BÀI THẢO LUẬN tổ CHỨC MANG VIÊN THÔNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP KHOA ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BÀI THẢO LUẬN TỔ CHỨC MẠNG VIỄN THÔNG Sinh viên : Nguyễn Mạnh Tuấn MSSV : DTK0851030289 Lớp : K44DVT02 THÁI NGUYÊN – 2011 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN YÊU CẦU Chất lượng dịch vụ QoS Các kỹ thuật hàng đợi Phân tích một hàng đợi đơn Tổng kết và so sánh các thuật toán I Chất lượng dịch vụ QoS Chất lượng dịch (QoS) vụ thành phần quan trọng mạng gói đa dịch vụ Các mạng hỗ trợ QoS cung cấp đồng thời loại dịch vụ khác cách xử lý hợp lý lưu lượng điểm tắc nghẽn  Để đánh giá chất lượng dịch vụ mạng IP người ta dựa vào tham số sau đây: Tỷ lệ gói: tham số cho biết tỷ lệ phần trăm số gói IP bị tổng số toàn số gói IP đầu gửi chuyển vào mạng cho phía đầu nhận • Độ trễ gói: tham số cho biết khoảng thời gian gói IP chuyển từ đầu gửi đến đầu nhận • Độ biến thiên trễ (jitter): tham số cho biết dao động độ lớn độ trễ gói • Khả đáp ứng dịch vụ: tham số cho biết xác suất sử dụng thành công dịch vụ •  Để đảm bảo chất lượng dịch vụ cho mạng IP người ta đưa biện pháp khắc phục sau: Cải thiện băng thông: Nâng cấp đường truyền vật lí; Xác định mức độ ưu tiên gói tin; Nén packet or frame cho nhỏ gọn • • Độ trễ: Chia nhỏ links nén chúng lại; Áp dụng thuật toán hàng đợi Độ tin cậy: Nâng cấp đường truyền vật lý, tránh tắc nghẽn; Đảm bảo băng thông cho gói tin quan trọng; Loại bỏ ngẫu nhiên gói tin không quan trọng gây tắc nghẽn •  Các giải pháp QoS: Cấu trúc Best-Effort: liệu vào mạng tuân theo quy tắc FIFO Không có đối xử QoS liệu • Cấu trúc Guaranteed Services: liệu qua mạng dành riêng băng thông chắn cho liệu Thực thông qua chế RSVP CBWFQ QoS • Cấu trúc Differentiated Services: liệu vào mạng phân loại thành lớp khác để phân loại cách đối xử mạng liệu Thực thông qua tool QoS PQ, CQ, WFQ WRED •  Cơ chế thực QoS Classificaion: phân loại gói tin theo mức độ quan trọng dịch vụ, mức ưu tiên từ thấp đến cao • Making: Đánh dấu gói tin thuộc lớp thông tin nào, dùng bits header gói tin để đánh dấu • • Congestion Management: Áp dụng thuật toán hàng đợi Congestion Avoidance: Thực loại bỏ ngẫu nhiên số gói tin mà hàng đợi đạt đến số định trước chưa đầy • Policing & Shaping: sử dụng giỏ đựng thẻ nút, số lượng thẻ qui định trước theo khả nút, gói tin cấp thẻ, sau xử lí xong trả lại thẻ cho giỏ Nếu gói tin đến mà giỏ không thẻ thì: • + Cơ chế policing bỏ gói tin yêu cầu ruyền lại sau + Cơ chế Shaping chuyển gọi tin vào hàng đợi -> cần đệm lớn Link Fragmentaion & Interleaving: Phân nhỏ gói tin thành nhiều gói tin nhỏ để giảm đỗ trễ khoảng thời gian truyền gói tin • Compression: gói tin có header giống nên việc xử lí gói tin có thẻ giam cách đọc header