1 : Cách tính thời gian trễ timeout
Khoảng thời gian timeout T được tính như sau:
T = 2ts+t,

(2.1)

Trong đó ts là thời gian lan truyèn tín hiệu từ trạm nguồn đến trạm đích, t| là thời gian
phát gói dữ liệu. Ta bỏ qua thời gian trạm đích phát gói ack.

b) Sự tác nghẽn

16
Trong lúc quá tài hầu hêt các mạng làm mất gói giữ liệu do bộ đệm đầy. Do đó
timeout là cơ chế ngầm hiểu dê truyền tín hiệu tắc nghẽn từ mạng tới máv trạm. Khi
có tim eout, m á y nguồ n khô ng nhữ n g phải truyền lại gói bị m ất m à còn phái giảm tốc

độ phát. Dựa vào các đặc điểm này ta phát triển phương pháp đơn giản sử dung

timeout để xác định gói dữ liệu lỗi và tắc nghẽn. Phương pháp này không đòi hỏi một
khuòn dạng mới để truyển thông báo, vì vậy có thể dùng trong các mạng có điéu khiển
luru lượng sử dụng cơ chế cửa sổ.

Khi một kết nối quá tải, hàng đợi ở trạm đang dùng kết nối đó được thiết lập và bộ
đệm được sữ dụng hết là nguyên nhân mất gói dữ liệu. Thông lượng có thể giâm tới 0

và thời gian trả lời có thể tiến tới vô hạn. Hiện tượng nay gọi là tắc nghẽn.
Chiến lược để giảm sự quá tải trên mạng gọi là điều khiển tắc nghẽn,

c) Nguyên nhân của sự tắc nghẽn
Khi có số lượng gói được gửi nằm trong khoảng dung lượng của phân mạng, tất cả

chúng được chuyển tới đích (trừ một số nhỏ gắp lỗi trong khi truyền). Và số lượng
nhận thành công tỷ lệ với số lượng gửi.
Tuy nhiên, khi tăng số lượng gửi lên rất nhiều, trạm khổng đáp ứng được hết và bắt
đầu bị mất gói dữ liệu. Khi số lượng gói tăng lên nữa, các gói bị mất hoặc bị huỷ bỏ do
thiếu bộ đệm. Mạng phải truyền lại rất nhiều gói và hầu như không có gói mới được
chuyển đến đích.
Tắc nghẽn có thể thể hiện bởi một số yếu tố: Nếu trạm thực hiện các nhiệm vụ của nó
quá chậm (xử lý và phát gói tin, cập nhật các bảng định tuyến,. . .) thì hàng đợi được

tạo ra (ngay cà khi dung lượng của đường truyền dư thừa).
Mặt khác thậm chí nếu CPU của trạm có tốc độ nhanh vô hạn, hàng đợi sẽ vẫn được
tạo ra mỗi khi tốc độ gói vào vượt quá dung lượng của đường ra.

Ví du: Có 3 đường vào chuyển các gói với tốc độ cao nhất. Tất cả các gói đểu chuyển
đến một đường ra. Nếu Ci+C2+Q>Coui thì dù cho khả nâng xử lý của trạm là rất nhanh,
hàng đợi vẫn được thiết lập do dung lượng đường ra không đáp ứng được. Nếu duy trì
tốc độ vào như vậy thì dẫn đến trạm khổng đủ bộ đệm.


17
c,

Cj
c,

^

H à n g đơ i

>

11lim 111

^

Trạm

Hình 2.2: Hàng cìợi được thiết lập khi dung lượng vào lớn hơn dung lượng ru tối đa

Trong cơ chế truyền có xác nhận, một trạm không còn bộ đệm sẽ huý bỏ các gói mới
đến. Khi gói bị huý bỏ, trạm gửi gói đó sẽ nhận được timeout và truyền lại gói đó. Nếu
có tắc nghẽn, trạm gửi có thể phải gửi lại gói đó nhiều lần. Do trạm gửi không thể huỷ

bỏ gói cho đến khi nó được xác nhận, tắc nghẽn tại trạm nhận bất buộc trạm gửi phải
giữ lại bộ đệm mà thông thường sẽ được giải phóng.

