Luận văn Các kỹ thuật đảm bảo chất lượng dịch vụ trong mạng IP

ng mầu đỏ và không thể chuyển sang mầu xanh. Các gói đỏ luôn giữ mầu đỏ và không bao giờ chuyển sang tới cấp độ mầu xanh hoặc vàng. 2.1.2 Đánh dấu ba mầu hai tốc độ Bộ đánh dấu 3 mầu hai tốc độ đƣợc định nghĩa bởi RFC 2698. trTCM sử dụng cho cả tốc độ thông tin đỉnh PIR và tốc độ thông tin cam kết. Giống nhƣ srTCM, trTCM có hai chế độ họat động: Chế độ mù mầu và chế độ rõ màu. Đánh dấu 3 mầu hai tốc độ đƣợc cấu hình bởi các chế độ hoạt động và các tham số PIR, CIR, PBS và CBS. Bộ đánh dấu 3 mầu hai tốc độ trTCM hoạt động với hai gáo rò: Gáo rò token C và gáo rò token P. Gáo rò token C đƣợc dùng để điều khiển CIR và góa rò token P điều khiển PIR.Gáo rò C trong trTCM tƣơng tự nhƣ trong srTCM, gáo rò P có độ sâu cân bằng với kích thƣớc bùng nổ đỉnh PBS và đƣợc cập nhật tại tốc độ PIR (thí dụ tại thời điểm 1/PIR giây nhƣ trên hình 2.4(a)). Gáo rò C Gáo rò P CBS EBS CIR/sec PIR/sec Thời gian Thời gian 1/CIR sec 1/PIR sec Hình 2.4 (a): Gáo rò C và P trong trTCM Gói vào không tô mầu B byte So sánh với Tp  Tp>=B Tp<B Tc<B Vàng Đỏ Tc>=B Xanh Đỏ So sánh với Tc Gói ra tô mầu Hình 2.4 (b): trTCM ở chế độ mù mầu Chế độ hoạt động mù màu đƣợc mô tả trên hình 2.4(b). Giả thiết các gói không màu có kích thƣớc B đến tại thời điểm t. Gói tin kích thƣớc B sẽ so sánh với token trong gáo rò P. · Nếu gáo rò P không đủ chỗ (B > Tp), gói tin sẽ đƣợc đánh dấu bằng màu đỏ bất kể C có đủ hay không. · Nếu gáo P đủ chỗ (Tp ≥ B), gói kích thƣớc B đƣợc so sánh với bộ đếm token trong gáo C, Tc. Nếu (Tc ≥ B), gói đƣợc đánh dấu màu xanh và Tp:=Tp-B và Tc:=Tc-B. Nếu (Tc < B), gói đƣợc đánh dấu màu vàng và Tp:=Tp-B. Chế độ hoạt động rõ màu chỉ ra trên hình 2.5. Giống nhƣ 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 đƣa tới). Giả thiết các gói đã đƣợc đánh dấu màu tới: · Nếu gói đã đƣợc đánh dấu màu đỏ, gói sẽ đƣợc đánh dấu lại màu đỏ và các gáo rò đƣợc bỏ qua. · Nếu gói đã đƣợc đánh dấu màu vàng, nó đƣợc đánh dấu màu đỏ khi B≤ Tp và Tp:=Tp-B; đƣợc đánh dấu màu vàng nếu Tp>B. · Nếu gói đã đƣợc đánh dấu màu xanh, nó đƣợc chuyển sang màu: Đỏ, nếu Tp<B Vàng, nếu Tc<B≤Tb và Tp:=Tp-B; Xanh, nếu Tc≥B, Tp≥B và Tc:= Tc-B, Tp:=Tp-B. Mầu ban đầu Tp>=B Tp<B Tc>=B Tc<B Đỏ Đỏ Đỏ Đỏ Vàng Vàng Vàng Đỏ Xanh Xanh Vàng Đỏ Hình 2.5: Chế độ rõ mầu với trTCM 2.2 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. Dƣới đây, chúng ta xem xét chi tiết các kiểu hàng đợi này. 2.2.1 Kỹ thuật loại bỏ gói ngẫu nhiên sớm RED RED phát hiện nguy cơ tắc nghẽn và loại bỏ gói ngẫu nhiên từ bộ đệm. Hình 2.6 thể hiện sơ đồ nguyên lý hoạt động của kỹ thuật loại bỏ gói ngẫu nhiên sớm. Nhƣ chỉ ra trên hình, phần quan trọng nhất của RED là dự đoán tắc nghẽn và hồ sơ loại bỏ gói. Khối dự đoán tắc nghẽn  % bộ đệm đầy α  Hồ sơ loại bỏ gói Chiều dài hàng đợi tức thời N Xác suất loại gói p Bộ loại bỏ gói Các gói vào X X Chiều dài hàng đợi N Kích thước bộ đệm B X Gói loại bỏ ngẫu nhiên X Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của RED