Chương 3 : Giới thiệu về chương trỡnh mụ phỏng mạng NS-2
5.2 RED thớch nghi
RED thớch nghi được thiết kế để khắc phục nhược điểm phụ thuộc vào thụng số và mức độ tải dữ liệu lờn mạng của RED, trong đú quan trọng nhất là sự thay đổi độ trễ trung bỡnh khi mức dữ liệu tải lờn mạng thay đổi. Ngoài mục tiờu cơ bản là điều chỉnh maxp theo mức dữ liệu tải lờn mạng để giữ avg
hay độ trễ trung bỡnh trong một phạm vi nhỏ, RED thớch nghi cũn tự động lựa chọn hai thụng số khỏc của RED là wq và maxthresh. Trong thớ nghiệm này tập trung phõn tớch khả năng giữ avg trong một giới hạn nhỏ khi mức dữ liệu tải lờn mạng thay đổi, ngoài ra cũng minh họa ảnh hưởng của wq lờn hoạt động của RED thớch nghi (khi wq được chọn khụng tự động). Khi mức độ dữ liệu tải lờn mạng thay đổi, avg cũng bị thay đổi theo, nhưng sau đú nú hội tụ dần về giỏ trị cũ, tốc độ hội tụ khụng chỉ chịu ảnh hưởng của cỏc thụng số
và mà cũn chịu tỏc động của wq. Khi wq lớn, hoạt động của RED thớch nghi cũng bị ảnh hưởng như trong RED cơ bản: khụng hoạt động dựa vào kớch thước hàng đợi trung bỡnh mà hoạt động dựa vào kớch thước hàng đợi tức thời. Tuy nhiờn mức avg trung bỡnh cũng vẫn được điều chỉnh để hội tụ về giỏ
trị cũ khi cú sự thay đổi mức dữ liệu tải lờn mạng, tức là phần thớch nghi của thuật toỏn vẫn cũn hoạt động.
Topology của mạng trong thớ nghiệm này vẫn giữ nguyờn như trong hỡnh 5.1. Tại 0.1s, 3 nguồn truyền tin được khởi động cỏch nhau một chỳt. Đến 20s, 7 nguồn truyền tin cũn lại được lần lượt khởi động, tạo ra một sự gia tăng mức độ tải dữ liệu lờn mạng. Đến 40s, 7 nguồn truyền tin được tắt đi, tạo ra một sự giảm mức độ tải dữ liệu lờn mạng. Hoạt động của RED thớch nghi được xem xột tập trung vào 3 sự kiện này. Để so sỏnh với RED cơ bản, cỏc thớ nghiệm cũng được tiến hành với RED cơ bản với cựng cỏc thụng số (thụng số
maxp khụng thể chọn tương đương được, tuy nhiờn nú hầu như chỉ ảnh hưởng đến mức avg trung bỡnh, cũn mục tiờu xem xột ở đõy là sự thay đổi và hội tụ của avg, chứ khụng so sỏnh mức avg cụ thể với nhau). Một số thớ nghiệm bị lặp lại so với cỏc thớ nghiệm về RED cơ bản, tuy nhiờn điều này là cần thiết để cú thể quan sỏt dễ dàng hơn. Cỏc thớ nghiệm về RED cơ bản cú maxp=0.1.
Cỏc thụng số trong cỏc thớ nghiệm được đặt là: minthressh=10, maxthressh=3.minthresh=30. Trong cỏc thớ nghiệm so sỏnh hoạt động của RED thớch nghi với RED cơ bản, maxp của RED cơ bản được đặt là 0.1 và
minthresh, maxthresh, wq được đặt giống RED thớch nghi. Ba thớ nghiệm được tiến hành với wq=0.001, 0.002, 0.005 để xem xột ảnh hưởng của wq đến hoạt động của RED thớch nghi. Cỏc thụng số và của RED thớch nghi được cố định là 0.01 và 0.9 trong ba thớ nghiệm này. Ngoài ra để xem xột ảnh hưởng của và đến hoạt động của RED thớch nghi, mà cụ thể là đến tốc độ hội tụ của avg, hai thớ nghiệm khỏc được tiến hành với ba giỏ trị của là 0.01, 0.02, 0.03 trong khi cố định là 0.9 và ba giỏ trị của là 0.85, 0.9, 0.95 trong khi
cố định là 0.01. Khoảng target trong cỏc thớ nghiệm được lấy mặc định là {10+0.4(30-10),10+0.6(30-10)}={18,22}.
