Tìm Hiểu Điều khiển chống tắc nghẽn mạng NGN toàn IP TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ THÔNG TIN KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN o0o BÁO CÁO THỰC TẬP Giảng viên hướng dẫn: Trần Thu Thủy Họ tên: Nguyễn Tấn Việt ,Số thẻ: 131C920058 Lớp: 13N Tên đề tài:Tìm Hiểu Điều Khiển Chống Tắc Nghẽn Trong Mạng NGN Toàn IP Nguyễn Tấn Việt Tìm Hiểu Điều khiển chống tắc nghẽn mạng NGN toàn IP LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành báo cáo thực tập này, em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cô GV: Trần Thu Thủy, tận tình hướng dẫn suốt trình viết Báo cáo thực tập Em chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô khoa công nghệ thông tin, Trường Cao Đẳng Công Nghệ Thông Tin tận tình giúp đở cho em trình em thực tập trường Được phân công Khoa Công Nghệ Thông Tin Trường Cao Đẳng Công Nghệ Thông tin, đồng ý giáo viên hướng dẫn hướng dẫn GV Trần Thu Thủy em thực đề tài “Tìm Hiểu Điều Khiển Chống Tắc Nghẽn Trong Mạng NGN Toàn IP”.Để hoàn thành khoá thực tập Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo tận tình hướng dẫn, giảng dạy suốt trình học tập, nghiên cứu rèn luyện Trường Cao Đẳng Công Nghệ Thông Tin.Xin chân thành cảm ơn giáo viên hướng dẫn GV Trần Thu Thủy tận tình , chu đáo hướng dẫn em thực khoá thực tập Mặc dù có nhiều cố gắng để thực báo cáo cách hoànchỉnh Xong có thiếu sót em mong góp ý quý Thầy,Cô giáo bạn để kiến thức hoàn chỉnh Em xin chân thành cảm ơn! Nguyễn Tấn Việt Tìm Hiểu Điều khiển chống tắc nghẽn mạng NGN toàn IP Mục Lục Mở đầu I- TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ TẮC NGHẼN TRONG MẠNG NGN TOÀN IP 1.Tổng Quan Cơ sở kỹ thuật mạng IP Mạng hệ sau NGN (Next Generation Network) Các vấn đề tắc nghẽn mạng II- NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN TRONG MẠNG NGN TOÀN IP 2.Nguyên Lý 2.1 Vấn đề điều khiển tắc nghẽn nói chung 2.2 Nguyên lý điều khiển tắc nghẽn 2.3 Phân loại phƣơng pháp điều khiển tắc nghẽn 2.4 Các tiêu chí đánh giá phƣơng pháp điều khiển chống tắc nghẽn 2.5 Thuật toán tăng giảm 2.6 Phương pháp phản hồi tắc nghẽn định tuyến III - CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN TRONG MẠNG NGN TOÀN IP Các Phương Pháp 3.1 Điều khiển tắc nghẽn TCP 3.2 RED (Random Early Detection) 3.3 ECN (Explicit Congestion Notification) 3.4 EWA (Explicit Window Adaptation) 3.5 FEWA (Fuzzy Explicit Window Adaptation) 3.6 CSFQ (Core-Stateless Fair Queueing) 3.7 FBA-TCP (Core-Stateless Fair Bandwidth Allocation for TCP) 3.8 ETCP (Enhanced TCP) Nguyễn Tấn Việt Tìm Hiểu Điều khiển chống tắc nghẽn mạng NGN toàn IP 3.9 XCP (eXplicit Control Protocol) 3.10 QS-TCP (Quick Start TCP) IV – PHÂN TÍCH CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN VÀ ỨNG DỤNG 4.Phân Tích 4.1 Phân tích số kết mô 4.2 So sánh phƣơng pháp điều khiển tắc nghẽn 4.3 Khả ứng dụng phƣơng pháp điều khiển tắc nghẽn môi trƣờng mạng NGN toàn IP KẾT LUẬN Mở đầu Khái niệm mạng hệ sau (NGN - Next Generation Network) không mẻ giới vài năm trước Xu hướng phát triển viễn thông tiến tới hội tụ mạng, hội tụ dịch vụ, ứng dụng Tài nguyên mạng có giới hạn nhu cầu truyền thông tin ngày tăng Hiện tượng tắc nghẽn mạng khó tránh khỏi Nguyễn Tấn Việt Tìm Hiểu Điều khiển chống tắc nghẽn mạng NGN toàn IP Để giải vấn đề có hai cách là: Tăng tài nguyên mạng điều khiển để chống tắc nghẽn mạng Việc tăng tài nguyên mạng chi phí đầu tư lớn thường xuyên Trong đó, việc điều khiển chống tắc nghẽn mạng sử dụng giao thức, thuật toán để điều khiển chống tắc nghẽn mạng Tuy nhiên, vấn đề điều khiển chông tắc nghẽn mạng phức tạp mạng ngày phát triển rộng lớn, dịch vụ gia tăng nhanh, dịch vụ ngày nhiều, số lượng người sử dụng tăng lên nhanh chóng kèm theo vấn đề lưu lượng tăng vọt biến đổi động Vì vậy, vấn đề điều khiển chống tắc nghẽn ngày trở nên cấp thiết Đề tài “Điều khiển chống tắc nghẽn mạng NGN toàn IP” tập trung nghiên cứu vấn đề mạng NGN toàn IP, vấn đề điều khiển tắc nghẽn hệ thống phương pháp điều khiển chống tắc nghẽn khả ứng dụng phương pháp mạng NGN toàn IP Cấu trúc luận văn gồm chương: I: Tổng quan điều khiển tắc nghẽn mạng NGN toàn IP II: Nguyên lý điều khiển tắc nghẽn mạng NGN toàn IP III: Các phương pháp điều khiển tắc nghẽn mạng NGN toàn IP IV: Phân tích phương pháp điều khiển tắc nghẽn ứng dụng Nguyễn Tấn Việt Tìm Hiểu Điều khiển chống tắc nghẽn mạng NGN toàn IP I- TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ TẮC NGHẼN TRONG MẠNG NGN TOÀN IP 1.Tổng Quan Cơ sở kỹ thuật mạng IP Mạng IP xây dựng dựa tiêu chuẩn toàn cầu IETF Do đó, thiết bị nhà sản xuất khác dễ dàngtương hoạt Hiện nay, nói tới tiêu chuẩn truyền thông phổ biến giao thức IP 1.1.1 Bộ giao thức TCP/IP TCP/IP giao thức phát triển Cục dự án nghiên cứu cấp cao (ARPA) quốc phòng Mỹ Chồng giao thức TCP/IP chia thành bốn tầng: giao diện mạng (network interface), liên mạng (internet), giao vận (transport) ứng dụng (application) 1.1.2 Địa IP Địa IP số hiệu nhận dạng sử dụng tầng liên mạng giao thức TCP/IP hay IP địa trạm tham gia vào mạng nhằm giúp cho trạm chuyển thông tin cho cách xác, tránh thất lạc Đối với phiên IPv4, địa số nhị phân 32 bít Địa IP theo phiên IPv6 sử dụng 128 bit (16octet) để mã hoá liệu, cho phép sử dụng nhiều địa so với IPv4 1.2 Mạng hệ sau NGN (Next Generation Network) 1.2.1 Sự cần thiết phải chuyển đổi sang mạng NGN Mạng PSTN dựa tảng công nghệ TDM hệ thống báo hiệu số (CCS7) Về bản, mạng có khả cung cấp tốt dịch vụ viễn thông bình thường thoại hay Fax với chất lượng ổn định Song nhu cầu thân nhà cung cấp dịch vụ lẫn khách hàng ngày tăng làm bộc lộ hạn chế khắc phục mạng Với yêu cầu thay đổi công nghệ mạng trên, mạng hệ sau NGN giới thiệu ứng dụng số quốc gia Nguyễn Tấn Việt Tìm Hiểu Điều khiển chống tắc nghẽn mạng NGN toàn IP 1.2.2 Khái niệm mạng NGN Khái niệm mạng NGN nêu khuyến nghị Y.2001 ITU-T sau: Mạng hệ sau (NGN) mạng gói có khả cung cấp dịch vụ viễn thông tạo nhiều ứng dụng băng thông rộng, công nghệ truyền tải đảm bảo chất lượng dịch vụ chức dịch vụ độc lập với công nghệ truyền tải liên quan phía Nó cho phép truy nhập không giới hạn tới mạng, nhà cung cấp dịch vụ và/hoặc dịch vụ theo ý muốn Nó hỗ trợ tính di động cho dịch vụ cung cấp tới người sử dụng cho đồng đảm bảo 1.2.3 Đặc điểm mạng NGN Mạng NGN có bốn đặc điểm chính: - Nền tảng hệ thống mạng mở - Dịch vụ phải thực độc lập với mạng - NGN mạng chuyển mạch gói, dựa giao thức thống - NGN mạng có dung lượng ngày tăng tính thích ứng cao, có đủ lực để đáp ứng nhu cầu người sử dụng 1.2.4 Nguyên tắc tổ chức cấu trúc mạng NGN Mạng hệ sau tổ chức dựa nguyên tắc sau: - Đáp ứng nhu cầu cung cấp loại hình dịch vụ viễn thông phong phú, đa dạng, đa dịch vụ, đa phương tiện - Mạng có cấu trúc đơn giản - Nâng cao hiệu sử dụng chất lượng mạng lưới giảm thiểu chi phí khai thác, bảo dưỡng - Dễ dàng mở rộng dung lượng, phát triển dịch vụ - Độ linh hoạt tính sẵn sàng cao, lực tồn mạnh Cấu trúc mạng NGN đưa có đặc điểm chung bao gồm lớp chức sau: - Lớp kết nối (truy nhập truyền dẫn) - Lớp trung gian hay lớp truyền thông - Lớp điều khiển - Lớp quản lý Nguyễn Tấn Việt Tìm Hiểu Điều khiển chống tắc nghẽn mạng NGN toàn IP 1.2.4 Lợi ích mạng NGN Mạng NGN cho phép triển khai dịch vu cách nhanh chóng đa dạng, đáp ứng hội tụ thông tin thoại, truyền liệu Intemet, cố định di động với giá thành hợp lý Ứng dụng mạng NGN cho phép giảm thiểu thời gian đưa dịch vụ thị trường; nâng cao hiệu suất sử dụng truyền dẫn với công nghệ ghép kênh bước sóng quang DWDM chiếm lĩnh lớp vật lý công nghệ IP/MPLS làm tảng cho lớp mạng Mạng NGN cho phép nhà cung cấp dịch vụ tăng cường khả kiểm soát, bảo mật thông tin khách hàng Mạng NGN phát triển nhà khai thác không yêu cầu có sẵn sở hạ tầng hay cần nâng cấp, mở rộng cấu trúc mạng sẵn có 1.2.5 Mạng NGN toàn IP Trung tâm mạng NGN toàn IP hội tụ yếu tố: hội tụ mạng (Application Convergence), hội tụ dịch vụ (Service Convergence), hội tụ ứng dụng (Network Convergence) đồng thời cho phép cung cấp dịch vụ tích hợp với IP công nghệ tảng Đó lý cho đời mạng NGN toàn IP 1.2.6 Vấn đề đảm bảo chất lƣợng dịch vụ mạng NGN 1.2.7.1 