chuong-1tong-quan-danh-gia-hieu-nang-mang59440

CNTT 13/12/17 1 KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG MẠNG SỐ TÍN CHỈ 03, LÝ THUYẾT 45, THUYẾT TRÌNH 05 TBKT 20%, KTGK 20%, THI 60% TS NGUYỄN KIM QUỐC Tp Hồ Chí Minh 201[.]

Trang 1

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH

ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG MẠNG

SỐ TÍN CHỈ: 03, LÝ THUYẾT: 45, THUYẾT TRÌNH: 05

TBKT: 20%, KTGK:20%, THI: 60%

TS NGUYỄN KIM QUỐC

Tp Hồ Chí Minh - 2016

Tổng quan đánh giá hiệu năng mạng

1 Truyền thông trong mạng

2 Các khái niệm hiệu năng mạng

3 Các độ đo hiệu năng mạng

4 Các phương pháp đánh giá hiệu năng mạng

5 Mô phỏng đánh giá hiệu năng mạng

6 Các giải pháp kiểm soát tắc nghẽn

Ý nghĩa và các yếu tố hiệu năng mạng

• Đánh giá hiệu năng mạng: là đánh giá khả năng đáp ứng các dịch vụ, độ ổn định và an toàn của mạng.

• Ý nghĩa đánh giá hiệu năng mạng

- Phân tích, thiết kế, xây dựng hệ thống mạng hiệu quả.

- Cấu hình mạng tối ưu nhất theo hệ thống, tinh chỉnh hệ thống phù hợp môi trường mạng thực tế, nâng cao chất lượng dịch vụ mạng.

- Đánh giá các giao thức và kiểm nghiệm thiết bị.

• Các nhân tố đánh giá hiệu năng mạng

Tính sẵn sàng để dùng (availability), Thông luợng (throughput) Thời gian đáp ứng (response time)

Thời gian trễ (delay),

độ tin cậy (reliability),

Tỉ suất lỗi (error rate)

Tỉ lệ mất gói Mức độ cân bằng Khả năng sử dụng và quản lý tài nguyên

Trang 2

Đánh giá hiệu năng mạng– Khoa Công nghệ thông tin 5

Các độ đo hiệu năng mạng

• Tỉ lệ mất gói tin(𝑝𝑎𝑐𝑘𝑒𝑡 𝑙𝑜𝑠𝑠 𝑟𝑎𝑡𝑒): được xác định là tỉ số của

tổng số gói tin bị mất 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑙𝑜𝑠𝑠 𝑝𝑎𝑐𝑘𝑒𝑡 với tổng số gói tin đã

gửi 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑠𝑒𝑛𝑡 𝑝𝑎𝑐𝑘𝑒𝑡 Đối với mạng ổn định thì tỉ lệ này thấp,

ngược lại tỉ lệ này rất cao Tỉ lệ này mất gói tin được xác định

theo công thức như sau:

• Mức độ sử dụng đường truyền : làkhả năng tận dụng đường

truyền của mạng Chỉ số này cho biết khả năng truyền của mạng

qua đường truyền là mạnh hay yếu và tính theo công thức sau:

Các độ đo hiệu năng mạng

• Mức độ công bằng: là mức độ của các luồng thể hiện mạng có đảm bảo sự công bằng cho các kết nối khi trong mạng có nhiều loại hình thông lượng khác nhau Mức độ công bằng là 1 khi thông lượng của các luồng bằng nhau, và ngược lại.

• Kích thước hàng đợi trung bình: là chỉ số biểu thị trực tiếp mức

độ sử dụng tài nguyên tại bộ định tuyến Chỉ số này được xác định bằng tỉ số của kích thước hàng đợi trung bình với kích thước thực của hàng đợi Cơ chế có chỉ số này càng nhỏ sẽ có

độ trễ tại hàng đợi nhỏ và ngược lại.

Các phương pháp đánh giá hiệu năng mạng

• Mô hình phân tích :

- Đây là phương pháp sử dụng cơ sở lý thuyết, công thức toán học

để đánh giá hiệu năng mạng

- Có thể thay đổi các tham số hệ thống và cấu hình mạng trong một

miền rộng với chi phí thấp mà vẫn có thể đạt được các kết quả

mong muốn.

đơn giản hoá nhờ các giả thiết, hoặc được phân rã thành các mô

hình nhiều cấp Các mô hình giải được thuờng rất đơn giản hoặc

khác xa thực tế.

- Thuờng chỉ được sử dụng ngay trong giai đoạn đầu của việc thiết

kế mạng, giúp cho nguời thiết kế dự đoán được các giá trị giới hạn

của hiệu năng.