Hỡnh 5.18 : Hoạt động củaRED thớch nghi với wq=0.001
Hỡnh 5.20 : Hoạt động củaRED thớch nghi với wq=0.002
Hỡnh 5.22 : Hoạt động củaRED thớch nghi với wq=0.005
Hỡnh 5.24 : So sỏnh avg RED thớch nghi với cỏc giỏ trị khỏc nhau
Hỡnh 5.26 : So sỏnh avg RED thớch nghi với cỏc giỏ trị wq khỏc nhau
Kết quả trờn cỏc hỡnh 5.18, 5.20, 5.22 thể hiện sự thành cụng của RED thớch nghi trong việc điều chỉnh maxp để giữ avg ở xung quanh giỏ trị 20. Khi mức dữ liệu tải lờn mạng tăng (ở 20s), avg nhanh chúng tăng cao, lờn đến 40, tức là vượt quỏ cả maxthresh. RED thớch nghi tăng maxp lờn, sau đú một thời gian avg được kộo về mức cũ. Núi chung RED thớch nghi mất khoảng 10s để cho avg hội tụ về khoảng target. Khi mức độ tải dữ liệu lờn mạng giảm mạnh (ở 40s), avg cũng giảm mạnh theo, nhưng sau đú khoảng 10s thỡ hồi phục lại giỏ trị cũ. Trong khi đú thỡ avg của RED cơ bản cũng biến thiờn mạnh khi mức tải dữ liệu lờn mạng thay đổi, nhưng sau đú nú hội tụ về một giỏ trị mới. Kết quả trong cỏc hỡnh 5.19, 5.21, 5.23 cho thấy với cựng wq, avg của RED thớch nghi cú mức độ dao động lớn hơn so với RED cơ bản trong trạng thỏi khụng cú biến động lớn về mức tải dữ liệu lờn mạng. Đõy là kết quả của việc điều chỉnh maxp liờn tục của RED thớch nghi.
wq lớn vẫn khiến cho avg của RED thớch nghi biến thiờn mạnh theo kớch thước hàng đợi tức thời, tức là giống như trong RED cơ bản, thể hiện rừ trong hỡnh 5.22 và 5.23 với wq=0.005. Tuy nhiờn mức avg trung bỡnh của RED thớch nghi vẫn được kộo về giỏ trị 20, tức là phần thớch nghi của thuật toỏn vẫn hoạt động tốt. Trờn hỡnh 5.26 so sỏnh sự biến thiờn của avg tương ứng với ba giỏ trị wq khỏc nhau. Kết quả cho thấy là giỏ trị của wq ảnh hưởng rất ớt đến tốc độ hội tụ của avg.
Giỏ trị và tỏc động đến hoạt động của RED thớch nghi, mà cụ thể là tốc độ hội tụ của avg. Khi mức độ tải dữ liệu lờn mạng tăng, avg tăng theo và RED thớch nghi phải tăng maxp lờn để kộo avg về giỏ trị cũ. Sự tăng maxp là do cộng thờm vào maxp, nờn sẽ ảnh hưởng đến tốc độ hội tụ của avg khi cú sự tăng mức dữ liệu tải lờn mạng (tức là ở giai đoạn 20s trong thớ nghiệm), cũn khi cú sự giảm mức độ dữ liệu tải lờn mạng (giai đoạn 40s trong thớ nghiệm) thỡ khụng gõy ảnh hưởng nhiều đến tốc độ hội tụ của avg. Ngược lại chỉ làm giảm maxp, dẫn đến làm tăng avg nờn chỉ ảnh hưởng đến tốc độ hội tụ của avg trong giai đoạn giảm mức dữ liệu tải lờn mạng, cũn giai đoạn tăng mức dữ liệu tải lờn mạng thỡ khụng gõy ảnh hưởng nhiều.
