Tổng quan về lí thuyết hàng đợi

Tiểu luận môn học mạng băng rộng Mở đầu Lí thuyết hàng đợi nghiên cứu từ lâu tảng cho việc sản xuất vận hành hệ thống thơng tin Trong khái niệm lập lịch hàng đợi ưu tiên quan tâm nhiều tính vai trị quan trọng Trong tiểu luận này, chúng tơi xin đưa khái niệm, ích lợi hạn chế kiểu lập lịch hàng đợi Tổng quan lí thuyết hàng đợi 2.1 Hàng đợi đặc điểm Trong hệ thống khách hàng đến điểm cung cấp dịch vụ rời khỏi hệ thống dịch vụ cung cấp Ví dụ: Các hệ thống điện thoại: số lượng lớn khách hàng quay số để kết nối đến đường hữu hạn tổng đài Trong mạng máy tính: mà gói tin chuyển từ nguồn tới đích qua số lượng nút trung gian Hệ thống hàng đợi xuất nút trình lưu tạm thông tin đệm Hệ thống máy tính: cơng việc tính tốn tuyến làm việc hệ thống yêu cầu dịch vụ từ xử lý trung tâm từ nguồn khác Những tình diễn tả hình vẽ sau Hình Mơ hình chung hệ thống hàng đợi 2.2 Các tham số hiệu trung bình Số lượng trung bình khách hàng hệ thống Nhắc lại phân bố trạng thái ổn định cho số lượng khách hàng hệ thống t→∞ Ví vậy, suy số khách hàng trung bình hệ thống từ phân bố trạng thái ổn định hệ thống sau: Kết không áp dụng cho số trung bình khách hàng hệ thống khoảng thời gian ngắn t (arbitrary time t) Tiểu luận môn học mạng băng rộng Số lượng trung bình khách hàng hàng đợi Chú ý số lượng khách hàng hàng đợi với số lượng khách hàng hệ thống trừ Sử dụng giả thiết ta có: Chú ý tổng i=1, kiện khách hàng đợi có nhiều khách hàng hệ thống Chú ý (i-1)!, tìm số lượng khách hàng trung bình hàng đợi Thời gian trung bình hệ thống Thời gian phân chia thành hai thành phần : Thời gian đợi thời gian phục vụ Tính tốn tham số hiệu đòi hỏi giả thiết thêm dựa đặc tính hệ thống hàng đợi : Quy tắc phục vụ khách hàng : Giả sử quy tắc “ first-come, first served” khách hàng phục vụ theo thứ tự đến hệ thống Phân bố trạng thái ổn định pk, k=0,1,…, giống phân bố xác suất số lượng khách hàng hệ thống Thời gian phục vụ dư trung bình khách hàng dùng để phục vụ tiến trình đến xảy với tốc độ 1/µ, giống Vì gọi đặc tính không nhớ Sử dụng giả thiết cho thời gian trung bình hệ thống khách hàng : Thời gian trung bình hàng đợi (thời gian đợi để phục vụ) Với giả thiết ta có: Chú ý thời gian trung bình hàng đợi với thời gian trung bình hệ thống trừ thời gian phục vụ: Các cách tiếp cận trình bày sử dụng để phân tích thống hàng đợi phải có giả thiết sau: Tiến trình đến tiến trình poisson, có nghĩa khoảng thời gian đến đượcphân bố theo hàm mũ Tiến trình đến với tốc độ đến thay đổi Hệ thống có nhiều Tiểu luận mơn học mạng băng rộng server Thời gian phục vụ có dạng phân bố hàm mũ Tiến trình đến độc lập với tiến trình phục vụ ngược lại Có vơ hạn vị trí đợi hữu hạn hệ thống Tất giả thiết tạo thành lớp đơn giản hệ thống hàng đợi 2.3 Ký hiệu Kendall Được sử dụng để mô tả hệ thống hàng đợi kí hiệu A/B/C/S/R/D A: Tiên trình ngẫu nhiên u cầu đến hệ thống đặc trưng phân bố ngẫu nhiên tốc độ trung bình λ M: Markop, D: Deterministic; G: