3.3.4.1 Khái niệm chung
Đối với mỗi hàng đợi đưa ra nhà quản lý mạng phải sử dụng nhiều cách quản lý để phịng tắc nghẽn. Thơng tin thêm vào từ ngữ cảnh các gĩi cĩ thể lựa chọn một trong số các chức năng loại bỏ đa gĩi. WRED là sự pha trộn các chức năng của thuật tốn RED với tính năng của trường IP Precedence để cung cấp việc xử lý ưu tiên luồng lưu
lượng của các gĩi cĩ độưu tiên cao. WRED cĩ thể loại bỏ các lưu lượng cĩ độưu tiên thấp một cách cĩ chọn lọc khi giao diện bắt đầu bị tắc nghẽn và cung cấp các đặc điểm thể hiện khác nhau cho các lớp dịch vụ phân biệt.
Nếu cấu hình WRED mà bỏ qua trường IP precedence khi đánh dấu các gĩi thì
thuật tốn WRED trở thành thuật tốn RED.
Đối với các giao diện được cấu hình để sử dụng giao thức đặt trước tài nguyên (RSVP) thì WRED sẽ lựa chọn các gĩi từ các luồng khác để loại bỏ chứ khơng loại bỏ các luồng RSVP. Tương tự như vậy các trường IP precedence cũng chi phối các gĩi bị loại bỏ như với các gĩi cĩ trường Precedence cĩ độ ưu tiên thấp thì sẽ cĩ tốc độ loại
bỏ cao hơn các gĩi cĩ độưu tiên cao trong trường Precedence. WRED khác xa so với
các kĩ thuật tránh tắc nghẽn khác như các chiến lược hàng đợi do nĩ cố gắng đốn trước tắc nghẽn trước khi tắc nghẽn xảy ra và tránh tắc nghẽn chứ khơng điều khiển tắc nghẽn khi nĩ đã xảy ra rồi.
Vậy ích lợi của WRED là gì? WRED cố gắng phát hiện sớm tắc nghẽn cĩ thể nhất và cung cấp tính năng này cho các lưu lượng đa lớp. Đồng thời nĩ cũng được bảo vệ chống lại hiện tượng đồng bộ trên tồn thể các luồng TCP. Do đĩ mà WRED thường được sử dụng nhiều hơn tại các giao diện đầu ra dễ xảy ra tắc nghẽn.
Tuy nhiên WRED thường được sử dụng nhiều hơn trong các router lõi của mạng nhiều hơn là trong các router biên. Các router biên chỉ ấn định trường IP
Precedence cho các gĩi ngay khi chúng vào trong mạng. WRED sử dụng các trường
này để quyết định cách đối sử như thế nào đối với các lớp lưu lượng khác nhau.
WRED cung cấp các mức ngưỡng và các trọng số khác nhau cho các IP Precedence khác nhau, cho phép cung cấp các chất lượng dịch vụ khác nhau cho các lớp lưu lượng khác nhau. Các lưu lượng thơng thường cĩ thể bị loại bỏ thường xuyên hơn các lưu lượng được
đánh giá cao trong các chu kì tắc nghẽn. Cũng tương tự như RSVP, WRED cĩ thể cung cấp dịch vụ QoS điều khiển tải trong các dịch vụ tích hợp.
3.3.4.2 Hoạt động của WRED
Bằng việc loại bỏ sớm các gĩi trước khi các chu kì cĩ độ tắc nghẽn cao xảy ra, WRED sẽ thơng báo về cho nguồn phát các gĩi biết để giảm tốc độ truyền dẫn. Nếu nguồn phát các gĩi sử dụng TCP thì nĩ giảm tốc độ truyền gĩi cho tới khi các gĩi đạt được đến đích, lúc này chỉ thị tắc nghẽn sẽ thơng báo là tắc nghẽn đã bị loại bỏ.
Nhìn chung WRED loại bỏ các gĩi cĩ lựa chọn dựa trên trường IP Precedence. Các gĩi cĩ trường IP Precedence cao thì ít bị loại bỏ hơn các gĩi cĩ IP Precendece thấp. Do đĩ các gĩi cĩ độ ưu tiên cao hơn thì xác suất được truyền đi cũng cao hơn. WRED giảm cơ hội loại bỏđuơi do các gĩi bị loại bỏđều được lựa chọn khi giao diện đầu ra bắt đầu cĩ dấu hiệu tắc nghẽn. Bằng cách loại bỏ một số gĩi sớm hơn là chờ cho
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 3: Quản lý hàng đợi và các thuật tốn
hàng đợi đầu mới loại bỏ gĩi nên WRED tránh loại bỏ một số lượng lớn các gĩi tại cùng một thời đểm và tối thiểu hố cĩ hội xảy ra đồng bộ trên diện rộng. Do đĩ WRED cho phép sử dụng hiệu quả các đường truyền tại mọi thời điểm.
