Chương 11: ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN 2.1 Khái niệm tắc nghẽn: Trong cuộc sống hàng ngày ta thấy những sự tắc nghẽn như : kẹt xe hoặc sự chờ đợi trong một số dòch vụ ví dụ như xếp hàng mua vé…Tắc nghẽn được đònh nghóa một cách tổng quát là trạng thái của một hệ thống khi mà nhu cầu về tài nguyên vượt quá những tài nguyên sẳn có trong một khoảng thời gian nào đó. Trong mạng ATM, tắc nghẽn được đònh nghóa là trạng thái mà trong đó tải yêu cầu từ User đối với mạng đạt tới hoặc vượt quá những giới hạn thiết kế của mạng vốn để đảm bảo chất lượng dòch vụ chỉ ra trong hợp đồng lưu lượng. Nguyên nhân gây ra tắc nghẽn có thể do biến động tăng không dự báo của dòng lưu lượng hoặc do sự cố trong mạng. Các tài nguyên có thể trở thành tắc nghẽn trong mạng ATM bao gồm: các cổng chuyển mạch, các bộ đệm, những liên kết truyền dẫn, đơn vò xử lý, lớp thích ứng ATM và những đơn vò điều khiển chấp nhận kết nối(CAC). Tài nguyên mạng mà có nhu cầu vượt quá khả năng thì được gọi là điểm tắc nghẽn cổ chai. 2.2 Điều khiển tắc nghẽn: Điều khiển tắc nghẽn là một chức năng quan trọng trên mạng ATM, hoạt động ngay cả khi không có tắc nghẽn. Do vậy không có sự phân biệt rõ ràng giữa chức năng quản lý lưu lượng và điều khiển tắc nghẽn. Mục đích của điều khiển tắc nghẽn là để tối thiểu hóa phạm vi và thời gian tác động của tắc nghẽn. Điều khiển tắc nghẽn được chia thành ba mức : Quản lý tắc nghẽn, tránh tắc nghẽn và khắc phục tắc nghẽn. Phạm vi hoạt động của từng mức và bảng phân loại các mức điều khiển tắc nghẽn được mô tả như hình trên. I. Quản lý tắc nghẽn: Không tắc nghẽn Tắc nghẽn nhẹ Tắc nghẽn nghiêm trọng Khắc phục Tránh Quản lý Lý tưởng Lượng tải đưa vào(%) Lưu lượng tải trên mạng(%) 100 40 70 40 65 100 160 Loại Mức cell Mức chùm dữ liệu Mức kết nối Quản lý tắc nghẽn Dùng UPC loại bỏ cell Phân bổ tài nguyên Kỹ thuật xây dựng mạng Tránh tắc nghẽn - Chỉ thò tắc nghẽn phía trước rõ ràng(EFCI) -UPC thay đổi bit CLP Điều khiển luồng dựa vào Windows, Rate hay Credit -CAC "overbooked" -Chặn cuộc gội Khắc phục tắc nghẽn -Loại bỏ cell có chọn lọc -UPC động -Phản hồi sự mất cell -Xóa cuộc gọi -Các thủ tục điều hành Quản lý tắc nghẽn hoạt động ở vùng không tắc nghẽn với mục đích không để mạng tiến vào vùng tắc nghẽn. Các chức năng ở mức này bao gồm : phân phối tài nguyên, UPC ở chế độ loại bỏ (Discarding), CAC ở chế độ đặt trước hoàn toàn (CAC Fully-booked) và kỷ thuật xây dựng mạng. 1.1 Phân phối tài nguyên: Một trong những cách điều khiển là tránh nó hoàn toàn. Điều này có thể thực hiện được bằng cách phân phối tài nguyên một cách đúng đắn. Việcï phân phối tài nguyên dựa vào: dung lượng trung kế , không gian bộ đệm, các thông số UPC/NPC và các thông số VPC. Nếu hoạt động của UPC được thiết lập để loại bỏ các cell vượt quá tốc độ đỉnh và tất cả trung kế cùng với các tài nguyên về bộ được phân phối cho hoạt động ở tốc độ đỉnh thì tắc nghẽn sẽ không thể xảy ra. Như vậy với phương pháp này thì mạng phải có lượng dự trữ tài nguyên để phục vụ cho việc khôi phục mạng nếu xảy ra tắc nghẽn hoặc có sự cố xảy ra trên mạng. Mặc dù phương pháp này có thể tránh được hoàn toàn sự tắc nghẽn nhưng nó sẽ đưa đến vấn đề là