Phương phỏp thụng bỏo tắc nghẽn hiện ECN được ứng dụng cho cỏc lưu lượng TCP, ECN được đề xuất từ năm 1999 trong RFC 2481 như là một bổ sung trong kiến trỳc IP. Hỡnh vẽ 2.8 dưới đõy chỉ ra phương phỏp ECN. Trong ECN, tắc nghẽn được thụng tin tới cỏc hệ thống kết cuối bằng cỏch đỏnh dấu trong trường hợp chức năng đặc biệt của tiờu đề IP và TCP với cỏc chỉ thị tắc nghẽn thay vỡ loại bỏ gúi. Một thuật toỏn tương tự như trong kỹ thuật loại bỏ gúi sớm được thực hiện để chỉ ra ngưỡng và thời điểm thụng bỏo tắc nghẽn.
ECN yờu cầu đỏnh dấu trờn cả hai tiờu để IP và TCP. ECN sử dụng hai bit dự phũng trong tiờu đề TCP và hai bit dự phũng trong tiờu đề IP. Hai bit dự phũng cuối cựng trong 8 bit của trường kiểu dịch vụ ToS trong tiờu đề IPv4 và 8 bit trường phõn lớp lưu lượng trong IPv6 sử dụng đểđỏnh dấu ECN.
Hỡnh 2.8: Khỏi niệm ECN
2.5. Lập lịch gúi:
Lập lịch gúi điều khiển đặc trưng thời gian của việc lưu thoỏt gúi khỏi mỗi hàng đợi - thường tại giao diện đầu ra hướng tới router hoặc node tiếp theo, nhưng cũng cú thể là tại cỏc điểm hàng đợi trong một router. Cỏc router truyền thống chỉ cú một hàng đợi đơn trờn một giao diện kết nối đầu ra. Như vậy lập lịch cú nhiệm vụ đơn giản là chuyển cỏc gúi ra khỏi hàng đợi nhanh bằng khả năng kết nối cú thể chuyển được.
Hỡnh 2.9 là sơ đồ khỏi niệm của lập lịch gúi. Lập lịch gúi được ỏp dụng cho mỗi đầu ra cơ sở, cỏc gúi đi đến cỏc cổng vào (từ 1 đến n) trước tiờn được định tuyến đến cỏc cổng ra (từ 1 đến m) dựa vào bảng định tuyến của router. Với mỗi cổng ra, cỏc gúi được phõn loại gúi và được xếp hàng trờn cỏc hàng đợi trước khi đi qua bộ lập lịch gúi.
Hỡnh 2.9: Biểu đồ khỏi niệm của Lập lịch gúi
Dưới đõy là một số phương phỏp lập lịch gúi phổ biến sẽđược đề cập: - Vào trước ra trước (First-in-first-out FIFO).
- Hàng đợi ưu tiờn (Priority queuing PQ). - Hàng đợi cụng bằng (Fair-queuing FQ).
- Vũng trũn trọng số Robin (Weighted Round Robin WRR). - Hàng đợi cụng bằng cú trọng số (Weight Fair Queuing WFQ). - WFQ dựa trờn lớp (CBWFQ).
2.5.1. FIFO
FIFO được trỡnh bày trong hỡnh 2.10 [1]. FIFO là kỹ thuật mặc định khi khụng cú mặt thuật toỏn lập lịch gúi đặc biệt nào. Với FIFO, cỏc gúi được xếp hàng trong một hàng đợi đơn theo thứ tựđến của chỳng và được gửi đi trờn cỏc liờn kết ra theo cựng trỡnh tự trong hàng đợi của chỳng. Từ việc gúi đến trước là gúi được phục vụ trước, hàng đợi FIFO cũng được biờt đến là hàng đợi đến trước phục vụ trước.
Hỡnh 2.10: FIFO
Ưu điểm lớn nhất của FIFO là sựđơn giản. Khụng thuật toỏn đặc biệt nào cần thiết để cài đặt FIFO. Nú chỉ cần một bộ đệm cú thể lưu cỏc gúi đến khi chỳng đến và gửi đi theo cựng một trỡnh tự.
