khảo sát cơ chế hàm đợi cần bằng trọng số WFQ trong quản lý QoS

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH ĐỀ TÀI : KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA CƠ CHẾ HÀNG ĐỢI CÂN BẰNG TRỌNG SỐ WFQ TRONG VIỆC ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ QOS Hướng dẫn thực hiện: Ths Nguyễn Lê Mai Duyên Khoa: Điện Tử Viễn Thông Lớp: K18EVT MSSV: 1821164793 Mục lục LỜI NÓI ĐẦU Hiện nhu cầu sủ dụng internet người ngày nhiều Internet cho phép người tiếp nhận thông tin từ xa : xem phim hay xem trực tiếp đâu đó, nói chuyện với người xa, học trực tuyến….Bên cạnh mạng Internet rẻ nhiều so với loại hình dịch vụ khác Vì ta thấy với việc quan tâm tới chất lượng dịch vụ mạng thông tin cần thiết phải thích nghi với tính tốc độ cao, băng thông, đa phương tiện phải thiết lập mạng thông tin thoả mãn tất yêu cầu người.Tuy nhiên để nâng cao chất lượng dịch vụ, đáp ứng yêu cầu người sử dụng vấn đề cần thiết cho nhà quản lý mạng, đặc biệt hoàn cảnh luồng thông tin ngày đa dạng chủng loại, đặc tính, mà yêu cầu chất lượng sử dụng thông tin ngày khắt khe QoS khả mạng để cung cấp dịch vụ tốt cho lưu lượng mạng xác định qua nhiều công nghệ mạng lớp Frame Relay, ATM, IP…và mạng định tuyến Nói cách khác, đặc tính mạng phân biệt lớp lưu lượng khác xử lý cách khác QoS cho phép cung cấp tốt dịch vụ luồng.Việc thực việc tăng độ ưu tiên luồng giới hạn độ ưu tiên củachúng luồng khác Khi sử dụng phương pháp điều khiển tắccác nghẽn, ta cố gắng làm tăng độ ưu tiên luồng cách sử dụng hàng đợi WFQ hàng đợi phục vụ theo cách khác Phương pháp hàng đợi WFQ sử dụng để tránh tắc nghẽn, tăng độ việc loại bỏ luồng có độ ưu tiên thấp Bắt giữ định dạng cung cấp độưu ưu tiên cho luồng việc giới hạn độ thông qua luồng khác CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ QoS 1.1 Khái niệm QoS Theo khuyến nghị E800 ITU QoS xem như: “Chất lượng dịch vụ viễn thông kết tổng hợp tiêu dịch vụ, thể mức độ hài lòng đối tượng sử dụng dịch vụ đó” Dịch vụ viễn thông hoạt động trực tiếp gián tiếp doanh nghiệp cung cấp cho khác hàng khả truyền, đưa nhận loại thông tin thông qua mạng lưới viễn thông công cộng Theo cisco thì: QoS khả mạng để cung cấp dịch vụ tốt cho lưu lượng mạng xác định qua nhiều công nghệ mạng lớp Frame Relay, ATM, IP…và mạng định tuyến Nói cách khác, đặc tính mạng cho phép phân biệt lớp lưu lượng khác xử lý chúng cách khác Về bản, QoS cho phép cung cấp tốt dịch vụ luồng.Việc thực việc tăng độ ưu tiên luồng giới hạn độ ưu tiên luồng khác Khi sử dụng phương pháp điều khiển tắc nghẽn, ta cố gắng làm tăng độ ưu tiên luồng cách sử dụng hàng đợi hàng đợi phục vụ theo nhiều cách Phương pháp hàng đợi sử dụng để tránh tắc nghẽn, tăng độ ưu tiên việc loại bỏ luồng có độ ưu tiên thấp Bắt giữ định dạng cung cấp độ ưu tiên cho luồng việc giới hạn độ thông qua luồng khác Phương pháp giới hạn luồng lớn, ưu tiên xử lý luồng nhỏ A NP QoS NET NET CEQ CEQ NP NP B Hình 1.1 Mô hình tổng quan QoS Trong mô hình có chất lượng mạng (NP) đường truyền từ đầu cuối tới đầu cuối Ta không nên nhầm lẫn hai khái niệm chất lượng dịch vụ chất lượng mạng QoS giúp cho dịch vụ viễn thông nhà cung cấp mạng đáp ứng nhu cầu dịch vụ khách hàng Còn NP đo trực tiếp hiệu mạng không chịu ảnh hưởng khách hàng thiết bị đầu cuối Thêm giá trị QoS đo khác so với giá trị NP đo kết nối từ đầu cuối A đến đầu cuối B phải chuyển qua nhiều kết nối