Nghiên cứu và đánh giá hiệu năng giao thức TCP đa đường (MPTCP) TT

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG Lại Tiến Thành NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG GIAO THỨC TCP ĐA ĐƯỜNG (MPTCP) Chuyên ngành: Kỹ Thuật Viễn Thông Mã số: 8.52.02.08 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ ( Theo định hướng ứng dụng) Hà Nội - 2021 Luận văn hồn thành tại: HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Lê Hải Châu Phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Thúy Anh Phản biện 2: PGS.TS Lê Hải Châu Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng Vào lúc: Có thể tìm hiểu luận văn tại: Thư viện Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng MỞ ĐẦU Công nghệ không ngừng phát triển chứng kiến cách mạng kỹ thuật số với phát triển vượt bậc Internet vạn vật (IoT) Quy mô Internet lượng liệu trao đổi không ngừng tăng lên Nhu cầu độ tin cậy ngày cao, người dùng thường xuyên di chuyển phụ thuộc nhiều vào dịch vụ đám mây Tận dụng khả kết nối dự phòng thiết bị cách để đối phó với nhu cầu tài nguyên ngày tăng Ngoài ISP trung tâm liệu có thực dự phịng, gần thấy thiết bị người dùng cuối làm Thuật ngữ multihoming mô tả thực tế thiết bị kết nối với nhiều mạng đồng thời Tuy nhiên, giao thức truyền tải sử dụng nhiều TCP UDP tận dụng hiệu tính đa kênh chúng giao thức truyền tải đơn đường Trong năm qua, nhóm nghiên cứu giao thức TCP đa đường (MPTCP) tổ chức IETF phát triển phần mở rộng đa đường giao thức TCP, cho phép đầu cuối sử dụng nhiều tuyến kết nối thông qua nhiều giao diện để thực truyền gói tin kết nối nhằm tăng cường hiệu giao thức truyền tải mạng Internet Nhằm mục tiêu nghiên cứu, nắm bắt kỹ thuật công nghệ truyền tải Internet, đề tài luận văn “Nghiên cứu đánh giá hiệu giao thức TCP đa đường (MPTCP)“ tập trung nghiên cứu, thử nghiệm đánh giá hiệu giao thức TCP đa đường Nội dung luận văn trình bày chương sau:  Chương I Tổng quan công nghệ Internet xu hướng phát triển giao thức truyền tải – Giới thiệu khái niệm kỹ thuật Internet giao thức điều khiển truyền tải Internet  Chương II Giao thức TCP đa đường– Tập trung trình bày chi tiết giao thức TCP đa đường, đặc điểm kỹ thuật, nguyên lý hoạt động vấn đề liên quan giảo thức TCP đa đường  Chương III Triển khai thử nghiệm đánh giá hiệu giao thức MPTCP– Trình bày kịch thử nghiệm kết đánh giá hiệu hệ thống thử nghiệm giao thức MPTCP Trong trình thực đề tài, người thực có hạn chế khả cịn nhiều sai sót, mong đóng góp ý kiến thầy cô bạn bè CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ INTERNET VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CÁC GIAO THỨC TRUYỀN TẢI Chương Itrình bày khái quát khái niệm kỹ thuật cơng nghệ mạng Internet Trong đó, tập trung giải thích nguyên tắc giao thức TCP/IP, nhấn mạnh thêm vào lớp truyền tải giao thức TCP, giao thức truyền tải bật Nội dung chương tìm hiểu sâu giao thức TCP mà MPTCP phụ thuộc nhiều vào Giao thức TCP nghiên cứu kỹ lưỡng, bao gồm khía cạnh quan trọng nhất, đặc biệt khía cạnh ảnh hưởng nhiều đến MPTCP Cuối chương trình bày xu hướng phát triển giao thức truyền tải 1.1 Tổng quan công nghệ Internet Internet kết nối toàn cầu mạng cho phép giao tiếp chia sẻ tài nguyên, từ phần cứng, phần mềm dịch vụ thiết bị [1] Kết nối mạng thực thơng qua giao thức có cấu trúc gọi Giao thức TCP/IP Hình 1 Giao diện đa đường điện thoại thông minh Mặc dù giao diệnmạng phát triển thiết bị đại minh hoạ Hình 1.1, giao thức tạo để giao tiếp truyền thông tin thiết bị mạng thiết kế cho giao diện Đặc điểm giao thức Internet trước hạn chế việc sử dụng đồng thời nhiều giao diện tích hợp thiết bị đại Do đó, việc trang bị giao thức mạng mớicókhả hỗ trợ kết nối đa đường không cho phép tổng hợp tài nguyên truy cập đường truyền dẫn khác nhauvà cân lưu lượng mạng, mà cịn cải thiện tính liên tục việc cung cấp dịch vụ có cố kết nối 1.2 Bộ giao thức TCP/IP TCP/IP tập hợp giao thức truyền thông thực chồng giao thức mà toàn Internet hầu hết mạng thương mại chạy Bộ giao thức đặt tên theo giao thức cốt lõi nó, TCP Giao thức Internet (IP) Cần có giao thức cần giao tiếp hay nhiều thiết bị - tập hợp quy tắc chi phối giao tiếp Mơ hình TCP/IP bao gồm năm lớp có thứ tự sau: • Lớp ứng dụng • Lớp truyền tải • Lớp mạng • Lớp liên kết liệu • Lớp vật lý 1.2.1.1 Lớp ứng dụng Port (Cổng): Mỗi tiến trình muốn giao tiếp với tiến trình khác phải báo với lớpTCP/IP sử dụng cổng Một cổng số 16 bit sử dụng giao thức host-to-host để xác định giao thức chương trình ứng dụng mức cao mà phải gửi thơng điệp đến Socket: Socket điểm cuối (end-point) liên kết giao tiếp hai chiều hai chương trình chạy mạng 1.2.1.2 Lớp truyền tải Lớp truyền tải cung cấp khả truyền liệu từ đầu đến cuối, cách phân phối liệu từ lớp ứng dụng đến máy chủ ứng dụng từ xa Việc triển khai lớp truyền tải thường tìm thấy máy tính người dùng cuối định tuyến, chúng phụ thuộc vào giao thức lớp thấp 1.2.1.3 Lớp mạng Tại lớp mạng (còn gọi lớp liên kết mạng - Internet), giao thức Internet (IP) giao thức quan trọng lớp chế truyền tải sử dụng TCP/IP Không giống TCP, IP không cung cấp độ tin cậy, kiểm soát luồng sửa lỗi 1.2.1 Đóng gói Hình 1.2 Kiến trúc TCP/IP đóng gói Lớp ứng dụng: Hành trình gói tin bắt đầu người dùng tin đưa lệnh phải truy cập vào máy chủ từ xa Lớp truyền tải: Khi liệu đến lớp truyền tải, TCP UDP bắt đầu q trình đóng gói TCP giao thức hướng kết nối Hình 1.2 cho thấy cách TCP nhận yêu cầu HTTP Lớp mạng: Khi TCP thiết lập kết nối với máy chủ từ xa, chuyển phân đoạn gói chúng xuống lớp Internet, nơi chúng xử lý giao thức IP Lớp liên kết liệu: Các gói liệuIP truyền xuống lớp liên kết, nơi giao thức lớp liên kết Dữ liệu hoạt động, chẳng hạn Ethernet, đóng gói gói liệuIP vào khung sau đính kèm tiêu đề cho khung Lớp vật lý: Sau nhận khung, lớp vật lý chuyển đổi địa IP thành địa phần cứng phù hợp với phương tiện truyền dẫn Các định tuyến trung gian: Khi gói tin di chuyển Internet tới máy tính đích, gói tin phải qua định tuyến Phía nhận: Khi gói tin đến thiết bị phía nhận, gói tin lại di chuyển qua lớpTCP/IP theo thứ tự ngược lại Mỗi giao thức máy chủ nhận loại bỏ thông tin tiêu đề gắn vào khung 1.3 Giao thức điều khiển truyền tải (TCP) TCP mô tả lần vào năm 1981, RFC 793 - Giao thức điều khiển Truyền tải TCP giao thức truyền tải sử dụng rộng rãi Không giống UDP, TCP cung cấp nhiều dịch vụ cho ứng dụng Bao gồm: kiểm soát luồng tắc nghẽn, đảm bảo độ tin cậy Vì TCP giao thức hướng kết nối nên mục đích cung cấp kết nối đáng tin cậy hai dịch vụ đảm bảo việc phân phối liệu theo thứ tự byte qua mạng sở không đáng tin cậy, chẳng hạn mạng IP Hình 1.3 Tổng quan Kết nối TCP 1.3.1 Các tính quan trọng TCP TCP cung cấp dịch vụ sau cho ứng dụng:  Truyền liệu theo luồng  Tin cậy  Điều khiển luồng  Ghép kênh  Kết nối logic  Song công  Truyền liệu lỗi 1.3.2 Hoạt động giao thức TCP Hình 1.4 Sơ đồ trạng thái TCP LISTEN: đợi yêu cầu kết nối từ TCP cổng xa (trạng thái thường TCP server đặt) SYN-SENT: đợi TCP xa gửi gói tin TCP với cờ SYN ACK bật (trạng thái thường TCP client đặt) SYN-RECEIVED: đợi TCP xa gửi lại tin báo nhận sau gửi cho TCP xa tin báo nhận kết nối (connection acknowledgment) (thường TCP server đặt) ESTABLISHED: cổng sẵn sàng nhận/gửi liệu với TCP xa (đặt TCP client server) TIME-WAIT: đợi qua đủ thời gian để chắn TCP xa nhận tin báo nhận yêu cầu kết thúc kết nối Theo RFC 793, kết nối trạng thái TIME-WAIT vòng tối đa phút 1.3.2.1 Thiết lập kết nối Host A Host B FIN ACK/SYN ACK Hình 1.5 Các bước trình thiết lập kết nối Tại thời điểm A B xác nhận rằng, kết nối thiết lập 1.3.2.2 Truyền liệu Một số đặc điểm TCP để phân biệt với UDP :  Truyền liệu không lỗi (do có chế sửa lỗi/ truyền lại)  Truyền gói liệu theo thứ tự  Truyền lại gói liệu đường truyền  Loại bỏ gói liệu trùng lặp 1.3.2.3 Kết thúc kết nối Host A Host B FIN ACK/FIN FIN ACK Hình 1.6 Các bước trình kết thúc kết nối giao thức TCP Để kết thúc kết nối hai bên sử dụng trình bắt tay bước chiều kết nối kết thúc độc lập với Khi bên kết thúc, gửi gói tin FIN bên gửi lại báo nhận ACK Vì vậy, trình kết thúc tiêu biểu có cặp gói tin trao đổi Quy trình kết thúc bước sau : Bước 1: A gửi tin FIN cho B Bước 2: B nhận FIN, trả lời ACK đồng thời đóng liên kết gửi FIN cho A Bước 3: A nhận tin FIN B, trả lời tin ACK trạng thái chờ Bước 4: B nhận ACK đóng liên kết Một kết nối tồn dạng, bên kết thúc gửi liệu nhận thông tin, bên tiếp tục gửi 1.4 Xu hướng phát triển giao thức truyền tải Internet Trong 30 năm phát triển, Giao thức TCP giao thức truyền tải đáng tin cậy tiêu chuẩn Các ứng dụng Internet World Wide Web (WWW), e-mail truyền tệp dựa vào dịch vụ TCP TCP cung cấp dịch vụ truyền tải đáng tin cậy, kiểm soát luồng tắc nghẽn, kết nối TCP bị ràng buộc với địa IP máy khách máy chủ thời điểm thiết lập kết nối.Điều ngụ ý cho phép đường nguồn đích Với tốc độ phát triển nhanh chóng thiết bị lưu lượng truy cập ngày nay, đặc biệt đến từ dịch vụ phát trực tuyến đa phương tiện, khả mở rộng dung lượng mạngInternettrong thực tế cần thiết Mặc dù TCP cung cấp chế đảm bảo kiểm soát luồng tắc nghẽn, thân giao thức đảm bảo phân phối theo thời gian thực tình mà liên kết trở nên không khả dụng tắc nghẽn nghiêm trọng Với mục tiêu giải hạn chế TCP, nhà nghiên cứu đề xuất giải pháp lớp mạng khác Tuy nhiên, để phát triển giao thức đa đường trở thành thực, cần phải dễ dàng triển khai mà không cần phải thực sửa đổi sở hạ tầng có Với yêu cầu này, Lực lượng Đặc nhiệm Kỹ thuật Internet (IETF) thành lập nhóm làm việc để phát triển tiêu chuẩn cho giao thức đa đường Công việc dẫn đến đời MultiPath TCP (MPTCP), phần mở rộng giao thức TCP Nó tiện ích mở rộng giúp dễ dàng triển khaivì cung cấp khả tương thích ngược với cấu trúc mạng có 1.5 Kết luận Chương I Trong Chương Iđã trình bày nghiên