FIFO đối xử cụng bằng với tất cả cỏc gúi, theo đú nú thớch hợp nhất với cỏc mạng best effort. Nhược điểm lớn nhất của FIFO là nú khụng phõn biệt (hay cú khả năng phõn biệt rất hạn chế) cỏc lớp lưu lượng. Bởi vỡ FIFO khụng cung cấp sự phõn biệt cỏc lớp, tất cả cỏc luồng lưu lượng đều chịu mức tắc nghẽn như nhau
2.5.2. Hàng đợi ưu tiờn PQ [1]
FIFO đặt tất cả cỏc gúi trong một hàng đợi đơn mà khụng quan tõm đến sự phõn biệt cỏc lớp lưu lượng. Một cỏch đơn giản để phõn chia cỏc lớp là sử dụng hàng đợi ưu tiờn. Trong phương phỏp PQ, N hàng đợi được tạo ra như trong hỡnh 2.11 với thứ tự ưu tiờn xếp từ 1 đến N. Thứ tự sắp xếp được xỏc định bởi thứ tự ưu tiờn và nhờ đú cú cỏc gúi trong cỏc hàng đợi ưu tiờn cao hơn. Cỏc gúi trong hàng đợi thứ j
được xử lý chỉ khi khụng cú gúi nào trong bất kỳ 1 hàng đợi nào cú ưu tiờn cao hơn, cụ thể cỏc hàng đợi từ 1 đến j-1. Vớ dụ, nếu 1 gúi đến bất kỳ hàng đợi nào ở trờn hàng
j, vớ dụ hàng j-3, trong khi đú bộ sắp xếp đang ở hàng j, bộ sắp xếp nhảy tới hàng j-3, cụ thể, khụng cú thứ tự nào thiết lập trước như thứ tự vũng quay robin sử dụng trong cỏc kỹ thuật lờn lịch gúi khỏc được thảo luận sau đõy.
Hỡnh 2.11: Hàng đợi ưu tiờn (PQ)
Như trong FIFO, ưu điểm cơ bản của PQ là sựđơn giản của nú: nú cung cấp một định nghĩa đơn giản để tạo ra sự phõn chia cỏc lớp lưu lượng. Nhược điểm cơ bản của PQ là PQ cú thể gõy ra hiện tượng được gọi là sự “thiếu đúi” của cỏc hàng đợi cú ưu tiờn thấp. Như tờn gọi của hiện tượng đó gợi ý, nếu cỏc hàng đợi cú ưu tiờn cao hơn luụn cú cỏc gúi được xử lý, thỡ cỏc hàng đợi cú ưu tiờn thấp cú thể khụng bao giờ cú cơ hội để gửi gúi đi: cỏc hàng đợi ưu tiờn thấp cú thể bị hoàn toàn mất khả năng truy nhập tới băng thụng của cỏc cổng ra. Vỡ nguy cơ của vấn đề thiếu đúi, phải cẩn thận khi ỏp dụng PQ.
PQ đặc biệt phự hợp nếu cỏc lưu lượng ưu tiờn cao chỉ chiếm một phần nhỏ trong toàn bộ lưu lượng của cỏc hàng đợi. PQ thớch hợp cho việc tạo ra cỏc hàng đợi chuyờn dụng cho cỏc lưu lượng thời gian thực, như thoại và video qua IP bởi PQ luụn cố gắng đạt được chất lượng như cỏc mạng chuyển mạch kờnh. Lưu lượng thời gian thực như thoại và video thụng thường sử dụng UDP. Việc sử dụng PQ cho lưu lượng TCP là khụng hợp lý bởi vỡ đặc tớnh của TCP khi xảy ra tắc nghẽn sẽ thực hiện truyền lại nờn cú thể làm nghiờm trọng hơn vấn đề “thiếu đúi” cho cỏc lưu lượng khỏc trong cỏc hàng đợi khỏc.
