ĐÁNH GIÁ PHƯƠNG PHÁP ƯỚC TÍNH BĂNG THÔNG TRONG MẠNG IP SỬ DỤNG KỸ THUẬT TOPP (TRAINS OF PACKET PAIR)

TỔNG QUAN VỀ BĂNG THÔNG VÀ ĐO BĂNG THÔNG TRONG MẠNG IP . SO SÁNH, ĐÁNH GIÁ PHƯƠNG PHÁP ƯỚC TÍNH BĂNG THÔNG TRONG MẠNG IP . PHƯƠNG PHÁP ƯỚC TÍNH BĂNG THÔNG TRONG MẠNG IP SỬ DỤNG KỸ THUẬT TOPP. MÔ PHỎNG PHƯƠNG PHÁP ƯỚC TÍNH BĂNG THÔNG TRONG MẠNG IP SỬ DỤNG PHẦN MỀM OPNET

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT v

DANH MỤC HÌNH VẼ vii

MỞ ĐẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ BĂNG THÔNG VÀ ĐO BĂNG THÔNG TRONG MẠNG IP 5

GIỚI THIỆU CHƯƠNG 5

1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG MẠNG IP 5

1.2 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ BĂNG THÔNG 7

1.2.1 Định nghĩa băng thông 7

1.2.2 Thông lượng (Throughput) 12

1.3 VAI TRÒ CỦA BĂNG THÔNG ĐỐI VỚI CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ 12

1.4 PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO BĂNG THÔNG 13

1.4.1 Phương pháp đo thụ động 13

1.4.2 Phương pháp đo chủ động 13

1.5 ĐO BĂNG THÔNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHỦ ĐỘNG 14

1.5.1 Nguyên tắc đo 14

1.5.2 Phân loại các công cụ đánh giá băng thông chủ động 16

1.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 16

Chương 2 SO SÁNH, ĐÁNH GIÁ PHƯƠNG PHÁP ƯỚC TÍNH BĂNG THÔNG TRONG MẠNG IP 18

GIỚI THIỆU CHƯƠNG 18

2.1 CÁC MÔ HÌNH ƯỚC TÍNH BĂNG THÔNG 18

2.1.1 Phương pháp mô hình khoảng cách gói dò PGM 19

2.1.2 Phương pháp mô hình tốc độ gói dò PRM 20

2.2 ĐO DUNG LƯỢNG ĐẦU CUỐI – ĐẦU CUỐI BẰNG KỸ THUẬT CẶP GÓI / CHUỖI GÓI (PACKET PAIR/ PACKET TRAIN) 21

2.2.1 Cơ sở lý thuyết 22

2.2.1.1 Kỹ thuật cặp gói 22

2.2.1.2 Kỹ thuật chuỗi gói 24

2.2.2 Một số vấn đề tác động đến mô hình cặp gói 25

2.2.3 Khảo sát một số công cụ đo dựa trên kỹ thuật cặp gói/chuỗi gói 27

2.2.3.1 Bprobe 28

2.2.3.2 Nettimer 29

2.2.3.3 Pathrate 32

2.3 ĐO BĂNG THÔNG KHẢ DỤNG BẰNG KỸ THUẬT SLoPS 43

2.3.1 Cơ sở lý thuyết 43

2.3.2 Khảo sát công cụ đo Pathload 47

2.3.2.1 Chọn T và L: 47

2.3.2.2 Chọn chiều dài của chuỗi K 48

2.3.2.3 Một nhóm chuỗi 48

2.3.2.4 Phát hiện xu hướng tăng 49

2.3.2.5 So sánh giữa R và A sau một nhóm chuỗi dò 50

2.3.2.6 Điều chỉnh tốc độ R 51

2.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 55

Chương 3: PHƯƠNG PHÁP ƯỚC TÍNH BĂNG THÔNG TRONG MẠNG IP SỬ DỤNG KỸ THUẬT TOPP 57

GIỚI THIỆU CHƯƠNG 57

3.1 GIỚI THIỆU KỸ THUẬT TOPP (TRAINS OF PACKET PAIR) 57

3.1.1 Giả thiết hàng đợi công bằng trong cặp gói 58

3.1.2 C-probe và các phương pháp chuỗi gói khác 58

3.2 CÁC GIẢ THIẾT VÀ ĐỊNH NGHĨA 58

3.2.1 Các định nghĩa băng thông 58

3.2.2 Mô hình mạng 59

3.4 HIỆU LỰC CỦA NGUYÊN TẮC ĐÁNH RỚT GÓI 62

3.5 VẤN ĐỀ NÚT CỔ CHAI ẨN 62

3.6 PHƯƠNG PHÁP ĐO BĂNG THÔNG SỬ DỤNG TOPP 64

3.6.1 Giai đoạn dò 64

3.6.2 Giai đoạn phân tích 65

3.6.3 Phương pháp phân tích 66

3.6.4 Hồi quy tuyến tính từng đoạn 68

3.6.5 Xác định tuyến có xung đột 69

3.6.6 Thuật toán, trường hợp mà không có thông tin đầy đủ 71

3.6.6.1 Thông tin chi tiết của thuật toán 71

3.6.6.2 Tối ưu hoá 73

3.7 KẾT LUẬN CHƯƠNG 74

Chương 4: MÔ PHỎNG PHƯƠNG PHÁP ƯỚC TÍNH BĂNG THÔNG TRONG MẠNG IP SỬ DỤNG PHẦN MỀM OPNET 75

GIỚI THIỆU CHƯƠNG 75

4.1 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM MÔ PHỎNG OPNET MODELER 75

4.2 MÔ PHỎNG PHƯƠNG PHÁP ĐO BĂNG THÔNG KHẢ DỤNG 76

4.2.1 Trường hợp không có tuyến cổ chai và chỉ có một lưu lượng cạnh tranh trên đường mạng 76

4.2.1.1 Mô hình mạng 76

4.2.1.2 Kết quả mô phỏng 77

4.2.2 Trường hợp không có tuyến cổ chai và có nhiều lưu lượng cạnh tranh trên đường mạng 80

4.2.2.1 Mô hình mạng 80

4.2.2.2 Kết quả mô phỏng 81

4.2.3 Trường hợp có một tuyến nghẽn 83

4.2.3.1 Mô hình mạng 83

4.2.3.2 Kết quả mô phỏng 84

4.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 87

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 88

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 90 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO)

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

ADR Asympotic Dispersion Rate Tốc độ khoảng dịch tiệm cận

FCFS First Come First Service Đến trước phục vụ trước

FIFO First In First Out Vào trước ra trước

ICMP Internet Control Message Protocol Giao thức tin nhắn điều khiển Internet

MTU Maximum Transmission Unit Đơn vị truyền lớn nhất

MRTG Multi Router Traffic Grapher Phát hoạ lưu lượng đa định tuyến

PCT Pairwise Comparison Test Kiểm tra tương quan của cặp

PDT Pairwise Difference Test Kiểm tra sai khác của cặp

PDU Protocol Data Unit Khối giao thức dữ liệu

PNCM Post Narrow Capacity Mode Kiểu dung lượng hẹp

PPPT Packet Pair/Packet Train Cặp gói/ chuỗi gói

RBPP Receiver Base Packet Pair Cặp gói dựa trên đầu thu

RSS Residual Sum of Squares Tổng bình phương dư

SBPP Sender Base Packet Pair Cặp gói dựa trên đầu phát

SCDR Sub-Capacity Dispersion Range Dãy phân tán dung lượng conSLoPS Self-Loading Periodic Streams Chuỗi chu kỳ tải

SMTP Simple Mail Transfer Protocol Giao thức truyền mail đơn giản

TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển đường truyềnTOPP Trains of Packet Pair Chuỗi cặp gói

