WFQ (Weighted Fair Queuing) xây dựng hàng ựợi dựa trên cơ sở trọng số, từ ựó nó ựảm bảo xử lý công bằng cho toàn bộ lưu lượng truyền tới cổng giao diện. đặc biệt trong các thiết bị router các giao tiếp có tốc ựộ nhỏ hơn hoặc bằng 2Mbps chế ựộ mặc ựịnh sử dụng là WFQ.
4.2.4.1 Cơ chế hoạt ựộng
WFQ ựược biết ựến như một giải pháp ựể khắc phục nhược ựiểm trong các cơ chế hàng ựợi FIFO, PQ, CQ bằng các chức năng sau (xem hình 4.15):
Có hàng ựợi chuyên dụng cho mỗi luồng (không có sự thiếu hụt: starvation, delay, jitter trong hàng ựợi).
Dùng IP precedence như là trọng số khi cấp băng thông.
WFQ dùng các phân lớp tự ựộng, không hỗ trợ phân lớp nhân công.
WFQ loại bỏ gói (drop) hầu hết trên các luồng.
Khối lập lịch WFQ giống như hệ thống TDM (Time Division Multiplex). Băng thông ựược phân bổ công bằng và chắnh xác giữa tất cả các luồng (ựảm bảo dịch vụ, tối thiểu hóa trễ sắp xếp).
WFQ ựược hỗ trợ trên hầu hết các giao diện của router cũng như giao diện ựa năng (VIP - Versatile Interface Processors)
B ộ lậ p lị ch h àn g ự ợ i
Hình 4.15 Cơ chế hoạt ựộng của WFQ
Có 2 tham số mà ảnh hưởng ựến chắnh sách rớt các gói của cơ chế hàng ựợi WFQ là:
Ngưỡng lọai bỏ nghẽn (Congestive discard threshold: CDT) ựược dùng bắt ựầu drop gói của hầu hết các luồng thậm chắ trước cả ựạt ựến giới hạn hold-queue.
Hold-queue ựược xác ựịnh là tổng số gói lớn nhất có thể ựược xếp
hàng trong hệ thống WFQ ở mọi thời ựiểm. Hay nói cách khác HQO (Hold- queue) là số lượng gói lớn nhất mà hệ thống WFQ có thể giữ (hold).
Sau ựây chúng ta xét một vắ dụ sử dụng WFQ trong mạng IP. Trong vắ dụ này ta dùng ựường truyền dẫn WAN 128kbp ựể truyền thoại không dùng RSVP. Giả sử rằng VoIP dùng phương thức mã hóa (codec) theo chuẩn G729 thì nó sẽ sử dụng băng thông xấp xỉ là 30kbp (bao gồm cả RTP, UDP, IP và Header).
Tất cả các gói thoại ựược ựánh dấu là 5 (IP precedence 5) và ựược tắnh như là 6 phiên dữ liệu
1 phiên VoIP, 5 phiên dữ liệu: thoại chiếm băng thông [6/(6+5)]*128=69kbp lớn hơn tốc ựộ thoại yêu cầu, ựủ băng thông cho 1 phiên thoại
thoại.
Có 3 kiểu hàng ựợi cân bằng trọng số (WFQ) là:
Flow Ờ based WFQ (WFQ)
Class Ờ based WFQ (CBWFQ)
VIP Ờ Distributed WFQ (DWFQ)
4.2.4.2 Hàng ựợi cân bằng trọng số phân loại lưu lượng (FBWFQ)
Flow Ờ based WFQ (gọi tắt là WFQ) sử dụng các mức ưu tiên ựể nhận dạng lưu lượng và phân loại lưu lượng thành các luồng khác nhau, Mỗi luồng ựược gán một trọng số, trọng số này xác ựịnh thứ tự truyền ựi cho các gói trong hàng ựợi, luồng có trọng số nhỏ nhất sẽ ựược phục vụ trước nhất.
Cũng giống như CQ, WFQ cũng gửi số lượng bytes từ mỗi hàng ựợi. Trên thực tế trong mỗi chu kỳ truyền dữ liệu, WFQ gửi số lượng bytes tương ứng với mức ưu tiên của mỗi luồng ựó cộng thêm 1. Số này chỉ ựược sử dụng như một tỉ lệ ựể xác ựịnh bao nhiêu bytes trong mỗi gói tin ựược gửi ựi.
để xác ựịnh lượng băng thông cho mỗi hàng ựợi ta thực hiện chia số bytes của mỗi luồng cho tổng số bytes của tất cả các luồng. Vắ dụ Nếu ta có các luồng với các mức ưu tiên thì mỗi luồng ựược gán mức ưu tiên cộng với 1.
1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6 + 7 + 8 = 36
Như vậy lưu lượng có mức ưu tiên 0 sẽ chiếm 1/36 băng thông, lưu lượng mức 1 sẽ chiến 2/36 băng thông và lưu lượng mức 7 sẽ chiếm 8/36 băng thông.
Tuy nhiên khi số lượng luồng ở 1 mức ưu tiên nào ựó tăng hay giảm thì việc phân phối sẽ thay ựổi. Vắ dụ 18 luồng mức 1 Khi ựó:
1 + 2 * 18 + 3 + 4 + 5 + 6 + 7 + 8 = 70
Lưu lượng ưu tiên mức 0 sẽ là 1/70, mức 1 sẽ là 2/70 và mức 7 sẽ là 8/70. Có 2 kiểu luồng dữ liệu là:
Các luồng lưu lượng cỡ nhỏ (như Telnet, dịch vụ ưu ựãi) có mức ưu tiên hóa cao hơn và ựược gửi ựi ngay khi băng thông khả dụng, các luồng dữ liệu cỡ lớn (như FTP) chia sẻ khả năng còn lại trên những phần băng thông tương ứng hay một phần nào ựó.
Trong các luồng dữ liệu lớn khi vượt quá ngưỡng cho phép các bản tin mới ựến sẽ bị loại bỏ. Tuy nhiên trong các luồng dữ liệu cỡ nhỏ nhờ có các gói thông ựiệp ỘConversationỢ quản lý bản tin, các bản tin mới ựến vẫn tiếp tục ựược gắn vào hàng ựợi dữ liệu.
Ngoài ra WFQ còn có khả năng quản lý các luồng dữ liệu kép, vắ dụ như các thông tin thoại và video.
4.2.4.3 Hàng ựợi cân bằng trọng số phân lớp lưu lượng (CBWFQ)
CBWFQ (Class Ờ based Weighted Fair Queuing) mở rộng chức năng của WFQ cung cấp phương thức ựịnh nghĩa các lớp lưu lượng dựa trên các tiêu chuẩn phù hợp bao gồm loại giao thức, các danh sách ựiều khiển truy nhập và các giao tiếp ựầu vào (xem hình 4.16). Các gói tin thỏa mãn các ựặc tắnh cho một lớp cấu thành lưu lượng của chắnh lớp ựó. Nghĩa là trọng số ựược dùng cho các lớp chắnh là trọng số của các gói mà phù hợp với tiêu chuẩn của lớp ựó. Sau khi ựã ựược gán trọng số, các gói sẽ ựược sắp xếp vào cuối hàng ựợi. CBWFQ sử dụng chắnh sách phân lớp ựược thiết lập ựể xử lý hàng ựợi lớp ựó ựược phục vụ công bằng.
Với các lớp ựã ựược ựịnh nghĩa người sử dụng cũng có thể gán các ựặc tắnh bao gồm băng thông, trọng số và giới hạn gói lớn nhất cho một lớp. Từ ựó có thể tắnh ựược băng thông khả dụng trên một giao diện.
