NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT QUẢN LÝ HÀNG ĐỢI TRONG MẠNG IP CHƯƠNG 2_2

Chia sẻ: Tran Le Kim Yen Tran Le Kim Yen | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:17

Thêm vào BST

Báo xấu

84
lượt xem 12
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

2.2.2 Quản lý hàng đợi (Queue management) 2.2.2.1 Thế nào là quản lý hàng đợi Các router chính trong mạng Internet được cấu hình có nhiều hàng đợi với kích thước lớn

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT QUẢN LÝ HÀNG ĐỢI TRONG MẠNG IP CHƯƠNG 2_2

TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT QUẢN LÝ HÀNG ĐỢI TRONG MẠNG IP CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC CQS TRONG ROUTER 2.2.2 Quản lý hàng đợi (Queue management) 2.2.2.1 Thế nào là quản lý hàng đợi Các router chính trong mạng Internet được cấu hình có nhiều hàng đợi với kích thước lớn, do đó các gói truyền trong mạng sẽ phải mất một thời gian dài để truyền trong hàng đợi. Trễ hàng đợi thậm chí còn lâu hơn cả trễ truyền trong mạng. Đối với các hàng đợi quá dài, khi xảy ra tắc nghẽn thì chính sách “loại bỏ phần đuôi” được sử dụng nhiều. Điều này có nghĩa là bất kì gói nào đến trong điều kiện hàng đợi bị đầy đều bị loại bỏ trước khi vào được hàng đợi. Vấn đề đặt ra là làm thế nào khi có tắc nghẽn xảy ra. Để giải quyết vấn đề này ta sử dụng các thuật toán quản lý hàng đợi và lập lịch.
Nói đơn giản thuật toán quản lý hàng đợi được sử dụng để quản lý chiều dài của hàng đợi các gói bằng cách loại bỏ các gói khi cần thiết Quản lý hàng đợi bao gồm các hoạt động:  Thêm gói vào hàng đợi theo ngữ cảnh của gói khi hàng đợi chưa đầy.  Loại bỏ gói nếu hàng đợi đã đầy.  Xoá bỏ gói khi được yêu cầu bởi bộ lập lịch.  Thường xuyên quản lý độ chiếm giữ của hàng đợi:  Loại bỏ gói khi hàng đợi đã đầy.  Đánh dấu các gói khi hàng đợi chuẩn bị đầy. 2.2.2.2 Sự cần thiết của quản lý hàng đợi Mục đích chính của hàng đợi là điều khiển lưu lượng, chống tắc nghẽn trong mạng, đặc biệt là tại các nút cổ chai. Kĩ thuật quản lý hàng đợi trước đây là thiết lập một kích thước hàng đợi lớn nhất cho mỗi hàng đợi, các gói sẽ được đưa vào trong hàng đợi cho đến khi hàng đợi đầy sau đó nếu còn có gói đến thì sẽ loại bỏ các gói mới tới này. Khi số lượng các gói trong hàng đợi giảm do được truyền tới chặng tiếp theo thì lúc đó hàng đợi mới nhận tiếp các gói tới. Đây cũng chính là k ĩ thuật “loại bỏ phần đuôi” (drop tail). Tuy nhiên cách này có 2 hạn chế:  Kĩ thuật này chỉ cho phép các gói từ một kết nối đơn hoặc một vài luồng đủ để chiếm dụng không gian hàng đợi, ngăn chặn không cho các kết nối khác cùng đến một hàng đợi. Kĩ thuật này là kết quả của quá trình đồng bộ hoặc có hiệu quả định thời.  Thường thì các luồng lưu lượng đến hàng đợi dưới dạng bó. Khi hàng đợi đầy thì bất kì luồng nào đến cũng đều bị loại bỏ cho tới khi số gói