mạng, hay phải qua nhiều mạng thiết bị đầu cuối Do để đo QoS khó Việc đo đạc NP đơn giản nhiều 1.2 Các tham số để đánh giá chất lượng dịch vụ • Latency : Độ trễ truyền gói tin qua mạng • Loss : Độ gói • Jitter : Giá thay đổi gói tin • Throughput: Thông lượng mạng 1.2.1 Độ trễ truyền gói tin quan trọng Trễ latency thuộc nhóm số thời gian để truyền tải bit qua mạng từ nguồn tới đích Hay nói theo cách khác latency thời gian mà mạng lưu giữ gói tin truyền Hệ thống thiết bị đơn Router, tập hợp router đường truyền Trễ tạo khoảng cách truyền, lỗi, lỗi khôi phục, tắc nghẽn, khả xử lý mạng bao gồm truyền dẫn nhân tố khác Tóm lại latency đầu cuối kết hợp trễ truyền dẫn thông qua kết nối trễ xử lý router Có nhiều dịch vụ, đặc biệt dịch vụ thời gian thực truyền thông thoại bị ảnh hưởng nhiều trễ Truyền thông tương tác gặp khó khăn độ trễ vượt 100-150 ms trễ vượt 200 ms, người sử dụng thấy ngắt quãng đánh giá chất lượng thoại mức thấp Có nhiều thành phần gây trễ mạng cần tìm hiểu: trễ đóng gói, trễ hàng đợi trễ lan truyền Trễ đóng gói: Là lượng thời gian thực mã hoá /giải mã để chuyển đỏi hai chiều tương tự số, thời gian thực đóng gói mở gói (xử lý tín hiệu số thành gói ngược lại) Trễ lan truyền: Là lượng thời gian để thông tin truyền liên kết dây đồng, sợi quang hay không dây Nó hàm tốc độ ánh sáng Trễ hàng đợi: Được áp đặt vào gói điểm nghẽn lúc phải chờ đợi xử lý gói khác chuyển qua chuyển mạch hay dây dẫn Hay nói cách khác thời gian gói tin chờ hàng đợi để đợi đến lượt xử lý 1.2.2 Độ gói Khi gói truyền mạng không đến phía thu, ta gọi tượng gói Đây tham số quan trọng QoS Nó thường xảy xuất tắc nghẽn đường truyền gói, làm cho đệm router bị tràn Việc gói gây mát thông tin phía thu, tạo trễ phải truyền lại gói bị hay truyền thông tin thông báo, điều làm giảm giá trị ứng dụng đa phương tiện chí gây tắc nghẽn mạng Thường độ gói ảnh hưởng nhiều tới dịch vụ IP telephony/VoIP dịch vụ liệu Do truyền thoại việc nhiều bit hay gói gây tượng nhảy thoại gây khó chịu cho người sử dụng Trong truyền liệu việc nhiều bit hay gói gây tượng không thời hình song hình ảnh (video) nhanh chóng xử lý trước Tuy nhiên việc gói xảy theo dây truyền chất lượng việc truyền dẫn xuống cấp Tỉ lệ gói nhỏ 5% cho chất lượng tối thiểu nhỏ 1% cho chất lượng liên đài 1.2.3 Giá thây đổi gói tin Jitter khác biệt trễ gói khác dòng lưu lượng Biến động trễ có tần số cao gọi jitter biến động trễ có tần số thấp gọi wander Jitter chủ yếu thời gian xếp hàng gói liên tiếp trong luồng vấn đề quan trọng QoS Các loại lưu lượng thời gian thực (như thoại) thường chịu jitter Khác biệt thời gian đến gói gây lên xưống thoại Tất hệ thống truyền tải có jitter Khi jitter nằm khoảng dung sai định nghĩa trước không ảnh hưởng tới chất lượng dịch vụ Khi jitter nhiều xử lý đệm, song lại làm tăng trễ đệm Jitter phải nhỏ 60 ms (cho chất lượng trung bình) 20 ms cho chất lượng trung kế 1.2.4 Thông lượng mạng Là tốc độ luồng thông tin qua mạng (tính KB/s; MB/s…) Bình thường môi trường mạng LAN băng thông lớn tốt Đối với loại mạng khác cho phép tốc độ luồng thông qua kích thước gói tin khác 1.2.5 Độ khả dụng mạng Là tỉ lệ thời gian mạng hoạt động Độ khả dụng đạt thông qua kết hợp độ tin cậy thiết bị với khả sống mạng Độ khả dụng tính toán xác suất 1.3 Các ký thuật hàng đợi 1.3.1 Giới thiệu 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: Server Queue Dispatching