• Phương pháp mô phỏng

- Phương pháp thực hiện cài đặt và thực nghiệm, đòi hỏi một chi phí rất cao Tuy nhiên, sau khi đã xây dựng xong bộ mô phỏng, có thể tiến hành chạy chương trình mô phỏng bao nhiêu lần tuỳ ý, với độ chính xác theo yêu cầu và chi phí cho mỗi lần chạy thuờng là rất thấp.

phương pháp giải tích hoặc đo đạc.

- Phương pháp mô hình Giải tích và mô hình Mô phỏng đóng vai trò rất quan trọng trong việc thiết kế và triển khai thực hiện hệ thống, đặc biệt là ở giai đoạn đầu.

Trang 3

• Phương pháp độ đo

- Phương pháp chỉ có thể thực hiện được trên mạng thực, đang hoạt

động, nó đòi hỏi chi phí cho các công cụ đo và việc tiến hành đo.

- Việc đo cần được tiến hành tại nhiều điểm trên mạng thực, ở

những thời điểm khác nhau và cần lặp đi lặp lại trong một khoảng

thời gian đủ dài.

- Ngoài ra, nguời nghiên cứu phải có kiến thức về Lý thuyết thống kê

thì mới có thể rút ra được các kết luận hữu ích từ các số liệu thu

thập được.

• Tổng hợp các phương pháp đánh giá hiệu năng mạng

Truyền thông trong mạng

• Mô hình OSI (Open Systems Interconnection)

MÔI TRƯỜNG TRUYỀN THÔNG

• Tầng ứng dụng (Application layer): Giao tiếp với mạng với ứng dụng người dung, xác định giao diện giữa người sử dụng với môi trường mạng.

• Tầng trình bày (Presentation layer): Chuyển đổi các thông tin từ ứng dụng của người sử dụng sang khuôn dạng dữ liệu truyền, ngoài ra nó

có thể nén và mã hóa dữ liệu truyền trước khi truyền để bảo mật.

• Tầng giao dịch (Session layer): Thiết lập các phiên, xác lập ánh xa giữa các tên, cách đặt địa chỉ, tạo ra các giao tiếp ban đầu giữa các máy tính khác nhau trên cơ sở các giao dịch truyền thông.

• Tầng giao vận (Transport layer): Điều khiển truyền thông, cách thức chuyển giao gói tin Để bảo đảm được việc truyền ổn định trên mạng, đánh số các gói tin và đảm bảo chúng chuyển theo thứ tự.

Trang 4

• Tầng mạng (Network layer): Định tuyến, xác định việc chuyển

hướng, vạch đường các gói tin trong mạng, các gói tin này có

thể phải đi qua nhiều chặng trước khi đến được đích cuối cùng.

• Tầng liên kết dữ liệu (Data link layer): Thiết lập khung dạng dữ

liệu, xác định cơ chế truy nhập thông tin trên mạng, các dạng

thức chung trong các gói tin, đóng các gói tin.

• Tầng vật lý (Phisical layer): Môi trường truyền thông, motả các

đặc trưng vật lý của mạng, mô trường truyền, kỹ thuật nối mạch

điện, tốc độ cáp truyền dẫn.

• Mô hình TCP/IP

MÔ PHỎNG ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG MẠNG

• GIỚI THIỆU PHẦN MỀM MÔ PHỎNG NS2

• CÀI ĐẶT MÔ PHỎNG MẠNG TRÊN NS2

• ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG MẠNG MÔ PHỎNG

Giới thiệu phần mềm NS2

• Kiến trúc NS2

TclOTclTclCL

OTcl để:

- Mô phỏng những thông số hay cấu hình thay đổi.

- Cấu hình, thiết lập, thời gian tương tác.

- Thực hiện những cái ta muốn bằng cách thao tác trên các đối tượng C++ đang tồn tại.

Trang 5

• Mô hình mô phỏng NS2

Simulation Program Chương trình mô phòng

NS Simulation Library Thư viện mô phỏng NS

Event Scheduler Objects Cácđối tượng bộ lập lịch sự kiện

Network Component Objects Cácđối tượng thành phần mạng

Network Setup Helping Modules Các mô đun trợ giúp thiết lập mạng

Simulation Results Cáckết quả mô phỏng

NAM Network Animator Minh họa Mạng NAM

• Công dụng phần mềm NS2

hướng đối tượng, được phát triển tại UC Berkely, viết bằng ngôn ngữ C++ và OTcl NS2 rất hữu ích cho việc mô phỏng mạng diện rộng (WAN) và mạng local (LAN).

