27
ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THAM SỐ TRONG QUẢN LÝ HÀNG ĐỢI VÀ
TRÁNH TẮC NGHẼN TRÊN INTERNET
Võ Thanh Tú
Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế
1. Mở đầu:
Sự bùng nổ thông tin đã dẫn đến lưu lượng tin trên đường truyền Internet
ngày càng lớn, sự quá tải xử lý tại các nút mạng trung tâm càng cao, có nguy cơ
dẫn đến tắc nghẽn. Sự tắc nghẽn có khuynh hướng tác động lại chính nó và trở
nên tồi tệ hơn nếu một bộ định tuyến không còn bộ đệm tự do, nó sẽ bỏ qua
những gói tin mới đến khi mà khả năng xử lý của các nút yếu sẽ dẫn đến tắc
nghẽn ở trạm nhận và buộc trạm gửi tự dừng lại để giải phóng bộ nhớ đệm tự do.
Trong thời gian vừa qua đã có một số kết quả nghiên cứu để hạn chế sự tắc
nghẽn dựa vào việc tổ chức lại hàng đợi phù hợp hơn, như theo cơ chế tổ chức
hàng đợi DropTail, Fair Queue, RED [1],[3],[4]. Đồng thời có nhiều cải tiến về
giao thức TCP Tahoe, TCP Reno, TCP Vegas, để điều khiển luồng tránh tắc
nghẽn [5]. Trong bài báo này chúng tôi phân tích ảnh hưởng của các tham số
trong cơ chế quản lý hàng đợi tích cực để hạn chế tình trạng dẫn đến tắc nghẽn
xãy ra tại nút mạng và ổn định lưu thông trong khoảng thời gian ngắn bùng nổ
thông tin trên hệ thống mạng.
2. Cơ chế điều khiển luồng để tránh tắc nghẽn

28
Điều khiển luồng được xét đến ở đây là quá trình điều khiển gói báo nhận
hoặc điều chỉnh kích thước cửa sổ trượt. Việc sử dụng cửa sổ trượt có kích thước
thay đổi là hỗ trợ việc điều khiển tốc độ truyền dữ liệu cũng như là việc truyền
đáng tin cậy. Để tránh việc nhận nhiều gói tin hơn khả năng lưu trữ, nơi nhận sẽ
gửi đi thông báo cửa sổ nhỏ hơn và ngược lại. Trường hợp xấu nhất, nơi nhận sẽ
gửi đi thông báo cửa sổ có kích thước là zero để ngưng tất cả việc truyền. Nhưng
việc nhiều lần ngưng truyền với những đợt ngắn do tràn hàng đợi tạm thời là

là lớn hơn lượng tin (một phần hệ thống) có thể quản lý. Hai giải pháp có thể
thực hiện để giải quyết là tăng tài nguyên (lượng thông tin có thể lưu trữ) hoặc
giảm tải.
Tuy nhiên, đôi khi không thể tăng khả năng tài nguyên lên được hoặc nếu
tăng thì chỉ tăng đến một giới hạn nhất định. Cách duy nhất để tác động sự tắc
nghẽn là giảm tải. Để giảm tải có thể phủ nhận dịch vụ với nơi sử dụng, giảm bớt
dịch vụ từ các trạm gửi đến hoặc cải tiến giao thức điều khiển phù hợp, cải tiến
cơ chế xử lý gói tin tại hàng đợi của các nút mạng trung tâm theo một trực tự ưu
tiên phù hợp.
3. Ảnh hưởng của tham số điều khiển trong cơ chế quản lý hàng đợi

30
3.1. Phương pháp luận
Khi các gói tin gửi đến nhanh hơn là chúng được chuyển đi thì hàng đợi sẽ
dài ra hay các gói tin chuyển đến chậm hơn thì hàng đợi thu ngắn lại. Nhưng vì
bộ nhớ là hữu hạn, hàng đợi không thể dài ra quá hạn. Vì vậy để quản lý hàng
đợi bị tràn phần mềm của bộ định tuyến sử dụng chiến lược cắt bớt phần
đuôi (DropTail). Chiến lược này có ảnh hưởng đáng kể với TCP, làm cho TCP
đi vào trạng thái khởi động chậm, nghĩa là giảm bớt tốc độ truyền cho tới khi
TCP bắt đầu nhận các báo nhận và gia tăng kích thước cửa sổ nghẽn mạch.
Ngoài ra việc hủy các gói tin đến sau khi hàng đợi bị đầy có thể ảnh hưởng đến
toàn bộ Internet, điều này đòi hỏi phải có một mô hình khác để thay thế đó là
mô hình hủy bỏ sớm ngẫu nhiên (Random Early Discar) [5], thường được gọi
tắt là RED. Cơ chế này dựa vào việc tính toán xác suất gói tin rơi trong giới hạn
ngưỡng kích thước hàng đợi max
th
, min
th
và tính toán kích thước hàng đợi trung
bình

ˆ
, có kích thước bộ
đệm của K gói tin. Việc tính hàm xác suất p là một trong những giai đoạn phức
tạp của RED.

