BÁO cáo lý THUYẾT môn mạng truyền thông máy tính 2

Đặc biệt, các gói gửi đi được xếp vào hàng trong một quy tắc xếp hàng, có thể thực hiện nhiều hành động trên chúng.. - Các gói tin được nhận bởi lớp Điều khiển lưu lượng Traffic control

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

BÁO CÁO LÝ THUYẾT Môn mạng truyền thông máy tính 2

Nhóm gồm những thành viên:

- Nguyễn Lâm Anh

- Phạm Minh Đức

- Phạm Xuân Thành

- Nguyễn Thanh Tùng

MỤC LỤC

I.Tổng quát chung:

1. Lớp Điều khiển lưu lượng ( traffic control layer )

2. Nguyên tắc Hàng đợi IP ( theo NS-3 )

3. Priority queue NS3

4 FIFO ( first in first out ) - NS3

5. fifo_fast ( NS3 )

II Hàng đợi:

1 Phương thức hoạt động

2 Thành Phần và cơ chế làm việc

3 Các công thức

III.Hàng đợi ưu tiên:

1 Cơ chế

2 Nguyên tắc

3 Các công thức

IV.Hàng đợi không ưu tiên:

1 Nguyên tắc

2 Các công thức

PHỤ LỤC: Tài liệu tham khảo

I Tổng quát chung :

1 Lớp Điều khiển lưu lượng ( traffic control layer )

- Lớp Kiểm soát Lưu lượng nhằm đưa một tính năng tương đương với Kiểm soát Lưu lượng của Linux vào ns-3 Lớp Kiểm soát lưu lượng nằm giữa thiết bị mạng (L2) và bất kỳ giao thức mạng nào (ví dụ: IP) Nó chịu trách nhiệm xử lý các gói tin và thực hiện các hành động trên chúng: lập lịch, bỏ, đánh dấu, khống chế dung lượng,

- Lớp Điều khiển lưu lượng chặn cả các gói đi theo hướng đi xuống từ lớp mạng tới thiết bị mạng và các gói đến theo hướng ngược lại

- Hiện tại, chỉ các gói gửi đi mới được xử lý bởi lớp Điều khiển lưu lượng Đặc biệt, các gói gửi đi được xếp vào hàng trong một quy tắc xếp hàng, có thể thực hiện nhiều hành động trên chúng

2 Nguyên tắc Hàng đợi IP ( theo NS-3 ):

- Hay còn gọi là lập lịch mạng hay thuật toán hàng đợi là 1 " trọng tài " trên một nút trong mạng truyền thông chuyển mạch gói Nó quản lý chuỗi các gói mạng trong hàng đợi truyền và nhận của ngăn xếp giao thức và bộ điều khiển giao diện mạng

- Các gói tin được nhận bởi lớp Điều khiển lưu lượng ( Traffic control layer ) để truyền tới một thiết bị mạng , các gói tin đó có thể được chuyển tới một nguyên tắc hàng đợi ( queue disc ) để thực hiện lập lịch và khống chế lưu lượng ( policing ) Một thiết bị mạng có thể chỉ có một ( root ) nguyên tắc hàng đợi được cài đặt trên đó Việc cài đặt nguyên tắc hàng đợi trên thiết bị mạng là không bắt buộc Nếu một netdevice không có đĩa

hàng đợi được cài đặt trên đó, thì lớp điều khiển lưu lượng sẽ gửi các gói trực tiếp đến thiết bị

- Đối với Linux-NS3 , nguyên tắc hàng đợi có thể biểu diễn 1 hàng đợi đơn giản hoặc có thể là 1 cấu trúc phức tạp , nhưng bắt buộc phải có

những thành phần căn bản sau

hàng đợi (queue) , lưu trữ các gói đang chờ truyền

các lớp ( classes ) , cho phép định nghĩa các phương pháp xử lý khác nhau cho các phân đoạn giao thông khác nhau

các bộ lọc ( filters ) , xác định hàng đợi hoặc lớp mà một gói được

sử dụng.

