Đánh giá hiệu năng thực thi một số loại hàng đợi áp dụng trong mô hình diffserv (tt)

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - TRẦN NĂNG LỰC ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG THỰC THI MỘT SỐ LOẠI HÀNG ĐỢI ÁP DỤNG TRONG MƠ HÌNH DIFFSERV Chun ngành: Kỹ thuật viễn thơng Mã số: 60.52.02.08 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI - 2013 Luận văn hồn thành tại: HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Đức Thủy (Ghi rõ học hàm, học vị) Phản biện 1: …………………………………………………………………………… Phản biện 2: ………………………………………………………………………… Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng Vào lúc: ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng MỞ ĐẦU Trong năm gần đây, mạng chuyển mạch gói sử dụng cơng nghệ ATM, IP, MPLS Nhu cầu sử dụng dịch vụ viễn thông người dùng ngày đa dạng phong phú Mạng IP mạng chuyển mạch gói hỗ trợ đa dịch vụ mạng IP ngày chiếm ưu số lượng khách hàng sử dụng Điều chứng tỏ mạng IP xu hướng phát triển cung cấp đa dịch vụ cho người dùng tương lai Đối với mơ hình Diffserv, nút mạng lưu lượng phân loại đưa đến hàng đợi khác để cung cấp chất lượng dịch vụ khác cho dịch vụ khác Hiện có nhiều loại hàng đợi sử dụng ví dụ hàng đợi FIFO, PQ, WFQ … Mỗi hàng đợi sử dụng cho mục đích khác Vậy mơ hình, hiệu hàng đợi Đây lý tơi chọn đề tài “Đánh giá hiệu thực thi số loại hàng đợi áp dụng mơ hình Diffserv” CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG IP Trong năm gần đây, công nghệ chuyển mạch gói phát triển cách nhanh chóng Hội tụ dịch vụ mạng xu hướng phát triển hạ tầng mạng tương lai Mạng IP mạng chuyển mạch gói hỗ trợ đa dịch vụ Trong chương giới thiệu tổng quan chất lượng dịch vụ mạng IP Chương xem xét số vấn đề sau: - Định nghĩa dịch vụ - Định nghĩa chất lượng dịch vụ - Mơ hình đảm bảo chất lượng dịch vụ mạng IP - Kỹ thuật lưu lượng mạng IP - Mơ hình quản lý mức dịch vụ - Đo lường chất lượng dịch vụ - Cơ chế điều khiển chất lượng dịch vụ động miền IP 1.1 Định nghĩa dịch vụ Diễn đàn quản lý mạng viễn thông đưa định nghĩa dịch vụ Tổ chức 3GPP đưa số định nghĩa dịch vụ theo quan điểm hỗ trợ kỹ thuật: dịch vụ mang, lực dịch vụ, chức dịch vụ, dịch vụ 1.2 Chất lƣợng dịch vụ 1.2.1 Định nghĩa chất lượng dịch vụ Trong E.800 ITU-T ETR003 ETSI định nghĩa : “chất lượng dịch vụ (Qos) tập hợp ảnh hưởng q trình thực dịch vụ, ảnh hưởng xác định mức độ hài lòng người sử dụng” Trong ETSI-TR102, ETSI xem xét Qos khả phân loại, phân biệt loại lưu lượng để mạng xử lý lưu lượng với mức độ ưu tiên khác Chất lượng dịch vụ mà người dùng cảm nhận phụ thuộc vào hiệu mạng lại đánh giá “sự đánh giá trung bình người dùng” 1.2.2 Các yêu cầu chất lượng dịch vụ Tất dịch vụ cần phục vụ với yêu cầu chất lượng dịch vụ xác định Mỗi dịch vụ đòi hỏi chất lượng dịch vụ khác Trong ITU-T Y.1541, ETSI TR102 đưa số phân lớp dịch vụ 1.3 Mơ hình đảm bảo chất lƣợng dịch vụ mạng IP Hiện nay, có mơ hình để thực thi QoS mạng IP: mơ hình nỗ lực tối đa, mơ hình tích hợp dịch vụ, mơ hình phân biệt dịch vụ Mơ hình nỗ lực tối đa khơng có đảm bảo cấp phát gói Tất gói