Trước khi đi sõu tranh luận về cơ chế quản lý hàng đợi riờng biệt, điều quan trọng cần chỳ ý là việc đỏnh dấu gúi được sử dụng như thế nào. Đỏnh dấu cho biết rằng một router đường lờn tỡm một gúi ngoài hồ sơ, nhưng khụng đủ để biện minh cho việc loại bỏ tức thời. Với mục đớch là để cỏc router đường xuống cú thể đối sử với cỏc gúi bị đỏnh dấu như là hệ thống lớp 2 khi nghẽn nội xuất hiện.
Tuy nhiờn, cú hai khả năng để giải quyết cỏc gúi như là hệ thống lớp 2. Một là hạ thấp quyền ưu tiờn chuyển tiếp của chỳng bằng ấn định chỳng tới cỏc hàng đợi khỏc dựa vào dấu hiệu của chỳng. Cỏch khỏc là thay đổi thuật toỏn, một bộ quản lý hàng đợi được sử dụng để giữ độ chiếm dụng hàng đợi ở mức thấp là hạn chế độ chiếm dụng được phộp cho cỏc gúi bị đỏnh dấu hơn là cỏc gúi khụng bị đỏnh dấu.
Gợi ý thứ nhất cú thể dẫn tới việc sắp xếp lại cỏc gúi bị đỏnh dấu liờn quan tới cỏc gúi khụng bị đỏnh dấu trong một lớp lưu lượng. Cú thể là hàng đợi đi vào mà cỏc gúi bị đỏnh dấu bị loại bỏ được thiết kế một bộ lập lịch khỏc quyền ưu tiờn liờn quan tới hàng đợi thiết kế cho cỏc gúi thụng thường trong cựng một lớp lưu lượng (xem hỡnh 3.7). Việc sắp xếp lại xảy ra khi một gúi bị đỏnh dấu đến trước một gúi khụng bị đỏnh dấu.
Mặc dự IP khụng ngăn ngừa gúi được sắp xếp bởi mạng nhưng hầu hết cỏc giao thức end – to – end khụng lưu giữ trường hợp cú khả năng này. Gần với điểm này hồ sơ gốc được đỏnh dấu gúi ảnh hưởng tới việc quản lý hàng đợi tớch cực được ỏp dụng trong mỗi gúi – trong một hàng đợi đơn phục vụ tất cả cỏc gúi thuộc về lớp end – to – end cho trước khụng kể chỳng được đỏnh dấu như thế nào.
4.4.2 Giảm thời gian chiếm đúng hàng đợi
Độ chiếm dụng của một hàng đợi tăng lờn khi tải trọng cung cấp (lưu lượng đến) vượt quỏ tốc độ mà bộ lập lịch lưu thoỏt gúi khỏi hàng đợi. Bởi vỡ tốc độ tại một bất kỡ hàng đợi riờng để lưu thoỏt phụ thuộc vào bộ lập lịch của nú tỏc động lại cỏc lưu lượng từ cỏc hàng đợi cạnh tranh khỏc cho việc truy cập kết nối đầu ra. Độ chiếm dụng cú thể được xem như phản ỏnh mức nghẽn hiện thời tại giao diện đầu ra của router.
Để làm giảm độ chiếm dụng của một hàng đợi yờu cầu một vài phương phỏp khơi mào phương thức trỏnh nghẽn trong giao thức truyền tải thụng thường cỏc luồng đi qua hàng đợi. Bởi sự xuất hiện trễ hạn chế trước bất kỳ giao thức truyền tải cú thể bắt đầu tỏc động lại tới nghẽn trong một router, quản lý hàng đợi phải nhận hai loại nghẽn cơ bản sau:
- Nghẽn tạm thời, xuất hiện trong khoảng thời gian ngắn hơn thời gian phản ứng lại trỏnh nghẽn truyền tải vào cỏc giao thức.
- Nghẽn dài hạn, kết quả của tỡnh huống khụng đổi do tốc độ của tất cả cỏc luồng đi qua hàng đợi.