gói đầu • II Các kỹ thuật hàng đợi a Hàng đợi Router Lý thuyết hàng đợi nảy sinh cách tự nhiên việc nghiên cứu chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói Trong mạng chuyển mạch kênh, gọi đến chuyển mạch ngẫu nhiên, gọi giữ kênh khoảng thời gian ngẫu nhiên Trong mạng chuyển mạch gói, gói tin với chiều dài khác qua mạng, tài nguyên mạng (các chuyển mạch,kết nối chia sẻ cho gói) Các tin định tuyến đến node Thời gian sử dụng đệm (trễ hàng đợi) vấn đề quan trọng truyền dẫn thông tin Thời gian phụ thuộc vào thời gian xử lý, độ dài tin hay thời gian chờ xử lý chưa có tài nguyên sử dụng Trong ứng dụng tương tác thời gian thực thời gian trả lời trung bình xem tiêu chuẩn quan trọng ứng dụng khác thông lượng lại điều quan trọng Việc mô tả hàng đợi theo lý thuyết toán học phức tạp nên ta mô tả chúng theo mô hình đơn giản sử dụng mạng IP: arrivals Dispatching Queue departure s discipline Server λ =arrival rate Ts= service time w=items wait P= utilization Tw=wait time q= items in queuing system Tq = queuing time Mô hình hàng đợi đơn giản mạng Tin tức (có thể gói tin hay tin) đến hệ thống để yêu cầu phục vụ Nếu server rỗi gói tin phục vụ lập tức, ngược lại chúng lưu giữ hàng đợi Khi rời khỏi hàng đợi gói xử lý Các tham số liên quan tới hàng đợi Tham số Kí hiệu Chú thích Tốc độ đến TB λ Thời gian gói tin đến hệ thống hàng đợi với vận tốc λ đơn vị thời gian(s) Tốc độ rời khỏi TB μ Các gói tin rời khỏi hệ thống với tốc độ μ đơn vị thời gian p Là khoảng thời gian server bận phải xử lý lý,đo P= λ /μ Lw Là số gói nằm hàng đợi trung bình Hiệu suất sử dụng dịch vụ Độ dài TB tất thời điểm t Thời gian đợi TB Tw Có hai định nghĩa: Thứ nhất: tính tất thời gian gói tin đến xử lý (bao gồm gói chờ hàng đợi) Thứ hai: tính TB thời gian gói tin phải chờ hàng đợi Thời gian phục vụ TB Ts Thời gian TB thời điểm gửi gói tới server thời điểm rời khỏi server Độ dài hàng đợi TB Lq Số gói trung bình hệ thống, bao gồm gói sử dụng gói chờ hàng đợi Thời gian xếp hàng TB TB Tq Thời gian gói hệ thống Bảng tham số hàng đợi Các gói đến hàng đợi với tốc độ thay đổi λ trình poisson, thời giạ phục vụ có phân bố mũ tốc độ μ (thực chất thời gian trung bình mà gói tin rời khỏi hàng đợi) Khi gói đến hệ thống tăng hiệu suất sử dụng hệ thống tăng, dẫn tới tắc nghẽn có khả xảy Với p =1 server bão hoà tốc lớn theo lý thuyết mà hệ thống xử lý là: λmax= 1/Ts Tại λmax kích thước hàng đợi dài kiểm soát Trong thực tế thời gian trả lời yêu cầu kích thước hàng đợi giới hạn tốc độ đầu vào thông tin 70-90% so với λmax theo lý thuyết Để hiểu rõ hàng đợi sử dụng có chế điều khiển tắc nghẽn ta phải trả lời câu hỏi: • Các gói lắp đặt hàng đợi • Thứ tự hay cách thức mà thiết bị mạng phục vụ hàng đợi chúng • Các hoạt động mạng để đối xử