Chương 2 : KIẾN TRÚC CQS
2.2. Các chức năng của kiến trúc CQS
2.2.1. Định hình lưu lượng
Với kiến trúc CQS cho phép chia tách, không cho các loại lưu lượng ảnh hưởng sang nhaụ Qua đó cũng thực hiện được sự ưu tiên với các loại lưu lượng cần chất lượng dịch vụ caọ Tuy nhiên cần đặt ra những giới hạn để các loại lưu lượng khơng được ưu tiên vẫn có được chất lượng dịch vụ tối thiểu cũng như đảm bảo băng thông cho những loại được ưu tiên khi tải trong mạng lớn.
Đặt ra các giới hạn băng thông cho một lớp lưu lượng được gọi là định hình lưu lượng (traffic shaping). Đây là một chức năng trong kiến trúc CQS. Nó kết hợp với chức năng lập lịch (sch duling) để qui định mức tần xuất phục vụ với từng hàng đợi hoặc khoảng thời gian giữa hai lần lấy gói ra ở cùng một hàng đợị Định hình lưu lượng cung cấp một cơ chế điều khiển lưu lượng tại một giao diện cụ thể. Nó giới hạn lưu lượng thơng tin đi ra khỏi giao diện để tránh làm mạng bị tắc nghẽn bằng các ràng buộc tốc độ thông tin đi ra ở một tốc độ bit cụ thể đối với từng loại lưu lượng tránh trường hợp tốc độ bit tăng đột ngột.
Cổng ra M Hàngđợi . . . . . Cổng 1 Cổng N Hàngđợi Hàngđợi . . . . . . . Phân loại (Classify)
Hình 2. 3. Cơ chế traffic shaping trong router
Ta có thể hình dung cơ chế định hình lưu lượng như khi chúng ta dùng phễu để rót nước vào bình hoặc chaị Dùng ca múc nước vào phễu theo từng đợt nhưng nước chảy vào chai từ từ, ổn định nên ta dễ dàng kiểm soát được lượng nước trong chai để không bị tràn. Phễu cổ to thì nước chảy nhanh, cổ nhỏ thì chạy chậm. Nếu lúc nào cũng có nước trong phễu thì nước chảy vào trong chai là một dịng liên tục với tốc độ ổn định
Hình 2.4. Minh hoạ cơ chế định hình lưu lượng
2.2.2. Hợp đồng lưu lượng
Khi có quá nhiều gói đến trong một khoảng thời gian ngắn, thì việc huỷ gói là khơng thể tránh khỏị Nhưng việc huỷ gói phải tuân theo một số hợp đồng (policy). Quá trình này được gọi là traffic policing. Giống như định hình lưu lượng, policing cũng là một công cụ giới hạn tốc độ bit (rate-limiting tool) tạm dịch là kiểm sốt lưu lượng. Chính sách huỷ gói có thể là đơn giản huỷ những gói mới đến khi khơng cịn chỗ trong hàng đợi (queue) hay phức tạp hơn là có quan tâm tới thuộc tính của gói bị huỷ, đặc điểm của loại lưu lượng .
2.2.3. Phân mảnh hàng đợi
Đôi khi bộ lập lịch của một router thực hiện chèn lưu lượng một cách đơn giản tại mức gói tin IP. Bộ lập lịch có khả năng chèn lưu lượng của mỗi gói có thể được kết nối từ bên ngồi một cách nhanh chóng vào các hàng đợi khác nhaụ Với các kết nối tốc độ cao (như các kênh SONET hoặc SDH tốc độ 155Mb/s) một gói tin IP 1500 byte
1 2 3 4 Góiđến . . . . . Hàngđợi Cổng 1 Hàng được định hình
Ít nhất Tgiây giữa hai lần
Cổng M Schedule
1 2 3 4
có thể truyền dẫn trong khoảng nhỏ hơn 80ms. Điều này cho phép bộ lập lịch chia băng thơng của liên kết thành các kh có độ dài 80ms-một con số rất hợp lý, và nó có thể tách 20ms cho các kênh có tốc độ 622Mb/s(OC-12 hoặc STM-4). Dù sao, tại mức biên của mạng Int rn t cũng có nhiều kết nối được vận hành với tốc độ 1Mb/s hoặc chậm hơn. Gói tin IP 1500 byt chiếm 94ms để truyền dẫn với tốc độ kết nối là 128Kb/s, và việc đóng khối kết nối được hồn thành trong thời gian nàỵ Bất chấp mọi sự ảnh hưởng của biến động trễ, lưu lượng được phân loại vào các hàng đợi khác nhau, các gói đó sẽ chịu jitter là 94ms khi bộ lập lịch giữ các gói 1500 byte từ một hàng đợi khác. Rõ ràng điều này đặt ra một số vấn đề nếu các ứng dụng bị ảnh hưởng bởi QoS được cung cấp bởi khía cạnh xa hơn của các kết nối truy nhập tốc độ thấp. Cách giải quyết cơ bản là tiến hành thêm các đoạn của các gói IP tại các mức kết nối trong một lớp IP riêng biệt. Kiến trúc CQS được ứng dụng tại các mức kết nối bằng các mảnh hàng đợi chứa các gói lớn hơn, vì thế cho phép bộ lập lịch có thể chèn vào tại các đường ranh giới của đoạn. Điều này được mơ tả như hình vẽ:
Hình 2.5. Phân đoạn trước bộ lập lịch 2.3. Đánh dấu và sắp xếp lại 2.3. Đánh dấu và sắp xếp lại
Mặc dù định hình có thể là một giải pháp tinh vi để làm giảm sự bùng nổ lưu lượng nhưng các chính sách đơn giản lại là một công cụ không nhạy bén. Một số giá trị thay đổi được đưa ra có thể làm giảm hiệu quả của chính sách định tuyến ở router biên. Chính sách tại mỗi node có thể được lựa chọn chỉ để đánh dấu các gói (đúng hơn là loại bỏ chúng ngay lập tức) nếu chúng vượt quá ngưỡng tràn. Các router tiếp theo sẽ thừa nhận rằng các gói đã bị đánh dấu và chúng có độ ưu tiên thấp hơn so với các gói khơng bị đánh dấụ Nếu tắc nghẽn tạm thời làm đầy các hàng đợi trong router lõi, thuật tốn quản lý hàng đợi có thể bắt đầu tách các gói đã bị đánh dấu trước khi tách các gói khơng bị đánh dấụ Khi thêm thiết bị lọc, các chính sách ở node gốc có thể sẽ bổ sung thêm ngưỡng bùng nổ kép (một ngưỡng cao và một ngưỡng thấp), nếu một gói bùng nổ vượt quá ngưỡng thấp, các gói đến sau bị đánh dấu và được truyền đi, nếu bùng nổ tiếp tục và vượt quá ngưỡng bùng nổ cao các gói sẽ bị tách khỏi hàng đợị Chính sách tại các node phải bổ sung các mức của tốc độ gói đến trung bình “cho phép”-tốc độ này thấp hơn tốc độ của các gói đã được xác định là không bị đánh dấu và cao hơn
Cổng N Phân loại(Classify) Đoạn hàng đợi Đoạn hàng đợi . . . . . . . Schedule Cổng tốc độ thấp Đoạn hàng đợi P H Â N M Ả N H G Ó I . . . . . Cổng 1
ngưỡng mà các gói có thể bị tách.
Nhiều thuật tốn có thể được đưa ra để cung cấp các mức được đánh dấu và tính tốn giá trị ngưỡng. Dù sao người thiết kế mạng đặt ra kế hoạch sử dụng lưu lượng bị đánh dấu ở biên cũng cần cẩn thận khi lựa chọn các router lõị Mối quan tâm chính là khả năng sắp xếp lại các gói bị đánh dấu và khơng bị đánh dấu trong lớp lưu lượng. Giải pháp này có thể xảy ra nếu router lõi sử dụng hai hàng đợi riêng biệt cho các gói bị đánh dấu và các gói khơng bị đánh dấụ Điều này được mơ tả như trong hình vẽ:
Hình 2.6. Các hàng đợi cho các gói đánh dấu và khơng đánh dấu
Vì các gói bị đánh dấu có độ ưu tiên thấp nên khi thực hiện phải lựa chọn để đảm bảo độ ưu tiên bằng cách ấn định lập lịch băng thơng cho các hàng đợi của các gói bị đánh dấu và không bị đánh dấụ Hậu quả là các gói bị đánh dấu đến trước các gói khơng bị đánh dấu có thể tìm thấy bộ lập lịch của nó để truyền dẫn trước các gói khơng bị đánh dấụ Các gói bị đánh dấu tạo thành tất cả các đường khác tới điểm cuối và bên nhận có thể nhận được các gói khơng hợp lệ. Mặc dù IP khơng thực hiện ngăn ngừa các gói sắp xếp lại trên mạng, nhưng điều này có thể bỏ qua vì hầu hết các giao thức xuyên suốt không thể thực hiện bằng tay trong trường hợp này một cách hiệu quả. Trong mạng việc đánh dấu được mong đợi là sẽ làm tăng thêm các gói có thể bị tách khỏi hàng, giải pháp này cũng rất khó khăn. Các rout r lõi ban đầu không để ý đến chính sách xử lý gói khi phân loại các gói vào các hàng đợi, đảm bảo tất cả các gói trong lớp lưu lượng đều được đặt vào một hàng đợi bất chấp cả quyền ưu tiên tách góị Ngưỡng tách gói của mỗi hàng đợi được xác định trên cơ sở gói bị đánh dấu hoặc khơng. Thuật tốn tách gói của các router lõi vì thế hoạt động linh hoạt đối với các gói bị đánh dấu, dành được quyền xử lý tại mức biên.