( bonus ) class này ko giống class trong C++ lập trình hướng đối tượng , vì linux sử dụng thuật ngữ classful queue disc và classless queue disc

- Mọi Nguyên Tắc thu thập số liệu thống kê về tổng số gói / byte nhận được từ các lớp trên (trong trường hợp root ) hoặc từ " cha mẹ " (trong trường hợp nguyên tắc hàng đợi con), thêm vào hàng đợi ( enqueued ),xóa trong hàng đợi ( dequeued ),xếp lại ( requeued ),bỏ ( dropped ), bỏ trước thêm , bỏ sau xóa, được đánh dấu và được lưu trữ trong các nguyên tắc này và được gửi đến thiết bị hoặc đến bộ nguyên tắc mẹ Lưu ý rằng các gói có thể bị xóa hoặc sắp lại, tức là được cơ sở hạ tầng kiểm soát lưu lượng giữ lại, nếu thiết bị chưa sẵn sàng nhận chúng Các gói được xếp lại không phải là một phần của nguyên tắc xếp hàng Các đặc điểm nhận dạng sau đây được lưu giữ:

dropped = dropped before enqueue + dropped after dequeue

received = dropped before enqueue + enqueued

queued = enqueued - dequeued

sent = dequeued - dropped after dequeue (- 1 if there is a requeued packet)

3 Priority queue NS3 :

- PrioQueueDisc thực hiện một chính sách ưu tiên nghiêm ngặt, trong đó các gói chỉ được xóa từ một băng tần nếu các băng tần có mức ưu tiên cao hơn đều trống PrioQueueDisc là một classful queue disc và có thể có số lượng băng tần tùy ý, mỗi dải được xử lý bởi bất kỳ loại queue disc nào Dung lượng của PrioQueueDisc không giới hạn; các gói chỉ có thể được loại bỏ bởi các queue disc con (có thể có dung lượng hạn chế) Nếu không

có bộ lọc gói nào được cài đặt hoặc có thể phân loại gói, thì gói đó sẽ được

xếp vào hàng ưu tiên dựa trên mức ưu tiên của nó , và nó được sử dụng như một chỉ mục trong một mảng gọi là priomap

- Nếu người dùng không thêm lớp queue disc nào trước khi queue disc được khởi tạo, ba đĩa hàng đợi con kiểu FifoQueueDisc sẽ tự động được thêm vào Cần lưu ý rằng PrioQueueDisc cần ít nhất hai đĩa xếp hàng con.

4 FIFO ( first in first out ) - NS3 :

- Cấu trúc dữ liệu hàng đợi tuân theo phương pháp First-In-First-Out, tức

là dữ liệu được nhập vào đầu tiên sẽ được truy cập đầu tiên

- đối vs NS-3 - linux , Các gói được xếp trong hàng đợi nội bộ duy nhất, được triển khai dưới dạng hàng đợi DropTail Dung lượng hàng đợi có thể được chỉ định dưới dạng gói hoặc byte, tùy thuộc vào giá trị của thuộc tính

5 fifo_fast ( NS3)

- pfifo_fast là queue disc mặc định được bật trên hệ thống Linux Các gói được xếp vào hàng trong ba dải ưu tiên (được thực hiện dưới dạng hàng đợi FIFO droptail) dựa trên mức độ ưu tiên của chúng

II Hàng đợi :

1.Phương Thức Hoạt Động:

 Lý thuyết hàng đợi nảy sinh một cách tự nhiên trong việc

nghiên cứu các chuyển mạch kênh, và chuyển mạch gói

 Trong các mạng chuyển mạch kênh, cuộc gọi đến chuyển mạch ngẫu nhiên, mỗi cuộc gọi sẽ giữ kênh trong một khoảng thời gian ngẫu nhiên nào đó Trong mạng chuyển mạch gói, các gói tin với các chiều dài khác nhau đi qua mạng, tài nguyên mạng (các chuyển mạch,kết nối sẽ được chia sẻ cho các gói) Các bản tin được định tuyến đến các node tiếp theo Thời gian sử dụng

bộ đệm (trễ hàng đợi) là một vấn đề quan trọng trong truyền dẫn thông tin Thời gian này phụ thuộc vào các thời gian xử lý, độ dài bản tin hay thời gian chờ xử lý khi chưa có tài nguyên sử dụng.

 Trong các ứng dụng tương tác và thời gian thực thì thời gian trả lời trung bình được xem như một tiêu chuẩn quan trọng còn trong các ứng dụng khác thì thông lượng lại là điều quan trọng nhất Việc mô tả hàng đợi theo lý thuyết toán học rất phức tạp

=> nên ta chỉ mô tả chúng theo mô hình đơn giản được sử dụng trong các mạng IP

2.Thành Phần và cơ chế làm việc:

 Tin tức (có thể là gói tin hay bản tin) đến hệ thống để yêu cầu phục vụ Nếu server rỗi thì gói tin sẽ được phục vụ ngay lập tức, ngược lại chúng sẽ được lưu giữ trong các hàng đợi Khi rời khỏi hàng đợi các gói sẽ được xử lý.

