Đề tài Tổng quan, kỹ thuật đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS IP và mô hình ứng dụng đảm bảo QoS IP

iii) Tổn thất gói Thông thường, tổn thất gói xảy ra khi các bộ định tuyến tràn không gian đệm. Hình vẽ 2.6 dưới đây chỉ ra trong trường hợp hàng đợi đầu ra đầy và các gói tin mới đến bị loại bỏ. Hình 2.6: Tổn thất gói vì hiện tượng tràn bộ đệm đầu ra Các bộ định tuyến IP thông thường loại bỏ gói vì một số lý do như: Loại bỏ gói tại hàng đợi đầu vào vì bộ xử lý tắc nghẽn và không thể xử lý gói (hàng đợi đầu vào đầy), các gói bị loại bỏ tại đầu ra vì bộ đệm đầu ra đầy, bộ định tuyến quá tải không thể chỉ định được không gian đệm rỗi cho các gói đầu vào và một số hiện tượng lỗi khung truyền dẫn. Ngoài việc tăng dung lượng liên kết, một số tiếp cận sau được sử dụng để giảm độ tổn thất gói: Đảm bảo băng thông và tăng không gian đệm để tương thích với các ứng dụng có độ bùng nổ lưu lượng cao. Một vài kỹ thuật hàng đợi thường sử dụng trong thực tế: Hàng đợi ưu tiên, hàng đợi theo yêu cầu, hàng đợi công bằng trọng số và hàng đợi phân lớp. Chống tắc nghẽn bằng phương pháp loại bỏ gói sớm trước khi có hiện tượng tắc nghẽn xảy ra qua các kỹ thuật loại bỏ gói sớm. Chia cắt lưu lượng và trễ lưu lượng thay vì loại bỏ gói, giải pháp này thường được sử dụng cùng với các hàng đợi phân lớp và có thứ tự ưu tiên. Chính sách lưu lượng có thể giới hạn tốc độ của các gói tin ít quan trọng hơn để cung cấp chất lượng dịch vụ tốt nhất cho các gói tin có yêu cầu cao (Tốc độ truy nhập cam kết và chính sách phân lớp). (iv) Điều khiển quản lý Nhằm quản lý và nâng cao chất lượng dịch vụ trong mạng IP, các chức năng quản lý QoS thường được phân tại mức tổng thể toàn mạng và tại từng thiết bị mạng cụ thể. Trong các bộ định tuyến thường có các công cụ hỗ trợ quản lý tắc nghẽn, hàng đợi, hiệu năng liên kết và các chính sách phân chia lưu lượng. Quản lý chất lượng dịch vụ tổng thể nhằm đặt ra các chính sách và mục tiêu quản lý chung liên quan tới lưu lượng tổng thể trên mạng, các kỹ thuật QoS được sử dụng và đánh giá hiệu quả của các phương pháp quản lý. 2.2 CÁC YÊU CẦU CHỨC NĂNG CHUNG CỦA IP QoS Như chương 1 đã trình bày, để cung cấp chất lượng dịch vụ QoS qua mạng IP, mạng phải thực hiện hai nhiệm vụ cơ bản: (1) Phân biệt các luồng lưu lượng hoặc các kiểu dịch vụ để người sử dụng đưa các ứng dụng vào các lớp hoặc luồng lưu lượng phân biệt với các ứng dụng khác; (2) Phân biệt các lớp lưu lượng bằng các nguồn tài nguyên và ứng xử dịch vụ khác nhau trong một mạng. Nhiệm vụ (1) thường được thực hiện tại giao diện người sử dụng và mạng UNI (User Network Interface). Khả năng thực hiện nhiệm vụ (2) của mạng là sự khác biệt cơ bản của các công nghệ mạng, nó thể hiện các đặc điểm ưu việt và nhược điểm của các giải pháp công nghệ khác nhau. Hình 2.7 dưới đây chỉ ra các yêu cầu chức năng được thực hiện trong bộ định tuyến IP. Bộ định tuyến IP trên hình vẽ thể hiện dưới góc độ các khối chức năng sắp xếp theo hướng đi của luồng dữ liệu từ đầu vào bộ định tuyến tới đầu ra bộ định tuyến. Các gói tin IP đi vào từ các cổng đầu vào của bộ định tuyến tới các khối chức năng đánh dấu gói và phân