trong hàng đợi giảm xuống. Kĩ thuật này sẽ loại bỏ các bó thông tin chứ không phải chỉ là các gói, do đó việc mất mát thông tin là rất lớn. Quản lý hàng đợi có các tính năng sau:  Giảm số lượng các gói bị loại bỏ trong hàng đợi Các gói thường đến mạng dưới dạng bó, và có chủng loại rất phong phú, tốc độ không cố định. Nếu ta đặt kích thước hàng đợi cố định thì không linh hoạt với từng loại lưu lượng khác nhau: như nếu kích thước hàng đợi quá bé thì hàng đợi rất dễ bị tràn và việc loại bỏ gói sẽ thường xuyên xảy ra, còn nếu kích thước hàng đợi quá lớn sẽ gây lãng phí tài nguyên. Quản lý hàng đợi giữ kích thước trung bình của hàng đợi nhỏ cung cấp khả năng cao hơn. Ngoài ra quản lý hàng đợi cho phép loại bỏ tắc nghẽn bằng việc loại bỏ gói tin chứ không loại bỏ cả bó thông tin điều này sẽ hạn chế được số lượng các gói bị loại bỏ.  Cung cấp các dịch vụ tương tác có độ trễ thấp Do quản lý hàng đợi giữ kích thước trung bình của hàng đợi nhỏ nên giảm độ trễ trong các luồng. Điều này rất quan trong các ứng dụng tương tác: truyền web, lưu lượng telnet hay các phiên audio-video tương tác. Các phương pháp đưa ra để quản lý hàng đợi là các thuật toán RED, hàng đợi cân bằng có trọng số (WFQ),hàng đợi ưu tiên (PQ),… 2.2.3 Lập lịch (Schedular) Bộ lập lịch sẽ quyết định xem gói nào được đưa ra giao diện đầu ra nào, sau đó hướng nó tới hop tiếo theo. Các router truyền thống chỉ có một hàng đợi đơn cho một đầu ra cố định do vậy bộ lập lịch của nó rất đơn giản. Nó sẽ tìm cách kéo gói ra khỏi hàng đợi nhanh như là tốc độ truyền nó. Còn tại các router có hỗ trợ kiến trúc CQS thì mỗi giao diện có tầng lập lịch để cùng chia sẻ khả năng của giao diện đầu ra có cùng các hàng đợi liên quan. Quá trình lập lịch này giúp cho các gói
từ nhiều hàng đợi ra cùng một giao diện đầu ra không phải tranh chấp đầu ra, tránh được tắc nghẽn tại đầu ra. Các thuật toán lập lịch có thể đơn giản hoặc cũng rất phức tạp, điều này tuỳ thuộc vào loại lưu lượng mà mạng truyền tải. Ta xét sơ lược các bộ lập lịch sau: 2.2.3.1 Tiến trình lập lịch đơn giản  Ưu tiên chặt (strict priority): Quá trình lập lịch này làm việc dựa trên các mức ưu tiên của các hàng đợi. Hàng đợi có mức ưu tiên cao nhất sẽ được truyền trước, chỉ khi các gói trong hàng đợi này được truyền hết (hàng đơi rỗng) thì các hàng đợi có mức ưu tiên thấp hơn mới được bắt đầu truyền. Quá tình này cứ tiếp diễn cho tới khi lặp lại một chu kì mới. Ví dụ: Có 4 hàng đợi đang được điều khiển bởi bộ lập lịch. Schedular Queue 1 . Queue 2 Queue 3 Queue 4 Hình 2.8 : Ví dụ bộ lập lịch gồm 4 hàng đợi Giả sử hàng đợi thứ nhất có độ ưu tiên cao nhất, tiếp theo là các hàng đợi thứ 2, 3, 4 có độ ưu tiên thấp hơn. Bộ lập lịch sẽ ưu tiên chuyển các gói của hàng đợi thứ nhất đầu tiên cho tới khi hàng đợi này hoàn toàn rỗng. Tiếp theo các gói trong hàng đợi thứ hai sẽ được chuyển ra ngoài cho tới khi nó cũng hoàn toàn rỗng. Quá
trình này cũng được thực hiện với các hàng đợi 3, 4. Các hàng đợi khác phải chờ hàng đợi 1 xử lý xong mới được truyền gói theo điều khiển của bộ lập lịch. Thuật toán này rất đơn giản, tuy nhiên nó có nhiều nhược điểm. Bộ lập lịch chỉ xử lý các hàng đợi có độ ưu tiên cao, còn lại là “bỏ đói” các hàng đợi có độ ưu tiên thấp, nó gây lãng phí băng thông và tạo ra trễ lớn cho các lưu lượng có độ ưu tiên thấp do các hàng đợi có độ ưu tiên thấp phải chờ đợi để tới lượt mình thì mới được truyền. Giải quyết vấn đề này thì mạng phải có cơ chế định