Dự là trong phần cứng hay phần mềm việc thiết kế một kiến trỳc CQS tốt núi chung là khụng đơn giản. Trong nhiều cụng cụ phần mềm, ngõn quỹ xử lý chặt chẽ làm cho việc phõn loại, quản lý hàng đợi và lập lịch khú được đưa ra mà mà khụng ảnh hưởng lớn trờn toàn bộ đỉnh sự thực hiện. Cụng cụ phần cứng chỉ mới bắt đầu trở thành đề tài nghiờn cứu và cho đến gần đõy mới bẳt đầu cú sự phỏt triển cụng cụ CQS cho một mạng IP mới.
Mụ hỡnh edge – to – core cho phộp cỏc router lừi thỳc đẩy cụng cụ phần cứng (về tốc độ) trong khi đang rời bỏ những xử lý phức tạp (nhưng chậm hơn) trờn cơ sở phần mềm của định tuyến biờn. Cỏc router biờn cú thể cho phộp phõn loại và sắp xếp một cỏch độc lập hàng trăm hoặc hàng nghỡn lớp lưu lượng, trỏi lại cỏc router lừi được thừa nhận là giới hạn việc điều khiển cỏc hàng đợi.
Số lượng giới hạn tối đa của hàng đợi trong cỏc router lừi dẫn tới một yờu cầu mới là cỏc router biờn cú khả năng thụng suốt ngoài sự bựng nổ của lưu lượng vào mạng. Trong thảo luận trước về điều khiển QoS từng chặng, cỏc lớp lưu lượng riờng được cho phộp để hoàn thành điều khụng thể dự đoỏn trước trờn sự giả định mà chỳng ta cú thể kết hợp một cỏch chớnh xỏc và sự sắp xếp lại chỳng tại mọi điểm nghẽn cú khả năng. Nhiều lớp lưu lượng sẽ tự tỡm sự liờn kết vào cỏc hàng đợi được chia sẻ trong router. Khả năng của sự gõy nhiễu lẫn nhau khụng thể dự đoỏn được là rất lớn trừ khi mạng sử dụng một số mức dự đoỏn trước khi lưu lượng tới được cỏc router lừi. Giải phỏp cho cỏc router là điều khiển đặc tớnh thời gian của lớp lưu lượng riờng (tức là sự kết hợp cỏc lớp lưu lượng đú) trước khi chỳng đi vào lừi. Mụ hỡnh dịch vụ khỏc biệt của IETF là một vớ dụ.
Sự định hỡnh và kiểm soỏt
Tập trung chủ yếu của kiến trỳc CQS là bảo vệ lưu lượng trong mỗi hàng đợi từ sự bựng nổ lưu lượng trong cỏc hàng đợi khỏc. Trờn cơ sở từng chặng, nú rừ ràng sự phự hợp trước với tất cả cỏc lưu lượng nhạy cảm với QoS vào cỏc hàng đợi riờng biệt, một bộ lập lịch cần đảm bảo chỉ trong trường hợp xấu về khoảng thời gian phục vụ (hay băng thụng nhỏ nhất). Nếu khả năng dự phũng là khả dụng, chỳng ta cú thể mong đợi
phương thức hoạt động tốt của bộ lập lịch để phõn phỏt khả năng cho cỏc hàng đợi cú gúi chờ chuyển tiếp. Tuy nhiờn thực tế này khụng phải được luụn luụn trỡnh bày từ một phối cảnh mạng mở rộng.
Thụng thường việc làm rỗng một hàng đợi nhanh bằng tốc độ kết nối cho phộp cú thể tăng sự bựng nổ nhận được bởi cỏc router luồng xuống đầu xa. Thờm vào đú cỏc nhà cung cấp dịch vụ cú thể mong muốn tạo ra tốc độ cực đại để một khỏch hàng cú thể gửi gúi thụng tin qua mạng. Nếu khỏch hàng thường xuyờn nhận được băng thụng tốt hơn cực tiểu được đảm bảo. Nếu khả năng dự phũng co lại, khỏch hàng sẽ nhận được sự hạn chế việc thực hiện edge – to – edge tới mức nhỏ nhất đựơc đảm bảo. Tuy nhiờn khi khỏch hàng nhận thấy rằng cỏc dịch vụ đó bị xuống cấp thỡ họ cú thể than phiền. Việc quản lý sự mong đợi của khỏch hàng là một phần quan trọng trong cụng việc kinh doanh và mức độ ưu tiờn là cụng cụ trờn cơ sở cụng nghệ cú thể được thực hiện.
Việc đặt giới hạn trờn cho giỏ trị băng thụng lớn nhất (hoặc khoảng thời gian nhỏ nhất giữa cỏc gúi) cho một lớp lưu lượng được gọi là “định hỡnh lưu lượng’.