mạng xử lý giống nhau, khơng có ưu tiên dịch vụ IntServ sử dụng giao thức dự trữ tài nguyên (RSVP) để dự trữ tài nguyên cho luồng lưu lượng Kiến trúc Diffserv dựa mơ hình đơn giản lưu lượng vào mạng phân loại dựa điều kiện có trước biên mạng Lưu lượng nhận dạng giá trị mã dịch vụ (DSCP) bit đánh dấu tiêu đề gói tin IP Giá trị DSCP sử dụng để đánh dấu gói IP để xác định hành vi ứng xử cho gói nút mạng (PHB) 1.4 Kỹ thuật lƣu lƣợng mạng IP 1.4.1 Giới thiệu kỹ thuật lưu lượng Kỹ thuật lưu lượng phương pháp để tối ưu hiệu mạng Kỹ thuật lưu lượng gồm bước: xác định sách mạng phù hợp, thu thập thu thập liệu đo lường từ thiết thiết bị mạng, phân tích trạng thái mạng đặc tính hóa lưu lượng, tối ưu hiệu mạng Tối ưu mạng phải thực thường xuyên liên tục, nhiều vòng lặp Hai kỹ thuật lưu lượng quan tâm nhiều để sử dụng băng thông mạng hiệu quả: kỹ thuật lưu lượng dựa IP kỹ thuật lưu lượng dựa MPLS 1.4.2 Kỹ thuật lưu lượng dựa IP Trong mạng IP có phương pháp định tuyến: định tuyến tĩnh định tuyến động Đối với pháp định tuyến tĩnh dễ dàng phân chia tải lưu lượng khó quản lý khai thác tất tuyến Phương pháp định tuyến động, thông tin định tuyến cập nhật cách tự động Giao thức định tuyến OSPF có khả hỗ trợ định tuyến đa đường Thay đổi cost liên kết thay đổi bảng định tuyến, tối lưu liên kết 1.4.3 Kỹ thuật lưu lượng dựa MPLS Trong mạng MPLS, gói đến định tuyến biên (LER) phân loại chuyển tới lớp chuyển tiếp tương đương FEC MPLS hoạt động dựa thiết lập LSP Giữa LER có nhiều LSP thiết lập MPLS hỗ trợ định tuyến đa đường thực điều khiển lưu lượng cách ánh xạ vào lưu lượng vào LSP khác 1.5 Mô hình quản lý mức dịch vụ 1.5.1 Giới thiệu mơ hình quản lý mức dịch vụ ITU đưa khung quản lý mức dịch vụ TMN gồm chức năng: quản lý lỗi, quản lý cấu hình, quản lý tính cước, quản lý hiệu năng, quản lý bảo mật Để tăng mức độ cụ thể hóa, chức lại quản lý theo lớp con: lớp quản lý thiết bị, lớp quản lý mạng, lớp quản lý dịch vụ, lớp quản lý kinh doanh 1.5.2 Thỏa thuận mức độ dịch vụ SLA SLA công cụ gồm tài liệu chi tiết mức độ dịch vụ khách hàng nhà cung cấp dịch vụ Về mặt kỹ thuật SLA thiết bị trao đổi thông tin nhà cung cấp dịch vụ khách hàng Về mặt kinh doanh, SLA thỏa thuận nhà cung cấp khách hàng 1.6 Đo lƣờng lƣu lƣợng 1.6.1 Giới thiệu đo lường lưu lượng Kỹ thuật lưu lượng sử dụng thông tin thu thập từ mạng để làm sở thay đổi tham số mạng tối ưu mạng Nhiệm vụ đo lường lưu lượng mạng là: đặc trưng hóa lưu lượng, giám sát mạng, điều khiển lưu lượng 1.6.2 Thu thập liệu cho đo lường lưu lượng Dữ liệu đo lường thu thập từ phần tử mạng, giám sát liên kết, giám sát tuyến Có thể thu thập liệu đo lường từ thiết bị mạng qua giao diện nhà sản xuất giao diện chuẩn hóa SNMP Các liệu sẵn có thiết bị có cấu trúc liệu nhà sản xuất MIB chuẩn hóa 1.6.3 Phương pháp đo lường lưu lượng Để đo lường hiệu mạng có phương pháp sau: - Đo lường thụ động ( không thâm nhập) - Đo lường chủ động ( có thâm nhập) 1.7 Cơ chế điều khiển chất lƣợng dịch vụ động miền IP 1.7.1 Giới thiệu điều khiển chất lượng dịch vụ động Quản lý chất lượng dịch vụ động mạng IP