2.2 Cỏc cơ chế xếp lịch cho gúi tin
2.2.7.1 Xếp hàng cụng bằng cú trọng số phõn tỏn DWFQ theo ToS
DWFQ theo ToS là một WFQ theo loại. Hai bớt mức thấp của cỏc bớt mức ƣu tiờn IP đƣợc dựng để lựa chọn hàng đợi. Chỉ cú bốn khả năng hàng đợi. Bảng 2-6
liệt kờ cỏc loại dựa vào cỏc bớt mức ƣu tiờn IP trong ToS.
Bảng 2-6: Phõn loại theo ToS
IP Precedence Bits ToS Class Bits ToS Class Assigned
000 00 0 001 01 1 010 10 2 011 11 3 100 00 0 101 01 1 110 10 2 111 11 3 2.2.7.2 Xếp hàng cụng bằng cú trọng số phõn tỏn DWFQ theo nhúm QoS
Ngoài DWFQ theo ToS, ta cú thể cấu hỡnh DWFQ theo nhúm QoS .
Nhúm QoS là một số đƣợc gỏn cho một gúi khi gúi đú đỏp ứng một số tiờu chớ nhất định. Cần chỳ ý rằng nhúm QoS là một nhón nội bộ của bộ định tuyến và khụng phải là trƣờng trong gúi IP, khụng giống nhƣ mức ƣu tiờn IP.
2.2.8 Xếp hàng ƣu tiờn (Priority Queuing – PQ)
Xếp hàng ƣu tiờn cú bốn hàng đợi nhỏnh đầu ra- loại cao, loại trung, loại bỡnh thƣờng, loại thấp – theo thứ tự ƣu tiờn giảm dần. Ngƣời quản trị mạng cú thể phõn loại cỏc luồng vào bất kỳ loại nào trong bốn loại của hàng đợi. Cỏc gúi cú mức hàng đợi ƣu tiờn cao nhất sẽ đƣợc truyền trƣớc. Khi hàng đợi đú trống, lƣu lƣợng trờn hàng đợi ƣu tiờn cao nhất tiếp theo đƣợc truyền và đƣợc tiếp tục nhƣ thế. Khụng cú một gúi nào cú mức ƣu tiờn trung bỡnh đƣợc truyền nếu cỏc gúi cú mức ƣu tiờn cao đang chờ để đƣợc truyền.
Hàng đợi ƣu tiờn dành cho cỏc mụi trƣờng nơi dữ liệu quan trọng cần đƣợc phõn loại với mức ƣu tiờn cao nhất, ngay cả khi điều đú nghĩa là cỏc luồng mức
ƣu tiờn thấp sẽ bị chiếm hết tài nguyờn khi cú sự tắc nghẽn. Trong suốt thời gian tắc nghẽn, dữ liệu quan trọng cú thể chiếm tới 100% dải thụng. Nếu cỏc lƣu lƣợng với mức độ ƣu tiờn cao cú dải thụng băng hoặc lớn hơn tốc độ đƣờng truyền trong một khoảng thời gian, xếp hàng ƣu tiờn luụn luụn để cỏc lƣu lƣợng ƣu tiờn cao nhất đi trƣớc lƣu lƣợng ƣu tiờn tiếp theo, và trong truờng hợp tệ nhất, làm rớt cỏc lƣu lƣợng điều khiển quan trọng.
Xếp hàng ƣu tiờn đƣợc thực hiện để phõn loại cỏc gúi vào cỏc hàng đợi ƣu tiờn dựa vào giao diện đầu vào, danh sỏch truy nhập IP đơn giản và mở rộng, kớch thƣớc gúi và ứng dụng.
Chỳ ý rằng cỏc lƣu lƣợng khụng đƣợc phõn loại, là cỏc loại khụng rơi vào bất kỳ cỏc mức ƣu tiờn nào trong bốn mức, sẽ đƣợc đi đến hàng đợi bỡnh thƣờng. Cỏc gúi cú cựng mức ƣu tiờn sẽ đƣợc truyền kiểu FIFO.
