slide bài giảng CƠ SỞ MẠNG THÔNG TIN

Chương 1: Giới thiệu Chương 2: Lý thuyết xếp hàng và ứng dụng Chương 3: Mạng hàng đợi Chương 4: Điều khiển luồng kết hợp(Go back N, Selective Repeat,Window) Chương 5: Điều khiển luồng và chống tắc nghẽnChương 6: Định tuyến trong mạng viễn thông Chương 7: Thuật toán Dijikstra, Bellman Ford Chương 8: Bài tập

Trang 1

Cơ sở mạng thông tin

Trang 2

Đại học Bách Khoa Khoa Điện tửViễn thông

Trang 3

Trang 4

Trang 5

[ 9] http://ptolemy.eecs.berkeley.edu/ptolemyII/index.htm

[ 10] http://www.omnetpp.org/

Trang 6

[ 9] http://ptolemy.eecs.berkeley.edu/ptolemyII/index.htm

[ 10] http://www.omnetpp.org/

Trang 7

Tài liệu tham khảo

[ 11] http://www.topology.org/soft/sim.html

[ 12] Kishor Shridharbhai Trivedi, Probability and Statistics with Reliability, Queuing, and Computer Science

Trang 8

• Khi phân tích hay tổng hợp một hệ thống thông tin, một yêu cầu hàng đầu là phải khảo sát các đặc tính và hiệu năng hoạt động của các hệ thống

• Ví dụ, một nhà cung cấp dịch vụ điện thoại di động

GSM muốn mở rộng vùng phủ sóng của mình. Với các tham số đầu vào cho trước bao gồm:

– Lưu lượng đầu vào λ , được tính bằng số yêu cầu kết nối trong một đơn vị thời gian. Tham số này được

Trang 9

Trang 10

Trang 11

• Thực tế, quá trình phân tích một hệ thống thực thông thường tương đối khó khăn và tốn kém. Để khẳng định tính chất của một hệ thống về hiệu năng hoạt động, tính kinh tế .v.v.,

cậy, các dữ liệu đầu vào của mô hình phải phù hợp với hệ

thống thực tế

Tổng quan

Trang 12

mô hình toán học và mô hình mô phỏng

• Phân tích (analysis): Được hiểu là quá trình tìm hiểu, khám

phá các đặc điểm hoặc chức năng của hệ thống. Trong bước này, đặc điểm hoặc phản ứng của một hệ thống sẽ được

nghiên cứu tương ứng với các thông số đầu vào cho trước

Các bước mô hình hóa

Trang 13

Trang 14

Các bước mô hình hóa

Trang 15

Trang 16

• Trong quá trình mô hình hóa người ta chỉ giới hạn xem xét

một số thông số quan trọng của hệ thống. Vì vậy kết luận về đặc tính hoạt động của một hệ thống nào đó bao giờ cũng

có dạng:

“Hệ thống A tốt hơn hệ thống B về mặt C”

• Việc kết luận chung chung theo kiểu “hệ thống A tốt hơn hệ thống B” thông thường không chính xác do khi xét theo một tiêu chuẩn đánh giá nào đó, một hệ thống có thể tối ưu

nhưng khi xét theo một tiêu chuẩn khác, hệ thống đó lại có

những nhược điểm đáng kể

Các tiêu chuẩn đánh giá

Trang 17

Trang 18

Trang 19

Trang 20

• Phương pháp xấp xỉ (approximation method)

– Trong nhiều trường hợp, phương pháp phân tích toán học quá phức tạp để có thể mô tả một hệ thống.

Phương pháp xấp xỉ cơ thể áp dụng trong những

trường hợp này.

Các phương pháp đánh giá

Trang 21

• Phương pháp mô phỏng (simulative techniques) miêu tả một quá trình xảy ra trong thực tế thông qua các

Trong nhiều trường hợp, mô phỏng là phương pháp khả thi nhất về mặt thời gian và tài chính (không phải mua

một hệ thống thực).

Phương pháp mô phỏng

Trang 22

mô phỏng với các tham số đầu vào mà giá trị đầu ra

đã được biết trước, sau đó so sánh các kết quả mô

phỏng so với kết quả đo đạc được trong thực tế

Phương pháp mô phỏng

Trang 23

• Đo đạc được sử dụng để đo các thông số cần thí

nghiệm trong các hệ thống thực (như thông lượng, băng thông, trễ, tuyến đường mà một gói IP đi qua .v.v.).

• Đo đạc được sử dụng để bổ trợ cho phương pháp phân tích toán học và phương pháp mô phỏng; các tham số đầu vào sử dụng trong các mô hình toán học và mô

phỏng đều được đo đạc trong thực tế. Mặt khác, đo đạc cũng được sử dụng để kiểm tra độ chính xác của một

mô hình so với hệ thống thực tế.