- NS thực thi các giao thức mạng như: giao thức điều khiển truyền tải (TCP) và giao thức gói người dùng (UDP).

- Các dịch vụ nguồn lưu lượng như: Giao thức truyền tập tin (FTP), Telnet, Web, tốc độ bit cố định (CBR) và tốc độ bit thay đổi (VBR).

- Các kỹ thuật quản lý hàng đợi như: Vào trước ra trước (Drop Tail),

dò sớm ngẫu nhiễn (RED) và CBQ.

• Đặc điểm của NS2

- Khả năng kiểm tra tính ổn định của các giao thức mạng.

- Khả năng đánh giá các giao thức mạng trước khi sử dụng.

- Khả năng thực thi những mô hình mạng lớn mà gần như ta không

thể thực thi được trong thực tế.

- Khả năng mô phỏng nhiều loại mạng khác nhau, các kỹ thuật quản

lý hàng đợi Router như DropTail, RED, CBQ.

đất (di động, adhoc, GPRS, WLAN, BLUETOOTH), vệ tinh, Mobile-IP

và adhoc như DSR, TORA, DSDV và AODV.

- Hành vi nguồn traffic – www, CBR, VBR, agent UDP/ TCP.

- Định tuyến, luồng packet, Telnet, FTP, Ping.

Mô phỏng đánh giá hiệu năng mạng

• Kịch bản mô phỏng mạng trong NS2

- Khởi tạo mô phỏng: set ns [new Simulator], tạo instance của Simulator, gán vào biến ns.

- Tạo đối tượng ghép như các node và các link

- Connect (nối) các đối tượng thành phần Mạng đã được tạo lại với nhau (ví dụ như hàm attach-agent)

(thường là cho các đối tượng ghép)

- Tạo các connection giữa các agent (ví dụ như tạo connection giữa

“tcp” và “sink”)

- Xác định tuyến tùy chọn trình diễn NAM.

Trang 6

• Otcl script trong NS2

- Tạo nút:

✓ set n0 [$ns node]

✓ set n1 [$ns node]

- Để tạo liên tục 5 node:

✓ for {set i 0} {$i<5} {incr i} {Set n($i) [$ns node]}

- Thiết lập màu cho node bằng lệnh:

✓ $n0 color <colour>

- Tạo link một chiều giữa hai node:

✓ $ns simplex-link $n0 $n1 <bandwidth> <delay> <queue_type>

- Tạo link hai chiều giữa hai node:

✓ $ns duplex-link $n0 $n1 <bandwidth> <delay> <queue_type>

- Khởi tạo Network Agents UDP

✓ set udp0 [new Agent/UDP]

✓ set null [new Agent/Null]

✓ $ns attach-agent $n0 $udp0

✓ $ns attach-agent $n1 $null

✓ $ns connect $udp0 $null

- Khởi tạo Network Agents TCP

✓ set tcp [new Agent/TCP]

✓ set tcp_sink [new Agent/TCPSink]

✓ $ns attach-agent $n0 $tcp

✓ $ns attach-agent $n1 $tcp_sink

✓ $ns connect $tcp $tcp_sink

- Tốc độ bit cố định CBR

✓ set my_cbr [new Application/Traffic/CBR]

✓ $my_cbr attach_agent $udp

✓ $ns at <time> “$my_cbr start”

- Traffic thay đổi theo phân bố mũ

✓ set my_exp [new Application/Traffic/Exponential]

- Traffic thay đổi theo phân bố Pareto

✓ set my_pareto [new Application/Traffic/Pareto]

- TrafficTrace

✓ set t_file [new Tracefile]

✓ $t_file filename <file>

✓ set src [new Application/Traffic/Trace]

✓ $src attach-tracefile $t_file

- Giao thức truyền tập tin FTP

✓ set ftp [new Application/FTP]

Trang 7

- Ứng dụng HTTP ở Node client:

✓ set client [new HTTP/Client $ns $node0]

✓ $client connect $server

- Ứng dụng HTTP ở Node server:

✓ set server [new HTTP/Server $ns $node0]

✓ $server set-page-generator $pgp

• Ví dụ minh họa

- Topology mạng đơn giản và kịch bản mô phỏng

set ns [new Simulator]; #Create a simulator object

$ns color 1 Blue; #Define different colors for data flows

$ns color 2 Red ; #Define different colors for data flows

set nf [open out.nam w]; #Open the NAM trace file

close $nf ; #Close the NAM trace file

exec nam out.nam & ; #Execute NAM on the trace file

set n2 [$ns node] ; set n3 [$ns node]