2.2.9 Xếp hàng tuỳ biến (Custom Queuing-CQ)
Trong khi hàng đợi ƣu tiờn cú khả năng đảm bảo toàn bộ dải thụng cho việc truyền cỏc dữ liệu quan trọng, hy sinh cỏc dữ liệu ƣu tiờn thấp thỡ xếp hàng tuỳ biến đảm bảo một dải thụng tối thiểu cho mỗi loại lƣu lƣợng.
Kỹ thuật dành trƣớc dải thụng này phục vụ từng hàng đợi khụng trống lần lƣợt theo kiểu round-robin, truyền số phần trăm lƣu lƣợng theo cài đặt trờn mỗi hàng. Xếp hàng tuỳ biến đảm bảo rằng cỏc số liệu quan trọng luụn luụn đƣợc dành trƣớc phần trăm dải thụng nhất định, trong khi đú vẫn đảm bảo một thụng lƣợng biết trƣớc cho cỏc lƣu lƣợng khỏc. Ta cú thể coi xếp hàng tuỳ biến giống nhƣ CBWFQ với rất nhiều chi tiết cấu hỡnh.
Ta cú thể phõn loại lƣu lƣợng thành 16 hàng đợi. Ngoài 16 hàng đú ra là hàng 0 đặc biệt, đƣợc gọi là hàng đợi hệ thống. Hàng đợi hệ thống chứa cỏc gúi mức ƣu tiờn cao, nhƣ cỏc gúi quan trọng và cỏc gúi điều khiển. Lƣu lƣợng ngƣời sử dụng khụng thể phõn loại vào hàng đợi này.Xếp hàng tuỳ biến đƣợc dựng để phõn loại cỏc gúi IP vào một trong bất kỳ 16 hàng đợi dựa vào giao diện đầu vào, danh sỏch địa chỉ truy nhập IP cơ bản và mở rộng, kớch thƣớc của gúi, và byte ứng dụng.
Một sử dụng phổ biến của xếp hàng tuỳ biến là đảm bảo một dải thụng nhất định cho một số vị trớ đƣợc lựa chọn bởi một danh sỏch truy nhập. Để phõn phối dải thụng đến cỏc hàng khỏc nhau, ta phải xỏc định số đếm byte cho mỗi hàng đợi.
Số đếm byte đƣợc sử dụng nhƣ thế nào trong Xếp hàng tuỳ biến
Trong xếp hàng tuỳ biến, bộ định tuyến gửi cỏc gúi từ hàng đợi cụ thể cho đến khi số đếm byte bị vƣợt quỏ. Ngay cả sau khi số đếm byte bị vƣợt quỏ, thỡ gúi hiện tại vẫn tiếp tục đƣợc truyền cho đến hết. Do đú, nếu ta thiết lập số đếm byte đến 100 bytes và kớch thƣớc gúi theo giao thức tớn hiệu khoảng 1024 bytes, mỗi khi hàng đợi này đuợc phục vụ,1024 bytes đƣợc gửi chứ khụng phải 100 bytes.
Giả sử rằng một giao thức cú kớch thƣớc gúi 500-byte, giao thức khỏc cú kớch thƣớc gúi 300 byte, và giao thức thứ 3 cú kớch thƣớc gúi 100 byte. Nếu ta muốn phõn chia dải thụng đều nhau cho tất cả ba giao thức, ta phải chọn cỏc số đếm byte 200, 200 và 200 cho mỗi hàng đợi. Cấu hỡnh này tuy vậy khụng cho kết quả là cỏc tỉ lệ 33/33/33. Khi bộ định tuyến phục vụ hàng đợi đầu tiờn, nú gửi một gúi đơn kớch thƣớc500-byte, khi phục vụ hàng đợi thứ 2, nú gửi một gúi kớch thƣớc 300-byte và khi nú phục vụ hàng đợi thứ3, nú gửi hai gúi kớch thƣớc 100 byte. Tỉ lệ băng thụng là 50/30/20. Do vậy cài đặt số đếm byte quỏ thấp cú thể đƣa đến kết quả cấp phỏt dải thụng khụng theo dự định.