cứu tổng quan giao thức TCP/IP, nghiên cứu chuyên sâu cấu trúc gói giao thức TCP thuật toán điều khiển tắc nghẽn TCP Chương đồng thời đưa xu phát triển giao thức truyền tải tương lai nhu cầu liệu truyền tải mạng Internet ngày gia tăng 10  Đầu cuối (endpoint): Một đầu cuối triển khai giao thức MPTCP, khởi tạo hay xóa bỏ kết nối MPTCP  Đường dẫn (path): Là tập hợp gồm nhiều liên kết bên gửi bên nhận, xác định cặp địa nguồn đích  Luồng (subflow): Một dịng gói tin TCP gửi đường dẫn Một luồng phần kết nối hai đầu cuối  Kết nối MPTCP (MPTCP connection): Một kết nối MPTCP gồm hay nhiều luồng con, mà ứng dụng giao tiếp hai đầu cuối Đó ánh xạ 1-1 kết nối socket  Token: Một nhận dạng có tính chất cục cho kết nối Multipath đầu cuối Có thể gọi “connection ID”  Cấp liệu (data – level): Dữ liệu danh nghĩa truyền kết nối, MPTCP truyền qua luồng Do khái niệm “cấp liệu” đồng nghĩa với khái niệm “cấp kết nối” (connection – level), trái ngược với “cấp luồng con” (subflow – level) đặc tính luồng  Middlebox: Các thiết bị trung gian mạng Firewall, Router, NAT 2.1.3 Mục tiêu thiết kế MPTCP Như nêu RFC 6182, phát triển MPTCP nhằm đáp ứng mục tiêu chức tính tương thích [5] Các mục tiêu chức bao gồm tính mà MPTCP phải cung cấp mục tiêu tương thích xác định cách MPTCP làm việc với thực thể tương tác với 2.1.3.1 Mục tiêu chức Khi tận dụng lợi việc truyền tải qua nhiều đường dẫn, MPTCP có hai mục tiêu chức sau: Cải thiện thơng lượng truyền dẫn:TCP đa đường phảihỗ trợviệc sử dụngđồngthời nhiều đường truyền Một kết nối Multipath TCP nhiều đường truyền có thơng lượng đạt phải khơng thấp thông lượng kết nối TCP đơn lẻ(subflow) đường truyền tốt Cải thiện khả phục hồi:MPTCPphảihỗtrợviệc sử dụngnhiều đường truyềnthay cho chocácmục đíchphục hồi, bằngcáchcho phépcác gói liệu gửi gửilạitrên bất kỳđườngtruyềncósẵn Vì vậy, trường hợp xấu nhất, khả phục hồi kết nối MPTCP phải không nhỏ khả phục hồi kết nối TCP đơn lẻ 11 2.1.3.2 Mục tiêu tính tương thích Để triển khai dễ dàng giao thức MPTCP sở hạ tầng mạng ngày nay, MPTCP bắt buộc phải đáp ứng số mục tiêu tương thích Các mục tiêu tương thích MPTCP trình bày sau  Tương thích với ứng dụng:  Tương thích với mạng:  Khả tương thích với người dùng mạng khác: 2.1.3.3 Mục tiêu bảo mật Từ góc độ bảo mật, MPTCP yêu cầu cung cấp dịch vụ đáng tin cậy với mức độ bảo mật TCP thông thường Tuy nhiên, việc mở rộng dịch vụ TCP đơn đường đến dịch vụ đa đường tạo số mối đe dọa Tuy nhiên, mục tiêu bảo mật đạt cách tận dụng chế bảo mật TCP có kết hợp chúng với biện pháp bảo mật để bảo vệ chống lại mối đe dọa an ninh đa đường nảy sinh 2.1.3.4 Mục tiêu thuật toán điều khiển tắc nghẽn Cải thiện thông lượng: Luồng đa đường hoạt động có hiệu luồng đơn đường hoạt động chế độ tốt Không gây hại: Luồng đa đường không chiếm nhiều dung lượng tài nguyên chia sẻ đường truyềncủa so với luồng đơn Điều đảm bảo không gây hại mức cho luồng khác Cân tắc nghẽn: Luồng đa đường nên chuyển hướng nhiều lưu lượng tốt khỏi đường bị tắc nghẽn, tùy thuộc vào việc đáp ứng hai mục tiêu 2.2 Kiến trúc MPTCP Kiến trúc MPTCP tuân theo kiến trúc giao thức Transport – Next– Generation (Tng) đề xuất chia lớp truyền tải thành lớp chức ứng dụng mạng Trong cấu trúc MPTCP, lớp ngữ nghĩa giống TCP cung