nghẽn mạng
Phản ứng của nguồn TCP đối với hiện tƣợng loại bỏ cuối hàng làm nổi lờn nhu cầu cho việc quản lý hàng đợi tớch cực để bỏo hiệu tắc nghẽn trƣớc khi hàng đợi đầy và để điều khiển kớch thƣớc hàng đợi sao cho trễ trờn hàng đợi là thấp nhất. RED là một cơ chế loại trừ tắc nghẽn đƣợc đề xuất bởi Sally Floyd và Van Jacobson. Đõy là một kỹ thuật quản lý hàng đợi tớch cực cú mục đớch cung cấp nhiều ƣu điểm về thụng số vận hành hơn so với phƣơng phỏp loại bỏ cuối hàng (tail-drop).
RED là cỏch tiếp cận tớch cực đối với tắc nghẽn. Thay vỡ đợi đến khi hàng đợi đầy hoàn toàn, RED khởi động việc rớt cỏc gúi với một xỏc suất rớt khỏc 0 sau khi kớch thƣớc hàng đợi trung bỡnh vƣợt một ngƣỡng nhỏ nhất nào đú. Xỏc suất loại bỏ gúi tin phải đảm bảo rằng RED rớt bỏ gúi tin một cỏch ngẫu nhiờn chỉ từ một số ớt luồng, trỏnh đồng bộ toàn cục. Một gúi tin bị loại bỏ để bỏo hiệu nguồn TCP phải giảm dần lƣợng phỏt. Luồng TCP đỏp ứng sẽ giảm dần lƣợng phỏt sau khi gúi tin bị mất bằng cỏch sử dụng chế độ khởi động chậm.
Nếu kớch thƣớc hàng đợi trung bỡnh vẫn tiếp tục tăng mặc dự đó làm rớt ngẫu nhiờn, khả năng gúi tin bị loại bỏ bỏ tăng tuyến tớnh để điều khiển kớch thƣớc hàng đợi trung bỡnh. Nhƣ vậy, tốc độ loại bỏ gúi tin tăng tuyến tớnh khi kớch thƣớc hàng đợi trung bỡnh tăng từ giỏ trị ngƣỡng nhỏ nhất đến giỏ trị ngƣỡng lớn
nhất. Kớch thƣớc hàng đợi trung bỡnh sẽ bị giới hạn đến giỏ trị ngƣỡng lớn nhất bởi vỡ toàn bộ gúi tin mới tới đều bị loại bỏ (với xỏc suất là 100%, tƣơng tự giống loại bỏ cuối hàng) khi kớch thƣớc hàng đợi trung bỡnh đạt ngƣỡng lớn nhất. Do đú mục đớch của RED là giảm kớch thƣớc hàng đợi trung bỡnh từ đú sẽ làm giảm trễ hàng đợi.
Xỏc suất loại bỏ gúi tin dựa vào kớch thƣớc hàng đợi trung bỡnh hàm mũ theo trọng số, đƣợc mụ tả trong phần “Tớnh toỏn kớch thƣớc hàng đợi trung bỡnh”, do đú RED khụng gõy ra lƣu lƣợng burst nhất thời trong khi điều khiển sự tắc nghẽn kộo dài. Nếu chiều dài trung bỡnh của hàng đợi ngắn, hoặc dƣới giỏ trị ngƣỡng nhỏ nhất, RED khụng đƣa đến một lợi ớch thực tế nào. Ngƣợc lại, nếu sự tắc nghẽn duy trỡ trong một thời gian dài, RED - với một hàng đợi dài và một giỏ trị ngƣỡng cực đại cao - sẽ hoạt động giống nhƣ cơ chế loại bỏ cuối hàng. Mục đớch chớnh của RED để đỏp ứng cỏc bursts tạm thời, phỏt hiện và ngăn chặn nghẽn mạng kộo dài bằng cỏch bỏo hiệu cho cỏc nguồn để giảm dần tốc độ. Điều này giỳp trỏnh nghẽn mạng nếu cỏc nguồn hợp tỏc và giảm lƣu lƣợng. Nếu cỏc nguồn khụng hợp tỏc, bất kỳ gúi tin nào đến mà vƣợt qua chiều dài ngƣỡng lớn nhất của hàng đợi sẽ bị loại bỏ. Mục đớch chớnh của RED bao gồm:
Giảm tối thiểu trƣợt trễ gúi của cỏc gúi bằng việc điều khiển kớch thƣớc hàng đợi trung bỡnh
Trỏnh đồng bộ toàn cục cho lƣu lƣợng TCP
Hỗ trợ lƣu lƣợng burst nhƣng khụng cú xu hƣớng gõy ra burst
Áp đặt nghiờm ngặt giới hạn trờn đối với giới hạn hàng đợi trung bỡnh RED đƣợc thực hiện bởi 2 thuật toỏn khỏc nhau:
Tớnh toỏn kớch thước hàng đợi trung bỡnh: Xỏc định mức độ tớnh burst (burstsiness) đƣợc cho phộp trong hàng đợi.
Xỏc suất loại bỏ gúi tin: đối với một kớch thƣớc hàng đợi trung bỡnh, xỏc suất để một gúi tin bị loại bỏ xỏc định tần suất router loại bỏ gúi tin. Những thuật toỏn này đƣợc đề cập trong cỏc phần sau.