General B: Tiến trình ngẫu nhiên thời gian xử lí yêu cầu server đặc trưng phân bố ngẫu nhiên tốc độ TB µ M: Markop, D: Deterministic; G: General C: Số server (c >=0) S: Dung lựong hệ thống hàng đợi (S>=0) R: Số nguồn phát kiện với tiến trình Poisson, R khơng quan trọng D: Cách thức phục vụ server FIFO, LIFO, Round robin, WRR, Priority 2.4 Một số mơ hình hàng đợi Các hàng đợi gồm có M/M/1/∞, Tiến trình tới tiến trình phục vụ Poisson, hàng đợi vô hạn, server Hàng đợi M/M/1/k Tiến trình tới tiến trình phục vụ Poisson, hàng đợi có độ dà k, server Hàng đợi M/M/C/∞ Tiến trình tới tiến trình phục vụ: Poisson, hàng đợi có kích thước vơ hạn, c server với tốc độ phụ vụ trung bình Hàng đợi M/M/c/0 Tiến trình tới tiến trình phục vụ: Poisson, hệ thống khơng có hàng đợi, c server với tốc độ phụ vụ trung bình Các kiểu lập lịch phổ biến 3.2.1 Kiểu FIFO Tiểu luận môn học mạng băng rộng Kiểu xếp hàng First-in, first-out (FIFO- vào trước trước) kiểu lập lịch Trong hàng đợi FIFO, tất gói tin đối xử cách đặt chúng vào một hàng đợi, sau phục vụ chúng theo thứ tự giống chúng đặt vào hàng đợi FIFO gọi xếp hàng First-come, first-served (FCFS) tức đến trước phục vụ trước Xem hình vẽ bên Lợi Hình 2: Xếp hàng First-in, First-out FIFO) ích hạn chế FIFO Hàng đợi FIFO có lợi ích sau: Đối với định tuyến dùng phần mềm (Software based router), hàng đợi FIFO tạo tải tính tốn thấp so sánh với kiểu lập lịch hàng đợi phức tạp khác Các xử lí FIFO dễ dự đốn với gói tin đên khơng trễ tối đa xác định độ sâu tối đa hàng đợi Hàng đợi FIFO cung cấp cách giải đơn giản tài nguyên mạng mà không tăng trễ hàng đợi trải qua chặng FIFO đưa hạn chế sau: - Hàng đợi FIFO đơn khơng cho phép tổ chức gói tin đệm sau phục vụ ưu tiên lớp lưu lượng khác với lớp khác Một hàng đợi FIFO ảnh hưởng đến tất luồng trễ hàng đợi trung bình tất luồng tăng nghẽn tăng Vì FIFO làm tăng trễ (delay), jiter, tổn thất cho ứng dụng thời gian thực qua hàng đợi FIFO - Trong chu kì nghẽn, hàng đợi FIFO giúp ích cho luồng UDP TCP Khi trải qua việc gói tắc nghẽn, ứng dụng dựa TCP giảm tốc độ truyền dẫn ứng dụng dựa UDP không nhớ tới việc gói tiếp tục phát gói tốc độ bình thường Bởi ứng dụng dựa TCP làm chậm tốc độ phát chúng để tương thích với thay đổi mạng, hàng đợi FIFO dẫn đến tăng trễ, jitter, giảm số lượng băng thông đầu sử dụng ứng dụng TCP xếp hàng đợi - Một luồng bùng nổ lưu lượng tiêu thụ tồn khơng gian đệm hàng đợi FIFO gây việc từ chối các luồng dịch vụ khác tận bùng nổ chấm dứt Điều gây tăng trễ, jitter, mât gói luồng TCP, UDP khác vào hàng đợi Ứng dụng thực FIFO Tiểu luận môn học mạng băng rộng Nhìn chung hàng đợi FIFO sử dụng nguyên tắc lập lịch khác không cấu hình Trong số trường hợp nhà sản xuất thiết bị thực hai hàng đợi khơng cấu hình hàng đợi khác Một hàng đợi có độ ưu tiên cao để lập lịch cho lưu lượng điều khiển mạng hàng đợi FIFO cho lưu lượng khác 3.2.2 Xếp hàng ưu tiên (Priority Queuing -PQ) Xếp hàng ưu tiên khởi điểm cho lớp