Đ Ạ I HỌ C QUÓ C G IA HÀ N Ô I
K H O A CÔNG NGHỆ
NG UYỄN Đ ĨNH VIỆT
NGHIÊN CỬU
PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ VÀ CẢI THIỆN HIỆU NĂNG
GIAO THỨC TCP CHO MẠNG MÁY TÍNH
Chuyên ngành: Đảm bào Toán học cho Máy tính và Hệ thông tính toán
Mã số: 1.01.10
LUẬN ÁN TIÉN SỸ TOÁN HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẢN KHOA HỌC:
1. PGS.TS. Vũ Duy Lợi
HÀ NỘI - 2003
MỤC LỤC
MỞ ĐÀU 3
CHƯƠNG 1 GIÓI THIỆU CHƯNG 8
1.1 Sự phát triển của mạng Internet
.
8
1.2 Kiến trúc mạng Internet
•••••
9
19
].3.2 Điều khiển lưu lượng trong giáo thức TCP 22
].3.2.1 Giao thức TCP ban dầu
.
.
.
22
1.3.2.2 Nguyên lý "Bảo toàn các ạỏi số liệu” và các nsuyên nhân vi phạm 24
1.3.2.3 Khởi động chậm
.
.
.
.
.
.
” 27
1.3.2.4 Tính thời gian khứ hồi một cách thông minh
.
40
2.2 Mô hình Giải tích
••••:
.
.
43
2.2.1 Quá trình Poisson và các tính chất của nó
45
2.2.2 Hàng đợi M /M /l và một số kết quả
.
46
2.2.2.1 Xác suất trạng thái cân bằng cùa hàng đợi M /M /l 47
2.2.2.2 Đặc trưng thông lượng của hàng đợi M/M/l hữu hạn 48
2.2.2.3 Kích thước trung bình của hàng đợi M /M /1 hữu hạn 49
2.2.2.4 Công thức Little L=AAV và áp dụng để tính thời gian trễ trung bình 50
2.3 Mô phỏng mạng bàng chương trình máy tính 52
2.3.1 Ý tường xây dựng bộ mô phỏng mạn a
52
2.3.2 Bộ mô phỏng mạngNS (Network Simulator) 53
2.3.2.1 Gi ơi thiẹu ! T
：
.
66
3.2.3 So sánh cơ chế kiểm soát lỗi đầu cuối - đầu cuối và theo chặno, 69
3.2.3.1 So sánh các cơ chế theo chặníĩ và đầu cuối - đầu cuối ờ mạiìíi tốc độ ihấp
69
3.2.3.2 So sánh các cơ che theo chànu và đầu cuôi - đâu cuối ở mang tôc đô cao
71
t \ y
' Ü *
3.3 Hiệu nâne của cơ chê điôu khiên lưu lượng băng cứa sô trư ợt 73
3.3.1 Mỏ hình cửa sồ trượt với sự bien nhận từng gỏi sổ liệu
3.3.1.1 Trirờrm hợp tải rất nặng
3.3.1.2 Trường hợp tài xấp xi bằng khà năng vận chuyên cùa dường truyên
3.3.2 Mô hình cửa sổ trượt với sự biẻn nhận
ờ
cuối cửa sô
3.3.2.1 Trirờng họp tài rắt nặng
.
.
.
3.3.2.2 Trường họp tài xấp xi băng khả nãng vận chuyẻn của đường truyên
CHƯƠNG 4 CẢI TIÉN c o CHÉ ĐIỂU KHIẺN LƯU LƯỢNG TCP
.
.
.
4.1.5 So sánlì hiệu năng cùa Tahoe, Reno, Ne\v-Rcno và SACK TCP
4.2 Đặc tính lỗi cùa đường truyền không dây
4.3 Ảnh huửnc cùa lồi dường truyền không dây len hiệu năng cúa TCP
4.4 Các cơ chế cải thiện hiệu năng TCP trong mạng có đường truỵên không dây ••
4.4.1 Che nielli phần mạng hav làm Iĩiất sói số liệu do lỗi đường truyền
4.4.1.1 Các giải pháp ớ tầng Liên kết dữ liệu
.
4.4.1.2 Các giải pháp ờ tầng giao vận
4.4.2 Tlìông báo rõ
ràníi
về nguyên nhân mât gói sô liệu (ELN và ECN)
CHƯONC
；
5 PHÁT LẠI cục Bộ THỎNG MINH VÀ SNOOP TCP
5.1 Phát lại cục bộ thông m inh .
5.3.3.3 Đặt giả trị cận trên cho rto bẳne cách giới hạn số lần rút lui (backoff)
5.4 Lập mô hinh mạng mồ phòng để đánh giá hiệu năng của Snoop TCP
5.4. ' Thiết lặp cấu hình mạng mô phòng
.
.
5.4.2 Thiết lạp ụiá trị các tham sổ của mô hinlì lỗi đirợc cài đột troim NS-2
5.5 Đánh giá hiệu năng cùa snoop TCP bàng mô phòng
.