cấp khả tương thích với ứng dụng, khả tương thích mạng cung cấp thành phần TCP subflow Tng kiến trúc hỗ trợ giao thức Multipath, Tng kếthợp từ việcnghiên cứuvà phát triển kiến trúc giao vận hỗ trợ chế Multipath trước 12 Application Semantic Application Functions Transport Flow/Endpoint Network Funciton ( Chức hướng tầng ứng dụng ) ( Chức hướng tầng mạng ) Network Các lớp phân chia Tng Lớp có Hình 2.2 Mơ hình phân chia chức Tng Tng chia tách lớp truyền tải thành hai thành phần: hướng ứng dụng (applicationoriented)và hướng mạng (network-oriented) thể Hình 2.4 Các thành phần hướng ứng dụng(tầng Semantic):Thực chức hỗ trợ bảo vệ truyền thông đầu cuối ứng dụng, bao gồm cung cấp đặc điểm việc xếp theo thứ tự, gửi gói tin tin cậy giống luồng byte TCP hay multi-stream SCTP Các thành phần hướng mạng (Flow+Endpoint): Thực chức bao gồm điều khiển tắc nghẽn định dạng đầu cuối(dựa vào số hiệu cổng dịch vụ - port number) end-to-end Application Application end-to-end Semantic Flow+Endpoint Semantic Flow+ Endpoint Flow+End point Network Network Firewall or Perfomance Enhancing Proxy Network End Host Flow+Endpoint Network NAT End Host Hình 2.3 Các thiết bị trung gian mơ hình mạng Internet 13 2.3 Mơ hình phân chia chức MPTCP Dựa vào tảng mơ hình Tng phân tích phần trước, chia MPTCP thành tầng kết nối với thông qua giao diện xác định.Kiến trúc MPTCP thiết kế theo mơ hình phân chia Tng Hình 2.6 Hình 2.4 Mối quan hệ Tng(bên trái) MPTCP(bên phải) Tầng MPTCP: Có vai trò lớp Semantic hướng ứng dụng (app oriented), cung cấp khả tương thích ứng dụng Thành phần luồng TCP: Cung cấp khả tương thích mạng có vai trị luồng TCP thơng thường mạng, tầng Flow+Endpoint thành phần hướng mạng Application Application MPTCP TCP IP Subflow (TCP) Subflow (TCP) IP Hình 2.5 So sánh mơ hình TCP mơ hình MPTCP Nằm bên tầng ứng dụng, mở rộng MPTCP quản lý TCP subflows(luồng con) Để làm điều này, phải thực chức sau: a Quản lý đường dẫn(Path Management): Đây chức phát sử dụng nhiều đường dẫn hai host MPTCP sử dụng diện nhiều địa IP hai host điều để phát khả sử dụng nhiều đường dẫn b Lập lịch cho phân đoạn(Scheduler): Chức chia dòng bytes nhận từ tầng ứng dụng thành phân đoạn(segments) để truyền subflows sẵn có Thiết kế MPTCP sử dụng ánh xạ đánh thứ tự liệu(data sequence mapping), liên kết phân đoạn gửi subflow khác 14 chuỗi số mức kết nối, cho phép phân đoạn gửi subflow khác xếp lại thứ tự bên nhận c Giao diện Subflow (TCP đơn đường): Thành phần subflow có phân đoạn từ thành phần lập lịch gói tin truyền chúng đường dẫn xác định d Kiểm soát tắc nghẽn [6]: 2.4 Hoạt động MPTCP Trong phần trình bày mơ tả chế hoạt động MPTCP, miêu tả RFC 6824 Các hoạt động giao thức MPTCP cho phép tạo, trì kết thúc kết nối có bao gồm luồng [7, 8] 2.4.1 Định dạng phân đoạn MPTCP Hình Định dạng gói MPTCP 2.4.2 Các tùy chọn MPTCP Để báo hiệu máy đầu cuối, MPTCP sử dụng trường tùy chọn TCP Loại tùy chọn TCP dành riêng cho MPTCP 30 định Internet Assigned Numbers Authority (IANA) Việc sử dụng kiểu phụ tùy chọn cần thiết để hỗ trợ chức đa đường cụ thể chúng bao gồm kiểu số cho MPTCP, với “sub-types” bit cho tin MPTCP Giá trị Bản tin Mô tả 15 0x0 0x1 0x2 0x3 0x4 0x5 0x6 0x7 MP_CAPABLE MP_JOIN DATA_SEQUENCE_SI GNAL ADD_ADDR