giải thuật lập lịch hàng đợi mà thiết kế để cung cấp phưong pháp đơn giản hỗ trợ lớp dich vụ khác Thuật toán thiết kế để đưa tính ưu tiên nghiêm ngặt dịng lưu lượng quan trọng Trong hàng đợi PQ cổ điển, gói trước tiên phân lớp hệ thống đặt vào hàng đợi ưu tiên khác PQ thực ưu tiên vào giao thức, giao diện truyền, kích thước gói, địa nguồn điạ đích Trong thuật tốn, gói đặt vào hàng đợi có mức ưu tiên khác dựa mức độ ưu tiên gán (Ví dụ bốn mức ưu tiên High, Medium, Normal, Low) gói hàng đợi có mức ưu tiên cao xử lý để truyền trước Với hàng đợi ưu tiên, gói lập lịch theo thứ tự FIFO PQ cấu hình dựa vào số liệu thống kê tình hình hoạt động mạng khơng tự động thích nghi điều kiện mạng thay đổi Hình : Hàng đợi PQ Lợi ích hạn chế PQ PQ có lợi ích sau: Đối với định tuyến dựa phần mềm PQ tạo tải tính tốn thấp so với nguyên tắc xếp hàng phức tạp khác PQ cho phép tổ chức gói với mức độ ưu Tiểu luận môn học mạng băng rộng tiên khác phục vụ lớp lưu lượng có độ ưu tiên cao Ví dụ bạn thiết lập mức ưu tiên cao cho lưu lượng ứng dụng thời gian thực thoại video PQ có hạn chế sau: - Nếu lưu lượng có độ ưu tiên cao khơng xử lí hay điều chỉnh biên mạng lưu lựong có độ ưu tiên thấp bị trễ mức chờ lưu lượng cao phục vụ - Nếu lưu lượng ưu tiên cao nhiều lưu lượng ưu tiên thấp bị khơng phục vụ khơng gian đệm cấp phát tới hàng đợi ưu tiên thấp bị tràn Nếu điều xảy gây rớt gói, latency tăng truyền lại cuối dẫn đến hoàn toàn thiếu tài nguyên mạng cho lưu lựong thấp PQ nghiêm ngặt thể tạo nên mơi trường mạng mà tồn mạng để xử lí dịch vụ có độ ưu tiên cao - Nếu luồng ưu tiên cao xử lí khơng tăng lên đáng kể trễ jitter cho luồng ưu tiên cao khác hàng đợi - PQ giải pháp khắc phục hạn chế FIFO nơi mà luồng UDP thiên vị luồng TCP thời điểm nghẽn Nếu cố gắng dùng PQ để đặt luồng TCP vào hàng đợi ưu tiên cao luồng UDP, việc quản lí cửa số TCP chế điều khiển luồng TCP dùng hết băng thơng mạng dẫn đến khơng cịn tài ngun mạng dành cho luồng UDP ưu tiên thấp Thực thiện ứng dụng PQ Một cách điển hình, PQ họat động trong hai chế độ - Hàng đợi ưu tiên chặt chẽ - Hàng đợi ưu tiên điều khiển tốc độ Hàng đợi ưu tiên nghiêm ngặt (strict PQ) đảm bảo gói tin hàng đợi ưu tiên cao ln lập lịch trước gói tin hàng đợi ưu tiên thấp Tất nhiên thách thức viêc lưu lượng ưu tiên cao vượt gây thiếu băng thông cho lưu lựong thấp Dù nhiều trừong hợp ngừoi ta thực cần Ví dụ luật pháp nhà nước yêu cầu rằng, để mang lưu lượng VoIP, nhà cung cấp dịch vụ phải chấp nhận không làm rớt lưu lượng VoIP để đảm bảo thống chất lượng dịch vụ mà không quan tâm đên việc nghẽn mạng khác PQ điều khiển tốc độ cho phép gói hàng đợi ưu tiên cao lập lịch trước gói hàng đợi ưu tiên thấp lưu lượng hàng đợi ưu tiên cao phải ngưỡng thiết lập Ví dụ giả thiết hàng đợi ưu tiên cao giới hạn 20% băng thông Miễn hàng đợi ưu tiên cao 20% băng thơng, gói từ hàng đợi lập lịch trước gói hàng đợi ưu tiên thấp Dù vậy, hàng đợi ưu tiên cao tiêu thụ nhiều 20%, gói từ hàng đợi