5.5/. Xác định thời gian mô phòng cần thiết
.
5.5.2 Đánh o,iá hiệu năng của Snoop TCP với các mírc độ lỗi đườníi truyền khác nhau,
5.5.3 Nghiên cửu ảnh hưởng của đông hồ phát lại lên hiệu năng của Snoop TCP
5.6 So sánh hiệu quà của snoop TCP với một số phươna pháp khác
PHUƠNG HU ỚN G NGHIÊN c ử u TIẺP THEO
130
DANH MỤC CỎNG TRÌNH CÔNG BÔ CỦA TÁC C；IẢ
Mạnẹ Internet đã phát triển bùng nổ trong hơn 20 năm qua; hiện nay, Internet đă
mở rộn2 thành một liên mạng trên phạm vi toàn câu và dược coi là cơ sở hạ tâng
cho truvền thôníĩ của xà hội loài người. Trono mạn a Internet; bộ siao thức TCP/IP
■% /
t
đã dược sử dụng ngay từ những ngày đâu tiên và giữ vai trò quyêt định đôi với sự
i \
7
hoạt động của mạng Internet. Giao thức TCP sử dụng cơ chê điêu khiên lưu lượng,
r
〜 n
/ r •* f
tăc nghẽn và lôi từ hai đâu của kêt nôi đê vận chuyên thông tin trên Internet một
' V
r
cách hiệu quả và tin cậy. Trong suôt nhiêu Ilặm được sử dụng rộng rãi, các khiêm
khuyết thể hiện ra đà dược phát hiện và khắc phục. Chính vì thế, TCP hoạt dộrm rất
•
, 、 产 %
•
tôt trong các mạng kiêu truyên thông: sử dụng các đường truyên có dây với tỉ suât
〜 r
• •
lôi bit thâp, tin cậy và các máy tính nôi mang cô định. Trong các mang như vậy,
rc p coi việc mất gói số liệu là tín hiệu báo tắc nehẽn dã xảy ra và sẽ phàn ứng một
cách tích cực dể tránh hiện tượng này, bằng cách giảm lưu lượng dưa vào mạng.
Thực tế đòi hỏi phải mờ rộng Internet, kết nổi các mạng khác nhau vào Internet
và sử dụng nhiêu loại môi trường truvên với các đặc tính rât khác nhau vê lôi
Iruycn, dộ trê lan truven, tính cân xứng vê dải thông của các dường truyên v.v. Thí
•
cho ben gửi của kêt nôi TCP có khả năng phân biệt dược nguyên nhân gây ra mât
r \
〜
, •
、
gói SÔ liệu, nhờ dỏ tránh được sai lâm dân đên làm giảm hiệu năng TCP rât trâm
trọn2, đỏ lồ thực hiện thuật toán trảnh tắc imhẽn khi không xảy ra tắc nghen. Các
phươne pháp thuộc loại này đêu đòi hôi phải sửa dôi dao thức TCP trên các máy
/ /
，
f f t
tính kêt nôi Internet, kê cả các thiêt bị định tuyên (router). Một sô trons các côns
trinh nshiên cứu dầu tiên theo hướns nàv là [9]. [35], [36].
Luận án di sâu nshiẽn cửu loại eiải pháp thứ nhât, khôim đòi hòi phải thay đôi
aiao thức TCP trên mạng Internet truyền thống.
Theo phương pháp I-TCP [5], [47], kết nổi TCP được chia làm hai kết nối tại
trạm cơ sở, là cửa ncõ nối mạng Internet với mạng không dây; một kết nối đi qua
chặng không dây; kêt nôi kia đi qua phân mạng có dây. Phương pháp Ỉ-TGP cải
thiện được hiệu nãim TCP, ưu đi êm chính của nó là tính dơn giản; tuy nhiên nó có
•»
r
«V
y t \ r \ r
nhược đi êm rât lớn là mâu thuân với các cơ chê điêu khiên kiêu đâu cuôi - đâu GUÔÌ
của TCP. do dó có thể làm mất hoặc giảm tác cỉụns của các cơ chế này.
Pỉnrơng pháp dược dề xuất trons [48] là phát lại nhanh trong trirờns hợp kết nối
bị ẹián doạn do sự chuyển cuộc eọi, nó cải thiện đánẹ kể hiệu năns của TCP; tuy
lạ i (rto) đủniỊ băng đơn vị thời gian của đông hô; 3 / Chọn cận trên của thờ i gian
hết g iờ đề p lĩá í /a i bằng cách g iớ i hạn số lần rú t lu i (backoff),
^
9 •
Hiệu năng của Snoop TCP có áp dụne dê xuât cải tiên của chiinç tôi được so
sánh với Snoop TCP chưa cải tiến cũrm nhir TC1) thông thường. Chúng tôi đánh giá
hiệu năn« bầnạ plurơim pháp mô phỏns, sir dụng phần mềm mô phỏne mans NS. dó
là bộ mô phỏns mạng được sử dụng rât phô biên, đặc biệt ià trong các trường đại
học và viện rmhiẽn cứu ờ Mỹ cũng như ờ nhiêu quôc gia khác. Kêt quả nghiên cứu
băng mô phỏim của chúns tôi đã chỉ ra răns, so với TCP thônç thường, Snoop TCP
(chưa cải tiến) có thể cải thiện
thỗno
lượng đến hơn 400%, tronơ trường hợp mans
WAN có đường truyền không dây. Với cùng mạng mô phỏng như vậỵ，Snoop TCP
có áp
dụxvi
dề xuất cài tiến của chúns tôi có hiệu năns cao hơn nữa. đạt tới hơn
150% so với Stioop TCP chưa cải tiến.