REMOVE_ADDR MP_PRIO MP_FAIL MP_FASTCLOSE 0x8-0xe Unassigned 0xf Reserved for private use Multipath Capable Join Connection Data ACK and Data Sequence Mapping Add Address Remove Address Change SubflowPriority Fallback Fast Close Bảng 2.1 Các loại tùy chọn kiểu phụ (subtype) MPTCP 2.4.3 Thiết lập kết nối Hình Kết nối MPTCP thiết lập luồng Sau kết nối MPTCP thiết lập hai máy, luồng thêm vào kết nối Tùy chọn MP_CAPABLE sử dụng trình khởi tạo kết nối MPTCP máy cấp mã thông báo để luồng khác xác định kết nối Cả hai máy bắt đầu thiết lập luồng vào lúc trình kết nối chúng tạo cách sử dụng tùy chọn MP_JOIN 2.4.4 Bắt đầu luồng Việc tạo luồng bắt đầu dạng bắt tay ba bước TCP, với trao đổi TCP SYN/ACK thơng thường Gói SYN gửi tự nhiên từ giao diện bổ sung với 16 địa 2.4.5 Trao đổi liệu Như biết, MPTCP lấy luồng liệu đầu vào từ ứng dụng phân chia liệu nhiều luồng Để đảm bảo truyền tải đảm bọ độ tin cậy, liệu truyền qua nhiều luồng cần có đủ thơng tin kiểm sốt để tập hợp lại thành cơng người nhận Do đó, MPTCP sử dụng số thứ tự liệu 64-bit (DSN) để đánh số tất liệu gửi qua luồng hoạt động khác luồng có khơng gian số thứ tự 32-bit riêng, giống TCP thông thường 2.4.6 Ưu tiên luồng Cách kết nối MPTCP chọn để lập lịch lưu lượng qua luồng cách triển khai cụ thể ứng dụng điều khiển Các sách nội định cách phân chia lưu lượng tuyến có sẵn, hầu hết trường hợp, mục tiêu tối đa hóa thơng lượng cân tắc nghẽn Hình Hệ thống ưu tiên luồng MPTCP 2.4.7 Đóng kết nối Trong kết nối TCP thông thường, FIN thông báo cho phía nhận phía gửi khơng cịn liệu để truyền.Tuy nhiên, luồng MPTCP hoạt động độc lập, FIN ảnh hưởng đến luồng cụ thể mà gửi Ngữ nghĩa FIN luồng với TCP thông thường - trước hai máy chủ thừa nhận FIN luồng mở 2.4.8 Thuật toán điều khiển tắc nghẽn phối hợp Để MPTCP tuân thủ mục tiêu thiết kế điều khiển tắc nghẽn, đặc biệt tính cơng nút cổ chai, thuật toán điều khiểntắc nghẽn TCP thông thường 17 sử dụng riêng lẻ luồng Hình 2.9 Vấn đề nút cổ chai chia sẻ MPTCP 2.5 Xử lý lỗi thiết bị trung gian MPTCP gặp số khó khăn liên quan đến thiết bị trung gian, chúng loại bỏ sửa đổi thơng tin tiêu đề TCP, chẳng hạn tùy chọn TCP Tất nhiên, thách thức tính đến trình phát triển MPTCP Như nêu mục tiêu thiết kế, MPTCP phải quay trở lại TCP thông thường số hành vi không mong muốn xảy 2.6 Kết luận Chương II Trong chương trình bày kiến thức mà tác giả tìm hiểu giao thức MPTC bao gồm vấn đề: mục tiêu thiết kế MPTCP, kiến trúc MPTCP so sánh với TCP, hoạt động MPTCP, điều khiển tắc nghẽn xử lý lỗi xảy thiết bị trung gian Các kiến thức tìm hiểu chương hỗ trợ tích cực cho bước thực nghiệm mơ hiệu tác giả thực Chương III 18 CHƯƠNG III TRIỂN KHAI THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG GIAO THỨC MPTCP Trong chương trình bày phương pháp đánh giá hiệu giao thức MPTCP giao thức TCP môi trường mạng thử nghiệm.