31
Gọi p(
k
ˆ
) là hàm xác suất gói tin rơi ta có:
p (
k
ˆ
) =
thth
pth
k
minmax
max)min
ˆ
(


=
th
minmax
max )min -k * + k
ˆ
* ) - (1 (
th

ˆ
> max
th
,
Mặc dù mô hình tuyến tính hình thành nên cơ sở của phép tính xác suất cho
RED, cần phải có những hiệu chỉnh trọng số

để tránh tình trạng phản ứng “quá
vội”. Sở dĩ cần có những thay đổi là bởi vì giao thông trên mạng là theo từng
“đợt”, và gây ra những dao động quá nhanh của hàng đợi trong bộ định tuyến.
Nếu RED sử dụng một mô hình tuyến tính đơn giản, những gói tin đến sau trong
mỗi đợt sẽ bị gán xác suất cao cho khả năng bị loại bỏ (bởi vì chúng đến khi hàng
đợi đã có nhiều gói tin). Nếu gặp một đợt (các gói tin) ngắn, ít có khả năng bị
loại bớt gói tin bởi vì hàng đợi chưa bị đầy thì bộ định tuyến không nên hủy bỏ
k

d(k)

1

max
p

min
th

max
th
K


2Mb/s, 20ms

10Mb/s, 2ms

10Mb/s, 2ms

Nơi gửi
Nơi nhận
Router

S5

R1

10M/2

10Mb/2

Exp

FTP

S6

FTP33
Hệ thống có 5 nguồn gởi tin S1 đến S5 theo dịch vụ FTP cài đặt TCP và 1
nguồn gửi tin S6 theo dịch vụ có cấu hình thay đổi tỷ suất truyền thích nghi

Số gói tin mất
Độ trễ TB(ms)
18071
145
209
0.0566
18638
78
132
0.0569
19999
77
145
0.0600
19999
81
122
0.0567
Hình 3: Biểu đồ mô tả thông lượng của hệ thống cài đặt DropTail 35
Hình 4: Biểu đồ mô tả thông lượng của hệ thống có cài đặt RED
Qua kết quả thể hiện trên các hình 3, hình 4 với trục tung là thông lượng của
hệ thống và trục hoành là thời gian mô phỏng, chúng ta thấy thông lượng ở mô
hình có cài đặt RED ở R1 tăng lên rõ rệt ở thời điểm t=7s, t=10s và độ dao động
của biểu đồ thông lượng ổn định ở các thời điểm có lượng gói tin đến vượt khả
năng tiếp nhận của hàng đợi. Trên bảng 1 chúng ta thấy số gói tin rớt và mất
giảm mạnh của RED (min
th


0.00
3
0.002

0.001
7
0.001
5
0.00
1
0.000
9
0.000
5
0.000
2
0.0001

S
ố gói tin
rơi
34 35 29 22 18 18 14 16 14 10 7
S
ố gói tin
được
huyển
3567

3623

nhiều nguồn đến nút mạng đồng thời, đảm bảo thông lượng chung toàn hệ thống
và hạn chế được gói tin rơi đáng kể.
4. Kết luận:

37
Qua bài báo này chúng tôi đã nghiên cứu đựơc các phương pháp điều khiển
lưu thông mạng một cách tích cực, xây dựng được mô hình mạng mô phỏng quá
trình truyền dữ liệu kết hợp với cơ chế tránh tắc nghẽn. Với phương pháp quản lý
hàng đợi RED, qua mô phỏng đã chứng minh được tính ưu việt hơn so với
DropTail trong mô hình đã xét, đồng thời xác lập được mối tương quan giữa
tham số hàng đợi với số gói tin rơi, có tác động mạnh đến quá trình điều khiển
lưu thông trên mạng Internet.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. B. Suter et al., Efficient Active Queue Management for Internet Routers,
Proc. Eng. Conf. at Interop 98, Las Vegas, NV (1998).
2. Http:// www. isi.edu/nsnam/ns/ns-documentation.html
3. M. Borden, V. Firoiu, Queue Management for Congestion Control, IEEE
INFOCOM, (2000).
4. S. Floyd and V. Jacobson, Random Early Detection Gateways for Conges-
tion Avoidance, IEEE/ACM Trans. Net., vol. 1, no. 4 (1993) 397 - 413.
5. Sally Floyd, A Report on Some Recent Developments in TCP Congestion
Control, IEEE Magazine (2001).

38
TÓM TẮT
Trong bài báo này chúng tôi tập trung phân tích ảnh hưởng của các tham
số trong cơ chế quản lý hàng đợi tích cực trên mô hình mạng Internet.

THE EFFECT OF PARAMETERS ON QUEUE MANAGEMENT
AND CONGESTION AVOIDANCE ON INTERNET