Số đếm byte lớn lại sinh ra phõn bố “nhỏt gừng”. Cú nghĩa là, nếu ta chỉ định 10KB, 10KB, và 10KB cho 3 hàng đợi trong vớ dụ trờn, mỗi giao thức đƣợc thực hiện tốt khi hàng đợi của nú đang đƣợc phục vụ, nhƣng phải mất một thời gian dài trƣớc khi hàng đợi đú đƣợc phục vụ lại. Một giải phỏp tốt hơn là đƣa ra số đếm byte 500, 600, và 500 cho mỗi hàng đợi. Cấu hỡnh này đƣa ra tỉ lệ 31:38:31, tỉ lệ này cú thể chấp nhận đƣợc.
Để phục vụ cỏc hàng đợi đỳng thời gian, và để chắc chắn rằng phõn bổ dải thụng theo cấu hỡnh càng gần với phõn bổ dải thụng cần thiết càng tốt, ta phải xỏc định số đếm byte dựa vào kớch thƣớc gúi giao thức. Nếu khụng phần trăm tỉ lệ cú thể sẽ khụng đỳng theo ta đó lập cấu hỡnh.
Chỳ ý
Mặc dự xếp hàng tuỳ biến cho phộp dành trƣớc dải thụng theo loại lƣu lƣợng, CBWFQ cũng vậy nhƣng cú nhiều ƣu điểm hơn so với xếp hàng tuỳ biến. Đú là:
- Cài đặt CBWFQ dễ dàng hơn nhiều và trực tiếp hơn so với kớch hoạt xếp hàng tuỳ biến để cấp phỏt dải thụng.
- RSVP dựa vào CBWFQ cho việc cấp phỏt dải thụng.
- Với CBWFQ, ta cú thể ứng dụng cỏc chớnh sỏch loại bỏ gúi nhƣ RED(Random Early Detection) trờn mỗi loại lƣu lƣợng, và cú thể cấp phỏt dải thụng tối thiểu.
- Khụng bị giới hạn bởi 16 hàng đợi. CBWFQ hỗ trợ 64 loại.
2.2.10Cỏc cơ chế xếp lịch cho lƣu lƣợng thoại
Lƣu lƣợng thoại yờu cầu độ trễ và trƣợt nhỏ nhất để bờn nhận cú thể phõn biệt đƣợc. Dự cỏc kỹ thuật CBWFQ và xếp hàng tuỳ biến cú thể đảm bảo dải thụng cho thoại, chỳng khụng thể cung cấp giới hạn jitter cú thể chấp nhận cho tớn hiệu thoại. Tớn hiệu thoại đũi hỏi dải thụng khỏ thấp (Thụng thƣờng là 64kb) nhƣng đũi hỏi nghiờm ngặt về độ trễ và jitter. Vỡ vậy CBWFQ và xếp hàng tuỳ biến đƣợc thay đổi để thực hiện hàng đợi ƣu tiờn chớnh xỏc để truyền tớn hiệu thoại và bằng cỏch đú giảm đƣợc đỏng kể trễ và jitter cho lƣu lƣợng thoại. Một hàng đợi ƣu tiờn chớnh xỏc đƣợc gọi là hàng đợi trễ thấp (low latency queue).
Ngoài cỏc tớn hiệu thoại, ta cú thể sử dụng cỏc hàng đợi ƣu tiờn chớnh xỏc để mang cỏc lƣu lƣợng thời gian thực khỏc, cỏc lƣu lƣợng ứng dụng đũi hỏi độ trễ thấp.
