TIỂU LUẬN báo HIỆU điều KHIỂN và kết nối điều KHIỂN tắc NGHẼN CHO GIAO THỨC TCP

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG KHOA VIỄN THÔNG I TIỂU LUẬN MÔN HỌC: BÁO HIỆU ĐIỀU KHIỂN VÀ KẾT NỐI ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN CHO GIAO THỨC TCP Giảng viên : TS.Hồng Trọng Minh Nhóm mơn học: Nhóm Sinh viên : Nguyễn Thu Phương - B18DCVT327 Phạm Quang Huy - B18DCVT202 Trần Thị Bích Phượng - B18DCVT329 Nguyễn Trung Thành - B18DCVT402 Hà Nội, tháng 12/2021 NHÓM 13 download by : skknchat@gmail.com Báo hiệu điều khiển kết nối LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, khắp nơi giới, Internet mang lại lợi ích to lớn cho xã hội loài người Sự phát triển thay đổi mạnh mẽ công nghệ Internet, tạo gia tăng nhanh, phức tạp đa dạng ứng dụng truyền thông Sự phát triển nhanh ứng dụng, đặc biệt ứng dụng có tốc độ cao việc có nhiều nhu cầu sử dụng mạng Internet trao đổi thông tin làm cho lưu lượng truyền thông mạng gia tăng nhanh, tài nguyên truyền thông dù không ngừng tăng cường luôn theo kịp nhu cầu, nguyên nhân dẫn đến tượng tắc nghẽn giảm hiệu suất truyền thơng mạng Trong u cầu người sử dụng Interne/Intranet dịch vụ thông tin kinh tế, văn hoá, xã hội… Ngày phong phú mạng xu tích hợp hầu hết hệ thống thông tin, dịch vụ thơng tin số liệu nói riêng thơng tin liên lạc nói chung sở hạ tầng Internet Trên thực tế, bùng nổ phát triển mạng máy tính ứng dụng mạng gặp phải nhiều vấn đề nghiêm trọng liên quan đến tắc nghẽn mạng Như vậy, để tránh tắc nghẽn sử dụng hữu hiệu tài nguyên mạng trở lên quan trọng cần thiết để đáp ứng yêu cầu truyền thông người dùng Giao thức TCP sử dụng chế điều khiển lưu lượng, điều khiển tắc nghẽn lỗi từ hai đầu kết nối để vận chuyển thông tin Internet cách hiệu tin cậy Vậy nguyên tắc chế thực việc giao thức TCP để tránh tắc nghẽn? Đó nội dung cần tìm hiểu tiểu luận Mục đích tiểu luận nghiên cứu chế điều khiển tắc nghẽn cho giao thức TCP Để thực mục đích đó, tiểu luận nghiên cứu số vấn đề liên quan trực tiếp là:  Chương I: Tổng quan giao thức TCP  Chương II: Điều khiển tắc nghẽn cho giao thức TCP NHÓM 13 download by : skknchat@gmail.com Báo hiệu điều khiển kết nối MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ THUẬT NGỮ VIẾT TẮT .5 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ GIAO THỨC TCP 1.1 Lịch sử phát triển TCP 1.2 Giao thức TCP 1.2.1 Khái niệm TCP 1.2.2 Mơ hình lớp OSI 1.2.3 Mơ hình giao thức TCP 1.2.4 Mơ hình tầng TCP 12 1.3 Cấu trúc phân đoạn TCP 13 CHƯƠNG II: ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN CHO GIAO THỨC TCP 19 2.1 Kiểm soát tắc nghẽn TCP cổ điển 19 2.2 Thông báo tắc nghẽn rõ ràng mạng hỗ trợ Kiểm soát tắc nghẽn dựa độ trễ 32 2.3 Ngang hàng 35 LỜI CẢM ƠN 40 NHÓM 13 download by : skknchat@gmail.com Báo hiệu điều khiển kết nối DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Mơ hình lớp OSI Hình 1.2: Giao thức TCP/IP so sánh với mơ hình OSI Hình 1.3:Các tầng Bộ giao thức TCP Hình 1.4: Cấu trúc phân đoạn TCP Hình 1.5: Số thứ tự xác nhận cho Telnet đơn giản ứng dụng qua TCP Hình 2.1: TCP khởi động chậm Hình 2.2: Mơ tả FSM kiểm sốt tắc nghẽn TCP Hình 2.3: Sự phát triển cửa sổ tắc nghẽn TCP (Tahoe Reno) Hình 2.4: Kiểm sốt tắc nghẽn cộng-tăng, nhân-giảm Hình 2.5: Tỷ lệ gửi tránh tắc nghẽn TCP: TCP Reno TCP CUBIC Hình 2.6: Thơng báo tắc nghẽn rõ ràng: hỗ trợ mạng điều khiển tắc nghẽn Hình 2.7: Hai kết nối TCP chia sẻ liên kết tắc nghẽn Hình 2.8: Thơng lượng thực bới kết nối NHÓM 13 download by : skknchat@gmail.com Báo hiệu điều khiển kết nối THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ARP Address Resolution Protoco ACK CWR Acknow Conges CWND DNS (The) c Domain DCCP The Da Contro Data C Data C Conges DCTCP DCQCN FDDI Fiber D UDP User Da OSI Open S Referen SMTP Simple SNMP