Mục dích chính của Luận án này là đóng sỏp vào các
nghiên cihi phương pháp
đánh giả và cài ỉhiệrì hiệu ỉìủng giao thức TCP cho mạng máy tính có đường fruyen
k/ìóng (ỉây. Dè llìirc hiẹn nụic liêu chính, chủíìii tỏi còn imhien cứu một so vấn dò
khác có lien quan in.rc tiếp, hồ trợ cho nó. đó là:
1. Các cơ clìê cỉiẽu khiên lưu lirựrm và tãc nshẽn trone siao thức TCP.
ê t 9 \ •% ,
2. Các cải tiên đôi với cơ chê điêu khiên kru lượng và tăc nghẽn trong TCP.
3. Đặc lính lỗi của đường truyền không dây và các Mô hình lỗi (Error Model).
các mức dộ lồi khác nhau của đường truyền khôna dây; 3/ Nghiên cửu ảnh hưởĩìR
của đồng hồ phát lại lên hiệu năng của Snoop TCP. xác định được giá trị tốt nhất
của đơn vị ihừi eian của đồne hồ phát lại.
Luận án dã được trình bày, thảo luận và thông qua tại Bộ môn Mạng và Truyên
•
八
thôn<4 mảy tính，Khoa Công nghệ, Đại học Quôc gia Hà nội; đã được bảo vệ tại HỌ1
ĐỒNG ĐÁNH GỈÁ CÁP c ơ SỞ LUẬN ÁN TIÉN sĩ, ngày 16 tháng 5 năm 2003.
f r ^
Một sô kêt quả nghiên cứu của luận án đã được báo cáo tại Hội thảo Quôc gia “ Các
vấn đề chọn lọc của Công nghệ Thông tin” (Hải Phòng, 6/2001); Hội thảo Khoa học
Quốc sia lần thứ nhất: ICT.rda (Hà nội, 02/2003) và trình bày trone hai buổi semina
tại trunsi tâm CDMC (Center for Distributed and Mobile Computing), Đại học
Cincinnati, Hoa Kỳ. Các kết quả nghiên cứu chính của luận án đã dược công bố
trons [1]
，
[2], [3]
，
[42]
，
[43]; trong đỏ [42] là nội dung chính của chương 4，đã được
báo cảo tại semina của trung tâm CDMC (14/5/2002); [43j là một phần nội dung
cùa ch iron 2 5, cỉâ được báo cáo tại semina của truns tâm CDMC (02/8/2002).
Tác aiả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đối với Khoa Công nghệ, Đại học
Quôc gia Hà Nội, đã tạo điêu kiện thuận lợi và giúp đỡ nhiêu mặt đê tác giả hoàn
thành được luận án. Xin chân thành cám ơn các đồng níhiệp ở Khoa Công nghệ đã
dộim viên, eiúp đỡ tác eià trong thời gian qua.
丁
ảc ơịả xin bày tò
\òno,
*1
t f •
trên the eió.i ra đời, sau đó đă phát triên rãt nhanh chỏng, kỗt nôi mạng của các
trường đại học. các truns tâm nghiên cứu của chính phủ và của các hãng công
nghiệp trên khăp nước Mỹ. Mạng ARPANET cung câp các dịch vụ truỵên thông,
,
f y
cho phép truy cập từ xa tới tât cả tài nguyên của hệ thông, do đỏ đem lại nhiêu lợi
ích cho Bộ Quôe phòng Mỹ cũng như cho cộng đông khoa học.
今
_
\
Trong quá trình nghiên cứu và triên khai mạng ARPANET, nhiêu tư tưởng và
phươns pháp mới lần đầu tiên được đề xuất và đưa vào thực hiện, trong đó có các
%
eiao thức được phân lớp, mạn ạ có các đường trục và các đường rẽ nhánh, điêu
khiển lưu lượn2
；
(flow control), đặc tính thứ lồi; với các đặc tính này, mans vẫn có
khả nănR hoạt độn2, được khi có một số nút hoặc đườns truyền bị hỏng mà khôns
cần sự can thiệp của người điều hành. Nçoài ra, nhữne người nshiên cứu và thực
hiện mạna ARPANET đã phổ biển việc sử dụng các mô hình Giải tích và mô hình
Mô phòna để dự đoán và đánh giá hiệu năn2
；
mạng. Trong số các nhà khoa học
*> >
tham aia dự án ARPANET phải kê đên L. Kleinrock vả các cộng sự của ông ở Đại
học California, Los Angeles (UCLA)-
f r ể t
gọi là mô hình tham chiêu, làm cơ sở chung cho các nhà thiêt kê dựa vào khi thiêt
kế ììiạnR. Hai mô hình tham chiếu quan trọng là ISO OSI và TCP/IP sẽ được trình
bày ở các phần dưới đây.