discipline departures w=items wait Tw=wait time q= items in queuing system Tq = queuing time Ts= service time P= utilization arrivals λ =arrival rate Hình 1.2: 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 Hiệu suất sử dụng p Là khoảng thời gian server bận phải xử lý lý,đo P= λ /μ Lw Là số gói nằm hàng đợi trung bình 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 TB thời điểm gửi gói tới server thời điểm rời khỏi server Thời gian phục vụ TB Ts 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 Tq Thời gian gói hệ thống 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 7090% so với λmax theo lý thuyết Tại router chuyển mạch phần lõi kiến trúc dịch vụ phân biệt mạng Internet có thuật toán lập lịch quản lý hàng đợi Ngày kiến trúc dịch vụ phân biệt bao gồm hàng đợi cân có trọng số (WFQ) kĩ thuật tách sớm có trọng số (WRED) Các kĩ thuật sử dụng mạng Internet làm nhiệm vụ điều khiển tắc nghẽn điều khiển luồng lưu lượng mạng Điều khiển tắc nghẽn vấn đề quan trọng cần giải việc truyền tin mạng Nó sử dụng hai chế độc lập: • Cơ chế điều khiển vòng kín (Closed Loop control): điều khiển việc truyền gói từ nguồn đầu cuối tới đích • Các thuật toán lập lịch vòng hở (opened loop control): ràng buộc độ ưu tiên cấu hình từ trước phân phối băng thông cho kết nối Hệ thống điều khiển vòng kín bao gồm thuật toán nguồn điều khiển thuật toán kết nối Thuật toán nguồn giao thức truyền tải mạng Internet (ví dụ: TCP, UDP, RTP) chúng không thiết phải có phản hồi đáp ứng với tắc nghẽn Các thuật toán điều khiển kết nối hay gọi thuật toán quản lý hàng đợi (hoặc quản lý hàng đợi tích cực AQM) Các thuật toán AQM bao gồm thuật toán loại bỏ đuôi, thuật toán phát sớm ngẫu nhiên (RED) Thuật toán AQM thực việc báo hiệu tới nguồn việc đánh dấu gói, thông báo tắc nghẽn tường minh (ECN) hay loại bỏ gói Các thuật toán lập lịch vòng mở định xem gói gửi Thuật toán định trật tự gói truyền dẫn sở trật tự xếp gói đến lớp lưu lượng ưu tiên gói Còn dịch vụ phân biệt sử dụng bit tiêu đề gói để định nghĩa lớp Quá trình lập lịch gói điều khiển trật tự truyền dẫn giống phân bố băng thông tương ứng cho lớp dịch vụ Lập lịch bao gồm thuật toán liên quan tới hàng đợi: hàng đợi FIFO, hàng đợi cân có trọng số WFQ, thuật toán lập lịch như: Thuật toán RR, thuật toán PS Hình 1.3 : Tiến trình xử lý hàng đợi router 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) 1.3.2 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) Hình 1.4 : Hoạt động hàng đợi FIFO 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 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 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 1.3.3 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 Vậy PQ cho phép định nghĩa luồng lưu lượng ưu tiên mạng? Ta cấu hình độ ưu tiên lưu lượng, định nghĩa loạt lọc sở đặc điểm gói qua router để xếp lưu lượng hàng đợi Hàng đợi có độ ưu tiên cao phục vụ trước hàng đợi rỗng, sau hàng đợi có độ ưu tiên thấp phục vụ Câu hỏi đặt PQ làm việc nào? Trong trình truyền dẫn,các hàng đợi có độ ưu tiên cao đối xử ưu tiên hàng đợi có mức ưu tiên thấp hơn, hay nói cách khác các, lưu lượng quan trọng gán mức ưu tiên cao lưu lượng có mức ưu tiên cao truyền trước, lại lưu lượng quan trọng Các gói phân loại dựa tiêu chuẩn phân loại người sử dụng,và đặt số hàng đợi đầu với độ ưu tiên: độ ưu tiên cao, trung bình, bình thường (không