UDP User Datagram Protocol Giao thức gói người dùng

VPS Variable Packet Size Kích thước gói thay đổi

WFQ Weight Fair Queuing Hàng đợi trọng số công bằng

DANH MỤC CÁC HÌNH

1.1 Tổng quan bên trong của bộ định tuyến Internet 61.2 Quan hệ giữa băng thông tuyến, lưu lượng cạnh tranh

trên tuyến và băng thông khả dụng của đường mạng

101.3 Mô hình ống lưu lượng cho một path có 3 hop 11

1.4 Các thành phần cơ bản của một phiên dò 152.1 Đo khoảng cách gói dò sử dụng mô hình PGM tại

điểm bắt đầu và điểm cuối trên đường mạng

19

2.5 Các gói dò trong Bprobe đi từ đầu phát đến đầu thu rồi

2.8 Các mẫu kết quả đo được biểu diễn bằng giá trị băng

thông đo được theo băng thông tiềm năng

32

2.11a Biểu đồ của phân bố β trong trường hợp CT thấp 362.11b Biểu đồ của phân bố β trong trường hợp CT cao 362.12a Phân bố β trong trường hợp kích thước gói CT cố định 372.12b Phân bố β trong trường hợp kích thước gói CT thay

đổi từ 40 byte đến 1500 byte

2.15 So sánh giữa PCT và PDT cho một chuỗi dò có xu

hướng tăng OWD

51

3.1 Tốc độ của các luồng khác nhau khi truyền qua mạng 593.2 Tốc độ m tại đầu thu là hàm của băng thông đề xuất o 60

3.4 Chuỗi dò TOPP, biểu diễn việc tăng bậc thang của

băng thông đề xuất theo thời gian

65

3.5 Đồ thị của o/f là hàm của o 67

4.3 Mô hình mạng IP có nhiều lưu lượng cạnh tranh 80

MỞ ĐẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Hiện nay lưu lượng mạng tăng không ngừng do sự phát triển của các ứng dụng

và các thuê bao mới, vì vậy rất khó dự đoán lưu lượng trong mạng chính xác Làmthế nào để đo đạc và giám sát lưu lượng trong mạng IP là vấn đề rất được quan tâmnghiên cứu Việc đo đạc và giám sát được lưu lượng giúp đảm bảo chất lượng dịch

vụ mạng IP với các yêu cầu về đặc tính lưu lượng và chất lượng dịch vụ khác nhau.Băng thông có quan hệ mật thiết với lưu lượng, băng thông còn được sử dụng để ámchỉ lưu lượng dữ liệu truyền Các hợp đồng dịch vụ giữa nhà cung cấp và kháchhàng thường là chất lượng dịch vụ dựa trên băng thông Các giao thức định tuyến,chống tắt nghẽn đều được phát triển dựa trên cơ sở băng thông Chính vì vậy, băngthông có vai trò quan trọng trong việc truyền dẫn tín hiệu Sử dụng các phươngpháp đo băng thông trong mạng IP là một cách để đo đạc và giám sát lưu lượngtrong mạng IP đảm bảo được chất lượng dịch vụ

Hiện nay có rất nhiều phương pháp nghiên cứu và công cụ đã được các nhàkhoa học xây dựng và công bố Tuy nhiên phương pháp và công cụ nào là thích hợpvới từng trường hợp cụ thể của mạng giúp đo đạc chính xác và thuận tiện là vấn đềrất được quan tâm Vì vậy, việc tìm hiểu nghiên cứu về các kỹ thuật đo đạc cũngnhư đánh giá băng thông, thực hiện mô phỏng đánh giá các phương pháp và ứngdụng thực tế là một đề tài có tính thực tiễn và cần thiết

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Trên cơ sở tìm hiểu về đo băng thông trong mạng IP và nghiên cứu các phươngpháp công cụ đo băng thông trong mạng IP, luận văn tiến hành phân tích, so sánh,đánh giá một số phương pháp đo băng thông trong mạng IP Từ đó, lựa chọn đánhgiá phương pháp đo băng thông sử dụng kỹ thuật TOPP

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

- Tổng quan về kiến trúc mạng viễn thông, mạng máy tính

- Các lý thuyết phục vụ đo băng thông (lý thuyết lưu lượng ,hàng đợi…)

- Công cụ mô phỏng

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

 Thu thập, phân tích các tài liệu và thông tin liên quan đến đề tài

 Kết hợp nghiên cứu lý thuyết và mô phỏng các phương pháp, công cụ đo băngthông trong mạng IP

5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

Nghiên cứu về các phương pháp đo băng thông trong mạng IP có thể giúp choviệc đo đạc băng thông một cách chính xác trên cơ sở nắm được các phương pháp

đo và các công cụ đo băng thông Đồng thời việc đo đạc là cơ sở để đánh giá chấtlượng của mạng vì băng thông có quan hệ mật thiết với lưu lượng, dịch vụ mạng vàchất lượng dịch vụ QoS

6 CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN

Cấu trúc luận văn gồm 4 chương như sau:

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ BĂNG THÔNG VÀ ĐO BĂNG THÔNG TRONG MẠNG IP

Trong chương này sẽ trình bày các vấn đề cơ bản nhất về mạng IP, băng thôngtrong mạng IP và phương pháp đo băng thông cơ bản gồm các nội dung:

- Các khái niệm cơ bản trong mạng IP như: định tuyến, trễ đường truyền, trễ xử

lý, trễ hàng đợi, chính sách lập lịch…

- Các định nghĩa về băng thông, phân loại băng thông trong mạng IP

- Vai trò của đo băng thông đối với chất lượng dịch vụ

- Phương pháp đo băng thông cơ bản: phương pháp đo băng thông tích cực vàphương pháp đo băng thông thụ động

Chương 2 SO SÁNH, ĐÁNH GIÁ PHƯƠNG PHÁP ƯỚC TÍNH BĂNG THÔNG TRONG MẠNG IP

Trong chương 2 trình bày về các phương pháp và công cụ đo băng thông khácnhau, phân tích các mô hình đo băng thông và các công cụ đo tiêu biểu để thấy

được ưu, nhược điểm của nó và lựa chọn ứng dụng chúng trong các trường hợp cụthể Vì vậy các vấn đề được trình bày trong chương 2 gồm:

- Các mô hình ước tính băng thông trong mạng IP: Mô hình khoảng cách gói dòPGM và mô hình tốc độ gói dò PRM

- Phương pháp đo dung lượng đầu cuối đến đầu cuối bằng phương pháp cặp gói/chuỗi gói

- Khảo sát một số công cụ đo dựa trên kỹ thuật cặp gói/chuỗi gói

- Phương pháp đo băng thông khả dụng đầu cuối đến đầu cuối bằng kỹ thuật SLoPS

- Khảo sát một số công cụ đo dựa trên kỹ thuật SLoPS

Chương 3 PHƯƠNG PHÁP ƯỚC TÍNH BĂNG THÔNG TRONG MẠNG IP SỬ DỤNG KỸ THUẬT TOPP

Trong chương này sử dụng phương pháp đo băng thông bằng kỹ thuật TOPP để

đo băng thông khả dụng vì nó có thể ước lượng băng thông khả dụng cổ chai bị ẩntrong các phương pháp chuỗi gói

Vì vậy chương này trình bày những vấn đề sau:

- Giới thiệu những vấn đề cơ bản của phương pháp đo TOPP

- Các giả thiết và các định nghĩa sử dụng trong TOPP

- Phương đo băng thông khả dụng sử dụng kỹ thuật TOPP với 2 giai đoạn cơbản là: Giai đoạn dò và giai đoạn phân tích

- Giai đoạn phân tích với sử dụng hồi quy tuyến tính từng đoạn để ước lượngbăng thông khả dụng đầu cuối đến đầu cuối

Chương 4 MÔ PHỎNG PHƯƠNG PHÁP ƯỚC TÍNH BĂNG THÔNG TRONG MẠNG IP SỬ DỤNG PHẦN MỀM OPNET

Trong chương này sử dụng phần mềm OPNET mô phỏng mô hình mạng và tínhtoán băng thông khả dụng Sử dụng phần mềm OPNET sẽ ước lượng được dunglượng sử dụng của đường mạng, từ đó thu được băng thông khả dụng của mạng vớicác lưu lượng cạnh tranh trên đường mạng và dựa trên gói dò được gửi vào mạng

Để xác định băng thông khả dụng đầu cuối đến đầu cuối chúng ta cần phải biết

dung lượng của mạng và băng thông khả dụng được tính toán là hiệu giữa dunglượng và tổng lưu lượng sử dụng trên đường mạng

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ BĂNG THÔNG VÀ ĐO BĂNG THÔNG

