cm-dieu khien luu luong va chong tac nghen

http://www.ebook.edu.vn 1

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................. 2

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT .......................................................................................... 3

DANH SÁCH BẢNG BIỂU ....................................................................................... 4

CHƯƠNG I: GIAO THỨC TCP/IP .............................................................................. 5

1.1. Cấu trúc tầng giao thức tcp/ip .......................................................................... 5

1.2. So sánh với mô hình OSI .................................................................................... 7

1.3. Kết luận chương I ............................................................................................. 8

CHƯƠNG II: CƠ CHẾ ARQ TRONG GIAO THỨC TCP/IP ..................................... 9

2.1. Đặc điểm của ARQ............................................................................................. 9

2.2.Vấn đề khi trao đổi dữ liệu .................................................................................. 9

2.3. Kết luận chương II ............................................................................................ 11

CHƯƠNG III: ĐIỀU KHIỂN LUỒNG TRONG VIỄN THÔNG .............................. 12

3.1. Khái niệm. ........................................................................................................ 12

3.2. Các kỹ thuật điều khiển luồng .......................................................................... 12

3.2.1. Kỹ thuật dừng và đợi (Stop and wait) ........................................................ 12

3.2.2. Kỹ thuật cửa sổ trượt (Sliding Window) .................................................... 14

3.3. Kết luận chương III ........................................................................................ 15

CHƯƠNG IV: ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN ......................................................... 16

4.1. Khái niệm ........................................................................................................ 16

4.2. Các kỹ thuật được sử dụng trong quản lý tắc nghẽn ................................... 17

4.3. Điều khiển tắc nghẽn và tránh tắc nghẽn trong mạng TCP ........................ 18

TỔNG KẾT ............................................................................................................... 22

TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 23


LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay nghành công nghiệp viễn thông đã đạt được những thành tựu to lớn và trở thành một ngành không thể thiếu trong đời sống con người. Nhờ sự phát triển của kỹ thuật số, kỹ thuật phần cứng và các công nghệ phần mềm đã và đang đem lại cho người sử dụng các dịch vụ mới đa dạng và phong phú.

Mạng IP và các dịch vụ ứng dụng công nghệ IP với các ưu điểm như tính linh hoạt, khả năng mở rộng dễ dàng và đạt hiệu quả cao… đã và đang dần chiếm ưu thế trên thị trường viễn thông thế giới. Nhiều nghiên cứu về công nghệ IP đã được thực hiện để đưa ra các giải pháp tiến đến một mạng hội tụ toàn IP. Tuy nhiên, với tốc độ yêu cầu ngày càng cao thì việc sẩy ra tắc nghẽn là điều không tránh khỏi.do đó việc quản lý lưu lượng càng tốt sẽ đảm bảo cho sự hoạt động của hệ thống ổn định, đáp ứng được nhu cầu sử dụng. đó luôn là một bài toán khó với các nhà khoa học máy tính cũng như ngành viễn thông nói riêng.

Hiện nay với sự phát triển không ngừng của khoa học công nghệ đã đáp ứng được yêu cầu về phần cứng của hệ thống, tuy nhiên các thuật toán nhằm đạt được sự tối ưu vẫn luôn là một đề tài nóng hổi.nó đòi hỏi phải có sự nghiên cứu chuyên sâu và một hiểu biết sâu sắc vè các vần đề liên quan đến hệ thống mạng. do vậy với đề tài “Điều khiển lưu lượng trong mạng viễn thông” nhóm của em sẽ trình bày các phương thức điều khiển lưu lượng và chống tắc nghẽn trong giao thức TCP/IP sử dụng cơ chế ARQ.

Do lĩnh vực của đề tài này tương đối rộng, và kiến thức còn có nhiều hạn chế nên bài báo cáo này không tránh khỏi nhiều sai sót. Em rất mong được sự góp ý và chỉ bảo của các thầy cô và các bạn sinh viên để bài báo cáo được hoàn thiện và phong phú hơn.


THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

IP Internet Protocol Giao thức Internet

IS Intergrated Service Dịch vụ tích hợp

ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet

LAN Local Area Network Mạng nội vùng

ARQ Automatic Repeat Request Cơ chế tự động phát lại

MIB Management Information Base Cơ sở thông tin quản lý mạng

MPLS Multi Protocol Lable Swiching Chuyển mạch nhãn đa giao thức

MTU Maximum Transport Unit Đơn vị truyền lớn nhất

NAT Network Address Translator Biên dịch địa chỉ mạng

NP Network Performent Hiệu năng mạng

OSPF Open Shortest Path First Giao thức định tuyến OSPF

PHB Per Hop Behavior Cách hoạt động trên từng chặng

PPP Point to Point Protocol Giao thức điểm -điểm

RED Random Early Detection Phát hiện sớm ngẫu nhiên

RIP Realtime Internet Protocol Giao thức báo hiệu IP thời gian thực

RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức dành trước tài nguyên

RTP Realtime Protocol Giao thức thời gian thực

SNMP Simple Network Management Protocol

Giao thức quản lý mạng đơn giản


DANH SÁCH BẢNG BIỂU

Stt Hình vẽ trang

1 Hình 1.1: Mô hình tầng giao thức TCP/IP 6

2 Hình 1.2: Đóng gói dữ liệu trong gói tin UDP của gói tin IP 7

3 Hình 2.1: Mô hình truyền khung cơ chế ARQ 10

4 Hình 3.1: Hiệu suất kỹ thuật dừng và đợi 13

5 Hình 3.2: Kỹ thuật cửa sổ trượt 14


CHƯƠNG I: GIAO THỨC TCP/IP

Bộ giao thức TCP/IP, viết tắt là TCP/IP (tiếng Anh: Internet protocol suite hoặc IP suite hoặc TCP/IP protocol suite - bộ giao thức liên mạng), là một bộ các giao thức truyền thông cài đặt chồng giao thức mà Internet và hầu hết các mạng máy tính thương mại đang chạy trên đó. Bộ giao thức này được đặt tên theo hai giao thức chính của nó là TCP (Giao thức Điều khiển Giao vận) và IP (Giao thức Liên mạng). Chúng cũng là hai giao thức đầu tiên được định nghĩa.

Như nhiều bộ giao thức khác, bộ giao thức TCP/IP có thể được coi là một tập hợp các tầng, mỗi tầng giải quyết một tập các vấn đề có liên quan đến việc truyền dữ liệu, và cung cấp cho các giao thức tầng cấp trên một dịch vụ được định nghĩa rõ ràng dựa trên việc sử dụng các dịch vụ của các tầng thấp hơn. Về mặt lôgic, các tầng trên gần với người dùng hơn và làm việc với dữ liệu trừu tượng hơn, chúng dựa vào các giao thức tầng cấp dưới để biến đổi dữ liệu thành các dạng mà cuối cùng có thể được truyền đi một cách vật lý

1.1.Cấu trúc tầng giao thức tcp/ip Bộ giao thức IP dùng sự đóng gói dữ liệu hòng trừu tượng hóa (thu nhỏ lại quan niệm cho dễ hiểu) các giao thức và các dịch vụ. Nói một cách chung chung, giao thức ở tầng cao hơn dùng giao thức ở tầng thấp hơn để đạt được mục đích của mình.


Hình 1.1: Mô hình tầng giao thức TCP/IP

Những tầng gần trên nóc gần với người sử dụng hơn, còn những tầng gần đáy gần với thiết bị truyền thông dữ liệu. Mỗi tầng có một giao thức để phục vụ tầng trên nó, và một giao thức để sử dụng dịch vụ của tầng dưới nó (ngoại trừ giao thức của tầng đỉnh và tầng đáy).

Cách nhìn các tầng cấp theo quan niệm: hoặc là cung cấp dịch vụ, hoặc là sử dụng dịch vụ, là một phương pháp trừu tượng hóa để cô lập các giao thức của tầng trên, tránh quan tâm đến thực chất của vấn đề, như việc truyền tải từng bit qua Ethernet chẳng hạn, và phát hiện xung đột (collision detection), trong khi những tầng dưới không cần phải biết đến chi tiết của mỗi một chương trình ứng dụng và giao thức của nó.

Sự trừu tượng hóa này cho phép những tầng trên cung cấp những dịch vụ mà các tầng dưới không thể làm được, hoặc cố ý không làm. Chẳng hạn IP được thiết kế với độ đáng tin cậy thấp, và được gọi là giao thức phân phát với khả năng tốt nhất (thay vì với "độ tin cậy cao" hoặc "đảm bảo nhất"). Điều đó có nghĩa là tất cả các tầng giao vận đều phải lựa chọn, hoặc là cung cấp dịch vụ đáng tin cậy, hoặc là không, và ở mức độ nào. UDP đảm bảo sự toàn vẹn của dữ


liệu (bằng cách dùng kiểm tra tổng (checksum)), song không đảm bảo sự phân phát dữ liệu tới đích; TCP cung cấp cả hai, sự toàn vẹn của dữ liệu, và đảm bảo sự phân phát dữ liệu tới đích (bằng cách truyền tải lại gói dữ liệu, cho đến khi nơi nhận nhận được gói dữ liệu).

Hình 1.2: Đóng gói dữ liệu trong gói tin UDP của gói tin IP

1.2.So sánh với mô hình OSI Bộ giao thức IP (và chồng giao thức tương ứng) đã được sử dụng, trước khi mô hình OSI được thành lập, và từ đó, rất nhiều lần trong sách in cũng như trong lớp học, chồng giao thức IP đã được so sánh với mô hình OSI rất nhiều lần. Các tầng cấp của OSI cũng thường được dùng để diễn tả chức năng của các thiết bị mạng.