ưu tiên), ưu tiên thấp Các gói không ấn định độ ưu tiên đưa tới hàng đợi bình thường Khi gói gửi tới giao diện đầu ra, hàng đợi ưu tiên giao diện quét gói theo thứ tự độ ưu tiên giảm dần Hàng đợi có độ ưu tiên cao quét đầu tiên, sau đến hàng đợi trung bình tiếp tục hàng đợi có độ ưu tiên khác Gói đứng đầu hàng đợi có độ ưu tiên cao truyền Thủ tục lặp lại có gói truyền Chiều dài lớn hàng đợi định nghĩa theo chiều dài giới hạn Khi hàng đợi dài chiều dài hàng đợi giới hạn gói đến sau bị loại bỏ 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 Các gói phân loại kĩ thuật PQ CHƯƠNG HÀNG ĐỢI CÂN BẰNG TRỌNG SỐ WFQ 2.1 Hành đợi WFQ Weighted Fair Queuing (WFQ) chế quản lý nghẽn (congestion management) giúp chia sẻ bandwidth cách công nhiều traffic flow (luồng lưu lượng) khác Một traffic flow chuỗi gói tin theo chiều, xác định dựa vào protocol type, source/destination IP, source/destination port (nếu có), giá trị IP Precedence (IPP) IP header WFQ hoạt động dựa chế max-min fair share Ý tưởng max-min fair share sau: Ban đầu flow cấp phát lượng bandwidth ngang nhau, có flow sử dụng lượng bandwidth mà cấp phần bandwidth dư chia cho flows khác Do đó, max-min đề cập đến việc ban đầu flow nhận lượng bandwidth tối thiểu, sau tiến trình cố gắng tối đa đến mức lượng bandwidth mà flow nhận 2.1.1 Mục đích hàng đợi WFQ WFQ có mục đích Thứ cung cấp tính công luồng tồn WFQ cung cấp luồng lượng băng thông Nếu 10 luồng tồn với cổng giao tiếp, tốc độ xung 128 kpbs, luồng nhận 12,8 kbps Nếu 100 luồng, luồng nhận 1,28 kbps Trong vài tình huống, trường hợp hệ thống phân thời gian TDM, số lượng khe thời gian không định trước, mà vào số luồng tồn cổng giao tiếp Với luồng, cổng giao tiếp nhận băng thông chia sẻ công bằng, luồng 128 kbps, với 10 luồng Nếu luồng cần kbps, WFQ cho phép 12,8 kbps luồng, hàng đợi kết hợp với luồng có nhiều số gói nó, gói nhanh chóng rời khỏi hàng đợi Nếu luồng cần 30 kbps, sau gói dự phòng hàng đợi luồng 2, WFQ cung cấp hàng đợi 12,8 kbps Các gói bị hủy bỏ, trễ biến động trễ hàng đợi đầy Dĩ nhiên, luồng cần kbps, lập lịch WFQ thực cho phép luồng khác sử dụng băng thông mở rộng Mục đích thứ lập lịch cung cấp nhiều băng thông đến luồng với giá trị ưu tiên IP cao Độ ưu tiên luồng ưu tiên cao gọi “trọng số” (weighted) trọng số cho độ ưu tiên Với 10 luồng liên kết 128 kbps, chẳng hạn, luồng sử dụng ưu tiên sử dụng ưu tiên nhận 17 kbps Thật ra, WFQ cung cấp chia sẻ công dựa tỷ lệ ưu tiên luồng Mặt khác, luồng ưu tiên nhận gấp lần luồng ưu tiên 0, (7+1)/(0+1) = Nếu so sánh ưu tiên ưu tiên 0, tỉ lệ (3+1)/(0+1) =4 Nếu bỏ qua vấn đề ưu tiên, luồng có dung lượng thấp nhận dịch vụ tốt luồng có dung lượng cao Các luồng ưu tiên cao nhận dịch vụ tốt luồng ưu tiên thấp Nếu luồng có dung lượng thấp nhận giá trị ưu tiên cao; tính chất gói, biến động trễn, độ trễ băng thông cải thiện nhiều Trong mạng, vị trí nhạy cảm với độ trễ vị trí có lưu lượng dung lượng thấp WFQ giải pháp tốt cho tình WFQ tiến hành luồng tương tác quan trọng mạng kiến trúc mạng hệ thống (SNA – System Network Architecture) Telnet đóng gói IP Các loại luồng dung lượng lớn luồng khác; WFQ cung cấp giá trị mặc định lớn, không cần lo lắng cách thể ưu tiên lưu lượng SNA đóng gói 2.1.2 Lập lịch WFQ: WFQ cung cấp luồng phần trăm băng thông có trọng số Tuy nhiên, WFQ không định nghĩa hàng đợi công cụ hàng đợi dựa lớp, WFQ phân lớp hàng đợi dựa vào