thấp lập lịch trước Khi điều xảy khơng có tiêu chuẩn nên thực tế nhà sản xuất thiết bị tự xác định thức lập lịch để gói ưu tiên thấp lập lịch trước Có hai ứng dụng cho PQ biên mạng lõi: - PQ tăng cường ổn định mạng chu kì nghẽn cách cho phép bạn Tiểu luận môn học mạng băng rộng gán giao thức định tuyến lưu lựong điều khiển mạng đến hàng đợi ưu tiên cao - PQ hỗ trợ lớp dịch vụ trễ thấp tổn hao, jitter thấp, thoughtput cao ứng dụng thời gian thực thoại video hỗ trợ ứng dụng mô mạch TDM hay lưu lựong SNA Dù để hỗ trợ dịch vụ loại cần phải chuẩn hóa hiệu lưu lượng biên mạng để ngăn chặn hàng đợi ưu tiên cao vượt khả xử lí Nếu bỏ qua phần trình thiết kế, khơng thể hỗ trợ dịch vụ Đối với số dịch vụ đơn giản định nghĩa tốt VoIP dịch vụ mà biết kích cỡ gói, dung lượng lưu lượng, cư xử lưu lượng dễ dàng thực provisioning tài nguyên dịch vụ video có nhiều tham số Nó xuất tham số khơng biết khó khăn để đánh giá ngưỡng, tối đa chiều dài hàng đợi băng thông giới hạn cho hàng đợi ưu tiên cao 3.2.3 Lập lịch công (FQ) Lập lịch FQ đề xuất John Nagle năm 1987 FQ tảng lớp mà hàng đợi lập lịch mà thiết kế nhằm đảm bảo cho lưu lượng truy nhập công vào tài nguyên mạng ngăn chặn lưu lượng chiếm giữ băng thơng Trong FQ gói liệu phân loại hệ thống chờ hàng đợi dành riêng cho lưu lượng Hàng đợi sau phục vụ gói liệu khoảng thời gian Nếu hàng đợi mà trống hệ thống bỏ qua, lập lịch FQ xem kiểu xếp hàng (xem hình đây) Hình Hàng đợi ngang hàng Ưu điểm hạn chế FQ Những ưu điểm FQ ngăn chặn chiếm dụng băng thông lưu lượng liệu làm ảnh hưởng tới luồng liệu khác nằm hàng đợi riêng Tiểu luận mơn học mạng băng rộng Nếu lưu lượng cố chiếm dụng băng thơng q thời gian cho phép bị chặn lại Vì khơng làm ảnh hưởng đến lưu lượng khác chia sẻ băng thông đầu FQ có số hạn chế: - Nhà cung cấp thực lập lịch FQ phần mềm phần cứng, điều giới hạn ứng dụng FQ mạng tốc độ thấp - Mục đích FQ cấp phát lượng băng thông tới luồng khoảng thời gian FQ không thiết kế để hỗ trợ số luồng với yêu cầu băng thông khác - FQ cung cấp số lượng băng thông cho tất luồng tất gói tất hàng đợi có kích cỡ Các luồng chứa phần lớn gói tin lớn nhận phần băng thông chia sẻ lớn - FQ nhạy cảm với thứ tự gói đến Nếu gói đến hàng đợi rỗng sau hàng đợi qt qua lập lịch round-robin gói phải chờ hàng đợi tận phải chờ hàng đợi đến tất hàng đợi khác phục vụ trước truyền - FQ không cung cấp chế mà lưu lượng phục vụ thời gian thực VoIP - Giả định với FQ bạn dễ dàng phân loại lưu lượng truy nhập đường truyền Trong mạng IP điều không dễ dàng Bạn phân loại luồng địa gói trạm khác đưa nguồn tài nguyên mạng máy chủ máy tính lớn bạn cố gắng phân loại lưồng liệu dựa vào kết nối TCP, sau bạn truy cập vào gói tin bạn phải đối phó với mã hóa, phân mảnh luồng UDP Cuối bạn xem xét phân loại dựa vào địa nguồn đích, điều nâng cao khả cho máy chủ có nhiều băng thơng cung cấp chế chia sẻ ngang hàng tài nguyên cho nhiều trạm - Tùy thuộc vào chế cụ thể mà bạn sử dụng phân loại gói