với bó lưu lượng hàng đợi bị tràn Router xem hộp lớn, có thành phần thực việc truyền thông tin Trong ví dụ ta xét router có giao diện Gói tin 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 gói đưa đến từ giao diện IF0 đặt vào hàng đợi queue (hàng đợi đầu vào) Tiếp theo gói vào router định hướng tới router dựa địa đích lưu giữ phần header gói tin,một số gói tin từ hàng đợi queue đưa vào hàng đợi queue kết nối với giao diện IF1 Hàng đợi queue1 gọi hàng đợi đầu Có nhiều kĩ thuật hàng đợi: FIFO (first in first out), PQ (priority queue-hàng đợ ưu tiên), FQ (fair queue-hàng đợi cân bằng) FIFO kĩ thuật xếp hàng vào trước trước Các gói đến trước gói xử lý Khi hàng đợi đầy có tắc nghẽn xảy gói đến bị loại bỏ Hàng đợi FIFO dựa vào hệ thống đầu cuối để điều khiển tắc nghẽn thông qua chế điều khiển tắc nghẽn Do loại hàng đợi đơn giản nhiều không điều khiển tắc nghẽn nên ta thường xét loại hàng đợi hiệu hơn: hàng đợi ưu tiên(PQ), hàng đợi cân (FQ), hàng đợi có trọng số (WQ) b Hàng đợi FIFO (First In First Out) FIFO hàng đợi mặc định sử dụng hầu hết router giới Hoạt động FIFO Các gói đến từ luồng khác đối xử công bằng cách đưa vào hàng đợi theo trật tự đến (gói đến trước đưa vào trước phục vụ trước) Hoạt động của hàng đợi FIFO cisco, kế hoạch hàng đợi khác cấu hình, tất giao diện(ngoại trừ giao diện có tốc độ nhỏ luồng E1) sử dụng hàng đợi FIFO mặc định Tốc Hàng đợi hoạt động nơi lưu giữ gói để tránh việc loại bỏ gói không cần thiết có dấu hiệu tắc nghẽn Khi có tắc nghẽn xảy ra, hàng đợi tràn tất gói đến bị loại bỏ Hàng đợi FIFO sử dụng hầu hết router, đơn giản định cấu hình cho mà việc sử dụng Trong router độ xử lý gói phải nhanh tốc độ gói đến hàng đợi IF0 tránh tượng tắc nghẽn mạng (hàng đợi IF1 rỗng), tốc độ xử lý thấp so với tốc độ gói vào, có nghĩa tốc độ nhỏ tốc gói vào (hàng đợi đầu dễ bị tràn) xảy tắc nghẽn có nhiều gói vào mạng, vấn đề xảy gói đến sau bị loại bỏ c Hàng đợi ưu tiên PQ (Priority Queue) Kĩ thuật sử dụng trường hợp đa hàng đợi, hàng đợi có mức ưu tiên khác nhau, hàng đợi có mức ưu tiên cao ưu tiên phục vụ trước Khi có tắc nghén xảy gói hàng đợi có độ ưu tiên thấp bị loại bỏ Có vấn đề kĩ thuật này: hàng đợi có độ ưu tiên cao nhiều gói hàng đợi có độ ưu tiên thấp không phục vụ Các gói phân loại xếp vào hàng đợi tuỳ thuộc vào thông tin bên gói Tuy nhiên kĩ thuật dễ bị lạm dụng người sử dụng hay ứng dụng ấn định độ ưu tiên không cho phép Cơ chế hàng đợi đầu ưu tiên sử dụng để quản lý lưu lượng từ tất giao thức mạng PQ cung cấp cách đối sử ưu tiên cho luồng lưu lượng có độ ưu tiên cao, chắn luồng lưu lượng then chốt qua kết nối WAN đạt độ ưu tiên cao Cơ chế làm việc của PQ Các gói phân loại kĩ thuật PQ Danh sách ưu tiên tập luật lệ mô tả gói ấn định độ ưu tiên hàng đợi