TRONG MẠNG IP

GIỚI THIỆU CHƯƠNG

Vấn đề trễ đường truyền và băng thông hạn chế là một trong các nguyên nhânlàm chậm tốc độ truyền dữ liệu trong mạng IP Vì vậy vấn đề đo băng thông trongmạng IP rất quan trọng Tuy nhiên các công cụ đo băng thông hiện nay lại chưađược triển khai rộng rãi và hiểu một cách đầy đủ Các công cụ đo băng thông còn cómột số hạn chế như: ít chính xác, thiếu độ mạnh thống kê, ít linh hoạt để tươngthích với những thay đổi băng thông Vì vậy, hiểu được khái niệm, vai trò băng

thông và làm thế nào để đo băng thông mạng chính xác là rất quan trọng trong

nhiều ứng dụng mạng

Mục tiêu chương này nhằm giới thiệu những vấn đề sau:

- Các khái niêm cơ bản trong mạng IP như: định tuyến, trễ đường truyền, trễ xử

lý, trễ hàng đợi, chính sách lập lịch

- Các định nghĩa về băng thông, phân loại băng thông trong mạng IP

- Vai trò của đo băng thông đối với chất lượng dịch vụ

- Phương pháp đo băng thông cơ bản: phương pháp đo băng thông tích cực vàphương pháp đo băng thông thụ động

1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG MẠNG IP

Các thành phần trên mạng IP có thể chia thành 2 loại là các host và các bộ địnhtuyến Host có thể là các máy tính cá nhân, các máy trạm tại văn phòng, cácmainframe trong các ngân hàng hoặc các server lưu trữ và truyền thông tin nhưtrang web, email v v

Các host này được kết nối trực tiếp với nhau bởi các tuyến nối (link), hoặc chúngcũng có thể được kết nối với nhau qua các router trung gian

Tuyến nối (link) là môi trường vật lý mà dữ liệu được truyền qua, một tuyến chophép truyền dữ liệu tại một tốc độ nhất định còn gọi là băng thông tuyến Khi b bittruyền trên tuyến các bit này sẽ gây ra trễ lan truyền, trễ sẽ bằng băng thông tuyếnnhân với b.

Để đánh giá tình trạng mạng người ta thường dùng phương pháp dò mạng, dòmạng là nghiên cứu cách mà luồng các gói, luồng dò, bị ảnh hưởng bởi đường mạng

mà nó truyền qua, ảnh hưởng này một phần là do các đặc tính của các tuyến thiếtlập trên đường mạng như dung lượng và tốc độ bit lỗi Nhưng lưu lượng cạnh tranhcũng ảnh hưởng đến luồng dò, tương tác giữa các gói của luồng dò và các gói củalưu lượng cạnh tranh xảy ra trong các bộ định tuyến được thể hiện như hình vẽ

Hình 1.1 giới thiệu tổng quan của bộ định tuyến Internet, nó có một số các tuyếnđầu vào và các tuyến đầu ra gắn với bộ định tuyến vì thế được gọi là cổng vào vàcổng ra Chức năng cơ bản của bộ định tuyến là chuyển tiếp gói từ các tuyến ở đầuvào đến các tuyến ở đầu ra, các tuyến này sẽ được kết nối với nhau qua cơ cấuchuyển mạch (switching fabric) Nhiệm vụ chính của bộ định tuyến là chuyển tiếpcác gói từ tuyến ở đầu vào đến tuyến ở đầu ra

Hình 1.1: Tổng quan bên trong của bộ định tuyến Internet

Lớp link/

vật lý

Lớp link/ vật lý

Bộ xử lý định tuyến

Các cổng đầu vào gồm có các lớp vật lý và lớp datalink cần thiết để kết cuối cáctuyến đầu vào đến bộ định tuyến Chúng cũng thực hiện chức năng tìm kiếm vàchuyển tiếp vì thế các gói chuyển đến cơ cấu chuyển mạch được định tuyến đếnđúng cổng đầu ra Tìm kiếm sẽ căn cứ vào bản định tuyến để tìm kiếm địa chỉ đíchtrong header IP của gói Thời gian để thực hiện tìm kiếm và chuyển tiếp được gọi là

trễ xử lý (processing delay)

Khi truyền luồng lưu lượng trên Internet, các gói đến tại router, đích đến là cùngmột tuyến đầu ra tại một tốc độ vượt quá dung lượng của tuyến đó Để giải quyếtvấn đề quá tải, các router thường có các bộ đệm tại các cổng đầu vào và đầu ra.Điều này là cần thiết nếu cơ cấu chuyển mạch không đủ nhanh để giữ với tốc độtuyến của các tuyến đầu vào Trong trường hợp này, các gói có thể đến router nhanhhơn là các gói truyền qua cơ cấu chuyển mạch

Các gói xếp hàng sẽ gây ra trễ hàng đợi (queue delay) cộng vào trễ gói cố định

(gồm tổng của trễ truyền dẫn, trễ lan truyền và trễ xử lý)

Các gói thỉnh thoảng xếp hàng dẫn đến câu hỏi đặt ra là làm thế nào để giảiquyết các gói xếp hàng tức là thứ tự mà các gói trong hàng đợi đầu ra được truyền

Thứ tự này được xác định dựa vào chính sách lập lịch (scheduling policy) của

router Chính sách đơn giản nhất và phổ biến rộng rãi trên Internet là “ đến trướcphục vụ trước” (FCFS) Điều này nghĩa là các gói được lựa chọn để truyền cùng thứ

tự khi chúng đến tại hàng đợi Như vậy, các gói tại đầu hàng đợi là gói tiếp theo sẽđược truyền

1.2 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ BĂNG THÔNG

1.2.1 Định nghĩa băng thông

Băng thông trong mạng IP là tốc độ mà một phần tử mạng có thể truyền lưu

lượng Có hai tham số băng thông thường gặp là băng thông vật lý hay còn gọi là

Dung lượng và Băng thông khả dụng.

 Băng thông vật lý

Dung lượng chính là băng thông vật lý, là tốc độ cực đại mà một phần tử mạng

có thể truyền được Để hiểu rõ khái niệm này, chúng ta khảo sát một đường mạngđầu cuối – đầu cuối bao gồm một chuỗi các tuyến nối tiếp để truyền các gói tin từđầu phát đến đầu thu như trên hình 1.1 Ta gọi các tuyến ở lớp 2 là các segment vàcác tuyến ở lớp IP (lớp 3) là hop Một hop có ít nhất một segment nối với nhauthông qua các thiết bị lớp 2 như bộ chuyển mạch, cầu Một tuyến của lớp 2(segment) có thể truyền dữ liệu với tốc độ không đổi Ví dụ trên segment 10BaseEthernet có tốc độ 10Mbps hay trên segment T1 là 1.544Mbps Tốc độ truyền dẫncủa một segment giới hạn bởi băng thông vật lý của môi trường lan truyền và cảphần cứng thiết bị truyền

Tại lớp IP một hop truyền dữ liệu với tốc độ thấp hơn tốc độ truyền danh địnhcủa nó do phần mào đầu đóng gói và tạo khung ở lớp 2 Giả sử dung lượng danhđịnh của một segment là CL2 thì thời gian để truyền một gói tin IP kích thước L 3 bytelà:

11

L C

Như vậy:

- Dung lượng của một tuyến (hop): Dung lượng Ci của một hop i là tốc độtruyền dữ liệu cực đại có thể đạt được ở lớp IP tại hop đó

- Dung lượng của một đường mạng (đầu cuối – đầu cuối): mở rộng địnhnghĩa trên ta có thể định nghĩa dung lượng C của một đường mạng đầucuối – đầu cuối là tốc độ cực đại tại lớp IP mà đường mạng có thể truyền

dữ liệu từ nguồn đến đích

Nói một cách khác, dung lượng của một đường mạng thiết lập một giới hạntrên của thông lượng lớp IP mà người sử dụng mong muốn có được từ một đườngmạng Dung lượng tuyến nhỏ nhất trong đường mạng xác định dung lượng C đầucuối - đầu cuối:

Với Ci là dung lượng của hop thứ i và H là số lượng các hop trên một đường mạng

Hop với dung lượng nhỏ nhất được gọi là “tuyến hẹp” (narrow link) trên một

đường mạng

Trong băng thông vật lý, các định nghĩa liên quan đến dung lượng được đưa xemxét ở trên với điều kiện là không có mặt lưu lượng cạnh tranh CT