loại gói, hai khối chức năng này của bộ định tuyến thực hiện nhiệm vụ (1). Các khối chức năng: Chính sách lưu lượng, quản lý hàng đợi tích cực, lập lịch gói và chia cắt lưu lượng là các khối chức năng thực hiện nhiệm vụ (2). Hình 2.7: Các yêu cầu chức năng cơ bản của một bộ định tuyến IP (i) Đánh dấu gói tin IP Đánh dấu gói tin IP là chức năng đầu tiên mà các bộ định tuyến IP áp dụng vào các luồng lưu lượng người sử dụng. Chức năng đánh dấu gói đặt các bit nhị phân vào các trường chức năng đặc biệt của của tiêu đề gói tin IP để phân biệt kiểu của gói tin IP với các gói tin IP khác. Một gói có thể phân biệt bởi địa chỉ nguồn, địa chỉ đích hoặc tổ hợp cả hai, hoặc giá trị DSCP của trường chức năng IP precedence, kỹ thuật đánh dấu DSCP sẽ được trình bày trong mục sau. Các gói tin IP đến một cổng đầu vào có thể được đánh dấu hoặc không. Nếu gói tin đã được đánh dấu, nó có thể được đánh dấu lại nếu các giá trị đã được đánh dấu chỉ ra các đặc điểm vi phạm chính sách của bộ định tuyến đang thực hiện chuyển gói. Nếu một gói chuyển qua nhiều vùng dịch vụ phân biệt, các gói tin sẽ được đánh dấu theo cách phù hợp với các thoả thuận mức dịch vụ SLA giữa các vùng. Các gói tin chưa được đánh dấu sẽ được đánh dấu để nhận các giá trị phụ hợp với chính sách của bộ định tuyến. (ii) Phân loại gói tin IP Phân loại gói sử dụng để nhóm các gói tin IP theo luật phân lớp dịch vụ. Điểm khởi tạo phân lớp lưu lượng có thể đặt tại thiết bị đầu cuối. Trong mạng, các gói tin IP được lựa chọn dựa trên các trường chức năng của tiêu đề IP sử dụng cho đánh dấu gói tin IP. Hai phương pháp phân loại gói tin là: Phân loại đa trường MF (Multi-Field) Phân loại kết hợp hành vi BA (Behavior Aggregate) Phương pháp phân loại đa trường chức năng được chỉ ra trên hình 2.8 dưới đây. Các gói được phân loại dựa trên tổ hợp các giá trị của một hoặc nhiều trường chức năng trong tiêu đều IP. Thêm vào đó là các tham số khác như nhận dạng giao diện cổng vào cũng có thể sử dụng cho mục đích phân loại. Hình 2.8: Phương pháp phân loại gói đa trường chức năng Phương pháp phân loại kết hợp hành vi BA thực hiện phân loại các gói dựa trên trường chức năng chứa giá trị điểm mã dịch vụ phân biệt DSCP. Chi tiết kỹ thuật phân loại này sẽ được trình bày trong mô hình phân biệt dịch vụ DiffServ trong chương 3. Hình vẽ 2.9 dưới đây mô tả đơn giản của phương pháp phân loại gói theo hành vi kết hợp. Hình 2.9: Phương pháp phân loại gói theo hành vi kết hợp BA (iii) Chính sách lưu lượng Chính sách lưu lượng được sử dụng để kiểm tra các luồng lưu lượng gói tin IP đến trên các cổng đầu vào của bộ định tuyến có phù hợp với các tốc độ lưu lượng đã được thoả thuận và xác định hay không. Chính sách lưu lượng gồm bộ đo lưu lượng để xác định lưu lượng đầu vào và đầu ra, trên cơ sở đó áp dụng chính sách điều khiển tốc độ lưu lượng phù hợp với đầu ra bởi bộ đánh dấu gói. Các gói tin có thể đánh dấu lại hoặc bị loại bỏ nếu không phù hợp với lưu lượng đầu ra. Thông thường chính sách lưu lượng kiểm tra tốc độ lưu lượng đầu vào theo một vài tham số lưu lượng như: Tốc độ thông tin cam kết CIR (Committed Information Rate); tốc độ thông tin đỉnh PIR (Peak Information Rate); hoặc một số tham số phụ: Kích thước bùng nổ đỉnh PBS ( Peak Burst Size), kích thước bùng nổ cam kết CBS (Committed Burst Size) và kích thước bùng nổ vượt ngưỡng EBS (Excess Burst Size). [5] (iv) Quản lý hàng đợi tích cực Như đã đề cập trên đây, hàng đợi chủ yếu trong các bộ định tuyến IP truyền thống là phương pháp loại bỏ “đuôi” lưu lượng. Đây là kiểu hàng đợi thụ động, các gói tin tự động bị loại bỏ khi hàng đợi đầy. Ưu điểm cơ bản nhất của phương pháp này là xử lý đơn giản, tuy nhiên phương pháp này có thể gây ra các hiện tượng xấu ảnh hưởng tới đồng bộ. Hình 2.10 dưới đây chỉ ra mô hình của hàng đợi thụ động. Hình 2.10: Nguyên lý quản lý hàng đợi thụ động Kỹ thuật quản lý hàng đợi tích cực AQM (Active Queue Management) là một kỹ thuật điều khiển chống tắc nghẽn, ý tưởng chính của AQM là dự đoán trước khả năng tắc nghẽn và đưa ra một số hoạt động điều khiển để chống lại hoặc giảm thiểu khả năng tắc nghẽn. Có 3 kỹ thuật cơ bản là: Kỹ thuật loại bỏ gói sớm ngẫu nhiên RED (Random Early Discarding); Kỹ thuật loại bỏ gói sớm ngẫu nhiên theo trọng số WRED (Weighted Random Early Discarding); Thông báo tắc nghẽn hiện ECN (Explicit Congestion Notification). Kỹ thuật RED và WRED liên quan tới các hoạt động của các gói loại bỏ trong hàng đợi và không liên quan trực tiếp tới thiết bị đầu cuối. ECN đưa ra tiếp cận khác liên quan trực tiếp tới các thành viên của người sử dụng đầu cuối. (v) Lập lịch cho gói tin Lập lịch cho các gói tin IP thể hiện cách thức thiết lập thứ tự cho các gói đi ra khỏi các hàng đợi, dựa trên các đặc tính của các cổng đầu ra, các gói tin sẽ được phân bố và chuyển tới đầu ra theo luật. Thông thường, kỹ thuật lập lịch không cần phải tiêu chuẩn hoá và phụ thuộc vào nhà cung cấp thiết bị. Kỹ thuật lập lịch là mấu chốt trung tâm của chất lượng dịch vụ và là thước đo công nghệ giữa các nhà cung cấp khác nhau. Hình 2.11 dưới đây chỉ ra sơ đồ nguyên lý của một dạng lập lịch, nó không đại diện cho kỹ thuật trong thực tiễn. Hình 2.11: Sơ đồ nguyên lý của lập lịch gói tin IP Như chỉ ra trên hình vẽ 2.11 lập lịch gói được ứng dụng trên từng cổng đầu ra. Các gói đến tại các cổng vào (1-n) được định tuyến tới các cổng đầu ra (1-m) theo đích và được xác định bởi bảng định tuyến trong bộ định tuyến. Tại mỗi cổng đầu ra, các gói được phân loại và xếp hàng. Lập lịch được áp dụng cho các hàng đợi này kết cuối tại một cổng đầu ra thực tế. Một số kiểu hàng đợi lập lịch thường sử dụng gồm: Hàng đợi vào trước ra trước FIFO (First In First Out); Hàng đợi ưu tiên PQ (Priority Queueing); Hàng đợi công bằng FQ (Fair Queuing); hàng đợi quay vòng trọng số WRR (Weighted Round Robin); Hàng đợi công bằng trọng số WFQ (Weighted Fair Queuing) và hàng đợi dựa theo lớp công bằng trọng số (Class – based WFQ). (vi) Chia cắt lưu lượng Chia cắt lưu lượng là để thay đổi tốc độ luồng lưu lượng đến nhằm điều hoà lưu lượng với đầu ra. Nếu lưu lượng đầu vào có độ bùng nổ cao, luồng lưu lượng cần phải đệm để đầu ra bớt bùng nổ và mềm hơn. Theo ý tưởng như vậy, các hành vi lưu lượng được điều chỉnh theo các dạng lưu lượng đã xác định trước, ví dụ theo các thoả thuận mức