Chức năng của khối dự đoán tắc nghẽn là đánh giá lƣu lƣợng 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 thƣớc bộ đệm (B)). Một phƣơng pháp khác sử dụng để dự đoán tắc nghẽn là dựa trên thuật toán tính toán thời gian trung bình của hàng đợi, đầu ra của khối 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, nhƣng (nN) không phải là chiều dài hàng đợi thực tế mà là phép đo cho hiện tƣợng tắc nghẽn. Gọi α là phần trăm (%) bộ đệm sử dụng đƣợc tính theo công thức sau: a = nN B Trong đó, B là kích thƣớc bộ đệm  Công thức (2.1) Hồ sơ loại bỏ gói là một phƣơng pháp tham chiếu giữa % bộ đệm đầy và xác suất loại bỏ gói, khi α đạt một giá trị nào đó thì RED đƣợc kích hoạt, khi α đạt giá trị lớn nhất (<100%) thì xác suất loại bỏ gói bằng 1. Cơ chế loại bỏ gói chuyển sang theo phƣơng pháp cắt đuôi lƣu lƣợng. Xác suất loại bỏ gói 1 % bộ đệm đầy α min 0% % bộ đệm hiện thời  α max  100% RED kích hoạt RED Kết thúc và loại bỏ đuôi Hình 2.7: Hồ sơ RED 2.2.2 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). 2.2.3 Thông báo tắc nghẽn hiện ECN Phƣơng pháp thông báo tắc nghẽn hiện ECN đƣợc ứng dụng cho các lƣu lƣợng TCP, ECN đƣợc đề xuất từ năm 1999 trong RFC 2481 nhƣ là một bổ sung trong kiến trúc IP. Hình vẽ 2.8 dƣới đây chỉ ra phƣơng pháp ECN. Trong ECN, tắc nghẽn đƣợc thông tin tới các hệ thống kết cuối bằng cách đánh dấu trong trƣờng hợp chức năng đặc biệt của tiêu đề IP và TCP với các chỉ thị tắc nghẽn thay vì loại bỏ gói. Một thuật toán tƣơng tự nhƣ trong kỹ thuật loại bỏ gói sớm đƣợc thực hiện để chỉ ra ngƣỡng và thời điểm thông báo tắc nghẽn. ECN yêu cầu đánh dấu trên cả hai tiêu để IP và TCP. ECN sử dụng hai bit dự phòng trong tiêu đề TCP và hai bit dự phòng trong tiêu đề IP. Hai bit dự phòng cuối cùng trong 8 bit của trƣờng kiểu dịch vụ ToS trong tiêu đề IPv4 và 8 bit trƣờng phân lớp lƣu lƣợng trong IPv6 sử dụng để đánh dấu ECN. Thuật toán RED Chiều dài hàng đợi tức thời N Xác suất loại gói p ECN Các gói vào  X X X Chiều dài hàng đợi N 2.3 Lập lịch gói X Gói ngẫu nhiên với chỉ thị tắc nghẽn Hình 2.8: Khái niệm ECN Lập lịch gói điều khiển đặc trƣng thời gian của việc lƣu thoát gói khỏi mỗi hàng đợi - thƣờng tại giao diện đầu ra hƣớng tới router hoặc host tiếp theo, nhƣng cũng có thể là tại các điểm hàng đợi trong một router. Các router truyền thống chỉ có một hàng đợi đơn trên một giao diện kết nối đầu ra. Nhƣ vậy lập lịch có nhiệm vụ đơn giản là chuyển các gói ra khỏi hàng đợi nhanh bằng khả năng kết nối có thể chuyển đƣợc. Cổng vào 1  . Phân loại . gói . Các hàng đợi  Cổng ra 1 Lập lịch gói  Đường ra . . . . . . Cổng vào n Các hàng đợi . .  Cổng ra m  Đường ra . Phân loại gói Lập lịch gói Hình 2.9: Biểu đồ khái niệm của Lập lịch gói Hình 2.9 là sơ đồ khái niệm của lập lịch gói. Lập lịch gói đƣợc áp dụng cho mỗi đầu ra cơ sở, các gói đi đến các cổng vào (từ 1 đến n) trƣớc tiên đƣợc định tuyến đến các cổng ra (từ 1 đến m) dựa vào bảng định tuyến của router. Với mỗi cổng ra, các gói đƣợc phân loại gói và đƣợc xếp hàng trên các hàng đợi trƣớc khi đi qua bộ lập lịch gói. Dƣới đây là một số phƣơng pháp lập lịch gói phổ biến sẽ đƣợc đề cập: - Vào trƣớc ra trƣớc (First-in-first-out FIFO). - Hàng đợi ƣu tiên (Priority queuing PQ). - Hàng đợi công bằng (Fair-queuing FQ). - Vòng tròn trọng số Robin (Weighted Round Robin WRR). - Hàng đợi công bằng có trọng số (Weight Fair Queuing WFQ). - WFQ dựa trên lớp (CBWFQ). 