Các phương pháp quản lý hàng đợi tích cực

Các phương thức quản lý hàng đợi tích cực. MỤC LỤC MỤC LỤC 1 PHẦN MỞ ĐẦU 6 1.Đặt vấn đề: 6 2.Mục tiêu đề tài: 7 3.Bố cục đồ án: .7 CHƯƠNG 1. QUÁ TRÌNH TRUYỀN DỮ LIỆU TRÊN MẠNG VÀ VẤN ĐỂ TẮC NGHẼN 9 1.1 Truyền dữ liệu trên một hệ thống mạng: 9 1.2 Nghẽn mạng và các nguyên nhân gây nghẽn: 10 1.3 Cơ chế điều khiển luồng để tránh tắc nghẽn: .11 1.4 Tổng kết chương: .13 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ QUẢN LÝ HÀNG ĐỢI TÍCH CỰC ( Active Queue Managament) 14 2.1 Khái niệm quản lý hàng đợi tích cực AQM ( Active Queue Managament ) : 14 2.2 Sự cần thiết phải có quản lý hàng đợi tích cực: .15 2.3 Tổng kết chương: .16 CHƯƠNG 3: CÁC PHƯƠNG PHÁP QUẢN LÝ HÀNG ĐỢI TÍCH CỰC 17 3.1 Cơ chế ECN (Explicit Congestion Notification) .18 3.1.1 Khái niệm chung: 18 3.1.2 Sự đánh dấu trong IP header: 18 3.1.3 Sự đánh dấu trong TCP header: 19 3.1.4 Cơ chế hoạt động: .20 3.2 Cơ chế hủy bỏ sớm ngẫu nhiên RED ( Random Early Detection): 21 3.2.1 Mô tả khái quát về thuật toán: 21 3.2.2 Giải thuật RED và các tham số: 23 3.3 Cơ chế huỷ bỏ sớm ngẫu nhiên theo trọng số WRED ( Random Early Discarding ) : 26 3.3.1 Khái quát: 26 3.3.2 Cơ chế hoạt động: .27 3.3.3 Sự ảnh hưởng của thông số MPD (mark probability denominator) đến sự hoạt động của WRED: .28 3.3.4 Cách cấu hình WRED trong các thiết bị của Cisco: .30 3.4 Adaptive RED : 32 3.4.1 Tổng quan về Adaptive RED: .32 3.4.2 Cơ chế hoạt động: .33 3.4.3 Sự lựa chọn các tham số: 34 3.5 Dynamic RED: .36 3.5.1 Mô hình hệ thống và các thành phần: .36 3.5.2 Phân tích mô hình hệ thống: .37 3.5.3 Điều chỉnh trọng số hàng đợi Wq: 38 1 Các phương thức quản lý hàng đợi tích cực. 3.5.4 Điều chỉnh xác suất loại bỏ gói cực đại max p : 40 3.6 Stabilized RED ( SRED ): .41 3.6.1 Cơ chế và ý nghĩa: .41 3.6.2 Giải thuật của Stabilized RED và ý nghĩa các tham số : 42 3.7 Giải thuật BLUE: .43 3.7.1 Giới thiệu : 43 3.7.2 Giải thuật: 43 3.7.3 Sự so sánh những mức tổn thất gói khi sử dụng RED và BLUE: .45 3.7.4 Kết luận: 47 3.8 Tổng kết chương: .47 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG GIẢI THUẬT RED.CÁC NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ. 49 4.1 Mục đích: .49 4.2 Môi trường mô phỏng: .49 4.2.1 Giới thiệu chương trình mô phỏng NS-2 : 49 4.2.2 Chuẩn bị chương trình mô phỏng NS-2 51 4.3 Nội dung và kết quả mô phỏng: 51 4.3.1 Mô phỏng tổng quan mạng có sử dụng giải thuật RED để quản lý tắc nghẽn: 52 4.3.2 Mô phỏng giải thuật RED với các cách thiết đặt tham số điều khiển min th và max th khác nhau: .55 4.3.3 Mô phỏng mạng UDP sử dụng giải thuật RED : 66 4.5 Tổng kết chương: .69 PHẦN KẾT LUẬN 70 1.Các kết quả đạt được: 70 2. Các hướng phát triển tiếp: 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 PHỤ LỤC .74 2 Các phương thức quản lý hàng đợi tích cực. DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ STT Tên hình Trang 1 Hình 1: Kiến trúc mạng đơn giản 4 2 Hình 2: Kiến trúc cơ bản của một router 5 3 Hình 3: Ví dụ về nghẽn mạch 6 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Hình 4: ECN Field trong IP header Hình 5: ECN bit trong IP header Hình 6: Cấu trúc TCP Header với 2 cờ CWR và ECE Hình 7: Cấu trúc 2 trường code field và Reseved field của TCP header Hình 8: Mô hình quản lý hàng đợi dùng thuật toán RED Hình 9: Thuật toán của giải thuật RED truyền thống Hình 10: Giải thuật RED truyền thống Hình 11: Giải thuật RED với "gentle option" Hình 12: Sơ đồ hoạt động của WRED Hình 13: Cơ chế loại bỏ gói tin của WRED Hình 14: Biểu diễn các trọng số của WRED Hình 15: Giải thuật Adaptive RED tổng