Loại thông số Thông số
(trong hình 4.1) Băng thông (Mbps) BW1 100 BW2 100 BW3 100 BW 0.5/1 Độ trễ (ms) DL1 1 DL2 1 DL3 1 DL 10
Kết quả mô phỏng chỉ ra rằng thông lƣợng tổng thể của Droptail thấp hơn nhiều RED và ECN trong trƣờng hợp kích thƣớc bộ đệm tại bộ định tuyến thấp. Khi tăng kích thƣớc bộ đệm tại bộ định tuyến, hiệu năng của Droptail tiến tới gần RED và ECN khi tắc nghẽn và việc mất gói tin giảm.
Nguồn 1 Nguồn 2 Nguồn 3 Đích Liên kết thắt cổ chai BW, DL BW2, DL2 BW1, DL1 BW3, DL3 Router
Hình 4. 2. Thông lượng tổng thể trong trường hợp kích thước bộ đệm là 5Kbytes
Hình 4. 3. Thông lượng tổng thể trong trường hợp kích thước bộ đệm là 30Kbytes
Tỷ lệ mất gói tin đƣợc cải thiện đáng kể khi sử dụng ECN rồi đến RED, trong khi hiệu năng của Droptail nhỏ hơn nhiều 2 phƣơng pháp này.
Hình 4. 4. Số lượng gói tin bị loại bỏ
Mức độ sử dụng băng thông tại bộ định tuyến trong trƣờng hợp kích thƣớc bộ đệm tại bộ định tuyến nhỏ thì mức độ sử dụng băng thông của RED và ECN tốt hơn Droptail. Hiệu năng của Droptail đƣợc cải thiện khi kích thƣớc bộ đệm tăng nhƣng vẫn không phù hợp vì nó liên quan đến tốc độ biến động từ các nguồn (thay đổi kích thƣớc cửa sổ tắc nghẽn do mất gói tin).
Hình 4. 5. Mức độ sử dụng băng thông tại bộ định tuyến (kích thước bộ đệm là 10Kbytes)
Hình 4. 6. Mức độ sử dụng băng thông tại bộ định tuyến (kích thước bộ đệm là 30Kbytes)
Sự thay đổi kích thƣớc cửa sổ tắc nghẽn (cwnd) tại nguồn khi thay đổi kích thƣớc bộ đệm tại bộ định tuyến đối với ECN ổn định và tối ƣu hơn so với cả RED và Droptail. Trong ECN, do việc mất gói tin giảm đáng kể nên cửa sổ
cwnd hiếm khi đi vào pha khởi đầu chậm khác với trong RED và Droptail.. Việc tăng cửa sổ cwnd một cách thống nhất cũng có nghĩa là giảm đƣợc jitter trong mạng và tài nguyên mạng đƣợc sử dụng tối ƣu hơn.
Hình 4. 8. Sự thay đổi kích thước cửa sổ (kích thước bộ đệm là 30Kbytes)
Sự thay đổi kích thƣớc hàng đợi tại nút có hiện tƣợng thắt cổ chai trong các trƣờng hợp khác nhau và các giá trị kích thƣớc bộ đệm bộ định tuyến khác nhau cho thấy RED và ECN cho những sự thay đổi tốt hơn và Droptail có mức độ sử dụng hàng đợi tại bộ định tuyến thấp hơn nhiều. Đó là bởi vì khi số lƣợng các gói tin bị loại bỏ cao, các nguồn liên tục điều tiết tốt độ gửi và hàng đợi tại bộ định tuyến
Hình 4. 9. Sự thay đổi kích thước hàng đợi tại bộ định tuyến (kích thước bộ đệm là 5Kbytes)
Hình 4. 10. Sự thay đổi kích thước hàng đợi tại bộ định tuyến (kích thước bộ đệm là 30Kbytes)
Các kết quả mô phỏng trên cho thấy, khi các điều kiện tiên quyết của mạng đƣợc đáp ứng, ECN hạn chế việc loại bỏ gói tin và vì vậy tối ƣu hóa mức độ sử dụng tài nguyên mạng và thông lƣợng dữ liệu. Droptail là ít hiệu quả nhất trong cả ba phƣơng pháp. ECN khác RED bằng việc sử dụng đánh dấu gói tin để thông báo cho các node mạng về tình trạng tắc nghẽn. Đó là một hệ thống phản hồi thông minh, thực hiện tối ƣu hóa thông lƣợng mạng và mức độ sử dụng tài nguyên trong khi giảm thiểu việc loại bỏ gói tin.