dạng lưu lượng để có thể hạn chế một phần lưu lượng tới hàng đợi có độ ưu tiên cao trong một thời gian dài để dành băng thông cho các hàng đợi có độ ưu tiên thấp hơn. Tuy nhiên cũng phải thừa nhận rằng cách này rất phù hợp với các lớp lưu lượng yêu cầu độ trễ nhỏ. Do nếu một lớp lưu lượng X yêu cầu trễ đầu cuối thấp thì nó sẽ luôn được gán vào các hàng đợi có mức ưu tiên cao nhất tại mỗi hop để chúng luôn được ưu tiên truyền trước. Tuy nhiên khi gói tin thuộc lớp X đến mà bộ lập lịch đang rỗi thì nó sẽ được xử lý ngay lập tức, còn nếu hàng đợi đang bận truyền các gói khác thì gói tin lớp X phải chờ cho các gói kia truyền hết. Độ trễ đầu cuối phụ thuộc nhiều vào tốc độ của kết nối và MTU cho mỗi kết nối. .  Round Robin (RR): Thuật toán RR cho phép giải quyết vấn đề bỏ đói các hàng đợi có độ ưu tiên thấp bằng cách truyền các gói tin theo vòng tròn. Mỗi gói từ các hàng đợi sẽ được truyền lần lượt từ hàng đợi này tới hàng đợi khác, hết một chu kì các hàng đợi thì lại quay về hàng đợi đầu tiên và bắt đầu một chu kì mới. Như trong ví dụ trên các gói sẽ được truyền theo trật tự 1,2,3,4 1,2,3,4….một cách đều đặn. Nếu có hàng đợi nào rỗng thì nó sẽ bỏ qua hàng đợi đó mà truyền hàng đợi tiếp theo. Cách này có độ trễ không phụ thuộc vào độ ưu tiên cao hay thấp của các hàng đợi mà độ trễ phụ thuộc vào tốc độ đường truyền và số lượng các gói bên trong hàng đợi bhiều hay ít.
2.2.3.2 Các bộ lập lịch tương thích Đối với các loại lưu lượng phức tạp hơn ta thường sử dụng bộ lập lịch tương thích. Để hỗ trợ cho QoS mạng chia ra thêm hai cấu trúc dịch vụ: Dịch vụ phân biệt (DS) dùng trong mạng lõi, và dịch vụ tích hợp (IS) dùng trong mạng biên. Bộ lập lịch cũng có nhiều loại phù hợp với các loại dịch vụ này: đối với dịch vụ DS ta có thể sử dụng bộ lập lịch RR tường minh, RR có trọng số, hay hàng đợi trên cơ sở lớp (CBQ), hàng đợi cân bằng có trọng số (WFQ)… Thuật toán lập lịch Round Robin tường minh (DRR) là sự mở rộng của thuật toán RR. DRR sẽ theo dõi số lượng byte được gửi trong một hàng đợi và so sánh với số lượng các byte phải truyền trên đường truyền để chỉnh sửa khoảng thời gian truyền giữa các dịch vụ bằng cách thay đổi tốc độ bit truyền trong mỗi hàng đợi. DRR ấn định cho mỗi hàng đợi một tham số Qn không đổi (bước lượng tử) và tham số Dn thay đổi (lượng mất mát). Bước lượng tử Qn phản ánh số byte trung bình mỗi vòng mong muốn hàng đợi truyền.Giá trị Dn bắt đầu từ 0 và sẽ thiết lập về 0 khi hàng đợi rỗng. Khi bộ lập lịch nhảy sang hàng đợi mới thì nó sẽ thiết lập giá trị đếm Bsent phản ánh sô byte đã được truyền ở hàng đợi trước đó. Các gói sẽ được truyền từ hàng đợi thứ N nếu thoả mãn 2 điều kiện sau: + Hàng đợi có gói để truyền + Giá trị Qn+Dn phải lớn hơn hoặc bằng Bsent +số byte trong gói kế tiếp của hàng đợi. Nếu hàng đợi rỗng thì Dn được lập về 0. Còn nếu bộ lập lịch dừng trước khi hàng đợi rỗng thì sẽ tồn tại một giá trị Dn mới có giá trị trong khoảng (Bsent; Qn+Dn). Lúc này giá trị Dn sẽ được thiết lập từ Qn+Dn- Bsent và bộ lập lịch sẽ chuyển tới hàng đợi tiếp theo. Đối với mỗi hàng đợi giá trị Qn+Dn thể hiện số lượng gói tối đa có thể truyền trong suốt một chu kì.
