Đồ án Nghiên cứu kĩ thuật quản lý hàng đợi trong mạng IP

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài : Nghiên cứu kĩ thuật quản lý hàng đợi trong mạng IP Giáo viên hướng dẫn : Ths Nguyễn Văn Đát Sinh viên thực hiện : Đỗ Thị Thanh Huyền Lớp : D2001VT Nội dung đề tài Chất lượng dịch vụ(QoS) trong mạng gói và các kiểu mạng hỗ trợ QoS Kiến trúc CQS trong router Hàng đợi và các phương pháp quản lý hàng đợi trong việc điều khiển tắc nghẽn, nâng cao QoS Khái niệm QoS Theo khuyến nghị E800 của ITU QoS : “kết quả tổng hợp của các chỉ tiêu dịch vụ, thể hiện ở mức độ hài lòng của khách hàng sử dụng dịch vụ đó”. QoS cho phép khách hàng được sử dụng dịch vụ có chất lượng tốt hơn. NP(network performance) : là năng lực của mạng(hoặc một phần của mạng) cung cấp các chức năng liên quan tới truyền thông tin giữa những người sử dụng Net 1 xử lý gói tin tuỳ theo cấu trúc mạng. Mạng 1 có NP1 Net n xử lý gói tin tuỳ theo cấu trúc mạng. Mạng thứ n có NPn Đo đạc QoS đầu cuối Kiến trúc cơ bản của QoS Queue, shaping management QoS signaling client host 5 tham số cơ bản của QoS Latency (độ trễ) Loss (độ mất gói) Jitter Throughput (Thông lượng) Availabily (Độ khả dụng) Dịch vụ phân biệt (DiffServ) Ưu điểm : Không yêu cầu báo hiệu cho từng luồng Không yêu cầu thay đổi tại các máy chủ hay các ứng dụng để hỗ trợ dịch vụ ưu tiên Nhược điểm : +Không có khả năng cung cấp băng thông và độ trễ đảm bảo +Yêu cầu bộ classìier chất lượng cao tại biên Dịch vụ tích hợp (Interserv) Ưu điểm : Tối ưu hoá hiệu suất sử dụng tài nguyên Cung cấp dịch vụ tốt nhất Nhược điểm : Tăng gánh nặng xử lý cho Router Tăng kích cỡ mạng Ứng dụng setup Phân loại Lập lịch setup Routing P/ database Phân loại Lập lịch Điều khiển chấp nhận Các bản tin setup đặt trước Data IP data Đánh giá về DS và IS IntServ : Đảm bảo QoS từ đầu cuối đến đầu cuối Các router phải duy trì trạng thái cho mỗi luồng thông tin Tối ưu về sử dụng tài nguyên mạng Sử dụng cho mạng truy nhập Diffserv : Đảm bảo QoS từng chặng Gánh nặng xử lý router nhẹ hơn, đơn giản Sử dụng trong mạng lõi Cấu trúc Router Router là thiết bị hoạt động tại lớp 3 (mô hình OSI) có chức năng định tuyến và chuyển mạch gói tin tới giao diện đầu ra. Cấu trúc gồm 3 phần: +Giao diện vào/ra +Bộ chuyển gói +Bộ quản lý Cấu trúc bộ xử lý gói trong Router Forwarding table Policing Marking Queue Sche Sw fabric Classification FIB FIB FIB IP header IP payload Input Output Kiến trúc CQS trong router Gồm 3 tầng : Tầng phân loại (Classification) Hàng đợi (Queue) Tầng lập lịch (Schedular) Kiến trúc CQS Phân loại gói tin dựa trên trường TOS, DS, TC trong header Xử lý gói tin dựa vào các kĩ thuật quản lý Queue Quyết định đưa gói ra từ hàng đợi nào Các loại hàng đợi trong Router 1.Hàng đợi đơn giản Server Thời gian xếp hàng Thời gian đợi Thời gian xử lý Đợi gói trước được xử lý Xử lý gói đưa ra giao diện đầu ra Các loại hàng đợi trong Router(tiếp) 2. Hàng đợi ưu tiên (PQ) high Medium Normal low Classf Phân loại gói theo độ ưu tiên Lập lịch theo độ ưu tiên của gói Các loại hàng đợi trong Router 3. Hàng đợi cân bằng FQ Queue 1 Queue 2 Queue 3 Lựa chọn gói ở hàng đợi tiếp theo Kĩ thuật quản lý hàng đợi : Droptail Chiều dài hàng đợi Max P 100% 0 nếu qmax Loại bỏ hoàn toàn các gói đến Kĩ thuật quản lý hàng đợi : Droptail 1. Ưu điểm : Đơn giản, dễ quản lý Phù hợp với loại lưu lượng không yêu cầu độ ưu tiên 2. Nhược điểm : Dễ gây ra loại bỏ đa gói trong một luồng Gây ra hiện tượng độc quyền của một kết nối Không sử dụng với lưu lượng có độ ưu tiên Thuật toán RED (Random Early Detection) Phát hiện tắc nghẽn trước khi xảy ra Tránh đồng bộ trên toàn thể luồng TCP Tránh tắc nghẽn bằng cách điều khiển kích thước hàng đợi trung bình Kích thước hàng đợi trung bình(avg) avgi = avg(i-1) + w(q-avg) (1) Xác suất loại bỏ gói (Pb) Pb = maxp(avg-minth)/(maxth-minth) (2) Thuật toán : RED(Random Early Detection) Pb avg 1 maxp minth maxth Không loại bỏ gói Loại bỏ các gói bị đánh dấu Loại bỏ hoàn toàn các gói đến Thuật toán RED(Random Early Detection) Các tham số của RED : Xác suất loại bỏ gói (Pb) Kích thước hàng đợi trung bình (avg) Trọng số của hàng đợi (w) Giá trị ngưỡng minth, maxth Xác suất loại bỏ gói lớn nhất maxp Thuật toán RIO(RED In/Output) 1. Cấu trúc Router đầu vào TC TC Rate controller QoS controller hander Traffic Classifier To core Router QoS control packet From egress Router Traffic from end host Thuật toán RIO (tiếp) 2. Cấu trúc Router đầu ra Traffic classifier TC TC QoS controller hander Traffic from Core Router QoS control packet To ingress router Thuật toán RIO (tiếp) maxth Pb 1 maxp minth avg maxp 1 maxth minth avg Pb In packet Out packet Thuật toán RIO(tiếp) RIO hoạt động theo 3 pha : Pha 1: khoảng hoạt động bình thường [0,minin) Pha 2 : tránh tắc nghẽn [minin,maxin) Pha 3 : điều khiển tắc nghẽn [maxin, ∞) RIO loại bỏ gói Out đầu tiên khi có dấu hiệu tắc nghẽn Loại bỏ toàn bộ gói Out khi tắc nghẽn xảy ra Kích thước hàng đợi bé độ thông qua cao Kết luận Đồ án đã tìm hiểu tổng quan về QoS và các kiến trúc mạng hỗ trợ QoS Cấu trúc Router và cấu trúc CQS trong Router Tổng quan về các loại hàng đợi và kĩ thuật quản lý hàng đợi trong điều khiển tắc nghẽn Hướng phát triển : đi sâu tìm hiểu về hoạt động của kĩ thuật quản lý hàng đợi trên toàn mạng, có thể bỗ sung thêm phần mềm mô phỏng để so sánh ưu nhược điểm của các thuật toán trên Các kĩ thuật quản lý hàng đợi này đã được áp dụng nhiều trong mạng để điều khiển tắc nghẽn Em xin chân thành cảm ơn!