Schedule Cổng M Hàng đợi (bịđánh dấu) Hàng đợi (không đánh dấu) Phân loại Cổng N
Không đánh dấu Đánh dấu Đánh dấu Không đánh dấu
2.4. SCHEDULING
2.4.1. Giới thiệu
Việc lập lịch cho thời gian xuất phát của các gói từ mỗi hàng đợi tại giao diện đầu vào tới các router hoặc tiếp th o, nhưng cũng có thể là tại các điểm quản lý hàng đợi khác trong router. Các router truyền thống có duy nhất một hàng đợi cho một giao diện tuyến đầu vàọ Vì thế, nhiệm vụ của bộ lập lịch chỉ đơn giản là lơi kéo các gói từ đầu ra của hàng đợi một cách nhanh nhất và có thể truyền dẫn chúng theo các tuyến đó. Trong các rout r có kiến trúc CQS, mỗi giao diện có một giai đoạn lập lịch để phân chia khả năng kết nối đầu của các giao diện vào các hàng đợi phù hợp. Việc phân chia tuyến kết nối sẽ thực hiện được nếu lập lịch thành cơng và lúc đó các gói đã được kéo từ mỗi hàng đợi sẽ được truyền đị
Bởi vì các thành phần của gói (hoặc lớp lưu lượng) mà các hàng đợi chứa chúng, việc lập lịch là sau cùng và bắt buộc phải tuân theo quan hệ ưu tiên, giới hạn latency hoặc việc phân phối băng thông giữa các lớp lưu lượng khác nhaụ Một bộ lập lịch có thể thiết lập một giá trị băng thơng sẵn có tối thiểu cho một lớp đặc biệt hơn bằng cách bảo đảm rằng các gói thường xun được lơi kéo từ các hàng đợi (tức là bảo đảm rằng hàng đợi thường xuyên được phục vụ). Một bộ lập lịch cũng có thể cung cấp tốc độ định hình (đặt một giá trị băng thơng “cho phép” tối thiểu cho một lớp đặc biệt hơn) bằng việc giới hạn thường xuyên việc phục vụ của hàng dợi dành cho lớp đó. Việc quyết định khi thiết kế một bộ lập lịch là phải cả hai giới hạn băng thông thấp và cao cho mỗi hàng đợi hoặc đặt giới hạn băng thông cao hơn vào một số hàng đợi và đặt giới hạn băng thông thấp hơn vào các hàng đợi khác.
Các thuật toán lập lịch là việc thoả thuận thường xuyên giữa thời gian thực hiện thông thường và thời gian thực hiện mong muốn. Mỗi bộ lập lịch khi thiết kế sẽ có một phần service discipline -tạm dịch là khả năng phục vụ, điều này nhằm lựa chọn để phục vụ các hàng đợị Các bộ lập lịch đơn giản sẽ tập trung vào việc bảo dưỡng các hàng đợi có thể đốn trước được. Nhiều bộ lập lịch tiên tiến cho phép các quan hệ hoặc các giá trị băng thơng chính xác ứng với mỗi hàng đợi và chúng có thể tiếp tục đặt vào các khả năng phục vụ của chúng để đảm bảo rằng băng thơng trung bình hoặc lat ncy đạt được cho mỗi hàng đợi là đã được giới hạn.
2.4.2. Tốc độ định hình
Như các chính sách hay việc đánh dấu, tốc độ định hình được sử dụng để giới hạn hoặc hạn chế lớp lưu lượng chắc chắn khơng thể đốn trước được. Khác với các chính sách và việc đánh dấu ở chỗ tốc độ định dạng yêu cầu các hàng đợi, quản lý hàng đợi, và lập lịch mà không hề để ý đến việc các chức năng định dạng xây dựng thành một bộ lập lịch cung cấp khả năng phân chia tuyến kết nối hay vận hành độc lập trong một hàng đợi FIFO tại một kết nối hay tại một cổng chuyển mạch. Tốc độ định hình thay đổi các đặc điểm về thời gian trong một lớp. Các hàng đợi trong một hệ thống có thể rỗng một cách nhanh nhất (được giới hạn bằng tốc độ kết nối ở đầu ra hoặc tốc độ truyền dẫn của cơ cấu chuyển mạch) khi lưu lượng tràn khi đi qua các
hàng đợị Khi một nguồn lưu lượng gốc đã truyền đi các gói với tốc độ tương đối thì việc kết hợp các nguồn lưu lượng bùng nổ nhỏ có thể sẽ gây tràn lưu lượng tại các điểm hàng đợị Việc định hình cũng có thể giúp cho việc cân nhắc mong muốn của khách hàng. Tốc độ định hình được ưu tiên trước khi khách hàng kết nối mong muốn được phân chia khả năng dài hạn của dịch vụ.