hiệu quả sử dụng mạng rất thấp và lãng phí tài nguyên. Phương pháp này có thể hiệu quả đối với các mạng cục bộ như LAN nơi mà giá thành đầu tư cho sự truyền dẫn và các thiết bò là tương đối rẻ. 1.2 UPC loại bỏ(UPC discarding): UPC hoạt động như một cảnh sát giao thông ở lối vào của mạng, với việc thực thi chế độ loại bỏ các cell không phù hợp công với việc đảm bảo sự phân phối tài nguyên ở mức độ phù hợp thì tắc nghẽn có thể không xảy ra. Trong phương pháp này UPC discarding sẽ thực hiện tại nút đầu tiên của mạng do đó các lưu lượng mà có thể gây ra tắc nghẽn sẽ không được đưa vào mạng để không gây nghẽn đối với nút này và các nút tiếp theo trên tuyến. 1.3 CAC đặt trước hoàn toàn (CAC fully booked): Ở chế độ này, CAC chỉ chấp nhận các kết nối có các thông số lưu lượng như PCR, SCR và MBS không làm vi phạm chất lượng dòch vụ của các kết nối khác đang tồn tại. Trong phương pháp này PCR, SCR và MBS được sử dụng để đặt trước toàn bộ các tài nguyên về bộ đệm , trung kế và chuyển mạch. Điều này sẽ đảm bảo rằng trong trường hợp xấu nhất là tất cả các nguồn đều gửi thông tin thì các luồng cell phù hợp vẫn đảm bảo được chất lượng dòch vụ ở mức độ chấp nhận được. 1.4 Kỷ thuật xây dựng mạng: Một phương pháp để đạt được sự phân phối tài nguyên một cách hiệu quả là dựa vào những quyết đònh kó lưỡng lúc vạch ra kế hoạch và khuynh hướng mang tính lâu dài khi xây dựng mạng. Đây là phương pháp được sử dụng cho hầu hết các mạng công cộng và mạng riêng ngày nay. Nhửng quyết đònh này bao gồm việc xác đònh đúng thời điểm và vò trí để lắp đặt hoặc nâng cấp chuyển mạch hay dung lượng trung kế. Cùng với nó là tập hợp các kết quả đo lường mang tính thống kê về lưu lượng và hiệu xuất yêu cầu thực tế để mô hình hóa một cách chính xác những nguồn lưu lượng dùng cho các giải thuật hoạch đònh mạng. II. Tránh tắc nghẽn: Tránh tắc nghẽn hoạt động giữa hai vùng không tắc nghẽn và tắc nghẽn nhẹ, bao gồm các thủ tục ngăn chặn và khắc phục tắc nghẽn trong trường hợp lưu lượng trên mạng đạt cực đại tuy nhiên tải vẫn tiếp tục được đưa vào vùng tắc nghẽn nhẹ. Các hoạt động ở mức này bao gồm: chỉ thò tắc nghẽn phía trước (EFCI_Explicit Forward Congestion Indication), UPC ở chế độ đánh dấu (tagging), CAC ở chế độ đặt quá tài nguyên (CAC Over-booked), khóa cuộc gọi(Call blocking) và điều khiển luồng. 2.1 Chỉ thò tắc nghẽn phía trước (EFCI): Phương pháp này sử dụng vùng kiểu tải trọng (PT_Payload Type) trong phần header của tế bào ATM để đặt bit EFCI. Khi một phần tử mạng rơi vào trạng thái tắc nghẽn nó có thể thiết lập chỉ thò tắc nghẽn phía trước trong vùng PT của phần header để những nút khác trong mạng hoặc thiết bò đầu cuối đích kiểm tra chỉ thò này và phát hiện được trạng thái trong mạng. Lưu ý rằng những cell có vùng PT được đặt EFCI sẽ không bò loại bỏ và nó dành riêng cho hoạt động tránh tắc nghẽn; các nút không bò nghẽn thì không nên thay đổi EFCI vì nó được dùng để thông báo sự tồn tại của tắc nghẽn từ bất kỳ nút trung gian nào đó tới đầu cuối nhận. Bên cạnh việc sử dụng bit EFCI trong các cell thông tin để thông báo cho các nút phía sau , các mạng ATM còn có cơ chế thông báo tắc nghẽn ngược về phía sau trên một vòng phản hồi giống