2.2.4.1. Mơ hình hệ thống và các thành phần
Sự phát triển mạnh mẽ của internet khiến cho những phát minh và triển khai việc điều khiển tắc nghẽn một cách hiệu quả ở tầng chuyển vận trở nên quan trọng. Kiến trúc internet ngày nay nổi bật bởi khả năng điều khiển tắc nghẽn end-to-end TCP (việc điều khiển chỉ cần quyết định của host đích (end-host). Với điều khiển tắc nghẽn end-to-end, người ta hy vọng quá tình điều khiển sẽ được cải thiện tốt hơn với sự phát triển của những cơ chế kiểm sốt tắc nghẽn ở các trạm. Người ta đã đưa ra giải thuật DRED, một trong những giải thuật mới phát triển dựa trên những kết quả cơ bản của giải thuật RED truyền thơng để cải thiện việc điều khiển tắc nghẽn ở gateway. [20] [22]
Hình 2.9: Một mơ hình kiến trúc mạng để thực hiện giải thuật DRED
Mơ hình mạng trên bao gồm những TCP host (gồm cả host nguồn và đích), gateway (R1 và R2). Những nguồn dữ liệu từ TCP nguồn qua R1 và R2 chuyển đến những host đích. Và giữa 2 gateway là một “bottleneck channel”. Các thành phần của mơ hình mạng trên được mơ tả cụ thể hơn như sau:
TCP Host: Chứa những nguồn dữ liệu nguồn và những dữ liệu được chuyển đến (tạm gọi là dữ liệu đích) trong mạng. Nĩ bao gồm việc chuyển vận các khối dữ liệu “long-live-bulk-data”. Nếu sự tắc nghẽn nhất thời xảy ra bởi việc truyền các khối dữ liệu long-live-bulk-data thì sự tắc nghẽn rất dễ trở nên lâu hơn nếu cơ chế điều khiển tắc nghẽn khơng cĩ sự phản hồi tới những nguồn chuyển vận. Nếu sự tắc nghẽn xảy ra bởi việc chuyển vận khối dữ liệu tương tác hay nguồn dữ liệu short- lived bulk-data hay các khối dữ liệu tương tác thì sự tắc nghẽn này là khơng quá nghiêm trọng khi hàng đợi chưa đầy vì những luồng chuyển vận như thế này sẽ nhanh chĩng hồn thành hoặc được ngưng lại.
Data channel (kênh dữ liệu): Những kênh dữ liệu là một mối liên kết truyền thơng giữa 2 (hoặc nhiều hơn) host trong mạng. Mỗi kênh dữ liệu cĩ một đặc điểm riêng về băng thơng và độ trễ.
Gateway: Gateway là một thiết bị dùng để kết nối hệ thống mạng sử dụng những giao thức chuyển vận khác nhau. Nhờ thiết bị này mà thơng tin cĩ thể đi từ điểm này đến điểm khác trong một hệ thống sử dụng nhiều giao thức chuyển vận khác nhau. [20]
2.2.4.2. Phân tích mơ hình hệ thống
Như ta đã tìm hiểu về giải thuật RED, một cơ chế điều khiển tắc nghẽn RED gồm cĩ 2 chức năng là: Phát hiện sớm sự tắc nghẽn và quyết định những kết nối nào được thơng báo tắc nghẽn. Ở đây, ta sẽ đi sâu xem xét việc phát hiện sự tắc nghẽn như thế nào bằng việc sửa đổi cơ chế nguyên bản của RED để thiết kế một cơ chế điều khiển tắc nghẽn vơ điều kiện cho sự tắc nghẽn nhất thời mà cĩ hại cho hệ thống khi hàng đợi gần đầy.
Trọng số hàng đợi wq được sử dụng để kiểm sốt nhịp độ việc thay đổi các luồng vận chuyển tại gateway gây ra bởi kích thước hàng đợi trung bình (ở giải thuật RED nguyên bản, wq được thiết đặt trước và nĩ là một hằng số trong quá trình thực hiện). Ở phương pháp này, người ta thay đổi giá trị của wq cho phù hợp với sự thay đổi của kích thước hàng đợi thực tế. Bằng việc thiết đặt lại tham số wq, sẽ giúp phát hiện ra sự tắc nghẽn nhất thời đúng lúc khi hàng đợi gần đầy và cĩ thể đưa ra những hoạt động để dập tắt sự tắc nghẽn, tránh tràn bộ đệm.