dịch vụ SLA. Việc điều chỉnh tốc độ lưu lượng giống như một quá trình dừng và đi, thời gian trễ tại bộ đệm sẽ làm các gói tại đầu ra được điều chỉnh theo yêu cầu. Có hai dạng chia cắt lưu lượng thường sử dụng là: chia cắt lưu lượng thuần và chia cắt lưu lượng gáo rò. Các kỹ thuật này sẽ được trình bày trong mục 2.3 dưới đây. 2.3 CÁC KỸ THUẬT ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ IP Mục 2.2 trên đây đã chỉ ra các khối chức năng cơ bản của một bộ định tuyến IP được nhìn dưới khía cạnh chất lượng dịch vụ, các kỹ thuật cơ bản sẽ được trình bày dưới đây chỉ ra các giải pháp đảm bảo QoS thường được áp dụng. 2.3.1 Kỹ thuật đo lưu lượng và màu hoá lưu lượng Để thực hiện hạn chế lưu lượng, bộ định tuyến sử dụng kỹ thuật đo lưu lượng nhằm xác định tốc độ lưu lượng đầu vào có phù hợp với tốc độ thực tế hay không. Các khối đo lưu lượng thường sử dụng mô hình toán gọi là gáo rò token để xác định và hạn chế tốc độ lưu lượng. Mô hình gáo rò token gồm hai thành phần: Token mang ý nghĩa về sự cho phép một số lượng bit được đưa vào mạng; Gáo rò là nơi lưu trữ các token, độ sâu của gáo thể hiện các kích thước của gói. Có hai dạng đo lưu lượng và màu hoá lưu lượng: Đánh dấu 3 màu tốc độ đơn srTCM (single rate Three Color marker) và đánh dấu 3 màu hai tốc độ trTCM (two rate Three Color marker). (i) Đánh dấu 3 màu tốc độ đơn Kỹ thuật đánh dấu 3 màu tốc độ đơn được định nghĩa trong RFC 2696 [6], như tên của nó đã ngụ ý, srTCM được sử dụng để đặt chính sách cho một luồng đơn tốc độ và cùng CIR. Nó đo tốc độ lưu lượng và dựa trên kết quả đo đánh dấu các gói theo 3 màu hoặc các cấp độ. Ba màu là xanh, vàng và đỏ thể hiện cấp độ tương thích lưu lượng theo thứ tự giảm dần. srTCM có hai chế độ điều hành: Chế độ mù màu và chế độ rõ màu. Chế độ mù màu giả thiết các gói tin đến chưa được đánh dấu màu, trong khi chế độ rõ màu giả thiết các gói tin IP đến đã được đánh dấu màu từ thực thể phía trước. Mục tiêu của srTCM là đảm bảo tốc độ lưu lượng trung bình dài hạn của người sử dụng trong tốc độ thông tin cam kết CIR. Khoảng thời gian dài hạn không tương thích với khoảng thời gian áp dụng chính sách vì mục tiêu của chính sách là xác định các luồng lưu lượng vi phạm các tốc độ thoả thuận trước và đánh dấu các gói tin để chuyển chúng đi. Do đó các gói sẽ chuyển đi ngay mà không lưu tại bộ định tuyến một thời gian dài để chờ CIR được xác định dựa trên thời gian dài hạn. Vì vậy, áp dụng chính sách phải dựa trên một khoảng thời gian ngắn, sử dụng hai tham số phụ là CBS và EBS thay cho CIR. Hình 2.12 dưới đây chỉ ra khoảng thời gian CBS trong CIR của tốc độ lưu lượng đầu vào đơn. Hình 2.12: Khoảng thời gian CIR và CBS Đánh dấu 3 màu tốc độ đơn srTCM gồm hai kiểu gáo token, gáo token C và gáo token E như chỉ ra trên hình 2.13(a). Độ sâu của gáo C là kích thước bùng nổ cam kết CBS, gáo C được khởi tạo đầy với số lượng token Tc=CBS. Độ sâu của gáo E là kích thước bùng nổ quá hạn EBS. Gáo E cũng được khởi tạo đầy với số lượng Te=EBS. Cả hai bộ đếm token Tc và Te được cập nhật tại tốc độ CIR, ví dụ tại các thời điểm 1/CIR giây. Hình 2.13: Gáo C, gáo E và chế độ mù màu srTCM Thuật toán cập