liệu có luồng liệu, lập lịch FQ thường khơng thể định tuyến lõi định tuyến lõi yêu cầu hỗ trợ hàng ngàn hàng chục ngàn hàng đợi riêng biệt cổng - Tùy thuộc vào chế cụ thể , bạn sử dụng để phân loại gói liệu vào luồng, FQ thường khơng cấu hình định tuyến lõi , định tuyến lõi yêu cầu để hỗ trợ hàng ngàn hàng chục ngàn hàng đợi riêng biệt cổng điều làm gia tăng độ phức tạp chi phí quản lý, bất cập sử dụng FQ mở rộng cho mạng lớn Thực lập lịch FQ ứng dụng FQ áp dụng điển hình cho phần biên mạng, nơi mà thuê bao kết nối với nhà cung cấp Các nhà cung cấp thực FQ phân loại gói 256, 512 1024 hàng đợi sử dụng hàm tính tốn địa nguồn/đích, số cổng nguồn/đích UDP/TCP, byte IP ToS FQ yêu cầu cấu hình tối thiểu tự tối ưu hóa n hàng đợi phân bổ 1/n băng thông đầu Số hàng đợi thay đổi nên số băng thông cung cấp cho hàng đợi thay đổi Ví Tiểu luận mơn học mạng băng rộng dụ số hàng đợi tăng từ n lên (n+1) , sau số lượng băng thơng phân bổ cho hàng đợi đầu 1/n 1/(n+1) băng thông đầu FQ cung cấp cách ly tuyệt đối luồng liệu thuê bao bị giới hạn Các luồng liệu đưa hàng đợi riêng, nên giảm ảnh hưởng với Trong phân lớp FQ, đầu cổng chia làm lớp phục vụ khác Mỗi lớp phục vụ phân chia theo tỉ lệ số người sử dụng băng thơng đầu Sau khối băng thông phân chia lại phân cho lớp dịch vụ, FQ áp dụng áp dụng kết tất luồng liệu lớp dịch vụ cung cấp chung chia sẻ băng thơng cho lớp phục vụ hình Hình Hàng đợi phân chia theo lớp Hình cho thấy lớp phục vụ cấu hình VoIP phân 20% băng thơng kênh cổng đầu Và IP khác phân 80% Trong lớp dịch vụ, mơ hình phân lớp FQ, luồng VoIP chia lượng 20 % băng thơng, luồng IP khác 80% qua luồng VoIP không làm ảnh hưởng đến luồng IP khác ngược lại 3.2.4 Hàng đợi cơng có trọng số (WFQ) WFQ phát triển năm 1989 Lixia Zhang , Alan Demers, Srinvasan Scott Shenke WFQ hàng đợi lập lịch theo lớp thiết kế để giải hạn chế giới hạn địa mơ hình FQ - WFQ hỗ trợ dịng liệu với yêu cầu băng thông khác hàng đợi phân chia theo trọng số, gán tỉ lệ băng thông khác cổng đầu - WFQ hỗ trợ gói liệu có độ dài thay đổi nên với gói liệu lớn phân bổ băng thơng lớn gói nhỏ hơn, hỗ trợ phân chia cơng băng thơng mà gói tin có độ dài đáng kể tính tốn lập lịch hàng đợi phức tạp Điều lý mà Tiểu luận môn học mạng băng rộng cách lập lịch hàng đợi dễ dàng thực với gói có độ dài cố định, mạng cell ATM độ dài thay đổi, gói tin mạng IP Năm 1992 A.K.J.Parekh chứng minh WFQ cung cấp mạnh mẽ khả ràng buộc, thời gian trễ, hiêụ suất đảm bảo Thuật toán WFQ WFQ hỗ trợ phân phối băng thông ngang với độ dài gói thay đổi xử lý nội suy xấp xỉ (GPS) Trong hàng đợi WFQ, giống FQ, luồng lưu lượng vào nhóm vào m hàng đợi; Tuy nhiên, băng thông cổng bị phân phối tới m hàng đợi tùy thuộc vào trọng số thích hợp xác định yêu cầu băng thơng m lớp thay chia đều, trọng số lên tới 100%: m số lớp lưu lượng hàng đợi WFQ Wi phần trăm trọng số lớp i Trong phương pháp hàng đợi FQ, hàng đợi gửi trọn vẹn gói tin lập lịch ghé thăm Trong phương pháp hàng