Các tham số đánh giá chất lƣợng mạng NGN Mạng NGN mạng hạ tầng thông tin dựa công nghệ chuyển mạch gói nên việc đánh giá chất lượng mạng chủ yếu dựa tham số là: băng thông, độ trễ gói, trượt (jitter) tỉ lệ gói 1.2.7.2 Các mô hình đảm bảo chất lượng dịch vụ Để triển khai QoS mạng viễn thông, mô hình QoS (hay kỹ thuật QoS) khác đề xuất bao gồm: - Mô hình Best Effort Mô hình tích hợp dịch vụ (IntServ) Mô hình phân biệt dịch vụ (DiffServ) Nguyễn Tấn Việt Tìm Hiểu Điều khiển chống tắc nghẽn mạng NGN toàn IP 1.3 Các vấn đề tắc nghẽn mạng 1.3.1 Tắc nghẽn gì? Tắc nghẽn tượng quen thuộc mạng, mà nguyên nhân nói chung tài nguyên mạng giới hạn nhu cầu truyền thông tin người giới hạn 1.3.2 Nguyên nhân gây tắc nghẽn Nguyên nhân chất tự nhiên liệu người dùng đưa vào mạng Khi mạng không kịp ứng phó với gia tăng đột ngột lưu lượng tắc nghẽn xảy Tốc độ xử lý chậm, cấu hình định tuyến nguyên nhân quan trọng gây nên tắc nghẽn, chúng làm hàng đợi bị tràn lưu lượng gói số liệu đến nút mạng nhỏ lực vận tải đường truyền 1.3.3 Vấn đề tắc nghẽn mạng NGN toàn IP Gồm nguyên nhân sau: - Tràn đệm - Lỗi đường truyền vô tuyến - Do nghẽn cổ chai - Nhu cầu băng thông cao dịch vụ đa phương tiện loại hình dịch vụ - Lưu lượng lớn, thay đổi đột biến biến đổi động - Tính biến động mạng, hình trạng mạng Nguyễn Tấn Việt Tìm Hiểu Điều khiển chống tắc nghẽn mạng NGN toàn IP II- NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN TRONG MẠNG NGN TOÀN IP 2.Nguyên Lý 2.1 Vấn đề điều khiển tắc nghẽn nói chung Điều khiển tắc nghẽn liên quan đến kỹ thuật chế để ngăn ngừa tắc nghẽn trước xảy loại bỏ tắc nghẽn sau xảy Mục tiêu chế điều khiển tắc nghẽn đơn giản để sử dụng mạng cách hiệu 2.2 Nguyên lý điều khiển tắc nghẽn - Nguyên lý chung để điều khiển tắc nghẽn là: - Duy trì điểm hoạt động mạng mức lưu lượng đưa vào nhỏ - Đảm bảo đệm định tuyến không bị tràn - Đảm bảo phía gửi liệu nhanh mà phía nhận xử lý, giúp sử dụng tài nguyên mạng cách hiệu 2.3 Phân loại phƣơng pháp điều khiển tắc nghẽn 2.3.1 Phân loại theo lý thuyết điều khiển Theo quan điểm lý thuyết điều khiển, hệ thống điều khiển chia thành loại: Điều khiển mạch vòng hở (Open loop control) điều khiển mạch vòng đóng (Close loop control) 2.3.1.1 Điều khiển chống tắc nghẽn vòng hở Trường hợp sử dụng thiết kế tốt để cố gắng ngăn chặn tắc nghẽn xảy Để không xảy tắc nghẽn, hệ thống đầu cuối cần phải đàm phán với mạng để lưu lượng đưa vào mạng không lớn khả xử lý mạng, tránh xảy tắc nghẽn Nguyễn Tấn Việt 10 Tìm Hiểu Điều khiển chống tắc nghẽn mạng NGN toàn IP mạng hai chiều định tuyến phía gửi, phân loại phương pháp phản hồi chống tắc nghẽn hai chiều 2.6.2.2 Cơ chế để truyền tải thông tin mạng Các chế sử dụng để triển khai phương pháp phản hồi tắc nghẽn định tuyến: - Thông tin mạng truyền cách sử dụng chế giao thức truyền tải TCP - Thông tin mạng truyền tin giao thức bổ sung Các tin giao thức truyền kèm với tin giao thức chuẩn, tách riêng thành gói liệu Phương pháp đòi hỏi giải thuật TCP tiêu chuẩn hệ thống đầu cuối phải có thay đổi nhiều để hỗ trợ chức phản hồi chống tắc nghẽn - Phát triển giao thức truyền thông hoàn toàn mới, sở TCP 2.6.2.3 Thông tin phản hồi Thông tin mạng chia sẻ rõ ẩn định tuyến hệ thống đầu cuối 2.6.2.4 Độ phức tạp Độ phức tạp bao gồm thời gian không gian chiếm dụng nhớ điều khiển phản hồi tắc nghẽn nằm định tuyến điều khiển tắc nghẽn thích ứng nằm hệ thống đầu cuối III - CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN TRONG MẠNG NGN TOÀN IP 3.Phương Pháp Trong môi trường mạng NGN, phương pháp điều khiển tắc nghẽn hiệu không thực sở tập hợp đánh giá thông tin mạng Các chế đặc điểm phương pháp phản hồi tắc nghẽn định tuyến đề cập đến chương bao gồm: RED (Random Early Detection), ECN (Explicit Congestion Notification); EWA (Explicit Window Adaptation); FEWA (Fuzzy Explicit Window Adaptation), XCP (Explicit Control Protocol), CSFQ (CoreStateless Fair Queueing), FBA-TCP (Core-Stateless Fair Bandwidth Allocation for TCP), QS-TCP (TCP Quick-Start), ETCP (Enhanced TCP) Trước hết, nội dung đề