2.3 Hoạt động của các router biên và router lõi trong mạng Chức năng chính của các router có cấu trúc CQS như đã nói ở trên. Nhưng trong một mạng các router có vị trí khác nhau sẽ đảm nhiệm các chức năng khác nhau. Các router nằm tại đường biên của mạng sẽ xử lý một phần lưu lượng đi vào mạng để giảm nhẹ gánh nặng phục vụ cho router lõi, còn router lõi nhiệm vụ chủ yếu là định tuyến gói tin, xử lý lưu lượng bên trong lõi của mạng. Ta xét hoạt động của các router trong mạng Diff-serv. Do diff-serv được sử dụng trong mạng lõi, phần mạng phức tạp và phải xử lý rất nhiều lưu lượng đến nên việc tìm hiểu hoạt động của các router trong mạng lõi là rất quan trọng. Một hệ thống dựa trên cơ sở mạng có các yêu cầu dịch vụ phân biệt mà cung cấp các định tuyến có QoS hạn chế. Hệ thống cho phép đưa ra các độ ưu tiên với các loại đặc trưng của dịch vụ hoặc người sử dụng và các ứng dụng trong mạng. Để thực hiện được điều này tất cả các hệ thống trong mạng phải được cấu hình, quản lý và điều khiển bởi các phương tiện được định nghĩa trước bởi các nhà quản trị mạng. Ứng dụng của các chính sách phụ thuộc vào nhiều yếu tố như các mức ưu tiên của dịch vụ và người sử dụng, độ hiệu quả của tài nguyên, QoS yêu cầu cho dịch vụ đặc thù. Để cung cấp được các ứng dụng thoả mãn được các yêu cầu của khách hàng về chất lượng dịch vụ thì việc đầu tiên phải hiểu và cung cấp được đặc trưng cho các thành phần trong mạng và các kết nối của nó một cách tự động, cùng với các thông tin ứng dụng và sự vận hành của người sử dụng trong mạng. Các thành phần trong mạng có thể kể đến là các bộ giám sát, các router (router biên và router lõi), …Tiến trình giám sát các sự kiện khác nhau trong mạng ví dụ như cảnh báo khi có một hệ thống mạng bị lỗi hay khi có quá nhiều gói đến vượt quá khả năng cho phép của router. Nói một cách khác thì tiến trình giám sát lựa chọn thông tin từ các router biên router lõi, các kết nối thiết lập trước.
Sự lựa chọn các router cho chuyển mạch gói phụ thuộc vào các kĩ thuật sử dụng trong mạng. Kĩ thuật IP dựa trên cơ sở hai nguyên lý: các gói được truyền không có ưu tiên sử dụng nguyên lý best effort và có thể chỉ sử dụng đường truyền ngắn nhất trong mạng để truyền gói tin đến đích. Một kĩ thuật thông minh hơn là phân loại gói tin theo các mức độ ưu tiên của luồng lưu lượng, số lượng các đường dẫn có thể sử dụng được quyết định bởi cấu trúc của các trung kế giữa các vùng của router. Do đó cấu trúc này có thể đánh giá trực tiếp mạng phân cấp, hay hỗn hợp, hay bằng phẳng (flat). Flat có nghĩa rằng các gói có thể đ ược định tuyến trực tiếp giữa các router biên và phân cấp có nghĩa là các gói được chuyển qua các router lõi tương ứng. Các loại router riêng thể hiện các chức năng khác nhau để quyết định lượng lưu lượng tại mức cao sẽ lớn hơn lưu lượng ở mức thấp. Chức năng của router truy nhập là chấp nhận lưu lượng luồng lên từ mạng chấp nhận kết nối và chuyển nó tới router biên liên quan. Do đó các router truy nhập được kết nối tới vùng router biên liên quan. Các router biên sau khi sử lý một phần lưu lượng sẽ chuyển lưu lượng tới router lõi để các router này thực hiện nốt các chức năng tuyề n tải lưu lượng còn lại. T raffic Control MF MF Meter Classifier Shapper BA Classifier Routing SNAT Routing DNAT Exit BA BA HTB Enqueuing Policer Marker Schedular