 Băng thông khả dụng (A-Bw)

Băng thông khả dụng là dung lượng chưa được sử dụng của tuyến trong mộtkhoảng thời gian nhất định Trong khi băng thông vật lý của tuyến phụ thuộc vàocông nghệ và môi trường truyền dẫn thì băng thông khả dụng phụ thuộc vào lưulượng tải trên tuyến

Hình 1.2: Quan h

Băng thông khả dụng phụ thuộc vào lưu lượng đang có trên mạng tức là phụ thuộcvào độ chiếm dụng băng thông của lưu lượng đang tồn tại trên mạng Như vậy A-

Bw thay đổi theo thời gian

Tại một thời điểm tức thời nào đó, một tuyến có thể có dung lượng hoặc bị đầy

do truyền gói tin hoặc có thể rỗi, vì thế độ chiếm dụng tức thời của một tuyến chỉ cóthể là 0 hay 1 Do vậy để định nghĩa A-Bw có ý nghĩa thì độ chiếm dụng phải đượcxét trong một khoảng thời gian nhất định để lấy giá trị trung bình Cụ thể như sau: Gọi u  (t , )t là độ chiếm dụng băng thông trung bình trong khoảng thời gian

(t, )t được tính theo công thức:

Băng thông tuyến

Hình 1.2: Quan hệ giữa băng thông tuyến, lưu lượng cạnh tranh trên tuyến và băng

thông khả dụng của đường mạng

Nếu Ci là dung lượng hop thứ i và u i

là độ chiếm dụng băng thông trung bình củahop đó trong một khoảng thời gian  thì băng thông khả dụng trung bình A i

củahop thứ i được cho bởi phương trình sau:

định A-Bw từ đầu cuối - đầu cuối Như vậy, trên một path narrow link có thể không trùng với tight link

C1 A1

Hình 1.3: Mô hình ống lưu lượng cho một path có 3 hop

1.2.2 Thông lượng (Throughput)

Thông lượng là lượng dữ liệu được truyền thành công từ một host này đến mộthost khác thông qua một mạng Nó được xác định bởi mọi thành phần dọc theo pathmạng từ host nguồn đến host đích, bao gồm cả phần cứng và phần mềm Thônglượng cũng có hai tham số thông lượng cực đại và thông lượng đạt được

 Thông lượng cực đại là tốc độ truyền dữ liệu tốt nhất có thể thực hiệnthành công giữa 2 host đầu cuối nếu chúng được kết nối đầu cuối đến đầu cuối

 Thông lượng đạt được là thông lượng giữa 2 điểm cuối phụ thuộc vàocác điều kiện như giao thức truyền dẫn, phần cứng của host, hệ điều hành,phương pháp và các tham số điều chỉnh…Đặc tính này thể hiện tính năng màứng dụng có thể đạt được

1.3 VAI TRÒ CỦA BĂNG THÔNG ĐỐI VỚI CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ

Dung lượng của hệ thống mạng lõi đã tăng lên rất nhiều do sự phát triển củacông nghệ gần đây trong truyền dẫn quang và định tuyến, chuyển mạch Ethernet tốc

độ cao Tuy nhiên, các mạng IP được thiết kế để cung cấp dịch vụ best-effort có thểkhông đảm bảo nghiêm ngặt chất lượng dịch vụ yêu cầu thời gian thực bởi vì tàinguyên không được dành riêng và tất cả các gói được đối xử như nhau trong hầu hếtcác nút Vì vậy, giám sát tình trạng mạng và quản lý tài nguyên mạng để đảm bảoQoS cho hiệu suất với thời gian thực yêu cầu là rất quan trọng Việc chậm trễ phụthuộc phần lớn vào độ rộng băng tần của đường mạng trong nhiều tài nguyên mạng.Mặt khác, các ứng dụng mạng có thể khai thác được lợi ích từ băng thông khảdụng là các ứng dụng trực tuyến Luồng lưu lượng được tạo ra bởi các ứng dụngnày có thể là các dữ liệu audio hoặc video Tốc độ các luồng được tạo ra bởi cácứng dụng này phải thay đổi để thích nghi bằng cách sử dụng các chương trình mãhoá khác nhau Một chương trình mã hoá có thể cung cấp âm thanh, hình ảnh rất sắcnét và độ trung thực cao với yêu cầu lớn về tốc độ truyền dẫn Ngược lại, mộtchương trình mã hoá sẽ yêu cầu tốc độ truyền dẫn thấp hơn nhưng chỉ có thể cungcấp âm thanh, hình ảnh với chất lượng thấp Vì vậy nếu một ứng dụng trực tuyến có

thể biết được băng thông khả dụng sẽ có thể chọn được phương pháp mã hoá thíchhợp đảm bào được chất lượng dịch vụ yêu cầu.

Ngoài ra một ứng dụng khác của việc biết được băng thông khả dụng là việc lựachọn máy chủ trên mạng Internet, một trong những tiêu chí để lựa chọn máy chủ

“tốt nhất” chính là băng thông khả dụng, tức là máy chủ nào mà đường dẫn mạngđến khách hàng có băng thông khả dụng lớn nhất

1.4 PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO BĂNG THÔNG

1.4.1 Phương pháp đo thụ động

Phương pháp đo thụ động dựa trên việc phân tích các thông tin thu nhận được từluồng ứng dụng Phương pháp thụ động không sử dụng các gói dò bên ngoài đưavào nên tránh được tác động của lưu lượng cạnh tranh lên kết quả đo, do đó kết quả

đo thường chính xác Trên thực tế, phương pháp đo thụ động cũng vấp phải một vấn

đề như phương pháp giám sát, đó là phạm vi sử dụng phương pháp đo thụ động rấthạn chế Bởi vì đo thụ động đòi hỏi phải truy cập đến các router hoặc các link dọctheo một path, loại truy cập này chỉ dành cho các nhà quản trị mạng chứ khôngdành cho người dùng đầu cuối Đặc biệt, khi router nằm ngoài phạm vi quản lý thìcác nhà quản trị mạng cũng không thực hiện được kỹ thuật đo thụ động để giám sátbăng thông

Hơn nữa việc dung lượng của các link mạng lõi tăng lên thì phương pháp đo thụđộng cực kỳ khó khăn vì nó đòi hỏi phải “quét” các gói tin trên các tuyến dunglượng vài Gb/s, điều này cũng dẫn đến chi phí quá lớn cho việc đo

thông từ một host nằm trong phạm vi quản lý của họ đến một host nằm trong phạm

vi quản lý của nhà quản lý mạng khác Tuy nhiên, nhược điểm của kỹ thuật đo chủđộng so với kỹ thuật đo thụ động là độ chính xác kém hơn, một trong những tácnhân gây ra vấn đề trên là lưu lượng cạnh tranh, chúng ta sẽ nghiên cứu vấn đề này

kỹ hơn ở những chương kế tiếp

1.5 ĐO BĂNG THÔNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHỦ ĐỘNG

Công cụ đo dựa trên phương pháp chủ động sớm nhất và đơn giản nhất được

biết đến là Ping Ping được phát triển vào năm 1980, nó đo RTT (round trip time) là

thời gian gửi một gói dò đi cho đến khi nhận gói tin phản hồi ICMP Các kết quảcủa Ping được sử dụng để đánh giá vấn đề nghẽn mạng bằng cách phân tích sự thay

đổi các giá trị RTT Traceroute được phát triển vào năm 1988, nó cũng sử dụng cơ

chế tương tự để đo RTT trên mỗi hop Trong khi đó, được phát triển muộn hơn (vàonăm 1991) các công cụ đo như TTCP, Bprobe, Cprobe v.v lại gửi đi một chuỗi gói

dò thay vì một gói như Ping hay Traceroute Cùng với sự phát triển của công nghệchuyển mạch gói, đặc biệt vào những năm cuối thế kỷ 20, đầu thế kỷ 21 rất nhiềucác công cụ đo dựa trên phương pháp chủ động tiếp tục được phát triển nhưNetimer, Pathchar, Pathload, Pathrate v.v Điểm chung của tất cả các công cụ đonày là sử dụng các gói dò bên ngoài để thực hiện phép đo, tức là dựa vào đo chủđộng Phần kế tiếp của đề tài sẽ đề cập đến nguyên tắc đo và phân loại các công cụ

