Trong chƣơng trƣớc đã trình bày về phƣơng pháp điều khiển tắc nghẽn RED và ECN. Trong đó, ECN là một trong các phƣơng pháp điều khiển tắc nghẽn trong mạng IP đã đƣợc mô tả trong chƣơng trƣớc. Ý tƣởng cơ bản của kỹ thuật thông báo tắc nghẽn hiện ECN là hỗ trợ các bộ định tuyến gửi các thông tin liên quan đến tắc nghẽn lại phía gửi để phía gửi điều chỉnh tốc độ gửi dữ liệu nhằm tránh tắc nghẽn xảy ra. Còn RED thực hiện phát hiện tắc nghẽn và loại bỏ gói tin ngẫu nhiên từ bộ đệm, sử dụng độ chiếm dụng trung bình của hàng đợi nhƣ là một tham số để điều khiển tắc nghẽn.
Droptail là một kỹ thuật nguyên thủy của quản lý hàng đợi. Droptail đƣợc sử dụng để quyết định khi nào thực hiện loại bỏ các gói tin. Khác với RED, trong Droptail lƣu lƣợng không có sự khác biệt. Các gói tin đƣợc đối xử nhƣ nhau. Bộ định tuyến sẽ lƣu trữ các gói tin gửi đến trong một hàng đợi của bộ nhớ cho đến khi nó có thể đƣợc xử lý theo nguyên tắc FIFO (vào trƣớc, xử lý trƣớc). Khi các gói tin gửi đến nhanh hơn là chúng đƣợc chuyển đi thì hàng đợi sẽ dài ra và ngƣợc lại, khi các gói tin chuyển đến chậm hơn thì hàng đợi thu ngắn lại. Nhƣng vì bộ nhớ là hữu hạn, hàng đợi không thể dài ra quá giới hạn cho phép. Vì vậy, phần mềm của bộ định tuyến sử dụng cơ chế cắt bớt phần đuôi để quản lý hàng đợi bị tràn. Tắc nghẽn không đƣợc phát hiện bởi giải thuật Droptail cho đến khi hàng đợi đầy. Một khi nguồn phát hiện mất gói tin, chúng sẽ giảm tốc độ phát và tốc độ gói tin đến hàng đợi là nhỏ nhất so với dung lƣợng của liên kết và sự ứ đọng gói tin tại hàng đợi giảm. Sau đó, khi các bộ đệm không còn đầy nữa, tín hiệu phản hồi không tắc nghẽn đƣợc tạo ra bằng giải thuật Droptail và tốc độ nguồn tăng cho đến khi không còn hiện tƣợng quá tải.
Phần sau giới thiệu chƣơng trình và kết quả mô phỏng đã đƣợc thực hiện bởi Dr. Subarna Shakya và Anup Sainju trong [10] để so sánh hiệu năng của các gói tin ECN so với các phƣơng pháp khác nhƣ Droptail và RED. Đây là 3 phƣơng pháp cơ bản từ phƣơng pháp đơn giản nhất là Droptail (dựa trên cơ sở quản lý hàng FIFO) đến các phƣơng pháp phức tạp hơn nhƣ RED (sử dụng phản hồi ẩn) và ECN (sử dụng phản hồi rõ).
Mục đích của mô phỏng là để thấy rõ hơn các lợi thế và hạn chế của kỹ thuật này, phân tích hiệu năng của ECN nhƣ một kỹ thuật điều khiển tắc nghẽn
tác động trƣớc. Kết quả của mô phỏng đã chỉ ra rằng, ECN hạn chế việc loại bỏ các gói tin và vì vậy tối ƣu hóa sử dụng tài nguyên mạng và thông lƣợng dữ liệu. Phần mềm mô phỏng mạng NS2 (Network Simulation 2) đã đƣợc sử dụng để thực hiện mô phỏng nhƣ kịch bản mô phỏng trong Hình 4.1. Trong quá trình mô phỏng, hiệu năng của các thông số khác nhau bao gồm mức độ loại bỏ gói tin, sự biến đổi kích thƣớc cửa sổ, kích thƣớc hàng đợi và thông lƣợng đã đƣợc phân tích, đánh giá.
Hình 4. 1. Mô hình mạng sử dụng trong mô phỏng
Bảng 4. 1. Các thông số độ trễ và băng tần mô phỏng
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.