2.2.10.1 WFQ theo loại với hàng đợi ƣu tiờn (PQ-CBWFQ)
CBWFQ với một hàng đợi ƣu tiờn giỳp cho cơ chế xếp lịch cung cấp một nguyờn lý hàng đợi ƣu tiờn chớnh xỏc cho lƣu lƣợng đũi hỏi trễ thấp, nhƣ tớn hiệu thoại, và cung cấp cơ chế xếp lịch CBWFQ để cú thể phõn loại và đảm bảo dải thụng giữa cỏc loại lƣu lƣợng khỏc nhau. CBWFQ với một hàng đợi ƣu tiờn đƣợc gọi là xếp hàng trễ thấp (low latency queuing- LLQ).
Một hàng đợi tớn hiệu thoại ƣu tiờn trong CBWFQ cung cấp một hàng đợi ƣu tiờn đơn hoạt động giống nhƣ hàng đợi mức ƣu tiờn cao đó bàn ở phần hàng đợi ƣu tiờn PQ. Cỏc hàng đợi cũn lại là cỏc hàng đợi CBWFQ (một hàng đợi cho một loại lƣu lƣợng) cho phộp phõn biệt và đảm bảo dải thụng giữa cỏc hàng đợi dựa vào trọng số đƣợc cấu hỡnh hoặc dải thụng cấp phỏt cho mỗi hàng.
Một hàng đợi ƣu tiờn bận cú khả năng dựng hết tài nguyờn trờn một giao diện, làm cho thụng số hoạt động của cỏc hàng đợi CBWFQ thấp hơn mong đợi. Để làm giảm bớt vấn đề này, ngƣời sử dụng cú thể cài đặt dải thụng lớn nhất mà theo đú lƣu lƣợng phục vụ hàng đợi ƣu tiờn đƣợc kiểm soỏt. Nếu lƣu lƣợng vƣợt quỏ dải thụng cực đại đó thiết lập, tất cả lƣu lƣợng thừa bị loại bỏ. Chỳ ý rằng cỏch khống chế này khụng phải luụn là cỏch đỳng, vỡ nú dựa vào dải thụng chứ khụng dựa vào tớnh chất cuộc gọi thoại.
Tổng của dải thụng cho hàng đợi ƣu tiờn và hàng đợi CBWFQ khụng cho phộp quỏ 75% của dải thụng giao diện. Điều này đƣợc quy định để cung cấp chỗ cho lƣu lƣợng khụng phõn loại khỏc và túm lƣợc đúng gúi lớp 2. Tuy nhiờn sử dụng lệnh max-reserved-bandwidth ta cú thể thay đổi dải thụng dành trƣớc tối đa.
Ngay cả với cỏc hàng đợi ƣu tiờn trong CBWFQ, hệ thống hàng đợi khụng thể phục vụ và truyền một gúi thoại đến mụt hàng đợi mức ƣu tiờn trống ngay lập tức vỡ nú cần hoàn thành việc xếp lịch cho cỏc gúi đang phục vụ và truyền nú trờn đƣờng dõy. Cỏc gúi thoại cú kớch thƣớc nhỏ, nhƣng cỏc kớch thƣớc cỏc gúi dữ liệu trong cỏc hàng CBWFQ thƣờng lớn. Kớch thƣớc cỏc gúi càng lớn thỡ càng dễ gõy ra trễ cho lƣu lƣợng thoại.
Trễ này càng dễ cảm nhận đƣợc trờn cỏc giao diện tốc độ thấp. Để giảm trễ lƣu lƣợng thoại, Phõn mảnh Multilink point to point (MLPP) cần đƣợc cấu hỡnh cho giao diện tốc độ thấp để phõn mảnh cho cỏc gúi dữ liệu lớn, làm sao để ta cú thể chốn vào cỏc gúi thoại nhỏ giữa dữ liệu phõn mảnh của gúi dữ liệu lớn.