Để đánh giá khác biệt, đề xuất đưa mơ hình hệ thống có ba đường tách biệt môi trường mạng Tức từ H1-R1, H1-R2, H1-R3 Trong môi trường mạng ảo Mininet, không sử dụng Controller (thiết bị điều khiển) để thực hỗ trợ định tuyến hay cần tải, … mơi trường triển khai thử nghiệm có cấu trúc thiết lập hệ thống môi trường mạng thật Trong môi trường mạng thử nghiệm thực truyền tập tin thông qua giao thức HTTP theo kịch sử dụng MPTCP TCP hệ thống Kết đạt kỳ vọng:  Băng thông tăng lên, thông lượng, thời gian truyền sử dụng giao thức MPTCP so với TCP  Tốc độ tăng băng thông, thời gian thiết lập subflow sử dung giao thức MPTCP so với TCP  Độ trễ đường truyền sử dụng giao thức MPTCP so với TCP 3.1 Xây dựng hệ thống Để đánh giá khác biệt chủ yếu giao thức MPTCP TCP, chương này sử dụng hệ thống mạng hình 3.1 Hình 3.1.Topo – định tuyến tĩnh – nên tùy ý thêm OvS A Về mơ hình hệ thống 19 Trong cả hai kịch bản sử dụng giao thức MPTCP TCP có điểm chung:  Sử dụng 16 OvS đóng vai trị router  host đóng vai trị làm client  host đóng vai trị làm server  Định tuyến tĩnh  Tồn mơ Mininet máy chủ Kali Linux Điểm riêng:  Kịch thử nghiệm giao thức MPTCP MPTCP enable với thử nghiệm TCP MPTCP bị disable B Các tham số thông số hệ thống  Mơ hình mơ mạng ảo Mininet phiên 2.3.0  OvS phiên 2.16.90 MPTCP kernel 4.19.126.mptcp - hỗ trợ giao thức MPTCP  Trong máy chủ Kali linux 2020 (4 CPU cores, GB RAM)  Host1 (client) kết nối với OvS: R1, R2, R3 thông qua Ethernet: h1eth0:10.0.1.10, h1-eth1:10.0.2.22, h1-eth2:10.0.3.33  Host2 (server) kết nối với OvS R9 thông qua Ethernet h2-eth0:10.0.9.20  Băng thông: link (h2-eth0 -R9) có BW=30Mb, tồn links cịn lại có BW=10Mb  Các thông số tham số khác links để mặc định (default) Nếu muốn thêm tham số delay, packetloss thực thêm “params” câu lệnh addlink file code  Ví dụ, dùng dòng lệnh sau: addLink(r1,r3,bw=10,cls=TCLink,params1={ 'ip' : '10.0.13.1/24' },params2={ 'ip' : '10.0.13.3/24' }, delay="50ms") C Xác nhận thiết lập hệ thống thành cơng Như hình hình 3.2, hệ thống mạng khởi tạo thành cơng Chi tiết ta nhìn thấy phần “nodes” thể mơ hình mạng có 16 OvS đóng vai trị 16 Router, H1 đóng vai trị Client, H2 đóng vai trị Server cịn thiết bị Controller c0 đóng vai trị đủ thành phần hệ thống 20 Khơng ta thấy phần “links” cho kết hình cịn cho thấy kết nối tồn thiết bị mơ hình kết nối kịch hình giao diện mạng thiết bị bật hoạt động Hình 2.Thơng tin hệ thống 3.2 Thử nghiệm hệ thống đánh giá Sau toàn bước kiểm tra thiết lập hệ thống ta bước tới giai đoạn thử nghiệm hoạt động hệ thống Trong phần xác nhận lại hệ thống hoạt động thực cá thử nghiệm đưa kịch thử ngiệm để làm tảng cho việc đưa kết kết luận Trong hình 3.7 sau đưa kết cho thấy sau bước thực cấu hình thiết bị hệ thống thiết bị Client Server kết nối với Cụ thể ta thấy từ thiết bị H1-Client ping lên địa IP H2-Server kết cho thấy ping thành công từ Client đến Server Và ngược lại, từ H2-Server thực ping đến giao diện eth0, eth1 eth2 Client cho kết tương tự ping thành công Từ kết cho thấy thằng việc kết nối hai thiết bị Client Server thành cơng Chứng minh cấu hình định tuyến đề xuất hoạt động 21 Hình 3 Khác biệt thiết lập kết nối MPTCP TCP Hình Qúa trình truyền liệu sử dụng subflow – với 3IP: 10.0.1.10, 10.0.2.11, 10.0.3.33 Trường hợp file dung lượng bé, mà dung lượng file lơn nhiều lần giá trị tiến dần đến tỉ lệ với số đường (Số subflow) Thơng tin chi tiết thấy hình 3.13 22 http 4000 tcp-h1-eth0 h1-all h1-eth0 h1-eth1 h1-eth2 3500 bytes 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 10 20 30 40 50 time s 60 70 80 90 Hình Băng thơng –thời gian truyền hết 1file Thêm hình vẽ riêng ra: băng