IP TCP Payload WFQ phân lớp sử dụng các thông số sau: địa chỉ IP nguồn địa chỉ IP ựắch Giao thức TCP nguồn hoặc cổng UDP
địa chỉ địa chỉ Giao địa chỉ địa chỉ Giao thức truyền
nguồn ựắch thức ToS nguồn ựắch Kiểu dịch vụ (trường ToS)
Hàm băm
Sau khi các gói ựược xếp hàng, chỉ số hàng ựợi sẽ ựược thực hiện bởi một hàm băm
Hình 4.16 Sự phân lớp WFQ dựa trên tiêu ựề gói tin
Hàm băm ựược dùng ựể gán hàng ựợi vào luồng. WFQ mặc ựinh dùng 256 hàng ựợi. Số lượng hàng ựợi có thể ựược cấu hình trong dải từ 16 ựến 4096. Nếu một số lượng lớn luồng cùng diễn ra ựiều ựó cũng giống như 2 luồng cùng vào một hàng ựợi giống nhau.
Chú ý thông thường việc phân phối băng thông trên một giao diện không thể vượt quá 75% băng thông của giao diện bởi vì 25% còn lại ựược sử dụng cho mục ựắch truyền tải các từ tiêu ựề bao gôm tiêu ựề lớp 2, thông tin ựịnh tuyến lưu lượng, và các dịch vụ ựặc biệt. Tuy nhiên trong từng ứng dụng truyền tải ta có thể cấu hình vượt quá 75% băng thông cho tổng cộng cho tổng lưu lượng của các lớp hay các luồng nhưng vẫn phải ựảm bảo phần băng thông khả dụng cho mục ựịch truyền tải các mào ựầu nói trên.
4.2.4.4 Hàng ựợi cân bằng trọng số tốc ựộ cao (DWFQ)
DWFQ là một dạng ựặc biệt của WFQ tốc ựộ cao chạy trên nền bộ xử lý giao diện ựa năng (VIP - Versatile Interface Processor). đối với DWFQ nó lưu giữ số gói trong mỗi hàng ựợi và tổng số các gói trong tất cả các hàng ựợi. Khi tổng cộng các gói là nhỏ hơn giới hạn tổng cộng, thì các hàng ựợi có thể làm ựệm tạm thời mà không quan tâm ựến giới hạn hàng ựợi riêng lẻ. Nhưng
sẽ bị loại bỏ. Tuy nhiên các gói ựã ựược sắp xếp trong hàng ựợi vẫn không bị loại bỏ ngay cả khi hàng ựợi ựã vượt qua giới hạn cho phép.
Có 2 loại DWFQ:
Flow-based DWFQ
Class-based DWFQ
Với Flow-based DWFQ các gói ựược phân loại bằng luồng. Các gói có cùng ựịa chỉ IP nguồn, ựịa chỉ IP ựắch, cổng nguồn TCP hoặc UDP, cổng ựắch TCP hoặc UDP, loại giao thức và trường ToS (Type of Service) ựược sắp xếp cùng một luồng (tất cả các gói non-IP ựược xử lý như luồng số 0) .
Mỗi 1 luồng tương ứng riêng rẽ một hàng ựợi ựầu ra. Khi các gói ựược gán tới một luồng nó sẽ ựược ựặt vào hàng ựợi tương ứng với luồng ựó. Trong suốt quá trình tắc nghẽn, DWFQ phân phối băng thông như nhau cho mỗi hàng ựợi ựang ựược gửi.
Với Class-based DWFQ các gói ựược gán tới các hàng ựợi khác nhau dựa trên nhóm QoS của chúng hoặc giá trị ưu tiên IP trong trường ToS. Nhóm QoS cho phép người sử dụng thực hiện theo chiến lược QoS của mình. Một nhóm QoS là một sự phân lớp nội bộ của các gói, ựược router dùng ựể xác ựịnh cách thức xử lý các gói tin trên những ựặc tắnh QoS xác ựịnh. Có thể sử dụng CAR (Commited Access Rate) hoặc sự truyền bá chắnh sách QoS thông qua BGP (Border Gateway Protocol) ựể gán các gói tin vào các nhóm QoS khác nhau. Tuy nhiên nếu muốn phân loại các gói chỉ dựa trên 3 bits phân quyền IP thì có thể sử dụng DWFQ dựa trên trường ToS. Các lớp ựược ựịnh rõ một trọng số. Trong suốt quá trình tắc nghẽn, mỗi nhóm ựược phân phối phần trăm băng thông tương ứng với trọng số của lớp ựó. Vắ dụ nếu 1 lớp ựược gán trọng số là 50 thì trong suốt quá trình tắc nghẽn các gói tin từ lớp này ựược phân phối ắt nhất 50 phần trăm băng thông khả dụng. Trong trường hợp các giao diện không có tắc nghẽn các hàng ựợi có thể ựược gửi ựi thông
qua bất cứ phần băng thông khả dụng nào.
