Mạng IP và vấn đề quản lý bộ đệm

Một máy tính thông tin với mạng thông qua một thiết bị giao tiếp mạng, như một card tương thích mạng.

Đồ án tốt nghiệp đại học Mục lục

MỤC LỤC

THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT

LỜI NÓI ĐẦU

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ IP 1

1.1 KHÁI NIỆM IP 1

1.1.1 Đánh địa chỉ và phân phối 1

1.1.2 Giao thức Internet (IP – Internet Protocol) 2

1.1.3 Các trường tiêu đề IP 3

1.2 ĐỊA CHỈ IP 5

1.2.1 Khái niệm 5

1.2.2 Các lớp D và E 7

1.2.3 Các địa chỉ IP đặc biệt 7

1.2.4 Giao thức phân giải địa chỉ (ARP) 8

1.2.5 Giao thức phân giải địa chỉ ngược (RARP) 9

1.2.6 Phân mạng con trong IP 10

1.3 IP - MỘT HỆ THỐNG PHI KẾT NỐI 13

1.4 LƯU ĐỆM VÀ QUẢN LÝ BỘ ĐỆM TRONG IP 15

1.4.1 Lưu đệm trong các bộ định tuyến IP 15

1.4.2 Quản lý bộ đệm 15

Chương 2: ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG VÀ KỸ THUẬT HÀNG ĐỢI 17

2.1 ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG 17

2.2 CÁC VẤN ĐỀ VỚI MẠNG IP 18

2.2.1 Hiệu năng trễ và mất mát 18

2.2.2 Các yêu cầu đa dịch vụ: những hiệu năng khác nhau 18

2.2.3 Vấn đề nhiều loại hình lưu lượng 19

2.3 NGUYÊN TẮC XẾP HÀNG 20

2.3.1 Hệ thống ký hiệu 22

2.3.2 Những mối quan hệ cơ bản 22

Đồ án tốt nghiệp đại học Mục lục

2.3.3 Hàng đợi M/M/1 23

2.3.4 Hàng đợi M/D/1/K 26

2.3.5 Trễ trong các hệ thống xếp hàng M/M/1 và M/D/1 27

2.4 CÁC THÔNG SỐ LƯU LƯỢNG 30

2.4.1 Các mức hoạt động lưu lượng 30

2.4.2 Thông tin định thời trong các mẫu nguồn 31

2.4.3 Thời gian giữa những lần đi đến 32

2.4.4 Đếm số lần đi đến 35

2.4.5 Các tốc độ luồng 38

Chương 3: QUẢN LÝ BỘ ĐỆM TRONG IP 43

3.1 HOẠT ĐỘNG XẾP HÀNG CỦA CÁC GÓI TRONG BỘ ĐỊNH TUYẾN IP 43

3.1.1 Những phương trình cân bằng cho lưu đệm gói: Geo/Geo/1 43

3.1.2 Phân tích tốc độ phân rã 47

3.1.3 Phân tích những phương trình cân bằng với lưu đệm gói: phân tích xếp hàng tốc độ phụ 51

3.1.3.1 Hoạt động xếp hàng về mặt cụm 52

3.1.3.2 M/D/1 tốc độ phụ, với những ứng dụng vào voice-over-IP 55

3.1.3.3 Giải pháp tốc độ phụ cho lưu lượng nỗ lực tốt nhất 64

3.2 QUẢN LÝ BỘ ĐỆM TRONG IP 66

3.2.1 Lưu đệm theo thuật toán FIFO 66

3.2.2 Phát hiện sớm ngẫu nhiên - loại bỏ gói mang tính xác suất 67

3.2.3 Bộ đệm ảo và những thuật toán lập lịch 72

3.2.3.1 Xếp hàng theo quyền ưu tiên 72

3.2.3.2 Xếp hàng trọng số hợp lý 73

3.2.4 Phân vùng không gian bộ đệm 75

3.2.5 Phân tích bộ đệm chia sẻ 79

KẾT LUẬN 85

TÀI LIỆU THAM KHẢO 86

Nguyễn Cao Cường, D2002VT ii HVCNBCVT

Đồ án tốt nghiệp đại học Thuật ngữ và từ viết tắt

THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT

Moving Average

Trung bình dịch chuyển trọng số theo hàm mũ

Poisson Process

Quá trình Poisson xấp xỉ hình học

Deterministic Process

Quá trình quyết định điều chế chung

Deterministic Process

Quá trình quyết định điều chế Markov

Switching

Chuyển mạch nhãn đa giao thức

Maintainance

Vận hành Quản lý Bảo dưỡng

Protocol

Giao thức phân giải địa chỉ ngược

RSVP Resource Resevation Protocol Giao thức dành trước tài nguyên

Protocol

Giao thức điều khiển truyền dẫn

dụng

Đồ án tốt nghiệp đại học Thuật ngữ và từ viết tắt

Nguyễn Cao Cường, D2002VT iv HVCNBCVT

Đồ án tốt nghiệp Đại học Lời nói đầu

LỜI NÓI ĐẦU

Sự phát triển của các giao thức Internet khởi đầu từ những năm của thập niên 70

và tiếp tục phát triển vào những năm sau đó Ngày nay, mạng IP đã thực sự bùng nổ cả

về khối lượng lưu lượng cũng như các yêu cầu về chất lượng dịch vụ như: tốc độ truyền dẫn, băng thông, truyền dẫn đa phương tiện,…