1.2.1 Mô hình tham chiếu ISO OSI
MÔ hình mans máy tính này do Tô chức Tiêu chuân Quôc tê ISO (International
Standard Organization) đề nehị năm 1983，được gọi là mô hình tham chiếu ISO OSI
(ISO Open Systems Interconnection Reference Model), thườns được gọi neẳn gọn
là mô hình OSI. f)âv là bước tiên đâu tiên tới sự chuân hoá quôc tê các ẹiao thức
khác nhau về truyền thông, giải quyết việc kết nổi các hệ thốns, mở, là các hệ thống
tuần theo các ch uẩn dược chỉ rõ, do đó các hệ thống này có khả năng truyền tlvông
f
■»
f x
với các hệ thông khác tuân theo các chuân giông, nỏ. Mô hình OSI có bảy tâng.
3. laiìg mạng
2. Tẩrìgliền kết
I
rpÀ _ _Ạ,
\ ề
. lârgvậtiý
A
* » §)*
| M l
1 -OU u
1^5-1
3. TâiigrrjaJïg
r\
rpA.
c u
ửr
c r
Tầng tỉinh dữ 1ĨỆU
rp À I #A
iangphicîi
Tang Kao vằn
7 Tang
ủ：ìg dụ\i
6. Tầng trbih dữ liêu
5
Tang phiên
.o
la
> S b
' I
T ;
vấn
Truyền thông
giữa các thực thê
ngang liàiìg
được
A— I—
I ấ u e ẩ u
-s
Ỉ3
i
6b
Tầng Mang (Nety\>ork Layer).
Tầng mạng phải giải quyết nhiều vấn đề phức tạp,
trình dữ liệu có thể chuyển đổi gói số liệu này theo các cách khác nhau và có thể bổ
sung header của nó rôi gửi kêt quả xuông tân2 phiên bên dưới. Đôi với tâng nàv, nó
không phân biệt header của tâng trên với dữ liệu trong gói sô liệu mà nó nhận được.
r \ \
Quá trình này cứ tiêp tục cho tới khi dữ liệu truyên xuông tâng vật lý, tại đó đừ liệu
\
___
、
mói thực sự được truyên tới máy nhận. Tại máy nhận, các header được lân lượt loại
• • •
^ V • •
^ * • • •
bỏ khi 2Ói số liêu đi qua các tần a từ dưới lên trên, cho tó.i khi nỏ đi đến úne dụng
lìhạn Y ，'ĩâ nẹ nào phát hiện ra lòi thì veil cầu plìát lại nçay tại tâng đó.
Dơn vị dữ liệu theo mô hình tham chiếu OSI.
Tại mồi tầng của mô hình OSI,
•ỹ 1 ^
〜
các thực thê n2.ans hàns có thê trao đôi với nhau các đơn vị dữ liệu. Môi đơn vị dữ
' 、
9
liệu bao côm một trườne dừ liệu và một phân ơọi là header, có vai trò như chiêc
“ phona b r đê chứa trường dữ liệu. Header là phân đâu của môi dơn vị dữ liệu, chứa
气
p
t ♦
các địa chỉ cân thiêt đê cỏ the gửi đơn vị này tới đích, ngoài ra, nó còn chứa các
thôns tin điều khiển. Tại mỗi tầng của mô hình, đơn vị dữ liệu này thường có một
•f % f
mô hinh
Hình 1.2 Mỏ hình tham chiếu TCP/IP và mô hình tham chiếu OS1
Tầng Internet
Tang Internet đôi khi dược eọi là tans IP. có chức năn
辽
tươno tự tane mạng tronsĩ
mô hình OSI. Nhiệm vụ của tầnR Internet là dịnh tuyến 2Ói số liệu, diều khiển lưu
lượng và cliều khiển tắc nghẽn. Mỗi gói số liệu có thề đi đến đích theo các con
dường khác nhau; tại dích. thứ tự nhận các aỏi số liệu có thể khác với thứ tự lúc
chúng dược phát đi từ nguồn, do đỏ tầng Giao vạn trên nó phải ai ải quyết vấn đề
thứ tự các gói số liệu. Tầng Internet định nghĩa một khuôn dạno oói số liệu và eiao
thức chính là lỊÌao thức IP.