2.3.1 FIFO FIFO đƣợc trình bày trong hình 2.10. FIFO là kỹ thuật mặc định khi không có mặt thuật toán lập lịch gói đặc biệt nào. Với FIFO, các gói đƣợc xếp hàng trong một hàng đợi đơn theo thứ tự đến của chúng và đƣợc gửi đi trên các liên kết ra theo cùng trình tự trong hàng đợi của chúng. Từ việc gói đến trƣớc là gói đƣợc phục vụ trƣớc, hàng đợi FIFO cũng đƣợc biêt đến là hàng đợi đến trƣớc phục vụ trƣớc. Các luồng vào Phân loại gói  Hàng đợi FIFO Lập lịch gói Cổng ra IP Router Hình 2.10: FIFO Ƣu điểm lớn nhất của FIFO là sự đơn giản. Không thuật toán đặc biệt nào cần thiết để cài đặt FIFO. Nó chỉ cần một bộ đệm có thể lƣu các gói đến khi chúng đến và gửi đi theo cùng một trình tự. FIFO đối xử công bằng với tất cả các gói, theo đó nó thích hợp nhất với các mạng best effort. Nhƣợc điểm lớn nhất của FIFO là nó không phân biệt (hay có khả năng phân biệt rất hạn chế) các lớp lƣu lƣợng. Bởi vì FIFO không cung cấp sự phân biệt các lớp, tất cả các luồng lƣu lƣợng đều chịu mức tắc nghẽn nhƣ nhau 2.3.2 Hàng đợi ưu tiên PQ FIFO đặt tất cả các gói trong một hàng đợi đơn mà không quan tâm đến sự phân biệt các lớp lƣu lƣợng. Một cách đơn giản để phân chia các lớp là sử dụng hàng đợi ƣu tiên. Trong phƣơng pháp PQ, N hàng đợi đƣợc tạo ra nhƣ trong hình 2.11 với thứ tự ƣu tiên xếp từ 1 đến N. Thứ tự sắp xếp đƣợc xác định bởi thứ tự ƣu tiên và nhờ đó có các gói trong các hàng đợi ƣu tiên cao hơn. Các gói trong hàng đợi thứ j đƣợc xử lý chỉ khi không có gói nào trong bất kỳ 1 hàng đợi nào có ƣu tiên cao hơn, cụ thể các hàng đợi từ 1 đến j-1. Ví dụ, nếu 1 gói đến bất kỳ hàng đợi nào ở trên hàng j, ví dụ hàng j-3, trong khi đó bộ sắp xếp đang ở hàng j, bộ sắp xếp nhảy tới hàng j-3, cụ thể, không có thứ tự nào thiết lập trƣớc nhƣ thứ tự vòng quay robin sử dụng trong các kỹ thuật lên lịch gói khác đƣợc thảo luận sau đây. Các luồng vào Các hàng đợi Ưu tiên 1 Phân loại gói Ưu tiên 2 . . Ưu tiên N . Cổng ra Lập lịch gói IP Router Hình 2.11: Hàng đợi ưu tiên (PQ) Nhƣ trong FIFO, ƣu điểm cơ bản của PQ là sự đơn giản của nó: nó cung cấp một định nghĩa đơn giản để tạo ra sự phân chia các lớp lƣu lƣợng. Nhƣợc điểm cơ bản của PQ là PQ có thể gây ra hiện tƣợng đƣợc gọi là sự “thiếu đói” của các hàng đợi có ƣu tiên thấp. Nhƣ tên gọi của hiện tƣợng đã gợi ý, nếu các hàng đợi có ƣu tiên cao hơn luôn có các gói đƣợc xử lý, thì các hàng đợi có ƣu tiên thấp có thể không bao giờ có cơ hội để gửi gói đi: các hàng đợi ƣu tiên thấp có thể bị hoàn toàn mất khả năng truy nhập tới băng thông của các cổng ra. Vì nguy cơ của vấn đề thiếu đói, phải cẩn thận khi áp dụng PQ. PQ đặc biệt phù hợp nếu các lƣu lƣợng