Ngoài mô tả độ ưu tiên mặc định giới hạn kích thước hàng đợi hàng đợi ưu tiên Các gói phân loại theo: • Loại giao thức giao thức • Giao diện đầu vào • Kích thước gói tin • Các Fragment • Danh sách truy nhập Tất lưu lượng dùng để quản lý điều khiển mạng ấn định độ ưu tiên cao để trường hớp có tắc nghẽn xảy chúng ưu tiên truyền trước Các lưu lượng không ấn định mức ưu tiên đưa vào hàng đợi bình thường PQ cung cấp thời gian đáp ứng nhanh so với kĩ thuật hàng đợi khác Mặc dù ấn định độ ưu tiên cho hàng đợi giao diện đầu nhưmg thường sử dụng cho lưu lượng có băng thông thấp d Hàng đợi cân FQ (Fair Queue) Kĩ thuật giải vấn đề số hàng đợi không phục vụ thời gian dài tài nguyên dùng để phục vụ cho hàng đợi có độ ưu tiên cao Thuật toán Round Robin lập lịch dùng để phục vụ tất hàng đợi cách công Kĩ thuật ngăn chặn số nguồn dùng nhiều tài nguyên mạng mà không chia sẻ cho nguồn khác Các vấn đề xảy gói có chiều dài thay đổi, hàng đợi cho phép giải phóng gói thời điểm Lược đồ định hướng byte sử dụng để cân hàng đợi Thêm vào số hàng đợi bị đầy hàng đợi khác chúng yêu cầu phải phục vụ nhiều kĩ thuật hàng đợi cân phục vụ hàng đợi công e Hàng đợi cân có trọng số WFQ (Weighted Fair Queue) Thuật toán hàng đợi cân có trọng số thuật toán nằm họ thuật toán hàng đợi cân (FQ) Kĩ thuật xem phối hợp hai kĩ thuật hàng đợi cân hàng đợi ưu tiên Tất hàng đợi phục vụ tránh tình trạng bỏ đói hàng đợi, nhiên có số hàng đợi ưu 10 tiên phục vụ nhiều Một trọng số gán cho số hàng đợi để ấn định số ưu tiên cao cho chúng Hoạt động hàng đợi WFQ Khi gói đến phân loại phân loại ấn định tới cửa Cửa thực thể hàng đợi mà với cửa khác xếp theo trật tự thuật toán round robin có trọng số Chỉ theo cách dịch vụ thực đối sử công cho hàng đợi Chìa khoá phân loại đàm thoại, điều có nghĩa việc thể trọng số để phân loại phụ thuộc vào thông tin nằm phần tiêu đề gói tin (địa nguồn, địa đích, giao thức cổng nguồn, IP precedence) Bởi thực tế áp dụng hàng đợi cho đàm thoại, WFQ sử dụng thuật toán Băm để chia cắt luồng lưu lượng thành luồng nhỏ đưa vào số gới hạn hàng đợi lựa chọn người sử dụng hay cố định mặc định Cách làm tăng số lượng lớn hàng đợi, thể cân thuật toán Điều có nghĩa ta có nhiều luồng chia sẻ hàng đợi (được thể dựa màu sắc khác gói hàng đợi) Khi gói đến, phân loại kiểm tra thông tin phần header gói tin sử dụng thông tin này, tính toán số lượng nằm số hàng đợi Sau lắp đặt gói vào hàng đợi định nghĩa số WFQ cung cấp quản lý ưu tiên lưu lượng động theo loại lưu lượng bên gói WFQ quản lý luồng liệu duplex, ví dụ cặp ứng dụng, luồng liệu đơn giản thoại thoại video WFQ cung cấp giải pháp cho 11 trường hợp yêu cầu thời gian quán cho người sử dụng mạng có tải nặng nhẹ giống không cung cấp thêm băng thông thừa WFQ tự động tương thích để