gồm vấn đề: - Quản lý tài nguyên động mạng IP - Thực SLA động miền IP Để thực điều khiển chất lượng dịch vụ động, thực thể đưa gọi “trung gian băng thơng” (BB) Hình 1.1 kiến trúc mạng để thực điều khiển chất lượng động qua miền mạng Mỗi BB chịu trách nhiệm điều khiển chất lượng dịch vụ động miền Các BB miền trao đổi thông tin với để đảm bảo chất lượng dịch vụ end-to-end BB BB Miền mạng Miền mạng Đầu cuối Đầu cuối Hình 1.1 Kiến trúc mạng hỗ trợ đảm bảo chất lƣợng dịch vụ end-to-end 1.7.2 Kiến trúc điều khiển chất lượng dịch vụ động miền IP Trong phần xem xét quản lý tài nguyên liên miền Diffserv Phần xem xét kiến trúc 2-bit Diffserv IETF, kiến trúc Qbone 1.7.2.1 Mơ hình 2-bit Diffserv Mơ hình 2-bit Diffserv mơ tả RFC2638 Mơ hình thiết kế hỗ trợ dịch vụ gọi “dịch vụ đảm bảo” “dịch vụ có trả phí” Mơ hình cho phép EF PHB AF PHB miền mạng Diffserv Việc thực thi hai dịch vụ yêu cầu cần thiết lập lọc gói thích hợp biên mạng thích hợp dịch vụ Trong trường hợp mạng có nhiều dịch vụ, nhiều người dùng, RFC2638 đưa thực thể BB có nhiệm vụ thay đổi cấu hình thiết bị phù hợp với với dịch vụ khởi tạo 1.7.2.2 Mơ hình Qbone Qbone đưa nhằm mục đích quản lý tài nguyên mạng miền khác Trong Qbone, BB giao tiếp với thiết bị mạng BB khác, router, server, hệ thống mạng, hệ thống vận hành mạng Như hình 1.2 mơ tả giao diện BB đến thiết bị khác mạng BB khác BB khác Giao diện liên miền ứng dụng server Người dùng/ máy trạm Điều hành mạng Giao diện người dùng/ ứng dụng BB Giao diện miền Router Router Hình 1.2 Các giao diện BB 1.8 Tổng kết chƣơng I Chương I đưa định nghĩa chất lượng dịch vụ, xem xét tổng quan mơ hình đảm bảo chất lượng dịch vụ mạng IP, kỹ thuật lưu lượng, mơ hình quản lý mức dịch vụ điều khiển chất lượng dịch động & miền IP Chất lượng dịch vụ tập hợp ảnh hưởng trình thực dịch vụ, ảnh hưởng xác định mức độ hài lòng người sử dụng Chất lượng dịch vụ phụ thuộc vào hiệu mạng lại đánh giá đánh giá trung bình người dùng Các tham số đánh giá chất lượng mạng gồm có: tỷ lệ gói, trễ truyền gói, jitter, tỷ lệ lỗi gói Mỗi phân lớp dịch vụ yêu cầu chất lượng mạng xác định Trong mạng IP có mơ hình hỗ trợ chất lượng dịch vụ: mơ hình nỗ lực tối đa, mơ hình Intserv, mơ hình Diffserv Mơ hình nỗ lực tối đa khơng có đảm bảo chất lượng dịch vụ cho dịch vụ khác Mơ hình Intserv sử dụng báo hiệu đặt trước băng thông cho luồng lưu lượng Mô hình Diffserv cho lưu lượng phân loại biên mạng Tại nút mạng, phân lớp xử lý khác Kỹ thuật lưu lượng sử dụng mạng IP để tối ưu hiệu mạng Kỹ thuật lưu lượng gồm bước: lập sách mạng, thu thập liệu mạng, phân tích mạng, tối ưu mạng Việc tối ưu mạng phải thực thường xuyên liên tục qua nhiều chu kỳ kỹ thuật lưu lượng Để tối ưu sử dụng băng thơng có hai kỹ thuật lưu lượng thường sử dụng: kỹ thuật lưu lượng dựa IP kỹ thuật lưu lượng dựa MPLS Kỹ thuật lưu lượng dựa IP tối ưu việc sử dụng băng thông cách thay đổi bảng định tuyến nút mạng Đối với định tuyến tĩnh thay đổi bảng định tuyến cách cấu hình tay Đối với định tuyến động thay đổi bảng định tuyến cách thay đổi cost liên kết Kỹ thuật lưu lượng dựa