cập đến vấn đề chế điều khiển tắc nghẽn giao thức TCP 3.1 Điều khiển tắc nghẽn TCP Quản lý chống tắc nghẽn TCP dựa thuật toán tăng cộng giảm nhân (AIMD) Điều khiển chống tắc nghẽn TCP thuộc loại điều khiển vòng kín phản hồi ẩn [5] Nguyễn Tấn Việt 14 Tìm Hiểu Điều khiển chống tắc nghẽn mạng NGN toàn IP 3.1.1 Các pha điều khiển tắc nghẽn Điều khiển chống tắc nghẽn TCP thực theo hai pha sau: Pha 1: Pha bắt đầu chậm (SS - Slow Start): Pha 2: Pha chống tắc nghẽn (CA - Congestion Avoidance): 3.1.2 Cơ chế cửa sổ trượt Việc điều khiển tắc nghẽn thực dựa chế điều khiển luồng đầu cuối cửa sổ trượt Cơ chế cửa sổ trượt cho phép TCP truyền nhiều gói tin trước dừng lại đợi ACK, tăng tốc độ truyền tin 3.1.3 TCP Tahoe (Fast Retransmit) Khi phát gói tin, Tahoe phát lại gói tin bị mất, đặt thresh = ½ cwnd khởi động lại SlowStart với cwnd 3.1.4 TCP Reno (Fast Recovery) Khi phát gói tin ACK lặp thứ 3, Reno phát lại gói tin bị khởi động lại Congestion Avoidance với cwnd 1/2 nhận ACK gói tin (một ACK mới) 3.1.5 TCP NewReno TCP NewReno cải tiến kĩ thuật fast Recovery Reno, thoát khỏi fast Recovery khởi động Congestion Avoidance toàn gói tin truyền trước khởi động Fast Recovery nhận ACK tương ứng 3.1.6 TCP Vegas Vegas thuật toán tác động trước (proactive), cho phép dự đoán tắc nghẽn trước xảy để điều chỉnh hoạt động nhằm tránh xảy tắc nghẽn 3.2 RED (Random Early Detection) Phương pháp điều khiển tắc nghẽn RED (Phát sớm ngẫu nhiên) thực phát tắc nghẽn loại bỏ gói tin ngẫu nhiên từ đệm Trong hình 3.4, hệ trục tọa độ bao gồm phần trăm đệm đầy α, khả loại bỏ gói tin p Các gói tin không bị loại bỏ RED chưa kích hoạt α nhỏ giá trị chặn αmin xác suất loại bỏ 0, thêm gói tin vào hàng đợi RED kích hoạt α vượt Nguyễn Tấn Việt 15 Tìm Hiểu Điều khiển chống tắc nghẽn mạng NGN toàn IP αmin Nếu α vượt giá trị chặn αmax xác suất loại bỏ gói 1, gói tin đến bị loại bỏ, hàng đợi bắt đầu thực chế độ “cắt bớt phần đuôi” ảo Nếu α nằm giới hạn αmin αmax đánh dấu loại bỏ gói tin ngâu nhiên tùy theo hàm xác suất p Nguyễn Tấn Việt 16 Tìm Hiểu Điều khiển chống tắc nghẽn mạng NGN toàn IP Hình Loại bỏ gói tin RED theo xác suất p 3.3 ECN (Explicit Congestion Notification) Phương pháp thông báo tắc nghẽn ECN phương pháp điều khiển tắc nghẽn ứng dụng cho lưu lượng TCP Trong ECN, dấu hiệu bắt đầu tắc nghẽn truyền thông tới hệ thống đầu cuối cách đánh dấu trường tiêu đề gói tin IP TCP với dấu hiệu tắc nghẽn thêm vào gói tin thay loại bỏ gói tin Điểm khác biệt chủ yếu RED ECN RED gói tin bị loại bỏ ngẫu nhiên trong ECN gói tin lựa chọn ngẫu nhiên phép truyền với dấu hiệu tắc nghẽn đánh dấu để thông báo cho hệ thống đầu cuối biết Một thuật toán tương tự thuật toán loại bỏ gói tin sớm RED sử dụng để lựu chọn gói tin có dấu hiệu tắc nghẽn.Để thực hiện, định tuyến cần phải có khả thông báo cho phía gửi tắc nghẽn xảy để phía gửi điều chỉnh tốc độ gửi để tránh tối thiểu hóa việc xảy tắc nghẽn gói tin ECN truyền thông tin liệu đặc biệt bao gồm tiêu đề mạng gói tin Nguyễn Tấn Việt 17 Tìm Hiểu Điều khiển chống tắc nghẽn mạng NGN toàn IP 3.4 EWA (Explicit Window Adaptation) Phương pháp EWA (Explicit Window Adapation) phát triển để gửi thông báo rõ ràng băng thông khả dụng liên kết có nút cổ chai dựa phương pháp điều khiển luồng giao thức TCP để tăng hiệu tổng thể việc điều khiển tắc nghẽn từ đầu cuối – đầu cuối Nó thực cách suốt để truyền thông tin phản hồi từ định tuyến đến phía gửi Vì vậy, phương pháp EWA yêu cầu việc định tuyến đối xứng mạng để đảm bảo phân đoạn liệu (data segments) báo nhận ACK kết nối TCP qua định tuyến đường EWA cho thấy kết hoạt động tốt định tuyến trọng tải lớn, giải thuật EWA không xem xét trường hợp hàng đợi định tuyến EWA nhỏ ngưỡng thấp khoảng thời gian dài Lý nằm việc tính toán , đặt nhiều vào trọng tải trước định tuyến, phản ứng lại đủ nhanh thay đổi lớn điều kiện tải định tuyến 3.5 FEWA (Fuzzy Explicit Window Adaptation) 3.5.1 Đặc điểm FEWA Một biến thể EWA mới, gọi EWA mờ (FEWA – Fuzzy EWA), nghiên cứu phát triển, khác chủ yếu việc tính toán  Trong EWA, việc