Hình 2.9 : Quá trình xử lý gói tin qua router biên và router lõi 2.3.1 Router biên (edge router) Một luồng dữ liệu muốn đi từ mạng này tới mạng khác thì trước tiên nó phải được đi qua các router đặt ở đường biên mạng (router biên), router biên quyết định xem gói nào nhận được đảm bảo, các gói này không bị loại bỏ. Khi các thiết bị truy nhập thu thập và phân phối các luồng dữ liệu từ phía đầu phát khách hàng, router biên sẽ truyền tải các dịch vụ phân biệt trên cơ sở các đặc điểm của lưu lượng. Các router hiệu năng cao cho phép thực hiện thực hiện các chính sách quản lý mạng đã được định nghĩa bởi các luồng lưu lượng được phân loại, băng thông phân bố, thiết lập các độ ưu tiên hàng đợi và đánh dấu các tuyến tối ưu. Router biên truyền thông với các router lõi trong cùng một mạng hoặc với các router biên ở các mạng khác. Ngoài ra router biên còn có khả năng định tuyến lưu lượng tĩnh và liên kết hoặc kết nối tới một hoặc nhiều router lõi. Các tuyến giữa router biên và các router lõi liên quan có thể rất nhiều. Kiến trúc mạng logic cơ bản có thể là mạng sao (star), ring hoặc chain. Mạng mesh cũng được thể hiện trong cấu trúc này. Nhìn chung về cấu trúc router biên cũng tương tự như cấu trúc chung của router đã nói ở trên. Chỉ có hoạt động hơi khác so với router lõi. Router biên hoạt động theo chế độ phân tải còn router lõi hoạt động theo chế độ tập trung tải
Meter Shaper / Classifier Marker Dropper packet Hình 2.10: Sơ đồ xử lý gói tin trong router biên  Bộ phân loại tiêu chuẩn: lựa chọn các gói trên cơ sở giá trị điểm mã DS. Các gói được lựa chộn sau đó sẽ được truyền tương ứng hoặc tuỳ thuộc vào việc điều phối lưu lượng nếu cần thiết.  Phân loại đa trường: Bộ phân loại này lựa chọn các gói trên cơ sở nội dung của một số trường tiêu đề điển hình, là sự phối hợp của địa chỉ nguồn, địa chỉ đích, trường DS, trường giao thức ID, trường số cổng nguồn, cổng đích.  Bộ đánh dấu: thực thể này có thể thiết lập giá trị của trường DSCP.  Hệ thống hoạt động và định giá băng tần: Các thiết bi nay đựoc cấu hình với các chính sách hoạt động.Chúng lưu giữ sự phân phối lưu lượng hiện tại của các lưu lượng được đánh dấu và biên dịch các yêu cầu mới để đánh dấu lưu lượng.  Bộ điều phối lượng: thực thể này có nhiệm vụ đo đạc, đánh dấu, loại bỏ và định dạng lưu lượng. Bộ điều phối lưu lượng có thể đánh dấu lại lưu lượng hoặc có thể loại bỏ, định dạng các gói để thay đổi các tham số tạm thời của luồng và gắn cho nó một tiểu sử lưu lưọng
 Bộ đo: đo tốc độ của luồng lưu lượng được lựa chọn bởi bộ phân loại.Việc đo này được sử dụng bởi các thành phàn trên hoặc được dùng cho mục đích đếm và đo.  Bộ bắt giữ: Định giá kết quả đo được tạo ra từ bộ đo và sử dụng chúng để làm cho các profile lưu lượng trên cơ sở các chính sách có hiệu lực.  Bộ loại bỏ gói: loại bỏ một số hoặc tất cả các gói trong luồng lưu lượng nhằm mục đích đưa luồng lưu lượng vào profile lưu lượng. Tiến trình này gọi là bắt giữ các luồng.  Định dạng: Trễ các gói bên trong luồng lưu lượng để nó tuân theo một số profile lưu lượng được định dạng. Một bộ định dạng có thể loại bỏ các gói nếu không gian bộ đệm không còn đủ chỗ để chứa các gói có độ trễ.  Các bộ điều phối lưu lượng thường được lắp đặt bên trong các node DS đầu vào và các node đường biên đầu ra, nó cũng được lắp đặt bên trong một node ở trong một miền DS. Các node đầu vào của một miền nguồn là node đầu tiên đánh dấu các gói. Các node đầu ra sẽ chuyển các gói tới miền DS khác và có thể đánh dấu lại các gói nếu cần thiết. Các luật điều phối lưu lượng này nằm trong TCA (traffic conditioning agreement) và được áp đặt bởi các bộ phân phối lưu lượng. Các luật TCA được kết nối tới các SLA (service level agreement) được tạo ra giữa khách hàng và nhà cung cấp dịch vụ. Các thoả thuận này sẽ chỉ định loại dịch vụ khách hàng sẽ nhận. Điều này có nghĩa là các miền DS bên trong một vùng bao gồm các ISP ngang hàng với các cái khác và thiết lập các SLA ngang hàng. DS thể hiện phân phối lưu lượng để chắc chắn rằng việc đưa lưu lượng và bên trong miền DS sẽ phù hợp với các luật lệ trong TCA, phù hợp với các chính