ƣu tiên cao chỉ chiếm một phần nhỏ trong toàn bộ lƣu lƣợng của các hàng đợi. PQ thích hợp cho việc tạo ra các hàng đợi chuyên dụng cho các lƣu lƣợng thời gian thực, nhƣ thoại và video qua IP bởi PQ luôn cố gắng đạt đƣợc chất lƣợng nhƣ các mạng chuyển mạch kênh. Lƣu lƣợng thời gian thực nhƣ thoại và video thông thƣờng sử dụng UDP. Việc sử dụng PQ cho lƣu lƣợng TCP là không hợp lý bởi vì đặc tính của TCP khi xảy ra tắc nghẽn sẽ thực hiện truyền lại nen có thể làm nghiêm trọng hơn vấn đề “thiếu đói” cho các lƣu lƣợng khác trong các hàng đợi khác. 2.3.3 Hàng đợi công bằng FQ Một phƣơng pháp hàng đợi khác đƣa ra đối với việc phân chia các lớp lƣu lƣợng là hàng đợi công bằng FQ, hay còn biết đến nhƣ là xếp hàng dựa trên luồng lƣu lƣợng. Với hàng đợi FQ, các gói đến đƣợc phân loại vào N hàng đợi. Mỗi hàng đợi đƣợc chỉ định 1/N băng thông của cổng ra. Bộ lập lịch ghé thăm các hàng đợi tùy thuộc vào việc bỏ qua các hàng đợi rỗng của trình tự vòng quay robin. Mỗi khi bộ lập lịch ghé thăm một hàng đợi, một gói của hàng đợi đó đƣợc chuyển đi. Hàng đợi FQ đơn giản. Nó không yêu cầu 1 kỹ thuật phân phát băng thông riêng biệt. Nếu một hàng đợi mới đƣợc thêm vào N hàng đã có sẵn để tạo ra một lớp lƣu lƣợng mới, bộ lập lịch tự động điều chỉnh băng thông cho mỗi hàng đợi thành 1/(N+1) băng thông của cổng ra. Tính đơn giản này là ƣu điểm cơ bản của FQ. Hàng đợi FQ có hai nhƣợc điểm chính. Đầu tiên, khi băng thông của cổng ra đƣợc chia đều cho N hàng đợi thành 1/N, nếu các lớp lƣu lƣợng đến có yêu cầu băng thông khác nhau, hàng đợi FQ sẽ không thể phân phối băng thông của cổng ra cho các luồng đến tùy theo yêu cầu băng thông của chúng đƣợc. Thứ hai, khi toàn bộ một gói đƣợc chuyển đi mỗi khi bộ lập lịch ghé thăm một hàng đợi không cần quan tâm đến kích thƣớc gói tin, kích thƣớc gói tin sẽ tác động đến sự phân phối băng thông thực tế giữa các hàng đợi mặc dù mỗi hàng đợi đƣợc chia đều là 1/N. Ví dụ, nếu 1 hàng đợi cụ thể phục vụ các gói có kích thƣớc lớn hơn các hàng đợi khác, hàng đợi đó sẽ chiếm lấy nhiều hơn 1/N băng thông đƣợc chia sẻ của cổng ra. Điều này đƣợc minh họa trong hình 2.12. Phân bố đều băng thông 50% 50%  Phân bố không đều băng thông 50% 50% Hình 2.12: Ảnh hưởng của kích thước gói với phân bố băng thông 2.3.4 Vòng quay trọng số Robin (WRR) Hàng đợi WRR đƣa ra để giải quyết vấn đề thứ nhất trong hai nhƣợc điểm của FQ đã đƣợc thảo luận trong phần 2.3.3, đó là FQ không có khả năng phân phối băng thông đầu ra cho các lớp lƣu lƣợng đến tùy theo yêu cầu của chúng. Hàng đợi WRR chia băng thông đầu ra cho các lớp lƣu lƣợng đến tùy theo yêu cầu băng thông của chúng. Hàng đợi WRR cũng đƣợc biết đến nhƣ hàng đợi dựa trên lớp hay hàng đợi điều chỉnh. Hình 2.13 trình bày về WRR. Đầu tiên, các luồng lƣu lƣợng đến đƣợc phân nhóm vào m lớp và băng thông cổng ra đƣợc phân bố cho m lớp tùy theo trọng số thích hợp đƣợc xác định bởi yêu cầu băng thông của m lớp. Trọng số có thể nâng lên tới 100%: Các luồng gói vào Số lượng các hàng đợi FQ  Lớp 1  Thứ tự Round Roubin N1 Phân loại gói  . W1 . . Lớp i Ni . Wi . . Lớp m Nm  Lập lịch gói  Cổng ra Wm IP Router Hình 2.13: WRR m åWi i =1  = 100% (Công thức 2-2) Trong đó m là số lớp lƣu lƣợng và Wi là phần trăm trọng số của lớp i. Trong mỗi lớp, các luồng riêng biệt đƣợc sắp xếp bởi FQ. Ni biểu hiện số lƣợng FQ trong lớp i, tổng số FQ trong trình tự WRR đƣợc đƣa ra trong công thức sau đây: m WRR = å Ni i =1 trong đó m là tổng số lớp lƣu lƣợng.  (Công thức 2-3) Nhƣ trình bày trong hình 2.13, hàng đợi WRR bao gồm 2 lớp lập lịch vòng quay robin. Đầu tiên, các lớp 1 đến m đƣợc ghé thăm bởi bộ lập lịch trong trình tự vòng quay robin. Hay ta còn coi chúng là tầng vòng quay robin đầu tiên. Khi bộ lập lịch làm việc với một lớp cụ thể, hàng đợi FQ của lớp đó đƣợc ghé thăm bởi bộ lập lịch trong trình tự vòng quay robin, đó là tầng vòng quay robin thứ hai. Phần trăm băng thông cổng ra đƣợc phân cho lớp i, cụ thể là trọng số cho lớp i, Wi, có thể thực hiện bởi việc chỉ rõ lƣợng thời gian đƣợc sử dụng của bộ sắp lịch với lớp i. Ví dụ, giả sử là lớp i đƣợc cho 20% băng thông của cổng ra, cụ thể Wi =20%,. Bộ xếp lịch phải sử dụng 20% thời gian trong khi tầng vòng quay robin đầu tiên quay vòng với lớp i. Trong khi bộ xếp lịch làm việc với lớp i, nó sử dụng 1 lƣợng cân bằng thời gian với mỗi hàng đợi trong số Ni hàng đợi FQ, cụ thể là 1/Ni. Vì vậy, trọng số đƣợc cấp phát cho mỗi hàng đợi FQ riêng biệt trong lớp i là: Wij = Wi *(1/Ni) (Công thức 2-4) trong đó Wi là trọng số của lớp i, Ni là số hàng đợi FQ trong lớp i, và Wij là trọng số của hàng đợi thứ j trong lớp i. Công thức trên có thể đƣợc viết là : Wij = Wi * wij (Công thức 2-5) trong đó wij là phần trăm phân phối (trọng số) băng thông của lớp i cho hàng đợi thứ j trong lớp i, và hàng đợi FQ phân cho các hàng đợi 1 trọng số bằng nhau: wij = 1/Ni (Công thức 2-6) Và công thức sau cũng đúng: N i Wi = å w ii i =1 (Công thức 2-7) Bằng việc sử dụng các Wi, hơn là sự chia đều 1/m, hàng đợi WRR có thể tạo ra m lớp lƣu lƣợng với nhu cầu băng thông cổng ra khác nhau, nhờ đó khắc phục đƣợc nhƣợc điểm của hàng đợi FQ đã thảo luận trong phần 2.3.3. 2.3.5 Hàng đợi công bằng có trọng số WFQ WRR đã giải quyết nhƣợc điểm thứ nhất của FQ, nhƣng WRR không giải quyết đƣợc nhƣợc điểm thứ hai của FQ, đó là ảnh hƣởng của kích thƣớc gói tới băng thông chia sẻ, vì WRR sử dụng hàng đợi FQ bên trong các lớp. Phƣơng pháp hàng đợi công bằng có trọng số WFQ chú tâm vào nhƣợc điểm này của FQ. Trong hàng đợi WFQ, cũng giống nhƣ FQ, các luồng lƣu lƣợng vào đƣợc nhóm vào m hàng đợi; tuy nhiên, băng thông của cổng ra bị phân phối tới m hàng đợi tùy thuộc vào trọng số thích hợp đƣợc xác định bởi yêu cầu băng thông của m lớp thay vì chia đều, và trọng số có thể lên tới 100%: m åWi = 100% i =1  (Công thức 2-8) trong đó m là số lớp lƣu lƣợng trong hàng đợi WFQ và Wi là phần trăm trọng số của lớp i. Trong phƣơng pháp hàng đợi FQ, mỗi hàng đợi gửi đi trọn vẹn một gói tin khi bộ lập lịch ghé thăm. Trong phƣơng pháp hàng đợi WFQ, bộ lập lịch gửi đi các gói