3.3.6.1 Giới thiệu chung về RIO
Trong chương 1 đã giới thiệu về các dịch vụ DS. Nhìn chung kiến trúc DS nhằm mục đích cung cấp QoS cĩ đảm bảo tại mức các luồng được tổng hợp. Nĩ phân loại các gĩi tin IP thành các nhĩm lưu lượng nhỏ hơn tuỳ theo các giá trị DSCP được đánh dấu trong tiêu đề gĩi IP tại các đường biên của mạng. Trong lõi mạng chúng sẽ được truyền theo các PHB tương ứng. DS khơng yêu cầu duy trì trạng thái luồng, hay các tiến trình báo hiệu bên trong các mạng lõi, do đĩ nĩ giảm bớt gánh nặng làm việc
cho các router trong mạng lõi. Các router biên trong các mạng DS giám sát và đánh
dấu các gĩi của luồng lưu lượng. Các gĩi tuân theo các profile của người sử dụng sẽ được đánh dấu là “In profile” cịn các gĩi nằm ngồi các profile dịch vụ sẽ được đánh dấu là out profile. Một thuật tốn được hỗ trợ bên trong các router lõi của mạng phân biệt là RIO (phát hiện sớm ngẫu nhiên vào ra). Trong suốt quá trình tắc nghẽn các gĩi cĩ profile out sẽ bị loại bỏ trước các gĩi In profile. Với các chính sách loại bỏ gĩi, các AFPHB sẽđưa ra quyền ưu tiên cho các gĩi In và cung cấp các mức dịch vụ khác nhau cho người sử dụng trên cơ sở các proifile dịch vụ của họ. Để điều khiển tắc nghẽn cho các luồng được tổng hợp trong mạng DS ta cĩ thể sử dụng lược đồ điều khiển tắc nghẽn từ biên tới biên (edge to edge congestion control scheme-E2E-CCS). Trong lược đồ này thì gĩi điều khiển QoS được gửi từ các router bên trong ra các router bên ngồi tại mỗi khoảng thời gian cố định. Các router bên trong sử dụng thuật tốn để điều chỉnh tốc độ gửi của luồng theo thơng tin QoS được phản hồi về từ các router biên. Ta đang xét thuật tốn RIO trong mạng DS. Kiến trúc một mạng DS bao gồm 2 loại router: router biên và router lõi. Các router biên được lắp đặt tại đường biên của các mạng, nĩ hỗ trợ cho các điều kiện lưu lượng như: phân lớp, định dạng, và đánh dấu gĩi tin. Cịn các router lõi được lắp đặt bên trong mạng, cung cấp chức năng phân loại đơn giản và một số chức năng định hướng khác. Các router biên lại bao gồm các
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 3: Quản lý hàng đợi và các thuật tốn
E2E-CCS coi các router đầu vào và đầu ra cũng như phía thu và phía phát các
gĩi điều khiển QoS. Phía phát sẽ gửi các gĩi tin điều khiển trong cùng một nhĩm tới phía thu để tại các khoảng thời gian T đều đặn. Gĩi điều khiển được sử dụng để truyền các thơng tin QoS giữa các router đầu ra và router đầu vào. Khi router đầu ra nhận được gĩi điều khiển, nĩ sẽ tính tốn tốc độđầu ra của các gĩi In và Out được đánh dấu bởi ECN. Các router đầu ra sau đĩ sẽ điền các tham số QoS vào các trường tương ứng trong các gĩi điều khiển và gửi chúng ngược trở lại router đầu vào. Các gĩi điều khiển luơn cĩ mức ưu tiên cao nhất trong các mạng DS. Khi các router đầu vào nhận được các gĩi điều khiển phản hồi từ các router đầu ra thì nĩ sẽ chỉnh sửa tốc độ gửi trong các thơng tin QoS đặt trong các gĩi điều khiển.