Nghẽn tạm thời gõy nờn thường ngắn và liờn quan đến sự bựng nổ lưu lượng từ một hoặc nhiều luồng. Thụng thường một router khụng muốn loại bỏ cỏc gúi từ một bựng nổ trừ phi khi thực sự cần thiết và như vậy người vận hành và nhõn viờn lựa chọn kớch cỡ hàng đợi để bảo vệ sự bựng nổ mà họ thường thấy. Tuy nhiờn điều này luụn tỡnh cờ một sự bựng nổ sẽ lấp đầy hàng đợi tại một điểm mà sự loại bỏ gúi cú khả năng lựa chọn.
Nghẽn trung bỡnh của một hàng đợi được đo trong vài khoảng thời gian gần đõy, độ chiếm dụng trung bỡnh ảnh hưởng đến trễ trải qua bởi tất cả cỏc gúi đi qua hàng đợi đú.
Một bộ quản lý hàng đợi cần tiếp tục cung cấp phản hồi cỏc giao thức truyền tải để giảm độ chiếm dụng dài hạn. Về nguyờn tắc cú thể ỏp dụng phản hồi theo hai cỏch:
- Trong dải đỏnh dấu của gúi. - Loại bỏ cỏc gúi.
Trong dải đỏnh dấu của cỏc gúi yờu cầu giao thức truyền tải tỏc động lại để nhận được cỏc gúi bị đỏnh dấu bởi sự trỏnh nghẽn ban đầu. Thực tế là việc loại bỏ được đề cập đến gần mạng IP. Bởi vỡ TCP sử dụng cỏc gúi mất để khơi mào phương thức trỏnh nghẽn của nú. Sự loại bỏ gúi cũng cú một lợi ớch bờn cạnh hiệu quả làm giảm tải đường xuống ngay lập tức.
4.4.2.1 Thụng bỏo nghẽn tường minh
Mặc dự việc loại bỏ gúi hiện thời là một cỏch được ưu tiờn hơn để ỏp dụng phản hồi, nhưng là phương phỏp tớch cực (phương phỏp đú khụng liờn quan tới việc mất gúi) của việc bỏo hiệu nghẽn được thiết kế và ước lượng. Sự loại bỏ gúi thực chất lóng phớ nguồn tài nguyờn được sử dụng thiết lập gúi tới router khi thấy sắp xảy ra nghẽn, như vậy chỉ dẫn nghẽn để trỏnh sự loại bỏ nếu tất cả khả năng đều cú thể được để ý đến.
Một vớ dụ về “thụng bỏo nghẽn tường minh” ECN (explicit congestion notification) được mụ tả trong RFC2481 [RFC2481]. Hai bớt khụng sử dụng hiện tại CU (currently unused) từ trường DiffServ được định nghĩa lại như là bớt ECT (capable Transport) và bit CE (congestion experience). Một người gửi giao thức truyền tải thiết lập bit ECT trờn cỏc gúi ngoài giới hạn khi nú biết rằng cả hai điểm cuối luồng đều hiểu bớt CE. Nếu khụng phản hồi điều khiển nghẽn được yờu cầu, bit CE khụng cần để ý. Khi một router dọc đường truyền muốn ỏp dụng phản hồi điều khiển nghẽn sẽ cú hai lựa chọn:
• Nếu bớt ECT được lập, lập bớt CE. • Nếu bớt ECT được lập lại, loại bỏ gúi.
Nếu RFC 2481 cũng để xuất sự thay đổi TCP, cho phộp khỏch hàng TCP cú khả năng khai bỏo nghẽn cụ thể thừa nhận mỗi mỗi điểm khỏc trong khi thiết lập kết nối và thiết lập bớt ECT thớch hợp trờn gúi dữ liệu kế tiếp.
4.4.2.2 Sự loại bỏ phớa trước
Một vấn đề đặt ra khi loại bỏ gúi là sẽ loại bỏ những gúi nào. Từ một viễn cảnh thực hiện, loại bỏ gúi vừa đến là đơn giản vỡ gúi đú cú thể loại bỏ một cỏch dễ dàng bằng cỏch khụng chốn nú vào trong hàng đợi. Tuy nhiờn, một chiến lược thay thế là loại bỏ gúi hiện thời tại đầu hàng đợi - loại bỏ phớa trước DFS.
