Hàng đợi và các kỹ thuật liên quan tới quản lý hàng đợi trong mạng IP

Hàng đợi và các kỹ thuật liên quan tới quản lý hàng đợi trong mạng IP

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ MẠNG VIỄN THÔNG

Đề tài:

Hàng đợi và các kỹ thuật liên quan tới quản lý hàng

đợi trong mạng IP

Giảng viên hướng dẫn : Thầy Nguyễn Tiến Ban

Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm 10

Hàng đợi và các kỹ thuật liên quan tới

quản lý hàng đợi trong mạng IP

 Giới thiệu về kỹ thuật hàng đợi trong mạng IP

 Các kỹ thuật hàng đợi

 Hàng đợi FIFO (First In First Out)

 Hàng đợi ưu tiên PQ (Priority Queue)

 Hàng đợi cân bằng FQ (Fair Queue)

 Hàng đợi cân bằng có trọng số WFQ (Weighted Fair Queue)

 Các kĩ thuật liên quan tới hàng đợi

 Bắt giữ và đánh dấu gói tin

 Giảm chiếm giữ hàng đợi

 Phương pháp quản lý hàng đợi truyền thống Tail Drop

 Quản lý hàng đợi bằng thuật toán RED

Giới thiệu về kỹ thuật hàng đợi trong

mạng IP

 Giới thiệu hàng đợi trong Router

 Tiến trình xử lý hàng đợi trong router

 Kiến trúc CQS trong router

 Các tính năng của quản lý hàng đợi

Giới thiệu hàng đợi trong Router

Mô hình hàng đợi đơn giản trong mạng:

Server

Thời gian xếp hàng

Thời gian đợi

Thời gian xử lý

Hàng đợi

Khối xử lý

Gói tin đến

Tiến trình xử lý hàng đợi trong router

Hàng đợi 0 Hàng đợi 1

Chuyển tiếp

Router

Kiến trúc CQS trong router

Bộ lập lịch

Cổng m

Hàng đợi Hàng đợi

Hàng đợi

Hàng đợi

Phân loại

Cổng 1

Cổng n

Các tính năng của quản lý hàng đợi

 Quản lý hàng đợi bao gồm các hoạt động cơ bản:

 Thêm một gói vào hàng đợi được chỉ rõ bằng tình huống của gói (được thiết lập trong tầng phân loại) nếu hàng đợi không đầy

 Loại bỏ một gói nếu hàng đợi đầy

 Loại bỏ một gói khi được yêu cầu bởi bộ lập lịch

 Mục tiêu của quản lý hàng đợi

 Điều khiển lưu lượng, chống tắc nghẽn trong mạng, đặc biệt là tại các nút cổ chai

 Quản lý hàng đợi giữ kích thước trung bình của hàng đợi nhỏ nên

giảm độ trễ trong các luồng

Các kỹ thuật hàng đợi

• Hàng đợi FIFO (First in First out)

• Hàng đợi ưu tiên PQ (Prioiry Queue)

• Hàng đợi cân bằng FQ (Fair queue)

• Hàng đợi cân bằng có trọng số WFQ (Weighted fair queue)

Hàng đợi FIFO

• Hàng đợi FIFO không có sự phân loại vì tất cả các gói được thuộc về cùng một lớp

• Hàng đợi FIFO sử dụng một hàng đợi đơn cho bộ giao tiếp

• Chỉ quan tâm đến cách cấu hình chiều dài hàng đợi FIFO tránh tác động đến độ trễ và mất gói

Bộ lập lịch Hàng đợi FIFO

Luồng dữ

liệu đi vào

Phân loại

IP Router

Hàng đợi ưu tiên PQ

• Các gói trong hàng đợi ưu tiên cao có thể đạt 100% băng thông liên kết, với độ trì hoãn nhỏ và độ biến động trễ nhỏ

• Khi liên kết tắc nghẽn, các ứng dụng người dùng có thể ngừng làm việc nếu các gói đặt trong hàng đợi ưu tiên thấp