sách cung cấp dịch vụ của miền. Bộ phân loại lưu lượng hướng các gói để phù hợp với các thành phần điều phối lưu lượng. Các bộ điều phối lưu lượng sử dụng các prifile lưu lượng để chỉ định ra điều kiện của lưu lượng như thế nào. Một profile lưu lưọng định nghĩa các luật lệ cho quá trình chỉ định các gói dù ở trong hay ở ngoài một profile. Các gói bên ngoài profile có thể được xếp hàng cho đến khi chúng ở trong profle (được định dạng), bị loại bỏ (bắt giữ), được đánh dấu bằng điểm mã mới (được đánh dấu lại). Các gói bên profle có thể được sắp xếp lại dưới mức cho phép. Bộ đo sẽ đo các luồng lưu lượng và trạng thái của bộ đo có hiệu lực đối với các gói được đánh dấu, loại bỏ và đinh dạng. Hình dưới mô tả các gói khi đi vào bộ phân loại. Bộ đo sẽ đo luồng lưu lượng và chuyển thông tin tới các thành phần khởi sự một quá trình tương ứng. Bộ đánh dấu sẽ thiết lập giá trị DSCP của gói. Thiết lập các bit trong trường IP của các gói tại các biên của mạng.Sử dụng các bit này để quyết định xem các gói được truyền đi như thế nào bởi các node ,điều phối các gói được đánh dấu sao cho phù hợp với các yêucầu hoặc luật lệ của dịch vụ. Các yêu cầu hoặc luật lệ của mỗi dịch vụ phải được thiết lập thông qua cơ chế chính sách quản trị. Router biên có rất nhiều chức năng, và các chức năng này phụ thuộc vào từng loại router khác nhau. Router biên gồm 3 loại cơ bản:  Router chặng đầu tiên (first hop router): đây là router gần với trạm host gửi gói tin nhất. Các gói được phân loại và được đánh dấu tuỳ thuộc vào profile SLS được ấn định cho kết nối. Nó là đáp ứng của việc thiết lập một cam kết về lưu lượng và băng thông mà người sử dụng và nhà cung cấp dịch vụ đưa ra.
 Router đầu vào: Nó được lắp đặt tại điểm đầu vào của miền DS và nó đảm nhiệm chức năng phân loại tất cả các gói đến trên cơ sở trường DS.  Router đầu ra : được lắp đặt tại điểm đầu ra của các mạng DS để điều khiển lưu lượng. Nó cũng đảm nhiệm chức năng phân loại lưu lượng dựa trên trường DS. 2.3.2 Router lõi (core router) Router lõi xử lý lưu lượng trong nội mạng, không liên quan gì tới các mạng khác. Router lõi phải xử lý một số lượng lưu lượng lớn bên trong một mạng, và chức năng của chúng là thêm vào các luồng thông tin và thực hiện việc phân loại, gửi ngược trở lại các gói tin. Do đó các vung lắp đặt router lõi thường lớn và có dạng lưới. Thông thường các node mạng lắp đặt các vùng router lõi cùng các server để cung cấp các dịch vụ Internet (email server, web server, RADIUS, DNS…). Thêm vào các vùng router lõi cũng thường là các điểm trung tâm cho các các kết nối tới các mạng IP khác (do đó nó còn được gọi là các điểm liên tổng đài (IxPs) hay các NAP công cộng). Trong mạng quốc gia lớn các router lõi còn có thể được phân nhỏ ra thành các sub-router và các router lõi transit. Việc giám sát router lõi bao gồm 4 tham số cơ bản dùng để định nghĩa một lớp dịch vụ: băng thông, trễ, jitter, và độ mất gói. Để chuyển tải các lưu lượng hỗn hợp của các