ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
KHOA CÔNG NGHỆ
o8o—
Đánh giá hiệu suất giao thức TCP trên mạng
sử dụng đường truyền xDSL
GVHD: TS Nguyễn Đình Việt
HV: Phùng Văn Minh
Lớp: K10T2
Mã số: 1.01.10

HÀ NỘI 6/2006 3
MỤC LỤC
TÓM TẮT 1
LỜI CAM ĐOAN 2
MỤC LỤC 3
DANH MỤC HÌNH VẼ 7
DANH MỤC BẢNG 9
DANH MỤC CHÚ GIẢI VÀ CÁC TỪ VIẾT TẮC 10

2.2 ĐẶC ĐIỂM CỦA XDSL: 55
2.3 CƠ SỞ KỸ THUẬT ADSL 56
2.3.1 KỸ THUẬT TRUYỀN DẪN TRONG ADSL 57
2.3.2 ĐẶC TRƯNG LỖI CỦA ĐƯỜNG TRUYỀN ADSL 59
2.3.3 ĐIỀU CHẾ TÍN HIỆU TRONG ADSL 62
3.3.4 CÁC KỸ THUẬT KIỂM SOÁT LỖI TRONG ADSL 67
3.3 SỬ DỤNG ĐƯỜNG THUÊ BAO SỐ TRONG MẠNG MÁY
TÍNH. 71
CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT MẠNG VÀ MÔ PHỎNG
MẠNG BẰNG CHƯƠNG TRÌNH NS. 72
3.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT MẠNG 72
3.2 SƠ LƯỢC VỀ BỘ MÔ PHỎNG MẠNG NS-2 (NETWORK
SIMULATOR 2) 76
3.2.1 GIỚI THIỆU BỘ MÔ PHỎNG MẠNG NS-2 76
3.2.2 CẤU TRÚC PHẦN MỀM NS-2 VÀ CÁCH DÙNG NÓ
TRONG MÔ PHỎNG 78 5
3.3 CÁCH TẠO KỊCH BẢN VỚI MẠNG CÓ ĐƯỜNG TRUYỀN
BẤT ĐỐI XỨNG 80
3.4 CÁCH TẠO KỊCH BẢN MÔ PHỎNG MẠNG HỖN HỢP CÓ
DÂY VÀ KHÔNG DÂY VÀ ĐƯỜNG TRUYỀN BẤT ĐỐI
XỨNG 86
CHƯƠNG 4: ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT GIAO THỨC TCP TRÊN
MẠNG CÓ ĐƯỜNG TRUYỀN ADSL. 94
4.1 THIẾT LẬP CẤU HÌNH MẠNG MÔ PHỎNG 94
4.1.1 MẠNG MÔ PHỎNG VỚI MÁY CỦA NGƯỜI SỬ DỤNG
KẾT NỐI INTERNET BẰNG ĐƯỜNG TRUYỀN ADSL 94
4.1.2 MẠNG MÔ PHỎNG VỚI MÁY CỦA NGƯỜI SỬ DỤNG

Hình 1.6 Một ví dụ về thuật toán tránh tắc nghẽn trên Internet 30
Hình 1.7 Phương pháp lọc biên nhận 41
Hình 1.8 Đánh dấu vào biên nhận tại hàng đợi 42
Hình 1.9 Chuyển thông báo tắc nghẽn cho bên nhận 42
Hình 1.10 Bên nhận đã nhận được thông báo tắc nghẽn 43
Hình 1.11 Bên gửi thích ứng với việc có ít số biên nhận 44
Hình 1.12 Sử dụng bộ lọc và bộ tái tạo 45
Hình 2.1 Sơ đồ tổng quát mạng điện thoại 49
Hình 2.2 Mạng điện thoại và mạng dữ liệu song song cùng tồn tại. 50
Hình 2.3 Sự phân bố dải tần trong phương pháp phân tần - FDD 57
Hình 2.4 Sự phân bố giải tần trong phương pháp triệt tiếng vọng 59
Hình 2.5 Pha và biên độ trong điều chế 64-CAP 64
Hình 2.6 Cách chia băng tần trong DTM 65
Hình 2.7 Nguyên lý cơ bản của phương pháp mã xoắn 69
Hình 2.8 Giá trị đầu vào và ra của phương pháp mã xoắn. 70
Hình 3.1 Sơ đồ tổng quan của NS-2 78
Hình 3.2 Cấu hình mạng có đường truyền bất đối xứng 80 8
Hình 3.2 Cấu trúc liên kết mạng hỗn hợp có dây và không dây. 89
Hình 4.1 LAN kết nối với Internet qua ADSL 94
Hình 4.2 WLAN nối với Internet qua ADSL 96
Hình 4.3 Mô hình Markov hai trạng thái cải tiến. 99
Hình 4.4 Cấu hình mạng mô phỏng LAN truy cập Internet qua
ADSL 101
Hình 4.5 Thông lượng chuẩn hóa ứng với mô phỏng LAN kết nối
Internet qua ADSL 104
Hình 4.6 Thời gian trễ trung bình ứng với mô phỏng LAN kết nối
Internet qua ADSL 105