$ns duplex-link $n0 $n2 2Mb 10ms DropTail; #Create links between the nodes

$ns duplex-link $n1 $n2 2Mb 10ms DropTail; #Create links between the nodes

$ns duplex-link $n2 $n3 1.7Mb 20ms DropTail; # links between the nodes

$ns queue-limit $n2 $n3 10; #Set Queue Size of link (n2-n3) to 10

$ns duplex-link-op $n0 $n2 orient right-down; #Give node position (for NAM)

$ns duplex-link-op $n1 $n2 orient right-up; #Give node position (for NAM)

$ns duplex-link-op $n2 $n3 orient right; #Give node position (for NAM)

$ns duplex-link-op $n2 $n3 queuePos 0.5; #Monitor the queue for link (n2-n3)

Trang 8

#Setup a FTP over TCP connection

set ftp [new Application/FTP]

$ftp attach-agent $tcp

$ftp set type_ FTP

set udp [new Agent/UDP]; #Setup a UDP connection

$ns attach-agent $n1 $udp set null [new Agent/Null]

$ns attach-agent $n3 $null

$ns connect $udp $null

$udp set fid_ 2 set cbr [new Application/Traffic/CBR]; #Setup a CBR/ UDP connection

$cbr attach-agent $udp

$cbr set type_ CBR

$cbr set packet_size_ 1000

$cbr set rate_ 1mb

$cbr set random_ false

#Print CBR packet size and interval

puts "CBR packet size = [$cbr set packet_size_]"

puts "CBR interval = [$cbr set interval_]"

#Run the simulation

$ns run

1 set ns [new Simulator]

2 set n0 [$ns node]

3 set n1 [$ns node]

4 $ns duplex–link $n0 $n1 10Mbps 5ms DropTail

5 Set tcp0 [new Agent/TCP]

6 $ns attach-agent $n0 $tcp0

7 Set ftp0 [new Application/FTP]

8 $ftp0 attach–agent $tcp0

9 $tcp0 set packet_size_ 500 10.$tcp0 set windown_ 1000 11.Set sink0 [ new Agent /TCPSink]

12.$ns attach-agent $n1 $sink0 13.$ns connect $tcp0 $sink0 14.$ns at 1.0 “$ftp0 start“

15.$ns at 5.0 “$ftp0 stop“

• Bài tập: Giải thích ý nghĩa từng dòng lệnh và vẽ mô hình mạng của kịch bản sau:

Trang 9

Cấu trúc của các file bám vết

1 Trường đầu tiên là kiểu sự kiện.

Được đưa ra bằng một trong 4

biểu tượng: r,+,-,d lần lượt tương

ứng với nhận (ở đầu ra của kênh

truyền), đã xếp vào hàng, đã ra

khỏi hàng, và bị loại.

2 Thời điểm xảy ra sự kiện.

3 Đưa ra nút đầu vào

dưới dạng "node.port"

10 Địa chỉ đích, có dạng như trên.

11 Đây là số thứ tự gói tin của giao thức lớp mạng.

12 Mã nhận dạng duy nhất của gói tin

Tắc nghẽn và các giải pháp kiểm soát tắc nghẽn

• Khái niệm tắc nghẽn trong mạng TCP/IP

- Dưới góc độ của người dùng : Một mạng được cho là tắc nghẽn từ quan điểm của người dùng nếu tiện ích của người dùng đó giảm do

sự gia tăng tải mạng.

- Dưới góc độ của mạng : Tắc nghẽn mạng như một trạng thái của mạng, nó làm giảm hiệu năng của mạng do sự bão hòa của tài nguyên mạng.

• Nguyên nhân tắc nghẽn trong mạng TCP/IP

- Do thời gian chờ xử lý và xếp hàng trong hàng đợi quá lớn: Khi

luồng các gói tin đột ngột đến từ nhiều cổng vào và tất cả đều cần

ra cùng một cổng ra thì hàng đợi tại đây sẽ có chiều hướng tăng.

Nếu khả năng xử lý của các nút mạng chậm thì sẽ dẫn đến tắc

nghẽn.

- Do chiều dài hàng đợi nhỏ: Nếu chiều dài hàng đợi không đủ dung

lượng để lưu các gói tin đến thì xảy ra hiện tượng mất gói Việc

tăng chiều dài hàng đợi lên sẽ hạn chế sự mất gói, nhưng đây

không phải là giải pháp tốt vì khi tăng chiều dài hàng đợi thì đồng

nghĩa với việc tạo ra trễ lớn tại hàng đợi, làm ảnh hưởng đến hiệu

năng mạng.