Simple TCP Transm FTP File Tra IP Internet ICMP Internet FDDI Fiber D UDP User Da OSI Open S Referen MSS RTT FSM RWND SSTHRESH Maximu RoundFinite-S receiver slow sta NHÓM 13 download by : skknchat@gmail.com Báo hiệu điều khiển kết nối Chương I: Tổng quan giao thức TCP CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ GIAO THỨC TCP 1.1 Lịch sử phát triển TCP Mạng Internet mạng máy tính tồn cầu, bao gồm hàng chục triệu người sử dụng, hình thành từ cuối thập kỷ 60 từ thí nghiệm Bộ quốc phịng Mỹ Tại thời điểm ban đầu mạng ARPAnet Ban quản lý dự án nghiên cứu Quốc phòng ARPAnet mạng thử nghiệm phục vụ nghiên cứu quốc phịng, mục đích xây dựng mạng máy tính có khả chịu đựng cố (ví dụ số nút mạng bị côngvà phá huỷ mạng tiếp tục hoạt động) Mạng cho phép máy tính mạng liên lạc với máy tính khác Khả kết nối hệ thống máy tính khác hấp dẫn người, lại phương pháp thực tế để kết nối máy tính | hãng khác Kết nhà phát triển phần mềm Mỹ, Anh Châu Châu Âu bắt đầu phát triển phần mềm giao thức TCP/IP (giao thức sử dụng việc truyền thông Internet) cho tất loại máy Điều hấp dẫn trường đại học, trung tâm nghiên cứu lớn quan phủ, nơi mong muốn mua máy tính từ nhà sản xuất, khơng bị phụ thuộc vào hãng cố định Bên cạnh hệ thống cục LAN bắt đầu phát triển với xuất máy để bàn (Desktop Workstations) vào năm 1983 Phần lớn máy để bàn sử dụng Berkeley UNIX, phần mềm cho kết nối TCP/IP coi phần hệ điều hành Một điều rõ ràng mạng kết nối với dễ dàng Trong trình hình thành mạng Internet, NSFNET (được tài trợ Hội khoa học Quốc gia Mỹ) đóng vai trò tương đối quan trọng Vào cuối năm 80, NFS thiết lập trung tâm siêu máy tính Trước đó, máy tính nhanh giới sử dụng cho cơng việc phát triển vũ khí vài hãng lớn Với trung tâm này, NFS cho phép người hoạt động lĩnh vực khoa học sử dụng Ban đầu, NHÓM 13 download by : skknchat@gmail.com Báo hiệu điều khiển kết nối Chương I: Tổng quan giao thức TCP NFS định sử dụng ARPAnet để nối trung tâm máy tính này, ý đồ bị thói quan liêu máy hành làm thất bại Vì vậy, NFS định xây dựng mạng riêng mình, dựa thủ tục TCP/IP, đường truyền tốc độ 56 Kbps Các trường đại học nối thành mạng vùng mạng vùng nối với trung tâm siêu máy tính Ngày mạng Internet phát triển nhanh chóng giới khoa học giáo dục Mỹ, sau phát triển rộng toàn cầu, phục vụ cách đắc lực cho việc trao đổi thông tin trước hết lĩnh vực nghiên cứu, giáo dục gần cho thương mại Internet sử dụng kỹ thuật chuyển mạch gói dùng giao thức TCP/IP Ngày nhiều mạng với kiến trúc khác nối vào Internet nhờ cầu nối đa giao thức 1.2 Giao thức TCP 1.2.1 Khái niệm TCP TCP (Transmission Control Protocol - "Giao thức điều khiển truyền vận") giao thức cốt lõi giao thức TCP/IP Sử dụng TCP, ứng dụng máy chủ nối mạng tạo "kết nối" với nhau, mà qua chúng trao đổi liệu gói tin Giao thức đảm bảo chuyển giao liệu tới nơi nhận cách đáng tin cậy thứ tự TCP phân biệt liệu nhiều ứng dụng (chẳng hạn, dịch vụ Web dịch vụ thư điện tử) đồng thời chạy máy chủ Để giảm độ phức tạp việc thiết kế cài đặt mạng hầu hết mạng máy tính có phân tích thiết kế theo quan điểm phân tầng Mỗi hệ thống thành phần mạng xem cấu trúc đa tầng, tầng xây dựng sở tầng trước Số lượng tầng tên chức tầng tuỳ thuộc vào nhà thiết kế Họ giao thức IOS (tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế ) dựa mơ hình tham chiếu lớp cho việc kết nối hệ thống mở họ giao thức dùng làm chuẩn để họ giao thức khác so sánh với trước vào nghiên cứu giao thức TCP/IP ta cần xem xét mơ hình lớp OSI NHÓM 13 download by : skknchat@gmail.com Báo hiệu điều khiển kết nối Chương I: Tổng quan giao thức TCP Trong mơ hình OSI mục đích tầng cung cấp dịch vụ cho tầng cao tiếp theo, mô tả chi tiết cách thức cài đặt dịch vụ Các tầng trừu tượng hoa theo cách tầng biết liên lạc với tầng tương ứng máy khác Trong thực