nhật của hai gáo như sau: Tại khoảng thời gian cập nhật, nếu gáo C không đầy (Tc<CBS) thì Tc sẽ tăng lên 1 (Tc:=Tc+1). Nếu gáo C đầy mà gáo E không đầy (Tc= CBS và Te<EBS) thì Tc không thay đổi và Te tăng lên 1 (Te:=Te+1). Nếu cả hai gáo đầy thì không có gáo nào thay đổi trạng thái. Hình 2.13(b) chỉ ra phương pháp hoạt động của chế độ mù màu srTCM. một gói không đánh dấu có kích thước B byte đến tại thời điểm t. Đầu tiên, bộ đếm so sánh kích thước B với token hiện thời của gáo C (Tc), Nếu gáo C đủ chỗ (B£ Tc) thì gói được đánh dấu màu xanh, Tc sẽ giảm đi một lượng B (Tc:=Tc-B). Nếu không đủ chỗ trong C (B> Tc) bộ đếm kiểm tra gáo thứ 2 (gáo E), nếu gáo E còn đủ chỗ (B£Te) gói sẽ được đánh dấu màu vàng và Te:=Te-B. Khi đó gáo C không sử dụng nên Tc không thay đổi trạng thái. Cuối cùng, nếu gáo E cũng không đủ chỗ (B>Te), gói sẽ được đánh dấu màu đỏ và cả Tc và Te không thay đổi trạng thái. Hình 2.14 thể hiện chế độ hoạt động rõ màu của srTCM, nó tương tự như trong chế độ mù màu. Các gói màu xanh kích thước B bytes đến tại thời điểm t. Vẫn giữ màu xanh nếu Tc³ B và Tc:=Tc-B. Được đánh dấu màu vàng nếu Tc£B£Te và Te:=Te-B. Đánh dấu màu đỏ nếu Te<B và không có sự thay đổi của Te và Tc. Hình 2.14: Chế độ hoạt động rõ màu srTCM Các gói màu vàng có thể giữ nguyên màu vàng hoặc chuyển sang màu đỏ và không thể chuyển sang màu xanh. Các gói màu đỏ luôn giữ màu đỏ và không bao giờ được chuyển lên cấp độ cao hơn ( màu xanh hoặc màu vàng). (ii) Đánh dấu 3 màu hai tốc độ Bộ đánh dấu 3 màu hai tốc độ được định nghĩa bởi RFC 2698 [6]. trTCM được sử dụng cho cả tốc độ thông tin đỉnh PIR và tốc độ thông tin cam kết CIR. Giống như srTCM, trTCM có hai chế độ hoạt động : Chế độ mù màu và chế độ rõ màu. Đánh dấu 3 màu hai tốc độ được cấu hình bởi các chế độ hoạt động và các tham số PIR, CIR, PBS và CBS. Bộ đánh dấu 3 màu hai tốc độ trTCM hoạt động với hai gáo rò: Gáo rò token C và gáo rò token P. Gáo rò C được sử dụng để điều khiển CIR và gáo dò P điều khiển PIR. Gáo rò C trong trTCM tương tự như trong srTCM, gáo rò P có độ sâu công bằng với kích thước bùng nổ đỉnh PBS và được cập nhật tại tốc độ PIR (ví dụ tại các thời điểm 1/PIR giây như trên hình 2.15(a)). Hình 2.15: Gáo rò C, P và chế độ hoạt động mù màu trTCM Chế độ hoạt động mù màu được mô tả trên hình 2.15 (b). Giả thiết các gói không màu có kích thước B đến tại thời điểm t. Gói tin kích thước B sẽ so sánh với token trong gáo rò P. Nếu gáo P không đủ chỗ (B> Tp), gói tin sẽ được đánh dấu màu đỏ bất kể C có đủ hay không. Nếu gáo P đủ chỗ (Tp³B), gói kích thước B được so sánh với bộ đếm token trong gáo C, Tc. Nếu (Tc³ B), gói được đánh dấu màu xanh và Tp:=Tp-B và Tc:=Tc-B. Nếu (Tc<B) gói được đánh dấu màu vàng và Tp:=Tp-B. Chế độ hoạt động rõ màu chỉ ra trên hình 2.16. Giống như chế độ hoạt động của srTCM, các gói đến không thể cải thiện cấp độ tốt hơn (luôn luôn bằng hoặc nhỏ hơn cấp độ đưa tới). Giả thiết các gói đã được đánh dấu màu tới: Nếu gói đã được đánh dấu màu đỏ, gói sẽ được đánh dấu lại màu đỏ và các gáo rò được bỏ qua. Nếu gói đã được đánh dấu màu vàng, nó được đánh dấu màu đỏ khi B£ Tp và Tp:=Tp-B; được đánh dấu màu