đo dựa trên phương pháp đo chủ động

1.5.1 Nguyên tắc đo

Kỹ thuật đo chủ động dùng các gói “dò” bên ngoài để thực hiện các phép đobăng thông, có nghĩa là một luồng dò (luồng có chứa các gói tuân theo một nguyêntắc nhất định nào đó phụ thuộc vào các kỹ thuật đo được sử dụng) được “nhét” vàomạng bởi một máy tính (host), một host khác sẽ thu các gói dò này đồng thời phântích các thông tin nhận được từ các gói dò Sử dụng các thông tin mang tính thống

kê này có thể rút ra một kết luận về trạng thái và một số thuộc tính của mạng Ýtưởng này được minh hoạ ở hình 1.4

Nghiên cứu luồng dò bị tác động bởi mạng như thế nào, ta có thể rút ra một vàikết luận về mạng Tuy nhiên chúng ta cần lưu ý:

 Thứ nhất, dò không giúp chúng ta đưa ra một kết luận mang tínhtổng thể về mạng mà nó chỉ có thể nghiên cứu một path mạng cụ thể nào đó

mà luồng dò đi qua

 Thứ hai, dò là cách tốt nhất để xác định các tham số đầu cuối –đầu cuối của một đường mạng Lý do được giải thích như sau Một đườngmạng bao gồm nhiều tuyến và mỗi một tuyến có những thuộc tính riêng của

nó Trong hầu hết các trường hợp không thể xác định các thuộc tính của từngtuyến dựa vào một luồng dò Bằng cách dò, ta có thể nói rằng “một trong cáctuyến trên đường mạng có những tính chất này” nhưng nói chung không thểxác định cụ thể là tuyến nào

 Cuối cùng, các tính chất của đường mạng được xác định gián tiếp.Với phương pháp dò thì hiểu biết về mạng vẫn chưa được rõ ràng Chúng takhông thế biết được nguyên nhân gây ra các “sự kiện” diễn ra trên mạng,luồng dò chỉ khám phá rằng điều gì đó đang diễn ra Tuy nhiên, phương pháp

dò cũng giúp chúng ta định lượng về một đường mạng

1.5.2 Phân loại các công cụ đánh giá băng thông chủ động

Các công cụ đánh giá băng thông có thể được phân thành các nhóm dựa trên

tham số băng thông cụ thể mà chúng ta quan tâm và kỹ thuật đo mà các công cụ sửdụng

Nhóm đầu tiên là các công cụ đo dung lượng qua mỗi hop Nhóm công cụ đonày dựa trên kỹ thuật dò VPS (Variable Packet Size)

Hình 1.4: Các thành phần cơ bản của một phiên dò

luồng dò

INTERNET

Nhóm thứ hai là các công cụ đo dung lượng đầu cuối-đến-đầu cuối Kỹ thuật

dò bằng cặp gói /chuỗi gói PPPT với kích thước gói thay đổi được sử dụngrộng rãi trong nhóm công cụ này

Nhóm thứ ba là các công cụ đo băng thông khả dụng A-Bw Đo băng thôngkhả dụng khó hơn nhiều so với đo hai tiêu chí băng thông trên do bản chấtđộng của nó Các kỹ thuật đo thường được sử dụng trong nhóm này làPPPT, SLoPS, TOPP

Nhóm thứ tư là các công cụ đo đo thông lượng Kỹ thuật mô phỏng và kỹthuật mô hình thông lượng TCP được sử dụng trong nhóm này

1.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG

Có thể nói đo băng thông trong mạng IP là vấn đề rất quan trọng để đảm bảochất lượng dịch vụ mạng vì vậy đo băng thông rất được các nhà nghiên cứu mạngquan tâm và đo đạt

Hiện nay có rất nhiều công cụ đo băng thông khác nhau nhưng về cơ bản đềudựa trên 2 phương pháp đo là: đo tích cực và đo thụ động Phương pháp đo tích cựcđược tiến hành bằng cách chèn lưu lượng vào hệ thống cần đo, trong trường hợpnày có thể là một mạng hoặc một phần của mạng Đáp ứng sẽ được đánh giá bởithiết bị phát lưu lượng hoặc một hay nhiều thiết bị riêng biệt khác Các thiết bị đotích cực có thể phỏng tạo theo lưu lượng thực để suy ra hiệu năng của một ứngdụng Hoặc nó cũng có thể được sử dụng để suy ra một vài đặc tính quan trọng củamạng (mất gói, độ rộng băng tần khả dụng, trễ …) Các bộ khảo sát tích cực có thểđược đặt ở gần hay bên trong các hệ thống đầu cuối, chúng có thể cho những số liệutương đối chính xác về việc sử dụng mạng của khách hàng Trái với phương pháp

đo tích cực, phương pháp đo thụ động được thực hiện bằng cách giám sát các gói tinthực tại các điểm đo đã chọn, quá trình đo của phương pháp này hoàn toàn khôngxâm nhập hay ảnh hưởng đến hoạt động của mạng

Với phương pháp đo băng thông chủ động, có các mô hình đo băng thông khácnhau Chương tiếp theo sẽ đi sâu vào phân tích các mô hình đo băng thông và các

công cụ đã được các nhà nghiên cứu công bố để biết được ưu, nhược điểm của cáccông cụ và ứng dụng chúng trong các trường hợp cụ thể.

Chương 2 SO SÁNH, ĐÁNH GIÁ PHƯƠNG PHÁP ƯỚC TÍNH BĂNG

THÔNG TRONG MẠNG IP

GIỚI THIỆU CHƯƠNG

Hiện nay có nhiều phương pháp và công cụ đo băng thông khác nhau, tuy nhiênphương pháp nào là ưu điểm và có thể sử dụng rộng rãi là vấn đề đang được các nhàkhoa học nghiên cứu Mỗi mô hình đo băng thông và các công cụ đo tiêu biểu đều

có các ưu, nhược điểm của nó vì vậy cần phải hiểu rõ để lựa chọn ứng dụng chúngtrong các trường hợp cụ thể

Mục tiêu chương này nhằm giới thiệu những vấn đề sau:

- Các mô hình ước tính băng thông trong mạng IP: Mô hình khoảng cách gói dòPGM và mô hình tốc độ gói dò PRM.

- Phương pháp đo dung lượng đầu cuối đến đầu cuối bằng phương pháp cặpgói/ chuỗi gói

- Khảo sát một số công cụ đo dựa trên kỹ thuật cặp gói/chuỗi gói

- Phương pháp đo băng thông khả dụng đầu cuối đến đầu cuối bằng kỹ thuậtSloPS

- Khảo sát một số công cụ đo dựa trên kỹ thuật SLoPS

2.1 CÁC MÔ HÌNH ƯỚC TÍNH BĂNG THÔNG

Như đã đề cập ở trên có 2 tham số băng thông thường được đo là băng thông vật

lý và Băng thông khả dụng Băng thông vật lý là tốc độ truyền dữ liệu cực đại cóthể đạt được giữa 2 host tại điểm cuối của đường mạng mà không có lưu lượng cạnhtranh Băng thông khả dụng là băng thông dọc theo đường mạng có thể thu đượcbởi luồng dò tại thời điểm tức thời Cả hai phương pháp đo đều quan trọng, mỗithuộc tính liên quan đến các vấn đề khác nhau của mạng Dung lượng luôn ổn đinh

và không phụ thuộc vào lưu lượng động trên mạng tại thời điểm nhất định Băngthông khả dụng phụ thuộc vào các đặc tính của đường mạng mà lưu lượng truyềntrên đó Các đặc tính này không chỉ mang tính “tĩnh” như tốc độ của các tuyến tạonên một đường mạng, mà còn mang tính “động” như sự cạnh tranh giữa các lưulượng khác nhau và sự thay đổi trong các topology định tuyến Các tính chất động

có thể làm cho A-Bw thay đổi đột ngột trong khoảng thời gian rất ngắn Do đó đobăng thông khả dụng rất khó khăn, đặc biệt trong môi trường mạng mà phươngpháp đo đầu cuối – đầu cuối được nhiều người chấp nhận