2.1.2 Chiến lược điều khiển tránh tắc nghẽn
Để khắc phục hiện tượng tắc nghẽn, ta có thể dùng 5 chiến lược sau:
1) Định vị trước các tài nguyẽn để tránh xung đột.
2) Cho phép trạm trung gian huỷ bỏ gói dữ

liệu nếu cần.

3) Cấm một sô' gói dữ liệu trên phân mạng.
4) Sử dụng phương pháp điểu khiển lưu lượng.
5) Giảm đầu vào khi có xảy ra xung đột.

Tuy nhiên, đường đi của gói dữ liệu trong mạng không hướng kết nối không được định
trước, do đó việc định vị tài nguyên trôn máy trạm trung gian (chưa xác định) là không
thê thực hiện được. Việc cấm một sô' gói dữ liệu trong phân mạng là khó thực hiện và
khòna có gì đảm bào rằng một trạm nào đó không bị tắc nghẽn. Khi có hiện tượng tắc
nghẽn, cần phải gửi gói báo hiệu tắc nghẽn tới các trạm. Nếu không giảm các gói đầu
vào của mạng thì số lượng gói bị mất tãng và thông lượng có thể giảm đến 0.
Như vậy khôns sử dụng được chiến lược 1 và 3 ở trẽn, ta kết hợp chiến lược 2, 4 và

5

để giảm những nhược điểm của chúng. Cần có cơ chế cho mạngđể thông báochocác
trạm rằng mạng bị tắc nghẽn, và cơ chế để cho các trạm điều chỉnh tải của chúng trên

mạng. Trontỉ mạng điểu khiển lưu lượng bằng cửa sổ, kích thước của cửa sổ cung cấp
cách thức để điều chỉnh tài sinh ra bời một trạm. Cũng do đa số các mạng làm mất gói
dữ liệu khi tắc nghẽn do bộ đệm không sẩn sàng, kết quả là timeout đối với các trạm


18

cung cấp cơ chế ngầm hiểu để truyền đạt thông tin tắc nghẽn từ mạng đến mỗi trạm.
Gói tác nghẽn là không cần thiết. Ta xét vấn để huỷ bỏ gói và vấn đé tấc nghẽn.
/. H u ỷ b ờ g ó i

Khi gói dữ liệu đến và không còn bộ đệm cho nó thì trạm huỷ bỏ nó. Lược đổ phục vụ
các trạm: tác nghẽn được giải quyết bầng cách huv bỏ gói dữ liệu khi có thể. Nếu phân
mạng cần dịch vụ của kênh ảo: một bản sao của gói cần được lưu vào trong bộ đệm để
có thể truvền lại được. Một khả nảng có thể thực hiện được cho trạm đang gửi đi gói bị
huý bỏ là tiếp tục giữ gói và truyền lại gói đó cho đến khi nó được nhận. Một khả năng
nữa cho trạm đang gửi là từ bỏ sau một số lần nhất định (mà không gửi được) và đòi
hỏi trạm nguồn bắt đầu lại (do xảy ra timeout).
Rõ ràng là không thể bỏ qua các gói có chứa ack từ một trạm lân cận. Ack đó sẽ cho
phép trạm giải phóng bộ đệm. Tuy nhiên nếu trạm không còn bộ đệm rỗi, nó không
nhận được gói chuyển đến để xem trong gói đó có ack không. Giải pháp thường xuyên
dành một bộ đệm cho mỗi đường vào cho phép gói được kiểm tra. Trạm kiểm tra gói
mới đến. nếu trong gói có ack thì huỷ bỏ gói đã được ack xác nhận là đến đích để giải
phóng bộ đệm. Gói chứa ack đó được giữ và sử dụng bộ đệm vừa được giải phóng như
bộ đệm vào mới.
Nếu tắc nghẽn được tránh bằng cách huỷ bỏ các gói, thì cần một luật để biết rằng khi
nào cần phải giữ gói và khi nào có thể huỷ bỏ nó. Nếu không có một luật rõ ràng thì
đường vào đơn cũng có thể sử dụng hết tất cả các bộ đệm trong một trạm trung gian,
khi nó xử lý đơn giàn theo cách phục vụ FCFS (gói đến trước được phục vụ trước).