• Các công cụ đo đạc hay được sử dụng trong thực tế

bao gồm: Ethereal, tcpdump, netsnmp, netperf, dbs .v.v.

Phương pháp đo đạc

Trang 24

• Phương pháp này kết hợp cả phương pháp phân tích

toán học và phương pháp mô phỏng ở trên. Trong

phương pháp này, một hệ thống sẽ được phân tách

thành các khối chức năng. Đối với từng khối, người ta có thể sử dụng phương pháp mô phỏng hoặc phân tích

toán học.

Phương pháp kết hợp (hybrid)

Trang 25

Bài trợ giáo 3

Đo lường tham số hàng đợi trên mạng viễn thông

Trang 31

set qsize [open queue.size w]

puts $qsize "$now [$qmon_size set pkts_]"

Chiều dài hàng đợi

Trang 33

set qlost [open queuelost.tr w]

puts $qlost "$now $pdrops_ $bdrops_"

Tỷ lệ mất thông tin

Trang 35

Thay đổi các tham số nguồn lưu lượng, dung lượng hàng đợi và tham số liên kết. Nhận xét mối quan hệ giữa chúng và khả thông, kích thước hàng đợi, và tỷ lệ mất thông tin

Bài tập về nhà

Trang 36

Bài thực hành 1 Cài đặt phần mềm mô phỏng NS2

Trang 45

Page: 1

Khoa Điện tử-Viễn thông

©Copyright by Pham Van Tien

Định tuyến động (dynamic routing)

Trang 46

Page: 2

• Các nút mạng tự động tìm ra đường đi tối ưu Việc tìm ra

tuyến đi được thực hiện một cách phân tán tại các nút chứ

không do một nút trung tâm tính toán

• Các nút chủ động trao đổi thông tin liên quan đến cấu hình

mạng với nhau

Trang 47

Page: 3

• Từ các thông tin thu thập được, mỗi nút tự tìm ra đường đi tối

ưu đến các nút khác rồi lập ra bảng định tuyến

• Mỗi khi có gói tin đến, nút mạng tra bảng định tuyến đưa ra

quyết định định tuyến

• Bảng định tuyến thường xuyên được cập nhật mỗi khi có thay đổi cấu hỉnh mạng, tắc nghẽn…

Trang 48

Page: 4

Phân loại thuật toán

• Cây bắc cầu tối thiểu (MST)

Trang 49

Page: 5

Cây bắc cầu tối thiểu MST

• Giá của cây được định nghĩa là tổng các chi phí liên kết (link cost) của

cây đó

• MST của một graph liên thông là cây bao gồm tất cả các nút của graph

đó, có giá tối thiểu

• Cho graph , phải tìm ra cây , sao cho:G = {V,E}

min '

) ( )

Trang 50

Page: 6

Thuật toán Kruskal

1 Khởi tạo: T lúc đầu là một đồ thị rỗng

2 Nếu T đã gồm đúng n-1 cạnh của G thì T là cây bao trùm

cần tìm Kết thúc

3 Nếu T còn chưa đủ n-1 cạnh, thì vì G liên thông, nên G

có không ít hơn n-1 cạnh, do đó còn các cạnh của G

chưa thuộc T Trong các cạnh của G chưa thuộc T có

các cạnh không tạo ra chu trình với các cạnh đã có trong

T, chọn cạnh v có trọng số nhỏ nhất trong các cạnh ấy

bổ sung (cùng với các đỉnh chưa thuộc T của nó) vào T

Loại bỏ những cạnh tạo thành chu trình

4 Quay lại 2

Trang 51

Page: 7

DF được chọn.

Tiếp theo, CE là cạnh có giá nhỏ nhất không tạo thêm

cycle nào, nó được chọn

AD và CE đều có giá nhỏ nhất; AD được chọn một các

ngẫu nhiên

Graph ban đầu.

Trang 52

Page: 8

Cuối cùng EG được chọn và ta có MST

BE được chọn, các liên kết tiếp theo bị loại là BC, DE, và FE Chọn AB, DB bị loại bỏ (chắc chắn không được lựa chọn ở

các bước sau)

Trang 53

Page: 9

Thuật toán Prim

1 Chọn một đỉnh s bất kỳ của G cho vào cây T Khi đó T là

một cây chỉ có một đỉnh và chưa có cạnh nào

2 Nếu T đã gồm tất cả các đỉnh của G thì T là cây bao trùm

cần tìm Kết thúc

3 Nếu G còn có các đỉnh không thuộc T, vì G liên thông

nên có các cạnh nối một đỉnh trong T với một đỉnh ngoài

T, chọn một cạnh có trọng số nhỏ nhất trong số đó cho

vào T

4 Quay lại 2

Trang 54

Page: 10

Thuật toán Prim

Xét ví dụ:

Trang 55

Page: 11

Nhận xét chung về MST

• Có thể tìm được nhiều MST với cùng giá W(T)

• Phạm vi áp dụng MST chủ yếu trong mạng LAN

Trang 56

Page: 1

Định tuyến trong mạng viễn thông

Trang 57

Page: 2

• Định tuyến là quá trình tìm đường đi giữa hai điểm trong

mạng theo một số yêu cầu cho trước

– Đường đi ngắn nhất ?