thông up, down, thời gian truyền file(size tăng dần), độ tăng bw subflow so với TCP Không dừng lại kết trên, sau trình bày số kết goodput kịch sử dụng hai giao thức a Đồ thị goodput MPTCP - subflow b Đồ thị goodput MPTCP-subflow Về trực quan thấy round trip time MPTCP-subflow TCP tương đồng, dao động ngưỡng 2ms 23 a MPTCP b TCP Hình Delay Về giá trị delay, hình 3.16 ta thấy thơng thường gói có độ trễ cỡ 0.0025-0.003s Bước đầu MPTCP cho giá trị delay cao hơn, lý phải tính xem xét, tính tốn chất lượng đường truyền 3.3 Kết luận Chương III Trong chương xây dựng thử nghiệm hệ thống ứng dụng giao thức MPTCP đánh giá hiệu giao thức MPTCP so với giao thức TCP truyền thống Dựa kịch bản, học viên thực thành công thử nghiệm đưa kết phân tích tương ứng Các kết cho thấy giao thức MPTCP hoạt động, có chất lượng tốt có hiệu vượt trội hẳn giao thức TCP truyền thống MPTCP bước đầy hứa hẹn tương lai gần 24 KẾT LUẬN Công nghệ Internet thay đổi nhanh chóng để đáp ứng yêu cầu ngày khắt khe đa dạng loại hình lưu lượng dịch vụ TCP thơng thường cung cấp hai chức truyền số liệu tin cậy điều khiển tắc nghẽn truyền tuyến cho kết nối TCP Điều dẫn đến hạn chế khả điều khiển tắc nghẽn hay gọi khả cân tải Để khắc phục vấn đề thách thức giao thức TCP nhằm đáp ứng tốt yêu cầu loại hình dịch vụ mới, giao thức TCP đa đường đời nhằm cải thiện thông lượng tăng khả điều khiển tắc nghẽn so với TCP thông thường chế cho phép cặp đầu cuối sử dụng nhiều tuyến đường để truyền gói tin kết nối Giao thức chuẩn hoá IETF bắt đầu triển khai ứng dụng nhiều hệ thống mạng thực tế Luận văn tập trung nghiên cứu giao thức TCP đa đường thử nghiệm, đánh giá hiệu hệ thống truyền tải ứng dụng giao thức TCP đa đường Nội dung luận văn bao gồm hai phần chính: Phần đầu luận văn giới thiệu tổng quan MPTCP, nguyên lý hoạt động MPTCP; Phần thứ hai luận văntập trung triển khai thử nghiệm đánh giá hiệu giao thức MPTCPnhằm đánh giá hiệu hệ thống làm rõ sốyếu tố ảnh hưởng Các kết đạt luận văn cho thấy giao thức MPTCP mang lại ưu điểm tăng thông lượng người sử đụng đầu cuối, khả thích ứng tốt mạng bị lỗi, độ tin cậy cao…Với ưu điểm vậy, giao thức MPTCP hứa hẹn phát triển sử dụng rộng rãi Tuy nhiên để thực đưa giao thức MPTCP vào ứng dụng hạ tầng mạng, cần phải khắc phục nhược điểm quan trọng vấn đề an ninh bảo mật mạng MPTCP Một vấn đề phải có chuẩn bị thử nghiệm kỹ cho việc chuyển đổi từ TCP sang MPTCP để hạ tầng mạng khơng gặp phải vấn đề tương thích Có nghĩa phải có khoảng thời gian độ trước giao thức MPTCP sử dụng rộng rãi.Giao thức có tiềm cung cấp thơng lượng cải thiện khả phục hồi vượt trội so với giao thức lớp truyền tải ... tiêu nghiên cứu, nắm bắt kỹ thuật công nghệ truyền tải Internet, đề tài luận văn ? ?Nghiên cứu đánh giá hiệu giao thức TCP đa đường (MPTCP)? ?? tập trung nghiên cứu, thử nghiệm đánh giá hiệu giao thức. .. Tuy nhiên, giao thức truyền tải sử dụng nhiều TCP UDP khơng thể tận dụng hiệu tính đa kênh chúng giao thức truyền tải đơn đường Trong năm qua, nhóm nghiên cứu giao thức TCP đa đường (MPTCP) tổ chức... TCP/ IP, nhấn mạnh thêm vào lớp truyền tải giao thức TCP, giao thức truyền tải bật Nội dung chương tìm hiểu sâu giao thức TCP mà MPTCP phụ thuộc nhiều vào Giao thức TCP nghiên cứu kỹ lưỡng, bao gồm