IP Router

Luồng dữ

liệu đi vào

Phân loại gói tin

Ưu tiên cao

Cổng ra

Ưu tiên trung bình

Ưu tiên bình thường

Ưu tiên thấp

Hàng đợi cân bằng FQ (Fair queue)

IP Router

Luồng dữ

liệu đi vào

Phân loại gói tin

Hàng đợi 1

Cổng ra

Hàng đợi 2 Hàng đợi 3 Hàng đợi N

Vòng tròn thứ

tự (Round Robin

order)

Bộ lập lịch

Lựa chọn gói ở hàng đợi tiếp theo

Mỗi gói chiếm 1/N băng thông

Hàng đợi cân bằng có trọng số WFQ

IP Router

Luồng dữ liệu đi vào

Phân loại gói tin

Hàng đợi 1

Cổng ra

Hàng đợi 2

Hàng đợi 3

Hàng đợi 4

Vòng tròn thứ

tự (Round Robin

order)

Bộ lập lịch

Hàng đợi có ưu tiên cao

Lựa chọn gói

ở hàng đợi tiếp theo

17 %

50 %

17 %

17 %

BẮT GIỮ VÀ ĐÁNH DẤU GÓI TIN

Pack

arrive

Pack arrive

Pack arrive

Take

available

Token

Take available token

Take available token

Profile : In Profile : In Profile : Out

Mỗi lớp lưu lượng đều có một giới hạn các cách xử sự trước khi đi vào mạng như giới hạn tốc độ các gói vào mạng như thế nào, số lượng các gói đến trong các khoảng thời gian lý thuyết:

Chức năng đo đơn giản của token packet

Depth

of bucket

GIẢM CHIẾM GIỮ HÀNG ĐỢI

Chiếm giữ hàng đợi là hiện tượng các gói tin ở lâu trong hàng đợi mà chưa được xử lý Để giảm độ chiếm giữ hàng đợi có hai cách thực hiện :

Thông báo tắc

nghẽn rõ ràng

Thông báo tắc

nghẽn rõ ràng

Loại bỏ trước

Trước khi quyết định loại gói phải đặt ra câu hỏi nên loại bỏ gói để đơn giản việc quản lý

và không ảnh hưởng nhiều đến các gói khác trong hàng đợi.

Trước khi quyết định loại gói phải đặt ra câu hỏi nên loại bỏ gói để đơn giản việc quản lý

và không ảnh hưởng nhiều đến các gói khác trong hàng đợi.

Việc loại bỏ các gói

sẽ gây ra lãng phí tài nguyên mạng sử dụng

để truyền được gói đến router trước khi nhận thấy có tắc nghẽn Một cách thức được sử dụng là thông báo tắc nghẽn rõ ràng (ECN)

Việc loại bỏ các gói

sẽ gây ra lãng phí tài nguyên mạng sử dụng

để truyền được gói đến router trước khi nhận thấy có tắc nghẽn Một cách thức được sử dụng là thông báo tắc nghẽn rõ ràng (ECN)

QUẢN LÝ HÀNG ĐỢI BẰNG THUẬT TOÁN RED

RED (Random Early Detection - Phát hiện sớm ngẫu nhiên) là một thuật toán quản lý hoạt động hàng đợi Nó cũng là một thuật toán tránh tắc nghẽn:

Mục Đích của Thuật Toán:

 Tránh tắc nghẽn.

 Tránh đồng bộ toàn cục.

 Điều kiển được kích thước hàng đợi trung bình.

KỸ THUẬT QUẢN LÝ HÀNG ĐỢI TAIL DROP

Xác suất loại bỏ các gói trong Tail Drop

0 max chiều dài hàng đợi

100%

Xác suất

loại bỏ

gói

Loại bỏ hoàn toàn các gói đến

d(q) Tail Drop: là kỹ thuật truyền thống nhằm quản lý chiều dài hàng đợi của router.

QUẢN LÝ HÀNG ĐỢI BẰNG THUẬT TOÁN RED

Mối quan hệ giữa xác suất loại bỏ gói và kích thước hàng đợi trung bình:

Loại bỏ các gói bị

đánh dấu

Max p

0

1

Drop=0 Không loại bỏ gói

Loại bỏ hoàn toàn các gói đến