chi tiết luồng Vì luồng có độ ưu tiên khác nhau, phần trăm băng thông liên kết cho luồng thay đổi, thay đổi nhanh chóng, luồng thêm hay loại bỏ Thực lập lịch đơn giản, TXQ /TXR trống khe, WFQ di chuyển gói đến TXR, công cụ hàng đợi khác Bộ lập lịch WFQ lấy số thấp SN (Sequence Number) tất hàng đợi chuyển vào TXR SN định đặt vào hàng đợi diễn trình lập lịch WFQ Hình 3-9 minh họa việc đánh dấu SN, phục vụ hàng đợi - WFQ tính toán SN trước gói thêm vào hàng đợi Thật ra, WFQ tính toán SN trước định bỏ gói, SN phần nguyên lý hủy gói cuối hàng đợi Bộ lập lịch WFQ xem xét chiều dài gói độ ưu tiên tính toán SN Công thức tính toán SN cho mộ gói sau: SN = Pre_SN + số * chiều dài gói Công thức tính xem xét chiều dài gói mới, trọng số luồng SN trước Bằng cách xem xét chiều dài gói, việc tính toán SN cho kết số lượng gói lớn ưu tiên cao số lượng gói nhỏ ưu tiên thấp Công thức xem xét SN tất gói đưa vào hàng đợi gần để tính SN Phần thứ công thức, trọng số phần quan trọng Chúng ta biết từ thuật toán lập lịch mà SN thấp lấy tiếo theo, WFQ muốn cung cấp nhiều băng thông cho luồng ưu tiên cao Vì thế, giá trị trọng số phần nghịch đảo giá trị ưu tiên.Hình …danh sách giá trị trọng số Hình 2.1 : Bảng giá trị trọng số Khi thêm gói vào hàng đợi qua luồng 1, WFQ thực công thức theo chiều dài gói (100) trọng số, thêm SN gói sau vào hàng đợi, vị trí mà gói thêm vào Với luồng mới, công thức sử dụng, gói hàng đợi, nhiên, SN gói gần gửi thí dụ 100 Trong trường hợp khác, WFQ giá trị cho gói lớn độ ưu tiên IP thấp 2.2 Kỹ thuật hàng đợi WFQ Tương tự kỹ thuật FIFO, Weighted Fair Queuing (WFQ) không cho phép người quản trị can thiệp vào trình phân loại lưu lượng (khác với PQ CQ) WFQ tự động phân loại gói tin dựa thông tin luồng lưu lượng, luồng đặt hàng đợi riêng lẻ Một luồng định nghĩa bao gồm tất gói tin có giá trị như: Địa IP nguồn Địa IP đích Giao thức lớp transport Địa cổng nguồn (TCP hay UDP) Địa cổng đích TCP hay UDP Giá trị độ ưu tiên gói tin IP Precedence (IPP) Vì WFQ phân gói tin vào luồng lưu lượng khác sau đưa luồng vào hàng đợi khác nên router có số hàng đợi khác Số hàng đợi nhiều công cụ hàng đợi khác (các công cụ hàng đợi không xử lý theo luồng lưu lượng) Cơ chế WFQ dùng thuật toán khác với thuật toán kỹ thuật hàng đợi khác WFQ quản lý số lượng lớn hàng đợi WFQ hoạt động sau: Các luồng có độ ưu tiên IP Precedence cho gói tin IP cấp mức bandwidth, bất chấp có byte luồng lưu lượng Đối với luồng có giá trị IP P Precedence khác nhau, luồng có độ ưu tiên IP Precedence cao cấp bandwidth thông cao Các hàng đợi trống WFQ cấp phần bandwidth dư cho hàng đợi khác Kết WFQ ưu tiên cho luồng có dung lượng nhỏ có độ ưu tiên cao Ví dụ: WFQ quản lý 10 hàng đợi với giá trị IP Precedence cổng 128kbps, luồng lưu lượng nhận khoảng bandwidth bình quân 12.8kbps Các hàng đợi làm cho luồng lưu lượng lớn 12.8kbps, nghĩa bị delay nhiều Các luồng có băng thông nhỏ 12.8kbps truyền nhanh trường hợp hàng đợi trống WFQ cấp phần băng thông dư cho hàng đợi khác Kết luồng lưu lượng thấp qua, luồng lưu lượng cao bị ảnh hưởng Mục đích WFQ cung cấp đủ bandwidth cho luồng lưu lượng có độ ưu tiên IP Precedence cao Để làm điều này, luồng gán trọng số dựa theo giá trị IP Precedence + Nghĩa luồng có độ ưu tiên IP Precedence có bandwidth nhiều tám lần so với luồng có độ ưu tiên IP Precedence 0, (7+1)/(0+1)=8 Để đạt mục đích cấp phát bandwidth, WFQ dùng