tính toán α đặt nhiều trọng số vào tải trước Bộ định tuyến nên phản ứng lại nhanh có thay đổi lớn điều khiển tải FEWA (Fuzzy EWA) đời để khắc phục hạn chế EWA cách sử dụng điều khiển mờ để tính α dựa độ dài gần hàng đợi định tuyến Với việc thay đổi cách tính giá trị α đem lại hiệu suất từ đầu cuối đến đầu cuối đạt lớn so với EWA 3.6 CSFQ (Core-Stateless Fair Queueing) Ý tưởng CSFQ (Core-Stateless Fair Queueing) phân đoạn mạng vùng định tuyến phân biệt biên lõi vùng (miền) CSFQ nhằm mục đích đạt phân bổ băng thông hợp lý định tuyến mà không yêu cầu tính toán cho luồng trạng thái luồng định tuyến lõi phần mạng CSFQ Các định tuyến nằm biên ước lượng tốc độ đến luồng đưa vào miền, dán nhãn thông tin vào gói Các định tuyến lõi tính toán độ rộng băng thông hợp lý chia sẻ cho tất luồng dựa kết hợp tốc độ đến chuyển tiếp Tuy nhiên, CSQF không giống chế phản hồi tắc nghẽn rõ Chỉ gói tin bị định tuyến lõi biên phần mạng CSQF sử dụng thông báo ẩn tới người gửi tình trạng tắc nghẽn xảy mạng FBA-TCP chế phản hồi tắc nghẽn rõ mở rộng từ chế CSQF Nguyễn Tấn Việt 18 Tìm Hiểu Điều khiển chống tắc nghẽn mạng NGN toàn IP 3.7 FBA-TCP (Core-Stateless Fair Bandwidth Allocation for TCP) FBA-TCP (phân bổ băng thông hợp lý cho TCP) sử dụng chế CSFQ (CoreStateless Fair Queueing) để cải tiến việc điều khiển tắc nghẽn kết nối TCP Vì vậy, đặc điểm CSFQ có FBA-TCP Đặc tính FBA-TCP so với CSFQ định tuyến biên phía nhận luồng không xoá nhãn khỏi gói Bộ định tuyến biên đặt nhãn gói vào phần tiêu đề IPv4 (hay tiêu đề mở rộng IPv6) để truyền suốt nhãn đến TCP phía nhận qua phần mạng khả CSFQ Nếu hệ thống đầu cuối phía nhận kết nối TCP gửi giá trị đến TCP phía nhận để tính cửa sổ gửi 3.8 ETCP (Enhanced TCP) Ý tưởng ETCP (Enhanced TCP) sử dụng phản hồi FEWA) để tính cửa sổ tắc nghẽn ETCP phía gửi không thực chu trình bắt đầu chậm (slow start) chống tắc nghẽn (congestion avoidance), mà bắt đầu với cửa sổ gửi khởi tạo cập nhật cửa sổ tắc nghẽn theo cửa sổ nhận thông báo sau: ETCP1: Cửa sổ tắc nghẽn người gửi ETCP thiết lập tới giá trị cửa sổ nhận thông báo thời: cwnd = rwnd ETCP 2: Người gửi TCP thực khởi động chậm hai lần cửa sổ tắc nghẽn sau nhận báo nhận cwnd Tính TCP mô ETCP Vì vậy, cửa sổ tắc nghẽn người gửi ETCP hội tụ tới giá trị gấp đôi sau người gửi ETCP nhận báo nhận cwnd = min{ cwnd 21/cwnd, rwnd} ETCP3: Một cửa sổ tắc nghẽn người gửi ETCP hội tụ tới cửa sổ nhận thông báo sau người gửi ETCP nhận báo nhận cwnd: 3.9 XCP (eXplicit Control Protocol) Giao thức điều khiển chống tắc nghẽn XCP khái quát hóa đề xuất Explicit Congestion Notification (ECN) Thay bít thông báo tắc nghẽn sử dụng ECN, XCP đề xuất sử dụng báo hiệu tắc nghẽn rõ, mạng thông báo cho phía gửi tình trạng tắc nghẽn mạng cách thức phản ứng lại với tắc nghẽn Nếu TCP sử dụng giải thuật AIMD (đáp ứng chậm hội tụ đến công bằng) đề điều chỉnh tốc độ gửi gói tin XCP sử dụng giải thuật MIMD với đáp ứng nhanh mức độ sử dụng cao Giống TCP, XCP giao thức điều khiển tắc nghẽn dựa cửa sổ Phía nhận XCP tương tự TCP chấp nhận thực báo nhận gói tin, chép tiêu đề tắc nghẽn vào báo nhận Thực XCP hệ thống đầu cuối tương đối đơn giản Chỉ thay đổi mã nguồn TCP phía gửi TCP phía nhận để làm cho chúng có khả Nguyễn Tấn Việt 19 Tìm Hiểu Điều khiển chống tắc nghẽn mạng NGN toàn IP XCP Trang bị định tuyến với khả XCP tốn kém, phức tạp XCP định tuyến tương đối cao Tuy nhiên, XCP ứng cử đầy hứa hẹn việc cải thiện điều khiển tắc nghẽn mạng sở IP tương lai 3.10 QS-TCP (Quick Start TCP) Bắt đầu nhanh cho TCP (QS-TCP) đề xuất năm 2002 Jain Floyd cách để tăng cửa sổ khởi tạo kết nối TCP Trong thủ tục thiết lập kết nối TCP (TCP SYN TCP SYN/ACK) phía gửi TCP chèn yêu cầu QS (QS Request) vào gói TCP bao gồm tốc độ khởi tạo mà phía gửi muốn truyền Mỗi định tuyến dọc theo đường truyền xác nhận liệu đáp ứng yêu cầu lưu lượng Nếu đáp ứng yêu cầu truyền yêu cầu QS Request đi, ngược lại giảm tốc độ liệu đến giá trị mà hỗ trợ Khi yêu cầu QS tới TCP phía nhận, đáp ứng QS (QS response) tương ứng tạo chèn vào thông báo nhận gửi trở phía