• Nguyên nhân tắc nghẽn trong mạng TCP/IP

- Do hạn chế của giao thức TCP: TCP kiểm soát tắc nghẽn theo cơ chế thụ động ở phía đầu cuối, nên sẽ có độ trễ lớn từ khi xảy ra hiện tượng mất gói cho đến khi TCP nhận biết tắc nghẽn Hơn nữa,

TCP không có khả năng phân biệt giữa mất gói do đường truyền hay mất gói do tắc nghẽn.

- Do tính không đồng nhất giữa các mạng liên kết với nhau :Tốc độ truyền trên kênh di động thấp hơn nhiều so với kênh cố định Vì vậy, phần truy cập vô tuyến sẽ luôn là chỗ nghẽn cổ chai đối với một kết nối giữa thuê bao di động với đầu cuối ở mạng cố định.

Hoặc trong trường hợp có sự chênh lệch lớn về tốc độ truyền của hai mạng liền kề nhau gây ra hiệu ứng băng thông không đối xứng, làm tác động lớn đến truy cập mạng, hệ thống dễ dàng xảy ra tắc nghẽn.

Trang 10

• Nguyên lý kiểm soát tắc nghẽn trong mạng TCP/IP

- Nguyên lý điều khiển vòng mở: kiểm soát tắc nghẽn không phụ

thuộc vào thông tin phản hồi từ các điểm tắc nghẽn trong mạng.

Trong nguyên lý điều khiển vòng mở, việc quyết định khi nào có

thể nhận gói tin mới, khi nào loại bỏ gói tin và loại bỏ gói nào

không xem xét đến tình trạng lưu thông của mạng.

- Nguyên lý điều khiển vòng đóng: kiểm soát dựa trên một số loại

thông tin phản hồi về cho nguồn gửi Ba bước thực hiện:

✓ B ước thứ nhất, phát hiện tắc nghẽn xảy ra khi nào và ở đâu.

✓ B ước thứ hai, chuyển thông báo tắc nghẽn về nguồn gửi để

nguồn gửi điều tiết lưu lượng gửi gói tin vào mạng.

✓ B ước thứ ba, khi nhận được thông tin về tắc nghẽn, nguồn gửi

có những hành động thích hợp để giảm tắc nghẽn.

• Kỹ thuật kiểm soát tắc nghẽn trong mạng TCP/IP

- Kỹ thuật kiểm soát tắc nghẽn ở nguồn gửi :điều khiển luồng, điều tiết lưu lượng gói tin gửi vào mạng trên các luồng hoặc định tuyến lạiđể tránh gửi gói vào các tuyến có dấu hiệu tắc nghẽn.

- Kỹ thuật kiểm soát tắc nghẽn mạng ở đích nhận: cách tốt nhất để

tránh tắc nghẽn xảy ra ở đầu cuối là giảm tải.Để giảm tải có thể sử dụng cách phủ nhận dịch vụ người dùng, hoặc dự đoán mức độ sử dụng dịch vụ của người dùng.

- Kỹ thuật phân phối tài nguyên :Kỹ thuật bao gồm tiến trình lập lịch các mạch vật lýhoặc các nguồn tài nguyên khác trong mạng.

- Kỹ thuật quản lý hàng đợi tại nút mạng :Kỹ thuật này nhằm duy trì

số lượng gói tin trong hàng đợi tại nút mạng một cách hợp lý, nhằm tránh trường hợp hàng đợi bị đầy và làm mất gói tin.

• Các giải pháp kiểm soát tắc nghẽn

broadcast Server farm, Gateways, proxies

Firewall, GGSN, gateway

Hội tụ các mạng trên nền tảng TCP/IP Các giải pháp kiểm soát tắc nghẽn

Kiểm soát tắc nghẽn

KIỂM SOÁT TẮC NGHẼN BỞI GIAO THỨC

Chương 2

Nội dung Chương 2

1 Mô hình truyền thông mạng TCP/IP

2 Định tuyến trong mạng TCP/IP

3 Kiểm soát tắc nghẽn của TCP

4 Các kỹ thuật cải tiến TCP

5 Các biến thể của giao thức TCP

6 Kết luận và phát triển Chương

Trang 11

Mô hình truyền thông trong mạng TCP/IP

• Cơ chế truyền thông trong TCP/IP

Thông tin muốn gửi đi được chia thành các đơn vị dữ liệu nhỏ gọi là

gói tin (Packet) Trước khi gửi gói tin đi, máy gửi gắn vào gói tin các

thông tin điều khiển khi nó qua các tầng Sau khi gói tin được gửi đến

máy nhận, máy nhận thực hiện gỡ các thông tin điều khiển trong gói

tin khi gói tin lần lượt qua các tầng Cuối cùng, máy nhận tổng hợp

các gói dữ liệu để có được toàn bộ thông tin như máy gửi đã gửi.

• Cơ chế truyền thông trong TCP/IP Tại tầng giao vận, các gói tin được gắn thêm các thông tin điều khiển của giao thức TCP (TCP Header) Các thông tin điều khiển của TCP gồm có: cổng máy gửi (Source Port), cổng máy nhận (Destination Port), số thứ tự gói tin (Sequence Number), thứ tự gói tiếp theo máy nhận cần (Acknowledment Number), kích thước cửa sổ gửi (Window size), kích thước phần đầu của gói tin (Offset), các cờ điều khiển (Flags), kiểm tra lỗi (Checksum) trong quá trình truyền thông.

• Cơ chế truyền thông trong TCP/IP

Khi gói tin được chuyển xuống tầng liên mạng, thông tin điều khiển của giao thức

IP được gắn vào gói tin: phiên bản (Version), chiều dài phần đầu của gói tin

(Header length), loại dịch vụ (ToS: Type of Service), tổng chiều dài của gói tin

(Total length of Datagram), thời gian tồn tại gói tin (Time to live), giao thức ở tầng

kế tiếp (Protocol), địa chỉ máy gửi (Source Address) và địa chỉ máy nhận

(Destination Address) để định tuyến và chuyển gói tin đến đúng máy nhận.

• Thiết lập kết nối, TCP sử dụng một quy trình bắt tay 3 bước

server Trong gói tin này, tham số 𝑠𝑒𝑞𝑢𝑒𝑛𝑐𝑒 𝑛𝑢𝑚𝑏𝑒𝑟 được gán cho một giá trị ngẫu nhiên 𝑋.

- Server hồi đáp bằng cách gửi lại phía client bản tin𝑆𝑌𝑁 − 𝐴𝐶𝐾

Trong gói tin này, tham số 𝑎𝑐𝑘𝑛𝑜𝑤𝑙𝑒𝑑𝑔𝑚𝑒𝑛𝑡 𝑛𝑢𝑚𝑏𝑒𝑟 được gán giá trị bằng 𝑋 + 1, tham số 𝑠𝑒𝑞𝑢𝑒𝑛𝑐𝑒 𝑛𝑢𝑚𝑏𝑒𝑟 được gán ngẫu nhiên một giá trị 𝑌

- Để hoàn tất quá trình bắt tay ba bước, client tiếp tục gửi tới server bản tin𝐴𝐶𝐾 Trong bản tin này, tham số 𝑠𝑒𝑞𝑢𝑒𝑛𝑐𝑒 𝑛𝑢𝑚𝑏𝑒𝑟 được gán

cho giá trị bằng 𝑋 + 1 còn tham số 𝑎𝑐𝑘𝑛𝑜𝑤𝑙𝑒𝑑𝑔𝑚𝑒𝑛𝑡 𝑛𝑢𝑚𝑏𝑒𝑟 được gán giá trị bằng 𝑌 + 1.

Trang 12

• Truyền dữ liệu

- Cơ chế Cửa sổ trượt (Sliding Window)

- Khởi động chậm (Slow Star)

- Tránh tắc nghẽn (Congestion avoidance)

- Phát lại nhanh (Fast Retransmission)

- Phục hồi nhanh (Restore Retransmission)

• Kết thúc kết nối

- Khi một bên muốn kết thúc nó gửi một segment có cờ FIN được bật

và khi bên kia nhận được Segment này nó sẽ gửi lại một Segment

ACK hồi đáp.

- Vì vậy một quá trình kết thúc kết nối sẽ có 2 cặp Segment được trao

đổi giữa 2 máy tính Trong quá trình kết thúc có thể tồn tại dạng

một bên đã kết thúc việc gửi chỉ còn nhận Segment.

Định tuyến trong mạng TCP/IP

• Địa chỉ IP

• Định tuyến trong mạng

- Chọn đường đi đến đích với ‘chi phí’ thấp nhất cho gói tin Lưu và

chuyển tiếp các gói tin từ nhánh mạng này sang nhánh mạng khác.

- Chiều dài đuờng đi: Là số luợng router phải di qua trên đuờng đi.

- Bảng chọn đường (Routing table) chứa đường đi đến những điểm

khác nhau trên toàn mạng Hai trường quan trọng nhất trong bảng

chọn đường của router là đích đến (Destination) và bước kế tiếp

(Next Hop) cần phải chuyển gói tin để có thể đến được đích đến.