Công nghệ IP là sự kết hợp hài hòa của các giao thức điều khiển mềm dẻo với phần cứng chuyển mạch ATM Công nghệ IP đã khắc phục được nhược điểm về tốc độ

xử lý chậm của các bộ định tuyến và tính phức tạp của các giao thức báo hiệu trong chuyển mạch ATM Công nghệ IP đang là điểm tập trung nghiên cứu của các hãng viễn thông nổi tiếng trên thế giới như: Ipsilon, Toshiba, IBM, Cisco,… Tuy nhiên, với lưu lượng IP cùng sự phức tạp trong các yêu cầu mà người sử dụng đòi hỏi, thì những bộ đệm IP đơn giản lại không đủ khả năng xử lý; và cần thiết phải cung cấp được chất lượng dịch vụ như người sử dụng mong muốn, từ đó dẫn đến yêu cầu cấp thiết là phải

tìm ra các giải pháp để quản lý bộ đệm IP nhằm làm tăng hiệu năng của hệ thống.

Với mục đích gắn quá trình học tập và nghiên cứu để tìm hiểu một công nghệ mới tiên tiến trên cơ sở những kiến thức đã học và nghiên cứu những tài liệu mới Em đã nhận

đề tài đồ án tốt nghiệp của mình là “Mạng IP và vấn đề quản lý bộ đệm” Đồ án của em

gồm ba chương với nội dung chính như sau:

• Chương 1: Tổng quan về IP

• Chương 2: Điều khiển lưu lượng và kỹ thuật hàng đợi

• Chương 3: Quản lý bộ đệm trong IP

Nghiên cứu đề tài đồ án em đã có dịp trình bày những hiểu biết của mình về một giải pháp tích cực giúp khắc phục các vấn đề với mạng IP Tuy nhiên do năng lực còn hạn chế nên đồ án không tránh khỏi thiếu sót, em rất mong có được những đóng góp quý báu của thầy cô và toàn thể các bạn

Em xin chân thành cảm ơn ThS Nguyễn Thị Thanh Kỳ người đã trực tiếp hướng dẫn hoàn thành đồ án tốt nghiệp này Em cũng xin cảm ơn các thầy cô trong học viện và các bạn đã tận tình giúp đỡ em trong quá trình học tập và nghiên cứu ở Học viện

Sinh viên

Nguyễn Cao Cường

Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1 Tổng quan về IP

1.1 KHÁI NIỆM IP

1.1.1 Đánh địa chỉ và phân phối

Một máy tính thông tin với mạng thông qua một thiết bị giao tiếp mạng, như một card tương thích mạng Thiết bị giao tiếp mạng có một địa chỉ vật lý duy nhất và được thiết

kế để nhận dữ liệu gởi đến địa chỉ vật lý đó Địa chỉ vật lý này được ghi vào card mạng khi nó được chế tạo Một thiết bị như một card mạng ethernet không biết bất kỳ chi tiết nào của các lớp giao thức bên trên Nó không biết địa chỉ IP của nó và cũng không biết một khung đến được gửi đến Telnet hay là FTP Nó chỉ lắng nghe các khung đang tới, chờ một khung có địa chỉ là địa chỉ vật lý của chính nó, và chuyển khung đó ngược lên chồng giao thức

Sự phối hợp địa chỉ vật lý này làm việc rất tốt trên một đoạn LAN riêng biệt Một mạng chỉ bao gồm một ít máy tính trên một môi trường liên tục có thể hoạt động mà không cần gì khác ngoài các địa chỉ vật lý Dữ liệu có thể chuyển trực tiếp từ bộ tương thích mạng này đến bộ tương thích mạng kia mà chỉ cần sử dụng các giao thức mức thấp Không may, trên một mạng định tuyến không thể phân phối dữ liệu bằng địa chỉ vật lý Các thủ tục tìm ra đích đến dùng cho việc phân phối bằng địa chỉ vật lý lại không hoạt động được thông qua giao tiếp router Cho dù chúng có thực hiện được thì việc phân phối bằng địa chỉ vật lý sẽ cồng kềnh vì địa chỉ vật lý cố định ghi vào trong thẻ mạng không cho phép chúng ta áp đặt một cấu trúc luận lý trên không gian địa chỉ

Vì thế trong mạng IP sẽ làm cho địa chỉ vật lý trở nên vô hình và thay vào đó nó

tổ chức mạng theo một sơ đồ đánh địa chỉ phân cấp và luận lý Sơ đồ đánh địa chỉ luận

lý được duy trì bởi giao thức IP ở lớp Internet của mô hình phân lớp TCP/IP Địa chỉ luận lý được gọi là địa chỉ IP Một giao thức lớp Internet khác được gọi là Giao thức phân giải địa chỉ (ARP – Address Resolution Protocol) hình thành tập hợp một bảng ánh

xạ các địa chỉ IP vào các địa chỉ vật lý Bảng ARP này là liên kết giữa địa chỉ IP và địa chỉ vật lý

Trên một bảng định tuyến, chiến lược gửi dữ liệu trên mạng IP là như sau:

1 Nếu địa chỉ đích trên cùng một đoạn mạng với máy tính nguồn, máy tính nguồn gửi gói trực tiếp đến đích Địa chỉ IP được phân giải sang một địa chỉ vật lý sử dụng ARP và dữ liệu được hướng tới bộ tương thích mạng đích

2 Nếu địa chỉ đích trên một đoạn mạng khác với máy tính nguồn, các tiến trình sau bắt đầu:

Nguyễn Cao Cường, D2002VT 1 HVCNBCVT