– Đường có băng thông rộng nhất ?

• Đường đi phải thường phải tối ưu theo một tiêu chí nào đó

• Các gói tin được gửi đi theo đường đi này Thực tế chúng

cũng có thể được gửi đi đồng thời trên nhiều đường

Trang 58

Page: 3

• graph G=(V, E) được định nghĩa bởi tập hợp các đnh

(vertex) V và tập hợp các cnh E (edge) Các đỉnh thường

được gọi là các nút, các cạnh được gọi là các liên kt

• Ký hiệu V={v i | i=1,2, N}; E={e i | i=1,2, M}

e j =(v i ,v k ) hoặc e j =(i,k)

Trang 59

Page: 4

Định nghĩa

• Nút kề nhau (láng giềng): nút i và k gọi là kề nhau nếu tồn tại một liên

kết (i, k) giữa chúng

• Bậc của nút là số lượng liên kết đi tới nút

– Là số lượng nút láng giềng nếu giữa hai nút có không nhiều hơn một liên

kết

• Liên kết có hướng được gọi là cung: ký hiệu: a j =[v i ,v k ] hoặc a j =[i, k]

Trang 60

Page: 5

• Nếu giữa hai nút, tồn tại hai liên kết tách biệt thì chúng được gọi là các

liên kết song song

– Graph có chứa các liên kết song song được gọi là multigraph

• Vòng lặp: liên kết nối một nút với chính nó

• Đường dẫn (path) giữa hai nút là tập hợp các liên kết nối tiếp nhau

• Chu trình (cycle): là đường dẫn có điểm đầu và cuối trùng nhau

• Graph liên thông (connected graph): giữa hai nút bất kỳ đều tồn tại ít

nhất một đường dẫn

Trang 61

Page: 6

Định nghĩa

• Graph con (subgraph) G’ của G ?

• Cây (tree): là graph liên thông không chứa chu trình

– Định lý: cây N nút luôn có N-1 cạnh

– Nút cha (parent node) của một nút là nút liền kề liên kề và gần nút gốc hơn

– Sao (star): là graph với một nút duy nhất có bậc lớn hơn 1

– Xích (chain): là graph mà tất cả các nút đều có bậc không lớn hơn 2

• Graph có trọng số (weighted graph): mỗi cạnh được gán các con số

thực được gọi là trọng số

– Thực tế, trọng số thường trực hoặc gián tiếp biểu đạt một tham số mạng

thông tin như băng thông, chiều dài…gọi là link cost

– Định tuyến là việc tìm đường dẫn có tổng link cost nhỏ nhất

Trang 62

Page: 7

Phân loại định tuyến

Trang 63

Page: 8

Định tuyến ngẫu nhiên: flooding

• Khi nhận được mỗi gói tin, nút mạng sẽ gửi đi tất cả các nút kế cận, trừ

nút đã gửi gói tin cho nó

• Hiệu quả truyền thấp chỉ được áp dụng trong một số ít trường hợp: ví

dụ như quân sự, cập nhật bảng định tuyến

• Đường ngắn nhất nằm trong số các đường đi mà gói tin đi qua: chắc

chắn có mẫu gói đi theo đường ngắn nhất

Trang 64

Page: 9

Định tuyến ngẫu nhiên: random walk

• Gói tin được gửi đến mỗi đầu ra với một xác suất nào đó

• So với flooding, số lượng gói truyền đi nhỏ hơn

• Đường đi ngắn nhất có thể không nằm trong số đường được lựa chọn

Trang 65

Page: 10

Định tuyến ngẫu nhiên: hot potato

• Có tên là isolated adaptive algorithm, tức là việc quyết định tuyến đi dựa trên trạng thái của chính nút mạng

• Gói tin được gửi đến đầu ra có hàng đợi ngắn nhất với mong muốn trễ

sẽ thông tin sẽ nhỏ nhất

• Trễ thực tế chưa chắc đã nhỏ nhất do … ?