Một số công cụ đo băng thông được phát triển dựa trên các kỹ thuật đo khácnhau Hiện nay có rất nhiều công cụ đo băng thông như Cprobe, Pathload, Delphi,Spure vv Các công cụ đo này có thể được phân thành hai loại dựa trên hai phươngpháp đánh giá là PGM (Probe Gap Model) và PRM (Probe Rate Model)

2.1.1 Phương pháp mô hình khoảng cách gói dò PGM

Sự khác nhau giữa khoảng cách ban đầu và khoảng cách ở cuối đường mạngđược gọi là sự phân tán gói Mỗi khi bị trễ hàng đợi xảy ra, sự phân tán tăng lên.PGM được sử dụng để đo dung lượng và băng thông khả dụng Nếu sử dụng nó để

đo dung lượng, chúng ta sẽ giảm tác động của lưu lượng cạnh tranh bằng cách sửdụng khoảng cách nhỏ và xác định dung lượng của đường mạng sử dụng phân tángói Nếu chúng ta muốn ước tính băng thông khả dụng, chúng tôi sử dụng phân tán

để đo lưu lượng cạnh tranh liên kết chặt và trừ nó với dung lượng của các nút cổchai Kết quả chúng ta sẽ thu được băng thông khả dụng Vấn đề của phương phápnày là giả thiết tuyến chặt xảy ta tại nút cổ chai Điều này là có thể trong một sốtrường hợp nhưng không phải luôn xảy ra

Trong mô hình này sử dụng thông tin về khoảng thời gian đến của hai gói dò liêntiếp tại đầu thu Một cặp gói được gửi đi với khoảng cách thời gian là Δin và đến đầuthu với khoảng cách thời gian là Δout

Giả thiết một link đơn có băng thông cổ chai và có sự xuất hiện lưu lượng cạnhtranh trong thời gian Δin Δout được tính là thời gian để phát gói dò thứ hai và CT đếntrong thời gian Δin Do đó, thời gian để phát CT là (Δout-Δin) và tốc độ của CT là

Hình 2.1: Đo khoảng cách gói dò sử dụng mô hình PGM tại điểm bắt

đầu và điểm cuối trên đường mạng

 với C là dung lượng của link cổ chai Băng thông khả dụng được tính

như sau: 1 out in

2.1.2 Phương pháp mô hình tốc độ gói dò PRM

Mô hình dựa vào khái niệm xung đột tự gây ra (self-induced congestion) Nóimột cách dễ hiểu là nếu phía phát gửi đi các gói dò với tốc độ thấp hơn A-Bw dọctheo một path thì tốc độ đến của gói dò tại đầu thu sẽ “bằng” với tốc độ của chúngtại phía phát Ngược lại, nếu các gói dò được phát đi với tốc độ cao hơn A-Bw thìcác gói dò sẽ bị trễ dẫn đến tốc độ các gói dò tại đầu thu sẽ nhỏ hơn tốc độ củachúng tại phía phát Như vậy có thể đo A-Bw bằng cách dò tìm điểm “xoay” mà tại

đó tốc độ của phía phát và thu bắt đầu bằng nhau Các công cụ đo như TOPP,Pathload sử dụng mô hình trên

Hình 2.2: Mô hình PGM

Cả hai mô hình PGM và PRM đều sử dụng các giả thiết:

1.Các bộ định tuyến dọc theo đường mạng sử dụng hàng đợi FIFO

2 Tốc độ trung bình của CT thay đổi chậm và là hằng số trong khoảng thờigian thực hiện một phép đo

Hơn nữa mô hình PGM giả thiết tuyến hẹp trùng với tuyến chặ trên một đườngmạng Rõ ràng mô hình này sẽ gặp khó khăn khi đo A-Bw dọc theo một đườngmạng có tuyến hẹp khác với tuyến chặt

2.2 ĐO DUNG LƯỢNG ĐẦU CUỐI – ĐẦU CUỐI BẰNG KỸ THUẬT CẶP GÓI / CHUỖI GÓI (PACKET PAIR/ PACKET TRAIN)

Xuất phát từ các nghiên cứu của Teshav (hay còn gọi là thuộc tính cặp gói trongcác mạng hàng đợi FIFO) sau đó được phát triển thành kỹ thuật đo cặp gói/chuỗigói bởi [3], [4], [8]

Kỹ thuật đo cặp gói được sử dụng trong các công cụ đo dung lượng đầu đến- đầu cuối của một đường mạng trong khi đo kỹ thuật chuỗi gói được sử dụng để

cuối-đo băng thông khả dụng A-Bw

2.2.1 Cơ sở lý thuyết

2.2.1.1 Kỹ thuật cặp gói

Khi một gói tin truyền qua một link, nó sẽ chịu một trễ nối tiếp do các giới hạn

vật lý của link và các ràng buộc phần cứng của thiết bị Trong một tuyến lưu

trữ-và-chuyển tiếp có dung lượng C i thì trễ nối tiếp của một gói tin kích thước L là

i

L C

  Một cặp gói cùng kích thước L được gửi đầu cuối đến đầu cuối,có nghĩa

là khoảng cách thời gian giữa hai gói đủ nhỏ ( 10 00)

l

L

t t

C   để gây ra việc xếp hàngtại một tuyến có băng thông cổ chai thì các gói này sẽ đến đích với khoảng lệch thờigian giữa hai gói (t1n t n0) bằng với khoảng thời gian khi chúng rời khỏi tuyến băng

Phương trình (2.1) chỉ đúng với điều kiện không có lưu lượng cạnh tranh trên linkđang xét.

Sử dụng thuộc tính cặp gói, chúng ta có thể giải phương trình (2.1) để tìm giá trịbăng thông cổ chai bl như phương trình (2.2) Theo như định nghĩa các khái niệm

băng thông trong chương 1, C l cũng chính là dung lượng đầu cuối-đến-đầu cuối của path C Hop có dung lượng C l còn được gọi là tuyến hẹp (narrow link).

Hai kỹ thuật cặp gói này khác nhau bởi việc sử dụng tham số t trong phương trình

tính dung lượng đầu cuối-đến-đầu cuối của một path Trong RBPP, t được đo ở đầuthu như phương trình (2.2)

Trong trường hợp không đo được thời gian đến tại phía thu, ta có thể sử dụngthời gian đến của các gói tin phản hồi được đo ở đầu phát (SBPP) Hình 2.5 là ví dụviệc sử dụng gói tin phản hồi để đo băng thông cổ chai trong công cụ Bprobe[4].Khi các gói tin xuất phát từ đầu phát, khoảng lệch giữa hai gói tin là 1 0

t  t Khoảnglệch giữa hai gói có thể thay đổi khi cặp gói này truyền qua các link có dung lượngkhác nhau Khoảng lệch bị trải ra (tăng lên) khi cặp gói qua link cổ chai Các gói tinphản hồi truyền qua link cổ chai trên đường từ đầu thu đến đầu phát nhưng khoảnglệch này không thay đổi Khi các gói tin phản hồi từ đầu thu về đến đầu phát,khoảng lệch đo tại phía phát (r01 r00) có thể được sử dụng để tính toán băng thông

cổ chai theo phương trình:

Như vậy RBPP yêu cầu vấn đề định thời cho các gói dò phải được thực hiện cảhai đầu thu, phát các gói này Trong khi SBPP chỉ yêu cầu ở đầu phát Việc sử dụngcác gói tin phản hồi trong SBPP làm tăng thêm khả năng gói dò bị ảnh hưởng bởinhững tác động khác, chẳng hạn như lưu lượng cạnh tranh dẫn đến việc đánh giá kếtquả đo không chính xác bằng RBPP Tuy nhiên việc triển khai RBPP lại khó hơn vì

vì nó yêu cầu việc xử lý phép đo ở cả hai đầu Cả hai kỹ thuật RBPP và SBPP đềuphải sử dụng thêm các kỹ thuật lọc để loại bỏ các kết quả đo không chính xác.Chúng ta sẽ đề cập các kỹ thuật lọc này ở nội dung kế tiếp

2.2.1.2 Kỹ thuật chuỗi gói

Kỹ thuật chuỗi gói có được bằng cách mở rộng kỹ thuật cặp gói Thay vì gửi haigói dò như trong kỹ thuật cặp gói thì phía nguồn (phát) có thể gửi N gói dò back-to-back kích thước L đến đích (thu), các gói này được gọi là một chuỗi gói có chiềudài N Khoảng lệch của một chuỗi gói tại một tuyến là tổng thời gian giữa bit cuối

l

L C

Bottleneck link

Inter-arrival time

Hình 2.5: Các gói dò trong Bprobe đi từ đầu phát

đến đầu thu rồi quay ngược về.