đợi WFQ, lập lịch gửi gói từ hàng đợi dựa sở thứ tự tính tốn thời gian hồn tất gói Hàng đợi WFQ cố gắng làm gần mơ hình lý thuyết biết đến lập lịch vòng quay robin trọng số theo bit (weighted bit-by-bit) Hình trình bày lập lich vịng quay robin trọng số theo bít gồm hàng đợi: hàng đợi có tỉ lệ 50% băng thơng đầu ra, hàng đợi hàng đợi 25% băng thơng Bộ lập lịch truyền bít từ hàng đợi 1, bít từ hàng đợi bít từ hàng đợi sau lại quay lại hàng đợi Kết số lập lich thiết lập bít cuối gói liệu 600 byte truyền trước, sau đến bít cuối gói 350 byte bít cuối gói 450 byte truyền cuối Điều làm cho gói 600 byte truyền song trước sau đến gói 350 byte cuối gói 450 byte 10 Tiểu luận môn học mạng băng rộng - WFQ cung cấp có chế bảo vệ cho lớp dịch vụ đảm bảo mức tối thiểu cổng đầu băng thông cho lớp dịch vụ - WFQ đảm bảo công chia sẻ băng thông đầu theo trọng lượng lớp dịch vụ với thời gian trễ Tuy nhiên WFQ có số giới hạn: - WFQ nhà cung cấp thực phần mềm, phần cứng nên giới hạn ứng dụng mạng tốc độ thấp - Trong lớp dịch vụ luồng liệu ảnh hưởng tới - WFQ thực thuật tốn phức tạp địi hỏi trì tính tốn lặp lại vồng qt cho gói tới hàng đợi nên có độ sai lệch - Tính tốn phức tạp WFQ ảnh hưởng đến mở rộng hỗ trợ cho số lượng lớp dịch vụ lớn với tốc độ cao - Cuối độ trễ WFQ có nhỏ phương pháp lập lịch khác lớn 3.2.5 Weighted Round Robin (WRR) hay Class-based Queuing (CBQ) WRR tảng lớp lập lịch hàng đợi đựoc thiết kế để khắc phục hạn chế FQ PQ WRR khắc phục hạn chế mơ hình FQ cách hỗ trợ luồng khác yêu cầu băng thơng Với WRR, hàng đợi gán phần trăm khác tổng băng thông WRR khắc phục hạn chế strict PQ cách đảm bảo hàng đợi ưu tiên thấp bị từ chối truy cập vào không gian đệm băng thông Với WRR, tối thiểu gói loại bỏ từ hàng đợi lúc dịch vụ quay Giải thuật WRR Trong WRR, gói phân chia vào lớp dịch vụ káhc (ví dụ thời gian thực truyền file) sau gán tới hàng đợi chuyên dụng cho lớp dịch vụ Mỗi số hàng đợi phục vụ theo thứ tự round-robin Tương tự với PQ FQ, hàng đợi rỗng bỏ qua Hàng đợi WRR gọi class-based queuing (CBQ).WRR hỗ trợ cấp phát băng thông khác đến lớp dịch vụ khác cho phép hàng đợi băng thông cao gửi nhiều gói lần cho phép hàng đợi gửi gói lần hàng đợi băng thông cao ghé đến nhiều lần vịng Trong hình hàng đợi lưu lựong thời gian thực cấp phát 25% băng thông hàng đợi lưu lượng tương tác cấp phát 25% hàng đợi truyền file cấp phát 50% WRR hỗ trợ việc cấp phát băng thông trọng số cách ghé đến hàng đợi truyền file lần 12 Tiểu luận môn học mạng băng rộng Hình 8: WRR Để điều chỉnh tài nguyên mạng cấp phát tới lớp dịch vụ, số tham số điều chỉnh để điều khiển hàng đợi: Số lượng trễ gói hàng đợi cho xác định kết hợp tốc độ mà gói đặt vào hàng đợi, chiều sâu hàng đợi, độ lớn lưu lượng bỏ khỏi hàng đợi vòng quay dịch vụ số lượng lớp dịch vụ thiết lập Jitter gói hàng đợi cho xác định biên thiên trễ hàng đợi, biến trễ tất hàng đợi khác biến thiên khoảng thời gian vịng dịch vụ Độ gói xác định băng cách kết hợp tốc