Tương tự như chồng giao thức IP, các tầng dưới của mô hình OSI không có nhiều chức năng, đủ để nắm bắt được thực trạng công việc của bộ giao thức IP. Chẳng hạn, chúng ta cần phải có một "tầng liên kết mạng" gắn vào khoảng trống giữa tầng mạng và tầng giao vận, để chỉ ra nơi tồn tại của ICMP (Internet Control Message Protocol - Giao thức điều khiển thông điệp Internet) và IGMP (Internet Group Management Protocol - Giao thức quản lý nhóm Internet). Thêm vào đó, chúng ta cũng cần phải có một tầng ở giữa tầng mạng và tầng liên kết dữ liệu dành cho ARP (Address Resolution Protocol - Giao thức tìm địa chỉ) và RARP (Reverse Address Resolution Protocol - Giao thức tìm địa chỉ ngược lại). Không những thế, nó còn chịu ảnh hưởng của việc thiết kế chỉ nhắm vào một cài đặt đơn giản của mạng lưới, với một tầng liên kết dữ liệu mà thôi (chẳng hạn người dùng ADSL dùng giao thức đường hầm (tunnelling protocol)


để "đào hầm" thông vào mạng lưới của công ty liên hiệp, dùng IP trên PPTP, hơn là dùng IP trên PPPoA, thông qua liên kết ADSL).

1.3. Kết luận chương I

TCP/IP cho ta một phương thức kết nối hiệu quả, linh hoạt. làm cho việc chuyển mạch sử dụng giao thức TCP/IP chống được tắc nghẽn giải quyết xung đột đơn giản. tuy nhiên, giao thức TCP/IP gây ra một quá trình sử lý phức tạp. đòi hỏi phần cứng xử lý nhiều, các trường kiểm tra lỗi không hiệu quả. Do đó giao thức TCP/IP không thích hợp cho một kết nối tổng thể trong mạng viễn thông. Tuy nhiên, với những ưu điểm có được của TCP/IP, nó vẫn đang được tiếp tục nghiên cứu nhằm định hướng cho phát triển tương lai.


CHƯƠNG II: CƠ CHẾ ARQ TRONG GIAO THỨC TCP/IP

2.1. đặc điểm của ARQ Trong thực tế có 2 loại cơ sở ARQ đó là idle RQ được dùng với truyền định hướng ký tự ,continious RQ được dùng với các loại truyền lại selective repeat hoặc goback N.Loại RQ liên tục thường dùng với truyền định hướng bit.

Nguyên lý kiểm soát lỗi idle RQ được định nghĩa để cho phép các khung của ký tự được truyền một cách tin cậy .để phân biệt phía gửi (nguồn),và phía nhận đích các thuật ngữ P (primary) và S(secondary) sẽ được sử dụng.để phân biệt các khung dữ liệu và các khung giám sát ta thường dùng các thuật ngữ I-Frame và ACK hay NAK Frame.

Idle RQ hoạt động ở chế độ mode bán song công,bởi vì sau khi P gửi một I-Frame nó phải chờ bên S báo cho biết là khung trước đó đã nhận đúng hay sai.Và P sẽ truyền một khung mới nếu thông tin nhận được là đúng ,và yêu cầu gửi lại khung cũ nếu thông tin nhận được là sai. Có 2 cách thực hiện nguyên lý này là truyền hiểu ngầm và truyền tường minh

Khi truyền thông tin trong mạng, thông tin truyền từ phía phát sang phía thu có thể bị sai lỗi hoặc mất. Trong trường hợp thông tin bị mất, cần phải thực hiện truyền lại thông tin. Với trường hợp thông tin bị sai, có thể sửa sai bằng một trong hai cách:

-Sửa lỗi trực tiếp bên thu: phía thu sau khi phát hiện lỗi có thể sửa lỗi trực tiếp ngay bên thu mà không yêu cầu phải phát lại. để có thể thực hiện được điều này, thông tin trước khi truyền đi phải được cài các mã sửa lỗi (bên cạnh việc có khả năng phát hiện lỗi, cần có khả năng sửa lỗi).

-Yêu cầu phía phát truyền lại: phía thu sau khi kiểm tra và phát hiện có lỗi sẽ yêu cầu phía phát truyền lại thông tin.

2.2.Vấn đề khi trao đổi dữ liệu Một số vấn đề khi hai thiết bị kết nối trực tiếp truyền nhận dữ liệu:

� đồng bộ khung

� điều khiển tốc độ truyền dữ liệu

� Xử lý lỗi gặp phải trên đường truyền


� định vị địa chỉ (trong cấu hình multipoint)

� Phân biệt dữ liệu và thông tin điều khiển

� Quản lý liên kết

Nội dung

điều khiển dòng dữ liệu

điều khiển lỗi

Một số nghi thức điều khiển liên kết dữ liệu

điều khiển dòng dữ liệu

Bên nhận thường có bộ đệm để nhận dữ liệu

Khi dữ liệu đến, bên nhận thường thực hiện một số xử lý trước khi gửi lên lớp cao hơn

điều khiển dòng: đảm bảo bên phát không gởi dữ liệu quá nhanh. Ngăn ngừa việc tràn bộ đệm.

*Mô hình truyền khung:

Hình 2.1: Mô hình truyền khung cơ chế ARQ


2.3.Kết luận chương II ARQ (Automatic Repeat Request) , có thể dịch là cơ chế tự động phát lại , ở giao thức TCP có sử dụng đến cơ chế này . Nó dùng để điều khiển luồng và điều khiển chống tắc nghẽn. nó tạo ra một số cơ chế nhằm thực hiện phát lại các khung tin bị sai. ở đây chúng ta quan tâm đến việc sử dụng cơ chế này vào mục đích điều khiển lưu lượng trong bộ giao thức TCP/IP. Chúng ta thấy rằng, khi có hiện tượng quá tải trên đường truyền thì gói tin không đến được đich. Lúc này gói tin coi là bị mất. phía phát sẽ căn cứ vào thông tin thu thập được này để tiến hành các hoạt động điều chỉnh mức lưu lượng phía phát cho phù hợp.