Trang 66

Điều khiển luồng và chống tắc nghẽn

Trang 67

Trang 68

Trang 69

Trang 70

• Điều khiển luồng là chức năng không thể thiếu trong

các mạng thông tin

• Nếu thiếu điều khiển luồng, tắc nghẽn cục bộ tại một nút

mạng sẽ gây ra phát lại gói, ảnh hưởng đến các nút và liên kết lân cận, có thể dẫn đến lan truyền tắc nghẽn trên toàn

mạng

• Phía thu sử dụng bộ đệm để lưu gói trước khi gửi lên lớp trên. Do đó phải khống chế tốc độ phía phát để không

bị mất gói

• Các cơ chế điều khiển luồng lớp 2: HDLC, ISDN, X.25, LLC…

• Các cơ chế điều khiển luồng và chống tắc nghẽn ở lớp truyền như TCP

Cơ bản

Trang 71

Trang 74

Trang 76

Trang 77

• Giả định các liên kết đều có dung lượng 1Mbps

• Thông lượng của mạng sẽ đạt cực đại (bằng 3Mbps) nếu các kết nối 2, 3 và 4 được sử dụng toàn bộ 1 Mbps băng thông

và kết nối 1 không được cung cấp lượng băng thông nào cả

• Cho mỗi kết nối sử dụng 0,5Mbps băng thông. Lúc này tổng thông lượng của mạng sẽ là 2Mbps

Trang 78

Trang 79

Trang 80

• Điều khiển luồng áp dụng cơ cho các ứng dụng phi thời gian thực (FTP, HTTP, SMTP) được kết hợp với kỹ thuật ARQ

Trang 81

– Cơ chế định thời biểu gói (packet scheduling), ví dụ WFQ

Điều khiển luồng kết hợp ARQ

Trang 82

Điều khiển luồng sử dụng phương pháp

cửa sổ

Trang 83

Trang 84

• Nếu phát liên tục, tốc độ phát gói đạt giá trị:

• Nếu có khống chế kích thước cửa sổ thì tốc độ phát gói là:

• Do đó, tốc độ phát gói lớn nhất có thể đạt được

Trục thời

gian bên phát

Trục thời gian bên thu

Kích thước cửa sổ W = 3

Trang 85

Trang 86

• Mỗi nút mạng có các cửa sổ độc lập dùng cho các kênh

làm việc khác nhau (kênh ảo). Kích thước cửa sổ thường chỉ là 2 hoặc 3 do trễ truyền lan nhỏ (trừ thông tin vệ tinh)

• Nút thu có bộ đệm với dung lượng W gói cho mỗi liên kết

và nó sẽ gửi ACK cho nút nguồn nếu trong bộ đệm còn

chỗ trống. Nút thu sẽ xóa gói tin trong bộ đệm nếu nó đã được truyền thành công đến nút kế tiếp trên đường truyền hay đã đi ra khỏi mạng

Trang 87

• Trong trường hợp có tắc nghẽn xảy ra tại một nút nào đó,

bộ đệm của nút này bị đầy bởi W gói tin và theo hệ quả,

bộ đệm của các nút phía trước nút đó cũng sẽ dần dần bị đầy. Hiện tượng này được gọi là backpressure

Trang 88

• Khi mạng có khả năng mang thông tin của người dùng, kích

thước cửa sổ sẽ được đặt ở một mức nào đó. Khi mạng nặng tải và có tắc nghẽn xảy ra, phía phát sẽ giảm kích thước cửa

Kích thước cửa sổ nhỏ

Kích thước cửa sổ lớn

Trang 89

• Các thiết bị không thông minh có thể dựa vào ACK/NACK để

điều chỉnh cửa sổ

Cửa sổ thích ứng

Trang 90

• Có thể có nhiều nút trung gian cùng tham gia vào quá trình

tắc nghẽn

• Có hai phương thức thông báo tắc nghẽn:

– Nút tắc nghẽn báo cho nút trước đó để giảm kích thước cửa sổ (back pressure)

Trang 91

Trang 92

• Cơ chế kiểm soát băng thông đảm bảo lượng thông tin của

người dùng đưa vào mạng không vượt quá một mức nào đó nhằm tránh tắc nghẽn trong mạng

Điều khiển luồng theo băng thông

Hàng đợi cho gói tin đến

Gáo rò có thể chứ a đư ợc W thẻ bài Thẻ bài đến với tốc độ r thẻ /s

Mỗi gói tin muốn đi vào mạng cần phải nhận đư ợc một thẻ bài

Trang 93

Điều khiển luồng kết hợp ARQ

Stopandwait

Tiêu đề	Cơ Sở Mạng Thông Tin
Tác giả	Tien Pham Van
Trường học	Đại Học Bách Khoa
Chuyên ngành	Điện Tử Viễn Thông
Thể loại	Bài Giảng
Năm xuất bản	2025
Thành phố	Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	371
Dung lượng	13,47 MB