tế tầng liên lạc với tầng kề kề hệ thống mà thơi Trừ tầng thấp mơ hình mạng khơng tầng chuyển thơng tin cách trực tiếp với tầng tương ứng mạng máy tính khác Thơng tin máy cần gửi phải chuyển qua tất tầng thấp Thông tin sau lại truyền qua Card mạng tới máy nhận lại truyền lên qua tầng đến tầng gửi thơng tin 1.2.2 Mơ hình lớp OSI Mơ hình bao gồm tầng Tên gọi chức tầng trình bày Hình 1.1 Hình 1.1: Mơ hình lớp OSI NHĨM 13 download by : skknchat@gmail.com Báo hiệu điều khiển kết nối Chương I: Tổng quan giao thức TCP Chức tầng sau: Tầng vật lý (Physical): Liên quan đến nhiệm vụ truyền dịng bits khơng có cấu trúc qua đường truyền vật lý, truy nhập đường truyền vật lý nhờ phương tiện cơ, điện, hàm, vật lý Tầng liên kết liệu (Data link): Cung cấp phương tiện để truyền thông tin qua liên kết vật lý đảm bảo tin cậy, gửi khối liệu với chế đồng hoá, kiểm soát lỗi kiểm soát luồng liệu cần thiết Tầng mạng (Network): Thực việc chọn đường chuyển tiếp thông tin với cơng nghệ chuyển mạch thích hợp, thực kiểm soát luồng liệu cắt hợp liệu cần Tầng giao vận (Transport): Thực việc truyền liệu hai đầu mút (end - to - end), thực việc kiểm soát lỗi kiểm soát luồng liệu hai đầu mút Cũng thực việc ghép kênh, cắt / hợp liệu cần Tầng phiên (Session): Cung cấp phương tiện quản lý truyền thông ứng dụng, thiết lập, trì, đồng hố huỷ bỏ phiên truyền thông ứng dụng Tầng trình diễn (Presentation): Chuyển đổi cú pháp liệu để đáp ứng yêu cầu truyền liệu tầng ứng dụng qua mơ hình OSI Tầng ứng dụng (Application): Cung cấp phương tiện để người sử dụng truy cập vào mơi trường OSI, đồng thời cung cấp dịch vụ thông tin phân tán 1.2.3 Mơ hình giao thức TCP Mạng Internet với họ giao thức TCP/IP minh hoạ tổng quát hình 1.2 với dịch vụ mà cung cấp chuẩn sử dụng có so sánh với kiến trúc hệ thống mở OSI để có cách nhìn tổng qt họ giao thức NHĨM 13 download by : skknchat@gmail.com Báo hiệu điều khiển kết nối Chương II: Điều khiển tắc nghẽn cho giao thức TCP Đối với dịch vụ đám mây tìm kiếm, e-mail mạng xã hội, mong muốn cung cấp mức độ phản hồi cao, lý tưởng khiến người dùng nghĩ dịch vụ chạy hệ thống đầu cuối họ (bao gồm điện thoại thơng minh họ) Đây thách thức lớn, người dùng thường xa trung tâm liệu chịu trách nhiệm cung cấp nội dung động liên quan đến dịch vụ đám mây Thật vậy, hệ thống cuối xa trung tâm liệu, RTT lớn, có khả dẫn đến hiệu suất thời gian phản hồi TCP slow-start Như nghiên cứu điển hình, xem xét chậm trễ việc nhận phản hồi cho truy vấn tìm kiếm Thơng thường, máy chủ yêu cầu ba cửa sổ TCP trình slow-start để gửi phản hồi Do đó, thời gian từ hệ thống đầu cuối bắt đầu kết nối TCP nhận gói phản hồi cuối khoảng • RTT (một RTT để thiết lập kết nối TCP cộng với ba RTT cho ba cửa sổ liệu) cộng với thời gian xử lý trung tâm liệu Những chậm trễ RTT dẫn đến chậm trễ đáng kể việc trả kết tìm kiếm phần đáng kể truy vấn Hơn nữa, bị gói đáng kể mạng truy cập, dẫn đến việc truyền lại TCP chí cịn có độ trễ lớn Một cách để giảm thiểu vấn đề cải thiện hiệu suất người dùng cảm nhận (1) triển khai máy chủ front-end gần với người dùng (2) sử dụng TCP splitting cách ngắt kết nối TCP máy chủ front-end Với TCP splitting, máy khách thiết lập kết nối TCP tới front-end gần front-end trì kết nối TCP liên tục đến trung tâm liệu với cửa sổ tắc nghẽn TCP lớn Với cách tiếp cận này, thời gian phản hồi gần trở thành 4• RTTFE + RTTBE+ thời gian xử lý, đó: RTT FE thời gian máy khách máy chủ giao diện người dùng RTTBE thời gian máy chủ frontend trung tâm liệu (back-end server) Nếu máy chủ front-end gần với máy khách, thời gian phản hồi xấp xỉ trở thành RTT cộng với thời gian xử lý, RTT FE nhỏ RTTBE xấp xỉ RTT Tóm lại, TCP splitting làm giảm độ trễ mạng gần từ 4•RTT thành RTT, cải thiện đáng kể hiệu suất người dùng cảm nhận, đặc biệt người dùng