Tuyến cổ chai

Thời gian đến giữa các gói

cùng của gói đầu tiên và gói cuối cùng  N Phía thu sẽ đo ( )N sau đó sẽ tínhtoán một giá trị ước lượng băng thông:

mà nó ít nhạy cảm hơn với nhiễu

2.2.2 Một số vấn đề tác động đến mô hình cặp gói

Kỹ thuật cặp gói sử dụng một số giả thiết như: khoảng cách giữa hai gói dò gửi

đi phải đủ nhỏ để gây ra việc xếp hàng tại tuyến cổ chai, không có lưu lượng cạnhtranh trên đường mạng đang đo, các bộ định tuyến trên đường mạng sử dụng hàngđợi FIFO, trễ nối tiếp tỉ lệ với kích thước gói Tuy nhiên, giả thiết thứ hai là điềukhó xảy ra trong thực tế do bản chất mạng gói Một số vấn đề mô hình cặp gói vấpphải được [3] chỉ ra:

 Hỏng hàng đợi: các gói dò có thể không xếp hàng tại băng thông cổ chai màmột trong các nguyên nhân có thể gây ra vấn đề này là việc gửi hai gói dòkhông đủ gần nhau

 Lưu lượng cạnh tranh CT: lưu lượng cạnh tranh dọc theo đường mạng có thểxen vào giữa hai gói dò

 Mất gói dò: gói dò gửi đi có thể bị mất.

 Nghẽn xuất hiện ở phía giao tiếp tốc độ thấp của bộ định tuyến

Những vấn đề trên đều gây ra sự sai lệch trong kết quả đánh giá băng thông.Trong đó vấn đề CT được xem là yếu tố có thể tác động lớn đến kỹ thuật đo cặpgói/chuỗi gói dẫn đến kết quả đo không chính xác

Hai giải pháp chính được dùng để giải quyết các vấn đề trên là: giải pháp gửi đinhiều cặp gói dò với kích thước thay đổi và giải pháp dùng các kỹ thuật lọc nhằmloại bỏ các kết quả đo không chính xác

Việc gửi đi nhiều cặp gói dò hạn chế sự mất gói, hạn chế tác động của lưu lượngcạnh tranh làm rối loạn trật tự cặp gói dò Tương tự như vậy, với kích kích thướcgói dò thay đổi sẽ hạn chế được khả năng hỏng hàng đợi bởi vì khi kích thước gói

dò tăng lên thì thời gian xử lý gói tại các router tăng lên, dẫn đến khả năng xuấthiện hàng đợi tăng lên Tuy nhiên vấn đề khó khăn nhất là lọc bỏ các kết quả đokhông chính xác (nhiễu) gây ra bởi sự tác động của lưu lượng cạnh tranh Trên cơ

sở các kỹ thuật lọc các nhau, một số công cụ đo được phát triển nhằm loại bỏ cáckết quả đo không chính xác để có được các kết quả gần đúng với giá trị thực hơn Giải pháp đầu tiên được đưa ra là lấy giá trị trung bình của tất cả các giá trị đo,tuy nhiên giá trị băng thông thực có sự tương quan rất bé với nhiễu nên phươngpháp này có sai số rất lớn

Các kết quả nghiên cứu mô hình cặp gói trước đã chỉ ra các kết quả đo có dạngnhư một phân bố nào đó, từ đó tìm một điểm mà có mật độ lớn nhất trong phân bốnày Điều này xuất phát từ ý tưởng là các kết quả đo chính xác hội tụ quanh giá trịđúng trong khi các kết quả sai thì không hội tụ tại bất kỳ một giá trị nào

Một phương pháp để thực hiện ý tưởng này là sử dụng biểu đồ (histogram) Tuynhiên phương pháp này lại có một số hạn chế đó là: phụ thuộc vào độ rộng cột biểu

đồ, phụ thuộc vào việc chọn điểm đầu, điểm cuối của cột Hạn chế thứ nhất là do độrộng cột biểu đồ cố định nên rất khó để chọn độ rộng cột thích hợp trong khi chúng

ta không biết về phân bố của các giá trị đo thu được Ví dụ nếu như tất cả các kếtquả đo có giá trị dao động xung quanh 100.000 thì việc chọn độ rộng cột biểu đồ1.000.000 sẽ không có ý nghĩa Ngược lại nếu tất cả các giá trị đo dao động quanh100.000.000 thì khi chọn độ rộng cột 10.000 sẽ làm giãn các giá trị cực đại đượcquan tâm Hạn chế thứ hai sự sắp xếp của các cột cố định hay nói cách khác là ranhgiới của các cột không phản ánh được phân bố Ở hai phía một mặt của ranh giớicột có hai điểm nằm rất gần nhau thì ranh giới cột bỏ qua mối quan hệ trong phân

bố của của hai điểm này

Trong công cụ đo Bprobe [3] đề xuất kỹ thuật lọc giao (intersection) và hợp(union) cùng với kích thước gói dò thay đổi Ý tưởng chính của Bprobe là các phép

đo chính xác không bị tác động bởi các gói CT sẽ tạo nên một mode trong phân bốbăng thông cặp gói, khi kích thước gói thay đổi thì mode này vẫn chiếm ưu thế

trong các kết quả đo [8] sử dụng một một bộ ước lượng mật độ kernel như là bộ lọc

thống kê thay vì dùng biểu đồ để phát hiện mode của phân bố băng thông cặp gói,[8] dựa trên ý tưởng: dung lượng của một path có quan hệ đến hầu hết dải đo băngthông, tức là với mode cục bộ mạnh nhất (strongest local mode)

Trong [4] nhận xét phân bố của các kết quả đo băng thông là đa mode(multimodal), và từ đó xây dựng phương pháp phát hiện và chọn lọc kết quả đánhgiá băng thông cuối cùng từ các mode này [4] phân tích các mode cục bộ của phân

bố băng thông của kết quả đo dựa trên kỹ thuật cặp gói và cũng sử dụng một giớihạn dưới của dung lượng mạng được đo với chuỗi gói

2.2.3 Khảo sát một số công cụ đo dựa trên kỹ thuật cặp gói/chuỗi gói

Một số công cụ đo dung lượng hoặc băng thông khả dụng của một đường mạngđầu cuối-đến-đầu cuối dựa trên kỹ thuật cặp gói/chuỗi gói được phát triển liên tục.Điểm khác nhau cơ bản giữa các công cụ đo này là kỹ thuật lọc nhằm loại bỏ cáckết quả đo không chính xác Mà nguyên nhân chủ yếu là do tác động của các gói tin

CT đến các gói dò của cặp gói/chuỗi gói

2.2.3.1 Bprobe

Bprobe là công cụ đo băng thông cổ chai được Carter và Crovella đề xuất [3].Bprobe gửi đi các cặp gói ICMP ECHO từ nguồn đến đích và đo thời gian đến củacác gói tin phản hồi Quá trình này được lặp lại nhiều lần (nhiều pha) với kích thướccác gói dò thay đổi Việc tăng kích thước gói dò được tính toán với hệ số luân phiên

là 150% và 250% nhằm đảm bảo không có kích thước hai gói bội số nguyên lẫnnhau Ví dụ khi tăng gấp đôi kích thước gói dò, băng thông đánh giá được khi cómột gói CT kích thước x xen vào giữa hai gói dò kích thước y sẽ bằng với băngthông đo được khi xen hai gói CT kích thước x vào giữa các gói dò kích thước 2y

Rõ ràng điều này dễ dàng dẫn đến kết quả đo sai Như vậy việc gửi nhiều lần cácgòi dò với kích thước thay đổi (tăng luân phiên 150% và 250%) làm giảm xác suấtcác kết quả đo không chính xác Bprobe cũng đưa ra nhận xét rằng các gói dò vớikích thước lớn bao giờ cũng cho kết quả đo tốt hơn so với gói dò kích thước nhỏ