Queue (shaped class) Queue(other) Phõn loại Lập lịch 1 2 3 4 1 2 3 4 T T T T giõy cuối cựng giữa cỏc mẫu
Hỡnh 3.6: Những yờu cầu định hỡnh lập lịch thời gian nhỏ nhất trờn những router xỏc định
Một bộ lập lịch định hỡnh lưu lượng được cấu hỡnh để cung cấp cả thời gian phục vụ nhỏ nhất (thời gian giữa cỏc lần lấy gúi ra khỏi hàng đợi giống nhau) và cả thời gian phục vụ lớn nhất (để đảm bảo giới hạn trễ, hoặc băng thụng nhỏ nhất). Cỏc gúi đến với thời gian giữa cỏc gúi ngắn hơn được cho bởi bộ lập lịch được xếp hàng cho đến khi truyền dẫn – san bằng đi nguồn gốc sự bựng nổ. Hỡnh 3.6 biểu diễn một bộ lập lịch mà khụng lấy mẫu đỉnh hàng đợi thường xuyờn quỏ một giỏ trị T giõy. Khụng cú tỡnh trạng cỏc gúi đến được truyền một cỏch co cụm gần nhau. Chỳng được truyền đi với khoảng cỏch giữa cỏc gúi ớt nhất là T giõy. Bộ lập lịch định hỡnh đụi khi liờn hệ đến cỏi “gỏo
rũ”, vỡ khụng cú tỡnh trạng cỏc gúi đến nhanh, chỳng chỉ cú thể rũ ra ở một tốc độ cố định.
Định hỡnh khụng phải là một chức năng thụng thường được đưa vào trong cỏc router nỗ lực tối đa, bởi vỡ chức năng này là sự tồn tại của một kiến trỳc CQS thớch hợp. Một giải phỏp luõn phiờn đó từng được đưa vào một phương thức loại bỏ gúi mà dễ vượt qua sự bựng nổ của một lớp lưu lượng. Khi quỏ nhiều gúi đến trong một khoảng thời gian quỏ ngắn thỡ cỏc gúi hoàn toàn bị loại bỏ. Điều này được biết đến như là một sự kiểm soỏt.
Kiểm soỏt cú thể thực hiện mà khụng cần cỏc hàng đợi hay cỏc bộ lập lịch, mặc dự nú thường cần một số dạng phõn loại để phõn biệt giữa cỏc quy tắc kiểm soỏt được cải thiện trờn cỏc lớp lưu lượng khỏc nhau. Trong một dạng đơn giản nhất, mỗi lớp lưu lượng cú một bộ đếm kết hợp. Bộ đếm tăng đều đặn T giõy một lần và giảm bất cứ lỳc nào một gúi (thuộc lớp của bộ đếm) được chuyển tiếp. Nếu một gúi được truyền dẫn khi bộ đếm bằng khụng thỡ gúi bị loại bỏ. Khi khụng cú gúi được truyền thỡ bộ đếm tăng lờn tới giới hạn cố định L. Kết quả là một luồng gúi đang đến với khoảng thời gian trung bỡnh giữa cỏc gúi là T giõy (hoặc hơn) chuyển qua khụng gõy ảnh hưởng. Tuy nhiờn nếu bựng nổ làm cho số gúi lớn hơn L đến trong thời gian ớt hơn T giõy thỡ bộ đếm trở về khụng và cỏc gúi bờn ngoài bị loại bỏ. Giỏ trị của L ảnh hưởng đến khả năng bựng nổ của chức năng kiểm soỏt, và T thiết lập tốc độ thấp hơn lưu lượng đảm bảo. Thực tế phương phỏp này là quan trọng để giảm sự bựng nổ lưu lượng đường xuống từ cỏc router kiểm soỏt.
Lợi ớch của kiểm soỏt là dựa vào điều được thừa nhận mà hầu hết bựng nổ lưu lượng bắt nguồn từ cỏc ứng dụng sử dụng giao thức truyền dẫn end – to – end thớch ứng như là TCP. Mất gúi được thừa nhận để chỉ ra nghẽn tạm thời và TCP chống lại bằng cỏch giảm tốc độ tại nơi mà nú đưa gúi vào mạng. Kiểm soỏt cho phộp nhà điều hành mạng giả mạo sự tồn tại của nghẽn tạm thời cho một lớp lưu lượng đặc biệt trước khi nú thực sự bắt đầu xuất hiện xa hơn dọc đường dẫn của gúi. Thậm chớ nếu lớp lưu lượng khụng sử dụng một giao thức truyền dẫn thớch ứng. Kiểm soỏt bảo vệ lượng dư của mạng bằng cỏch tiếp tục loại bỏ những gúi vượt quỏ tham số cho phộp.
Cả định hỡnh và kiểm soỏt là những cụng cụ vụ cựng hưu ớch cho cỏc nhà thiết kế mạng, người phải đối mặt với sự cõn đối giữa số lượng lớp lưu lượng được tải bởi mạng của họ và số lớp lưu lượng mà kiến trỳc CQS mạng của họ cú thể điều khiển. Vấn đề cơ bản là cỏc lớp lưu lượng riờng cú thể được cho phộp là khụng dự đoỏn trước được nếu chỳng ta cú thể kết hợp chỳng một cỏch chớnh xỏc tại mọi điểm nghẽn cú thể xuất hiện.