4.2.4.5 Các ưu nhược ựiểm của hàng ựợi WFQ Ưu ựiểm:
Cấu hình ựơn giản (không cần cấu hình sự phân lớp).
đảm bảo thông lượng cho tất cả các luồng.
Khắc phục ựược hiện tượng Ộhiệu ứng dây truyềnỢ (chuỗi liên kết các gói) trong cơ chế hàng ựợi FIFO
Drop gói trên hầu hết các luồng.
Hỗ trợ hầu hết các thiết bị (platform).
Hỗ trợ hầu hết các phiên bản phần mềm (Cisco IOS 11.0 trở lên).
Nhược ựiểm:
đa luồng có thể kết thúc ở trong một hàng ựợi.
Không hỗ trợ cấu hình phân lớp.
Không cho phép ựảm bảo băng thông cố ựịnh.
Thực thi giới hạn tùy thuộc vào ựộ phức tạp của phân lớp và cơ chế sắp xếp.
4.2.4.6 Cấu hình thực thi WFQ
Khởi tạo WFQ trên các giao diện:
CDT (congestive-discard threshold): Số các bản tin cho phép trong hệ
thống WFQ trước khi router bắt ựầu rớt (drop) các gói mới ựược xếp vào hàng ựợi dài nhất. Giá trị CDT có thể lên 4096, mặc ựịnh là 64. WFQ tự ựộng khởi tạo (enable) trên các giao diện tốc ựộ thấp hơn 2M.
Dynamic-queues: Số các hàng ựợi ựộng dùng cho kiến trúc best-effort: giá
Reservable-queues: Số hàng ựợi ựặt trước dùng cho các hội thoại ựặt trước trong dải giá trị 0 ựến 1000 (dùng cho giao diện cấu hình các ựặc tắnh như là RSVP mặc ựịnh là 0).
Cấu hình thêm các tham số HQO cho WFQ.
Xác ựịnh số gói lớn nhất có thể trong tất cả các hàng ựợi ựầu ra trên giao diện ở mọi thời ựiểm, giá trị mặc ựịnh là 1000.
Trong tình huống ựặc biệt WFQ có thể tiêu thụ nhiều bộ ựệm (buffer). Vắ dụ DoS (Denial of Service) tấn công làm tràn (flood) trên giao diện với một lượng gói lớn nó có thể ựiền ựầy các hàng ựợi ở cùng một tốc ựộ.
Kết luận: Mặc dù WFQ có thể phục vụ tốt ựối với các gói tin có kắch thước nhỏ hoặc IP precedence cao, nhưng nó không phải là công cụ chắnh xác ựể ựảm bảo một lượng băng thông cố ựịnh.
CHƯƠNG 5: KỸ THUẬT QoE TRONG MẠNG NGN
Trong vòng hai thập kỷ vừa qua, khái niệm chất lượng dịch vụ (QoS: Quality of Service) trên nền mạng IP ựã ựược ựưa vào nhận thức của ựông ựảo người sử dụng (NSD) cũng như các nhà cung cấp và khai thác dịch vụ mạng. QoS cũng chắnh là ựộng lực thúc ựẩy mạnh mẽ sự ựầu tư của các nhà khai thác dịch vụ viễn thông và sự tập trung cao ựộ của cộng ựồng nghiên cứu lĩnh vực mạng, hướng tới các giải pháp có tắnh ổn ựịnh và hiệu quả cao nhằm ựảm bảo chất lượng cho các dịch vụ qua hệ thống mạng.