CHƯƠNG III: ĐIỀU KHIỂN LUỒNG TRONG VIỄN THÔNG

3.1. Khái niệm.

Điều khiển luồng là cơ chế nhằm đảm bảo việc truyền tin của bên phát không vượt quá khả năng xử lý của bên thu.Được thực hiện trong môi trường không có lỗi

Cơ chế điều khiển luồng được thiết kế để điều khiển luồng dữ liệu giữa người nhận và người gởi, sao cho vùng đệm của người nhận không bị tràn. Nếu bị tràn, các khung hoặc gói dữ liệu sẽ bị mất. Điều khiển luồng được dùng trong tầng liên kết dữ liệu để điều khiển các liên kết điểm-điểm và trong tầng chuyển tải để điều khiển luồng end-to-end trên mạng có định tuyến.

Phân loại Bao gồm: +Điều khiển luồng từ trạm tới trạm(End-2-End) +Điều khiển luồng theo từng nút(Hop-By-Hop)

3.2.Các kỹ thuật điều khiển luồng

3.2.1.Kỹ thuật dừng và đợi(Stop and wait) Stop -and-wait là một dạng của điều khiển dòng truyền dừng và đợi đã mở rộng để chứa các chức năng truyền lại dữ liệu trong trường hợp dữ liệu bị mất hoặc hư hỏng. để việc truyền lại có thể thực hiện được bổ sung vào cơ cấu dòng truyền 4 tính chất sau: Thiết bị gửi lưu bản copy khung được truyền cuối cùng cho đến khi nó nhận được ACK của khung đó. Việc này cho phép thiết bị gửi truyền lại khung bị mất hoặc khung bị hư hỏng đến khi chúng được nhận đúng. để nhận dạng đúng, cả khung dữ liệu lẫn khung ACK được đánh số luân phiên 0 và 1. Khung dữ liệu 1 được nhận biết bởi khung ACK1 có nghĩa là thiết bị nhận đã nhận được dữ liệu 1 và bây giờ đang chờ nhậnn dữ liệu 0. việc đánh số này cho phép nhận dạng khung dữ liệu trong trường hợp dữ liệu truyền 2 lần (điều này là quan trọng khi các khung ACK bị mất). Nếu một lỗi được phát hiện trong khung dữ liệu thì nơi nhận gửi khung NAK. Các khung NAK không được đánh số , thiết bị tự hiểu cần phải truyền lại khung cuối. Stop -and-wait ARQ đòi hỏi thiết bị gửi đợi đến khi nhận ACK khung cuối, trước khi truyền khung tiếp theo. Khi thiết bị gửi nhận khung NAK nó gửi lại khung đã được truyền sau ACK cuối mà bỏ qua số khung của nó. Thiết bị gửi được trang bị đồng hồ. Nếu chờ khung NAK trong một thời gian xác định mà không thấy thì cho rằng khung dữ liệu cuối đã bị mất và gửi lại khung đó.


a.Hoạt động Bên phát nhận được báo nhận sẽ phát khung tin F1,cứ như vậy quá trình di Bên phát sẽ phát khung tin F0 sau đó dừng lại đợi báo nhận của bên thu.Khi bên thu nhận được F0,sẽ gửi báo nhận(ACK) với số hiệu tương ứng với khung tin mong muốn được nhận (lúc này là ACK1)cho bên phát. (lưu ý rằng vì muốn tiết kiệm băng thông,nên người ta chỉ sử dụng 1 bit để dánh số,tức là ACK ở kỹ thuật này chỉ có giá trị 0 và 1) b. Đặc điểm: - A sẽ không làm gì khi chờ đợi ACK. - Không yêu cầu phải cho vào bộ đệm nào cả.(theo cơ chế có cầu thì mới có cung) - Hiệu suất hạn chế. c.Hiệu suất: Gọi n là hiệu suất của kỹ thuật dừng và đợi

Hình 3.1: hiệu suất kỹ thuật dừng và đợi

Tf là thời gian truyền 1 khung tin Td là thời gian trễ


Tp là thời gian xử lý 1 khung tin Tack là thời gian phát ACK của bên thu Tp’ là thời gian xử lý ACK Gọi T là thời gian cần thiết để phát xong 1 khung tin:

T=Tf+Td+Tp+Tack+Td+Tp’ n = Tf / T Do Tp,Tp’,Tack là rất nhỏ so với Tf nên T = Tf+2Td Vậy n = Tf / (Tf+2Td) = 1 / (1+2a) với a = Td / Tf

3.2.2.Kỹ thuật cửa sổ trượt (Sliding Window) a.Hoạt động

Bên phát được phát tối đa w khung trước khi nhận báo nhận(w:kích thước cửa sổ) Mỗi khi phát 1 khung w giảm đi 1 đơn vị,mỗi khi nhận 1 báo nhận,w lại tăng lên 1 đơn vị,khi w=0 thì không được phép phát tiếp Do bên phát được phát đồng thời w khung nên cần có 1 trường đánh số thứ tự các khung tin Giả sử cần k bit đánh số thứ tự các khung tin thì 1<= w <= 2^k - 1 Vd :Dùng 3 bit đánh số thứ tự các khung tin => w<8,chọn w=7