Nếu thiếu khả năng kết hợp chỳng ta phải cố gắng cải thiện một vài mức ưu tiờn cú khả năng dự đoỏn trước tới điều khiển nghẽn cú khả năng xuất hiện.
Marking & Recording
Một node kiểm soỏt cú thể chọn duy nhất cỏc đỏnh dấu (hơn là thải hồi chỳng ngay lập tức) nếu chỳng vượt quỏ một lượng bựng nổ. Cỏc router xa hơn dọc đường truyền nhận ra cỏc gúi được đỏnh dấu này như là cú quyền ưu tiờn thấp hơn cỏc gúi khụng bị đỏnh dấu. Nếu nghẽn tạm thời bắt đầu đầy hàng đợi trong một router lừi đường xuống thỡ thuật toỏn quản lý hàng đợi cú thể bắt đầu loại bỏ cỏc gúi bị đỏnh dấu trước khi nú bắt đầu loại bỏ cỏc gúi khụng bị đỏnh dấu.
Node kiểm soỏt truyền thụng cú thể thực hiện một thiết lập đảm bảo ngưỡng bựng nổ. Nếu một sự bựng nổ gúi vượt quỏ ngưỡng dưới, cỏc gúi đến sau được đỏnh dấu và truyền dẫn, nếu sự bựng nổ tiếp tục và vượt quỏ giới hạn trờn, cỏc gúi sẽ bị loại bỏ. Một cỏch lần lượt cỏc node kiểm soỏt cú thể thực hiện nhiều mức tốc độ gúi đến trung bỡnh cho phộp – một tốc độ thấp hơn cỏc gúi chuyển tiếp khụng đỏnh dấu, một khoảng tốc độ trung gian trong cỏc gúi được đỏnh dấu và chuyển tiếp và ngưỡng trờn cỏc gúi bị loại bỏ.
Tỏc động trờn lừi mạng mềm dẻo hơn cú thể đạt được bằng cỏch kiểm soỏt đơn giản, bởi vỡ nhiều gúi trong quỏ trỡnh bựng nổ đó được đỏnh dấu thay vỡ bị loại bỏ. Ưu điểm của sơ đồ đú là trong sự vắng mặt của nghẽn mạng khỏc trong lừi, lớp lưu lượng đặc biệt này cú thể giỳp tăng thờm băng thụng khả dụng.
Nhà thiết kế mạng lập kế hoạch trờn việc sử dụng đỏnh dấu lưu lượng biờn cũng cần lựa chọn một cỏch cẩn thận router lừi của họ. Điểm chớnh cần quan tõm là khả năng sắp xếp lại của cỏc gúi được đỏnh dấu liờn quan tới cỏc gúi khụng được đỏnh dấu trong một lớp lưu lượng. Tỡnh huống này cú thể xảy ra nếu router lừi sử dụng hai hàng đợi riờng biệt để phõn biệt giữa cỏc gúi đỏnh dấu và khụng đỏnh dấu trong cựng một lớp lưu lượng ( xem hỡnh 3.7). Bởi vỡ cỏc gúi được đỏnh dấu cú mức ưu tiờn thấp hơn, một sự thực hiện cú thể chọn kết quả quyền ưu tiờn tương đối này bằng cỏch ấn định nhiều băng thụng bộ lập lịch tới hàng đợi của cỏc gúi khụng được đỏnh dấu hơn hàng đợi được đỏnh dấu.
Một hệ quả là gúi được đỏnh dấu đến trước một gúi khụng được đỏnh dấu trờn cựng lớp lưu lượng cú thể tự tỡm sự phõn cụng để truyền dẫn sau cỏc gúi khụng bị đỏnh dấu. Việc thừa nhận cỏc gúi được đỏnh dấu tạo ra tất cả cỏc con đường tới đầu cuối khỏc.
Trong cỏc mạng đỏnh dấu được dự định nhằm tăng khả năng loại bỏ gúi, giải phỏp là khụng quỏ khú. Cỏc router lừi bắt đầu bỏ qua bộ đỏnh dấu kiểm soỏt cỏc gúi khi phõn loại cỏc gúi vào hàng đợi, đảm bảo tất cả cỏc gúi trong một lớp lưu lượng được đặt trong một hàng đợi khụng kể quyền ưu tiờn loại bỏ. Sau đú làm giảm ngưỡng loại bỏ gúi cho hàng đợi đú trờn cơ sở cỏc gúi được đỏnh dấu hay khụng.
Phõn loại Lập lịch Hàng đợi (khụng đỏnh dấu) Hàng đợi (đỏnh dấu) Khụng đỏnh dấu Đỏnh dấu Port M Khụng đỏnh dấu Đỏnh dấu
Hỡnh 3.7 Hàng đợi thay đổi thứ tự sắp xếp lại cho những gúi đó đỏnh dấu và khụng đỏnh dấu