2.5.3. Hàng đợi cụng bằng FQ [1]
Một phương phỏp hàng đợi khỏc đưa ra đối với việc phõn chia cỏc lớp lưu lượng là hàng đợi cụng bằng FQ, hay cũn biết đến như là xếp hàng dựa trờn luồng
đợi được chỉđịnh 1/N băng thụng của cổng ra. Bộ lập lịch ghộ thăm cỏc hàng đợi tựy thuộc vào việc bỏ qua cỏc hàng đợi rỗng của trỡnh tự vũng quay robin. Mỗi khi bộ lập lịch ghộ thăm một hàng đợi, một gúi của hàng đợi đú được chuyển đi. Hàng đợi FQ đơn giản. Nú khụng yờu cầu 1 kỹ thuật phõn phỏt băng thụng riờng biệt. Nếu một hàng đợi mới được thờm vào N hàng đó cú sẵn để tạo ra một lớp lưu lượng mới, bộ lập lịch tự động điều chỉnh băng thụng cho mỗi hàng đợi thành 1/(N+1) băng thụng của cổng ra. Tớnh đơn giản này là ưu điểm cơ bản của FQ. Hàng đợi FQ cú hai nhược điểm chớnh. Đầu tiờn, khi băng thụng của cổng ra được chia đều cho N hàng đợi thành 1/N, nếu cỏc lớp lưu lượng đến cú yờu cầu băng thụng khỏc nhau, hàng đợi FQ sẽ khụng thể phõn phối băng thụng của cổng ra cho cỏc luồng đến tựy theo yờu cầu băng thụng của chỳng được.
Thứ hai, khi toàn bộ một gúi được chuyển đi mỗi khi bộ lập lịch ghộ thăm một hàng đợi khụng cần quan tõm đến kớch thước gúi tin, kớch thước gúi tin sẽ tỏc động đến sự phõn phối băng thụng thực tế giữa cỏc hàng đợi mặc dự mỗi hàng đợi được chia đều là 1/N. Vớ dụ, nếu 1 hàng đợi cụ thể phục vụ cỏc gúi cú kớch thước lớn hơn cỏc hàng đợi khỏc, hàng đợi đú sẽ chiếm lấy nhiều hơn 1/N băng thụng được chia sẻ của cổng ra. Điều này được minh họa trong hỡnh 2.12.
Hỡnh 2.12: Ảnh hưởng của kớch thước gúi với phõn bố băng thụng
2.5.4. Vũng quay trọng số Robin (WRR) [1]
Hàng đợi WRR đưa ra để giải quyết vấn đề thứ nhất trong hai nhược điểm của FQ đó được thảo luận trong phần 2.3.3, đú là FQ khụng cú khả năng phõn phối băng
thụng đầu ra cho cỏc lớp lưu lượng đến tựy theo yờu cầu của chỳng. Hàng đợi WRR chia băng thụng đầu ra cho cỏc lớp lưu lượng đến tựy theo yờu cầu băng thụng của chỳng. Hàng đợi WRR cũng được biết đến như hàng đợi dựa trờn lớp hay hàng đợi điều chỉnh.
Hỡnh 2.13 trỡnh bày về WRR. Đầu tiờn, cỏc luồng lưu lượng đến được phõn nhúm vào m lớp và băng thụng cổng ra được phõn bố cho m lớp tựy theo trọng số thớch hợp được xỏc định bởi yờu cầu băng thụng của m lớp. Trọng số cú thể nõng lờn tới 100%:
Hỡnh 2.13: WRR (Cụng thức 2-2)
Trong đú m là số lớp lưu lượng và Wi là phần trăm trọng số của lớp i. Trong mỗi lớp, cỏc luồng riờng biệt được sắp xếp bởi FQ. Ni biểu hiện số lượng FQ trong lớp i, tổng số FQ trong trỡnh tự WRR được đưa ra trong cụng thức sau đõy:
(Cụng thức 2-3) trong đú m là tổng số lớp lưu lượng.
Như trỡnh bày trong hỡnh 2.13, hàng đợi WRR bao gồm 2 lớp lập lịch vũng quay robin. Đầu tiờn, cỏc lớp 1 đến m được ghộ thăm bởi bộ lập lịch trong trỡnh tự vũng quay robin. Hay ta cũn coi chỳng là tầng vũng quay robin đầu tiờn. Khi bộ lập lịch làm việc với một lớp cụ thể, hàng đợi FQ của lớp đú được ghộ thăm bởi bộ lập lịch trong trỡnh tự vũng quay robin, đú là tầng vũng quay robin thứ hai.