xa trung tâm liệu gần Việc TCP splitting (tách NHÓM 13 download by : skknchat@gmail.com Báo hiệu điều khiển kết nối Chương II: Điều khiển tắc nghẽn cho giao thức TCP TCP) giúp giảm độ trễ truyền lại TCP mát mạng truy nhập Google Akamai sử dụng rộng rãi máy chủ CDN họ mạng truy cập để thực TCP splitting (tách TCP) cho dịch vụ đám mây mà họ hỗ trợ trạng thái tránh tắc nghẽn sau hạ cấp cwnd Nếu kiện thời gian chờ xảy ra, q trình khơi phục nhanh chuyển sang trạng thái slow-start sau thực hành động tương tự slowstart tránh tắc nghẽn: Giá trị cwnd đặt thành MSS giá trị ssthresh đặt thành nửa giá trị cwnd kiện mát xảy Hình 2.3: Sự phát triển cửa sổ tắc nghẽn TCP (Tahoe Reno) Phục hồi nhanh thành phần giới thiệu, không bắt buộc, TCP.Điều thú vị phiên TCP, gọi TCP Tahoe, chuyển cửa sổ nghẽn tới MSS thực trình slow-start sau hai thời gian định kiện lần lặp lại ACK định Phiên TCP, TCP Reno, kết hợp khơi phục nhanh Hình 2.3 minh họa phát triển cửa sổ tắc nghẽn TCP cho Reno Tahoe Trong hình này, ngưỡng ban đầu MSS Trong tám vòng truyền đầu tiên, Tahoe Reno thực hành động giống hệt Cửa sổ tắc nghẽn tăng nhanh NHÓM 13 download by : skknchat@gmail.com Báo hiệu điều khiển kết nối Chương II: Điều khiển tắc nghẽn cho giao thức TCP theo cấp số nhân suốt trình slow-start chạm ngưỡng vịng truyền thứ tư Cửa sổ tắc nghẽn sau tăng lên theo tuyến tính xảy kiện ACK lặp ba lần, sau vòng truyền Lưu ý cửa sổ tắc nghẽn 12• MSS kiện mát xảy Giá trị ssthresh sau đặt thành 0,5 • cwnd = •MSS Trong TCP Reno, cửa sổ tắc nghẽn đặt thành cwnd =9 • MSS sau tăng tuyến tính Trong TCP Tahoe, cửa sổ tắc nghẽn đặt thành MSS tăng theo cấp số nhân đạt đến giá trị ssthresh, thời điểm tăng tuyến tính Hình 2.2 trình bày mơ tả FSM đầy đủ thuật toán kiểm soát tắc nghẽn TCP slow-start, tránh tắc nghẽn khơi phục nhanh Hình nơi xảy việc truyền phân đoạn phân đoạn truyền lại Mặc dù điều quan trọng phải phân biệt kiểm soát lỗi TCP / truyền lại kiểm soát tắc nghẽn TCP, cần đánh giá cao cách hai khía cạnh TCP liên kết chặt chẽ với Kiểm soát tắc nghẽn TCP: Hồi tiếp Khi sâu vào chi tiết slow-start, tránh tắc nghẽn khơi phục nhanh, ta có nhìn tổng quan Hình 2.4: Kiểm sốt tắc nghẽn cộng-tăng, nhân-giảm NHÓM 13 download by : skknchat@gmail.com Báo hiệu điều khiển kết nối Chương II: Điều khiển tắc nghẽn cho giao thức TCP Bỏ qua khoảng thời gian slow-start ban đầu kết nối bắt đầu giả định tổn thất ACK lặp lại lần thời gian chờ, kiểm sốt tắc nghẽn TCP bao gồm tăng tuyến tính (bổ sung) cwnd MSS cho RTT sau giảm nửa (giảm theo cấp số nhân) cwnd kiện ACK lặp lại ba lần Vì lý này, kiểm sốt tắc nghẽn TCP thường gọi additive-increase (cộng tăng), multiplicative-decrease (nhân giảm) (AIMD) từ hình thức kiểm sốt tắc nghẽn Kiểm sốt tắc nghẽn AIMD làm phát sinh hành vi “răng cưa” hiển thị Hình 2.4, điều minh họa cách độc đáo trực giác trước TCP ”kiểm tra” cho băng thông— TCP tăng tuyến tính kích thước cửa sổ tắc nghẽn (và tốc độ truyền cho nó) kiện ACK lặp lại ba lần Sau đó, giảm kích thước cửa sổ tắc nghẽn xuống hệ số hai sau lại bắt đầu tăng tuyến tính để kiểm tra để xem liệu có thêm băng thơng khả dụng hay khơng Thuật tốn AIMD TCP phát triển dựa vô số hiểu biết sâu rộng kỹ thuật thử nghiệm kiểm soát tắc nghẽn mạng sử dụng Mười năm sau phát triển TCP, phân tích lý thuyết cho thấy thuật toán kiểm soát tắc nghẽn TCP đóng vai trị thuật tốn tối ưu hóa khơng đồng phân tán, dẫn đến số khía cạnh quan trọng hiệu suất mạng người dùng tối ưu hóa đồng thời Từ đó, lý thuyết phong phú kiểm soát tắc nghẽn phát triển TCP Cubic Với cách tiếp cận cộng - tăng, nhân - giảm TCP Reno để kiểm sốt tắc nghẽn, người ta tự hỏi liệu có phải cách tốt để “kiểm tra” tốc độ gửi gói tin ngưỡng kích hoạt có gói hay khơng Thật vậy, việc cắt giảm nửa tốc độ gửi (hoặc chí tệ hơn, giảm