Chỳ ý
Ta cú thể cho phộp hàng đợi ƣu tiờn thoại trong cựng với CBWFQ, hoặc với WFQ theo từng luồng.
2.2.10.2 Xếp hàng tuỳ biến với cỏc hàng đợi ƣu tiờn (PQ-CQ)
Xếp hàng tuỳ biến đƣợc sử dụng để cấp phỏt dải thụng giao diện tối thiểu cho một loại lƣu lƣơng nhất định. Mặc dự xếp hàng tuỳ biến cú thể cho sự đảm bảo về dải thụng, nú vẫn cú thể gõy nờn trễ lớn khụng thể chấp nhận cho hàng đợi với tớn hiệu thoại hoặc lƣu lƣợng nhạy với trễ khỏc, vỡ nú cần phải đợi trong khi cỏc hàng đợi khỏc đƣợc phục vụ dựa vào sự cấp phỏt cỏc số đếm byte của chỳng.
Để phục vụ lƣu lƣợng thoại với trễ nhỏ nhất, ta cú thể thay đổi một vài hoặc tất cả cỏc hàng đợi tuỳ biến của cơ chế xếp lịch xếp hàng tuỳ biến bỡnh thƣờng để hoạt động nhƣ cỏc hàng đợi ƣu tiờn, tƣơng tự nhƣ hàng đợi ƣu tiờn của kỹ thuật xếp hàng ƣu tiờn.
Xếp hàng tuỳ biến hỗ trợ lờn đến 16 hàng đợi trờn một giao diện. Đễ hỗ trợ cỏc hàng đợi ƣu tiờn, một trong 16 hàng cú thể đƣợc thiết lập là hàng đợi tuỳ biến thấp nhất. Điều đú làm thay đổi tất cả cỏc hàng đợi trƣớc khi hàng đợi tuỳ biến thấp nhất thành hàng đợi ƣu tiờn.Vớ dụ nhƣ nếu hàng đợi 6 đƣợc cấu hỡnh nhƣ một hàng đợi tuỳ biến thấp nhất, cỏc hàng 1-5 hoạt động nhƣ hàng đợi ƣu tiờn và hàng đợi 6-16 hoạt đụng nhƣ hàng đợi tuỳ biến. Hàng đợi 1-5 cú mức độ ƣu tiờn giảm dần. Hàng 1 cú mức độ ƣu tiờn cao nhất, hàng 5 mức độ ƣu tiờn thấp nhất.
Nếu một hàng đợi tuỳ biến đang đƣợc phục vụ khi cỏc hàng đợi ƣu tiờn trống, một gúi mới đến trong hàng đợi ƣu tiờn cần đợi cho đến khi hàng đợi tuỳ biến đƣợc phục vụ tựy theo số đếm byte đƣợc cấp phỏt.Vỡ vậy cỏc số đếm byte cần đƣợc giữ thấp để trỏnh trễ lớn cho cỏc gúi ƣu tiờn.
2.2.11Xếp hàng sử dụng thuật toỏn Round-Robin
Một cơ chế xếp lịch đỳng đắn cho một router phụ thuộc vào cấu trỳc chuyển mạch của nú. WFQ là một thuật toỏn dựng để cấp phỏt tài nguyờn trờn cỏc thiết bị router của Cisco với cấu trỳc bus. Cỏc platform của Cisco sử dụng ma trận chuyển mạch cho chuyển mạch gúi thƣờng sử dụng thuật toỏn xếp lịch nào thớch hợp với cấu trỳc đú. Cụ thể, họ chuyển mạch Catalyst và cỏc router 8540 sử dụng thuật toỏn Round Robin theo trọng số cải tiến Modified Weighted Round Robin
(MWRR), và dũng router Cisco 12000 dựng thuật toỏn Round Robin khấu trừ cải tiến Modified Deficit Round Robin (MDRR). Cả hai thuật toỏn MWRR và MDRR đều cú kỹ thuật xếp lịch tƣơng tự nhƣ WFQ vỡ chỳng cựng mụ phỏng Generalized Processor Sharing (GPS).