MLPS thực nhờ tính hỗ trợ định tuyến đa đường MPLS, có nhiều LSP thiết lập hai chuyển mạch gói MPLS Để thực kỹ thuật lưu lượng cần thu thập thơng tin mạng Thơng tin mạng thu thập từ thiết bị mạng Có hai chế để thu thập thông tin thiết bị mạng: chế polling thiết bị gửi báo cáo xảy điều kiện xác định TMN đưa khung quản lý mức dịch vụ gồm chức năng: quản lý lỗi, quản lý cấu hình, quản lý tính cước, quản lý hiệu năng, quản lý bảo mật Mỗi chức chia thành lớp con: lớp quản lý thiết bị, lớp quản lý mạng, lớp quản lý dịch vụ, lớp quản lý kinh doanh Có thể thực điều khiển chất lượng dịch vụ động Điều khiển chất lượng dịch động gồm vấn đề: quản lý tải nguyên động miền mạng quản lý tài nguyên qua nhiều miền mạng Trong miền, thực thể BB đảm trách nhiệm vụ điều khiển chất lượng dịch vụ động miền BB có chức lưu vết luồng lưu lượng cấp phát có khả thay đổi cấu hình router biên cho phù hợp Các BB miền khác trao đổi thông tin để thực đảm bảo chất lượng dịch vụ động từ đầu cuối đến đầu cuối qua nhiều miền 10 thực tế, khách hàng thường phân chia thành p lớp ưu tiên khác nhau, khách hàng thuộc lớp ưu tiên v có mức ưu tiên cao thuộc khách hàng thuộc lớp v+1 2.1.3 Định lý Little Xét hệ thống hàng đợi với khách hàng đến theo tiến trình ngẫu nhiên Mật độ gọi trung bình chu kỳ T 𝜆(T) Thời gian giữ trung bình hệ thống gọi chu kỳ T W(T) Số lượng trung bình gọi hệ thống chu kỳ T L(T) = W(T).𝜆(T) Nếu tồn giới hạn 𝜆 = lim 𝑇 → ∞ 𝜆(T) W = lim 𝑇 → 𝑊(T) tồn giới hạn L(T) = W 𝜆 Đây định lý Little 2.1.4 Tiến trình Poisson 𝜆 số kiện đến khoảng đơn vị thời gian Phân bố Possion có đặc điểm 1 𝜆 𝜆2 sau: giá trị trung bình phương sai sau: 𝑚1 = 𝜕 = v kiện đến thời gian t: p(v,t) = (𝜆𝑡 )𝑣 𝑣! Nếu p(v,t) xác suất xuất 𝑒 −𝜆𝑡 2.2 Hàng đợi FIFO 2.2.1 Ngun lý hàng đợi FIFO Hình 2.2 mơ tả hàng đợi FIFO Hàng đợi FIFO hoạt động nguyên tắc: tất lưu lượng đến xếp hàng hàng đợi, gói đến trước phục vụ trước Hàng đợi có độ dài K → ∞ Các gói đến hàng đợi hàng đợi đầy bị loại bỏ FIFO Lập lịch Hình 2.2 Hàng đợi FIFO 2.2.2 Mơ hình hàng đợi M/M/1 Giả thiết rằng: tần suất đến hàng đợi với tốc độ 𝜆, hệ thống có server server có tốc độ phục vụ 𝜇, hệ thống hàng đợi sử dụng server, hàng đợi hoạt động theo nguyên tắc FIFO hàng đợi có độ dài khơng giới hạn (khơng có gói bị loại bỏ đến 11 𝜆 𝜌 𝜇 1− 𝜌 hàng đợi) Đặt 𝜌 = Số khách hàng trung bình hệ thống 𝑁 = hàng đợi 𝑇𝑞 = 𝜇 −𝜆 trễ trung bình 2.2.3 Mơ hình hàng đợi M/M/1/k Mơ hình M/M/1 mơ tả hệ thống hàng đợi FIFO có độ dài hàng đợi vô hạn Tuy nhiên thực tế, độ dài hàng đợi hữu hạn Độ dài hàng đợi trung bình: 𝜌 𝑁= 1−𝜌 – 𝑘 +1 − 𝜌 𝑘+1 𝑘 𝜌𝑘+1 𝜌 ≠ 𝜌 = Thời gian trung bình hàng đợi: 𝑇𝑞 = 𝜌 𝑘 −𝜌 𝑘+1 Xác suất gói: 𝑃𝑙𝑜𝑠𝑠 = 𝑃𝑘 = − 𝜌 𝑘+1 𝑘+1 𝑁 𝜆 𝑣ớ𝑖 𝜌 ≠ 𝑣ớ𝑖 𝜌 = 2.2.4 Mơ hình hàng đợi M/G/1 Giả thiết thời gian phục vụ gói iid có thời gian phục vụ trung bình 𝜇 (s) có 𝜆 độ lệch chuẩn 𝛿𝑠 Tiến trình đến Poisson có tốc độ 𝜆 Đặt 𝜌 = Thời gian đợi 𝜇 gói đến bất kỳ: E[Q] = 𝜌 + 𝜌 +𝜆 𝜎𝑠2 2(1−𝜌) Đây cơng thức Pollaczek-Khintchine 2.3 Hàng đợi ƣu tiên 2.3.1 Nguyên lý hàng đợi ưu tiên Hình 2.3 biểu diễn hệ thống hàng đợi ưu tiên (PQ) Hệ thống hàng đợi PQ gồm N hàng đợi có mức ưu tiên từ cao đến đến thấp, tức hàng đợi p có mức ưu tiên cao p+1, p+2 12 Hàng đợi Thứ tự ưu tiên Đầu Hàng đợi Lập lịch Hàng đợi n Hình 2.3 Hàng đợi ƣu tiên PQ 2.3.2 Mơ hình hàng đợi ưu tiên M/G/1 Giả sử gói đến chia thành N lớp khác với mức ưu tiên khác Các khách hàng lớp i đến theo tiến trình Possion với cường độ đến 𝜆𝑖 khách hàng đơn vị thời gian thời gian phục vụ trung bình 𝑠𝑖 Mơ mem bậc phân bố thời gian phục vụ ký hiệu 𝑚2𝑖 lưu lượng phát sinh lớp 𝐴𝑖 = 𝜆𝑖 𝑠𝑖 V thời gian phục vụ khách hàng lại khách hàng V= 𝑁 𝜆𝑖 𝑖=1 𝑚2𝑖 = 𝑁 𝑖=1 𝑉𝑖 Đối với hàng đợi ưu tiên tương đối Nếu 𝑊𝑝 thời gian chờ đợi trung bình khách hàng lớp ưu tiên p 𝑊𝑝 = 𝑉 (1−𝐴 ′𝑝 −1 )[1−𝐴′𝑝 )] Trong đó: 𝐴′𝑝 = 𝑝 𝑖=0 𝐴𝑖 𝐴0 =0 13 2.4 Hàng đợi WFQ 2.4.1 Nguyên lý hàng đợi WFQ Quay vòng Hàng đợi Đầu Hàng đợi Lập lịch Hàng đợi n Hình 2.4 Hàng đợi WFQ Hình 2.4 mô tả hàng đợi WFQ Tương tự hàng đợi PQ, hàng đợi WFQ có N hàng đợi Lưu lượng đến sau phân loại vào hàng đợi khác Tuy nhiên có khác biệt hàng đợi PQ WFQ Mỗi hàng đợi WFQ có trọng số 𝑤𝑖 thỏa mãn điều kiện sau: 𝑁 𝑖=1 𝑤𝑖 =1 WFQ lập lịch dựa giả thiết lần hàng đợi phục vụ gửi bit đầu hàng đợi Khi gói tập hợp hết đủ bit gói gói truyền Vì gói lớn phải chờ lâu để truyền 2.4.2 Mơ hình phục vụ LR Giả sử có V phiên chia sẻ tài nguyên đến đầu chuyển mạch gói Giả thiết rằng, thời điểm server phục vụ hàng đợi 𝜌𝑖 tốc độ cấp phát cho hàng đợi i, 𝛿𝑖 kích thước thùng chứa thẻ đầu vào hàng đợi Giả sử 𝑄𝑖 ( t) số lượng lưu lượng xếp hàng hàng đợi i thời điểm t Nếu S server LR lưu lượng đầu vào hàng đợi i định hình thẻ thùng chứa thẻ, trễ lớn 𝐷𝑖𝑠 gói hàng đợi i S cho công thức: 𝐷𝑖𝑠 ≤ 𝜎𝑖 𝜌𝑖 + Θ𝑖𝑠 độ dài hàng đợi 𝑄𝑖𝑠 (t) hàng đợi i thời điểm t thỏa mãn: 𝑄𝑖𝑠 (t) ≤ 𝜎𝑖 + 𝜌𝑖 Θ𝑖𝑠 Trong Θ𝑖𝑠 trễ phục vụ gói server 14 2.5 Ứng dụng hàng đợi mơ hình Diffserv Khi có nhiều luồng lưu lượng đến đầu Để chia sẻ tài nguyên hạn chế cần thiết lập lịch thứ tự gói lưu lượng đến để truyền đến đầu Việc thiết lập thứ tự gói truyền thực hàng đợi với thuật toán phù hợp Ngồi hàng đợi FIFO, PQ, WFQ mơ tả trên, Diffserv sử dụng hàng đợi cơng (FQ), hàng đợi quay vịng có trọng số (WRR), hàng đợi dựa phân lớp (CBQ) Hình 2.5 mơ tả q trình xử lý gói tin giao diện đầu Các gói đến Lớp Thêm/ loại bỏ gói Hàng đợi Lớp Thêm/ loại bỏ gói Hàng đợi Lớp n Thêm/ loại bỏ gói Hàng đợi n Giao điện đầu Lập lịch Hình 2.5 Q trình xử lý gói tin giao diện đầu 2.6 Tổng kết chƣơng II Chương II xem xét số mơ hình hàng đợi ứng dụng hàng đợi mô hình Diffserv Hệ thống hàng đợi gồm thành phần: tiến trình đến, tiến trình xếp hàng (lập lịch), tiến trình phục vụ Tiến trình đến đặc trưng thời điểm đến 𝑡𝑛 gói n khoảng thời gian hai lần đến 𝜏𝑛 = 𝑡𝑛+1 - 𝑡𝑛 Tiến trình đến quan trọng tiến trình Possion Tiến trình phục vụ đặc trưng thời gian phục vụ 𝑥𝑛 gói n Tiến trình xếp hàng đặc trưng thời gian chờ 𝑤𝑛 hàng đợi gói thứ n, số lượng gói hàng đợi 𝑁𝑄 (t) thời điểm t DG.Kendall đưa ký hiệu A/B/n để mô tả hệ thống hàng đợi Trong đó, A mơ tả tiến trình đến, B mơ tả tiến trình phục vụ, n số lượng server Trong chương nghiên cứu số