định thời đơn giản Bộ định thời lấy gói tin có số thấp sequence number SN (còn gọi thời gian hoàn thành) cần chuyển gói tin đến hàng đợi phần cứng Cơ chế WFQ gán gói tin số SN gói tin vào hàng đợi WFQ Tiến trình gán số SN phần quan trọng chế định thời WFQ Bộ định thời WFQ tính toán số SN dựa nhiều thông số luồng lưu lượng, bao gồm chiều dài độ ưu tiên IP Precedence gói tin Công thức tính số SN gói tin luồng lưu lượng sau: SN = số SN trước + (trọng số weight * chiều dài gói tin mới) Trong trọng số tính sau: Weight = 32384 / (IP Precedence + 1) Công thức có tham chiếu đến chiều dài gói tin mới, trọng số luồng lưu lượng giá trị SN trước Bằng cách xem xét chiều dài gói tin, việc tính toán số SN dẫn đến số SN cao cho gói tin có kích thước lớn số SN thấp cho gói tin có kích thước nhỏ Với việc bao gồm số SN gói tin trước hàng đợi, công thức tính số SN lớn cho gói tin hàng đợi có số lượng lớn gói tin Bằng cách gán trọng số (IP Precedence + 1), gói tin có độ ưu tiên IP Precedence cao có kết SN thấp Theo công thức tính SN số SN gói tin cuối đưa vào hàng đợi cứng dùng số SN cho luồng theo sau Hình mô tả cách hai gói tin gán hai số Hình 2.2 mô tả cách hai gói tin gán hai số Sau số SN gán, WFQ lấy gói tin có số SN thấp tất hàng đợi để chuyển khỏi hàng đợi Trong hoạt động router, đưa lưu lượng vào hàng đợi tương ứng, lưu lượng qua router tiếp tục tăng cao, bắt buộc router phải tiến hành việc loại bỏ bớt gói tin để giảm bớt nghẽn WFQ dùng phương pháp gọi modified tail drop để chọn lựa loại bỏ gói tin Phương pháp sau: Đầu tiên, WFQ xem xét giới hạn tuyệt đối tất gói tin hàng đợi tất hàng đợi, giới hạn gọi hold-queue limit Nếu gói tin đến hàng đợi giới hạn hold-queue tới, gói tin bị loại bỏ Quyết định không dựa hàng đợi toàn hệ thống hàng đợi WFQ Nói cách khác, giới hạn hold-queue số toàn cục, tính toán tổng thể hàng đợi WFQ Thứ hai WFQ xem xét chiều dài hàng đợi mà gói tin đưa vào Trước đưa gói tin vào hàng đợi, mức ngưỡng congestive discard threshold (CDT) kiểm tra với chiều dài thực hàng đợi Nếu hàng đợi dài CDT, gói tin bị loại bỏ, gói tin đến Gói tin có số cao tất hàng đợi WFQ bị loại bỏ Cơ sở so sánh Hoạt động Hình 2.3 Mô hình thuật toán loại bỏ gói tin WFQ WFQ PQ FQ +Ấn định +Ấn định độ ưu tiên +Các hàng trọng số cho khác cho từmg đợi đối hàng đợi hàng đợi phù hợp xử Luồng lưu với loại lưu +Không xảy lượng có độ lượng Hàng đợi có ưu tiên cao độ ưu tiên cao tượng bỏ đói truyền truyền hàng đợi trước +Xảy trường hợp +Hạn chế bỏ đói hàng đợi có độ ưu tiên thấp tượng bỏ đói hàng đợi FIFO +Gói đến trướ phục vụ trướ không phân biệt loạ dịch vụ +Không có tượn bỏ đói hàng đợi Loại lưu lượng có độ ưu tiên thấp 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 Cấu hình Không yêu cầu thiết lập cấu hình danh sách truy nhập định luồng lưu lượng truyền cổng serial Bộ lập lịch Sử dụng lập lịch tương thích Ưu tiên sử dụng cho loại lưu lượng yêu cầu độ trễ latency thấp, gói quan trọng ấn định độ ưu tiên cao truyền trước 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 Có yêu cầu cấu hình Không yêu cầu thiết lập cấu hình danh sách truy nhập định luồng lưu lượng truyền Sử dụng lập Sử dụng lịch ưu tiên chặt lập lịch tương thích Sử dụng cho loạ lưu lượng, cung cấ cách xếp hàng nhan hiệu đố với kết nối có đ tắc nghẽn nhỏ Không yêu cầu cấ hình Ít sử dụng lậ lịch CHƯƠNG 3: DEMO 3.1 Các thông số kỹ thật Router clien