Luận văn
Hệ thống đo các thông số mạng
trên đường truyền băng hẹp điều
khiển qua Internet
Hệ thống đo các thông số mạng trên đường truyền băng hẹp điều khiển qua Internet
Lời nói đầu
Cùng với sự phát triển của Internet thì cơ sở hạ tầng truyền dẫn thông tin ở Việt
Nam đang ngày càng được mở rộng. Sự phát triển các hệ thống truyền dẫn này đòi hỏi
cao về việc bảo trì và sửa chữa đường truyền do thiếu các thiết bị chuyên dụng thực hiện
việc kiểm tra kết nối và chất lượng đường truyền. Việc sử dụng hệ thống máy tính – máy
tính (Personal Computer – PC) có thể đáp ứng được điều này nhưng do chi phí xây dựng
hệ thống và bảo trì lớn, tính linh hoạt kém dẫn đến việc triển khai hệ thống không có
hiệu quả kinh tế.
Đề tài của chúng em là “hệ thống đo đạc các thông số mạng trên đường truyền
băng hẹp điều khiển qua Internet” nhằm mục đích khắc phục những ý trên. Dưới sự dẫn
dắt và chỉ bảo phương hướng thực hiện công việc một cách tận tình của thầy hướng dẫn,
chúng em đã tiến hành nghiên cứu phát triển xây dựng kịch bản, xây dựng chương trình
đo các thông số và mở rộng việc điều khiển qua Internet.
Chúng em xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS. Phạm Văn Bình – Trưởng
bộ môn mạch và xử lý tín hiệu – Viện Điện Tử Viễn Thông – Đại Học Bách Khoa Hà
Nội. Trong quá trình làm đồ án, chúng em đã được TS. Phạm Văn Bình tận tình giúp
đỡ và quan tâm, cũng như cung cấp các tài liệu quý để chúng em hoàn thành công việc
được giao.
Chúng em cũng xin gửi lời cảm ơn đến tập thể giảng viên Viện Điện Tử Viễn
Thông – ĐH Bách Khoa Hà Nội đã giảng dạy và trang bị cho chúng em những kiến thức
nền tảng trong suốt bốn năm học tập trong Khoa.
1
Hệ thống đo các thông số mạng trên đường truyền băng hẹp điều khiển qua Internet

and repairing of transmission lines due to lack of specialized equipment to inspect the
connection and transmission quality. The use of PC – PC (Personal Computer – PC)
system may meet that condition but no sense of economic efficiency and building
systems. On that basis we group have studied and developed a new mesurement system
to overcome the above in mind.
Measurement system parameters on transmit narrow-band network control via
Internet is a measurement system in which the role of the PC-nodes is replaced by a
specialized equipment which is STR9-comstick (Terminal Comstick – TC). The
measured parameters include Round Trip Time – RTT, Throughput and Packet Loss
Rate - PLR. Users can access the meter (Measurement Computer – MC) over the Internet
with a web interface to send the parameters which control the process and receive
results.
Research results:
_Built up scripts which measures RTT, Throughput and PLR, based on TCP/IP.
_Built up programs for MC and embedded programs for TC.
_Internet control for remote processing and auto-measurement.
Through the evaluation, the created measurement system can afford effectively in
connection checking and quality comparison of narrow-band transmissions. Thereby
showing the potencial development and expansion of this project on the broadband line.