như cơ chế thông báo tắc nghẽn ngược về phía sau giống NÚT NÚT NÚT EFCI 40 60 80 100 120 140 160 40 50 60 70 80 90 100 110 Lưu lượng tải trên mạng(%) Lưu lượng tải đưa vào(%) Có điều khiển Không điều khiển ĐIẾU KHIỂN HỒI TIẾP như cơ chế BECN(Backward Explicit Congestion Notification) trong Frame Relay. Điều này được minh họa trong hình sau: Nếu tắc nghẽn được nhận thấy bất cứ nơi đâu trên tuyến, bao gồm tắc nghẽn ở liên kết ra của một nút, thì lúc đó một thông báo nghẽn được gửi ngược trở lại nút khởi điểm . Nút khởi điểm có thể làm chậm lại dòch vụ đang thực hiện trên kết nối đó, hoặc loại bỏ cell có chọn lọc hay thực hiện cả hai. Nói cách khác, nguồn phát mà đang gây ra tắc nghẽn có thể điều tiết trở lại để tránh khỏi trạng thái tắc nghẽn. Trong đồ thò hình trên cho chúng ta thấy hai đường cong của độ thông suất hữu dụng theo tải xét trong trường hợp có điều khiển và không có điều khiển. Trong trường hợp không có điều khiển thì có thể xảy ra suy sụp do tắc nghẽn (độ thông suất giảm một cách nghiêm trọng). Phương pháp này chỉ có thể làm việc nếu thời gian tắc nghẽn thực sự lớn hơn thời gian đi một vòng mạng (round trip), nếu không thì sự tắc nghẽn sẽ chấm dứt trước khi sự điều khiển phản hồi có tác dụng.Trường hợp xấu nhất trong trường hợp này đó là lưu thông đầu vào mang tính chất tuần hoàn với một chu kỳ xấp xỉ bằng một vòng mạng. 2.2 UPC đánh dấu: Trong điều khiển lưu lượng UPC được yêu cầu đầu tiên và nó cũng được yêu cầu trong hoạt động tránh tắc nghẽn. Một trong những cơ chế điều khiển thông số sử dụng là UPC đánh dấu, hoạt động của UPC đánh dấu là thay đổi giá trò bit CLP để chỉ ra những cell không phù hợp (CLP = 1). Kỹ thuật này cho phép những lưu lượng có thông số vượt quá những thông số lưu lượng thỏa thuận mà vẫn được chấp nhận cho vào mạng và điều này có thể gây ra tắc nghẽn. Nếu kỹ thuật tránh tắc nghẽn này được sử dụng thì một kỹ thuật tương ứng như loại bỏ cell có chọn lọc hoặc UPC động phải được sử dụng để khôi phục mạng nếu có tắc nghẽn nghiêm trọng xảy ra. 2.3 CAC đặt quá tài nguyên (CAC overbooking): Ở chế độ này các kết nối yêu cầu các thông số lưu lượng ví dụ như PCR lớn hơn giá trò được sử dụng trong phần lớn thời gian. Khi một số lớn các kết nối này chia sẽ một tài nguyên chung thì khả năng tất cả cùng sử dụng tài nguyên ở mức độ yêu cầu cao nhất là thấp. Do vậy nhiều kết nối có thể được chấp nhận hơn. CAC overbooking cũng phải được sử dụng kết hợp với cơ chế khắc phục tắc nghẽn như cơ chế UPC động và xóa kết nối. Trong đó UPC động là cấu hình lại các thông số về lưu lượng bằng cách thương lượng lại với User. . các mức điều khiển tắc nghẽn được mô tả như hình trên. I. Quản lý tắc nghẽn: Không tắc nghẽn Tắc nghẽn nhẹ Tắc nghẽn nghiêm trọng Khắc phục Tránh Quản lý Lý tưởng Lượng tải đưa vào(%) Lưu lượng. phạm vi và thời gian tác động của tắc nghẽn. Điều khiển tắc nghẽn được chia thành ba mức : Quản lý tắc nghẽn, tránh tắc nghẽn và khắc phục tắc nghẽn. Phạm vi hoạt động của từng mức và bảng. trên mạng ATM, hoạt động ngay cả khi không có tắc nghẽn. Do vậy không có sự phân biệt rõ ràng giữa chức năng quản lý lưu lượng và điều khiển tắc nghẽn. Mục đích của điều khiển tắc nghẽn là