Thuật tốn quản lý hàng đợi của router lõi là thuật tốn RIO, cĩ thể được xem như sự phối hợp của hai thuật tốn RED với các xác suất loại bỏ gĩi tin khác nhau cho các gĩi In và các gĩi Out. Do đĩ nĩ cũng cĩ hai bộ giá trị ngưỡng giống như trong RED: (minth(in), maxth(in) ,maxp(in)) và (minth(out) maxth(out), maxp(out)), được sử dụng cho việc tính tốn xác suất loại bỏ các gĩi In, Out. Thơng thường các tham số của các gĩi Out được thiết lập cao hơn các gĩi In để cĩ thể loại bỏ các Out trước khi cĩ bất kì một gĩi In nào bị loại bỏ. Thêm vào đĩ kích thước hàng đợi trung bình của các gĩi Out được tính tốn dựa trên cơ sở tổng các gĩi (gĩi In và các gĩi Out) trong hàng đợi. Trong khi kích thước hàng đợi trung bình của các gĩi In chỉđược tính tốn dựa trên các gĩi In.
a. Cấu trúc router đầu vào
Hình 3.14 : Cấu trúc router đầu vào
TC (Traffic Controller) : bộđiều khiển lưu lượng Rate Controller : bộđiều khiển tốc độ Traffic Classifier : bộ phân loại lưu lượng
T ra ff ic C la ss if ie r T C T C Rate Controler
QoS controller Hander
To network core router
QoS control packet from egress router
Incoming traffic from end Host
Tại các router đầu vào mạng lưu lượng đến đầu tiên sẽđược phân loại trong các tập hợp lưu lượng theo các giá trị DSCP được đánh dấu trong phần tiêu đề của gĩi tin. Mỗi tập hợp này được giám sát bởi bộ điều phối lưu lượng để đánh giá tốc độ tổ hợp lưu lượng hiện hành và phải chắc chắn rằng mỗi tổ hợp lưu lượng này sẽ khơng vượt quá tốc độ thơng tin đỉnh của nĩ. Các lưu lượng mà vượt quá tốc độ cĩ thể cho phép thì sẽ bị loại bỏ và bị đánh dấu lại để ngăn chặn việc các luồng lưu lượng này chiếm giữ tài nguyên mạng nhiều hơn tìa nguyênđã được chia sẻ. Bộ điều khiển tốc độ điều chỉnh tốc độđầu ra của bộđiều phối lưu lượng theo các tham sốđã được ấn định trong các gĩi điều khiển QoS khi nĩ được phản hồi lại từ các router đầu ra.
b. Cấu trúc router đầu ra
Về cấu trúc thì các router đầu ra tương tự như các router đầu vào. Bộ giám sát lưu lượng cĩ thểđáp ứng cho việc đánh giá tốc độ đến của các gĩi In và Out với sốđo profile TSW (Time Sliding Window - cửa sổ trượt thời gian) và ghi lại số lượng các gĩi In, Out nhận được trong suốt các khoảng thời gian đều đặn T.
Hình 3.15 : Cấu trúc router đầu ra
Thuật tốn điều khiển tốc độ gĩi In và Out cho cả router đầu vào và đầu ra
Tại mỗi khoảng thời gian T
Router cổng vào sẽ nhận các gĩi điều khiển QoS If Ns = Nr then
If ENrIn > 0 then
giảm tốc độ của các gĩi In và Out else if ENrOut > 0 then
giảm tốc độ gửi của các gĩi Out else tăng tốc độ gửi T ra ff ic cl as si fi er T C T C
QoS controller Hander
Incoming traffic from core Router
QoS control packet to ingress Router
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 3: Quản lý hàng đợi và các thuật tốn
else
giảm tốc độ gửi của cả gĩi In và Out
Kí hiệu:
Ns : số lượng các gĩi gửi tại router đầu vào Nr : số lượng các gĩi nhận được tại router đầu ra.