Gửi đi các cặp gói dò có kích thước thay đổi nhiều pha dẫn đến các kết quả đothì có tương quan với nhau, các kết quả đo sai thì không tương quan Ví dụ các gói

dò được gửi đi 2 pha, pha thứ nhất kích thước gói là p1, pha thứ hai kích thước gói

là p2 Các gói CT đều có kích thước là x Các kết quả đo được tạo ra bởi các chuỗigói p1-x-p1 và p2-x-p2 sẽ nhỏ hơn dung lượng thực nhưng điều quan trọng là hai kếtquả đo này khác nhau Mặt khác các chuỗi p1-p1 và p2-p2 sẽ tạo ra các kết quả đođúng Các kết quả đo sai không tương quan với nhau và chúng cũng không tươngquan với kết quả đo đúng Thuộc tính này sẽ được khai thác trong phương pháp lọcgiao và hợp của Bprobe Phương pháp lọc giao (intersection) sẽ tìm các phần chồnglên nhau (overlap)của các khoảng kết quả đo và thực hiện phép giao với ý tưởng làchúng ta muốn tìm kết quả đo mà nó xuất hiện ở tất cả các pha Phép giao đầu tiênđược thực hiện giữa các kết quả đo nhận được từ gói dò có kích thước lớn nhất vớicác kết quả đo từ gói dò kích thước nhỏ hơn Phương pháp lọc hợp thực hiện phéphợp các khoảng kết quả đo chồng lên nhau để chọn một khoảng đo với điều kiệnkhoảng đo này có chứa các khoảng (chưa thực hiện phép hợp) tạo nên nó

Hình 2.6 là một ví dụ về phương pháp lọc giao và hợp Hai hàng trên là các biểu

đồ biểu diễn hai tập kết quả đo của hai pha Trục hoành biểu diễn các khoảng băngthông cổ chai được đo (tăng lên từ trái sang phải) và trục tung biểu diễn số kết quả

đo của mỗi khoảng Hai hàng dưới biểu diễn các biểu đồ nhận được sau khi thựchiện phương pháp lọc giao hoặc hợp Đôi với lọc hợp, chiều cao của cột biểu đồ kíhiệu là h và số tập kết quả đo tham gia trong phép hợp là s; chúng được biểu diễn tạimỗi khoảng kết quả đo: (h,s) Trên ví dụ hình 2.6 thì khoảng thứ tư có tổng cộng 7kết quả và nó cũng là khoảng duy nhất xuất xứ từ 2 tập kết quả đo Điểm giữa củakhoảng này là kết quả của việc đánh giá băng thông cổ chai

2.2.3.2 Nettimer

Công cụ Nettimer có thể hoặc để đo dung lượng từng hop dựa trên kỹ thuật đoVPS hoặc dùng để đo dung lượng đầu cuối-đến-đầu cuối dựa trên kỹ thuật cặp gói.Chúng ta khảo sát Nettimer dựa trên kỹ thuật cặp gói

Nettimer sử dụng thuật toán ước lượng mật độ Kernel hay còn gọi là bộ lọcKernel để loại bỏ các mẫu kết quả đo không chính xác Phương pháp này nhằm gáncho các mẫu kết quả đo chính xác với mức độ ưu tiên cao, các mẫu kém chính xácvới mức độ ưu tiên thấp

Hàm kernel được định nghĩa với thuộc tính: K t dt( ) 1

n

i i

Hình 2.7 phân biệt giữa các dạng mẫu kết quả đo chỉ ra các mẫu nào sẽ được giữlại, mẫu nào sẽ loại bỏ Trường hợp A chỉ ra trường hợp lý tưởng của mô hình cặpgói: các gói tin được gửi đi đủ nhanh để xếp hàng tại link cổ chai và không có xếphàng tại các tuyến sau tuyến cổ chai Trong trường hợp này băng thông cổ chaibằng với băng thông đo được ở phía thu và chúng ta không cần thiết thực hiện việclọc Trường hợp B, giữa hai gói dò xuất hiện một hay nhiều gói của CT, làm chokhoảng cách giữa hai gói dò tăng lên so với khoảng cách thực gây ra bởi tuyến cổchai Trong trường hợp này, băng thông đo được ở phía thu nhỏ hơn băng thông cổchai vì vậy chúng ta cần lọc bỏ kết quả này Trường hợp C, một hay nhiều gói tin

CT xếp hàng trước gói dò thứ nhất sau link cổ chai, làm cho khoảng cách giữa haigói dò bị thu hẹp hơn so với khoảng cách gây ra bởi link cổ chai Trong trường hợpnày, băng thông phía thu đo được lớn hơn băng thông cổ chai vì vậy kết quả nàycũng cần phải được lọc bỏ Trường hợp D, phía phát không gửi hai gói dò đủ gần

nhau vì vậy chúng không xếp hàng tại link cổ chai Trong trường hợp này, băngthông đo được ở phía thu nhỏ hơn băng thông cổ chai vì vậy các mẫu đo này cũngcần được lọc bỏ

Để tránh trường hợp D, kỹ thuật đo cặp gói thường gửi đi các gói dò kích thướclớn với khoảng cách giữa hai gói dò rất nhỏ

Tương tự như công cụ Bprobe, để loại bỏ tác động trong B và C, chúng ta sửdụng một nhận xét là mẫu kết quả đo bị tác động bởi CT có xu hướng không tươngquan lẫn nhau trong khi đó các mẫu đo trong trường hợp A (không bị tác động bởiCT) thì tương quan lẫn nhau mạnh mẽ Nguyên nhân là chúng ta giả thiết rằng cácgói CT có kích thước ngẫu nhiên và chúng đến các link dọc theo path một cáchngẫu nhiên

Nhận xét thứ hai là thuật toán cặp gói không thể đo băng thông cao hơn băng thông

mà tại đó các gói dò được gửi đi Đây là tính chất cơ bản của thuật toán cặp gói bấtchấp kỹ thuật lọc được thực hiện như thế nào Băng thông tại đó đầu phát gửi haigói dò được gọi là băng thông tiềm năng bởi vì băng thông đo được không thể caohơn nó [7] Khi đầu phát gửi các gói dò kích thước nhỏ hoặc chậm, hoặc cả hai thìdẫn đến các kết quả đo sai: băng thông đo được có giá trị cao hơn băng thông tiềmnăng Kết quả này tương tự như trường hợp C

Hình 2.7 Các trường hợp thay đổi khoảng lệch giữa các gói dò của cặp gói

Lưu lượng cạnh tranh

Lưu lượng cạnh tranh

Hình 2.8 là một ví dụ chỉ ra phương pháp lọc bỏ các mẫu kết quả đo sai bằng bộlọc kernel và hai nhận xét trên Các mẫu đo được biểu diễn trên đồ thị với băngthông tiềm năng – trục x, băng thông đo được - trục y Dựa vào nhận xét 2, chúng ta

có thể loại bỏ các mẫu đo nằm trên đường y = x (trường hợp C) Các mẫu còn lạiđược làm phẳng phân bố và chọn lấy những điểm có mật độ cao nhất bằng công cụlọc

Các mẫu kết quả đo nằm trên đường y = x cho đến khi có một vài mẫu x = b Các mẫu này có băng thông tiềm năng xấp xỉ bằng băng thông đo được và cácgói dò của các mẫu đo này không xếp hàng tại link cổ chai Sau b thì các mẫu chạydọc theo đường y=b Các mẫu này có băng thông tiềm năng cao hơn băng thông đođược, các gói dò của các mẫu đo này xếp hàng tại link cổ chai Giá trị b là băngthông thực

2.2.3.3 Pathrate

Pathrate là công cụ đánh giá dung lượng đầu cuối – đầu cuối được phát triển bởicác tác giả Moore, Ramanathan, Dovrolis [4] Công cụ này sử dụng nhiều cặp gói

để tìm ra phân bố băng thông đa mode của kết quả đo Bằng cách thay đổi cỡ gói

dò, nó làm giảm bớt cường độ của các mode hình thành do CT Pathrate xác định

Hình 2.8: Các mẫu kết quả đo được biểu diễn bằng giá trị băng thông đo được theo băng thông tiềm năng Các mẫu nằm trên đường y=x được lọc bỏ

Băng thông tiềm năng (Potential bandwidth)