từ các hàng đợi dựa trên cơ sở thứ tự đã đƣợc tính toán thời gian hoàn tất gói. Hàng đợi WFQ cố gắng làm gần đúng một mô hình lý thuyết biết đến nhƣ bộ lập lịch vòng quay robin trọng số theo bit (weighted bit-by-bit) đƣợc trình bầy trong hình 2.14. Các luồng gói vào Các hàng đợi Gói 1  Lập lịch gói  Bít cuối cùng gói j Phân loại gói Gói 2  gói Bít cuối cùng gói M Bít cuối cùng gói 1 Gói M  IP Router Hình 2.14: Vòng quay Robin trọng số theo từng bít Các luồng gói vào Các hàng đợi . . . Phân loại gói  . . . . . . . . .  Lập lịch gói  Ứớc lượng thời gian kết thúc gói Pij  Cổng ra . . .  IP Router Hình 2.15: WFQ Nhƣ đã trình bày trong hình vẽ, bộ lập lịch vòng quay robin trọng số theo bit ghé thăm các hàng đợi trong thứ tự vòng quay Robin; tuy nhiên, mỗi lần ghé thăm, bộ lên lịch chỉ lấy đi từ hàng đợi 1 bit; bộ ghép gói sẽ thu thập tất cả các bit của 1 gói, khi gói đã đƣợc ghép lại, nó sẽ đƣợc gửi đi. Do đó, 1 gói có kích thƣớc lớn phải đợi lâu hơn để đƣợc ghép lại. Bộ lập lịch bit-by-bit này chỉ là 1 mô hình lý thuyết và nó không thực tế. Hình 2.15 mô tả về hàng đợi WFQ. Hàng đợi WFQ tính toán thời gian kết thúc của các gói và gửi chúng tới cổng ra theo thứ tự thời gian hoàn thành đã đƣợc tính toán bởi bộ lập lịch. 2.3.6 Hàng đợi công bằng có trọng số dựa trên cơ sở lớp (CB WFQ) Hình 2.16 trình bày về hàng đợi công bằng có trọng số dựa trên cơ sở lớp CB WFQ. Trong hàng đợi CB WFQ, cũng nhƣ trong WRR, các luồng lƣu lƣợng vào đƣợc nhóm vào m lớp và băng thông cổng ra đƣợc phân phối tới m lớp tùy thuộc vào trọng số thích hợp đƣợc xác định bởi yêu cầu băng thông của m lớp, trong đó trọng số có thể tăng đến 100%: m åWi = 100% i =1  (Công thức 2-9) trong đó m là số lớp lƣu lƣợng và Wi là phần trăm trọng số của lớp i. Theo điểm này, hàng đợi CBWFQ và WRR là nhƣ nhau. Sự khác nhau là ở trong mỗi lớp. Với hàng đợi CB WFQ, trong một lớp, các luồng riêng biệt đƣợc lên lịch bởi hàng đợi WFQ, trong khi đó với hàng đợi WRR, chúng đƣợc lên lịch bởi hàng đợi FQ. Các luồng gói vào Số luợng hàng đợi WFP  Lớp 1  Thứ tự Round Roubin N1 Phân loại gói . W1 . . Lớp i Ni . Wi . . Lớp m Nm  Lập lịch gói  Cổng ra Wm IP Router Hình 2.16: CB WFQ Biểu thị số hàng đợi WFQ trong lớp i là Ni, tổng số hàng đợi WFQ trong hàng đợi CB WFQ đƣợc tính theo công thức sau: m Tổng số hàng đợi FQ trong hàng đợi CB WFQ = å Ni i=1  (Công thức 2-10) trong đó m là tổng só lớp lƣu lƣợng. Băng thông cấp cho lớp i đƣợc phân phối giữa Ni hàng đợi trong lớp i tùy thuộc vào trọng số thích hợp, wij. Trọng số cấp cho hàng đợi WFQ j trong lớp i đƣợc cho bởi công thức: Wij = Wi * wij (Công thức 2-11) trong đó Wi - là phần trăm phân phối (trọng số) băng thông cổng ra cho lớp i wij – là phầm trăm phân phối (trọng số) băng thông lớp i cho hàng đợi thứ j trong lớp i Wij – là phần trăm phân phối băng thông cổng ra cho hàng đợi thứ j trong lớp i Ni – tổng số hàng đợi trong lớp i m – số lƣợng lớp Tống của các trọng số (của cổng ra chia sẻ) của các hàng đợi trong 1 lớp bằng trọng số (của cổng ra chia