độ mà gói đặt vào hàng đợi, độ sâu hàng đợi, cạnh trạnh profile RED, số lượng lưu lượng bỏ hàng sau vịng dịch vụ Lợi ích hạn chế hàng đợi WRR Hàng đợi WRR thực phần cứng nên áp dụng với diện mạng lõi biên WRR cung cấp điều khiển lỏng thông qua phần trăm băng thông cấp phát tới lớp dịch vụ WRR đảm bảo tất lớp dịch vụ truy cập tới tối thiểu băng thơng cấu hình để tránh thiếu băng thông WRR cung cấp chế hiệu để hỗ trợ cấp phát lớp dịch vụ khác tới số hợp lí luồng lưu lượng tổng hợp cao Việc phân lớp lưu lượng lớp dịch vụ cung cấp việc quản lí cơng hơn, bền vững cho ứng dụng mạng việc sử dụng ưu tiên Ví dụ Nếu bạn gán lưu lượng thơi gian thực ưu tiên nhiều truyền file, sau lưu lựong bùng nổ thời gian thực bỏ qua băng thông lưu lượng truyền file Giới hạn WRR cung cấp xác phần thông tới dịch vụ tất gói hàng đợi có kích cỡ kích cỡ gói trung bình biết trước Ví dụ giả thiết bạn dùng WRR để phục vụ hàng đợi, mà gán % sau: hàng 40%, hàng hai 30%, hàng 20% hàng 10% Giả thiết tất gói 100byte 13 Tiểu luận môn học mạng băng rộng Hình WRR Hình 9: WRR với độ dài biến đổi Hình 10: WRR có chiều dài gói khơng Vào cuối vòng dịch vụ, hàng phát gói (400bytes), hàng phát gói (300bytes) hàng phát gói (200 bytes) Vì tổng số có 1000 bytes Vì hàng 1, 2,3,4 chiếm 40, 30, 20 10 phần trăm băng thơng WRR cung cấp phân phối băng thơng hồn chỉnh Các cư xử giống bạn thấy mạng độ dài cố định ATM Dù lớp dịch vụ chứa kích cỡ gói trung bình nhiều lớp dịch vụ khác, lớp dịch vụ với kích cỡ gói trung bình lớn chiếm nhiều băng thơng Ví dụ hàng đợi chứa kích cỡ 100byte, hàng đợi gói 200 bytes, hàng gói 300byte hàng gói 400byte Như sau vòng dịch vụ hàng phát gói 400bytes, hàng phát gói 600 bytes hàng phát gói 600bytes, hàng gói 400bytes Vì hàng chiềm 20% băng thông, hàng hai chiếm 30% băng thông, hàng chiếm 30% băng thông hàng chiếm 20% băng thơng Với gói có chiều dài biến đổi, WRR không hỗ trợ thiết lập băng thông cho hàng đợi 14 Tiểu luận môn học mạng băng rộng Ưng dụng WRR khắc phục giứoi hạn FQ lập lịch lớp dịch vụ có yêu cầu băng thông khác nhau, WRR khắc phục hạn chế Strict PQ cách đảm bảo hàng đợi ưu tiên thấp khơng bị đói băng thơng Dù WRR khơng hỗ trợ mà gói tin có chiều chiều dài thay đổi hạn chế lớn cần khắc phục 3.2.6 DWRR (Deficit Weight Round Robin) Hàng đợi DWRR đưa M.Shreedhar G.Varghese vào năm 1995 DWRR tảng lớp nguyên tắc hàng lập lịch hàng đợi thiết kế để giải hạn chế mơ hình WRR WFQ - DWRR giải hạn chế WRR cách hỗ trợ xác phân bố trọng lượng cân băng thông phục vụ hàng đợi có chứa gói có độ dài thay đổi - DWRR giải hạn chế mơ hình WFQ cách định nghĩa nguyên tắc lập lịch có tính tốn phức tạp cứng hóa Điều cho phép DWRR cung cấp phán cho băng thông đầu giao diện tốc độ cao thiết bị lõi hay viền mạng Trong hàng đợi DWRR, hàng đợi cấu hình với số thơng số sau: - Trọng lượng (weight): định nghĩa phần trăm băng thông đầu định cho hàng đợi - Bộ đếm DeficitCouter: Mỗi hàng đợi có đếm DeficitCounter, tổng số