tốc độ gửi xuống gói cho RTT phiên TCP trước gọi TCP Tahoe) sau tăng chậm theo thời gian thận trọng Nếu trạng thái liên kết bị tắc nghẽn việc gói xảy khơng thay đổi nhiều, có lẽ tốt nên tăng tốc độ gửi nhanh để đạt gần với tốc độ NHÓM 13 download by : skknchat@gmail.com Báo hiệu điều khiển kết nối Chương II: Điều khiển tắc nghẽn cho giao thức TCP gửi trước gói sau kiểm tra băng thơng cách thận trọng Cái nhìn sâu sắc nằm trung tâm của TCP gọi TCP CUBIC TCP CUBIC khác chút so với TCP Reno Một lần nữa, cửa sổ tắc nghẽn tăng lên nhận ACK giai đoạn slow-start khôi phục nhanh cũ CUBIC thay đổi giai đoạn tránh tắc nghẽn, sau:  Wmax kích thước cửa sổ kiểm sốt tắc nghẽn TCP mát phát lần cuối, cho phép K thời điểm tương lai kích thước cửa sổ TCP CUBIC lại đạt tới Wmax, giả sử khơng có lỗi Một số thơng số CUBIC điều chỉnh xác định giá trị K,nghĩa là, kích thước cửa sổ tắc nghẽn giao thức đạt đến Wmax nhanh  CUBIC tăng cửa sổ tắc nghẽn chức cube khoảng cách thời điểm tại, t, K Vì vậy, t khác xa K, kích thước cửa sổ tắc nghẽn tăng lên lớn nhiều so với t gần với K CUBIC nhanh chóng tăng tốc độ gửi TCP để đạt gần với tỷ lệ trước gói tin W max kiểm tra băng thơng cách thận trọng tiếp cận Wmax  Khi t lớn K, định luật cube mức tăng cửa sổ tắc nghẽn CUBIC nhỏ t gần với K (điều tốt mức độ tắc nghẽn liên kết gây mát khơng thay đổi nhiều) sau tăng lên nhanh chóng t vượt K (cho phép CUBIC nhanh chóng tìm điểm hoạt động mức độ tắc nghẽn liên kết gây mát thay đổi đáng kể) Theo quy tắc này, hiệu suất lý tưởng hóa TCP Reno TCP CUBIC so sánh Hình 2.5 Ta thấy giai đoạn slow-start kết thúc t Khi đó, tắc nghẽn xảy t1, t2, t3, CUBIC tăng nhanh đến gần Wmax (do hưởng thơng lượng tổng thể nhiều TCP Reno) Ta thấy đồ thị cách TCP CUBIC cố gắng trì luồng lâu tốt ngưỡng tắc nghẽn (không xác định người gửi) Lưu ý t 3, mức độ tắc nghẽn có lẽ giảm đáng kể, cho phép TCP Reno TCP CUBIC đạt tốc độ gửi cao Wmax NHÓM 13 download by : skknchat@gmail.com Báo hiệu điều khiển kết nối Chương II: Điều khiển tắc nghẽn cho giao thức TCP TCP CUBIC gần triển khai rộng rãi Trong phép đo thực vào khoảng năm 2000 máy chủ Web phổ biến cho thấy gần tất chạy số phiên TCP Reno, phép đo gần 5000 máy chủ Web phổ biến cho thấy gần 50% chạy phiên TCP CUBIC phiên mặc định TCP sử dụng hệ điều hành Linux Hình 2.5: Tỷ lệ gửi tránh tắc nghẽn TCP: TCP Reno TCP CUBIC Mô tả vĩ mô thông lượng TCP Reno Với cách xử lý cưa TCP Reno, điều tự nhiên phải xem xét thông lượng trung bình (nghĩa tốc độ trung bình) kết nối TCP Reno tồn lâu dài Trong phân tích này, ta bỏ qua giai đoạn slow-start xảy sau kiện hết thời gian chờ (Các giai đoạn thường ngắn, người gửi phát triển khỏi giai đoạn nhanh theo cấp số nhân.) Trong khoảng thời gian cụ thể, tốc độ TCP gửi liệu hàm cửa sổ tắc nghẽn RTT Khi kích thước cửa sổ w byte thời gian RTT giây, tốc độ truyền TCP xấp xỉ w/RTT TCP sau kiểm tra để có thêm băng thông cách tăng w MSS RTT cho NHÓM 13 download by : skknchat@gmail.com Báo hiệu điều khiển kết nối Chương II: Điều khiển tắc nghẽn cho giao thức TCP đến kiện mát xảy Chi giá trị W xảy kiện mát Giả w sử RTT W gần không đổi suốt thời kết nối, tốc độ truyền TCP nằm gian khoảng từ W/(2·RTT) đến W/RTT Những giả định dẫn đến mơ hình vĩ mơ đơn giản hóa cao cho cách xử lý ổn định TCP Mạng bỏ gói khỏi kết nối tốc độ tăng lên W/RTT; tỷ lệ sau cắt giảm nửa sau tăng lên MSS/RTT RTT lần đạt đến W/RTT Quá trình lặp lặp lại nhiều lần Bởi thông lượng TCP (nghĩa tốc độ) tăng tuyến tính hai cực trị, có thơng lượng trung bình 0.75• kết nối = Sử dụng mơ hình lý tưởng hóa cao cho động thái ổn định TCP, rút biểu thức thú vị liên quan đến tỷ lệ kết nối với băng thông khả dụng 2.2 Thơng báo tắc nghẽn rõ ràng mạng hỗ trợ Kiểm soát tắc nghẽn dựa độ trễ Kể từ tiêu chuẩn hóa ban đầu khởi động