sẻ) của lớp đó: Ni Wi = åWij j =1 2.4 Trafic Shaping  (Công thức 2-12) Traffic shaping là thay đổi tốc độ luồng lƣu lƣợng đến để điều chỉnh tốc độ theo cách mà luồng lƣu lƣợng ra chuyển tiếp trôi chảy hơn. Nếu lƣu lƣợng đến tăng cao đột ngột, nó cần đƣợc đƣa vào bộ đềm và nhƣ thế đầu ra bộ đệm sẽ bớt tăng đột ngột và êm ả hơn. Theo cách này, traffic shaping tạo ra luồng lƣu lƣợng hoạt động nhƣ 1 profile lƣu lƣợng đã xác định trƣớc, ví dụ 1 SLA. Traffic shaping giống nhƣ là việc lái xe xuyên thẳng “stop and go”, ví dụ, đƣờng hầm Lincoln tới Manhattan. Ngƣời tài xế đƣợc yêu cầu trƣớc tiên dừng lại trong giây lát tại lối vào đƣờng hầm và đi với 1 tốc độ cố định là 30 dặm 1 giờ. Traffic shaping sẽ đƣa vào một độ trễ thông qua bộ đệm. Có 2 loại bộ định dạng lƣu lƣợng: bộ định dạng lƣu lƣợng thƣờng và bộ định dạng lƣu lƣợng dùng thẻ bài. Trƣờng hợp sau đôi khi đƣợc biết tới nhƣ bộ định dạng lƣu lƣợng gáo rò. 2.4.1 Bộ định dạng lưu lượng thường Hình 2.17 trình bày bộ định dạng lƣu lƣợng thƣờng. Các gói đến đƣợc đặt vào một bộ đệm, hay một “cái gáo”, có độ sâu là d, và đƣợc gửi đi theo đƣờng liên kết ra theo một tốc độ cố định. Tốc độ cố định này còn gọi là tốc độ “rò”, r. Bộ định dạng lƣu lƣợng thƣờng không cho phép bùng nổ ở dòng lƣu lƣợng ra. Thông thƣờng, tốc độ rò, r, nhỏ hơn nhiều so với tốc độ của liên kết, C. Tuy nhiên, với bộ định dạng lƣu lƣợng thƣờng, tốc độ rò r thay thế giới hạn trên của tốc độ đi ra của luồng lƣu lƣợng, bởi vì nó không cho phép bùng nổ ở liên kết ra. Nếu mức bùng nổ vƣợt quá chiều sâu của “gáo”, d, các luồng gói tràn sẽ bị hủy. Gói vào bùng nổ Độ sâu gáo d Tốc độ rò, r  Tốc độ gói ra, r Tốc độ đường ra, C Hình 2.17: Bộ định dạng lưu lượng thường 2.4.2 Bộ định dạng lưu lượng gáo rò Hình 2.18 trình bày bộ định dạng lƣu lƣợng gáo rò. Bộ định dạng lƣu lƣợng gáo rò sử dụng một gáo chứa các thẻ bài, tƣơng tự nhƣ gáo C đƣợc sử dụng cho việc kiểm soát CIR trong srTCM và trTCM. Các thẻ bài đƣợc đặt vào gáo thẻ bài với một tốc độ cố định gọi là tốc độ thẻ bài r. Tốc độ thẻ bài r tƣơng tự nhƣ CIR. Gáo thẻ bài có một kích thƣớc giới hạn gọi là độ sâu của gáo d. Độ sâu gáo tƣơng tự nhƣ kích thƣớc của gói C, CBS. Nếu gói thẻ bài bị đầy, không có thẻ bài nào đƣợc đặt vào gáo. Mỗi thẻ bài cho phép bộ đệm lƣu lƣợng đến gửi đi một byte của gói. Khi không có gói nào trong bộ đệm để gửi đi, đáy của gáo thẻ bài đƣợc đóng lại và không có thể bài nào đƣợc phát ra. Khi có các gói trong bộ đệm, các thẻ bài đƣợc thu hồi với tốc độ liên kết ra C, và do đó các gói đƣợc “đi ra” ở liên kết ra. Nếu gáo thẻ bài đƣợc xả ra hoàn toàn không để lại thẻ bài nào, các gói trong bộ đệm phải đợi các thẻ bài đƣợc đặt lại vào gáo. Tốc độ thẻ bài, r Độ sâu gáo d Tốc độ rò, C Các gói vào Thẻ sẵn sàng Tràn bộ đệm  Kích thước bộ đệm, B Tốc độ đường, C Hình 2.18: Gáo rò token traffic shaper Kết quả của hoạt động này là các gói bật ra đƣợc cho phép chiếm liên kết ra với tốc độ liên kết C. Kích cỡ bùng nổ bị giới hạn bởi độ sâu của gáo d. Khi các thẻ bài đƣợc đƣa vào