Hình 3.2: kỹ thuật cửa sổ trượt


b.Hiệu suất Hiệu suất của kỹ thuật sliding window được tính như sau +n = 1 nếu w>=2a+1 +n = w / (1+2a) nếu w<2a+1

3.3.Kết luận chương III

Với các kỹ thuật này của cơ chế ARQ nó cho phép cơ chế ARQ có thể giải quyết xung đột và điều khiển luồng. tuy nhiên, trong các kỹ thuật trên thì kỹ thuật cửa sổ trượt (siding-windown) là kỹ thuật chính. Kỹ thuật dừng và đợi (stop-and-wait) được coi như kỹ thuật cửa sổ trượt với W=1.


CHƯƠNG IV: ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN

4.1. Khái niệm

Trong các mạng chuyển mạch gói, các gói tin đi vào và đi ra các bộ đệm, hàng đợi hay thiết bị chuyển mạch giống như khi nó được chuyển qua mạng. Một đặc điểm quan trọng của mạng là các gói tin đến dưới dạng bó từ một hoặc nhiều nguồn khác nhau. Các bộ đệm sẽ giúp các router thu hút các bó cho đến khi chúng nhận được. Khi các bó đến vượt quá kích thước bộ đệm thì các gói đến sau sẽ bị loại bỏ. Việc tăng bộ đệm không phải là giải pháp do nếu kích thước bộ đệm quá lớn thì sẽ tạo ra trễ lớn. Tắc nghẽn xảy ra khi lưu lượng từ nhiều tuyến đổ dồn về một tuyến và tuyến này không có khả năng xử lý hết được. Tắc nghẽn cũng xảy ra ngay bên trong bản thân router tại mạng lõi của mạng khi các node nhận được nhiều lưu lượng hơn so với thiết kế của nó. Khi mạng xảy ra tắc nghẽn nếu không được xử lý kịp thời sẽ gây ra các hậu quả nghiêm trọng: các gói tin không được xử lý, không chuyển được đến đầu cuối người nhận sẽ ùn tắc trong mạng,mạng không hoạt động được trong thời gian dài sẽ khong thể truyền tải được dữ liệu,các thành phần có thể bị hư hỏng. Do đó vần đề quan trọng cần phải là phải điều khiển đuợc tắc nghẽn trong mạng. Đó có thể hành động điều khiển ngay khi có tắc nghẽn để phòng tránh tăc nghẽn và cũng có thể là điều khiển tắc nghẽn khi nó đã xảy ra.

Các tính năng của điều khiển tắc nghẽn cho phép điều khiển bằng việc sắp xếp lại các gói được gửi ra giao diện trên cơ sở ấn định các độ ưu tiên cho các gói. Quản lý các gói yêu cầu phải đưa ra các loại hàng đợi, ấn đinh các gói vào hàng đợi bằng việc phân lớp các gói, sau đó lập lịch các gói và đưa ra đường truyền. Tính năng quản lý hàng đợi trong QoS cung cấp 4 loại giao thức hàng đợi khác nhau, chúng sắp xếp các loại lưu lượng có mức độ khác nhau được gửi đi. Trong các chu kỳ của lưu lượng nếu không có tắc nghẽn thì các gói sẽ được gửi đi với tốc độ như khi nó đến, nếu xảy ra tắc nghẽn thì các gói sẽ đến với tốc độ lớn hơn tốc độ truyền nó ở giao diện đầu ra. Nếu ta dùng các chức năng quản lý tắc nghẽn thì các gói bị ứ đọng tại giao diện sẽ được sắp xếp vào hàng đợi để gửi đi cho đến khi giao diện rỗng. Sau đó được lập lịch để gửi đi tuỳ theo độ ưu tiên được ấn định cho từng gói và cơ cấu hàng đợi được thiết kế cho từng giao diện. Router thực hiện trình tự truyền dẫn của các gói bằng việc


điều khiển xem gói nào được đặt trong hàng đợi nào và hàng đợi đó được phục vụ như thế nào với sự ảnh hưởng của hàng đợi khác.

Trong các mạng hỗn tạp bao gồm nhiều các giao thức khác nhau được sử dụng bởi nhiều ứng dụng thì điều qua trọng là phải ưu tiên hoá các lưu lượng để có thể vừa truyền được các lưu lượng yêu cầu tính thời gian thực cao vừa truyền được các lưu lượng không yêu cầu thời gian thực. Các loại lưu lượng khác nhau cùng chia xẻ một đường truyền dữ liệu có thể ảnh hưởng lẫn nhau khi chúng cố gắng thể hiện các ứng dụng của mình. Nếu mạng được thiết kế để hỗ trợ các loại lưu lượng khác nhau cùng chia xẻ một đường truyền dữ liệu giữa các router thì có thể sử dụng các kĩ thuật điều khiển tắc nghẽn để chắc chắn rằng mọi đối xử với các gói khác nhau là công bằng.