chậm tránh tắc nghẽn vào cuối năm 1980 [RFC 1122], TCP triển khai hình thức kiểm soát tắc nghẽn đầu cuối mà tìm hiểu: người gửi TCP khơng nhận báo tắc nghẽn rõ ràng từ lớp mạng thay vào gây tắc nghẽn thơng qua gói quan sát Gần đây, phần mở rộng cho IP TCP [RFC 3168] đề xuất, thực triển khai cho phép mạng báo hiệu rõ ràng tắc nghẽn cho người gửi người nhận TCP Ngoài ra, số biến thể giao thức kiểm soát tắc nghẽn TCP đề xuất để suy tắc nghẽn cách sử dụng gói đo trì hỗn NHĨM 13 download by : skknchat@gmail.com Báo hiệu điều khiển kết nối Chương II: Điều khiển tắc nghẽn cho giao thức TCP Chúng ta xem xét kiểm soát tắc nghẽn mạng hỗ trợ dựa độ trễ phần  Thông báo tắc nghẽn rõ ràng ECN Thông báo tắc nghẽn rõ ràng hình thức kiểm sốt tắc nghẽn mạng hỗ trợ thực Internet Như Hình 2.6, TCP IP có liên quan Ở lớp mạng, hai bit (với giá trị có thể) trường loại dịch vụ tiêu đề sơ đồ liệu IP sử dụng cho ECN.Một cài đặt bit ECN định tuyến sử dụng để định tuyến gặp cố tắc nghẽn Hình 2.6: Thơng báo tắc nghẽn rõ ràng: hỗ trợ mạng điều khiển tắc nghẽn Dấu hiệu tắc nghẽn sau chuyển sơ đồ IP đánh dấu đến máy chủ đích, sau thơng báo cho máy chủ gửi, thể Hình 2.6 [RFC 3168] khơng cung cấp định nghĩa thời điểm định tuyến bị tắc nghẽn; định lựa chọn cấu hình nhà cung cấp định tuyến thực nhà khai thác mạng định Tuy nhiên, bit báo tắc nghẽn thiết lập để báo hiệu khởi đầu tắc nghẽn trình gửi trước xảy mát thực Cài đặt thứ hai bit NHÓM 13 download by : skknchat@gmail.com Báo hiệu điều khiển kết nối Chương II: Điều khiển tắc nghẽn cho giao thức TCP ECN máy chủ gửi sử dụng để thông báo cho định tuyến người gửi người nhận có khả ECN có khả thực hành động để đáp ứng với tắc nghẽn mạng ECN định Trong Hình 2.6, TCP máy chủ nhận nhận thông báo tắc nghẽn ECN thông qua sơ đồ liệu, TCP máy chủ nhận thông báo cho TCP máy chủ gửi thông báo tắc nghẽn cách cài đặt bit ECE phân đoạn TCP ACK từ người nhận đến người gửi Khi đến lượt người gửi TCP tương tác với ACK có tắc nghẽn cách giảm nửa cửa sổ tắc nghẽn, tương tác với phân đoạn bị cách sử dụng truyền lại nhanh đặt bit CWR tiêu đề lần truyền phân đoạn người gửi gửi đến người nhận TCP Các giao thức lớp truyền tải khác ngồi TCP sử dụng ECN báo hiệu lớp mạng Giao thức kiểm soát tắc nghẽn Datagram (DCCP) cung cấp chi phí thấp,kiểm sốt tắc nghẽn dịch vụ không đáng tin cậy UDP dùng ECN DCTCP (Trung tâm Dữ liệu TCP) DCQCN (Thơng báo tắc nghẽn lượng tử hóa Trung tâm Dữ liệu) thiết kế đặc biệt cho mạng trung tâm liệu, sử dụng ECN Các phép đo Internet gần cho thấy việc triển khai khả ECN ngày tăng máy chủ phổ biến định tuyến dọc theo đường dẫn đến máy chủ  Kiểm sốt tắc nghẽn dựa độ trễ Như tìm hiểu ECN định tuyến bị tắc nghẽn đặt bit thơng báo tắc nghẽn để báo hiệu cố tắc nghẽn bắt đầu cho người gửi trước đầy đệm gây gói tin bị định tuyến Điều cho phép người gửi giảm tốc độ gửi ban đầu, trước gói tin, để tránh truyền lại gói tin có giá trị Cách tiếp cận tránh tắc nghẽn thứ hai áp dụng cách tiếp cận dựa độ trễ để chủ động phát khởi đầu tắc nghẽn trước xảy gói tin Trong TCP Vegas ,người gửi ước lượng RTT đường dẫn đến nguồn đích cho tất gói thừa nhận Cho phép RTT mức tối thiểu phép đo người gửi; điều xảy đường dẫn không bị chặn gói gặp phải độ trễ xếp NHĨM 13 download by : skknchat@gmail.com Báo hiệu điều khiển kết nối Chương II: Điều khiển tắc nghẽn cho giao thức TCP hàng tối thiểu Nếu kích thước cửa sổ tắc nghẽn TCP Vegas cwnd, tốc độ thơng lượng chưa kiểm tra cwnd /RTTmin Trực giác đằng sau TCP Vegas thông lượng thực tế người gửi đo gần với giá trị này, tốc độ gửi TCP tăng lên (theo định nghĩa theo phép đo) đường dẫn chưa bị tắc nghẽn Tuy nhiên, thông lượng thực tế người gửi đo nhỏ đáng kể so với tốc độ thông lượng không bị tắc nghẽn, đường dẫn bị tắc nghẽn người gửi Vegas TCP