Việc thiết đặt lại tham số wq làm cho giải thuật RED thay đổi. Pha tránh né tắc nghẽn được mở rộng và chia thành một số pha con. DRED điều chỉnh giá trị maxp phụ thuộc vào chiều dài hàng đợi trung bình hiện thời. maxp được tăng tỷ lệ với sự tăng lên của chiều dài hàng đợi trung bình. [20]
2.2.4.3. Điều chỉnh trọng số hàng đợi Wq
Với tham số wq được thiết lập sẵn, giải thuật RED khơng thể phản ứng thật tốt khi xảy ra bursty cao để ngăn ngừa tràn bộ đệm. Một khía cạnh khác, nếu đặt wq quá cao thì giải thuật RED lại phản ứng quá nhanh với những luồng short-lived- bursty (mà điều này hồn tồn khơng cần thiết). Ở giải thuật RED, thơng số wq được điều chỉnh mỗi khi cĩ gĩi tin được chuyển tới như ở phương trình bên dưới.
Ở phương pháp RED, người ta giới thiệu một ngưỡng mới gọi là “warning line” khi đo kích thước hàng đợi thực tế trên mỗi gĩi được chuyển đến. Nĩ chia việc thiết đặt wq thành 2 phần: Nếu kích thước hàng đợi thực tế ở dưới ngưỡng “warning line”, wq được đặt giá trị chính xác giống như ở giải thuật RED thơng thường. Tuy nhiên, ngay khi kích thước hàng đợi thực tế ở trong hay vượt quá ngưỡng “warning
line”, wq vùng đệm. Khi kích thước vùng đệm càng
cao, trọng số wq càng lớn.
For each arriving packet P: q+ + if (q > avg) diff = q – avg; else diff = 0; ratio = diff/buf_s R = int(10*ratio); If (q < warn _line) Nwq = oldwq Else { Switch (R) { case 0: nwq = oldwq case 1: nwq = oldwq * 4 case 2: nwq = oldwq * 8 case 3: nwq = oldwq * 12 case 4: nwq = oldwq * 16 default: nwq = oldwq * 20 for each departing q--; if (avg > q)
else
nwq = oldwq;
Hình 2.10: Giải thuật tính tốn giá trị wq trong DRED
oldwq, R € [0,0.1] oldwq x 4, R € [0.1,0.2] nwq = oldwq x 8, R € [0.2,0.3] oldwq x 12, R € [0.3,0.4] oldwq x 16, R € [0.4,0.5] oldwq x 20, R € [0.5,1]
Hình 2.11: Trọng số hàng đợi nwq của giải thuật DRED
oldwq là trọng số hàng đợi cũ. Nwq là trọng số hàng đợi mới.
Giải thuật chi tiết cho việc tính tốn wq được biểu diễn dưới hình 2.10: Ý nghĩa và giá trị của các tham số được thể hiện ở bảng 2.3:
Bảng 2.3: Ý nghĩa và giá trị của các tham số trong giải thuật DRED
Tham số Giá trị và ý nghĩa
Old_q Buf_s Warn_line Q Diff Ratio R Nwq 0.002 Kích thước bộ đệm
Một nửa giá trị kích thước bộ đệm Kích thước hàng đợi thực tế
Hiệu của kích thước hàng đợi thực tế với kích thước hàng đợi trung bình
Tỷ số giữa old_q và buf_s Phần nguyên của (10*ratio) Trọng số hàng đợi mới
Điểm nổi bật của giải thuật là sẽ phát hiện giai đoạn khởi sinh tắc nghẽn một cách nhanh chĩng khi hàng đợi gần đây và lưu lượng đến là một luồng bursty cao. [20]
2.2.4.4. Điều chỉnh xác suất loại bỏ gĩi cực đại maxp
Ở giải thuật RED, RED rất nhạy cảm với thơng số xác suất loại bỏ gĩi cực đại maxp để xác định sự linh hoạt của giải thuật đối với những luồng dữ liệu chuyển tới khi kích thước hàng đợi trung bình nằm trong khoảng (maxth minth). Nhu cầu đặt ra là cần thay đổi maxp theo sự thay đổi của kích thước hàng đợi trung bình để giảm độ trễ của hàng đợi và tránh tràn bộ đệm.
Giá trị maxp ở giải thuật RED là một hằng số, khơng phụ thuộc vào kích thước hàng đợi trung bình. Xác suất loại bỏ gĩi tin Pb được tính theo cơng thức:
maxp (avg – minth) Pb =
(maxth - minth)
Khi kích thước hàng đợi trung bình tăng, Pb tăng tuyến tính từ 0 đến maxp. Tuy nhiên, việc cố định giá trị maxp ở RED làm việc khơng tốt đối với việc xuất hiện những luồng chuyển vận khác nhau trong hệ thống.
Ở mơ hình DRED, việc điều chỉnh giá trị maxp tương ứng với sự thay đổi của kích thước hàng đợi trung bình. Điều này làm cho maxp sẽ được điều chỉnh phù hợp với những luồng vận chuyển khác nhau. [20]