Hai phần tiếp theo sẽ trỡnh bày cụ thể về cỏc thuật toỏn MWRR và MDRR.
2.2.11.1 Round Robin theo trọng số cải tiến (Modified Weighted Round Robin - MWRR) Robin - MWRR)
Xếp lịch round-robin phục vụ lƣu lƣợng theo gúi chứ khụng phải theo một lƣợng nhỏ từ mỗi hàng đợi khụng trống. Đú là cỏch đơn giản nhất để mụ phỏng GPS. Nú thể hiện chớnh xỏc bộ xếp lịch GPS nếu tất cả cỏc gúi đều cú chung kớch thƣớc. Round-robin theo trọng số là một kỹ thuật xếp lịch mở rộng, trong đú từng luồng đƣợc gỏn một trọng số. WRR phục vụ một luồng theo tỷ lệ với trọng số của nú.
Xếp lịch WRR rất thớch hợp khi sử dụng ma trận chuyển mạch ATM cho bộ chuyển mạch. Ở trong đú, ma trận chuyển mạch xử lý cỏc gúi thành cỏc tế bào (cell), và WRR đƣợc dựng để xếp lịch cỏc tế bào trong cỏc hàng đợi. WRR thực chất là round-robin theo tế bào, và trọng số xỏc định bao nhiờu tế bào đƣợc xếp lịch trong mỗi lƣợt round-robin. Do vậy, mỗi hàng đợi chia xẻ băng thụng giao tiờp theo tỷ lệ với trọng số, độc lập với cỏc kớch thƣớc của gúi tin.
Nhƣng ta chỉ cú thể xếp lịch cỏc gúi, chứ khụng phải cỏc tế bào. Vỡ vậy, tất cả cỏc tế bào của cựng một gúi đƣợc phục vụ trong cựng một lƣợt, ngay cả khi ta cần mƣợn trƣớc một số trọng số. Để hỗ trợ cỏc gúi cú kớch thƣớc thay đổi, MWRR sử dụng bộ đếm khấu trừ ở từng hàng đợi WRR. Do vậy MWRR cũng cú đƣợc một số đặc điểm của thuật toỏn round-robin khấu trừ (DRR).
Trƣớc khi một hàng đƣợc phục vụ, bộ đếm khấu trừ của nú đƣợc khởi tạo bằng giỏ trị trọng số của hàng đợi. Một gúi từ một hàng đợi đƣợc xếp lịch chỉ khi bộ đếm khấu trừ lớn hơn 0. Sau khi phục vụ một gúi cú kớch thƣớc n tế bào, bộ đếm sẽ bị trừ đi n. Cỏc gúi đƣợc xếp lịch chừng nào bộ đếm cũn lớn hơn 0. Nếu khụng, ta chuyển tới hàng tiếp theo. Trong mỗi vũng tiếp theo, bộ đếm khấu trừ
đƣợc tăng lờn thờm trọng số của hàng đợi. Nếu bộ đếm khấu trừ vẫn nhỏ hơn 0 thỡ khụng gúi nào đƣợc xếp lịch. Đến khi nào bộ đếm trở nờn lớn hơn 0 thỡ cỏc gúi mới đƣợc xếp lịch. Sau khi phục vụ một gúi, bộ đếm khấu trừ lại giảm đi giỏ tri bằng số tế bào trong gúi. Nhờ sử dụng bộ đếm khấu trừ, về dài hạn, MWRR làm việc độc lập với cỏc kớch thƣớc của gúi thay đổi.
Hỡnh 2-15 Cỏc hàng đợi WRR với cỏc bộ đếm khấu trừ trƣớc khi bắt đầu