ENrIn : số lượng các gĩi In nhận được router đầu ra với ECN = 1 ENrOut : số lượng các gĩi Out nhận được tại router đầu ra với ECN =1 Tại router đầu vào, thuật tốn tăng đơn giản thực hiện chức năng tăng tốc độ gửi Rs:
Rs = Rs * (1+ α) 0< α < 1
Trong E2E-CCS thuật tốn giảm được sử dụng để chỉnh sửa tốc độ gửi của các gĩi In và Out tuỳ theo thơng tin điều khiển QoS nhận được. Thuật tốn giảm:
If ENrOut > 0 then Rs = RrIn + RrOut * β
Với 0 < β < 1 , RrIn và RrOut là tốc độđầu ra của các gĩi In và Out tại các router cổng ra. Và
If ENrIn > 0 or Ns ≠ Nr then
Rs = RrIn * γ
Với 0< γ < 1
3.3.6.2 Thuật tốn RIO
RED cĩ các cổng vào ra In/Out (RIO) là cơ chế AQM cơ sở phù hợp cho bộ AF PHB. RIO là phần mở rộng của RED sử dụng hai tập các tham sốđể phân biệt loại bỏ các gĩi In(In profile) và các gĩi ngồi Out(out profile). Để quyết định khi nào loại bỏ các gĩi Out thì RIO sử dụng kích thước trung bình của tổng chiều dài hàng đợi. RIO sẽ được mở rộng để xử lý n>2 precedence cho cùng một nguyên lý. Xác suất loại bỏ các gĩi của Precedence 1≤ j <n phụ thuộc vào kích thước trung bình của hàng đợi ảo chứa các gĩi cĩ Precedence từ 1 tới j. Với các gĩi cĩ mức precedence n (ví dụ là ưu tiên thấp nhất), xác suất loại bỏ các gĩi là chức năng của độ chiếm giữ trung bình của hàng đợi vật lý. Cách thức ban đầu này cịn gọi là RIO-C (RIO coupled) để phân biệt với các cách thức sau đĩ. Ví dụ WRED sử dụng kích thước hàng đợi trung bình tổng
cho tất cả precedence trong khi RIO-DC (RIO decoupled) tính tốn xác suất mất gĩi
của precedence j như một chức năng của số lượng trung bình các gĩi cĩ cùng một
Precedence. RIO-C phân biệt các gĩi theo các precedence theo 3 cách. Cách thứ nhất
sử dụng các mức ngưỡng khác nhau cho các precedence khác nhau, do đĩ các gĩi cĩ precedence thấp sẽ bị loại bỏ trước các gĩi cĩ độ ưu tiên cao hơn. Cách thứ hai là sử dụng xác suất loại bỏ tăng tại tốc độ khác nhau cho các độưu tiên khác nhau. Cách thứ 3 nằm trong tính tốn kết hợp của xác suất loại bỏ gĩi. Trên thực tế xác suất loại bỏ gĩi cĩ precedence j sử dụng số lượng trung bình các gĩi của tất cả các precedence thấp hơn. Hai cách đầu tiên dựa trên việc thiết lập đơn giản các tham số khác nhau do đĩ chúng khơng loại trừ lẫn nhau.
Bên cạnh đĩ RIO được dùng để hỗ trợ cho các bộ điều khiển tốc độ để quyết định xem nên điều chỉnh tốc độ như thế nào cho hợp lý tại các router đầu vào. Trong cơ chế E2E-CCS các router lõi giám sát hàng đợi đầu ra và đánh dấu các bit ECN trong các gĩi đến một cách ngẫu nhiên. Do đĩ điều khiển tắc nghẽn sẽđược thực hiện khi độ chiếm giữ hàng đợi trong router lõi bắt đầu đạt tới mức ngưỡng hiện thời. Bên trong mạng, tại các Router sẽ khơng cĩ sự chia sẻ lưu lượng từ phía người sử dụng trong các luồng khác nhau hoặc trong các hàng đợi. Các gĩi của tất cả các người sử dụng được tậphợp lại trong một hàng đợi. Các người sử dụng khác nhau cĩ các Profile khác nhau do họ cĩ số lượng các gĩi In trong hàng đợi khác nhau.