DFS xỳc tiến phương thức trỏnh nghẽn của TCP - một gúi bị mất thậm trớ tại đầu hàng đợi được thụng bỏo sớm hơn ở cuối hàng đợi cú thể đó cú một mức nghiờm trọng cỏc gúi bị ựn tắc [DFS94]. Tuy nhiờn DFS thỉnh thoảng được coi như là một sự phức tạp khụng cần thiết, yờu cầu thao tỏc vận hành hàng đợi cụ thể loại bỏ tiếp nhận vào đang tồn tại.
DFS đặc biệt khụng phủ nhận tỏc động trờn lưu lượng điều khiển khụng phải luồng, và một vài lợi ớch khụng đỏng kể cú thể diễn đạt cho những luồng thời gian thực. Một hàng đợi khụng rỗng đưa đến tất cả cỏc gúi phải chịu trễ, và gúi đầu hàng đợi hầu như cú khả năng sống sút khụng tin cậy bởi thời gian tới đớch của nú.
4.4.4.3 Khi nào thực hiện?
Phần phức tạp nhất của thiết lập bộ quản lý hàng đợi là xỏc lập hệ thống điều khiển của chớnh nú để quyết định khi nào (mức độ nào) ỏp dụng phản hồi. Cỏc thuật toỏn phải dựa vào tài khoản của ngữ cảnh gúi được cung cấp bởi tầng phõn loại gúi. Vớ dụ, sự phõn loại MF luồng trọng điểm dẫn tới sự tỏch rời cỏc hàng đợi trong tất cả cỏc luồng ứng dụng, mỗi luồng được cỏch ly từ phương thức thụ động hoặc phương thức xõm chiếm của cỏc luồng khỏc nhau. Router cú thể cú đủ khả năng ỏp dụng một quỏ trỡnh quyết định ngưỡng đầy/khụng đầy đơn giản trờn mỗi hàng đợi, chớnh cỏc mục đớch luồng riờng này là nguyờn nhõn gõy ra nghẽn tạm thời.
Tuy nhiờn nơi mà cỏc router sử dụng phõn loại TOS/DS cơ sở, hàng chục, hàng trăm, thậm chớ hàng nghỡn luồng ứng dụng cú thể được sắp xếp vào cựng một hàng đợi. Trong trường hợp này sơ đồ phản hồi phải làm việc với cỏc luồng thực sự gõy nờn nghẽn dài hạn tại cỏc thời điểm cho trước. Một số sơ đồ địa chỉ hoỏ vấn đề bằng cỏch đưa vào cỏc tớn hiệu phản hồi thống kờ, nú được bắt nguồn từ sự kết hợp cỏc đầu vào biến đổi được, như là độ chiếm dụng trung bỡnh của hàng đợi và đỏnh dấu trước khi ỏp dụng cho gúi từ cỏc router đường xuống. Một cơ chế phản hồi được biết đến như là một bộ tỏch sớm ngẫu nhiờn (RED: Random Early Detection) được mụ tả kỹ hơn trong phần tiếp theo.
4.4.3 Tỡm kiếm ngẫu nhiờn sớm
Trải qua nhiều năm nghiờn cứu vấn đề điều khiển độ chiếm dụng trung bỡnh của hàng đợi chia sẻ bởi nhiều luồng thay đổi khỏc nhau, tổ chức IRTF kết luận rằng giải phỏp tốt nhất với router thực hiện trong tài khoản gồm tớn hiệu phản hồi phõn phối ngẫu nhiờn, thống kờ. Điển hỡnh mà IRTF sử dụng cho phương thức này như là bộ tỏch sớm ngẫu nhiờn RED.
RED sử dụng độ chiếm dụng trung bỡnh của hàng đợi như là một tham số, một chức năng ngẫu nhiờn mà nú quyết định cú chế trỏnh nghẽn phải được khơi mào hay khụng.
Sau khi độ chiếm dụng trung bỡnh tăng lờn thỡ khả năng loại bỏ gúi cũng sẽ tăng lờn. Hỡnh 4.9 biểu diễn một hàm khả thi đơn giản.