4
Hệ thống đo các thông số mạng trên đường truyền băng hẹp điều khiển qua Internet
Mục lục
Lời nói đầu 1
Tóm tắt đồ án 2
Summary 4
Mục lục 5
Danh sách các hình vẽ 6
Danh sách các bảng biểu 9
Danh sách các từ viết tắt 10
Mở đầu 11

Hình 2.16 Kịch bản đo trễ RTT 31
Hình 2.17 Kịch bản đo thông lượng 31
Hình 2.18 Công thức tính thông lượng 32
Hình 2.19 STR9-comstick 34
Hình 2.20 Các thông số chính của STR9-comstick 35
Hình 3.21 Giải thuật đo trễ RTT 37
6
Hệ thống đo các thông số mạng trên đường truyền băng hẹp điều khiển qua Internet
Hình 3.22 Giải thuật đo thông lượng 39
Hình 3.23 Quá trình đo thông lượng hướng lên 40
Hình 3.24 Quá trình đo thông lượng hướng xuống 41
Hình 3.25 Giao diện chương trình MC Tool 42
Hình 3.26 Giao diện chọn kiểu đo 43
Hình 3.27 Khởi tạo chương trình 45
Hình 3.28 Bộ đếm thời gian 46
Hình 3.29 Thời gian truyền 47
Hình 3.30 Cấu trúc thư viện STR9 50
Hình 3.31 Nội dung thư viện 51
Hình 3.32 Kiến trúc thư viện phần mềm 52
Hình 3.33 Các thiết lập uIP 58
Hình 3.34 Vector ngoại lệ 62
Hình 3.35 Cấu hình ngăn xếp 63
Hình 3.36 User stack 64
Hình 3.37 Kích thước ngăn xếp 65
Hình 3.38 ARM Procedure Call Standard (APCS) 65
Hình 3.39 Giao diện HiTOP Debugger 68
Hình 3.40 Các cửa sổ thao tác HiTOP 69
Hình 3.41 Sơ đồ khối chương trình nhúng 71
Hình 3.42 Hàm khởi tạo sơ lược 71
Hình 3.43 Hàm Main sơ lược 72

Mở đầu
Yêu cầu đặt ra của hệ thống đo chủ yếu nằm ở việc thay thế máy tính bằng STR9-
comstick của hãng ST. Lý do sử dụng thiết bị này bởi vì giá thành chấp nhận được
(€40),nhỏ gọn hỗ trợ kết nối Ethernet và thư viện MicroIP đáp ứng được yêu cầu làm nút
mạng.
Dựa trên việc nghiên cứu ứng dụng của thiết bị và lý thuyết ta xây dựng kịch bản
đo Trễ, Thông lượng. Trễ (đầy đủ là thời gian trễ trọn vòng) là đại lượng đo bằng mili-
giây (ms) và chuyên dùng để kiểm tra kết nối bằng cách một bên gửi gói tin ICMP và
lắng nghe bên kia trả lời. Thông lượng là đại lượng đo bằng Mbit/s thể hiện lượng dữ
liệu gửi thành công trên đường truyền trong một đơn vị thời gian.
Sau khi có kịch bản, công việc tiếp theo là hiện thực hóa kịch bản đó thành
chương trình đo. Cụ thể là hai phần chính được thực hiện song song: lập trình cho MC
và TC đảm nhận vai trò điểm đầu và điểm cuối của kết nối, trong đó MC là máy đo và
xuất phát điểm của các tiến trình đo. Để đáp ứng được khả năng tùy biến, chương trình
đo phía MC phải có cơ chế đọc các thông số yêu cầu điều khiển quá trình đo và cơ chế
ghi lại kết quả đo được phục vụ cho việc kiểm tra, đánh giá và nghiên cứu. Kịch bản đo
và chương trình đo là nội dung chính của đề tài này.
Hoàn thành phần đo, đề tài được mở rộng về khả năng tùy biến và phát triển tính
linh hoạt bằng cách thiết lập cơ chế điều khiển từ xa, cụ thể hiện tại là qua Internet. Phần
mở rộng này chia làm hai phần: truyền yêu cầu điều khiển quá trình đo theo hướng
người dùng (User) => Web server => MC và gửi trả lại kết quả đo được theo hướng MC
=> Web server => người dùng. Kết quả đo được khi gửi trả lại Web server sẽ được lưu
11
Hệ thống đo các thông số mạng trên đường truyền băng hẹp điều khiển qua Internet
vào cơ sở dữ liệu để đáp ứng việc tìm kiếm và tra cứu sau này. Người dùng có thể tiếp
cận dễ dàng kết quả đo qua giao diện Web hiển thị.