4.2. So sánh các phƣơng pháp điều khiển tắc nghẽn
Phần này thực hiện so sánh các phƣơng pháp điều khiển tắc nghẽn đã trình bày trong chƣơng 3. Các thuộc tính và chức năng chính của phƣơng pháp phản hồi tắc nghẽn tại bộ định tuyến (F)EWA, ETCP, XCP, CSFQ, FBA-TCP, QS- TCP, ECN đƣợc chỉ ra và so sánh trong Bảng 4.2 [18].
Phƣơng pháp nào đƣợc sử dụng trong mạng NGN còn tuỳ thuộc vào mức độ tƣơng thích với các giao thức truyền tải TCP và UDP trong các hệ thống đầu cuối. Ví dụ, phƣơng pháp XCP là một phƣơng pháp mạnh nhất để cải thiện hoạt động tổng thể của các mạng tốc độ cao. Tuy nhiên, XCP yêu cầu sự đáp ứng cần thiết của giao thức lớp truyền tải trong các hệ thống đầu cuối. Hơn nữa, phần tiêu đề của mỗi gói trong các bộ định tuyến XCP dƣờng nhƣ khả thi hơn các phƣơng pháp khác.
Ngƣợc lại với XCP, (F)EWA không đòi hỏi bất kỳ sự thay đổi nào ở các hệ thống đầu cuối. Nhƣng (F)EWA không mạnh bằng XCP, vì với (F)EWA cửa sổ gửi của phía gửi TCP không thể đƣợc điều khiển một cách chính xác nhƣ là XCP. ETCP có thể xem nhƣ một sự mở rộng của (F)EWA để khắc phục điều này. Cơ sở của phƣơng pháp (F)EWA và ETCP đòi hỏi định tuyến đối ít nhất là tại các bộ định tuyến có hiện tƣợng thắt cổ chai trên mạng. Nhƣng nếu điều kiện cần thiết này không đƣợc bảo đảm trên mạng thì (F)EWA có thể đƣợc thích ứng một cách dễ dàng để làm việc tiêu đề chức năng IP hoặc TCP mới.
CSFQ không cung cấp phần hồi rõ cho phía gửi. Nó đƣợc phát triển để tăng mức độ công bằng giữa các luồng trong mạng (hoặc phần mạng). Vì vậy, hiệu năng của phƣơng pháp này tăng lên ở mức hạn chế. Nhƣng FBA-TCP là một mở rộng của CSFQ có thể là ứng cử viên sáng giá cho việc cải thiện điều khiển chống tắc nghẽn trên mạng NGN. Các thiết kế của FBA-TCP cho thấy, phƣơng pháp này khả năng so sánh đƣợc với (F)EWA trong việc tăng hiệu năng của mạng. Nhƣợc điểm chính của FBA-TCP là các bộ định tuyến biên trong miền CSFQ phải lƣu thông tin trên mỗi luồng để nhãn cho các gói tin trong luồng. Sự khác biệt chính của XCP và FBA-TCP là XCP đánh nhãn các gói tin trong giao thức lớp truyền tải của hệ thông gửi đầu cuối trong khi FBA-TCP đánh nhãn các gói tin tại bộ định tuyến của miền CSFQ.
Bảng 4. 2. So sánh các phương pháp phản hồi tắc nghẽn tại bộ định tuyến.