mô hình hàng đợi M/M/1, M/M/1/k, M/G/1, mơ hình hàng đợi ưu tiên tương đối M/G/1, mơ hình LR 15 Mơ hình Diffserv hoạt động ngun tắc đơn giản là: lưu lượng vào mạng phân loại, nút mạng dựa vào phân loại để có hành vi ứng xử phù hợp với loại lưu lượng Phân loại lưu lượng nhóm lưu lượng khác vào phân lớp khác Các phân lớp lưu lượng khác đánh dấu cách thiết lập giá trị DSCP cho gói tin Giá trị xác định gói xử lý tạo nút mạng Tại nút sau phân loại đến hệ thống hàng đợi đầu Có nhiều nguyên tắc xếp hàng FIFO, PQ, WFQ, FQ, WRR đưa để giải số tốn định mạng Hàng đợi FIFO khơng phân biệt lưu lượng lại thường hay sử dụng giao diện có tốc độ cao Hàng đợi PQ ưu tiên mức lưu lượng cao phục vụ trước Hàng đợi FQ chia sẻ băng thông đầu cho tất luồng lưu lượng Hàng đợi WFQ, WRR phân loại lưu lượng thành nhiều phân lớp, phân lớp đảm bảo băng thông đầu thiết lập trước 16 CHƢƠNG III ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG THỰC THI MỘT SỐ LOẠI HÀNG ĐỢI TRONG MƠ HÌNH DIFFSERV Chương I giới thiệu tổng quan chất lượng dịch vụ mạng IP Chương II đưa số mơ hình hàng đợi khả ứng dụng mơ hình DiffServ Trong chương nghiên cứu: - Giới thiệu phần mềm Opnet - Mô hàng đợi M/M/1 - Đánh giá hiệu hàng đợi FIFO, PQ, WFQ sử dụng mơ hình Diffserv 3.1 Giới thiệu phần mềm mô OPNET Phần mềm mơ Opnet cơng cụ gồm có thiết kế mơ hình mạng, mơ phỏng, khai thác phân tích liệu Hình 3.1 mơ tả bước thực để mơ Opnet Tạo mơ hình mạng Chọn kết thống kê Mô Hiển thị phân tích kết Hình 3.1 Các bƣớc thực mô mạng Opnet Trong chương mô hàng đợi M/M/1 đánh giá hiệu hàng đợi FIFO, PQ, WFQ mơ hình Diffserv phần mềm mơ Opnet qua đưa số nhận xét 3.2 Hàng đợi FIFO 3.2.1 Mơ hình mơ Hình 3.2 mơ hình mơ hệ thống hàng đợi có hàng đợi hoạt động theo nguyên tắc FIFO có server phục vụ Hệ thống hàng đợi gồm: hai đối tượng tiến trình (một dành cho tiến trình phát & tiến trình nhận), hàng đợi có độ dài vơ hạn có server phục vụ 3.2.2 Các kịch mô Các kịch gồm có: - Kịch 1: Khi thay đổi tốc độ phục vụ server 17 - Kịch 2: Khi thay đổi tốc độ tiến trình phát - Kịch 3: Khi thay đổi kích thước gói đến Hình 3.2 Mơ hình mơ hệ thống hàng đợi 3.2.3 Kết mô - Kịch 1: Hàng đợi M/M/1 thay đổi tốc độ phục vụ server (tốc độ đến 𝜆=1 gói/s, kích thước gói trung bình 𝜇0 = 1024 bit/s, tốc độ phục vụ server 𝜇 = C/𝜇0 ) Tốc độ phục vụ (bit/s) 1050 1100 1150 1200 Trễ hàng đợi trung bình (s) 34,9 11,76 7.5 5,47 Độ dài hàng đợi trung bình (gói) 35,7 12,5 7,9 6,08 Trễ hàng đợi tính toán (s) 49 13,28 8,09 5,7 Độ dài hàng đợi tính tốn (gói) 49 13,28 8,09 5,7 - Kịch 2: Khi thay đổi tốc độ tiến trình phát (kích thước gói trung bình 𝜇0 = 1024 bit/s, tốc độ phục vụ sever C=1200bit/s, tốc độ phục vụ 𝜇 = C/𝜇0 = 1200/1024 gói/s ) Tốc độ đến (gói/s) 0,5 1/3 0,2 Trễ hàng đợi trung bình (s) 5,47 1,56 1,23 1,07 Độ dài hàng đợi trung bình (gói) 6,08 1,3 0,93 0,74 Trễ hàng đợi tính tốn (s) 5,7 1,51 1,3 1.05 18 Độ dài hàng đợi tính tốn (gói) 5,7 0,75 0,39 0,21 - Kịch 3: Trễ hàng đợi trung Độ dài hàng đợi bình trung bình Phân bố theo hàm mũ (𝜇0 =1024) 1,07 0,74 Kích thước khơng đổi (𝜇0 = 1024) 