 Các tham số trong hàng đợi:

 Các gói tin đến hàng đợi với tốc độ thay đổi λ với chu trình poisson, thời giạ phục vụ có phân bố mũ tốc độ µ (thực chất là thời gian trung bình mà các gói tin rời khỏi hàng đợi) Khi các gói đến hệ thống tăng thì hiệu suất sử dụng hệ thống cũng tăng, dẫn tới tắc nghẽn có khả năng xảy ra.

 Tại λmax thì kích thước hàng đợi rất dài không thể kiểm soát được Trong thực tế thời gian trả lời và những yêu cầu kích thước hàng đợi giới hạn tốc độ đầu vào của thông tin là 70-90%

so với λmax theo lý thuyết.

3.Các công thức:

Một số công thức tính toán:

+) Average queue length:

+) Average system time

III.Hàng đợi ưu tiên:

1.Nguyên Tắc

 Kĩ thuật này được sử dụng trong trường hợp đa hàng đợi, mỗi hàng đợi có một mức ưu tiên khác nhau, hàng đợi nào có mức ưu tiên

cao nhất sẽ được ưu tiên phục vụ trước Khi có tắc nghén xảy ra thì các gói trong các hàng đợi có độ ưu tiên thấp sẽ bị loại bỏ

 Hàng đợi có độ ưu tiên cao nhất sẽ được phục vụ trước cho đến khi hàng đợi rỗng, sau đó các hàng đợi có độ ưu tiên thấp hơn sẽ được phục vụ lần lượt.

 Các gói được phân loại dựa trên các tiêu chuẩn phân loại của người

sử dụng, và được đặt ở một trong số các hàng đợi đầu ra với các độ

ưu tiên: độ ưu tiên cao, trung bình, bình thường (không được ưu tiên), ưu tiên thấp.

 Các gói không được ấn định độ ưu tiên sẽ được đưa tới các hàng đợi bình thường.

2 Cơ chế:

 Các gói được phân loại như thế nào trong kĩ thuật PQ

Các gói được phân loại theo:

- Loại giao thức hoặc giao thức con

- Giao diện đầu vào

- Kích thước các gói tin

- Các Fragment

- Danh sách truy nhập

Sau đó cần hai cơ chế sau:

 Một bộ phân loại có nhiệm vụ kiểm tra các phần header của gói tin để quyết định xem gói nào nên được đưa vào hàng đợi nào

 Bộ lập lịch có nhiệm vụ làm rỗng các hàng đợi, bắt đầu bằng hàng đợi

có độ ưu tiên cao nhất sau đó đến các hàng đợi trung bình, tiếp theo là các hàng đợi trung bình, cuối cùng là hàng đợi có độ ưu tiên thấp Các hàng đợi được phục vụ cho tới khi nào không còn gói nào trong chúng thì lúc đó bộ lập lịch mới chuyển sang hàng đợi khác.

Một số công thức trong hàng đợi ưu tiên:

giả sử có 2 bản tin 1 và 2, bản tin 1 được ưu tiên tuyệt đối

3.Các công thức

Average queue length:

Average system time:

IV.Hàng đợi không ưu tiên:

1.Nguyên tắc:

 Dịch vụ của khách hàng đang được phục vụ được hoàn thành ngay

cả khi khách hàng có mức độ ưu tiên cao hơn có thể đến nơi.

 Mỗi lớp ưu tiên có một hàng đợi (logic) riêng biệt.

 Khi máy chủ trở nên miễn phí, khách hàng từ người đứng đầu ưu tiên cao nhất không được trống hàng đợi vào máy chủ.

2.Các công thức:

 Một số công thức tính toán:

 Để tìm hiểu thêm về các thuật toán hàng đợi không ưu tiên , file queue-discs-benchmark.cc của NS-3 sẽ cung cấp chi tiết về thuật toán vs phương thức

PHỤ LỤC: Tài liệu tham khảo

- Báo cáo có sử dụng, tham khảo hình ảnh, khái niệm và công thức từ những nguồn sau đây:

- https://www.nsnam.org/docs/models/html/traffic-control-layer.html

- https://www.nsnam.org/docs/models/html/queue-discs.html

- https://www.nsnam.org/docs/models/html/fifo.html

https://www.nsnam.org/docs/models/html/pfifo-fast.html

https://www.nsnam.org/docs/models/html/prio.html

Tham khảo các Queue khác :

https://www.nsnam.org/docs/models/html/tbf.html

https://www.nsnam.org/docs/models/html/codel.html

Code: queue-discs-benchmark.cc , pfifo-fast-queue-disc-test-suite.cc