Trong nhận thức chung của cộng ựồng chuyên ngành mạng, cũng như ựã ựược chuẩn hóa bởi các tổ chức quốc tế có uy tắn như Liên minh Viễn thông quốc tế ITU (ITU), QoS trong mạng viễn thông ựược ựịnh nghĩa cụ thể qua các tham số kỹ thuật ựược lượng hóa rõ ràng. Trên nền mạng IP, QoS ựược ựịnh nghĩa theo mức gói IP hoặc theo mức kết nối. Ở mức gói IP, các tham số QoS ựiển hình bao gồm ựộ trễ của các gói IP, ựộ biến thiên trễ của các gói IP, tỷ lệ mất gói IP. Ở mức kết nối/cuộc gọiẦ, QoS có thể ựược ựánh giá qua các tham số như tỷ lệ cuộc gọi/kết nối bị chặn, tỷ lệ các cuộc gọi/kết nối bị rớt giữa chừng.
Tuy nhiên, trong bối cảnh hiện nay, khi các dịch vụ viễn thông trên nền mạng IP, ựặc biệt là VoIP (Voice over IP), IPTV (Internet Protocol Television) ngày càng trở nên phổ biến và thông dụng hơn, QoS không còn là yếu tố duy nhất mang tắnh quyết ựịnh trong cuộc cạnh tranh chiếm lĩnh thị trường giữa các nhà cung cấp dịch vụ. Theo xu hướng chung, yếu tố dần trở nên quan trọng hơn ựể phân biệt mức ựộ và ựánh giá các nhà cung cấp dịch vụ là những gói dịch vụ ựược thiết lập tốt ựến mức nào theo nhu cầu cá nhân của người sử dụng, có thể ựược tùy chỉnh theo yêu
cầu cá nhân khách hàng ựến ựâu ựể thỏa mãn tối ựa yêu cầu của họ. đây chắnh là tiền ựề dẫn ựến khái niệm chất lượng trải nghiệm QoE (Quality of Experience), một khái niệm ựược ựưa vào bức tranh cung cấp dịch vụ trong ngành công nghệ viễn thông. Một cách ựơn giản nhất, chất lượng trải nghiệm QoE là nhận xét chủ quan của người sử dụng ựánh giá về dịch vụ họ ựang sử dụng.
So với khái niệm QoS, QoE là khái niệm mới hơn và mới chỉ ựược ựẩy mạnh trong những năm gần ựây. Tài liệu thống kê so sánh số lượng các nghiên cứu viễn thông ựã ựược lưu trữ trong hệ thống cơ sở dữ liệu của tổ chức IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers), có chứa từ QoS trong phần tóm tắt với số lượng QoE trong phần tóm tắt và ựưa ra kết quả như trong Bảng 5.1. Tỷ lệ áp ựảo
của các tài liệu liên quan ựến QoS cho thấy QoE chỉ thực sự nằm trong sự quan tâm của các nhà nghiên cứu từ 2006 trở lại ựây.
Năm Quality of Service (QoS)
Quality of Experience (QoE)
Tỷ lệ giữa các bài báo liên quan ựến QoS và các bài
báo liên quan ựến QoE
2002 1102 1 1102 lần
2003 1328 3 442 lần
2004 1540 3 513 lần
2005 1720 3 573 lần
2006 1681 10 168 lần
Bảng 5.1. Thống kê về sự quan tâm ựến khái niệm QoE và QoS
Chiều hướng tương tự cũng ựược biểu hiện nếu chúng ta thống kê số lượng các kết quả liên quan ựến QoS và QoE khi sử dụng các công cụ tìm kiếm
như www.google.com (ựịa chỉ tìm kiếm thông thường)
hay http://scholar.google.com (ựịa chỉ tìm kiếm cho các tài liệu mang tắnh học ựường, hàn lâm). Số các kết quả tìm kiếm liên quan ựến QoS nhiều hơn 13 lần (trường hợp dùng google.com) và 50 lần (trường hợp dùng scholar.google.com) so với số lượng các kết quả tìm kiếm liên quan ựến QoE.
Thành ngữ tìm Tìm với Goggle.com Tìm với
http://scholar.google.com
QoS 13.300.000 619.000
QoE 938.000 11.700
Bảng 5.2. Thống kê về mức ựộ phổ biến của khái niệm QoE và QoS (8/2008)