gửi Nhận đáp ứng QS, TCP phía gửi điều chỉnh cửa sổ chống tắc nghẽn khởi tạo theo tốc độ liệu đáp ứng QS Trong đề xuất QS-TCP ban đầu nhằm mục đích xác định cửa sổ TCP khởi tạo, cập nhật gần QS-TCP đề cập đến mở rộng đầy tiềm cho phát triển QS Các mở rộng khác cho phép kết nối đưa lên hay xuống, kích hoạt tín hiệu điểm đính kèm vào nút đầu cuối thay đổi, ví dụ IP di động (mobile IP) Nguyễn Tấn Việt 20 Tìm Hiểu Điều khiển chống tắc nghẽn mạng NGN toàn IP IV – PHÂN TÍCH CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN VÀ ỨNG DỤNG 4.Phân Tích 4.1 Phân tích số kết mô Phần giới thiệu chương trình kết mô thực Dr Subarna Shakya Anup Sainju để so sánh hiệu gói tin ECN so với phương pháp khác Droptail RED Kết mô rằng, điều kiện tiên mạng đáp ứng, ECN hạn chế việc loại bỏ gói tin tối ưu hóa mức độ sử dụng tài nguyên mạng thông lượng liệu Droptail hiệu ba phương pháp ECN khác RED việc sử dụng đánh dấu gói tin để thông báo cho node mạng tình trạng tắc nghẽn Đó hệ thống phản hồi thông minh, thực tối ưu hóa thông lượng mạng mức độ sử dụng tài nguyên giảm thiểu việc loại bỏ gói tin 4.2 So sánh phƣơng pháp điều khiển tắc nghẽn Các thuộc tính chức chế tổng kết so sánh Bảng 4.2 Phương pháp sử dụng mạng NGN tuỳ thuộc vào mức độ tương thích với giao thức truyền tải TCP UDP hệ thống đầu cuối XCP phương pháp mạnh để cải thiện hoạt động tổng thể mạng tốc độ cao Tuy nhiên, XCP yêu cầu đáp ứng cần thiết giao thức lớp truyền tải hệ thống đầu cuối Khác với XCP, (F)EWA không đòi hỏi thay đổi hệ thống đầu cuối Nhưng (F)EWA không mạnh XCP, với (F)EWA cửa sổ gửi phía gửi TCP điều khiển cách xác XCP ETCP xem mở rộng (F)EWA để khắc phục điều CSFQ không cung cấp phần hồi rõ cho phía gửi Vì vậy, hiệu phương pháp tăng lên mức hạn chế Nhưng FBA-TCP mở rộng CSFQ ứng cử viên sáng giá cho việc cải thiện điều khiển chống tắc nghẽn mạng NGN Các thiết kế FBA-TCP cho thấy, phương pháp khả so sánh với (F)EWA việc tăng hiệu mạng Nhược điểm FBA-TCP định tuyến biên miền CSFQ phải lưu thông tin luồng để nhãn cho gói tin luồng Có thể thấy phương pháp có ưu nhược điểm riêng nó, nhiên vào tiêu chí áp dụng cho mạng NGN, ta thấy hầu hết phương pháp dựa nguyên lý điều khiển chống tắc nghẽn tuyến tính truyền thống, cụ thể tăng cộng - giảm nhân Duy có XCP có đề xuất theo hướng sử dụng tăng nhân - giảm nhân nhằm tăng tốc độ truyền liệu tận dụng hiệu tài nguyên Rõ ràng nguyên lý điều khiển tuyến tính không đáp ứng đầy đủ để thể Nguyễn Tấn Việt 21 Tìm Hiểu Điều khiển chống tắc nghẽn mạng NGN toàn IP đặc tính động mạng, biến thiên lưu lượng mạng NGN với ứng dụng đa phương tiện ứng dụng Nguyễn Tấn Việt 22 Tìm Hiểu Điều khiển chống tắc nghẽn mạng NGN toàn IP Bảng So sánh phương pháp phản hồi tắc nghẽn định tuyến Nguyễn Tấn Việt 23 Tìm Hiểu Điều khiển chống tắc nghẽn mạng NGN toàn IP 4.3 Khả ứng dụng phƣơng pháp điều khiển tắc nghẽn môi trƣờng mạng NGN toàn IP 4.3.1 (F)EWA Ưu điểm (F)EWA so sánh với phương pháp phản hồi tắc nghẽn định tuyến khác (F)EWA triển khai bước mạng Nếu triển khai thành công, hiệu mong muốn tăng lên (F)EWA không bị giảm Ngoài ra, mức độ phức tạp thuật toán (F)EWA định tuyến thấp, so sánh với XCP 4.3.2 ETCP Khả ứng dụng ETCP phụ thuộc vào việc triển khai (F)EWA tất định tuyến tối thiểu định tuyến thắt cổ chai mạng Vì vậy, khả ứng dụng (F)EWA có giá trị cho ETCP Một nhược điểm ETCP triển khai ETCP phía gửi mạng tất định tuyến thắt cổ chai trang bị (F)EWA Do ETCP đòi hỏi thay đổi nhỏ thuật toán điều khiển chống tắc nghẽn phía gửi TCP, khó để triển khai cách toàn diện phương pháp phản hồi tắc nghẽn định tuyến mạng sở IP 4.3.3 XCP Mặc dù XCP phương pháp hứa hẹn số phương pháp phản hồi tắc nghẽn định tuyến triển khai XCP mạng sở IP gặp khó khăn, hệ thống đầu cuối định tuyến cần phải trang bị thuật toán điều khiển tắc nghẽn XCP Hiệu XCP mạng đạt phần lớn định tuyến điểm đầu cuối triển khai giải thuật XCP XCP sử dụng thêm tiêu đề chống tắc nghẽn mang thông tin điều khiển tắc nghẽn từ phía gửi XCP đến định tuyến có khả XCP thông tin phản hồi tắc nghẽn theo hướng