Tâng íỊÌao vận
Tầrm này plìài được thiết kế sao cho các thực thể naans hànẹ ở máy nsỊuồn và
máy đíclì có thể truyền thông với nhau, tương tự như trong mô hình OSI. Tại tầng
t \
/ %
9
này. naười ta định nshĩa hai giao thức kiêu đâu cuôi - đâu CLiôi là TCP
(Transmission Control Protocol) và UDP (User Dataaram Protocol).
TCP là dao thức hướng kêt nôi, bào đảm, nỏ vận chuyên dòng byte sinh ra từ
máy (neuồn) tới một máy tuỳ V khác (đích) trong liên mạng mà khôn2 có lồi. TCP
phân mảnh dòne byte từ các tầng trên đi xuống thành các gói số liệu riêng biệt rồi
chuyên tìrim gói sô liệu này xuông cho tâna Internet. Tại máy đích, tiên trinh TCP
f f \
*>
nhộn vả thực hiện lãp ráp các gói sô liệu nhận được lại thành dòng byte rọi chuyên
lên lâng trên. TCP cũng có các chức năng điêu khiên lưu lượn
努
và điêu khiên tăc
Các
mang
TCP
UDP
ARPANET SATNET
Packet
radio
U N
I linh 1.3 Các siao thức và các
nrdWj.
iroiie mỏ hinh rcp/ip ban dau
Tfmg
U nịỊ dụtĩỉỊ
Tầng ứng dụng chứa tất cả các giao thức bậc cao, hỗ trợ ứng dụng. Trong các mô
hình đầu tiên, tầng này bao gồm các giao thức TELNET (virtual terminal protocol
) ，
F ri) (File Transfer Protocol) và SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) v.v.
TầníỊ 11 ost-to-Neiwork
Ben cỉirới tans Internet là một khoàne trống lớn, mô hình tham chiếu TCP/IP thực
tế hầu như không nói gì về tầng này, ngoài việc chỉ ra rằng máy tính (host) phải nối
với mạng bànạ cách sử dụrig một số giao thức để có thể sửi các gói sổ liệu IP đi
trên lììạim.
Yầno
này khỏno, dược dịnh nshĩa và nó khác nhau trên các máy lính
khác nhau cùnạ như trên các mạnu khác nhau [8].
1.3 Điêu khiên lưu Iưọìig và điêu khiên tăc nghẽn
r / \
•?
p •
Nói chung, nêu không có một cơ chê điêu khiên nào dôi với các lưu lượng đên
•» ， ,
phía nmrời niìận don người sửi đe báo cho bên gửi vẽ khá nãng nhạn sô liệu thực
cùa bên nhận.
Điều khiển tác "g h ẽ "
thực hiện nhiệm vụ đàm bảo cho mạng có khả nãng vận
ch uy en lưu lượng đưa vào, đó là ruột vân đê toàn cục, liên quan đen hành vi của
mọi nút mans, quá trình chứa và chuyển tiếp trong mỗi nút mạng và các yếu tố khác
có khuynh hướng làm giảm thông lượng của mạng.
、 •丨 、 /
Dieu klìiẻn lưu lirựnẹ và diêu khiên tăc nẹhẽn ỉà hai khái niệm khác nhau, nhưn«
、 今 >
ề \
liên quan chặt chè với nhau. Điêu khiên lưu lượng là đô tránh tăc nghỗiL còn điêu
khiển tắc rmhẽn là để giải quyết vấn đề tắc nsĩhỗn khi nó xuất hiện hoặc cỏ dấu hiệu
săp xảy ra. Trong thực tê triên khai thực hiện các thuật toán điêu khiên lưu lượng và
điều khiến tắc nahẽn, nhiều khi cả hai thuật toán này cùng dược cài đặt trong một
siao thức, thê hiện ra như là một thuật toán duy nhât，thí dụ trong giao thức TCP
[26]. [27]. Trong nhiều tài liệu thuộc lĩnh vực mạng máy tính, hai khái niệm này
được sử dụng như nhau và được coi là đôns nghĩa.
Trong các phân sau của Luận án
f f % s \ i \ 7
này, (ác già sẽ theo quan đỉêm đó, các vân đế vê điêu khiên lưu lượng và điêu khiên
íăc nghẽn sẽ được trình bàv chung, với ten gọi điêu khiên lỉm lượng.
Các tầng cỏ thô thực hiện điều khiến lưu hvợng
Có thể thực hiện diều khiển lưu lượng ở một vài tần2
；
trong mạne，thí dụ:
Điều khiến lưu /irợng ớ tầng Giao vận:
thườns được ạọi là diều khiển lưu lưựrm
gọi là biên nhận, trước khi tiêp tục phát. Bên nhận điêu khiên lưu lượng băng cách
kim lại hav eửi ngay biên nhận, đó là một gói sô liệu điêu khiên, hoặc một gói sô
liệu có chứa thông tin điều khiển, mà bên nhận dùng để báo cho bên gửi biết về việc
r. f f *>
đã nhận một hav một sô sói sô liệu như thê nào. Tại mọi thời diêm, bên gửi phải ghi
nhớ một danh sách chứa số thứ tự liên tiếp các gói số liệu mà nó được phép gửi đi,
r s
， 番
các gỏi sô liệu này được gọi là năm trong cửa sô gửi. Tương tự như vậy, bên nhận
cũng duv trì một danh sách gọi là cửa sổ nhận, tương ứng với các gói số liệu mà nó
f f f \
được phép nhận. Hai cửa sô gửi và nhận khpng nhât thiêt phải có độ lớn bănẹ nhau.