loại dịch vụ khác nhau, ví d ụ cho loại dịch vụ X được định nghĩa mức chất lượng dịch vụ của mỗi luồng lưu lượng và thực hiện điều khiển QoS để thể hiện mức chất lượng đó (điều khiển hàng đợi đa lớp). Quá trình bắt giữ lưu lượng sẽ giám sát lưu lượng đi vào trong router biên ở mỗi luồng lưu lượng được phân loại bởi việc phối hợp của địa chỉ nguồn và địa chỉ đích ,các đường MPLS, thông tin trong trường DS của header gói tin được dùng để định hướng, giám sát gói tin. Khi gói tin đi vào trong router lõi, nó sẽ sử dụng các thông tin đánh dấu trước đó để thực hiện các đảm bảo liên quan, sau đó
được đưa vào hàng đợi tuỳ theo từng lớp chất lượng dịch vụ hay độ ưu tiên của loại dịch vụ mà luồng lưu lượng đó truyền tải. Tại đây các gói tin sẽ được định hướng truyền, thời điểm truyền gói tin sẽ do bộ lập lịch quyết định tuỳ thuộc vào trường ưu tiên trong phần header của gói. Gói tin có độ ưu tiên thấp có thể bị loại bỏ khi có tắc nghẽn xảy ra trong mạng. Router sử dụng nhiều thuật toán, cách thức quản lý để đảm bảo chất lượng dịch vụ trong mạng: như các thuật toán quản lý hàng đợi, thuật toán lập lịch … Các router lõi là các router tốc độ cao được ứng dụng trong phần lõi và phần xương sống của mạng IP. Dữ liệu truyền qua các bộ xử lý trung tâm có tốc độ lên tới hàng trăm Gbps. kiến trúc mạng của các router lõi có dạng lưới hoặc liên lưới ngay cả khi kiến trúc của router biên hay router truy nhập có dạng star hay double star. Nhìn chung hoạt động của router có hai chức năng chính: định tuyến v à chuyển gói.  Trong suốt quá trình định tuyến router thu thập và xử lý thông tin trong cấu hình mạng và thiết lập ra bảng định tuyến. Bảng này chứa các thông tin được yêu cầu để định hướng và truyền lại gói. Tại các khoảng thời gian 30 đến 60 phút các router sẽ kết nối tới tổng đài và update các bảng định tuyến.  Trong suốt quá trình định tuyến các router sẽ định tuyến dữ liệu tới cổng vào đi ra đầu ra tương ứng được chỉ định trong bảng định tuyến. Tuỳ thuộc vào loại lưu lượng có độ ưu tiên khác nhau mà các luồng thông tin được đưa ào hàng đợi khác nhau và được lập lịch đưa ra sớm hay muộn. Để chuyển các gói thì đầu tiên các gói phải được đóng gói và địa chỉ hướng chuyển phải được thiết lập trước khi một gói đi vào hàng đợi đầu ra tương ứng. Cuối cùng khi các gói ở đầu ra lại đước đóng gói thêm một
lần nữa. Để tránh tắc nghẽn trong mạng các gói sẽ được chớ trong hàng đợi để chờ xử lý. Trong các mạng DS thì các trường precedence của gói sẽ được đọc ra và các gói dữ liệu sẽ tham gia vào hàng đợi được phân theo độ ưu tiên tại các cổng đầu ra tuỳ thuộc vào lớp lưu lượng của nó. Các có chế hàng đợi dựa trên giao thức RSVP như: hàng đợi có độ trễ thấp (LLQ) hay hàng đợi cân bằng có trọng số (WFQ) cũng phục vụ mục đích ưu tiên hoá các gói trong hàng đợi tối thiểu hoá độ trễ truyền dẫn và thời gian xử lý. Tất cả các hệ thống router yêu cầu 3 thành phần cơ bản để thực hiện 2 chức năng trên:  Phần mềm định tuyến (được thiết lập và update trong bảng định tuyến)  Các thành phần cho xử lý và định hướng lại các gói (phân loại, bộ lọc, hàng đợi , đánh địa chỉ cho các gói)  Các card đầu vào và đầu ra, bao gồm cả backplane. Các card và các giao diện được liên kết nối qua backplane trên cơ sở bus hoặc kiến trúc chuyển mạch. Tóm lại các router là thành phần có bản của mạng, để mạng hoạt động hiệu quả hơn thì ta cần quan tâm nhiều hơn đến khả năng làm việc của các router, do đó các nhà kĩ thuật đang tìm mọi