Thêm vào, WRED cho phép loại bỏ thống kê nhiều gĩi hơn tại một nhĩm nhiều người sử dụng hơn là nhĩm cĩ ít người sử dụng. Do đĩ, các nguồn lưu lượng mà tạo ra phần lớn lưu lượng thì giảm chậm hơn các nguồn lưu lượng tạo ra ít lưu lượng hơn. Khơng giống như loại bỏ phần đuơi trong cơ chế tránh tắc nghẽn WRED tránh được các vấn đề xảy ra trên tồn thể các luồng. Đồng bộ tồn thể luồng được biểu thị bằng việc khi các host đa luồng TCP giảm tốc độ truyền dẫn để đáp ứng quá trình loại bỏ gĩi, sau khi tắc nghẽn được giảm thì chúng sẽđồng loạt tăng lại tốc độ truyền dẫn.
Hình 3.10 : Mơ phỏng hoạt động của WRED
WRED chỉ thực sự hiệu quả khi phần lớn lưu lượng là lưu lượng TCP/IP. Trong TCP các gĩi bị loại bỏ dùng để chỉ thị tắc nghẽn do đĩ nguồn phát gĩi sẽ giảm bớt tốc độ truyền dẫn của nĩ. Cịn đối với các giao thức khác thì các nguồn phát gĩi cĩ thểđáp ứng hoặc gửi lại các gĩi tại cùng một tốc độ, do vậy mà chúng khơng làm giảm sút được tắc nghẽn.
WRED gán cho các lưu lượng khơng phải là luồng IP giá trị Precedence 0, giá trị ưu tiên thấp nhất. Do đĩ mà các lưu lượng khơng phải là IP thường bị loại bỏ hơn. Chức năng loại bỏ các gĩi này áp dụng khác nhau đối với các lớp lưu lượng khác nhau tuỳ thuộc vào mức độưu tiên.
Để hiểu rõ hơn về hoạt động của WRED ta đi vào thuật tốn WRED. Lấy ví dụ đơn giản: Discard test incoming packets Transmit quue Outgoing packets FIFO scheduling Queue bufler resources Discard test based on:
• Bufler queue depth
• IP Precedence
• RSVP session
Giả sử cho hàng đợi cĩ đầu ra đơn, cấu hình chuyển mạch bao gồm WRED cĩ mức ngưỡng 50% cho tất cả các lưu lượng best effort cĩ giá trị DSCP lớn hơn 20, và 80% cho tất cả các lưu lượng cĩ giá trị DSCP trong khoảng 20-30. Trong ví dụ này chuyển mạch sẽ loại bỏ các gĩi cĩ giá trị DSCP dưới 20 khi đầu ra hàng đợi đạt mức 50%. Nếu hàng đợi tiếp tục được thêm vào quá 80%, thì chuyển mạch bắt đầu loại bỏ các gĩi cĩ giá trị DSCP lớn hơn 20. Kết quả cuối cùng là tầng chuyển mạch sẽ loại bỏ ít nhất các gĩi cĩ độưu tiên cao.
Hình 3.11 : Sơđồ Thuật tốn WRED
Chính sách tốt nhất là đưa ra hàng đợi cĩ độưu tiên chặt cho các lưu lượng cĩ độ ưu tiên cao và sử dụng WRED để duy trì các hàng đợi này cho các lưu lượng dữ liệu.
Đối với các chuyển mạch hỗ trợ chức năng loại bỏđuơi và cấu hình WRED, thì các cấu hình thay đổi phụ thuộc vào số lượng các hàng đợi đầu ra và các modul đường truyền hỗ trợ các mức ngưỡng tối thiểu cĩ thể cấu hình được. Mức ngưỡng tối thiểu chỉ thịđộ sâu hàng đợi mà tại mức đĩ khơng cĩ gĩi nào bị loại bỏ.