Một số lưu ý trong quản lý tắc nghẽn:

• Sự ưu tiên lưu lượng đặc biệt quan trọng đối với các ứng dụng nhạy với độ trễ và dựa trên cơ sở giao dịch tương quan,tuy nhiên việc sử dụng hàng đợi WFQ đảm bảo rằng tất cả lưu lượng đều được đối xử như nhau

• Sự ưu tiên được sử dụng hiệu quả nhất trong các kết nối WAN nơi mà sự phối hợp giữa lưu lượng dạng bó và các luồng dữ liệu có tốc độ thấp hơn có thể gây ra tắc nghẽn tạm thời.

• Tuỳ thuộc vào kích thước gói trung bình mà sự ưu tiên cũng hiệu quả hơn khi được gửi tới các kết nối có tốc độ bằng luồng T1/E1 hoắc thấp hơn.

4.2. Các kỹ thuật được sử dụng trong quản lý tắc nghẽn

• Điều khiển luồng phía đầu cuối: đây không phải lược đồ điều khiển tắc nghẽn nhưng cũng là cách để tránh trường hợp phía phát gửi quá nhiều lưu lượng vượt quá cả không gian bộ đệm phía thu.

• Điều khiển tắc nghẽn mạng: trong lược đồ này, các hệ thống đầu cuối giảm tốc độ của luồng lưu lượng để tránh tắc nghẽn trong mạng, cơ chế này tương tự như điều khiển luồng đầu cuối, nhưng mục đích chính là để giảm tắc nghẽn trong mạng chứ không phải phía thu.

• Tránh tắc nghẽn trên cơ sở mạng: trong lược đồ này, router sẽ cố gắng dò tìm ra tắc nghẽn khi nó có khả năng xảy ra, và cố gắng giảm tốc độ của luồng đầu vào trước khi hàng đợi hàng đợi đầy.


• Phân phối tài nguyên: kỹ thuật bao gồm tiến trình lập lịch có sử dụng các mạch vật lý hoặc các nguồn tài nguyên khác. Một mạch ảo được xây dựng qua nhiều chuyển mạch cùng với băng thông đảm bảo cũng là một loại phân phối tài nguyên. Kỹ thuật này rất khó nhưng nó có khả năng loại trừ tắc nghẽn trong mạng bằng việc khoá các lưu lượng vượt quá khả năng của mạng.

Một giải pháp quan trọng nhất trong điều khiển tắc nghẽn đó là sử dụng hàng đợi. Các bộ đệm trong các thiết bị mạng được quản lý bởi rất nhiều kỹ thuật hàng đợi. Nói đúng ra quản lý hàng đợi có thể tối thiểu hoá việc mất gói trong mạng và tắc nghẽn xảy ra cũng như làcải thiện được hiệu năng của mạng. Một kỹ thuật hàng đợi cơ bản nhất là FIFO, các gói được xử lý theo trật tự mà chúng đến hàng đợi, còn hàng đợi ưu tiên sử dụng cấu trúc đa hàng đợi với các mức ưu tiên khác nhau sẽ ưu tiên xử lý các gói quan trọng nhất và truyền tới các node kế tiếp.

Một kỹ thuật hàng đợi quan trọng nữa là tự ấn định các luồng cho chính bản thân các hàng đợi. Với các luồng khác nhau thì độ ưu tiên cũng được khác nhau, và mỗi luồng đều được xử lý để chắc chắn rằng chúng không làm tràn hàng đợi. Việc tách rời các hàng đợi theo cách này đảm bảo rằng các hàng đợi sẽ chỉ chứa các gói từ một nguồn đơn lẻ.

4.3. Điều khiển tắc nghẽn và tránh tắc nghẽn trong mạng TCP

Trong những năm 1980 Internet dễ xảy ra hiện tượng “sụp đổ tắc nghẽn”,do có quá ít chức năng điều khiển quản lý mạng. Các kết nối đơn lẻ sử dụng điều khiển luồng giữa người gửi và người nhận để tránh phía gửi làm tràn lưu lượng tại phía nhận.

Nhưng việc điều khiển luồng trong thời điểm đó mới chỉ tránh tràn lụt lưu lượng tại các bộ đệm phía thu chứ chưa giải quyết được tại các bộ đệm phía trong các node mạng. Tuy nhiên lưu lưọng sử dụng trên mạng Internet ngày đó chưa lớn và nó bao gồm một số lượng các kết nối tốc độ chậm do đó vấn đề tắc nghẽn không quan trọng như ngày nay.

Sau những năm 1980 Van Jacopson đã phát triển các cơ chế điều khiển tắc nghẽn,tạo ra các đáp ứng TCP để hạn chế tắc nghẽn trong mạng. Nền tảng cơ bản là loại bỏ các gói sẽ làm cho các host ngừng lại hoặc chậm dần.


Thông thường khi một host nhận một gói hoặc một tập các gói thì nó sẽ gửi một ACK(acknowlegement) cho phía phát để thông báo là đã nhận được gói tin. Cơ chế cửa sổ cho phép host nhận đa gói tin mà chỉ dùng một ACK.Việc phía gửi không nhận được các ACK chứng tỏ rằng phái thu bị tràn bộ đệm hoặc mạng bị nghẽn do đó phía phát phải dừng việc chuyển gói hoặc giảm tốc độ.