(F)EWA ETCP XCP CSFQ FBA- TCP QS- TCP ECN Hỗ trợ các luồng TCP/UDP có/ không có/ không không/ không có/có có/ không có/ không có/ không Trong suốt đối với
phía gửi/nhận có/có không/ có không/ không có/có có/ không không/ không không/ không Định hƣớng truyền
tải thông tin mạng
một chiều
một
chiều hai chiều
một chiều một chiều một chiều một chiều Cung cấp phản hồi rõ/ẩn có/có có/có có/có không/ có có/có có/có có/có Đƣợc sử dụng để tăng/giảm tốc độ gửi không/có có/có có/có không/ có không/ có có/có không/ có
Cung cấp phản hồi
liên tục có có có có có không có
Cần trạng thái mỗi luồng tại một vài
bộ định tuyến
không không không có có không Không
Cần định tuyến đối
xứng có có không không không không Không
Có cơ chế phát
triển từng bƣớc không có không không không có Không Khả năng ứng dụng
trong mạng hiện tại có không không có có không có Độ phức tạp trong các hệ thống đầu cuối/bộ định tuyến thấp/trun g bình thấp/tru ng bình thấp/cao thấp/ca o thấp/ cao thấp/ trung bình thấp/ trung bình Hiệu năng mong
muốn tăng so với TCP chuẩn
(+)++ ++++ +++++ ++ +++ + +
Có thể thấy mỗi phƣơng pháp có những ƣu nhƣợc điểm riêng của nó, tuy nhiên nếu căn cứ vào các tiêu chí áp dụng cho mạng NGN, ta có thể thấy đƣợc hầu hết các phƣơng pháp còn dựa trên nguyên lý điều khiển chống tắc nghẽn tuyến tính truyền thống, cụ thể là tăng cộng - giảm nhân. Duy có XCP có đề xuất theo hƣớng sử dụng tăng nhân - giảm nhân nhằm tăng tốc độ truyền dữ liệu và tận dụng hiệu quả tài nguyên. Rõ ràng nguyên lý điều khiển tuyến tính không còn đáp ứng đầy đủ để thể hiện đặc tính động của mạng, sự biến thiên của lƣu lƣợng trong mạng NGN với những ứng dụng đa phƣơng tiện và các ứng dụng mới. Phần sau phân tích rõ hơn về khả năng ứng dụng của các phƣơng pháp trên trong môi trƣờng mạng NGN toàn IP.
4.3. Khả năng ứng dụng của các phƣơng pháp điều khiển tắc nghẽn trong
môi trƣờng mạng NGN toàn IP
Trọng tâm của phần này là khả năng ứng dụng của các phƣơng pháp phản hồi tắc nghẽn tại bộ định tuyến trong môi trƣờng mạng NGN toàn IP. Phần này giới thiệu khả năng và bằng cách nào các phƣơng pháp này có thể đƣợc triển khai (một cách dần dần) vào mạng NGN toàn IP để cải thiện hoạt động của
mạng. Ngoài ra, còn giải thích khả năng và bằng cách nào các phƣơng pháp phản hồi tắc nghẽn tại bộ định tuyến này có thể giải quyết với các cơ chế bảo mật của IPSec [18, 19].
Các khía cạnh tiếp theo đƣợc xem xét là:
- Một vài trong số các phƣơng pháp phản hồi tắc nghẽn yêu cầu các thuộc tính và có sự thay đổi trong các bộ định tuyến và/hoặc các hệ thống đầu cuối. Những yêu cầu nào có thể đƣợc đáp ứng dễ dàng, và những yêu cầu nào thì khó có thể đƣợc thực hiện trong môi trƣờng mạng hiện nay. Khía cạnh này cũng bao gồm xem xét mức độ phức tạp của phƣơng pháp phản hồi tắc nghẽn yêu cầu tại các bộ định tuyến và/hoặc hệ thống đầu cuối
- Có thể triển khai các phƣơng pháp phản hồi chống tắc nghẽn dần dần trong môi trƣờng mạng hiện nay đƣợc hay không. Nếu có thì phải xem xét thêm các nội dung sau:
+ Mức độ ảnh hƣởng trong việc tăng hiệu năng mong muốn của phƣơng pháp điều khiển nếu chỉ một vài bộ định tuyến đƣợc trang bị chức năng phản hồi tắc nghẽn.