10
DANH MỤC CHÚ GIẢI VÀ CÁC TỪ VIẾT TẮC

Access Point điểm truy cập
ACK biên nhận đúng
ADSL (Asymettric DSL) đường thuê bao số bất đối xứng
Back off rút lui
BS (Base Station) Trạm cơ sở
Cell tế bào
Congestion control điều khiển tắc nghẽn
Connection kết nối
Delay time thời gian trễ
DSL (Digital Subscribe Line) đường dây thuê bao số
Emulation mô phỏng tương tác với mạng thực
Endnode máy tính trên mạng
End-to-end đầu cuối-đầu cuối
Error model mô hình lỗi
FDM (Frequency Division Multiplexing) dồn kênh phân tầng
Flow control điều khiển lưu lượng
HDSL (High bit rate DSL) đường thuê bao số tốc độ cao
Hop chặng
Link-by-link theo chặng
Port cổng kết nối
Round trip time thời gian trễ khứ hồi
Routing định tuyến 11
Server máy phục vụ

băng thông rộng, chất lượng kết nối, tính dễ sử dụng, cũng như giá thành. Vì
vậy, trong luận văn này, chúng tôi đề cập đến vấn đề hiệu suất giao thức TCP
hoạt động trên mạng có đường kết nối xDSL, đặc biệt là giao thức TCP trên
ADSL, như một đại diện. Trong quá trình nghiên cứu đánh giá hiệu suất
chúng tôi sử dụng phương pháp mô phỏng mạng, cụ thể là bộ mô phỏng mạng
NS (Network Simulator). Đây là bộ mô phỏng mạng được nhiều người sử
dụng trong nghiên cứu.
Hiện nay, ở Việt Nam công nghệ sử dụng thuê bao số ngày càng được
sử dụng rộng rãi không chỉ ở thành thị mà còn phát triển ở các vùng nông
thôn. Vì vậy, nghiên cứu phát triển hệ thống mạng, cũng như hiệu suất giao
thức truyền số liệu trên mạng có sử dụng đường truyền thuê bao số là việc
làm cần thiết của các nhà nghiên cứu phát triển mạng. 14
Bố cục luận văn bao gồm 4 chương:
Chương 1: Giới thiệu chung, trình bày các vấn đề chung nhất về lịch sử
ra đời và phát triển của mạng Internet. Các mô hình truyền dữ liệu trên
Internet . Các cơ chế điều khiển lưu lượng và tránh tắc nghẽn đầu cuối-đầu
cuối. Các phương pháp cải tiến giao thức TCP khi mở rộng mạng.
Chương 2: Tổng quan về công nghệ đường dây thuê bao số xDSL, giới
thiệu tổng quan về đường thuê bao số, các kỹ thuật điều chế các phương pháp
mã hóa sữa lỗi khi truyền số liệu trên đường thuê bao. Các ứng dụng trong
thực tế của xDSL đặc biệt là ADSL.
Chương 3: Đánh giá hiệu suất mạng và mô phỏng mạng bằng chương
trình NS, giới thiệu về các phương pháp đánh giá hiệu suất mạng và cách sử
dụng chương trình mô phỏng mạng NS để mô phỏng mạng.
Chương 4: Đánh giá hiệu suất giao thức TCP trên mạng có đường
truyền ADSL, trình bày kết quả mô phỏng mạng LAN kết nối với Internet qua
ADSL và mạng WLAN kết nối với Internet qua ADSL.


