Quản lý hàng đợi trong mạng IP

Tổng kết chương

Do đó phía phát không cần thiết phải quay trở lại khởi động chậm ngay lập tức mà chỉ cần giảm tốc độ truyền xuống bằng một nửa so với tốc độ ban đầu. Quản lý hàng đợi là một kĩ thuật mà các router loại bỏ gói một cách tích cực từ ngay trong hàng đợi để tránh tràn hàng đợi,và giảm tốc độ. Trong quản lý hàng đợi ta sử dụng thuật toán RED (phát hiện sớm ngẫu nhiên) để thực hiện quản lý hàng đợi.

CẤU TRÚC CQS TRONG ROUTER

Việc phân loại gói tin có hiệu lực do được hỗ trợ bởi một số tính năng khác của các dịch vụ mạng Internet: điều khiển truy cập, phân biệt dịch vụ, cân bằng tải, định dạng lưu lượng…Mỗi dịch vụ yêu cầu các thiết bị Internet phải phân loại các gói vào trong các luồng khác nhau và thực hiện các hành động phù hợp với các gói trong các luồng đó. Tại đây các gói sẽ được phân loại dựa theo thông tin trong các trường đã nêu phần trước để thực hiện các xử lý phù hợp: như định hướng các gói tới chặng tiếp theo, bắt giữ, hay dánh dấu các gói để trong trường hợp có xảy ra tắc nghẽn thì sẽ loại bỏ các gói có độ ưu tiên thấp hơn. Bộ lập lịch chỉ xử lý các hàng đợi có độ ưu tiên cao, còn lại là “bỏ đói” các hàng đợi có độ ưu tiên thấp, nó gây lãng phí băng thông và tạo ra trễ lớn cho các lưu lượng có độ ưu tiên thấp do các hàng đợi có độ ưu tiên thấp phải chờ đợi để tới lượt mình thì mới được truyền.

Để cung cấp được các ứng dụng thoả mãn được các yêu cầu của khách hàng về chất lượng dịch vụ thì việc đầu tiên phải hiểu và cung cấp được đặc trưng cho các thành phần trong mạng và các kết nối của nó một cách tự động, cùng với các thông tin ứng dụng và sự vận hành của người sử dụng trong mạng. Các thành phần trong mạng có thể kể đến là các bộ giám sát, các router (router biờn và router lừi), …Tiến trỡnh giỏm sỏt cỏc sự kiện khỏc nhau trong mạng ví dụ như cảnh báo khi có một hệ thống mạng bị lỗi hay khi có quá nhiều gói đến vượt quá khả năng cho phép của router. Các router hiệu năng cao cho phép thực hiện thực hiện các chính sách quản lý mạng đã được định nghĩa bởi các luồng lưu lượng được phân loại, băng thông phân bố, thiết lập các độ ưu tiờn hàng đợi và đỏnh dấu cỏc tuyến tối ưu.

Thiết lập các bit trong trường IP của các gói tại các biên của mạng.Sử dụng các bit này để quyết định xem các gói được truyền đi như thế nào bởi các node ,điều phối các gói được đánh dấu sao cho phù hợp với các yêucầu hoặc luật lệ của dịch vụ. Quá trình bắt giữ lưu lượng sẽ giám sát lưu lượng đi vào trong router biên ở mỗi luồng lưu lượng được phân loại bởi việc phối hợp của địa chỉ nguồn và địa chỉ đích ,các đường MPLS, thông tin trong trường DS của header gói tin được dùng để định hướng, giỏm sỏt gúi tin. Khi gúi tin đi vào trong router lừi, nú sẽ sử dụng cỏc thụng tin đỏnh dấu trước đó để thực hiện các đảm bảo liên quan, sau đó được đưa vào hàng đợi tuỳ theo từng lớp chất lượng dịch vụ hay độ ưu tiên của loại dịch vụ mà luồng lưu lượng đó truyền tải.

Các có chế hàng đợi dựa trên giao thức RSVP như: hàng đợi có độ trễ thấp (LLQ) hay hàng đợi cân bằng có trọng số (WFQ) cũng phục vụ mục đích ưu tiên hoá các gói trong hàng đợi tối thiểu hoá độ trễ truyền dẫn và thời gian xử lý. Có rất nhiều thế hệ router mới ra đời cho phép xử lý các lường lưu lượng đa dạng nhanh hơn và đảm bảo chấ lượng dịch vụ tốt hơn.Việc thiết kế phân phối lưu lượng và điều khiển luồng và cung cấp các tính năng mạng để thoả mãn các yêu cầu về dữ liệu và lưu lượng đa phương tiện trong các loại ứng dụng khác nhau. Các router biên mở rộng và tương thích được sử dụng để cung cấp khả năng thông qua cao, độ trễ thấp và độ mất gói cho các ứng dụng đa phương tiện hiện hành như IP Telephony, phân phối các dịch vụ media thông qua Internet.