+ Đối với một phƣơng pháp phản hồi tắc nghẽn, cần xem xét chiến lƣợc nào đƣợc sử dụng để lựa chọn các bộ định tuyến đƣợc trang bị trƣớc tiên các chức năng phản hồi tắc nghẽn mới của phƣơng pháp phản hồi tắc nghẽn đó.
+ Ngoài ra, xem xét phƣơng pháp phản hồi tắc nghẽn nào phù hợp với triển khai trên một phần của mạng, ví dụ mạng của một nhà cung cấp, nhằm cải thiện khả năng điều khiển tắc nghẽn ít nhất là trong các phần mạng này.
Một khía cạnh đáng quan tâm khác là liệu và bằng cách nào một phƣơng pháp phản hồi chống tắc nghẽn có thể giải quyết các cơ chế bảo mật đang tồn tại, ví dụ cơ chế bảo mật IPSec. Trong IPSec, có hai chế độ hoạt động khác nhau:
+ Trong chế độ truyền thông (transport mode) của IPsec, phần tải của gói tin IP đƣợc mã hoá. Chế độ này cung cấp một sự truyền tải bảo mật giữa hai hệ thống đầu cuối. Trong trƣờng hợp này, các bộ định tuyến trung gian không thể đọc hoặc ghi các trƣờng trong phần tiêu đề TCP.
+ Trong chế độ đƣờng hầm (tunnel mode) của IPsec, toàn bộ gói tin IP đƣợc mã hoá nhƣ tải của một gói tin IP mới. Chế độ này cung cấp một cơ chế truyền tải bảo mật của các gói IP giữa hai bộ định tuyến. Trong trƣờng hợp này, một bộ định tuyến trung gian không thể xác định đƣợc có bao nhiêu luồng gói
khác nhau đƣợc truyền trong một đƣờng hầm. Ngoài ra, các bộ định tuyến trung gian lại không thể đọc hoặc ghi các trƣờng trong phần tiêu đề TCP đƣợc truyền tải trong các luồng IP.
4.3.1. (F)EWA
(F)EWA có thể chỉ có thể làm việc nếu các phân đoạn TCP và các báo nhận TCP đi qua cùng các bộ định tuyến có khả năng (F)EWA trong mạng. Vì vậy, cả hai phƣơng pháp này chỉ có thể triển khai trong môi trƣờng mạng hiện tại nếu các gói tin IP đƣợc định tuyến đối xứng trong mạng. Bộ định tuyến có khả năng (F)EWA cần phải có khả năng giảm cửa sổ nhận thông báo trong báo nhận TCP để thông báo đến phía gửi TCP về trọng tải hiện tại của bộ định tuyến. Vì vậy, (F)EWA không thể đƣợc triển khai trên mạng Internet hiện tại nếu các kết nối TCP đƣợc mã hoá sử dụng chế độ truyền IPSec.
Ƣu điểm chính của (F)EWA đƣợc so sánh với các phƣơng pháp phản hồi tắc nghẽn tại bộ định tuyến khác là (F)EWA có thể đƣợc triển khai từng bƣớc trên mạng. Nếu triển khai thành công, tức là, các bộ định tuyến có hiện tƣợng thắt cổ chai trong mạng đƣợc trang bị ban đầu có khả năng (F)EWA, thì hiệu năng mong muốn tăng lên của (F)EWA sẽ không bị giảm đi. Ngoài ra, mức độ phức tạp của thuật toán (F)EWA trong các bộ định tuyến thấp, có thể so sánh với XCP.
4.3.2. ETCP
Khả năng ứng dụng của ETCP phụ thuộc vào việc triển khai của (F)EWA trong tất cả các bộ định tuyến hoặc tối thiểu là tại bộ định tuyến thắt cổ chai trên mạng. Vì vậy, khả năng ứng dụng của (F)EWA trong các bộ định tuyến IP hiện nay và sự truyền tải thông tin điều khiển tắc nghẽn của (F)EWA từ các bộ định tuyến đến các hệ thống đầu cuối đều có giá trị cho ETCP.