giảm tốc độ gửi Thơng tin chi tiết tìm thấy TCP Vegas hoạt động theo trực giác mà người gửi TCP nên “Giữ cho đường ống vừa đầy, không đầy ” “Giữ cho đường ống ln đầy” có nghĩa liên kết (đặc biệt liên kết nút cổ chai hạn chế thông lượng kết nối) bận rộn việc truyền tải, thực cơng việc hữu ích; "nhưng khơng đầy hơn" có nghĩa khơng có để đạt (ngoại trừ tăng độ trễ) Nếu hàng đợi lớn phép tích tụ đường ống giữ đầy đủ Giao thức kiểm soát tắc nghẽn BBR xây dựng dựa ý tưởng TCP Vegas kết hợp chế cho phép cạnh tranh công với người gửi TCP non-BBR Báo cáo vào năm 2016, Google bắt đầu sử dụng BBR cho tất lưu lượng TCP mạng B4 riêng kết nối trung tâm liệu Google, thay CUBIC Nó triển khai Google Máy chủ web YouTube Các giao thức kiểm soát tắc nghẽn TCP dựa độ trễ khác bao gồm TIMELY cho mạng trung tâm liệu Compound TCP (CTPC) FAST cho mạng đường dài tốc độ cao 2.3 Ngang hàng Xét K kết nối TCP, kết nối có đường dẫn end-to-end khác nhau, tất qua liên kết nút cổ chai với tốc độ truyền R bps (Qua liên kết nút cổ chai, với kết nối, tất liên kết khác dọc theo đường dẫn kết nối không bị tắc nghẽn có dung lượng truyền dồi so với dung lượng truyền liên kết tắc nghẽn.) Giả sử kết nối truyền tệp lớn khơng có lưu lượng UDP qua liên kết nút cổ chai Một chế kiểm soát tắc nghẽn cho ngang tốc độ NHÓM 13 download by : skknchat@gmail.com Báo hiệu điều khiển kết nối Chương II: Điều khiển tắc nghẽn cho giao thức TCP truyền trung bình kết nối xấp xỉ R/K; nghĩa kết nối nhận phần băng thông liên kết Thuật tốn AIMD TCP có thuận lợi không, đặc biệt kết nối TCP khác bắt đầu vào thời điểm khác có kích thước cửa sổ khác thời điểm định? Xét trường hợp đơn giản hai kết nối TCP chia sẻ liên kết với tốc độ truyền R, Hình 2.6 Giả sử hai kết nối có MSS RTT (để chúng có kích thước cửa sổ tắc nghẽn, chúng có thơng lượng), chúng có lượng lớn liệu để gửi khơng có kết nối TCP UDP datagram khác ngang qua liên kết chia sẻ Ngoài ra, bỏ qua giai đoạn slow-start TCP cho kết nối TCP ln hoạt động chế độ CA (AIMD) Hình 2.7 vẽ biểu đồ thông lượng thực hai kết nối TCP Nếu TCP chia sẻ băng thông liên kết hai kết nối, thơng lượng nhận nằm dọc theo mũi tên 45 độ (chia sẻ băng thông nhau) xuất phát từ điểm gốc Lý tưởng nhất,tổng hai thông lượng phải R (Chắc chắn, kết nối nhận phần chia sẻ dung lượng liên kết nhau, khơng, khơng phải tình mong muốn) Vì vậy, mục tiêu cần đạt thơng lượng đạt nằm gần giao điểm đường chia sẻ băng thông đường sử dụng băng thơng đầy đủ Hình 2.7 Hình 2.7: Hai kết nối TCP chia sẻ liên kết tắc nghẽn NHÓM 13 download by : skknchat@gmail.com Báo hiệu điều khiển kết nối Chương II: Điều khiển tắc nghẽn cho giao thức TCP Giả sử kích thước cửa sổ TCP cho thời điểm định, kết nối nhận thông lượng điểm A Hình 2.7 Bởi lượng băng thơng liên kết tiêu thụ chung hai kết nối nhỏ R, không xảy mát hai kết nối tăng cửa sổ chúng lên MSS RTT kết thuật tốn tránh tắc nghẽn TCP Do đó, thơng lượng chung hai kết nối tiến hành dọc theo đường 45 độ (tăng cho hai kết nối) điểm A Cuối cùng, băng thông liên kết sử dụng chung hai kết nối lớn R cuối gói xảy Giả sử kết nối bị gói chúng nhận thơng lượng điểm B Các kết nối sau giảm cửa sổ chúng theo hệ số hai Do đó, thơng lượng kết nhận điểm C, nửa dọc theo vectơ B kết thúc điểm gốc Bởi việc sử dụng băng thơng chung nhỏ R điểm C, hai kết nối lại tăng thông lượng chúng dọc theo đường 45 độ C Cuối cùng, mát lại xảy ra, ví dụ, điểm D hai kết nối lại giảm kích thước cửa sổ họ theo hệ số hai, v.v Chúng ta nên thuyết phục thân băng thông nhận hai kết nối cuối dao động dọc theo đường chia sẻ băng thông Và hai kết nối hội tụ thành hành vi chúng đâu không gian hai chiều Mặc dù số giả định lý tưởng hóa nằm sau kịch này, cung cấp cảm giác trực quan lý TCP dẫn đến việc chia sẻ băng thông ngang kết nối NHÓM 13 download