Neười ta đà đê xuât và sử dụng một sô phươns thức quản lý cửa sô khác nhau,
thí dụ: biên nhận riêng rẽ cho mồi gói sổ liệu nhận được, biên nhận ở cuối cửa sổ
，
biên Iìliận ở đâu cửa sô v.v. Dưới đây sẽ trình bày hai cách đã được sử dụng phô
biến trong số các cách đã được nêu [31], [41],
•) \ •> • ,
Đỗ việc phân tích sự điêu khiên lưu lượng theo cơ chê cửa sô được thuận lợi,
chúnu tôi sử
dụrìQ,
một số ký hiệu cho các tham số nêu trong bảng 1.1.
Bảng 1.1 Định nghĩa các tham số
丁【—
- 17-
sổ «ứi sẽ lãn« thêm 1. Neu cửa sổ tăng tới cực đại thi tiến trinh truyền ờ tầng trẽn bị
chặn lại, klìôníi thể truyền các sói số liệu xuốnơ nữa，cho đến khi cỏ chồ trốn2 trons
t
vùng, nhớ đêm. Môi gói sô liệu sau khi đên đích sẽ được bên nhận biên nhân một
參 • ♦ » •參
^
t 9
cách riêng rẽ. Khi biên nhận vê đên bên gửi, mép dưới của cửa sô gửi sẽ được tăng
thêm K làm cho danh sách các ẹói sổ liệu đã truyền nhưng còn chờ biên nhận giảm
đi một phần Ur, done thời vùng nhớ tươns írns với phần tử đỏ cũna được aiải phỏng
đề cấp phát cho một 2Ói số liệu mới (hinh 1.4b, c). Bẳng cách nàỵ, cửa sồ cừi luôn
ghi nhớ được danh sách các gói số liệu còn chưa được biên nhận. Vi các gói số liệu
， ，
/ \
trorm cửa sỏ aửi có thê bị hỏn2
：
hoặc mât trên cỉườnạ truyên, nên bên eửi phải eiữ lại
0 f 9
bản sao của clìúníi trong bộ nhớ đệm đê phát lại nêu sau một khoảng thời gian nhât
định vần khỏns nhận được biên nhận.
Mình 1.4 Điêu khiên lưu lượng băng cửa sô trượt, biên nhận từng gói sô liệu,
a. Trạng thái ban đâu b. Gói sô 0 được biên nhận c. Gói sô 1 được biên nhận
^ % ■*
f t
Các sỏi sô liệu năm ngoài cửa sô nhận nêu đên sẽ bị loại bỏ. Khi nhận được một
gỏi sô liệu có sô thử tự băng mép dưới của cửa sô, nó sẽ được truyẽn cho tân2
：
truyền thông với nút B, sử dụng một giao thức tựa như giao thức
HDLC，kích tỉnrớc cửa sổ gửi và cửa sổ nhận ban đầu bằng 3. Các gói sổ liệu đi trên
mạnii dơợc biếu diền bànơ các mũi tên, kiểu của gói sổ liệu dược ghi bẻn cạnh mũi
ten. V Ĩìíihĩa nhir sau [31 ]:
Hình 1.5 Điều khiển lưu lượng bằng cửa sổ trượt, biên nhận ờ cuối
cửa sô. Kích thước cửa sô nhận và gửi ban đâu băng 3
• t
/
• I n.m: là gói sô liệu, với trường sô thứ tự gỏi sô liệu N(S) = n, trường biên nhận
N(R) = m. Bên B cho gói số liệu của nó “ cõng” (‘‘piggyback，’) biên nhận tới bên
A, việc này giúp nâng cao hiệu quả sử dụng đường truyền. Tất nhiên, bên A
•
、
cùng có the biên nhận các sói sô liệu mà B gửi cho nỏ băne cách trên.
• RNR 4: là aói sổ liệu điều khiển, B báo cho A răn a. lúc này nó khôns thể nhận
9 9 X 9 f
tiêp các cói sô liệu của A, đông thời biên nhận cho các 2
.ÓÌ
sô liệu có sô thứ tự
nhỏ hơn hoặc bằng 3. Khi nhận được tín hiệu này, A se phái ngừng £ửi，chờ cho
/
*
clẻn khi nhận dược tín hiệu cho phép íiửi tiẽp của B.
• KR 4: là íiói số liộu điều khicn, B báo cho A rănu, lúc này nỏ sần sànẹ nhặn tiếp
R f U
R N Í U
các íiỏi số liệu cùa A. bát dầu từ eỏi số 4.