- Độ chiếm dụng lờn tới một ngưỡng thấp hơn minTH, cỏc gúi chuyển qua khụng bị ảnh hưởng (khả năng loại bỏ gúi bằng khụng). Trờn giới hạn minTH, khả năng loại bỏ gúi tăng theo đường thẳng với khả năng vươn tới maxP cho một độ chiếm dụng của maxTH. Tại và trờn maxTH cỏc gúi chắc chắn bị loại bỏ. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Ba giai đoạn này thỉnh thoảng chỉ dẫn đến trỏnh nghẽn và điều khiển nghẽn. Trường hợp xấu nhất kớch thước hàng đợi bị giới hạn bởi maxTH. RED bắt đầu khai mào sự chỉ dẫn nghẽn trước khi hàng đợi bị đầy.
Độ chiếm dụng trung bỡnh được tớnh toỏn lại tại mọi thời điểm một gúi đến và dựa vào bộ lọc thụng thấp hoặc độ chiếm dụng trung bỡnh hoạt động trọng số hàm mũ (EWMA) của độ chiếm dụng hàng đợi tức thời. Cụng thức của nú là:
q inst avg
avg Q Q W
Q =(1−Wq). + . Qavg là độ chiếm dụng trung binh. Qinst. là độ chiếm dụng tức thời.
Wq là trọng số của hàm di chuyển trung bỡnh.
Wq cú ảnh hưởng mật thiết tới tham số chiếm dụng trung bỡnh theo độ chiếm dụng tức thời của hàng đợi. Giỏ trị cao hơn thỡ mức xung đột nhiều hơn và giỏ trị thấp hơn thỡ mức duy trỡ hơn. Mục đớch là chọn lựa một giỏ trị cho phộp RED bỏ qua tạm thời ngắn hạn mà khụng gõy mất gúi khi truyền dẫn nhưng cú tỏc dụng duy trỡ cỏc mức độ chiếm dụng trước độ trễ của mọi tỏc động một cỏch vụ hạn hoặc những luồng đồng bộ của việc trỏnh nghẽn của TCP chịu ảnh hưởng.
K h ả n ăn g l o ại b ỏ
Thời gian chiếm dụng trung bỡnh
0 1 max Min th Max th 100% Khụng mất gúi Khả năng loại bỏ tăng
Khụng bị loại bỏ
Loại bỏ đảm bảo
Một router cú thể giữ cỏc giỏ trị minTH, maxTH và maxP khỏc nhau cho cỏc hàng đợi khỏc nhau, cõn bằng với tổng khụng gian khả dụng của hàng đợi, số lượng hàng đợi yờu cầu và độ trễ, độ rung pha hạn chế của lớp lưu lượng sử dụng cỏc hàng đợi khỏc nhau. Thờm vào đú Wq phải khỏc nhau trong mỗi hàng đợi.
Chiến lược loại bỏ ngẫu nhiờn cú những đặc điểm hữu ớch sau:
• Chỳng tạo ra một cơ chế phản hồi khụng tớch cực cho TCP và cường độ tăng lờn theo hàm mức nghẽn trong router.
• Cỏc luồng chịu sự chi phối chia sẻ thụng qua hàng đợi (cỏc gúi vào hàng đợi thường xuyờn hơn) thỡ chịu cường độ phản hồi tốt hơn.
• Sự đồng bộ được giảm tới mức cực tiểu giữa nỗ lực trỏnh nghẽn của phiờn truyền dẫn độc lập chia sẻ một hàng đợi riờng biệt.
Sự bắt đầu loại bỏ ngẫu nhiờn sớm (trước khi hàng đợi thực sự sử dụng hết hoàn toàn khụng gian cho phộp của nú) tăng lờn thỡ cú thể dễ dàng xếp ngoài vựng nghẽn tạm thời trước độ chiếm dụng hàng đợi là quỏ cao. Quỏ trỡnh ngẫu nhiờn phõn phối loại bỏ trong giai đoạn đầu làm giảm tớnh ngẫu nhiờn của nhiều luồng cho loại bỏ gúi.
Hai khoỏ giả định làm nền tảng cho loại bỏ dựa vào quản lý hàng đợi tớch cực : • Nhiều hoặc hầu hết cỏc tầng gõy ra nghẽn tạm thời là nền tảng TCP và trước đú
đỏp lại tới phản hồi khụng tớch cực của mất gúi sớm.
• Cỏc gúi thực sự loại bỏ thuộc về luồng (hoặc cỏc luồng) TCP gõy ra nghẽn.