thay đổi điều kiện lưu lượng mạng ˖So sánh kĩ thuật hàng đợi Cơ sở so sánh Hoạt động WFQ PQ +Ấn định trọng số cho hàng đợi Luồng lưu lượng có độ ưu tiên cao truyền trước FQ FIFO +Ấn định độ ưu tiên khác cho từmg hàng đợi phù hợp với loại lưu lượng Hàng đợi có độ ưu tiên +Hạn chế cao truyền đầu tượng bỏ đói tiên hàng đợi có +Xảy trường hợp bỏ độ ưu tiên thấp đói hàng đợi có độ ưu tiên thấp Loại Không ấn Ưu tiên sử dụng cho lưu định cho loại lưu loại lưu lượng yêu cầu độ lượng lượng có độ trễ trễ latency thấp, latency thấp Do gói quan trọng thời gian phục vụ ấn định độ ưu tiên cao hàng đợi truyền trước phục thuộcvào số lượng gói có hàng đợi +Các hàng đợi +Gói đối xử đến trước phục vụ +Không xảy trước không tượng bỏ phân biệt loại dịch vụ đói hàng đợi Cấu hình Không yêu cầu thiết lập cấu hình danh sách truy nhập Không yêu cầu thiết lập cấu hình danh sách truy nhập Có yêu cầu cấu hình 12 Không ấn định cho loại lưu lượng có độ trễ latency thấp Do thời gian phục vụ hàng đợi phục thuộcvào số lượng gói có hàng đợi +Không có tượng bỏ đói hàng đợi Sử dụng cho loại lưu lượng, cung cấp cách xếp hàng nhanh hiệu kết nối có độ tắc nghẽn nhỏ Không yêu cầu cấu hình Bộ lập lịch định luồng lưu định lượng luồng lưu truyền lượng cổng serial truyền Sử dụng Sử dụng lập Sử dụng Ít sử dụng lập lịch tương lịch ưu tiên chặt lập lịch lập thích tương thích lịch So sánh loại hàng đợi III Phân tích một hàng đợi đơn a Ký hiệu Kendall Ký hiệu Kendall sử dụng rộng rãi để mô tả hệ thống xếp hàng A/S/m/B/K/SD A :phân bố tiến trình đến S :Phân bố phục vụ m :số kênh phục vụ B :Kích thước đệm K : Quy mô mật độ (số gọi đến) SD :Thứ tự phục vụ gọi đến hệ thống nào! (Quy tắc phục vụ) VD: FCFS, LCFS, SIRO Thời gian lần đến A thời gian phục vụ S thường giả thiết biến số ngẫu nhiên độc lập phân bố đồng nhất, ký hiệu IID (Independent Identycaly Distributed) ü Các tiến trình thông dụng : 13 M : Tiến trình mũ Markov (không nhớ) D : Tiến trình tất định (thời gian nhau) G : Tiến trình chung Er : Tiến trình Erlang bậc r VD: hàn đợi thông dụng :M/M/1.M/D/1.M/M/h M/D/1 : - Tiến trình đến hàm mũ - Tiến trình phục vụ D - Số Server m=1 b Quá trình Sinh-Tử (Birth-Death) Trạng thái hệ thống biểu diễn số công việc n hệ thống Khi có công việc đến trạng thái hệ thống thay đổi sang n+1, có công việc trạng thái hệ thống thay đổi sang n-1, ta có lược đồ chuyển tiếp trạng thái trình sinh tử λ n : Tốc độ lần đến n µ : Tốc độ lần Pn = λ0λ1 λn P µ0 µ1 µn 14 Pn : Xác suất ổn định trạng thái n c Hàng đợi M/M/1 Lược đồ : Tất tốc độ đến l , m λ : Tốc độ lần đến µ : Tốc độ lần n λ Pn =  ÷ µ P0 = ρn.P0 Pn : Xác suất ổn định trạng thái n Po : Xác suất ổn định trạng thái ρ : Mật độ lưu lượng ρ=λ µ Trong trừng hợp số kênh phục vụ 1, có server Các công thức