Giả sử rằng bôn gửi luôn có sẵn dữ liệu để gửi, CÒĨ1 bên nhận cũng gửi biên nhận
f r
t
. . .
r
mạng tãĩì2 lên. Hiện tượng tãc nghẽn có thẻ xảy ra ớ một hoặc một sô nút mạim.
hay trcn toàn mạmi và dược miêu tả trên hình 1.7.
TĩiOHẩ lu -:aig
Tải đưa vào mạng
e r
Hình 1.7 Sự xuât hiện tăc nghẽn trong mạng
Khi số lirợnu sói số liệu đén mạng còn tươrm đói nhò, nàm trong klìả nãng vận
tải của nó, chúnỉĩ sẽ được phân phát đi hêt，sô lượnu gói sô liệu được chuyên đi tỉ ỉệ
0 9 ệ 9
thuận với sô lượns rói sô liệu đên mạng. Do luôn có một tỉ lệ gói sô liệu phải phát
lại do bị lồi trong quá trình vận chuyển, lưu lượng mà mạng thực sự phải vận
chuyển nhin chuim lớn hơn lưu lượns đi qua mạno (thôns lượne).
Khi lưu lượns đến cao quá một mức nào đó, các nút mạng không còn đủ kbả
năne chứa và chuvển liếp các gói số liệu，do đỏ các nút mạng bắt đầu phải loại bò
các eói số liệu. Bên gửi sẽ phát lại các gói số liệu không được biên nhận sau một
• r ^ r f
khoảnẹ thời t>ian nlìât định, ẹọi lả thời eian hêt giờ. Nêu lưu lượng đen mạng tiêp
• o r
/
,
lục tănẹ lên nữa, lỉ lệ ạói sô liệu phát lại trên tôns sô gói sô liệu tronç mạnạ có thê
tăng đến 100%, ỉmhĩa là không có gói số liệu nào được phân phát đi cả，thông lượn2
của mạne ẹiảm xuốnG, bàn2, khôns：, mạno; bị nshẹt hoàn toàn.
Một số yếu tổ cỏ thẻ dần đến tắc nahẽn. nsay cả khi lưu lượne đi vào mạns thấp
t
• • •
辽
clìỉ làm cái “ cô chai” ，nơi xảy ra tăc nghẽn, dời đi chô khác mà thôi. Giải
quyết vấn đề tắc nghẽn nói chung, cần đến các giải pháp đồng bộ.
f \ r
Tăc nehẽn cỏ khuynh hướng tự làm cho nó trâm trọng thêm. Nêu một nút mạng
nào dó bị tràn bộ đệm, gói số liệu đến sẽ bị loại bỏ, trong khi đó nút mạng bên trên
，
phía người gửi, vẫn phải giữ bản sao của gói số liệu đă gửi trong hàng đợi, cho đến
khi hêt giờ đê phát lại. Việc phải giữ bản sao gói sô liệu trong hàng đợi đê chờ biên
nhận, cộng thêm việc có thể phải phát lại gói số liệu một số lần có thể làm cho hàng
đợi tại chính nút trên cũng có thể bị tràn. Sự tác nshẽn lan truyền ngược trở lại phía
ĩìRuồn phát sinh ra 2ỏi số liệu.
Các g iả i pháp điều khiển tắc nghẽn
^ ^ \ f f
7
f
,
Vân đê điêu khiên tăc nghẽn cỏ thê được RÌải quyêt theo quan điêm của Lý
thuyết điều khiển. Theo cách tiếp cận này, cỏ thể chia các giải pháp thành hai nhóm:
các giải pháp Vòng lặp mở (Open loop) và các giải pháp Vòng lặp đóng (Closed
loop).
丁
heo các giải pháp vòng lặp mở，tắc nghẽn sẽ được giải quyết bằng việc thiết
kế tốt. đảm bảo sao cho tấc nghẽn không xảy ra. Một hệ thống
：
như vậy phải có khả
năng quyết định khi nào thi nhận thêm các lưu lirợns> mới vào, khi nào thì loại bỏ
các gỏi sô liệu và loại các gói sô liệu nào. Các quyêt địnlì này phải theo lịch trình và
phải có ở tìrng nút mạng, chúna đirợc hệ thốnơ đưa ra mà khônẹ xem xét đến trạna
thái hiộn thời của mạne.
nữa. Chăng hạn, nút mạng phát hiện ra tăc nghẽn sẽ đánh dâu vào một bit hay một
trường định trước của mọi gói số liệu trước khi gói số liệu được nút mạng chuyển
r
> 、 / ■> »
tiêp đi, nhăm loan báo cho các nút mạn
钇
khác vê trạng thái tăc nghẽn. Có thê nêu ra
một cách thục hiện khác nữa, đỏ là làm cho các nút mạng đều đặn gửi đi các gỏi số
liệu thằm dò để biết tình trạns của mạng. •
Bước ba: điêu chinh lo i hệ thông đê sửa chữa sự cô.