Một chiến lược được đưa ra là “Giảm theo cấp số nhân, tăng theo cấp số cộng” để điều chỉnh số lượng các gói đến trongcùng một thời điểm. Nếu vẽ lược đồ về luồng dữ liệu ta sẽ thấy số lượng các gói tăng lên cho đến khi có tắc nghẽn xuất hiện trong mạng (tăng theo cấp sô cộng) và khi gói bắt đầu bị loại bỏ thì ta giảm nhanh các gói truyền cho đến khi việc truyền gói bắt đầu dừng (giảm theo cấp số nhân). Kích thước cửa sổ sẽ lần lượt giảm một nửa khi có tắc nghẽn xảy ra. Các host sẽ tìm ra tốc độ truyền dẫn tối ưu bằng việc thường xuyên kiểm tra mạng với tốc độ cao hơn. Thỉnh thoảng tốc độ truyền cao hơn này được chấp nhận nhưng khi mạng bận thì các gói bắt đầu bị loại bỏ và host lại quay trở lại tốc độ ban đầu. Lược đồ này coi mạng như một hộp đen loại bỏ các gói khi có tắc nghẽn. Do đó điều khiển tắc nghẽn được thực hiện bởi các hệ thống đầu cuối và chúng coi việc loại bỏ các gói là để chỉ thị tắc nghẽn. Phía người gửi sẽ truyền một số lượng lớn các file để đẩy lên tốc độ cao hơn cho tới khi nó đạt được tất cả băng thông. Các host khác có thể gặp vài vấn đề khi chuyến gói qua mạng. Các host bị túm lấy băng thông thì chỉ truyền tải được rất ít lưu lượng quan trọng.

Tất nhiên, mạng có thể sử dụng role tích cực trong điều khiển tắc nghẽn. Cơ chế điều khiển và tránh tắc nghẽn có thể chia ra thành các quá trình:

• Khôi phục tắc nghẽn: hoàn trả lại trạng thái hoạt động của mạng khi yêu cầu vượt quá khả năng.

• Đoán trước được tắc nghẽn xảy ra và có thể phòng tránh được không cho tác nghẽn có thể xảy ra.

Ngày nay tránh tắc nghẽn là công cụ cải thiện hiệu năng và QoS trong mạng Internet. Chuẩn RFC 2309 (giới thiệu quản lý hàng đợi và tránh tắc nghẽn trong Internet) đưa ra cơ chế tránh tắc nghẽn dựa trên cơ cấu router. Cơ chế này chia ra thành các thuật toán quản lý hàng đợi và thuật toán lập lịch.

Mục đích quan trọng là tối thiểu số lượng các gói bị loại bỏ. Nếu một host truyền tại tốc độ cao hơn và mạng bị nghẽn thì số lượng các gói bị mất sẽ tăng.


RFC 2309 chỉ ra rằng thà chấp nhận các luồng dạng bó đến làm tràn hàng đợi còn hơn là cố gắng duy trì trạng thái không đầy của hàng đợi.

TCP có xử lý điều khiển tắc nghẽn, UDP được điển hình sử dụng cho các luồng video và audio thời gian thực bởi vì nó không cần khôi phục lại các gói bị mất.UDP là giao thức truyền tải không đảm bảo do nó không truyền lại các báo hiệu ngược trở lại nguồn. Các luồng UDP không thể được điều khiển bởi cách điều khiển tắc nghẽn như trong TCP truyền thống.

Trong chuẩn RFC 2581 giới thiệu 4 thuật toán cho điều khiển tắc nghẽn: khởi đầu chậm,truyền lại nhanh,khôi phục nhanh,tránh tắc nghẽn.

• Điều khiển tắc nghẽn khởi đầu chậm:

Khởi đầu chậm làm giảm ảnh hưởng của bó khi một host đầu tiên được truyền. Nó yêu cầu một host khởi đầu việc truyền dẫn của nó chậm hơn, sau đó nó sẽ xử lý các điểm có tắc nghẽn xảy ra. Một host lúc đầu không biết có bao nhiêu gói được gửi do đó nó sẽ sử dụng cách khởi đầu chậm để định giá dung lượng của mạng. Một host bắt đầu việc truyền dẫn bằng cách gửi hai gói tin tới phía thu. Khi phía thu nhận được các segment thì nó sẽ gửi phản hồi lại phía nhận một ACK để xác nhận. Phía phát sẽ tăng số gói gửi theo cơ số hai, tức là sẽ gửi 4 gói. Việc này sẽ tiếp tục tại phía phát cho đến khi không nhận được phản hồi ACK. Việc chỉ thị này cho thấy khả năng xử lý lưu lượng của mạng hoặc khả năng xử lý lưu lượng tới của phía thu.