by : skknchat@gmail.com Báo hiệu điều khiển kết nối Chương II: Điều khiển tắc nghẽn cho giao thức TCP Hình 2.8: Thông lượng thực bới kết nối Trong tình lý tưởng hóa chúng ta, giả định kết nối TCP qua liên kết nút cổ chai, kết nối có giá trị RTT kết nối TCP liên kết với cặp máy chủ-đích Trong thực tế, điều kiện thường không đáp ứng ứng dụng máy khách-máy chủ nhận phần băng thông liên kết không Đặc biệt, chứng minh nhiều kết nối chia sẻ nút cổ chai chung, phiên có RTT nhỏ lấy băng thơng có sẵn liên kết nhanh trở nên miễn phí (nghĩa mở cửa sổ tắc nghẽn chúng nhanh hơn) tận hưởng thơng lượng cao kết nối có RTTs  Ngang UDP Chúng ta vừa xem cách kiểm soát tắc nghẽn TCP điều chỉnh tốc độ truyền ứng dụng thông qua chế cửa sổ tắc nghẽn Nhiều ứng dụng đa phương tiện, chẳng hạn điện thoại Internet hội nghị truyền hình, thường khơng chạy qua TCP lý — họ khơng muốn tốc độ truyền bị hạn chế, mạng NHÓM 13 download by : skknchat@gmail.com Báo hiệu điều khiển kết nối Chương II: Điều khiển tắc nghẽn cho giao thức TCP tắc nghẽn Thay vào đó, ứng dụng thích chạy qua UDP, khơng có tính kiểm sốt tắc nghẽn tích hợp Khi chạy qua UDP, ứng dụng bơm âm video chúng vào mạng với tốc độ khơng đổi đơi bị gói, thay giảm tốc độ chúng xuống mức "hợp lý" thời điểm tắc nghẽn không gói Theo quan điểm TCP, ứng dụng đa phương tiện chạy UDP không công - chúng không hợp tác với kết nối khác điều chỉnh tốc độ truyền cách thích hợp Bởi kiểm sốt tắc nghẽn TCP làm giảm tốc độ truyền đối mặt với tình trạng tắc nghẽn ngày tăng (mất mát), nguồn UDP khơng cần, nguồn UDP lấn át lưu lượng TCP Một số chế kiểm soát tắc nghẽn đề xuất cho Internet để ngăn lưu lượng UDP đưa thông lượng Internet bị đình trệ  Kết nối TCP Ngang Song song Nhưng buộc lưu lượng truy cập UDP hoạt động ngang bằng, vấn đề công không giải hồn tồn Điều khơng có để ngăn ứng dụng dựa TCP sử dụng nhiều kết nối song song Ví dụ, trình duyệt Web thường sử dụng nhiều kết nối TCP song song để chuyển nhiều đối tượng trang Web (Số lượng xác nhiều kết nối định cấu hình hầu hết trình duyệt.) Khi ứng dụng sử dụng nhiều kết nối song song, nhận phần lớn băng thông liên kết bị tắc nghẽn Ví dụ, xem xét liên kết có tốc độ R hỗ trợ chín ứng dụng máy khách-máy chủ diễn ra, với ứng dụng sử dụng kết nối TCP Nếu ứng dụng xuất sử dụng TCP kết nối, ứng dụng có tốc độ truyền gần R / 10 Nhưng ứng dụng thay vào sử dụng 11 kết nối TCP song song, ứng dụng bị phân bổ không công nhiều R/2 Bởi lưu lượng truy cập Web phổ biến Internet, nhiều kết nối song song NHÓM 13 download by : skknchat@gmail.com Báo hiệu điều khiển kết nối LỜI CẢM ƠN Chúng em xin gửi lời cảm ơn tới “ Học viện Công nghệ Bưu Viễn thơng” đưa mơn học Báo hiệu điều khiển kết nối vào chương trình giảng dạy Đồng thời em xin chân thành cảm ơn giảng viên mơn- thầy giáo TS.Hồng Trọng Minh, dạy dỗ, hướng dẫn, truyền đạt cho bọn em kiến thức bổ ích để nhóm em hồn thiện tiểu luận Mặc dù học tập tìm hiểu kiến thức chúng em hạn chế, nên Tiểu luận chúng em có thiếu sót chưa xác, kính ming thầy xem xét góp ý kiến giúp cho làm em hồn thiện Nhóm em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng 12 năm 2021 NHÓM 13 download by : skknchat@gmail.com ... Hai kết nối TCP chia sẻ liên kết tắc nghẽn NHÓM 13 download by : skknchat@gmail.com Báo hiệu điều khiển kết nối Chương II: Điều khiển tắc nghẽn cho giao thức TCP Giả sử kích thước cửa sổ TCP cho. .. Điều khiển tắc nghẽn cho giao thức TCP Chúng ta xem xét kiểm soát tắc nghẽn mạng hỗ trợ dựa độ trễ phần  Thông báo tắc nghẽn rõ ràng ECN Thơng báo tắc nghẽn rõ ràng hình thức kiểm soát tắc nghẽn. .. gửi TCP khác NHÓM 13 download by : skknchat@gmail.com Báo hiệu điều khiển kết nối Chương II: Điều khiển tắc nghẽn cho giao thức TCP Phần nội dung trình bày tổng quan kiểm soát tắc nghẽn TCP,