R1 - Routing Table Destination Next Hop

• Định tuyến trong mạng

Trang 13

• Cập nhật bảng định tuyến

- Cập nhật thủ công : Thông tin trong bảng chọn đường được cập

nhật bởi nhà quản trị mạng Hình thức này chỉ phù hợp với các

mạng nhỏ, có hình trạng đơn giản, ít bị thay đổi.

- Cập nhật tự động : Tồn tại một chương trình chạy bên trong router

tự động tìm kiếm đường đi đến những điểm khác nhau trên mạng.

Loại này thích hợp cho các mạng lớn, hình trạng phức tạp, có thể

ứng phó kịp thời với những thay đổi về hình trạng mạng.

- Cập nhật hỗn hợp : Vừa kết hợp cả hai phương pháp cập nhật bảng

chọn đường thủ công và cập nhật bảng chọn đường tự động Đầu

tiên, nhà quản trị cung cấp cho router một số đường đi cơ bản, sau

đó giải thuật chọn đường sẽ giúp router tìm ra các đường đi mới

đến các điểm còn lại trên mạng.

• Thuật toán chọn đường ngắn nhất Procedure Dijkstra ( 𝐺 = (𝑉, 𝐸) là đơn đồ thị liên thông, có trọng số với trọng số dương) {𝐺 có các đỉnh𝑎 = 𝑢0, 𝑢1, … , 𝑢𝑛 = 𝑧và trọng số

𝑚(𝑢𝑖, 𝑢𝑗), với 𝑚(𝑢𝑖, 𝑢𝑗) = ∞ nếu (𝑢𝑖, 𝑢𝑗) không là một cạnh trong 𝐺}

for 𝑖 ∶= 1 to 𝑛 begin 𝐿(𝑢𝑖) ∶= ∞; 𝐿(𝑎) ∶= 0 ;𝑆 ∶= 𝑉 {𝑎}; 𝑢 ∶= 𝑎 end;

while𝑆 ≠ ∅

begin for(𝑡ấ𝑡 𝑐ả 𝑐á𝑐 đỉ𝑛ℎ 𝑣 𝑡ℎ𝑢ộ𝑐 𝑆)

if 𝐿(𝑢) + 𝑚(𝑢, 𝑣) < 𝐿(𝑣) then

𝐿(𝑣) ∶= 𝐿(𝑢) + 𝑚(𝑢, 𝑣)

𝑢 ∶= đỉ𝑛ℎ 𝑡ℎ𝑢ộ𝑐 𝑆 𝑐ó 𝑛ℎã𝑛 𝐿(𝑢) 𝑛ℎỏ 𝑛ℎấ𝑡{𝐿(𝑢): độ 𝑑à𝑖 đườ𝑛𝑔 đ𝑖 𝑛𝑔ắ𝑛 𝑛ℎấ𝑡 𝑡ừ 𝑎 đế𝑛 𝑢}

𝑆 ∶= 𝑆 − {𝑢}

end

• Ví dụ: Tìm khoảng cách 𝑑(𝑎, 𝑣) từ 𝑎 đến mọi đỉnh 𝑣 và tìm

đường đi ngắn nhất từ 𝑎 đến 𝑣 cho trong đồ thị 𝐺 hình bên.

• Ví dụ: Tìm khoảng cách 𝑑(𝑎, 𝑣) từ 𝑎 đến mọi đỉnh 𝑣

và tìm đường đi ngắn nhất

từ 𝑎 đến 𝑣 cho trong đồ thị

𝐺 hình bên.

Trang 14

• Bài tập định tuyến trong mạng: Dùng thuật toán Dijkstra tìm đuờng đi ngắn nhất từ đỉnh a đến các đỉnh khác.

Kiểm soát tắc nghẽn của TCP

• Cơ chế điều khiển của TCP

Khi một máy nhận một gói hoặc một tập các gói thì nó sẽ gửi một

ACK cho phía gửi để thông báo đã nhận được gói tin Cơ chế cửa sổ

cho phép máy nhận đa gói tin mà chỉ dùng một ACK Việc phía gửi

không nhận được ACK (hay nhận các ACK trùng lặp) từ máy nhận,

chứng tỏ mạng có dấu hiệu bị nghẽn, khi đó cần thực hiện kiểm soát

tắc nghẽn phía nguồn gửi.