Trên cơ sở đó, đồ án được trình bày gồm bốn chương:
Chương 1: chương này trình bày phần tổng quan của hệ thống đo, cho ta một cái
nhìn khái quát nhất bao gồm mô hình hệ thống, phương án xây dựng hệ thống dựa trên
các thành phần được triển khai ở mô hình.

13
Hệ thống đo các thông số mạng trên đường truyền băng hẹp điều khiển qua Internet
Hình 1.1 Hệ thống đo xây dựng trên mạng LAN thông thường
Trên hình vẽ mô tả một hệ thống đo với các nút mạng là PC. Chương trình đo
được thiết lập trên MC và các TD thực hiện kịch bản đo định sẵn và thu thập kết quả đo
đặc trưng của đường truyền Ethernet giữa các nút mạng. Như nhận định ở trên, mô hình
này không có hiệu quả kinh tế do một số nguyên nhân chính cụ thể như sau:
_Các nút mạng là PC dẫn đến việc xây dựng hệ thống phần cứng và các phần
mềm đi kèm hệ thống tốn chi phí lớn.
_Chi phí bảo trì, sửa chữa hệ thống nhiều.
_Không thích hợp cho việc mở rộng hệ thống.
_Sử dụng và cài đặt phức tạp không tập trung.
Dựa trên cơ sở trên, nhóm chúng em đã nghiên cứu và xin đưa ra mô hình hệ
thống mới, trong đó vai trò các TD được thay bằng STR9-comstick.
14
Hệ thống đo các thông số mạng trên đường truyền băng hẹp điều khiển qua Internet
1.2 Mô hình hệ thống
Trước hết ta đưa ra sơ đồ khối của hệ thống đo. Hệ thống đơn giản bao gồm hai
khối đó là khối đo và khối điều khiển qua Internet.
Hình 1.2 Liên hệ khối đo – khối điều khiển
Đặc điểm chính của mô hình hệ thống đo đó là các PC được thay bằng STR9-
comstick. Khối chính của hệ thống đo sẽ là phần bao gồm MC, TC và đường truyền dẫn
nối chúng. Khối mở rộng là phần nối với Internet để phục vụ cho mục đích điều khiển từ
xa bao gồm máy chủ web để tương tác với người dùng. Tương tác ở đây bao gồm việc
điều khiển quá trình đo qua các thông số thiết lập kịch bản và việc nhận lại kết quả đo
được từ MC.
Từ cơ sở sơ đồ khối như trên, mô hình đưa ra là một hệ thống đơn giản bao gồm
MC và các TC được kết nối với nhau thông qua đường truyền dây tải điện (Power Line
Communication – PLC). Sở dĩ chúng em chọn đường PLC làm môi trường để kiểm tra
và xây dựng hệ thống do đây là một môi trường mới, chưa có nhiều công cụ đánh giá

HiTOP Debugger). Thiết lập cơ chế điều khiển qua Internet bằng máy chủ web, tương
tác các khối truyền dẫn dữ liệu bằng socket được tích hợp trên chương trình đo.
Chương tiếp theo chúng em xin trình bày các nội dung cụ thể trong quá trình
nghiên cứu và thực hiện đồ án.
17
Hệ thống đo các thông số mạng trên đường truyền băng hẹp điều khiển qua Internet
Xây dựng kịch bản hệ thống
1.4 Cơ sở lý thuyết – bộ giao thức TCP/IP
1.4.1 IP
Giao thức IP (Internet Protocol - Giao thức Liên mạng) là một giao thức hướng
dữ liệu được sử dụng bởi các máy chủ nguồn và đích để truyền dữ liệu trong một liên
mạng chuyển mạch gói.