t Serve r Dây nối Ứng dụng Profile Attribut e Số lượn g 3 3 Loại Ethenet 4_slip8_gt wy FTP Vide o VoI P FTP Video VoIP 10BaseT_du plex Link PPP_DS1 FTP Video VoIP FTP Video VoIP Time 150 giây Giao thức WFQ 3.2 Sơ đồ mạng Hình 3.1 Sơ đồ mạng 3.2.1 Tạo FPT, Video, VoIP Application Definition Hình 3.2 Tạo FPT, video,VoIP Application Definitio 3.2.2 Tạo FPT, Video, VoIP Profiile Definition Hình 3.3 Tạo FPT, video,VoIP Profiile Definition 3.2.3 Thiết lập thông số cho FTP Hình 3.4 Thiết lập thông số cho FTP 3.2.4 Thiết lập thông số cho Video Hình 3.5 Thiết lập thông số cho Video 3.2.5 Thiết lật thao số cho VoIP Hình 3.6 Thiết lật thao số cho VoIP 3.3 Tín hiệu IP , video, Voice Hình 3.7 Tạo đồ thị cho IP Với sơ đồ Hình 3.7 ta thấy chế FIFO rớt gói liên tục chế lại có độ rớt gói chấp nhận Trường hợp ta không nên dùng chế FIFO Hình 3.8 Tạo đồ thị cho video Vơi sơ đồ Hình 3.8 ta thấy rõ ràng tín hiệu WFQ, FIFO PQ rớt tín hiêụ liên tục tín hiệu đừng lại Hình 3.9 Tìn hiệu voice Hình 3.10 Tín hiệu voice Ở biểu độ Hình 3.10 ta nhận thấy với dung lượng nhận chế tượng rớt gói WFQ PQ Còn FIFO dung lượng 30.000 bytes/sec có tượng rớt gói tạm chấp nhận Nhận xét: Với loại hàng đợi khác hoạt động theo cách khác chúng có ưu điểm nhược điểm riêng thích hợp với loại lưu lượng Trong số môi trường mạng ta sử dụng chế hàng đợi WFQ để làm việc Nó cho suất làm việc cao, xảy tắc nghễn độ trễ thấp Kết luận Mục đích ảnh hưởng hàng đợi WFQ việt đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS QoS cho phép cung cấp tốt dịch vụ luồng.Việc thực việc tăng độ ưu tiên luồng giới hạn độ ưu tiên luồng khác Khi sử dụng phương pháp điều khiển tắc nghẽn, ta cố gắng làm tăng độ ưu tiên luồng cách sử dụng hàng đợi WFQ hàng đợi phục vụ theo nhiều cách khác Phương pháp hàng đợi WFQ sử dụng để tránh tắc nghẽn, tăng độ ưu tiên việc loại bỏ luồng có độ ưu tiên thấp Các phương pháp quản lý hàng đợi WFQ đưa tác động vào tham số chất lượng dịch vụ nhằm cải thiện QoS mạng vấn đề quan trọng cần quan tâm nghiên cứu Trong đồ án này em trình bày vấn đề sau : Giới thiệu tổng quan QoS khả mạng để cung cấp dịch vụ tốt cho lưu lượng mạng Ảnh hưởng hàng đợi WFQ kỹ thuật hàng đợi Demo chạy opnet Tài liệu tham khảo TS Lê Hữu Lập, TS Hoàng Trọng Minh, Công nghệ chuyển mạch IP, Hà Nội 11/2002 Genville Armitage , Quality of service in IP network, 1999 Willyam Starling, High speed network: TCP/IP and ATM priciples, Prenti hall 1998 Nguyễn Quốc Cường, Internetworking with TCP/IP , Nhà xuất giáo dục, 2001 IP and ATM : current Evolution for IntServ, IC techreport-1992 Balaji Kumar, Broastband communication : A professional guide to ATM, Mc Growhill, 1998 Một số tin tức tài liệu tổng hợp từ Internet Các tiêu chuẩn RFC IETF [...]... một số hàng đợi có thể bị đầy hơn các hàng đợi khác và chúng yêu cầu phải được phục vụ nhiều hơn nhưng kĩ thuật hàng đợi cân bằng sẽ phục vụ mỗi hàng đợi công bằng 1.3.5 Hàng đợi cân bằng có trọng số WFQ (Weighted Fair Queue) Thuật toán hàng đợi cân bằng có trọng số là một thuật toán nằm trong họ các thuật toán hàng đợi cân bằng (FQ) Kĩ thuật này được xem là sự phối hợp của hai kĩ thuật hàng đợi cân bằng. .. (IPP) Vì WFQ phân các gói tin vào các luồng lưu lượng khác nhau và sau đó đưa các luồng này vào trong những hàng đợi khác nhau nên router sẽ có số hàng đợi khác nhau Số hàng đợi này nhiều hơn bất kỳ các công cụ hàng đợi