• Cơ chế điều khiển của TCP

Chiến lược kiểm soát tắc nghẽn của TCP là “ Tăng theo cấp số cộng giảm theo cấp số nhân ” (AIMD: Additive Increase Multiplicative Decrease) để điều chỉnh tốc độ gửi gói tin vào mạng Lược đồ về luồng dữ liệu thể hiện số lượng các gói tăng lên (tăng theo cấp số cộng) cho đến khi có dấu hiệu tắc nghẽn xuất hiện trong mạng và khi

-đó TCP giảm nhanh (giảm theo cấp số nhân) tốc độ gửi gói vào mạng cho đến khi kết thúc.

Trang 15

• Pha bắt đầu chậm

Ban đầu, giao thức TCP hoạt động ở pha bắt đầu chậm Mục đích là

để có được một ngưỡng dự đoán tắc nghẽn Khởi đầu của pha bắt

đầu chậm, TCP thiết lập kích thước cửa sổ tắc nghẽn

𝑐𝑤𝑛𝑑 sẽ tăng lên một đơn vị (𝑐𝑤𝑛𝑑𝑛𝑒𝑤= 𝑐𝑤𝑛𝑑𝑜𝑙𝑑+ 1, nên 𝑐𝑤𝑛𝑑 lần lượt

là:20,21, 22, ), nhưng không vượt quá cửa sổ nhận của bên nhận.

Như vậy, 𝑐𝑤𝑛𝑑 sẽ tăng lên theo hàm mũ cho tới khi đạt đến ngưỡng

( Ssthresh) của bắt đầu chậm thì chuyển sang pha tránh tắc nghẽn.

• Pha tránh tắc nghẽn

Trong giai đoạn tránh tắc nghẽn, TCP sẽ điều chỉnh 𝑐𝑤𝑛𝑑 = 𝑐𝑤𝑛𝑑 +

1/𝑐𝑤𝑛𝑑 mỗi khi nhận được một ACK cho đến khi việc mất gói xảy ra.

Khi phát hiện mất gói, nguồn gửi sẽ đặt 𝑆𝑆𝑡ℎ𝑟𝑒𝑠ℎ = 𝑐𝑤𝑛𝑑/2, truyền lại các gói tin bị mất và trở về pha bắt đầu chậm, đặt lại 𝑐𝑤𝑛𝑑 = 1 Trong khi 𝑐𝑤𝑛𝑑 < 𝑆𝑆𝑡ℎ𝑟𝑒𝑠ℎ, thuật toán bắt đầu chậm thực hiện, khi 𝑐𝑤𝑛𝑑 = 𝑆𝑆𝑡ℎ𝑟𝑒𝑠ℎ thì thuật toán tránh tắc nghẽn được thực hiện, giá trị 𝑐𝑤𝑛𝑑

được tăng 1/𝑐𝑤𝑛𝑑 với mỗi thông báo ACK nhận được (tăng tuyến tính

để không rơi lại vào tắc nghẽn).

• Pha phát lại nhanh

Pha phát lại nhanh là cho phép gửi lại các gói bị mất không cần chờ

timeout (thời gian chờ đợi báo nhận ACK), trong trường hợp nhận

được hơn ba thông báo ACK lặp lại, nghĩa là có gói tin bị mất, cần gửi

lại gói tin TCP thực hiện phát lại một gói tin khi nhận được thông báo

NAK (thu sai) hoặc vượt thời gian mà không nhận được ACK Nếu

chờ timeout mới phát lại thì gây ra số gói cần phát lại nhiều, hoặc đòi

hỏi hàng đợi phía thu lớn để giữ tạm các gói sai, dễ gây ra tắc nghẽn.

• Pha phục hồi nhanh

Khi việc mất gói được phát hiện do hiện tượng lặp lại bản tin báo nhận, TCP trở về pha bắt đầu chậm bằng cách đặt 𝑆𝑆𝑡ℎ𝑟𝑒𝑠ℎ = 𝑐𝑤𝑛𝑑/2 Nếu kích thước cửa sổ lớn và tỉ lệ lỗi nhỏ thì thay vì tiếp tục thuật toán bắt đầu chậm, TCP sẽ chuyển sang pha phục hồi nhanh Lúc này, thiết lập 𝑐𝑤𝑛𝑑 = 𝑆𝑆𝑡ℎ𝑟𝑒𝑠ℎ/2 + 3 và chuyển thẳng sang pha tránh tắc nghẽn.

Tiêu đề	Tổng Quan Đánh Giá Hiệu Năng Mạng
Người hướng dẫn	TS. Nguyễn Kim Quốc
Trường học	Trường Đại Học Nguyễn Tất Thành
Chuyên ngành	Khoa Công Nghệ Thông Tin
Thể loại	bài giảng
Năm xuất bản	2016
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	30
Dung lượng	3,41 MB