byte mà hàng đợi cho phép phát lần phục vụ hàng đợi để đến lập lịch trình Bộ đếm cho phép hàng đợi lưu giữ gói có kích thước lớn giá trị đếm nên không phép phát lần trước mà phát lần phục vụ sau - Định lượng (Quantum): Định lượng dịch vụ tỷ lệ với trọng lượng hàng đợi, thể số byte Bộ đếm DeficitCounter hàng đợi gia tăng lên giá trị định lượng sau lần hàng đợi lập lịch phục vụ Nếu định lượng i lần định lượng j hàng đợi i nhận lần băng thông so với hàng đợi j hàng đợi hoạt động Thuật toán DWRR - Trong DWRR truyền thống, lập lịch phục vụ hàng đợi không rỗng số lượng byte gói đầu hàng đợi Giá trị đếm gia tăng thêm định lượng Nếu kích thước gói hàng đợi làm lớn giá trị đếm, lập lịch chuyển sang viếng thăm hàng đợi có kích thước gói khơng lớn giá trị đếm phục vụ, sau giá trị đếm hàng đợi giảm gói đầu lập lịch làm việc xuất đầu Bộ lập lịch lại tiếp tục xuất gói làm giảm giá trị đếm kích thước gói làm lớn giá trị đếm, chí 15 Tiểu luận môn học mạng băng rộng khi ns rỗng, giá trị đếm trở Khi điều xảy lập lịch lại chuyển đến hàng đợi khơng rỗng Hình vẽ hàng đợi DWRR Hình 11 Mã giả DWRR Mã giả giới thiệu phần không mô tả hoạt động nhà cung cấp cụ thể Nhưng nhà cung cấp thực khác với nhà cung cấp khác, nên khác với mơ hình mơ tả Xem ví dụ theo dõi mã giả làm ta dễ hiểu định thiết kế cụ thể mà nhà cung cấp router yêu cầu thực họ Mảng đếm khởi đầu Trong ví dụ này, số hàng đợi đánh số từ đến n FOR i = to n /* duyệt hàng đợi */ DeficitCounter [i] = 0/* khởi tạo giá trị ban đầu 0*/ ENDIF Hàm Enqueue(i) đặt gói đến vào hàng đợi quản lý danh sách hoạt động ActiveList ActiveList trì để tránh ghé thăm hàng đợi rỗng Danh sách hoạt động chứa danh sách hàng đợi có chứa gói Bất gói đưa vào hàng đợi rỗng, số thứ tự hàng đợi thêm vào cuối danh sách lệnh InsertActiveList(i) Tương tự, hàng đợi trở nên rỗng, số thứ tự hàng đợi bị loại khỏi danh sách lệnh RemoveFromActiveList(i) Hàm Enqueue(i): Enqueue(i) i = the index of the queue that will hold the new packet IF (ExistsInActiveList(i) = FALSE) THEN /* Nếu i khơng có ActiveList */ InsertActiveList(i) /* Thêm I vào cuối ActiveList */ DeficitCounter[i] = /*khởi tạo giá trị ban đầu cho đếm hàng đợi I DeficitCounter[i] to 0*/ 16 Tiểu luận môn học mạng băng rộng ENDFOR Enqueue packet to Queue[i] /* Đặt gói vào cuối hàng đợi thứ i */ END Enqueue Bất số ActiveList i đó, hàm Dequeue(i) lấy từ hàng đợi số lượng byte DeficitCounter[i] + Quantum[i] Nếu phần cuối vịng dịch vụ Queue[i] cịn có gói tin để gửi, hàm InsertActiveList(i) di chuyển số i xuống cuối ActiveList Tuy nhiên, hàng đợi i trống cuối vòng dịch vụ, đếm DeficitCounter(i) thiết lập để hàm RemoveFromActiveList(i) loại bỏ số i khỏi ActiveList Hàm Dequeue: Dequeue() While (TRUE) DO IF (ActiveList is NotEmpty) THEN i = the index at the head of the ActiveList DeficitCounter[i] = DeficitCounter[i] + Quantum[i] WHILE (DeficitCounter[i] > AND NOT Empty(Queue[i])) DO PacketSize = Size(Head(Queue[i])) IF (PacketSize