Thuật tốn RIO:
For arrival packet If là gĩi In
Tính tốn kích thước hàng đợi In trung bình avgin Else tính tốn kích thước hàng đợi tổng avgtotal
If là gĩi In
If minin≤ avgin < maxin Tính tốn xác suất Pin;
với Pin là xác suất loại bỏ gĩi else if maxin≤ avgin
Loại bỏ gĩi này If là gĩi Out
If minout ≤ avgtotal < maxout
Tính tốn xác suất Pout;
với Pout là xác suất loại bỏ gĩi này else if maxout≤ avgtotal
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 3: Quản lý hàng đợi và các thuật tốn
Bằng cách lựa chọn các tham số để thể hiện thuật tốn, RIO cĩ thể đối xử với các gĩi Out khác nhau tại thời điểm tắc nghẽn và ưu tiên loại bỏ gĩi khi cĩ tắc nghẽn xảy ra.
Nhìn chung mỗi khi cĩ gĩi đến router sẽ kiểm tra xem gĩi đĩ là gĩi In hay gĩi Out. Nếu là gĩi In router sẽ tính tốn avgin (kích thước hàng đợi trung bình của gĩi In), nếu nĩ là các gĩi Out, router sẽ tính tốn các avgtotal (kích thước hàng đợi trung bình của các gĩi Out). Xác suất loại bỏ các gĩi In phụ thuộc vào avgin , xác suất loại bỏ các gĩi Out phụ thuộc vào avgout.
Hoạt động của thuật tốn RIO
3 tham số minin, maxin, Pmax(in) , định nghĩa khoảng hoạt động bình thường của RIO [0 ,minin), pha thứ 2: tránh tắc nghẽn [minin , maxin) và điều khiển tắc nghẽn [maxin , ∞) đối với các gĩi In. Tương tự với các gĩi Out ta lựa chọn được các tham số: minout ,maxout , Pmax(out).
Việc phân biệt đối xử các gĩi Out được thực hiện bằng việc lựa chọn các tham số: Lựa chọn minout< minin thì router sẽ loại bỏ các gĩi Out sớm hơn nhiều so với các gĩi In. Trong pha tránh tắc nghẽn thì xác suất loại bỏ các gĩi out sẽ lớn hơn khi thiết lập Pmax(out)>Pmax(in). Thứ 3: các gĩi Out sẽ tiến tới pha điều khiển tắc nghẽn sớm hơn các gĩi In khi thiết lập maxout<<maxin. Tĩm lại RIO sẽ loại bỏ các gĩi out đầu tiên ngay khi cĩ dấu hiệu của tắc nghẽn xảy ra, và nĩ sẽ loại bỏ tồn bộ các gĩi Out khi cĩ tắc nghẽn. Trong thuật tốn RIO trên thì sử dụng avgtotal để quyết định xác suất loại bỏ các gĩi Out, router cĩ thể duy trì kích thước hàng đợi bé và khả năng thơng qua cao mà khơng ảnh hưởng tới các lưu lượng trộn trong đĩ.
Trong lược đồ điều khiển tắc nghẽn thì việc tăng hay giảm tốc độ gửi của tập hợp các luồng là một vấn đề quan trọng. Tại các router đầu vào, thuật tốn điều khiển việc tăng hay giảm các luồng lưu lượng đầu vào dựa trên các thơng tin điều khiển QoS. Tần số đưa ra quyết định này phụ thuộc vào việc thay đổi tốc độ cĩ thường xuyên hay khơng. Trong lược đồ này khi các router đầu vào nhận được các gĩi điều khiển từ router đầu ra, nĩ sẽ thay đổi tốc độ theo các chức năng quyết định và các thuật tốn tăng, giảm. Do đĩ tần số quyết định của E2E-CCS được quyết định bởi việc các router đầu vào cĩ thường xuyên gửi các gĩi điều khiển QoS hay khơng. Tần số quyết định hay T được thiết lập tới giá trị RTT ngắn nhất giữa các router đầu vào và đầu ra trong trường hợp khơng cĩ tắc nghẽn.