Khởi đầu chậm không có khả năng ngăn chặn tắc nghẽn mà nó chỉ giúp cho các host tránh được trạng thái tắc nghẽn tạm thời. Nếu một host gửi quá nhiều gói thì nó sẽ gây ra nghẽn mạng, tràn bộ đệm và các gói sẽ bị loại bỏ. Nhưng trong một số ứng dụng mới như: thoại qua IP thì không thể chấp nhận được trễ gây ra bởi việc khởi đầu chậm, do đó trong một số trường hợp thì mạng sẽ không sử dụng kiểu này

• Khôi phục và truyền lại nhanh:

Truyền lại và khôi phục lại nhanh là các thuật toán được thiết kế để tối thiểu hoá việc loại bỏ gói khi truyến trong mạng. Cơ chế truyền lại nhanh suy luận từ cơ chế truyền TCP. Phía thu sẽ gửi các báo hiệu tới phía gửi rằng nó nhân được các gói không theo trật tự. Kĩ thuật này sẽ phải gửi rất nhiều bản sao ACK tới phía phát. Đây là cách để chỉ thị các gói bị mất. Thay cho việc chờ đợi phản hồi ACK cho đến khi hết thời gian thì nguồn gửi sẽ tự phát lại gói khi


nhận được 3 bản sao ACK. Việc này xảy ra trước khi thời gian hết hạn do đó chúng cải thiện được khả năng thông qua của mạng. Ví dụ khi một host nhận được gói thứ 5 và 7(mà không nhận được gói thứ 6) thì nó sẽ gửi phản hồi ACK cho gói thứ 5 khi nó nhận được gói thứ 7.

Khôi phục nhanh là cơ chế thay thế cho kiểu khởi đầu chậm khi truyền lại nhanh được sử dụng. Các ACK vẫn tiếp tục được truyền để chỉ thị có bị mất gói hay không cho tới khi phía nguồn nhận được ACK có số thứ tự cao hơn gói bị mất. Trong trường hợp đó có nghĩa là có một gói đơn bị mất và mạng không bị nghẽn hoàn toàn. Do đó phía phát không cần thiết phải quay trở lại khởi động chậm ngay lập tức mà chỉ cần giảm tốc độ truyền xuống bằng một nửa so với tốc độ ban đầu.

• Tránh tắc nghẽn bằng cách sử dụng quản lý hàng đợi tích cực

Việc loại bỏ gói là hoàn toàn không hiệu quả. Nếu một host bị ngập tràn và tức nghẽn xảy ra thì sẽ có rất nhiều gói bị mất. Do đó việc loại bỏ tắc nghẽn sắp xảy đến và quản lý tắc nghẽn tích cực là điều rất cần thiết. Để thực hiện điều này ta sử dụng quản lý hàng đợi tích cực, và lập lịch. Quản lý hàng đợi là một kĩ thuật mà các router loại bỏ gói một cách tích cực từ ngay trong hàng đợi để tránh tràn hàng đợi,và giảm tốc độ. Trong quản lý hàng đợi ta sử dụng thuật toán RED (phát hiện sớm ngẫu nhiên) để thực hiện quản lý hàng đợi.


TỔNG KẾT Trong mạng viễn thông cơ chế điều khiển lưu lượng (flow control) và kiểm soát lỗi chủ yếu là sử dụng cơ chế ARP trong giao thức TCP .cơ chế ARP về nguyên tắc là việc phát bản tin tới đích có xác nhận. khi có sự cố nó sẽ truyền lại bản tin đó. Với phương thức hoạt động đơn giản cơ chế ARP (automatic repeat request) nó là cơ chế cơ bản trong giao thức TCP/IP nhằm kiểm soát lỗi và điều khiển lưu lượng.

Trong báo cáo này em đã trình bày một số vấn đề sau:

• Cấu trúc và hoạt động của bộ giao thức TCP/IP gồm có 4 lớp, các lớp trên cùng hoạt động dựa vào các lớp dưới nhằm tạo ra bản tin có cấu trúc dần dần giống các cấu trúc vật lý trên đường truyền. càng lớp trên chúng càng gần gũi hơn với người dùng.

• Phương thức hoạt động của ARQ (automatic repeat request) là một cơ chế phát lại được sử dụng trong giao thức TCP nhằm điều khiển luồng. cơ chế này thực hiện phát lại các bản tin lỗi

• Kỹ thuật cửa sổ trượt (siding-windown) và kỹ thuật dừng và đợi được sử dụng trong cơ chế ARQ .

Tuy nhiên bản báo cáo này còn nhiều hạn chế. Bản báo cáo mới chỉ dừng lại ở mức tổng quan về điều khiển luồng trong giao thức TCP sử dụng cơ chế ARQ (automatic repeat request) chưa đi sâu vào nghiên cứu phương thức của chúng.

Em rất mong được sự góp ý của thầy cô và các bạn nhằm hoàn thiện hơn bản báo cáo. Đó cũng là một cách thức nhằm củng cố kiến thức của em về bộ môn chuyển mạch. Đặc biệt là mô hình TCP/IP và cơ chế tự động phát lại của giao thức TCP.

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa chuyển mạch đã giúp đỡ em hoàn thành đề tài này.


TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Báo cáo: “Ethernet va ARQ”. Học viện kỹ thuật quân sự.

2. Luận Văn tốt nghiệp Đại học-Đỗ Thanh Huyền- D2001VT.

3. Điều khiển Lưu lượng- Wikipedia.org.

cm-dieu khien luu luong va chong tac nghen

Documents