vàng nếu Tp>B. Nếu gói đã được đánh dấu màu xanh, nó được chuyển sang màu: Đỏ, nếu Tp<B; Vàng, nếu Tc<B£ Tb và Tp:=Tp-B; Xanh, nếu Tc³ B, Tp³ B và Tc:=Tc-B, Tp:=Tb-B. Hình 2.16: Chế độ hoạt động rõ màu trTCM 2.3.2 Kỹ thuật quản lý hàng đợi tích cực Trong kỹ thuật quản lý hàng đợi tích cực gồm có 3 kiểu cơ bản: RED, WRED và ECN như đã trình bày trên mục 2.2. Dưới đây, chúng ta sẽ xem xét chi tiết các kiểu hàng đợi này. (i) Kỹ thuật loại bỏ gói ngẫu nhiên sớm RED. RED phát hiện trên tập tắc nghẽn và loại bỏ gói ngẫu nhiên từ bộ đệm. Hình 2.16 thể hiện sơ đồ nguyên lý hoạt động của kỹ thuật loại bỏ gói ngẫu nhiên sớm. Như chỉ ra trên hình, RED chứa một thuật toán dự đoán tắc nghẽn và hồ sơ loại bỏ gói như là các thành phần trung tâm. Hình 2.17: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của RED Chức năng của module dự đoán tắc nghẽn là đánh giá hành vi lưu lượng trong bộ đệm theo thời gian và phát hiện khả năng tắc nghẽn. Tiếp cận đơn giản nhất là dựa vào chiều dài hàng đợi (N) và xác định trạng thái tắc nghẽn dựa trên cơ sở hàng đợi đầy (so sánh với kích thước bộ đệm (B)). Một phương pháp khác sử dụng để dự đoán tắc nghẽn dựa trên thuật toán tính toán thời gian trung bình của hàng đợi, đầu ra của module dự đoán tắc nghẽn là chiều dài hàng đợi trung bình trọng số (nN). Mặc dù nó phản ánh độ dài hàng đợi hiện thời, nhưng (nN) không phải là chiều dài hàng đợi thực tế mà là phép đo cho hiện tượng tắc nghẽn. Gọi a là phần trăm (%) điền đầy bộ đệm được tính theo công thức sau: (2.3) Trong đó: B là kích thước bộ đệm Hồ sơ loại bỏ gói là một phương pháp tham chiếu giữa % bộ đệm đầy và xác suất loại bỏ gói, khi a đạt một giá trị nào đó thì RED được kích hoạt, khi a đạt giá trị lớn nhất (<100%) thì xác suất loại bỏ gói =1. Cơ chế loại bỏ gói chuyển sang theo phương pháp cắt đuôi lưu lượng. (ii) Kỹ thuật loại bỏ gói sớm theo trọng số WRED. Kỹ thuật loại bỏ gói sớm theo trọng số WRED là kỹ thuật loại bỏ gói sớm RED với nhiều hồ sơ loại bỏ gói. Thay vì sử dụng một hồ sơ loại bỏ gói cho tất cả các hàng đợi, WRED sử dụng nhiều hồ sơ loại bỏ gói cho một hàng đợi (Ví dụ, 3 hồ sơ loại bỏ gói khác nhau có thể sử dụng cho 3 màu của các gói). (iii) Thông báo tắc nghẽn hiện ECN Phương pháp thông báo tắc nghẽn hiện ECN được ứng dụng cho các lưu lượng TCP, ECN được đề xuất từ 1999 trong RFC 2481 [6] như là một bổ sung trong kiến trúc IP. Hìn vẽ 2.18 dưới đây chỉ ra phương pháp ECN. Trong ECN tắc nghẽn được thông tin tới các hệ thống kết cuối bằng cách đánh dấu trong trường chức năng đặc biệt của tiêu đề IP và TCP với các chỉ thị tắc nghẽn thay vì loại bỏ gói. Một thuật toán tương tự như trong kỹ thuật loại bỏ gói sớm được thực hiện để chỉ ra ngưỡng và thời điểm thông báo tắc nghẽn. Hình 2.18: Hoạt động thông báo tắc nghẽn hiện ECN ECN yêu cầu đánh dấu trên cả hai tiêu đề IP và TCP. ECN sử dụng hai bit dự phòng trong tiêu để TCP và hai bit dự phòng trong tiêu đề IP. Hai bit dự phòng cuối cùng trong 8 bit của trường kiểu dịch vụ ToS trong tiêu đề IPv4 và 8 bit trường phân lớp lưu lượng trong IPv6 sử dụng để đánh dấu ECN. 2.3.3 Kỹ thuật lập lịch cho gói tin Một số kỹ thuật lập lịch cơ bản sử dụng trong bộ định tuyến được trình bày trong mục này gồm có: Hàng đợi FIFO; Hàng đợi ưu tiên PQ; hàng đợi công bằng FQ; hàng đợi quay vòng trọng số WRR; hàng đợi công bằng trọng số WFQ và hàng đợi dựa theo lớp công bằng trọng số CBQ. (i) Hàng đợi FIFO Hàng đợi vào trước – ra trước FIFO là kỹ thuật hàng đợi ngầm định, các gói tin đến được đưa vào trong một hàng đợi đơn và được gửi ra đầu ra theo đúng thứ tự. FIFO là kiểu hàng đợi đơn giản nhất không cần sử dụng thuật toán điều khiển. FIFO đối xử với tất cả các gói theo cùng một cách, vì vậy nó rất thích hợp với mạng nỗ lực tối đa. Mặt khác FIFO không thể cung cấp các dịch vụ phân biệt và tất cả các luồng lưu lượng đều bị suy giảm chất lượng khi có tắc nghẽn xảy ra. (ii) Hàng đợi ưu tiên PQ Hàng đợi FIFO đặt tất cả các gói tin vào trong một hàng đợi đơn bất kể lớp lưu lượng nào. Một cách đơn giản để tạo ra sự phân biệt lớp lưu lượng là sử dụng hàng đợi ưu tiên PQ. Trong PQ, N hàng đợi được tạo ra như trong hình 2.19 với các mức ưu tiên từ 1 tới N. Thứ tự lập lịch được xác định bởi thứ tự ưu tiên và không phụ thuộc vào vị trí của gói tin. Các gói trong hàng đợi thứ j được xử lý khi không còn gói nào trong hàng đợi có thứ tự cao hơn (Các hàng đợi từ 1 tới (j-1)). Hình 2.19: Hàng đợi ưu tiên PQ Giống như FIFO, hàng đợi ưu tiên có ưu điểm là rất đơn giản: nó cung cấp phương tiện đơn giản nhất để phân biệt lớp lưu lượng. Nhược điểm của hàng đợi ưu tiên là PQ luôn hướng tới xử lý mức ưu tiên cao, nên các hàng đợi có mức ưu tiên thấp có thể không có cơ hội để gửi gói đi. (iii) Hàng đợi công bằng FQ Hàng đợi công bằng còn được gọi là hàng đợi dựa trên luồng lưu lượng, trong FQ các gói tin đến được phân loại thành N hàng đợi. Mỗi một hàng đợi nhận 1/N băng thông đầu ra. Bộ lập lịch kiểm tra các hàng đợi theo chu kỳ và bỏ qua các hàng đợi rỗng. Mỗi khi bộ lập lịch tới một hàng đợi, một gói tin được truyền ra khỏi hàng đợi. Hàng đợi công bằng rất đơn giản, nó không yêu cầu một kỹ thuật chỉ định băng thông phức tạp nào. Nếu một hàng đợi mới được thêm vào N hàng đợi có trước đó, bộ lập lịch tự động đặt lại băng thông theo thực tế bằng 1/(N+1). Đơn giản chính là ưu điểm của hàng đợi công bằng. Hình 2.20: Hàng đợi công bằng FQ Hàng đợi công bằng có hai nhược điểm chính. Đầu tiên, khi băng thông đầu ra được chia thành N hàng đợi 1/N, nếu các lớp lưu lượng đầu vào có yêu cầu băng thông khác nhau, thì FQ không thể phân bố lại được băng thông của đầu ra để đáp ứng yêu cầu đầu vào. Thứ hai, khi kích thước gói không được quan tâm trong FQ, kích thước các gói sẽ ảnh hưởng đến phân bố băng thông thực tế, thậm chí bộ lập lịch vẫn hoạt động đúng trên cơ sở công bằng, các hàng đợi có gói kích thước lớn sẽ chiếm nhiều băng thông hơn các hàng đợi khác. (iv) Hàng đợi quay vòng theo trọng số (WRR) Hàng đợi quay vòng theo trọng số WRR được đưa ra nhằm giải quyết hai nhược điểm của hàng đợi công bằng FQ. WRR chia băng thông cổng đầu ra với các lớp lưu lượng đầu vào phù hợp với băng thông yêu cầu. Nguyên lý hoạt động của WRR được chỉ ra trên hình 2.21. Các luồng lưu lượng đầu vào được nhóm thành m lớp tương ứng với trọng số được xác định