16
tiếp theo là làm sao để các mạng có công nghệ và quy mô khác nhau có thể
liên hệ, chia sẽ thông tin với nhau một cách dễ dàng và hiệu quả, các liên
mạng ra đời từ đòi hỏi khách quan đó. Các liên mạng phát triển trên phạm vi
toàn thế giới và hợp thành một liên mạng lớn, gọi là mạng Internet. Hiện nay,
mạng Internet là mạng rất hữu ích của xã hội loài người. Đáp ứng được phần
lớn nhu cầu trao đổi thông tin của toàn xã hội.
Internet là không phải chỉ là một mạng, nó là một tập rất lớn các mạng
khác nhau sử dụng chung bộ giao thức TCP/IP và cung cấp các dịch vụ thông
dụng có tính chắc chắn. Nó là một hệ thống đặc biệt, nó không được lập kế
hoạch trước bởi bất kỳ ai và cũng không chịu sự điều khiển của bất kỳ ai. Để
dễ hiểu hơn về nó, chúng ta bắt đầu từ đầu và xem xét chúng phát triển như
thế nào và tại sao.
Qua quá trình nghiên cứu phát triển cuối những năm 60 mạng
ARPANET ra đời ở đại học Berkely, bang Califonia (Mỹ). Mạng này bao
gồm nhiều máy tính cỡ trung được gọi là các IMP (Interface Message
Processors), chúng được nối với nhau qua các đường truyền có tốc độ 56-
kbps. Để tạo được tính tin cậy cao mỗi IMP được nối tới ít nhất hai IMP khác.
Mạng này là mạng sử dụng cơ chế truyền theo gói (datagram), do đó nếu một
số đường nối bị hỏng thì các thông điệp có thể tự động định tuyến lại theo
đường khác. Mỗi nút của mạng bao gồm một IMP và host, thường đặt trong
cùng phòng, được nối bằng cáp ngắn. Một host có thể gửi thông điệp lên đến
8063 bit tới IMP của nó, sau đó thông điệp được chia nhỏ thành các gói nhỏ
hơn, mỗi gói lớn nhất là 1008 bit và chuyển chúng đến đích một cách độc lập.
Mỗi gói được nhận tại bên nhận một cách đúng đắn sau khi được chuyển tiếp
qua các nút trung gian. Như vậy, mạng này là mạng điện tử đầu tiên sử dụng
chuyển mạch gói theo kiểu lưu-và-chuyển tiếp (store-and-forward).
vụ Internet sử dụng modem, mỗi modem được gán một địa chỉ IP tạm thời, và
gửi gói các IP đến máy các host trên Internet. Chúng được xem như các máy
trên Internet khi chúng còn kết nối đến bộ định tuyến của nhà cung cấp dịch
vụ. Như vậy chúng ta có thể kết nối Internet bằng các máy tính cá nhân thông
qua nhà cung cấp dịch vụ Internet.
Các ứng dụng truyền thống trên Internet đã được khai thác ngay từ thời
kỳ đầu (trước năm 1990), gồm có bốn ứng dụng chính:
1. E-mail. Cho phép soạn, gửi và nhận các thư điện tử trong mạng, nó
xuất hiện trong những ngày đầu của ARPANET và được nhiều người ưa
chuộng.
2. Tin tức. Các nhóm thiết kế diễn đàn đăng các thông tin công cộng và
có thể trao đổi các thông điệp.
3. Đăng nhập từ xa. Sử dụng các chương trình telnet, rlogin, ssh,
người sử dụng ở bất kỳ đâu trên Internet cũng có thể đăng nhập đến các máy
tính khác khi có một tài khoản.
4. Truyền tệp. Sử dụng chương trình FTP, người dùng có thể sao chép
các tập tin từ một máy trên Internet đến máy khác.
Vào đầu thập niên 90 của thế kỷ trước, Internet đã được sử dụng rộng
rãi trong các trường học, các tổ chức chính quyền và trong cộng đồng các nhà
nghiên cứu khoa học. Các ứng dụng mới trên Internet cũng phát triển, đặc biệt
là ứng dụng WWW (World Wide Web). Sau khi ra đời, ứng dụng này làm 19
thay đổi nhiều về khả năng ứng dụng Internet trong đời sống xã hội. Dịch vụ
WWW không làm thay đổi gì về cơ bản của mạng nhưng làm cho người dùng
dễ sử dụng hơn. Nó cho phép một nơi (site) có thể đặt nhiều trang thông tin
chứa văn bản, hình ảnh, âm thanh, và cả video bằng cách nhúng vào các liên
kết đến các trang khác.
Sự tăng trưởng nhanh chóng của dịch vụ WWW trong những năm 90

Standards Organization), năm 1983, là bước đầu của sự chuẩn hóa các giao
thức sử dụng nhiều tầng, nó được điều chỉnh lại vào năm 1995. Mô hình này
được gọi là mô hình tham chiếu ISO OSI bởi vì nó xử lý kết nối các hệ thống
mở, là các hệ thống cho phép mở trong việc liên lạc với các hệ thống khác.
Thường gọi tắt là mô hình OSI. 21