QUẢN LÝ HÀNG ĐỢI VÀ CÁC THUẬT TOÁN

Tốc độ xử lý gói phải nhanh hơn tốc độ các gói đến hàng đợi IF0 thì mới tránh được hiện tượng tắc nghẽn trong mạng (hàng đợi IF1 rỗng), khi tốc độ xử lý quá thấp hơn so với tốc độ các gói vào, có nghĩa là tốc độ ra nhỏ hơn tốc gói vào (hàng đợi đầu ra dễ bị tràn) thì sẽ xảy ra tắc nghẽn khi có quá nhiều gói đi vào trong mạng, và khi vấn đề này xảy ra thì các gói đến sau sẽ bị loại bỏ 3.1.3 Hàng đợi ưu tiên PQ (Priority Queue). Ngoài ra WFQ có thể làm việc với RSVP (giao thức đặt trước tài nguyên) để xây dựng nên các cấu trúc dịch vụ tích hợp (kiến trúc được thiết kế để đảm bảo băng thông mạng từ đầu cuối đến đầu cuối trong mạng IP), hay liên kết với các lược đồ thông báo tắc nghẽn Frame Relay bằng việc chỉnh sửa các trọng số của hàng đợi để đáp ứng cho các thông báo tắc nghẽn thuận(FECN) và thông báo tắc nghẽn ngược (BECN), và một chút để xây dựng kiến trúc dịch vụ phân biệt sử dụng các bít IP Precedence. Cách thứ nhất thường gây ra hiện tượng sắp xếp lại trong hàng đợi của cùng một lớp lưu lượng, hầu hết các giao thức đầu cuối trong mạng TCP không xử lý hiệu quả được hiện tượng này nên cách tốt nhất là sử dụng quản lý hàng đợi tích cực để quản lý các gói đi vào trong hàng đợi.

Nhưng giải pháp này không khả thi bộ đệm càng lớn thì độ trễ hàng đợi càng lớn, làm giảm chất lượng dịch vụ và nếu có quá nhiều bó lưu lượng lớn đến kế tiếp nhau thì kích thước bộ đệm không đủ lớn giữ được tất cả các lưu lượng này, điều này dễ gây ra tắc nghẽn. Mục tiêu chính của RED là phối hợp giữa trung bình hoá chiều dài của hàng đợi (cung cấp lưu lượng dạng bó) và thông báo tắc nghẽn sớm (giảm kích thước hàng đợi trung bình) để đạt được trễ hàng đợi trung bình thấp và độ thông qua cao. Ta thấy khi kết nối xảy ra tức nghẽn nhẹ hay giá trị maxp cao thì kích thước hàng đợi trung bình sẽ gần giá trị minth, còn khi kết nối bị tắc nghẽn nặng, hay giá trị maxp thấp thì kích thước trung bình hàng đợi gần bằng hoặc lớn hơn maxth.

Thêm vào thuật toán ARED tự động thiết lập các tham số khác của RED, nó có thể tối thiểu hoá khả năng kích thước hàng đợi trung bình vượt quá giá trị maxth do đó hạn chế khả năng mất gói và sự dao động trong trễ hàng đợi. Trong khi các trọng số người sử dụng đầu cuối như: thời gian chuyển file, hay độ trễ trên gói là các kết quả đo quan trọng có hiệu quả với thuật toán thì các trọng số người sử dụng đầu cuối cho thuật toán ARED có thể dễ dàng nhận được từ các trọng số trên cơ sở router. Ví dụ WRED sử dụng kích thước hàng đợi trung bình tổng cho tất cả precedence trong khi RIO-DC (RIO decoupled) tính toán xác suất mất gói của precedence j như một chức năng của số lượng trung bình các gói có cùng một Precedence.

Tính năng này có thể rất hữu ích đối với việc cung cấp các dịch vụ phân biệt: cấu hình các router trong nhóm các trễ, trọng số QoS cú liờn quan trực tiếp tới việc định rừ dịch vụ và cỏc yờu cầu khỏch hàng nờn nó sẽ đơn giản nhóm các tham số như các mức ngưỡng hàng đợi, xác suất loại bỏ các gói, trọng số trung bình. Quyết định thiết kế ARIO nhằm mục đích thoả mãn độ trễ theo yêu cầu, đồng thời giữ cho kích thước hàng đợi trung bình trong khoảng (qlow,qhigh), khi qlow = minth+0.4 (maxth- minth) và qhigh = minth+0.6 (maxth-minth). Do thuật toán ARED quản lý kích thước trung bình của hàng đợi dựa trên việc tương thích giá trị maxp sao cho kích thước trung bình hàng đợi thay đổi trong khoảng minth và maxth nên khắc phục được sự phụ thuộc của trễ hàng đợi và khả năng thông qua của hàng đợi vào các tham số và tải lưu lượng.