khác (các công cụ hàng đợi không xử lý theo luồng lưu lượng) Cơ chế WFQ dùng các thuật toán khác với các thuật toán của các kỹ thuật hàng đợi khác vì WFQ có thể quản lý một số lượng... tin đi vào hàng đợi WFQ Tiến trình gán chỉ số tuần tự SN cũng là một phần quan trọng trong cơ chế định thời của WFQ Bộ định thời WFQ sẽ tính toán chỉ số tuần tự SN dựa trên nhiều thông số của luồng lưu lượng, bao gồm cả chiều dài và độ ưu tiên IP Precedence của gói tin Công thức tính chỉ số tuần tự SN của một gói tin trong một luồng lưu lượng là như sau: SN = chỉ số SN trước đó + (trọng số weight * chiều... đợi khác: hàng đợi cân bằng có trọng số (WFQ) hay hàng đợi cân bằng (FQ), đơn giản hơn ta có thể sử dụng cơ chế định dạng lưu lượng hay CAR để giới hạn tốc độ của lưu lượng có độ ưu tiên cao hơn PQ sử dụng định cấu hình tĩnh do đó nó không thể thích ứng với các mạng thay đổi Cơ chế xếp hàng ưu tiên là cơ chế đơn giản, có thể cung cấp các lớp dịch vụ phân biệt và cần ít nhất hai hàng đợi FIFO Lấy một... hàng đợi ưu tiên Tất cả các hàng đợi đều được phục vụ do đó có thể tránh được tình trạng bỏ đói hàng đợi, tuy nhiên sẽ có một số hàng đợi được ưu tiên phục vụ nhiều hơn Một trọng số sẽ được gán cho một số hàng đợi để ấn định chỉ số ưu tiên cao hơn cho chúng Hình 1.6 : Hoạt động của hàng đợi WFQ Ví dụ: có một hàng đợi sẽ chiếm một nửa băng thông khả dụng, nửa băng thông còn lại sẽ chia cho các hàng đợi. .. 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 CHƯƠNG 2 HÀNG ĐỢI CÂN BẰNG TRỌNG SỐ WFQ 2.1 Hành đợi WFQ Weighted Fair Queuing (WFQ) là một cơ chế quản lý nghẽn (congestion management) giúp chia sẻ bandwidth một cách công bằng giữa nhiều traffic flow (luồng lưu lượng) khác nhau Một traffic flow là một... Phương pháp hàng đợi WFQ được sử dụng để tránh tắc nghẽn, tăng độ ưu tiên bằng việc loại bỏ các luồng có độ ưu tiên thấp hơn Các phương pháp quản lý hàng đợi như WFQ được đưa ra tác động vào các tham số của chất lượng dịch vụ nhằm cải thiện QoS trong mạng là vấn đề quan trọng cần được quan tâm và nghiên cứu Trong đồ án này này em đã trình bày các vấn đề sau : 1 Giới thiệu tổng quan về QoS khả năng của... chỉ số tuần tự SN của gói tin trước đó trong hàng đợi, công thức này sẽ tính ra chỉ số SN lớn hơn cho những gói tin trong hàng đợi đã có một số lượng lớn gói tin Bằng cách gán trọng số (IP Precedence + 1), các gói tin có độ ưu tiên IP Precedence cao sẽ có kết quả SN thấp hơn Theo công thức tính SN ở trên thì chỉ số tuần tự SN của gói tin cuối cùng được đưa vào hàng đợi cứng thì được dùng như là chỉ số. .. những gói tin mới đến Gói tin có chỉ số tuần tự cao nhất trong tất cả các hàng đợi của WFQ sẽ bị loại bỏ Cơ sở so sánh Hoạt động Hình 2.3 Mô hình thuật toán loại bỏ gói tin WFQ WFQ PQ FQ +Ấn định +Ấn định độ ưu tiên +Các hàng trọng số cho khác nhau cho từmg đợi được đối hàng đợi hàng đợi phù hợp xử như nhau Luồng lưu với từng loại lưu +Không xảy lượng có độ lượng Hàng đợi có ra hiện ưu tiên cao độ ưu tiên... hàng đợi gần nhất để tính SN mới Phần thứ 3 của công thức, trọng số là phần quan trọng nhất Chúng ta biết từ thuật toán lập lịch cơ bản mà SN thấp nhất lấy tiếo theo, và WFQ muốn cung cấp nhiều băng thông hơn cho các luồng ưu tiên cao Vì thế, giá trị trọng số là phần nghịch đảo của giá trị ưu tiên.Hình …danh sách các giá trị trọng số Hình 2.1 : Bảng giá trị trọng số Khi thêm gói mới 1 vào hàng đợi