Hình 1.2 Mô hình tham chiếu OSI
Mô hình OSI có bảy tầng. Những nguyên tắc chính được áp dụng để
xây dựng bảy tầng này có thể được tổng quát như sau:
 Một tầng có thể được tạo ra khi cần phải có một sự trừu tượng
mới.
 Mỗi tầng có thể tương ứng với một chức năng nào đó.
 Chức năng của mỗi tầng có thể được chọn theo hướng các giao
thức chuẩn hóa quốc tế.
 Các ranh giới của mỗi tầng có thể được chọn để giảm tối thiểu
lưu lượng thông tin trao đổi qua giao tiếp. 22
 Số lượng tầng phải đủ lớn để các chức năng riêng biệt trong cùng
tầng không quá xa nhau và đủ nhỏ sao cho kiến trúc không trở
nên cồng kềnh.
 Tầng vật lý (Physical Layer).
Tầng vật lý đề cập tới việc truyền các bit thô qua một kênh truyền. Nó
giải quyết các vấn đề ghép nối cơ khí, điện và giao thức để có thể khởi tạo,
duy trì và kết thúc các liên kết vật lý giữa các thiết bị truyền thông. Tầng này
liên quan đến việc truyền dòng bit giữa các máy bằng kênh truyền thông vật

như nén hoặc mã hóa dữ liệu.
 Tầng Ứng Dụng (Application Layer).
Tầng ứng dụng bao gồm nhiều giao thức khác nhau cần thiết cho người
dùng. Giao thức ứng dụng được sử dụng rộng rãi là HTTP (HyperText
Transfer Protocol), là cơ sở của World Wide Web. Khi một trình duyệt cần
một trang Web, nó sẽ truyền tên của trang mà nó cần đến máy phục vụ
(server) sử dụng HTTP. Máy phục vụ sẽ gửi lại trang đó. Ngoài ra, các giao
thức ứng dụng khác cũng được sử dụng cho việc truyền tệp, thư điện tử
(email), bản tin trên mạng, 24
1.1.2.2 Mô hình tham chiếu TCP/IP

Hình 1.3 Mô hình tham chiếu TCP/IP và mô hình tham chiếu OSI
 Tầng Internet
Tầng Internet đôi khi được gọi là tầng IP, có chức năng tương tự tầng
mạng trong mô hình tham chiếu OSI. Nhiệm vụ của tầng Internet là định
tuyến gói số liệu, điều khiển lưu lượng và điều khiển tắc nghẽn. Mỗi gói số
liệu có thể đi đến đích theo các con đường khác nhau; tại đích, thứ tự nhận
các gói số liệu có thể khác với thứ tự lúc chúng được phát đi từ nguồn, do đó
tầng Giao vận kề trên nó phải giải quyết vấn đề thứ tự các gói số liệu. Tầng
Internet định nghĩa một khuôn dạng gói số liệu và giao thức chính là giao thức
IP.
Trong mỗi mạng sử dụng giao thức IP ở tầng mạng, các giao tiếp mạng
phải có địa chỉ IP khác nhau. Vì vậy, khi kết nối với Internet các máy tính
khác nhau phải có địa chỉ IP khác nhau. Nhưng tổng số địa chỉ IP có thể có
không quá 2
32
(địa chỉ IP dài 4 byte). Nhưng nhu cầu truy cập Internet rất lớn,

Trên tầng giao vận là tầng ứng dụng. Nó chứa tất cả các giao thức bậc
cao. Trong các mô hình đầu tiên, tầng này bao gồm các giao thức TELNET
(virtual terminal protocol), FTP (File Transfer Protocol) và SMTP (Simple
Mail Transfer Protocol), hình 1.4 cho thấy điều này. 26

Hình 1.4 Các giao thức và các mạng trong mô hình TCP/IP
 Tầng Host-to-Network
Tầng Host-to-Network là tầng nằm dưới tầng IP, mô hình TCP/IP
không định nghĩa cụ thể tầng này cho mọi máy sử dụng TCP/IP mà chỉ nói
rằng máy tính (host) phải nối với mạng bằng cách sử dụng một số giao thức
để gửi gói IP đi trên mạng. Vì đặc điểm của các tầng vật lý rất khác nhau trên
các mạng khác nhau nên phải có giao thức Host-to-Network riêng cho từng
loại mạng cũng như từng loại máy.
1.2. Điều khiển lưu lượng và điều khiển tắc nghẽn
1.2.1 Giới thiệu
Trên mạng các lưu lượng là các dòng dữ liệu trao đổi thông qua hệ
thống mạng. Nếu không có các cơ chế điều khiển các dòng dữ liệu, các dòng
dữ liệu này truyền đi không theo một quy tắc nhất định nào cả. Vì vậy, khi
các dòng đến một nút mạng quá lớn, sẽ gây tắc nghẽn mạng. Tắc nghẽn sẽ
làm giảm đáng kể hiệu suất hoạt động của toàn mạng, có thể dẫn đến tình
trạng mạng bị tê liệt hoàn toàn (mạng không chuyển tiếp được gói số liệu nào)
mặc dù có ứng dụng cần truyền dữ liệu. Chính vì thế, khi thiết kế các giao
thức truyền số liệu người ta thường gắn các quy tắc chi phối các dòng lưu
lượng đi vào mạng, thường được gọi là cơ chế điều khiển lưu lượng, việc thực
hiện các có chế này gọi là điều khiển lưu lượng.