ngược lại Nếu tiêu đề chống tắc nghẽn phân biệt với liệu giao thức truyền tải loại trừ mã hoá liệu giao thức truyền tải (chế độ truyền tải IPSec) XCP không bị ảnh hưởng tất chế bảo mật lớp truyền tải mạng sở IP Nhưng XCP sử dụng với chế độ IPSec đường hầm 4.3.4 CSFQ CSFQ phát triển để cải thiện độ công luồng lưu lượng mạng phần mạng định tuyến có khả CSFQ Vì triển khai từ từ CSFQ mạng sở IP Tuy nhiên, CSFQ không cung cấp thông tin phản hồi tắc nghẽn rõ ràng từ định tuyến để cải thiện hiệu Nguyễn Tấn Việt 24 Tìm Hiểu Điều khiển chống tắc nghẽn mạng NGN toàn IP luồng lưu lượng từ đầu cuối – đầu cuối Như vậy, khả sử dụng phương pháp có số giới hạn Các định tuyến biên miên CSFQ cần lưu trữ trạng thái luồng để xác định luồng, để đo tốc độ luồng để đánh dấu gói tin luồng theo tốc độ luồng đo Vì vậy, khả mở rộng khả ứng dụng CSFQ bị hạn chế phần mạng có phần nhỏ luồng lưu lượng qua định tuyến biên 4.3.5 FBA-TCP Vì FBA –TCP phương pháp mở rộng CSFQ, cung cấp thông tin phản hồi rõ từ miền CSFQ để cải thiện điều khiển tắc nghẽn người gửi TCP Vì vậy, đặc tính giới hạn CSFQ với FBA –TCP Thêm vào đó, thông tin phản hồi rõ từ miền CSFQ truyền dẫn tới phía nhận TCP, phương pháp FBATCP hoạt động với chế độ mã hóa IPSec đường hầm 4.3.6 QS-TCP Phương pháp QS-TCP không xác định giải thuật định tuyến mà có số nguyên tắc quy định thiết kế chung đưa Nhưng giả sử độ phức tạp ứng dụng QS-TCP định tuyến so sánh với (F)EWA QS-TCP không suốt với hệ thống đầu cuối Nó đòi hỏi thay đổi nhỏ phía nhận TCP thay đổi lớn phía gửi Vì vậy, việc triển khai QS-TCP mạng sở IP khó khăn so với phương pháp khác (ví dụ (F)EWA) Và hiệu tăng lên mong muốn QS-TCP hạn chế so với phương pháp phản hồi tắc nghẽn khác QS-TCP sử dụng pha bắt đầu kết nối TCP với cửa sổ tắc nghẽn khởi tạo lớn trường hợp TCP chuẩn Ngoài ra, việc triển khai QS-TCP mạng có hạn chế so sánh khả sử dụng hiệu mong muốn so với việc triển khai XCP QS-TCP có khả hoạt động với chế bảo mật IPSec chế độ truyền tải IPsec Nhưng QS-TCP hoạt động với luồng IP mã hóa chế độ mã hóa IPSec đường hầm Nguyễn Tấn Việt 25 Tìm Hiểu Điều khiển chống tắc nghẽn mạng NGN toàn IP 4.3.7 Tổng kết đặc trƣng phƣơng pháp điều khiển tắc nghẽn Mặc dù XCP phương pháp hứa hẹn cải thiện hiệu mạng, khả triển khai XCP mạng bị hạn chế Vì vậy, khả triển khai XCP nhiệm vụ lâu dài ngắn hạn Phương pháp phản hồi tắc nghẽn định tuyến tốt kỳ vọng để tăng hiệu mạng ETCP Nhưng ETCP lại yêu cầu có số thay đổi phía người gửi TCP nên khả triển khai toàn phương pháp môi trường mạng IP khó đạt Nếu xem xét hai khả triển khai mạng tăng hiệu mạng phương pháp phản hồi tắc nghẽn định tuyến FEWA xem lựa chọn FBA-TCP có hiệu mạng tăng lên so sánh với FEWA thiếu sót FBA-TCP số định tuyến yêu cầu trạng thái/luồng FBA-TCP sử dụng chế bảo mật IPsec CSFQ QSTCP hạn chế hiệu mong muốn so với phương pháp khác Thêm vào đó, CSFQ sử dụng chế bảo mật IPsec việc triển khai dần QSTCP khó đạt Vì CSFQ QS-TCP xem lựa chọn phương pháp phản hồi tắc nghẽn định tuyến cho mạng sở IP Tóm lại để lựa chọn phương pháp phản hồi tắc nghẽn định tuyến môi trường mạng cần xem xét đến khía cạnh: (a) triển khai dễ dàng môi trường mạng mới; (b) hiệu đạt tối đa Do đó, phương pháp FEWA (ETCP, QS-TCP + FEWA) XCP ứng cử viên sang giá cho triển khai điều khiển tắc nghẽn môi trường mạng KẾT LUẬN Điều khiển chống tắc nghẽn vấn đề phức tạp, mạng ngày phát triển rộng lớn, dịch vụ gia tăng nhanh, dịch vụ ngày nhiều, số lượng người sử dụng tăng vọt biến đổi động Đây lĩnh vực quan tâm nhằm tìm giải pháp tối ưu việc sử dụng hiệu tài nguyên mạng, đặc biệt quan trọng ứng dụng quy hoạch, thiết kế, điều hành quản lý mạng Nguyễn Tấn Việt 26 Tìm Hiểu Điều khiển chống tắc nghẽn mạng NGN toàn IP NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Nguyễn Tấn Việt 27 Tìm Hiểu Điều khiển chống tắc nghẽn mạng NGN toàn IP Ngày……….tháng……….năm 2015 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Nguyễn Tấn Việt 28 [...]