Một nhƣợc điểm của ETCP phiên bản hiện nay so với các phƣơng pháp khác (ví dụ QS-TCP) là phía gửi có khả năng ETCP không thể kiểm tra liệu các bộ định tuyến trên mạng có đƣợc trang bị khả năng (F)EWA hay không. Vì vậy không thể triển khai ETCP ở phía gửi trong mạng nếu không phải tất cả bộ định tuyến thắt cổ chai đƣợc trang bị (F)EWA. Nhƣng với các cơ chế tƣơng tự nhƣ sử dụng trong QS-TCP thì nó có thể cung cấp cho phía gửi ETCP các đặc điểm để phát hiện liệu các bộ định tuyến có đƣợc trang bị các khả năng (F)EWA và có chấp nhận cửa sổ nhận thông báo mới nằm trong báo nhận TCP hay không.
Do ETCP đòi hỏi các thay đổi nhỏ nhƣng cơ bản trong thuật toán điều khiển chống tắc nghẽn của phía gửi TCP, khó để có thể triển khai một cách toàn
diện phƣơng pháp phản hồi tắc nghẽn tại bộ định tuyến này trong các mạng trên cơ sở IP hiện nay. Nhƣng phía gửi TCP có thể đƣợc cập nhật dần dần các chức năng mới sau khi tất cả các bộ định tuyến trong mạng đƣợc trang bị FEWA.
4.3.3. XCP
Mặc dù XCP là một trong các phƣơng pháp hứa hẹn nhất trong số các phƣơng pháp phản hồi tắc nghẽn tại bộ định tuyến nhƣng sự triển khai của XCP trong các mạng trên cơ sở IP hiện nay gặp khó khăn, bởi vì các hệ thống đầu cuối và các bộ định tuyến cần phải đƣợc trang bị các thuật toán điều khiển tắc nghẽn mới XCP. Đặc biệt, độ phức tạp của các thuật toán điều khiển tắc nghẽn XCP trong các bộ định tuyến dƣờng nhƣ cao hơn so với các phƣơng pháp phản hồi tắc nghẽn tại bộ định tuyến khác.
Về lý thuyết, XCP có thể đƣợc triển khai một cách hoàn toàn trong mạng trên cơ sở IP. Hai trƣờng hợp cần phải phân biệt là:
- Một vài bộ định tuyến và phía nhận không có khả năng XCP
- Một sự đan xen của các kết nối XCP và non-XCP cùng tồn tại trong mạng.
Trong trƣờng hợp đầu tiên, phía gửi XCP cần phải kiểm tra xem tất cả các bộ định tuyến và phía nhận có khả năng XCP. Điều này có thể đƣợc thực hiện bằng cách sử dụng các cơ chế TCP và IP đang tồn tại. Nếu ít nhất một trong số các bộ định tuyến không có khả năng XCP thì phía gửi không thể sử dụng giao thức XCP và phải chuyển sang một giao thức truyền tải thích hợp nhƣ TCP. Đối với trƣờng hợp thứ hai, một bộ định tuyến có khả năng XCP có thể điều khiển khá tốt cả hai loại lƣu lƣợng. Để làm đƣợc điều đó một bộ định tuyến có khả năng XCP cần phải phân biệt giữa lƣu lƣợng XCP và lƣu lƣợng non-XCP và xếp hàng chúng riêng biệt. Sau đó các gói tin trong cả hai hàng đợi đƣợc xử lý sao cho các luồng XCP từ một hàng đợi đạt đƣợc băng thông trung bình nhƣ là các luồng non-XCP từ hàng đợi kia. Vì vậy, việc triển khai dần dần XCP trong môi trƣờng các mạng trên cơ sở IP hiện nay vẫn còn là một vấn đề thách thức.