tính toán : - Xác suất có n job hệ thống Pn = ( − ρ) ρn ; n =1, 2, 3, P0 = (1 −ρ ) 15 - Số lượng trung bình job hệ thống ρ L =E ( n ) = −ρ Phương sai: δn = ρ ( − ρ) Tham số thời gian : - Thời gian trung bình job hệ thống :W W = - L λ ρ λ( − ρ) = µ −λ Thời gian phục vụ trung bình cho job : WS Ws = - = µ = ρ λ Thời gian trung bình job hàng đợi Wq = W − Ws = ρ ρ ρ2 − = λ ( 1− ρ ) λ λ ( 1− ρ ) Chiều dài hàng đợi : - Số lượng trung bình job hệ thống L= - ρ 1− ρ Số lượng trung bình job server : L S Ls = P ( n >= 1) = − P ( n = ) = − ( − ρ ) = ρ - Số lượng trung bình công việc hàng đợi L q 16 ρ2 Lq = L − Ls = (1− ρ ) d Hàng đợi M\M\1\K Với số công việc (job) k: n λ Pn =  ÷ P0 ; [...]... có thể có rất nhiều luồng cùng chia sẻ trong cùng một hàng đợi (được thể hiện dựa trên màu sắc khác nhau của các gói trong hàng đợi) Khi các gói đến, bộ phân loại sẽ kiểm tra thông tin trong phần header của gói tin và sử dụng các thông tin này, tính toán số lượng nằm giữa 1 và số hàng đợi Sau đó lắp đặt các gói này vào các hàng đợi định nghĩa bởi các số này WFQ cung cấp sự quản lý ưu tiên lưu lượng động... biến số ngẫu nhiên độc lập và được phân bố đồng nhất, ký hiệu là IID (Independent Identycaly Distributed) ü Các tiến trình thông dụng : 13 M : Tiến trình mũ Markov (không nhớ) D : Tiến trình tất định (thời gian như nhau) G : Tiến trình chung Er : Tiến trình Erlang bậc r VD: hàn đợi thông dụng nhất như :M/M/1.M/D/1.M/M/h M/D/1 : - Tiến trình đến là hàm mũ - Tiến trình phục vụ D - Số Server là m=1 b Quá... dữ liệu đơn giản như thoại và thoại và video WFQ cung cấp giải pháp cho 11 các trường hợp yêu cầu thời gian nhất quán cho các người sử dụng mạng có tải nặng và nhẹ giống như là không cung cấp thêm băng thông thừa WFQ tự động tương thích để thay đổi các điều kiện lưu lượng của mạng ˖So sánh các kĩ thuật hàng đợi Cơ sở so sánh Hoạt động WFQ PQ +Ấn định trọng số cho hàng đợi Luồng lưu lượng có độ ưu tiên... trọng số Chỉ theo cách này thì dịch vụ mới thực sự được đối sử công bằng cho mỗi hàng đợi Chìa khoá của sự phân loại là đàm thoại, điều này có nghĩa là việc thể hiện trọng số để phân loại phụ thuộc vào thông tin nằm trong phần tiêu đề gói tin (địa chỉ nguồn, địa chỉ đích, giao thức cổng nguồn, IP precedence) Bởi vì trong thực tế không thể áp dụng một hàng đợi cho một cuộc đàm thoại, WFQ sẽ sử dụng thuật... trên từng nhánh xuất phát từ nút trung tâm không vượt quá giới hạn dung lượng W cho phép  Các bước thực hiện : Bước 1:Sắp xếp liên kết theo giá ,theo thứ tự tăng dần Bước 2:Kiểm tra xem các nút có liên thông hay không  Nếu có thì dừng thuật toán  Nếu không thì tiếp tục 21 Bước 3:Chọn liên kết ở dòng đầu tiên của bảng Bước 4:Kiểm tra xem các liên kết them vào có tạo thành chu trình hay không hoặc liên