cách để nâng cao khả năng hoạt động và chức năng của router. Có rất nhiều thế hệ router mới ra đời cho phép xử lý các lường lưu lượng đa dạng nhanh hơn và đảm bảo chấ lượng dịch vụ tốt hơn.Việc thiết kế phân phối lưu lượng và điều khiển luồng và cung cấp các tính năng mạng để thoả mãn các yêu cầu về dữ liệu và lưu lượng đa phương tiện trong các loại ứng dụng khác nhau. Việc cung cấp mạng thích hợp có vai trò quan trọng trong việc cung cấp chất lượng dịch vụ QoS cho các yêu cầu của khách hàng bởi nhà cung cấp dịch vụ. Mục
đích thiết kế thành phần các router biên là để giám sát mạng tránh các vi phạm cam kết mức dịch vụ (SLA) và việc ăn trộm băng thông. Người sử dụng có thể đưa vào lưu lượng không hợp lệ hoặc vượt quá mức cho phép từ các điểm truy nhập khác nhau gây ảnh hưởng tới chất lượng dịch vụ trong mạng. Do đó lưu lượng ban đầu vào mạng được giám sát điều khiển bởi router lõi. Bộ phân phối và các thành phần điều khiển luồng sẽ giảm bớt tắc nghẽn và việc phân phối không công bằng các tài nguyên mạng. Các router biên sẽ chia sẻ các thông tin tắc nghẽn với các router luồng trên để giữ lại các tài nguyên bị lãng phí trong các miền đường xuống. Việc đánh giá khả năng hoạt động và mở rộng của router biên thông qua các yếu tố:  Đối với các router lõi phải ấn định tốc độ tối ưu cho mỗi luồng lưu lượng và trọng số cho các hàng đợi để tối đa hoá lợi nhuận cho các nhà cung cấp dịch vụ của miền mạng. Việc cung cấp phù hợp là rất cần thiết để cung cấp các đường biên cam kết mức dịch vụ như trễ ,khả năng thông qua và độ mất gói cho mỗi người sử dụng.  Để chắc chắn rằng tất cả các luồng đều nhận được sự chia sẻ của SLA, thì các luồng của một vùng mạng cần được giám sát để tránh các SLA vi phạm và băng thông bị đánh cắp. Chúng ta cần định nghĩa và phát triển độ thông qua, và độ trễ, độ mất gói và bảo mật giống như các tham số của QoS được thiết kế cho lược đồ giám sát SLA biên –biên để phát hiện các vi phạm dịch vụ.  Các bộ điều phối lưu lượng tại router biên được xây dựng cơ chế đánh dấu thông minh và định dạng các gói dựa trên các tham số lớp và tuân theo trạng thái của mạng. Các bộ điều phối sẽ sử dụng các đặc điểm luồng để cung cấp các cách sử dụng tài nguyên tốt hơn và củng cố chất lượng dịch vụ mức ứng dụng.
 Các router biên được thiết kế để phát hiện và điều chỉnh các luồng không thuận lợi gây ra các hiệu năng thấp cho các luồng tương thích như TCP (những luồng được đối xử lại trong suốt thời điểm tắc nghẽn). Các router biên đầu vào sẽ nhân bản thông tin tắc nghẽn tới các router đầu của miền mạng luồng hướng lên trước đó để giảm sự lãng phí tài nguyên tại mạng đường xuống để từ chối không nhận các gói. Các router biên mở rộng và tương thích được sử dụng để cung cấp khả năng thông qua cao, độ trễ thấp và độ mất gói cho các ứng dụng đa phương tiện hiện hành như IP Telephony, phân phối các dịch vụ media thông qua Internet. Qua sử dụng mô phỏng có thể đánh giá router biên cho các ứng dụng dữ liệu mở rộng như FTP và các ứng dụng nhạy với độ trễ như Telnet và lưu lượng WWW. 2.4 Tổng kết chương Chương 2 giới thiệu chung về cấu trúc và các tính năng của router. Router là một thiết bị mạng quan trọng tại lớp Internet trong mô hình TCP/IP, chức năng chính của router là định tuyến và chuyển gói tin đến chặng tiếp theo. Chương này cũng giới thiệu về cấu trúc CQS trong router. Cấu trúc này cho phép xử lý các gói tin tại lớp Internet, cải thiện chất lượng dịch vụ và điều khiển tắc nghẽn.