... tuyến được đề cập đến trong chương này bao gồm: RED (Random Early Detection), ECN (Explicit Congestion Notification); EWA (Explicit Window Adaptation); FEWA (Fuzzy Explicit Window Adaptation), XCP (Explicit Control Protocol), CSFQ (CoreStateless Fair Queueing), FBA-TCP (Core-Stateless Fair Bandwidth Allocation for TCP), QS-TCP (TCP Quick-Start), ETCP (Enhanced TCP) Trước hết, nội dung đề cập đến vấn đề... đánh giá bởi thời gian cần để hệ thống đạt đến trạng thái mong muốn từ một trạng thái xuất phát bất kỳ Một cách lý tưởng, hệ thống đạt tới trạng thái đích nhanh và có biên độ dao động rất nhỏ xung quanh nó.Thời gian để đạt được trạng thái cân bằng xác định độ nhạy và độ mịn của phương pháp điều khiển 2.4.4 Tính phân tán (Distributedness) Đây là điều cần thiết bởi vì một mô hình tập trung đòi hỏi thông... người gửi ETCP hội tụ tới cửa sổ nhận thông báo sau khi người gửi ETCP nhận được báo nhận cwnd: 3.9 XCP (eXplicit Control Protocol) Giao thức điều khiển chống tắc nghẽn XCP là khái quát hóa các đề xuất trong Explicit Congestion Notification (ECN) Thay vì một bít thông báo tắc nghẽn sử dụng trong ECN, XCP đề xuất sử dụng báo hiệu tắc nghẽn rõ, mạng thông báo cho phía gửi về tình trạng tắc nghẽn trong... Do đó, các phương pháp FEWA (ETCP, QS-TCP + FEWA) và XCP sẽ là các ứng cử viên sang giá cho triển khai điều khiển tắc nghẽn trong môi trường mạng mới KẾT LUẬN Điều khiển chống tắc nghẽn là một vấn đề phức tạp, nhất là khi mạng ngày càng phát triển rộng lớn, dịch vụ gia tăng nhanh, các dịch vụ mới ngày càng nhiều, số lượng người sử dụng tăng vọt và biến đổi động Đây là một lĩnh vực đang rất được quan... đủ nhanh đối với những thay đổi lớn của các điều kiện tải trong bộ định tuyến 3.5 FEWA (Fuzzy Explicit Window Adaptation) 3.5.1 Đặc điểm của FEWA Một biến thể EWA mới, được gọi là EWA mờ (FEWA – Fuzzy EWA), được nghiên cứu phát triển, nó khác chủ yếu là việc tính toán  Trong EWA, do việc tính toán α đặt quá nhiều trọng số vào tải trước đó của một Bộ định tuyến nên nó không thể phản ứng lại nhanh khi... TCP phía nhận để tính cửa sổ gửi mới 3.8 ETCP (Enhanced TCP) Ý tưởng của ETCP (Enhanced TCP) là sử dụng phản hồi FEWA) để tính cửa sổ tắc nghẽn mới ETCP phía gửi không thực hiện chu trình bắt đầu chậm (slow start) và chống tắc nghẽn (congestion avoidance), mà bắt đầu với một cửa sổ gửi khởi tạo và cập nhật cửa sổ tắc nghẽn mới theo cửa sổ nhận thông báo như sau: ETCP1: Cửa sổ tắc nghẽn mới của người... tạp bao gồm thời gian và không gian chiếm dụng bộ nhớ của bộ điều khiển phản hồi tắc nghẽn nằm trong các bộ định tuyến và các bộ điều khiển tắc nghẽn thích ứng nằm trong các hệ thống đầu cuối III - CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN TRONG MẠNG NGN TOÀN IP 3.Phương Pháp Trong môi trường mạng NGN, các phương pháp điều khiển tắc nghẽn hiệu quả không thể không thực hiện trên cơ sở tập hợp và đánh giá... Slow Start): Pha 2: Pha chống tắc nghẽn (CA - Congestion Avoidance): 3.1.2 Cơ chế cửa sổ trượt Việc điều khiển tắc nghẽn trên được thực hiện dựa trên cơ chế điều khiển luồng đầu cuối bằng cửa sổ trượt Cơ chế cửa sổ trượt cho phép TCP truyền nhiều gói tin trước khi dừng lại đợi ACK, do đó tăng tốc độ truyền tin 3.1.3 TCP Tahoe (Fast Retransmit) Khi phát hiện mất gói tin, Tahoe phát lại gói tin bị mất,... người gửi ETCP được thiết lập tới giá trị của cửa sổ nhận thông báo hiện thời: cwnd = rwnd ETCP 2: Người gửi TCP thực hiện khởi động chậm hai lần cửa sổ tắc nghẽn sau khi nhận báo nhận cwnd Tính năng này của TCP được mô phỏng bởi ETCP Vì vậy, cửa sổ tắc nghẽn mới của người gửi ETCP hội tụ tới một giá trị gấp đôi sau khi người gửi ETCP nhận được báo nhận cwnd = min{ cwnd 21/cwnd, rwnd} ETCP3: Một cửa sổ... liệu đặc biệt bao gồm trong tiêu đề mạng của các gói tin Nguyễn Tấn Việt 17 Tìm Hiểu Điều khiển chống tắc nghẽn trong mạng NGN toàn IP 3.4 EWA (Explicit Window Adaptation) Phương pháp EWA (Explicit Window Adapation) được phát triển để gửi thông báo rõ ràng về băng thông khả dụng trên mỗi liên kết có nút cổ chai dựa trên phương pháp điều khiển luồng của giao thức TCP để tăng hiệu năng tổng thể của việc