Chiến lược quản lý bộ đệm:

a)

b)

Hình 2.3: Phân chia bộ đệm cho các đường ra
Hình a) mô tả một trạm với tổng 10 bộ đệm, 3 trong sô' đó thường xuyên dùng cho các
đường vào, 7 còn lại lưu giữ hàng đợi các gói để gửi đi một trong các đường ra. Thậm


19

chí khi hai đường ra rỗi, bất kỳ một gói nào đến cho các đường này cũng đéu bị huý bỏ
vì không còn bộ đệm.

Có thế giới hạn bộ đệm cho mỗi hàng đợi. Ví dụ nêu giới hạn đó là 4, trong điéu kiện
như hình b) thì sẽ còn 3 bộ đệm rỗi. Một gói mới đến cho đường ra thứ nhất sẽ bị huỷ
bỏ chứ không tăng bộ đệm cho hàng đợi của đường ra này lên 5. Chiến lược này không
thưc sự có hiệu quà như mong muôn. Đường ra đã hoạt động hết dung lượng của nó.
Hàng đợi 7 gói thay cho 4 sẽ không cho các bit ra nhanh hơn, mà nó sẽ cho giao dịch
cùa các đường ra khác được chuyển tiếp ngay lập tức, có thể gấp hai hoặc ba lần tốc độ
đường ra của trạm trung gian. Trong bất kỳ trường hợp nào, gói bị huỷ sẽ được chuyển
lại ngay.

Giải thuật xác định độ dài lớn nhất cùa hàng đợi (m) cho trạm có k bộ đệm (không
tính những bộ đệm thường xuyên dùng cho các kênh vào):
- Trường hợp chỉ có một đường ra thì m=k.
- Trường hợp có s đường ra thì mỗi đường ra được cấp phát bộ đệm có độ dài tối đa là

m = k ỉ yís (2.2).
Không đường nào có thể mượn dù chỉ một bộ đệm từ một đường vào rỗi. Cách này
khổne thực sự hiệu quả. Xác định giá trị thích hợp của m là một việc khó. Cho dù trạm

trung gian có thể cố gắng để đo số lượng giao dịch và tiếp tục điều chỉnh m, nhưng nếu
giao dịch nhiều thì có thể hộ thống hoạt động không tốt. Sử dụng công thức 2.2 trong
trường hợp có 7 bộ đệm và 3 đường ra thì m = 7 / s

= 4.

Việc huỷ bỏ gói thì dễ thực hiện, nhưng có một số điểm bất lợi. Điểm chính là dải

theme cần cho sự lập lại. Nếu xác suất gói bị huỷ là p, sô' lượng phãi truyền là 1/(1 -p).
Một vấn để nữa: thời gian timeout nên là bao nhiêu. Nếu quá ngắn, các gói bị gửi lại
một cách không cần thiết có thể gây tắc nghẽn. Nếu quá dài thì lại vượt quá thời gian
trễ. Một cách giảm số lượng dải thông lãng phí cho việc truyền lại gói bị huỷ bỏ là huỷ
bò các gói không được chuyển đi xa một cách có hệ thống, do đó không phải đấu tư

nhiều tài nguyên. Trường hợp giới hạn của chiến lược này là huỷ bó các gói mới đến
để dành quyền ưu tiên cho các giao dịch bị huỷ bỏ. Tư tưởng của mô hình này là các

trạm từ chối hoặc huỷ bỏ các gói đến mỗi khi sô' lượng của các bộ đệm bị ràng buộc
bới các gói mới (hoặc tổng các gói) vượt quá một ngưỡng nào đó.