Trờn hỡnh 5.25 so sỏnh hoạt động của RED thớch nghi với ba giỏ trị
khỏc nhau. Kết quả cho thấy là ảnh hưởng khỏ nhỏ đến tốc độ hội tụ của
avg trong giai đoạn sau 20s, thời gian để avg hội tụ với cả ba giỏ trị này gần như bằng nhau. Thớ nghiệm cũng đó được thực hiện với ba giỏ trị cỏch xa nhau hơn, nhưng kết quả cũng khụng cú gỡ khỏc nhiều. Điều này cú thể là do sự biến thiờn của maxp theo là biến thiờn cộng, nờn gõy ảnh hưởng chậm.
Hỡnh 5.24 so sỏnh hoạt động của RED thớch nghi với ba giỏ trị khỏc nhau. Kết quả cho thấy giỏ trị của ảnh hưởng khỏ nhiều đến tốc độ hội tụ
của avg trong giai đoạn đầu cũng như giai đoạn sau 40s, cũn trong giai đoạn sau 20s thỡ khụng cú tỏc động gỡ rừ rệt. Trong giai đoạn đầu và giai đoạn giảm mức dữ liệu tải lờn mạng, giỏ trị càng nhỏ thỡ tốc độ hội tụ của avg càng nhanh. Với =0.85, avg mất khoảng 12s để quay trở về trạng thỏi ổn định quanh giỏ trị 20, trong khi =0.9 thỡ thời gian là 14s, cũn =0.95 thỡ thời gian 20s vẫn chưa đủ để cho avg hội tụ. gõy ảnh hưởng rừ rệt hơn là do biến thiờn của maxp theo là tớnh nhõn, cũn theo là tớnh cộng.
Qua ba thớ nghiệm ta thấy phần thớch nghi của RED thớch nghi hoạt động khỏ tốt, ớt chịu ảnh hưởng của wq. Tốc độ hội tụ của avg ớt chịu ảnh hưởng của
mà chiu ảnh hưởng của nhiều hơn. wq khụng gõy ảnh hưởng đến phần thớch nghi của thuật toỏn nhưng vẫn ảnh hưởng nhiều đến khả năng hoạt động của phần RED trong RED thớch nghi. Do đú việc lựa chọn wq vẫn cần phải chỳ ý và cú thể tham khảo cụng thức (2.15) – (2.17)
KẾT LUẬN
Hiện tượng tắc nghẽn mạng làm giảm chất lượng dịch vụ và gõy lóng phớ tài nguyờn mạng. Do vậy trỏnh tắc nghẽn núi riờng và điều khiển tắc nghẽn núi chung đó và đang là chủ đề được nghiờn cứu nhiều trờn thế giới. Tắc nghẽn xảy ra khi tổng thụng lượng đến một gateway lớn hơn khả năng phục vụ của gateway đú. Việc điều khiển tắc nghẽn được thực hiện ở hai nơi là trờn lớp TCP (hay mạng) và trờn gateway. Mục tiờu của điều khiển tắc nghẽn trờn TCP là làm sao phỏt hiện được thụng lượng cho phộp của kết nối và hạn chế mức dữ liệu truyền lờn mạng của TCP bởi thụng lượng đú. Mục tiờu của điều khiển tắc nghẽn trờn gateway là làm sao phỏt hiện sớm được tắc nghẽn và cảnh bỏo cỏc TCP giảm thụng lượng xuống để trỏnh cho tắc nghẽn xảy ra. Đó cú rất nhiều thuật toỏn điều khiển tắc nghẽn được đưa ra, cả trờn TCP và trờn gateway. Một số trong chỳng đó được thử nghiệm và triển khai rộng trờn mạng, một số đó được thử nghiệm tốt và đó trở thành cỏc khuyến nghị, nhưng chưa được triển khai rộng trờn mạng. Nhiều thuật toỏn cũng vẫn đang trong giai đoạn bổ xung, hoàn thiện và chưa được triển khai trờn mạng.