bởi băng thông yêu cầu. Tổng các trọng số của các lớp bằng 100%. (ct 2.4) Trong đó: m là số lớp lưu lượng, Wi là % trọng số của lớp i. Với mỗi một lớp, các luồng lưu lượng riêng được lập lịch theo nguyên tắc hàng đợi công bằng FQ. Đặt số lượng các hàng đợi FQ trong lớp i là Ni, tổng số hàng đợi FQ trong lược đồ WRR được tính theo công thức 2.5 sau đây : (ct 2.5) Như chỉ ra trên hình 2.21, hàng đợi quay vòng theo trọng số WRR gồm hai lớp lập lịch quay vòng. Bộ lập lịch quay vòng chỉ tới các lớp trong khoảng từ lớp 1 đến lớp m, đây được coi là lớp lập lịch thứ nhất. Khi bộ lập lịch dừng lại tại một lớp, bộ lập lịch quay vòng thứ hai sẽ quay vòng trong các hàng đợi FQ. Băng thông cổng đầu ra tính theo % được gán vào lớp i, trọng số của lớp i (Wi) thể hiện lượng thời gian tiêu tốn của bộ lập lịch cho lớp i. Ví dụ, Wi=20% có nghĩa là bộ lập lịch sẽ tiêu tốn 20% chu kỳ thời gian quay vòng cho lớp i. Với các hàng đợi FQ trong lớp i, thời gian cho các hàng đợi là công bằng, vì vậy lượng thời gian cho một hàng đợi trong Ni hàng đợi là (1/Ni). Trọng số cho mỗi một hàng đợi FQ được tính như sau: Wij = Wi x (1/Ni) (ct 2.6) Trong đó : Wij là trọng số của hàng đợi thứ j trong lớp i; Wi là trọng số lớp i. Hình 2.21: Hàng đợi quay vòng theo trọng số WRR Theo công thức 2.6 ta có thể viết lại thành Wi = Wij x Ni hay: (ct 2.7) Trọng số của lớp i sẽ được tính bằng tổng các yêu cầu lưu lượng trong lớp i. WRR sử dụng Wi thay cho 1/m như trong trường hợp FQ, tạo ra m lớp lưu lượng khác nhau tại các cổng đầu ra. Đây chính là cải thiện của WRR so với FQ nhằm tránh nhược điểm đầu của FQ. (iv) Hàng đợi công bằng trọng số (WFQ) và Hàng đợi công bằng trọng số phân lớp CB-WFQ. Mặc dù WRR đã chỉ ra được cách khắc phục nhược điểm thứ nhất của hàng đợi công bằng FQm nhưng WRR chưa giải quyết được ảnh hưởng của kích thước gói tin đối với băng thông chia sẻ. Tiếp cận hàng đợi công bằng trọng số WFQ cũng nhằm cải thiện nhược điểm thứ hai của hàng đợi FQ. Giống như hàng đợi FQ, lưu lượng đầu vào được nhóm m hàng đợi. Tuy nhiên, băng thông cổng đầu ra được phân bổ tới m hàng đợi theo trọng số được xác định bởi các yêu cầu băng thông của lớp lưu lượng thay vì chia đều. Hàng đợi công bằng trọng số phân lớp CB-WFQ tương tự như hàng đợi quay vòng theo trọng số WRR, sự khác biệt cơ bản của CB-WFQ so với WRR là cách sử dụng cơ chế công bằng theo trọng số tại các lớp i thay vì sử dụng cơ chế hàng đợi công bằng. Tiếp cận này theo hướng mềm hoá hơn nữa đối với các yêu cầu băng thông không đồng nhất. 2.3.4 Kỹ thuật chia cắt lưu lượng Kỹ thuật chia cắt lưu lượng gồm hai kiểu: Chia cắt lưu lượng thuần và chia cắt lưu lượng kiểu gáo rò. (i) Chia cắt lưu lượng thuần Hình 2.22 dưới đây chỉ ra nguyên lý chia cắt lưu lượng thuần. Các gói tin đến được đưa vào bộ đệm (gáo rò) có độ sâu d, sau đó được gửi ra liên kết đầu ra tại tốc độ hằng số, tốc độ hằng số này được gọi là tốc độ rò r. Hình 2.22: Chia cắt lưu lượng thuần Chia cắt lưu lượng thuần không cho phép bùng nổ băng thông trên các liên kết đầu ra. Thông thường, tốc độ rò r luôn nhỏ hơn tốc độ liên kết C (r<C). Tuy nhiên, với chia cắt lưu lượng thuần, tốc độ rò r