trong gáo với tốc độ thẻ bài là r, tốc độ trung bình của chu kỳ lâu dài của các gói trên liên kết ra sẽ là r. Do đó, bộ định dạng lƣu lƣợng gáo rò làm việc chính xác nhƣ gáo C của srTCM và trTCM không kể đến việc gáo rò đƣợc áp dụng ở cổng ra trong khi đó gáo C đƣợc áp dụng ở cổng vào. Kết luận chƣơng Chƣơng II tập trung vào các giải pháp kỹ thuật nhằm đảm bảo chất lƣợng dịch vụ trong mạng IP. Từ các đặc điểm cơ bản của chất lƣợng dịch vụ IP, các yêu cầu QoS IP đã đƣợc thể hiện qua mô hình định tuyến dƣới khía cạnh khối chức năng cơ bản. Các giải pháp kỹ thuật nhƣ phân lớp dịch vụ, chính sách loại bỏ gói, lập lịch và chia cắt lƣu lƣợng đƣợc trình bầy dựa trên mô hình chức năng bộ định tuyến IP. Các kỹ thuật này sẽ đƣợc áp dụng trong các mô hình thực tế triển khai QOS đó là IntServ và DiffServ sẽ đƣợc trình bầy dƣới đây. CHƢƠNG 3: CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG IP N hập đề : Chƣơng này trình bầy hai mô hình triển khai IP QoS khác nhau đó là: IntServ và DiffServ. Mỗi mô hình sẽ có những đặc điểm riêng để phù hợp với những yêu cầu chức năng IP QoS của các loại dịch vụ nhƣ đã trình bày trong chƣơng I. Trong khi mô hình IntServ đi theo hƣớng dành trƣớc tài nguyên thì DiffServ thì đi theo hƣớng phân lớp lƣu lƣợng và đƣa ra các ứng xử khác nhau với các lƣu lƣợng khác nhau. Các kỹ thuật đảm bảo chất lƣợng đã đƣợc trình bầy trong chƣơng II sẽ đƣợc áp dụng cài đặt trong mô hình DiffServ một cách đầy đủ và chi tiết hơn. 3.1 Các dịch vụ tích hợp Trong IntServ, một luồng IP riêng biệt đƣợc nhận dạng bởi 5 thông số sau: - Nhận dạng giao thức - Địa chỉ IP đích - Địa chỉ cổng đích - Địa chỉ IP nguồn - Địa chỉ cổng nguồn Để tạo một tài nguyên dành riêng cho một luồng, nguồn ứng dụng phải đƣợc cung cấp một luồng xác định. Luồng xác định này bao gồm một đặc trƣng lƣu lƣợng và các yêu cầu dịch vụ cho luồng. Mô tả lƣu lƣợng bao gồm tốc độ đỉnh, tốc độ trung bình, kích cỡ cụm; và các yêu cầu dịch vụ bao gồm băng thông nhỏ nhất đƣợc yêu cầu và các yêu cầu hiệu năng, ví dụ nhƣ trễ, jitter và tỷ lệ mất gói. IntServ sử dụng giao thức dành riêng tài nguyên (RSVP) cho việc dành riêng các tài nguyên cho một luồng. 3.2 Giao thức dành riêng tài nguyên (RSVP) 3.2.1 Tổng quan về RSVP RSVP đƣợc định nghĩa trong chuẩn RFC 2205. RSVP là một giao thức thiết lập dành riêng cho IP QoS. Nó hỗ trợ cả IPv4 và IPv6 và thích hợp cho cả multicast và unicast IP. Trong RSVP, tài nguyên đƣợc dành riêng cho mỗi một định hƣớng cụ thể. Các trạm nguồn và đích trao đổi bản tin RSVP để thành lập phân lớp dịch vụ và trạng thái chuyển tiếp tại mỗi nút. Nguồn khởi tạo yêu cầu dành riêng nhƣng việc xác định các tài nguyên sẵn sàng và sự dành riêng thực tế bắt đầu từ đầu cuối thu. Trạng thái của tài nguyên dành riêng tại các node RSVP không cố định và đƣợc thay đổi một cách định kỳ. RSVP không phải là một giao thức định tuyến. Các bản tin RSVP có hƣớng giống với hƣớng các gói IP đƣợc xác định bởi các bảng định tuyến trong các router IP. RSVP cung cấp một vài kiểu dành ri