Các cơ chê thực hiện phần
hồi đều nhằm mục đích là để các máy tính trên mạng có những phản ứng phù hợp
nhằm lảm giảm tắc nghẽn. Nếu phản írna xảy ra quả nhanh, lưu lượng
ìrono
hệ
thống sẽ thăng giáng mạnh và không bao giờ hội tụ. Nêu phản ứng quá chậm, việc
diều khiến tắc nghẽn có thể không có ý nghĩa thực tế gì nữa. Chính vì vậy, để cơ
chế phản hồi có hiệu quả, cần phải sử dụng một số cách tính trung bình [26]
，
[27].
1.3.2 Điều khiển lull lưọng trong giao thức TCP
ì 3 .2 .1 Giao thức TCP ban đầiỉ
Giao thức TCP được xây dựng dựa trên các khái niệm được Cerf và Kahn đira ra
dầu tiên 110J. Dó là giao thức hướng kết nối, kiểu đầu cuối - đầu cuối, tin cậy, dược
thiếl kế phù hợp với kiến trúc phân lớp các íỉiao lhức\ Giao tlìức TCP cung cấp sự
'
t
tni}cn thông lìn cậy gi lìa hai tien trình chạy trcn hai máv tính ờ các mạn^ khác ỉìhau
nhưng két nối với nhau. Giao thức TCP có khả năng gửi và nhận liên tiếp các đơn vị
dòng dữ liệu. Sự kết hợp các thông tin này，bao gồm socket, sổ thứ tự gói số liệu và
kích thước cửa sổ, được gọi là kết nối. Mồi một kết nối được xác định rõ ràng, duy
, \ r f
nhât bởi một cặp socket thuộc hai đâu kêt nôi đó.
Đảm bảo sự vận chuyên tin cậy: TCP phải khôi phục lại được gói sô liệu bị
hỏng, bị mât, bị lặp hoặc bị phân phát sai thứ tự đo hệ thông truvên thông gây ra.
Điêu này có thê đạt được băn
泛
cách sán sô thứ tự cho môi byte được truyên đi và
biên nhận đã nhận đúnơ (ack) từ bên nhận của kết nối TCP. Nếu bên gội khôn2
：
nhạn được bien nhận trons khoảng thời gian hết hạn. nó sẽ phát lại sỏi số liệu. Bên
nhận sê kiêm tra sô thứ tự các 2,6 i sô liệu nhận được vả loại bỏ các Rỏi sô liệu khôna
đủng thử tự hoặc trùng lặp. Các cói số liệu không đúng thứ tự sẽ phải được phát lại.
Điều khicn liru hrọìig bằng cửa sổ: TCP cuns cấp phương tiện cho bên nhộn
dc 11 ó dieu khiên lim lirọne mà bên eưi phát di: dỏ là truờne ••cửa sổ*' tronu 2 Ói tin
bien nhiln. Trng ny ell I ra mien sụ th t cỏc byte m nú sc chõp nhn, tiụp sau
% t
byte m nú õ nhn thnh cụna. Ngi ta gi thiờt rng con sụ ny liờn quan ờn
/
ố
khụng eian nh m d liu dnh cho kờt nụi ny, m bờn nhn hin ang cú ờ s
t
r ,
dium. Vic ch ra mt ca sụ ln s khuyờn khớch vic phỏt, nhns nờu d liu dờn
s
y
nhicu hn mc cú thờ nhn, chỳns s b loi bũ v s dỏn dn vic phi phỏt li quỏ
nhicu. Vic chỡ ra mt ca sụ nh s hn chờ vic phỏt d liu, cú thờ lm thi ôian
3
.
2 .2
j \g u y ờ n lý B ó to n c ỏ c g ú i s l i u % vự c ỏ c n g u y ờ n n h n v i p h m
Mna Internet õ phỏt trin mt cỏch bựng n tronới hn 30 nm qua, tron2 quỏ
trỡnh dú cuns ó xy ra nhiỡnn s c tc nshn ndiiem trng, mans; liờn tip b
, 9 \ \ \ t
sp vỡ tc imhốn. Noi ta d lin hnh iờu tra v phỏt hin ra rna, hõu het nmiycn
nhõn Iiaiỡỡ trono vic triộn khai llỡc hin eiao thc IC), ch khụng phi chớnh
bn thõn aiao thc ny. Nhna cỏch thc c s dng trin khai thc hin uiao
tlic TC I> dira trn ra s d eõy ra hnh vi sai tronQ phõn ns vi tc nshcn nina.
Niiiri Ui ciỡnu ( dira ra cỏc thớ d \ C hnlỡ \ i sai vỏ mụ t mt s thut toỏn dn
eiõn (le ỹiai qIIvột vn d 26|. Cỏc thmu toỏn n> bt nmin t ý tirno v viỗc dt
Copyright: Tài liệu đại học ©