RED tớnh toỏn một kớch thƣớc hàng đợi trung bỡnh theo trọng số hàm mũ chứ khụng tớnh kớch thƣớc hàng đợi hiện tại để đƣa ra xỏc suất loại bỏ gúi tin. Chiều dài trung bỡnh của hàng đợi hiện tại phụ thuộc vào giỏ trị trung bỡnh trƣớc đú và kớch thƣớc hiện tại của hàng đợi. Sử dụng một kớch thƣớc hàng đợi trung bỡnh RED sẽ đạt đƣợc mục đớch khụng phản ứng với tớnh burst tức thời trong mạng, và chỉ phản ứng khi nghẽn mạng kộo dài. Cụng thức đú là:
giỏ trị trung bỡnh = (giỏ trị trung bỡnh cũì (1–1/2 n) + (kớch thƣớc hàng đợi hiện tạiì1/2 n)
trong đú n là hệ số mũ, biến số cấu hỡnh của ngƣời sử dụng.
Hệ số mũ là tham số chủ chốt xỏc định ý nghĩa của giỏ trị trung bỡnh cũ và giỏ trị của kớch thƣớc hàng đợi hiện tại trong việc tớnh toỏn giỏ trị trung bỡnh của kớch thƣớc hàng đợi. Mặc định giỏ trị n bằng 9 thƣờng cho kết quả tốt nhất. Trong tớnh toỏn kớch thƣớc hàng đợi trung bỡnh, giỏ trị n cao làm tăng ý nghĩa của kớch thƣớc hàng đợi trung bỡnh cũ so với kớch thƣớc hàng đợi hiện tại trong việc tớnh toỏn kớch thƣớc hàng đợi trung bỡnh; giỏ trị n thấp làm giảm ý nghĩa của kớch thƣớc hàng đợi trung bỡnh cũ so với kớch thƣớc hàng đợi hiện tại.
Với giỏ trị n cao, kớch thƣớc hàng đợi trung bỡnh gần bằng kớch thƣớc hàng đợi trung bỡnh cũ và ớt phụ thuộc kớch thƣớc hàng đợi hiện tại, kết quả của cơ chế RED nhƣ sau:
Kớch thƣớc hàng đợi trung bỡnh thay đổi chậm và khụng biến đổi quỏ nhanh, trỏnh việc kớch thƣớc dao động quỏ mạnh.
RED chấp nhận burst tạm thời trong lƣu lƣợng, san bằng giỏ trị cỏc giỏ trị đỉnh và đỏy trong kớch thƣớc hàng đợi hiện tại.
RED chậm khởi động việc loại bỏ gúi tin, nhƣng nú cú thể tiếp tục loại bỏ gúi tin ở thời điểm sau khi kớch thƣớc hàng đợi thực tế thấp hơn ngƣỡng bộ nhất.
Nếu n quỏ cao, RED sẽ khụng cú ảnh hƣởng đến tắc nghẽn, do kớch thƣớc hàng đợi hiện tại khụng cú ý nghĩa trong việc tớnh toỏn kớch thƣớc hàng đợi trung bỡnh. Cỏc gúi tin đƣợc truyền đi hoặc bị loại bỏ theo cỏch giống nhƣ khụng cú
RE.
Với giỏ trị n thấp, kớch thƣớc hàng đợi trung bỡnh gần bằng kớch thƣớc hàng đợi hiện tại. Khi đú RED cú đặc điểm sau:
Kớch thƣớc hàng đợi trung bỡnh thay đổi nhanh và thăng giỏng cựng với những thay đổi trong mức độ lƣu lƣợng
Tiến trỡnh RED đỏp ứng nhanh với hàng đợi dài. Khi hàng đợi bộ hơn ngƣỡng nhỏ nhất, tiến trỡnh sẽ dừng quỏ trỡnh loại bỏ gúi tin
Nếu n quỏ thấp, RED sẽ ảnh hƣởng quỏ mức mạng tới burst lƣu lƣợng tạm thời và làm rớt lƣu lƣợng một cỏch khụng cần thiết.
Xỏc suất loại bỏ gúi tin
Xỏc suất loại bỏ gúi tin là một hàm tuyến tớnh của kớch thƣớc hàng đợi trung bỡnh. Nú cũng dựa vào giỏ trị ngƣỡng nhỏ nhất và giỏ trị ngƣỡng lớn nhất, và mẫu số xỏc suất đỏnh dấu (mark probability denominato), là một phần của số lƣợng gúi tin bị loại bỏ khi độ dài hàng đợi trung bỡnh ở ngƣỡng lớn nhất. Vớ dụ, nếu (mẫu số xỏc suất đỏnh dấu là 10, 1 trong mỗi 10 gúi tin bị loại bỏ khi hàng đợi trung bỡnh ở giỏ trị ngƣỡng lớn nhất.
Hỡnh 2-25 Xỏc suất loại bỏ gúi tin RED
Khi độ dài hàng đợi trung bỡnh lớn hơn giỏ trị ngƣỡng bộ nhất, RED bắt đầu rớt cỏc gúi tin. Tốc độ loại bỏ gúi tin tăng tuyến tớnh khi kớch thƣớc hàng đợi trung bỡnh tăng, đến khi kớch thƣớc hàng đợi trung bỡnh đạt đến giỏ trị ngƣỡng lớn nhất.
Khi kớch thƣớc hàng đợi trung bỡnh lớn hơn giỏ trị ngƣỡng lớn nhất, toàn bộ gúi tin sẽ bị loại bỏ. Xỏc suất loại bỏ gúi tin đƣợc minh họa trong hỡnh 2-25.