20

2. Tắc nghẽn
Tấc nghẽn xảy ra khi có quá nhiều gói trên phân mạng. Tận cùng cùa tắc nghẽn là
deadlock, còn gọi là lockup hay là bế tắc. Trạm thứ nhất không thể tiến hành cho đến

khi trạm thứ hai làm một việc nào đó, và trạm thứ 2 không thể tiếp tục vì nó đang chờ
trạm thứ nhất làm một việc nào đó. Cả hai trạm hoàn toàn ngừng lại và ở trạng thái đó
mãi.

Bế tấc “lira vù chuyên” (store and forward).
Sự bế tắc đơn giản nhất xảy ra với hai trạm. Giả sử rằng trạm A có 5 bộ đệm, tất cả đểu
dùng làm hàng đợi cho đường ra tới trạm B. Giống như vậy, B có 5 bộ đệm, tất cả
chúng đều dùng cho các gói cần chuyển tới trạm A. Cả hai trạm không thể chấp nhận
một gói nào từ một trạm khác. Cả hai trạm đều bị tắc nghẽn. Trạng thái này được gọi
là “ lưu và chuyển trực tiếp” . Điều tương tự có thể xảy ra trong một phản mạng: Mỗi
trạm cô gắng gửi tới trạm lân cận, nhưng không trạm nào có bộ đệm rỗi để nhận gói
chuyển đến. Chú ý rằng khi trạm bị khoá, tất cả các đường vào của nó bị chặn.

Hình 2.4: Bế tắc liai vù chuyển
Trạng thái a) gọi là “ lưu và chuyển trực tiếp”
Trạng thái b) gọi là “ lưu và chuyển gián tiếp”
Người ta đề xuất giải pháp cho vấn đề lưu và chuyển. Trong chiến lược này, một đổ thị
định hướng được thành lập, với các bộ đệm trở thành các nút của đồ thị.
Các cung của đổ thị nôi từng cặp bộ đệm trong trạm hoặc các trạm liềnkề. Đồ thị đó
được cấu trúc theo cách nếu tất cả các gói chuyển từ bộđệm đến bộđệm dọctheo các
cung của đồ thị, thì không xảy ra bế tắc.


Một ví dụ đơn giàn của phương pháp này là xem xét một phân mạng với N trạm trong
đó đường đi dài nhất từ mỗi nguồn đến mỗi trạm đích dài m hop. Mỗi trạm cần m+1
bộ đệm được đánh số từ 0 đến m. Đổ thị bộ đệm bây giờ được kiến trúc bằng cách vẽ

một cung từ bộ đệm i trong mổi nút tới bộ đệm i+1 trong mỗi nút lân cận. Đường đi
hợp lệ từ mồi bộ đệm i tại trạm A là đường đi tới bộ đệm nhãn i+1 tại mỗi trạm lân cận

của A. và do đó bộ đệm nhãn i+2 tại các trạm dài 2 hop từ A.
Một gói từ trạm có thể được thu nhân tới phân mạng nếu bộ đêm 0 của trạm nguồn còn
trống. M ỗi khi được thu nhận, gói này chi có thể chuvển tới bộ đệm nhãn 1 trong một

trạm lân cận, và tiếp tục cho đến khi nó tới đích và bị loại ra khỏi phân mạng, hoặc nó
tới bộ đệm nhãn m. mà trường hợp đó nó bị huỷ bỏ (nếu m được chọn dài hơn đường
dài nhất, thì đây chỉ có thể là các gói được chuyển lặp lại, và sẽ bị huỷ bỏ). Một gói

trong bộ đệm i của một vài trạm có thể bị chuyển nếu bộ đệm i+1 trong trạm đã chọn
bời giải thuậl còn trống. Chú ý ràng việc đánh sô' các bộ đệm không cấm sự lựa chọn
của giải thuật chọn đường tĩnh hoặc động.
Để chứng minh giải thuật này tránh được bế tắc, ta xét trạng thái của tất cả các bộ đệm