Hình 2.4 Cấu trúc IP header
VERS (4 bits): Chỉ ra phiên bản của trình nghi thức IP đang được dùng là Ipv4.
IP Header Length (HLEN) (4 bits): Chỉ ra chiều dài của header.
Type Of Services (TOS)(8 bits) : Chỉ ra cách thức xử lý data như thế nào.
18
Hệ thống đo các thông số mạng trên đường truyền băng hẹp điều khiển qua Internet
Total Length (16 bits): Chỉ ra chiều dài của toàn bộ gói tính theo byte, bao gồm dữ liệu
và header.
Identification (16 bits): Chỉ mã số của 1 IP datagram, giúp bên nhận có thể ghép các
mảnh của 1IP datagram lại với nhau vì IP datagram phân thành các mảnh, và các mảnh
thuộc cùng 1 IP datagram sẽ có cùng Identification.
Flag (3 bits): Được sử dụng để kiểm soát hay xác định các mảnh.
Offset (13 bits): Báo bên nhận vị trí offset của các mảnh so với gói IP datagram gốc để
có thể ghép lại thành IP datagram gốc.
Time To Live (TTL) (8 bits): Chỉ ra số bước nhảy (hop) mà một gói có thể đi qua. Con
số này sẽ giảm đi 1 khi gói tin đi qua 1 router. Khi router nào nhận gói tin thấy TTL đạt
tới 0 gói này sẽ bị loại. Đây là giải pháp nhằm ngăn chặn tình trạng lặp vòng vô hạn của
gói tin trên mạng.

Hệ thống đo các thông số mạng trên đường truyền băng hẹp điều khiển qua Internet
Các gói tin Ping, cũng được biết đến như các gói tin ICMP echo request, và
ICMP echo reply. Echo request là một tin nhắn ICMP mà dữ liệu của nó dự kiến nhận lại
trong tin echo reply . Host và router phải đáp lại tất cả các echo request bằng một echo
reply chứa cả thông tin chính xác đã nhận trong tin echo request. Echo reply là một tin
ICMP phát ra để đáp lại tin echo request và là bắt buộc với tất cả host và router.
Hình 2.6 Echo request
Hình 2.7 Echo reply
Dữ liệu nhận được trong Echo request phải được bao gồm toàn bộ trong Echo
reply.
1.4.3 UDP
Giao thức UDP (User Datagram Protocol) cung cấp một giao diện đơn giản giữa
tầng mạng bên dưới và tầng ứng dụng bên trên.
UDP không đảm bảo tầng phía trên thông điệp đã gửi đi.
Do thiếu tính tin cậy, các ứng dụng UDP nói chung phải chấp nhận mất mát, lỗi
hoặc trùng dữ liệu. Một số ứng dụng như TFTP có nhu cầu phải thêm những kỹ thuật
làm tin cậy cơ bản vào tầng ứng dụng. Hầu hết các ứng dụng UDP không cần những kỹ
thuật làm tin cậy này và đôi khi nó bị bỏ đi. Streaming media, game trực tuyến và voice
over IP (VoIP) là những thí dụ cho các ứng dụng thường dùng UDP. Nếu một ứng dụng
21
Hệ thống đo các thông số mạng trên đường truyền băng hẹp điều khiển qua Internet
đòi hỏi mức độ cao hơn về tính tin cậy, những giao thức như TCP hoặc mã erasure có
thể dùng thay.
Hình 2.8 Cấu trúc UDP header
Source port (16 bits): Xác định port cả người gửi thông tin và có ý nghĩa nếu muốn
người nhận phản hồi. Nếu ko dùng đặt nó bằng 0.
Destination(16 bits): Xác nhận port nhận (trường này bắt buộc).
Length(16 bits): Xác định toàn bộ chiều dài toàn datagram: header + data.
Checksum(16 bits): Không bắt buộc kiểm tra lỗi phần header data.
1.4.4 TCP