Luận văn này đó nghiờn cứu và khảo sỏt một số thuật toỏn điều khiển tắc nghẽn khỏ điển hỡnh. Chương 1 đó phõn tớch về mặt lớ thuyết của bốn thuật toỏn điều khiển tắc nghẽn trờn TCP, cũn chương 2 bàn về lớ thuyết của hai thuật toỏn điều khiển tắc nghẽn trờn gateway. Trờn TCP, thuật toỏn Tahoe đó cú từ lõu và đó được triển khai rộng trờn mạng. Thuật toỏn này hoạt động khỏ đơn giản và thu được hiệu quả hoạt động tương đối tốt. Nhược điểm về khả năng chưa tận dụng hết băng thụng của Tahoe được Reno và NewReno cố gắng khắc phục. Reno thành cụng khi chỉ cú một gúi tin bị mất trong một cửa sổ, nhưng thất bại khi số gúi tin mất cao hơn. NewReno cố gắng giải quyết
tỡnh huống này nhưng vẫn chưa giải quyết được triệt để. Vegas thay đổi rất nhiều cỏc kĩ thuật của Tahoe cũng như Reno, và trở thành một thuật toỏn
proactive đầu tiờn. Vegas cho phộp dự đoỏn tắc nghẽn trước khi tắc nghẽn xảy ra và điều chỉnh thụng lượng để trỏnh xảy ra tắc nghẽn. Vegas hoạt động ớt làm mất gúi tin và đạt được thụng lượng trung bỡnh cao. Tuy nhiờn một vài nhược điểm của Vegas khiến cho nú vẫn cần được bổ xung, hoàn thiện. Cuối chương một cú tổng kết về ưu nhược điểm và so sỏnh cỏc thuật toỏn này với nhau.
Trờn gateway, thuật toỏn RED mang lại khả năng hoạt động vượt trội so với DropTail, cho phộp trỏnh tắc nghẽn tốt hơn, làm mất gúi tin ớt hơn, trỏnh xảy ra đồng bộ toàn cục và cho hiệu suất mạng cao hơn. Tuy nhiờn một số nhược điểm của RED đó hạn chế khả năng triển khai của nú, trong đú quan trọng nhất là sự hoạt động phụ thuộc vào mức độ tải dữ liệu lờn mạng. RED thớch nghi là một giải phỏp điển hỡnh trong cỏc giải phỏp cải tiến hoạt động của RED. Với sự điều chỉnh maxp theo lượng dữ liệu tải lờn mạng, RED thớch nghi khỏ thành cụng trong việc duy trỡ độ trễ trung bỡnh ở một phạm vi định trước. Ngoài ra sự tự lựa chọn một số thụng số khỏc khiến cho việc cấu hỡnh RED thớch nghi trở nờn rất đơn giản - chỉ là lựa chọn minthresh dựa vào độ trễ trung bỡnh mong muốn. Luận văn cũng đó đưa ra một đề nghị làm chi tiết hơn cụng thức tớnh wq giỳp cho việc tớnh toỏn thụng số này dễ dàng hơn.
Để kiểm nghiệm những gỡ đó nờu trong phần lớ thuyết, cỏc chương 4 và 5 tiến hành khảo sỏt hoạt động của cỏc thuật toỏn đó giới thiệu bằng chương trỡnh mụ phỏng. Phần mềm mụ phỏng mạng nổi tiếng NS2 được sử dụng vào mục đớch này. Là loại ngụn ngữ hướng đối tượng và hướng sự kiện nhờ kết hợp ngụn ngữ hướng đối tượng C++ và ngụn ngữ kịch bản OTcl, cộng thờm sự trang bị sẵn rất nhiều cụng cụ và tớch hợp thư viện cũng như vớ dụ một cỏch phong phỳ và đầy đủ, NS2 trở thành một cụng cụ khụng thể thiếu cho
những người nghiờn cứu về mạng. Luận văn đó dành hẳn một chương - chương 3 - để giới thiệu về phần mềm này. Tuy nhiờn mức độ rộng lớn của NS2 và khả năng hạn chế của một luận văn chỉ cho phộp giới thiệu một số phần của NS2 liờn quan đến việc mụ phỏng cỏc thuật toỏn đó giới thiệu.