Phần trăm băng thụng cổng ra được phõn cho lớp i, cụ thể là trọng số cho lớp
i, Wi, cú thể thực hiện bởi việc chỉ rừ lượng thời gian được sử dụng của bộ sắp lịch với lớp i. Vớ dụ, giả sử là lớp i được cho 20% băng thụng của cổng ra, cụ thể Wi
=20%,. Bộ xếp lịch phải sử dụng 20% thời gian trong khi tầng vũng quay robin đầu tiờn quay vũng với lớp i. Trong khi bộ xếp lịch làm việc với lớp i, nú sử dụng 1 lượng cõn bằng thời gian với mỗi hàng đợi trong sốNi hàng đợi FQ, cụ thể là 1/Ni. Vỡ
vậy, trọng sốđược cấp phỏt cho mỗi hàng đợi FQ riờng biệt trong lớp i là: Wij = Wi *(1/Ni) (Cụng thức 2-4)
Trong đú Wi là trọng số của lớp i, Ni là số hàng đợi FQ trong lớp i, và Wij là
trọng số của hàng đợi thứ j trong lớp i. Cụng thức trờn cú thểđược viết là : Wij = Wi * wij (Cụng thức 2-5)
Trong đú wij là phần trăm phõn phối (trọng số) băng thụng của lớp i cho hàng đợi thứj trong lớp i, và hàng đợi FQ phõn cho cỏc hàng đợi 1 trọng số bằng nhau: wij = 1/Ni (Cụng thức 2-6)
Và cụng thức sau cũng đỳng: (Cụng thức 2-7)
Bằng việc sử dụng cỏc Wi, hơn là sự chia đều 1/m, hàng đợi WRR cú thể tạo ra m lớp lưu lượng với nhu cầu băng thụng cổng ra khỏc nhau, nhờ đú khắc phục được nhược điểm của hàng đợi FQ đó thảo luận trong phần 2.3.3.
2.5.5. Hàng đợi cụng bằng cú trọng số WFQ[1]
WRR đó giải quyết nhược điểm thứ nhất của FQ, nhưng WRR khụng giải quyết được nhược điểm thứ hai của FQ, đú là ảnh hưởng của kớch thước gúi tới băng thụng chia sẻ, vỡ WRR sử dụng hàng đợi FQ bờn trong cỏc lớp. Phương phỏp hàng đợi cụng bằng cú trọng số WFQ chỳ tõm vào nhược điểm này của FQ. Trong hàng
đợi WFQ, cũng giống như FQ, cỏc luồng lưu lượng vào được nhúm vào m hàng đợi; tuy nhiờn, băng thụng của cổng ra bị phõn phối tới m hàng đợi tựy thuộc vào trọng số thớch hợp được xỏc định bởi yờu cầu băng thụng của m lớp thay vỡ chia đều, và trọng số cú thể lờn tới 100%:
(Cụng thức 2-8)
Trong đú m là số lớp lưu lượng trong hàng đợi WFQ và Wi là phần trăm trọng số của lớp i. Trong phương phỏp hàng đợi FQ, mỗi hàng đợi gửi đi trọn vẹn một gúi tin khi bộ lập lịch ghộ thăm. Trong phương phỏp hàng đợi WFQ, bộ lập lịch gửi đi cỏc gúi từ cỏc hàng đợi dựa trờn cơ sở thứ tựđó được tớnh toỏn thời gian hoàn tất gúi.
Hàng đợi WFQ cố gắng làm gần đỳng một mụ hỡnh lý thuyết biết đến như bộ lập lịch vũng quay robin trọng số theo bit (weighted bit-by-bit) được trỡnh bầy trong hỡnh 2.14.
Hỡnh 2.15: WFQ
Như đó trỡnh bày trong hỡnh vẽ, bộ lập lịch vũng quay robin trọng số theo bit ghộ thăm cỏc hàng đợi trong thứ tự vũng quay Robin; tuy nhiờn, mỗi lần ghộ thăm, bộ lờn lịch chỉ lấy đi từ hàng đợi 1 bit; bộ ghộp gúi sẽ thu thập tất cả cỏc bit của 1 gúi, khi gúi đó được ghộp lại, nú sẽđược gửi đi. Do đú, 1 gúi cú kớch thước lớn phải đợi lõu hơn để được ghộp lại. Bộ lập lịch bit-by-bit này chỉ là 1 mụ hỡnh lý thuyết và nú khụng thực tế.