0,95 0,71 Kích thước gói đến 3.2.4 Nhận xét đánh giá Từ kết mơ phần 3.2.3 có số nhận xét sau: - Nếu tốc độ đến 𝜆, kích thước gói trung bình 𝜇0 khơng đổi, tốc độ phục vụ server tăng làm giảm trễ hàng đợi trung bình kích thước hàng đợi trung bình - Nếu kích thước gói trung bình, tốc độ phục vụ server không đổi tốc độ đến tăng làm tăng trễ hàng đợi trung bình kích thước hàng đợi trung bình - Khi tốc độ đến có phân bố Possion trễ hàng đợi, kích thước hàng đợi trung bình hệ thống có thời gian phục vụ khơng đổi (hằng số) nhỏ hệ thống hàng đợi có thời gian phục vụ theo phân bố Possion 3.3 Đánh giá hiệu số hàng đợi mơ hình Diffserv 3.3.1 Mơ hình mơ Hình 3.3 mơ hình mơ hệ thống mạng Hệ thống có luồng lưu lượng hội nghị truyền hình với mức ưu tiên khác nhau: - Luồng 1: lưu lượng hội nghị truyền hình từ ToS đến S1, mức ưu tiên - Luồng 2: lưu lượng hội nghị truyền hình từ ToS đến S2, mức ưu tiên - Luồng 3: lưu lượng hội nghị truyền hình từ ToS đến S4, mức ưu tiên Các máy tính kết nối với router liên kết 100baseT (tốc độ 100Mbp) Router kết nối với liên kết PPP_28K (tốc độ 28kb/s) Lập lịch thực giao diện đầu node_2 Mặc định tốc độ truyền router qua liên kết PPP_28K thiết lập 75% tốc độ truyền tối đa có tốc độ đầu 28000 x 75% = 21000 bit/s Các luồng lưu lượng lưu lượng sử dụng giao thức UDP có tham số sau: kích thước khung 80 byte (hay 640 bit) khung liệu đóng gói gói IP, khoảng đến 19 khung có phân bố theo hàm mũ có giá trị trung bình 0.167 khung/s hay tốc độ đến gói/s Hình 3.3 Mơ hình mơ hệ thống mạng 3.3.2 Các kịch mô hàng đợi Các kịch đưa gồm có: - Kịch 1: Tại node_2 sử dụng hàng đợi FIFO - Kịch 2: Tại node_2 sử dụng hàng đợi PQ - Kịch 3: Tại node_2 sử dụng hàng đợi WFQ 3.3.3 Kết mô Sau thực mô phỏng, kết sau: - Tốc độ phục vụ trung bình liên kết node_2 & node_3 21000 17702 /18 = 21,3 gói/s - Tổng tốc độ đến node_2 x = 18 gói/s, tốc độ phục vụ 21,3 gói/s Độ dài hàng đợi FIFO trung bình theo tính tốn 5,7 (gói), trễ hàng đợi theo tính tốn 0,32s Độ dài hàng đợi FIFO trung bình theo mơ 1,5 gói/s, trễ hàng đợi theo mơ 0,085s - Hình 3.4 biểu diễn độ dài trung bình hàng đợi khác PQ 20 Hình 3.4 Độ dài trung bình hàng đợi khác PQ - Hình 3.5 biểu diễn trễ trung bình hàng đợi khác PQ Hình 3.5 Trễ trung bình hàng đợi khác PQ - Hình 3.6 biểu diễn độ dài trung bình hàng đợi khác WFQ 21 Hình 3.6 Độ dài trung bình hàng đợi khác WFQ - Hình 3.7 biểu diễn trễ trung bình hàng đợi khác WFQ Hình 3.7 Trễ trung bình hàng đợi khác WFQ 22 Đối với hàng đợi PQ, trễ hàng đợi theo tính tốn sau: trễ hàng đợi 𝑊3 = 0,0225 1−0,28 = 0,031(s), trễ hàng đợi 𝑊2 = 0,07 1−0,28−0,28−0,28 0,031 1−0,28 −0,28 = 0,07 (s), trễ hàng đợi 𝑊1 = = 0,437 (s) 3.3.4 Nhận xét đánh giá Từ kết mơ hình phần 3.3.3 có số nhận xét: - Trong kịch FIFO giá trị hàng đợi trung bình trễ trung bình hàng đợi theo mơ tính tốn có giá trị khác thực tế độ dài hàng đợi không tiến tới giá trị ∞, độ dài hàng đợi có giá trị lớn giá trị trung bình theo mơ có giá trị 1.5 gói - Hàng đợi PQ ưu tiên lưu lượng có mức ưu tiên từ cao xuống thấp hình 3.4 độ dài trung bình hàng đợi 