Chương 4 đưa ra một số kết quả mụ phỏng với cỏc thuật toỏn điều khiển tắc nghẽn trờn TCP và đỏnh giỏ cỏc kết quả đú cũng như so sỏnh với hoạt động của cỏc thuật toỏn khỏc. Một số phần đó nờu trong phần lớ thuyết cũng chưa thể hiện được trong phần mụ phỏng này, vỡ khả năng thể hiện của chỳng trong cỏc thớ nghiệm chưa cao lắm. Tuy nhiờn một số điều chưa đề cập trong phần lớ thuyết cũng đó được xột đến trong phần này khi nú xuất hiện trong thớ nghiệm. fast recovery được thiết kế để khụi phục thụng lượng của TCP một cỏch nhanh chúng sau tắc nghẽn, song đụi khi chớnh sự khụi phục nhanh chúng này lại gõy ra hậu quả khụng tốt, kộo theo hàng loạt gúi tin mới bị mất và TCP lại phải khởi động lại slow-start và thụng lượng giảm đi rất nhiều. Một số tỡnh huống hoạt động tốt cũng như một số tỡnh huống như khả năng hoạt động khụng tốt của Reno và NewReno đó được xem xột. Khả năng hoạt động khụng mất gúi tin - khụng tắc nghẽn của Vegas cũng đó được phõn tớch trong phần này. Một kết quả khỏ bất ngờ khi làm mụ phỏng là cú thể cấu hỡnh để cỏc thuật toỏn reactive cũng hoạt động khụng làm mất gúi tin, tuy nhiờn tỡnh huống này ớt xảy ra trong thực tế.
Chương 5 đưa ra một số kết quả mụ phỏng với cỏc thuật toỏn DropTail, RED và RED thớch nghi nhằm đỏnh giỏ hoạt động của cỏc thuật toỏn này. Núi chung những gỡ nờu trong lớ thuyết hầu như đều đó được thể hiện trong kết quả mụ phỏng và đỏnh giỏ chỳng. RED đó thể hiện được khả năng hoạt động ớt gõy ra đồng bộ toàn cục và loại bỏ gúi tin một cỏch khỏ đều đặn cũng như duy trỡ kớch thước hàng đợi trung bỡnh dưới một ngưỡng định trước -
tải dữ liệu lờn mạng cũng đó được phõn tớch khỏ kĩ. Thớ nghiệm cũng đó chỉ ra sự thành cụng của RED thớch nghi trong việc giữ kớch thước hàng đợi trung bỡnh trong một khoảng đặt trước khỏ nhỏ khi mức độ tải dữ liệu lờn mạng thay đổi khỏ đột ngột. Thớ nghiệm cũng đó khảo sỏt ảnh hưởng của một số thụng số lờn sự hoạt động của RED thớch nghi và đưa ra cỏc kết luận tương ứng.
Ngoài cỏc thuật toỏn đó phõn tớch trong luận văn này, cũn rất nhiều thuật toỏn điều khiển tắc nghẽn khỏc đó và đang được nghiờn cứu. Một số thuật toỏn liờn quan đến cỏc kĩ thuật mới mà yờu cầu sự thay đổi khỏ nhiều cả ở phớa phỏt và phớa thu hoặc cả thay đổi trờn mạng- như SACK, ECN, v.v. Một số thuật toỏn khỏc lại đề cập đến hoạt động trong cỏc mạng cú tỉ lệ mất gúi tin do lỗi đường truyền cao - như Veno, Westwood, v.v. Sau khi hoàn thành luận văn này, em sẽ vẫn tiếp tục tham gia nghiờn cứu và thử nghiệm cỏc thuật toỏn này trờn phần mềm NS2, với hi vọng sẽ cú một hiểu biết thật đầy đủ về điều khiển tắc nghẽn trờn mạng. Trong khi viết luận văn này, tụi cũng cú một vài ý