Hỡnh 2.15 mụ tả về hàng đợi WFQ. Hàng đợi WFQ tớnh toỏn thời gian kết thỳc của cỏc gúi và gửi chỳng tới cổng ra theo thứ tự thời gian hoàn thành đó được tớnh toỏn bởi bộ lập lịch.
2.5.6. Hàng đợi cụng bằng cú trọng số dựa trờn cơ sở lớp (CB WFQ) [1]
Hỡnh 2.16 trỡnh bày về hàng đợi cụng bằng cú trọng số dựa trờn cơ sở lớp CB WFQ. Trong hàng đợi CB WFQ, cũng như trong WRR, cỏc luồng lưu lượng vào được nhúm vào m lớp và băng thụng cổng ra được phõn phối tới m lớp tựy thuộc vào trọng số thớch hợp được xỏc định bởi yờu cầu băng thụng của m lớp, trong đú trọng số cú thể tăng đến 100%:
(Cụng thức 2-9)
Trong đú m là số lớp lưu lượng và Wi là phần trăm trọng số của lớp i. Theo điểm này, hàng đợi CBWFQ và WRR là như nhau. Sự khỏc nhau là ở trong mỗi lớp. Với hàng đợi CB WFQ, trong một lớp, cỏc luồng riờng biệt được lờn lịch bởi hàng đợi WFQ, trong khi đú với hàng đợi WRR, chỳng được lờn lịch bởi hàng đợi FQ.
Biểu thị số hàng đợi WFQ trong lớp i là Ni, tổng số hàng đợi WFQ trong hàng đợi CB WFQ được tớnh theo cụng thức sau:
Tổng số hàng đợi FQ trong hàng đợi CB (Cụng thức 2-10) trong đú m là tổng sú lớp lưu lượng. Băng thụng cấp cho lớp i được phõn phối giữa
Ni hàng đợi trong lớp i tựy thuộc vào trọng số thớch hợp, wij. Trọng số cấp cho hàng đợi WFQ j trong lớp i được cho bởi cụng thức:
Wij = Wi * wij (Cụng thức 2-11). Hỡnh 2.16: CB WFQ Trong đú: Wi - là phần trăm phõn phối (trọng số) băng thụng cổng ra cho lớp i. wij – là phầm trăm phõn phối (trọng số) băng thụng lớp i cho hàng đợi thứj. Trong lớp i: Wij – là phần trăm phõn phối băng thụng cổng ra cho hàng đợi thứj trong lớp i.
m – số lượng lớp.
Tống của cỏc trọng số (của cổng ra chia sẻ) của cỏc hàng đợi trong 1 lớp bằng trọng số (của cổng ra chia sẻ) của lớp đú:
(Cụng thức 2-12)
2.6. Trafic Shaping [1]
Traffic shaping là thay đổi tốc độ luồng lưu lượng đến để điều chỉnh tốc độ theo cỏch mà luồng lưu lượng ra chuyển tiếp trụi chảy hơn. Nếu lưu lượng đến tăng cao đột ngột, nú cần được đưa vào bộđềm và như thế đầu ra bộđệm sẽ bớt tăng đột ngột và ờm ả hơn.
Theo cỏch này, traffic shaping tạo ra luồng lưu lượng hoạt động như 1 profile lưu lượng đó xỏc định trước, vớ dụ 1 SLA. Traffic shaping giống như là việc lỏi xe xuyờn thẳng “stop and go”, vớ dụ, đường hầm Lincoln tới Manhattan. Người tài xế được yờu cầu trước tiờn dừng lại trong giõy lỏt tại lối vào đường hầm và đi với 1 tốc độ cốđịnh là 30 dặm 1 giờ. Traffic shaping sẽđưa vào một độ trễ thụng qua bộđệm. Cú 2 loại bộ định dạng lưu lượng: bộ định dạng lưu lượng thường và bộ định dạng lưu lượng dựng thẻ bài. Trường hợp sau đụi khi được biết tới như bộ định dạng lưu lượng gỏo rũ.
2.6.1. Bộđịnh dạng lưu lượng thường