Sự vắng mặt của cỏc phương tiện phõn loại và hàng đợi mỗi luồng mà cỏc giả định này cú thể khụng luụn cú hiệu lực. Lỳc này chỳng thường hợp lý. Việc cỏc gúi đến trong suốt một khoảng thời gian nghẽn sẽ thuộc về cỏc luồng chiếm dụng nhiều hơn là cỏc luồng khỏc. Nú giữ vững lý do để loại bỏ gúi trong suốt khoảng thời gian nghẽn như gặp phải một luồng gúp phần gõy nghẽn. Đặc tớnh thời gian của cỏc luồng gõy nghẽn cho phộp RED và biến thể của nú tập trung cỏc luồng thớch hợp.
4.4.3.1 RED theo trọng số
Cỏc bộ quản lý hàng đợi khụng hạn chế việc cung cấp một loại phương thức đơn trờn một vài hàng đợi cho trước thụng tin thờm vào từ tỡnh huống của gúi cú thể lựa chọn một trong nhiều chức năng huỷ bỏ gúi. Vớ dụ, một gúi được đỏnh dấu tại một số điểm đường xuống cho quyền ưu tiờn trong một hồ sơ lưu lượng là đối tượng để kiểm soỏt, huỷ bỏ, xõm chiếm thờm. So sỏnh cỏc gúi khỏc được phõn loại trong cựng một hàng đợi (cỏc gúi được đỏnh dấu vẫn được qua khi mạng gần như khụng bị nghẽn). Chủ
định một cỏch đơn giản, một router loại bỏ cỏc luồng ngoài hồ sơ đầu tiờn khi mọi thứ trở nờn chật chội hoặc cỏc gúi đặt vào lớp dịch vụ khỏc tại nguồn cú thể cú chức năng huỷ bỏ liờn kết khỏc nhau.
Trong hỡnh 4.10 là một bộ quản lý hàng đợi chọn lựa một trong hai đường mà một hàng đợi đơn đưa vào, vớ dụ một bit đơn trong byte ToS của trường DiffServ. Cỏc gúi khụng bị đỏnh dấu là đối tượng cho RED với min1TH như là ngưỡng dưới của nú, max1TH như là ngưỡng trờn của nú, và maxp là khả năng loại bỏ gúi định trước khi hàm nhảy tới 1. Núi cỏch khỏc cỏc gúi bị đỏnh dấu là đối tượng để tăng đường xõm chiếm trong đú loại bỏ ngẫu nhiờn bắt đầu tại một mức chiếm dụng thấp mức min2TH, tăng nhanh chúng tới 1 tại min2TH.
K h ả n ă n g lo ại b ỏ
Thời gian chiếm dụng hàng đợi
1 Max p Min1 th Max1 th 100% Min2 th Đỏnh dấu gúi Nhữmg gúi hợp thức
hỡnh 4.10: Đỏnh dấu gúi cú thể thay đổi chức năng loại bỏ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Việc giảm bớt những chức năng cú thể dựa vào tỡnh huống gúi thỉnh thoảng được đề cập đến như là một trọng điểm. Ít nhất một đại diện router chớnh sử dụng trường ưu tiờn IPv4 để lựa chọn tỏm tham số minTH, maxTH, và maxP cho thuật toỏn RED (mặc dự khụng cú tham số Wq cho hàm EWMA ) liờn quan tới sơ đồ WRED.
4.4.3.2 RED với vào ra
Một thuật toỏn gần với WRED là RED với bit vào/ra (RIO), nú cũng sử dụng việc đỏnh dấu gúi tin để hiệu chỉnh thuật toỏn RED trờn cơ sở từng gúi. RIO giả sử rằng những gúi tin đú đi qua bộ phận đỏnh dấu và một bit trong phần tiờu đề gúi tin chỉ ra cho bộ phận đỏnh dấu cú thể tỡm ra gúi tin đú thuộc loại ưu tiờn hay khụng. RIO khỏc với WRED ở chỗ nú hiệu chỉnh hàm EWMA dựa trờn đỏnh dấu gúi tin.
Mục đớch của RIO là phõn biệt những gúi tin trong những thời gian tắc nghẽn. Nú làm điều đú bằng cỏch chạy hai thuật toỏn chiếm dụng EWMA song song trờn cựng một