𝑄0 lớn đến 𝑄1 , 𝑄2 (hàng đợi 𝑄0 dành cho lưu lượng có giá trị ToS 0,1; Hàng đợi 𝑄1 dành cho lưu lượng có giá trị ToS 2,3; Hàng đợi 𝑄2 dành cho lưu lượng có giá trị ToS 3,4) Độ dài trung bình hàng đợi ngắn, tốc độ đến khơng đổi trễ trung bình hàng đợi giảm dần theo thứ tự 𝑄2 , 𝑄1 , 𝑄0 kết hình 3.5 Giá trị trễ trung bình, độ dài hàng đợi trung bình hàng đợi PQ theo mơ tính tốn có giá trị gần giống - Hàng đợi WFQ gồm hàng đợi, hàng đợi hàng đợi cấp phát 5% băng thông đầu ra, hàng đơi hàng đợi cấp phát 10% băng thông đầu ra, hàng đợi hàng đợi cấp phát 15% băng thông đầu ra, hàng đợi hàng đợi cấp phát 20% băng thông đầu Trong mơ hình có loại lưu lượng với mức ưu tiên 1, 2, Các lưu lượng vào hàng đợi 1, 2, Hàng đợi cấp phát băng thông nhiều hàng đợi 2, độ dài hàng đợi trung bình hàng đợi ngắn có trễ nhỏ Trong hàng đợi có độ dài hàng đợi lớn trễ cao nhiều hàng đợi 3.4 Tổng kết chƣơng III Chương III giới thiệu phần mềm Opnet sử dụng mô mạng Trong chương nghiên cứu ảnh hưởng tham số đến mơ hình hàng đợi M/M/1 Các tham số ảnh hưởng đến mơ hình hàng đợi M/M/1 là: tốc độ đến 𝜆, kích thước gói trung bình 23 𝜇0 , tốc độ phục vụ server Có nhiều nguyên tắc lập lịch sử dụng mơ hình Diffserv Mỗi chiến lược hàng đợi đưa để giải toán định 24 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Hội tụ dịch vụ mạng xu hướng phát triển hạ tầng mạng tương lai Mạng IP mạng chuyển mạch gói có khả hỗ trợ đa dịch vụ Luận văn “Đánh giá hiệu thực thi số loại hàng đợi áp dụng mơ hình Diffserv” đưa nhìn tổng quan số giải pháp để mạng IP hỗ trợ đa dịch vụ: mơ hình mạng đảm bảo chất lượng dịch vụ mạng IP, mơ hình quản lý mức dịch vụ, kỹ thuật lưu lượng mạng IP, chế điều khiển chất lượng dịch vụ động miền IP, phương pháp đo lường chất lượng mạng để kiểm tra chất lượng dịch vụ Trong chương II đưa số mô hình tốn học hàng đợi M/M/1, M/M/1/k, M/G/1, hàng đợi ưu tiên tương đối M/G/1, hàng đợi phục vụ LR Chương II đưa nguyên lý hoạt động, ưu điểm, nhược điểm số hàng đợi FIFO, PQ, WFQ, FQ, WRR sử dụng mơ hình DiffServ Chương III thực mô hàng đợi M/M/1 đánh giá hiệu hàng đợi FIFO, PQ, WFQ sử dụng mơ hình Diffserv Luận văn sở để thực nghiên cứu chuyên sâu hàng đợi mô hàng đợi Opnet Luận văn đánh giá hiệu hàng đợi nút mạng Luận văn có hướng nghiên cứu đánh giá hiệu mơ hình mạng thực tế doanh nghiệp vừa nhỏ Nếu thu thập tất lưu lượng mạng mơ hình hóa lưu lượng mạng, thơng tin hệ thống mạng đánh giá chất lượng loại lưu lượng mạng tối ưu hệ thống mạng ... nhiều loại hàng đợi sử dụng ví dụ hàng đợi FIFO, PQ, WFQ … Mỗi hàng đợi sử dụng cho mục đích khác Vậy mơ hình, hiệu hàng đợi Đây lý tơi chọn đề tài ? ?Đánh giá hiệu thực thi số loại hàng đợi áp dụng. .. 2.4 Hàng đợi WFQ Hình 2.4 mô tả hàng đợi WFQ Tương tự hàng đợi PQ, hàng đợi WFQ có N hàng đợi Lưu lượng đến sau phân loại vào hàng đợi khác Tuy nhiên có khác biệt hàng đợi PQ WFQ Mỗi hàng đợi. .. nhược điểm số hàng đợi FIFO, PQ, WFQ, FQ, WRR sử dụng mơ hình DiffServ Chương III thực mô hàng đợi M/M/1 đánh giá hiệu hàng đợi FIFO, PQ, WFQ sử dụng mơ hình Diffserv Luận văn sở để thực nghiên