Trong hình dưới đây thì các gĩi khơng bị đánh dấu cĩ giá trị ngưỡng nhỏ nhất là min1th,và giá trị ngưỡng lớn nhất là max2th. Các gĩi bị đánh dấu cĩ các giá trị ngưỡng min2th, max2th. Do các gĩi chưa bị đánh dấu cĩ khả năng được truyền cao hơn nên được ưu tiên đưa vào hàng đợi nhiều hơn là các gĩi đã bịđánh dấu ,do đĩ giá trị min1th > min2th ,và max1th > max2th. Giá trị maxp là xác suất loại bỏ các gĩi đỉnh của các gĩi khơng bịđánh dấu. Khi cĩ hiện tượng tắc nghẽn thì xác suất loại bỏ các gĩi đã bị đánh dấu sẽ tăng dần đến 1, cịn các gĩi chưa bị đánh dấu thì xác suất chỉ tăng đến maxp, nếu vẫn khơng khắc phục được tắc nghẽn thì sẽ tiếp tục tăng đến 1.
Select WRED Profile No Yes IP Packet WRED Calculacte Average Queue Size Queue Full? FIFO Queue Curent Queue Sieze IP Precedence or DSCP • Minimum Threshold • Maximum Threshold • Maximum Probability Denominator
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 3: Quản lý hàng đợi và các thuật tốn
Hình 3.12 : Tính năng đánh dấu các gĩi cĩ thể chỉnh sửa chức năng loại bỏ gĩi Kích thước hàng đợi trung bình trong thuật tốn WRED
Router tự động quyết định các tham số được sử dụng trong các tốn WRED. Kích thước hàng đợi trung bình dựa trên kích thước hàng đợi trung bình trước đĩ và kích thước hàng đợi trung bình hiện tại.
Cơng thức:
Average = (avg cũ * (1 – 2-n)) + (kích thước hàng đợi hiện tại * 2-n) n : tác nhân trọng số theo luỹ thừa.
Với các giá trị n lớn thì kích thước trung bình trước đĩ trở nên quan trọng. Nếu giá trị n quá lớn thì WRED khơng cĩ tác dụng đối với tắc nghẽn. Lúc này các gĩi sẽ bị loại bỏ hoặc được gửi như thể WRED khơng cĩ hiệu quả. Kích thước hàng đợi trung bình khơng nên thay đổi quá nhanh. Tiến trình WRED sẽ bắt đầu loại bỏ các gĩi chậm, nhưng nĩ cĩ thể tiếp tục loại bỏ các gĩi tại thời điểm sau khi kích thước hàng đợi thực giảm xuống dưới mức ngưỡng nhỏ nhất. Nhưng nếu n quá nhỏ thì WRED sẽ phản ứng quá mạnh với các bĩ lưu lượng tạm thời, và việc loại bỏ lưu lượng là khơng cần thiết.
Ta cĩ thể cấu hình WRED tại cùng một giao diện như bộ xử lý chuyển mạch router (RSP) trên cơ sở CQ, hàng đợi ưu tiên (PQ), hay hàng đợi cân bằng cĩ trọng
số(WFQ).
WRED phục vụ cho các dịch vụ phân biệt(DS)
WRED dành riêng cho dịch vụ DS là phần mở rộng của WRED cĩ khả năng hỗ trợ dịch vụ phân biệt và các AFPHB. Tính năng này cho phép các khách hàng thực
Regular packets
0 Minth2 Minth1 Maxth2 Maxth1 100%
1 Unmarked maxp D ro p Pr ob ab ili ty Queue Occupancy Marked packet
hiện AFPHB bằng việc đánh dấu các gĩi theo giá trị DSCP và sau đĩ ấn định các xác suất loại bỏ ưu tiên cho các gĩi này. Tính năng này chỉ được sử dụng với các gĩi IP.
WRED dùng cho DS cho phép WRED sử dụng các giá trị DSCP khi nĩ tính tốn xác
suất loại bỏ một gĩi. Loại này cĩ thêm hai câu lệnh: random-detect dscp và dscp. Ngồi ra nĩ cịn cĩ hai luận điểm liên quan: luận điểm trên cơ sởdscp,và trên cơ sở
prec. Luận điểm trên cơ sởdscp cho phép WRED sử dụng giá trị DSCP của gĩi khi nĩ tính tốn xác suất loại bỏ gĩi. Sau khi sử dụng dscp thì sử dụng lệnh random-detect dscpđể thay đổi các mức ngưỡng minth, maxth của các gĩi theo giá trị DSCP. Cịn luận điểm prec cho phép WRED sử dụng giá trị các trường IP Precedence để tính tốn xác suất loại bỏ gĩi. Nếu đã sử dụng dscp thì khơng thể sử dụng prec với cùng một câu lệnh.