quát Hình 16: Giải thuật ARED theo cách tiếp cận sử dụng AIMD Hình 17: Giải thuật RED với tùy chọn mềm dẻo (gentle option) Hình 18: Một mô hình kiến trúc mạng để thực hiện giải thuật DRED Hình 19: Trọng số hàng đợi mới nw q của giải thuật DRED Hình 20: Giải thuật tính toán giá trị wq trong DRED Hình 21: Một topo mạng gồm 2 router sử dụng SRED Hình 22: Công thức xác định P sred (q) c ủ a gi ả i thu ậ t SRED. Hình 23: Giải thuật BLUE Hình 24: Topo mạng được xử dụng trong mô phỏng giải thuật BLUE Hình 25: Mức tổn thất gói của RED và BLUE (1000 kết nối ) Hình 26: Mức tổn thất gói của RED và BLUE ( 4000 kết nối ) Hình 27: Mô hình dữ liệu đầu vào và kết xuất của NS-2 Hình 28: Kiến trúc cơ bản của NS Hình 29: Topology vật lý mạng dùng để thực hiện mô phỏng. Hình 30: Kết quả biểu diễn giá trị độ dài hàng đợi tức thời(queue) và độ dài hàng đợi trung bình (ave_queue) nhận được ở bài 1. 14 14 15 15 17 18 19 20 22 23 24 27 29 30 31 33 34 37 37 39 40 41 41 45 45 46 48 3 Các phương thức quản lý hàng đợi tích cực. 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 Hình 31: Những thời điểm độ dài hàng đợi trung bình đạt giá trị cao nhất. Hình 32: Quan sát trực quan việc thả gói trong mạng sử dụng RED Hình 33: Đồ thị của hàng đợi tức thời (queue) và hàng đợi trung bình(ave_queue) của RED theo thời gian với min th =2, max th =12 Hình 34: Phóng to khoảng chiều dài hàng đợi trung bình vượt quá min th Hình 35: Đồ thị của hàng đợi tức thời (queue) và hàng đợi trung bình (ave_queue) của RED theo thời gian với min th =10, max th =12 Hình 36: Đồ thị biểu diễn hàng đợi tức thời(queue) và hàng đợi trung bình(ave_queue) của RED với min th =5 và max th =7 Hình 37: Đồ thị biểu diễn hàng đợi tức thời(queue) và hàng đợi trung bình (ave_queue) của RED với min th =5, max th =30. Hình 38: So sánh sự thay đổi của hàng đợi trung bình khi thay đổi min th trong giải thuật RED. Hình 39 : So sánh sự thay đổi của các hàng đợi trung bình khi thay đổi max th trong gi ả i thu ậ t RED. Hình 40: Giải thuật RED trong mạng sử dụng giao thức UDP. Hình 41:Sự mất mát gói tin trong mạng UDP sử dụng RED 48 49 52 52 53 54 56 58 60 62 69 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU STT Tên bảng Trang 1 Bảng 1: Giải thuật WRED 22 2 Bảng 2: Các thông số mặc định của WRED cho các giá trị 24 DSCP khác nhau 3 Bảng 3: Ý nghĩa và giá trị của các tham số trong giải thuật 35 DRED. 4 Các phương thức quản lý hàng đợi tích cực. DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU , VIẾT TẮT VÀ THUẬT NGỮ STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 Từ viết tắt, thuật ngữ AIMD ARED AQM CBWFQ CE CWR DRED DSCP ECE ECT ECN FIFO MP D L LQ R ED IOS QL SRED TCP WRED UDP Giải nghĩa Additive - Increase Multiplicative- Decrease Adaptive Random Early Detection Active Queue Management Class-Based Weighted Fair Queuing Congestion Experienced Congestion Window Reduced Dynamic Random Early Detection Differentiated Services Codepoint ECN-Echo ECN-Capable Transport Explicit Congestion Notification First In First Out Mark probability Denominator Low-Latency Queuing Random Early Detection Internetwork Operating System Queue Limit Stabilized Random Early Detection Transmission Control Protocol Weighted Random Early Discarding User Datagram Protocol 5 . có công tác quản lý hàng đợi tích cực. Chương 3: Tìm hiểu các cơ chế quản lý hàng đợi tích cực để ngăn ngừa và quản lý tắc nghẽn . Tìm hiểu các cơ chế:. qua. 6 Các phương thức quản lý hàng đợi tích cực. 2.Mục tiêu đề tài: Đề tài này được xây dựng với mục tiêu: Tìm hiểu về quản lý hàng đợi tích cực (AQM).