nhãn m tại một số thời điểm. Mỗi bộ đệm ở một trong ba trạng thái: Rỗng, đang gửi
một gói để chuyển tới trạm cục bộ, hoặc đang gửi gói để chuyển cho trạm ở xa. Trong
trường hơp thứ 2, gói có thể được phân phát, trong trường hợp thứ 3, gói đang bị quay
vòng và cần phải loại bỏ. Trong tất cả ba trường hợp, bộ đệm có thể được giải phóng.
Nói chung, tất cả các gói trong bộ đệm m-1 bây giờ đều có thể được chuyển tiếp, và
mỗi lần như vậy chúng được truyền tới đích hoặc hủy bỏ. Khi tất cả các bộ đệm có
nhãn m-1 được giải phóng, thì các gói trong các bộ đệm có nhãn m-2 có thể được
chuyển tiếp hoặc huỷ bỏ. Cuối cùng, tất cả các gói được chuyên tiếp hoặc huỷ bỏ. Nếu
giải thuật định tuyến (chọn đường) đảm bảo các gói không thể được chuyển quay
vòng, thì m có thể được coi là đường đi dài nhất và tất cả các gói sẽ được phân phát
đúng mà không có sự huỷ bỏ hoặc bế tắc.

Ví du: M ột gói đã chuyển i hop, hiện tại nằm ở bộ đệm nhãn i, có thể được đặt vào
mỗi bộ đệm đã được đánh số cao hơn tại hop tiếp theo, chứ không chi bộ đệm 1+ 1 .
Như vậy, các bộ đệm không tăng một cách đơn điệu, do đó không có bế tác. Các cải
tiến khác liên quan tới sự chọn dường và chia xẻ bộ đệm chung.

22

2.1.3 Chiến lược CUTE

Một chiến lược điều khiển tắc nghẽn đơn giản là “ điều khiển tắc nghẽn end-to-end
trong tầng mạng dựa vào timeout và cơ chế cửa sổ” (CUTE) [4]. Chiến lược này đòi
hỏi các trạm giảm tải đầu vào của mạng khi cảm nhận được sự tắc nghẽn. Thời gian trễ
được xác nhận giống như sự xác nhận gói bị mất hoặc tắc nghẽn.

Khái niệm đường ống (pipe)
Hệ thống A
1

h

2

3

A

Hệ thống B
1 2

ạ

Q

3

o

Gói dữ liệu
X;

Hình 2.5a : Đường ống giữa hai tiến trình
Hình vẽ trên mô hình quá trình trao đổi dữ liệu giữa các tiến trình của hai hệ thống A
và B. Tiến trình 2 của hệ thống A kết nối với tiến trình 1 của hệ thống B. Sự kết nôi
logic đó được thực hiện thông qua các thiết bị chuyển mạch, các trạm trung gian và
các kết nối vât lý trên mạng. Dung lượng bộ đêm và tốc độ truyền tại các thiết bị trung
gian dành cho kết nối này sẽ quyết định tốc độ trao đổi số liệu có thể thực hiện được.
Kết nối logic này được gọi là một đường ống. Kích thước PS (pipe size) của đường ống
là sỏ lượng tối đa các gói có thể đưa vào đường ống đó trong một thời điểm (hay số
lượng tối đa các gói đang được chuyển trên mạng theo đường ống).
Trong các mạng điều khiển lun lượng của sổ, tham số chính để xác định tải trên mạna
và do đó xác định khả nâng của nó là kích thước cửa sổ dùng cho các trạm. Khi người
dùng tãng kích Ihước cửa sổ, thồng lượng tãng. Người dùng tiếp tục tãng sô' gói đưa
vào mạng. Tuy nhiên khi cửa sổ có kích thước lớn hơn một giới hạn nào đó (phụ thuộc
bộ đệm ờ các nút trung gian), thông lượng giảm do các gói bị mất. Kích thước cửa sổ
tại điểm tắc nghẽn bằng tổng số bộ đệm của kết nối. Trường hợp nhiều người dùng,
tổng kích thước cửa sổ của tất cả các trạm nguồn chuyển qua một nút trung gian luôn
nhỏ hơn dung lượng bộ đệm của nút trung gian đó.
- Số lượng của bộ đêm tại nút cổ chai quyết định dung lượng của đường truyển.