Nghiên cứu đề xuất một số cải tiến trong đánh giá hiệu năng mạng máy tính cấp trường

Số 65 Tháng 08/2018 TẠP CHÍ KHOA HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI TRANSPORT AND COMMUNICATIONS SCIENCE JOURNAL Phần CÔNG BỐ CƠNG TRÌNH KHOA HỌC Trang Trang 26 Khoa Vận tải - Kinh tế ĐẶNG VIỆT PHÚC Trường Đại học Giao thông Vận tải NGUYỄN THANH HẢI Khoa Điện - Điện tử Trường Đại học Giao thông Vận tải Nghiên cứu ảnh hưởng hệ thống cung cấp điện kéo đường sắt thị đến sóng hài lưới điện Studying the influence of urban railway traction power supply system on power grid harmonic Nghiên cứu tác động mức độ cam kết nhà thầu tới chi phí thực gói thầu xây dựng Việt Nam An investigation into the impact level of contractors’ commitments on construction costs in Viet Nam Trang 36 Trang 11 HỒ HỮU HÙNG Trường Đại học Giao thông Vận tải Kỹ thuật Công nghệp Trường Đại học Giao thơng Vận tải Mơ hình hóa mơ hệ thống phanh khí nén ô tô tải Modeling and simulating the pneumatic brake system of trucks Trang 18 DƯƠNG HỮU TUYẾN NGUYỄN VĂN KHOA Khoa Vận tải - Kinh tế Trường Đại học Kinh tế - NGUYỄN THÀNH CÔNG NGUYỄN LƯƠNG HẢI Nghiên cứu tác động công ghi nhận hội thăng tiến tới động lực làm việc giảng viên Trường Đại học Giao thông Vận tải Studying the impact of justice in recognition and promotion opportunities on work motivation of the UTC lecturers Trang 45 LÊ THỊ THÚY NGA Khoa Vận tải - Kinh tế Khoa Điện - Điện tử Trường Đại học Giao thông Vận tải CHU VĂN TƯỞNG Phân tích nhân tố ảnh hưởng đến hành vi lựa chọn nhà cung cấp dịch vụ internet khách hàng cá nhân hộ gia đình địa bàn thành phố Hà Nội NGUYỄN VĂN CƯƠNG Analyzing factors influencing the behaviors of selecting an Internet service provider of individual and household customers in the area of Hanoi city Lớp Tự động hóa & Điều khiển - K55 Trường Đại học Giao thông Vận tải Giải pháp thiết kế chế tạo robot di động điều khiển tiếng nói Solution for design and manufacture of the mobile robot controlled by voice Tạp chí KHOA HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI Số 65 - 08/2018 i Trang 53 ĐỖ ĐỨC TUẤN NGƠ THÙY LINH NGUYỄN ĐỨC TỒN Khoa Hệ thống Thơng tin Quản lý Khoa Cơ khí Học viện Ngân hàng Trường Đại học Giao thông Vận tải Phát triển ứng dụng Chatbot hỗ trợ giải đáp thắc mắc khách hàng ngân hàng Xây dựng chương trình tính tốn xác định thời hạn làm việc phần tử khí hư hỏng đột ngột có phục hồi Developing a calculation program to determine the lifetime of repaired and unexpected failure mechanical elements Phần TRAO ĐỔI HỌC THUẬT & THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ Trang 63 Trang 71 ĐÀM MỸ HẠNH Developing Chatbot to support customers’ inquiries at the bank Trang 78 NGUYỄN THANH TỒN Khoa Cơng nghệ Thơng tin Trường Đại học Giao thơng Vận tải Đánh giá hiệu mạng máy tính NS2 Evaluating the computer network performance by NS2 Khoa Điện - Điện tử Trường Đại học Giao thông Vận tải Lập mơ hình kênh vơ tuyến dự đốn đường truyền cho hệ thống thông tin di động 5G Modelling radio channels and predicting propagation for 5G mobile communication systems ii Tạp chí KHOA HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI Hình 1: Quang Minh Số 65 - 08/2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CP TRNG NGHIÊN CứU Đề XUấT MộT Số CảI TIếN TRONG ĐáNH GIá HIệU NĂNG MạNG MáY TíNH M S : T2018-CN-003 CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI : NGUYỄN THANH TOÀN THỜI GIAN THỰC HIỆN : 01/2018 - 12/2018 NGÀY VIẾT BÁO CÁO : 10/2018 Hà Nội - 2018 i MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU iii DANH MỤC HÌNH VẼ iv PHẦN MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG MẠNG 1.1 Mục đích việc mơ hình hố đánh giá hiệu 1.2 Các tham số sử dụng đánh giá hiệu 1.3 Các công cụ đánh giá hiệu CHƯƠNG CÁC CƠ SỞ KHOA HỌC TRONG ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG 2.1 Lý thuyết xác suất 2.1.1 Phân phối Bernoulli 2.1.2 Phân bố nhị thức 2.1.3 Phân bố 2.1.4 Phân bố mũ (Exponential distribution) 2.1.5 Phân bố Poisson (Poisson distribution) 2.1.7 Tiến trình Poisson tính chất 2.2 Lý thuyết hàng đợi 2.2.1 Hàng đợi đặc điểm 2.2.2 Mơ hình hàng đợi 11 2.2.2.1 Ký hiệu Kendall 11 2.2.2.2 Hàng đợi M/M/1 12 2.2.2.3 Công thức Little 13 2.3 Hệ thống mạng hàng đợi 14 2.4 Các biện pháp cải tiến kỹ thuật đề xuất 14 2.4.1 Đặt vấn đề 14 2.4.2 Đánh giá hiệu số thuật toán quản lý hàng đợi tiêu biểu 15 2.4.2.1 Thuật toán Phát sớm ngẫu nhiên (RED-Random Early Detection) 15 2.4.2.2 Thuật toán BLUE 15 2.4.2.3 Thuật toán STOCHASTIC FAIR BLUE 16 2.4.2.4 Thuật toán GREEN 17 2.4.3 Đề xuất cải tiến cách thức đánh giá hiệu 17 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM BẰNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG NS2 19 3.1 Cơng cụ lập trình 19 3.2 Dữ liệu thực nghiệm 19 3.3 Kết thí nghiệm đánh giá 21 ii 3.3.1 Đánh giá theo kích thước hàng đợi thay đổi 21 3.3.2 So sánh hiệu thuật toán 22 CHƯƠNG KẾT LUẬN 24 TÀI LIỆU THAM KHẢO 25 iii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng Đánh giá hiệu thuật toán 22 iv DANH MỤC HÌNH VẼ Hình Mơ hình chung hệ thống hàng đợi Hình Chuỗi Markov hàng đợi M/M/1 12 Hình Thuật tốn BLUE 16 Hình Thuật toán SFB 17 Hình Một ví dụ hoạt động SFB 17 Hình Sơ đồ mạng dùng mô 20 Hình Kích thước hàng đợi 50 gói 21 Hình Kích thước hàng đợi 100 gói 21 Hình Mất gói trường hợp kích thước hàng đợi 50 gói 21 Hình 10 Mất gói trường hợp kích thước hàng đợi 100 gói 21 Hình 11 Thơng lượng trường hợp kích thước hàng đợi 50 gói 22 Hình 12 Thơng lượng trường hợp kích thước hàng đợi 100 gói 22 PHẦN MỞ ĐẦU Ngày nay, việc xây dựng hệ thống mạng máy tính cục kết nối Internet để phục vụ cho nhu cầu công việc tổ chức gần nhu cầu tất yếu Ngay giai đoạn thiết kế hệ thống mạng vấn đề hiệu mạng đặt để từ có sở để lựa chọn từ hệ thống cáp hay môi trường không dây, thiết bị chuyển mạch định tuyến, công nghệ mạng sử dụng, hệ điều hành mạng mạng lựa chọn v.v Sau lắp đặt đưa vào vận hành hệ thống mạng, vấn đề hiệu mạng tiếp tục quan tâm, song song với vấn đề khác an ninh mạng, quản trị mạng, khai thác mạng Các kỹ thuật dùng để dự đoán đánh giá hiệu mạng giai đoạn thiết kế triển khai hệ thống mạng có dựa kinh nghiệm, dẫn chuyên gia phương tiện truyền thông Sau đưa vào vận hành hệ thống mạng, việc sử dụng công cụ khác để đánh giá hiệu mạng, kết giai đoạn thiết kế sử dụng giống thành cơng người thiết kế hệ thống Nhưng kết đánh giá hiệu mạng thiết kế vận hành khác từ phải có cơng việc hiệu chỉnh hệ thống để hiệu mạng tốt hơn, phục vụ đắc lực cho công việc tổ chức Đề tài nghiên cứu nhằm mục đích đưa vài lựa chọn để đánh giá sát hiệu mạng mà cá nhân hay đơn vị lựa chọn cấu hình mạng trước đầu tư, lắp đặt sử dụng, khai thác CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG MẠNG 1.1 Mục đích việc mơ hình hố đánh giá hiệu Mục đích việc đánh giá hiệu mạng lựa chọn cấu hình hệ thống mạng từ phần cứng, phần mềm mạng để phục vụ tốt cho nhu cầu công việc cá nhân, tổ chức đưa điều chỉnh, thay thế, nâng cấp cho hệ thống mạng có Việc quan trọng đánh giá hiệu đo lường theo dõi, ghi chép hiệu hệ thống Qua việc quan sát cách thức khác hiệu hệ thống, ta biết hệ thống hoạt động nào, có đáp ứng u cầu cơng việc, có q tải khơng v.v…Tuy nhiên, để đo đạc hiệu năng, hệ thống phải có thơng số đo Khi tiến hành đo đạc, thay đổi nhiều cấu hình hệ thống làm thay đổi kết đo đạc hiệu hệ thống Để đánh giá hiệu năng, chia thành ba phương pháp theo dõi sau: - Theo dõi phần mềm: trường hợp chức trình theo dõi giám sát phần mềm - Theo dõi phần cứng: trường hợp phải có thêm vài thiết bị phụ trợ để theo dõi hệ thống (ví dụ máy quay phim, máy ghi âm, thiết bị cảm biến…) - Theo dõi kiểu lai: tổng hợp hai loại Theo cách ba cách phải thêm chi phí phần cứng hay phần mềm, nói chung thường đắt tiền Vì lý trên, người ta tìm cách thay cho phương pháp đánh giá giải pháp: đánh giá hiệu dựa mơ hình, hay cịn gọi phương pháp mơ hình hố Việc mơ hình hố tiến hành mơ tả thành phần hệ thống cách trừu tượng (chẳng hạn mặt toán học), đồng thời phải mô tả tương tác thành phần hệ thống với với môi trường bên ngồi Có thể định nghĩa q trình mơ hình hố sau: Mơ hình (model) hay q trình mơ hình hố (modelling process) q trình làm đơn giản hố hệ thống thực Q trình thực cách miêu tả hoạt động trạng thái hệ thống có kèm theo số điều kiện, điều kiện khởi đầu tham số liên quan Đối với hệ thống máy tính truyền thơng, để mơ hình hố, trước tiên phải xác định thành phần hệ thống Việc hồn tồn khơng phải việc dễ dàng khơng có tài liệu hướng dẫn cách thức mơ hình hố cho hệ thống mà có vài hệ thống cụ thể tổng quan.Ví dụ, việc lựa chọn mơ hình cụ thể phụ thuộc nhiều vào thông số cần đo đạc gì, sau trả lời câu hỏi câu hỏi muốn đo thơng số nào, giá trị trung bình hay phương sai hay phân bố thơng số đó? Tuỳ thuộc vào thông số khác nhau, ta chọn mơ hình cụ thể Trong trường hợp thơng số đo đạc chung chung khơng có u cầu cụ thể mơ hình đơn giản Nhưng trường hợp phải đo đạc thơng số xác, mơ hình phải đưa vào nhiều thành phần hệ thống trở nên phức tạp Ngoài ra, nhiều trường hợp, đánh giá hiệu theo phương pháp mơ hình, có nhiều thơng số đặc điểm hệ thống đo đạc khơng xác Vì người ta thường đưa mơ hình trừu tượng đơn giản khơng chọn mơ hình q phức tạp mà việc cung cấp thông số lại khơng thể Sau có mơ hình, bước phân tích mơ hình Q trình phân tích sử dụng nhiều kỹ thuật khác Các hệ thống máy tính mạng thực tế thường phức tạp để mơ hình hố phân tích cách đơn giản Nhiều trường hợp, việc mơ hình hố phân tích thực nhờ hỗ trợ số phần mềm Sau phân tích xong, thông số thu nhận phải xem xét cách chi tiết Đầu tiên, thông số đầu cần thoả mãn yêu cầu ban đầu, không, người ta phải chọn lựa số thông số khác phù hợp có độ xác khác Có thể sử dụng kỹ thuật phân tích khác thay đổi hẳn mơ hình ban đầu Cuối cùng, cần nhấn mạnh việc đánh giá hiệu hệ thống cần gắn với việc theo dõi hiệu hệ thống đó, đặc biệt hệ thống có thay đổi Trong trường hợp này, người ta đo đạc kiện cụ thể hệ thống để xác định vài thông số cụ thể, thơng số đưa vào mơ hình hố sử dụng để thiết lập thơng số, qua kết luận hệ thống thật thích nghi thay đổi 1.2 Các tham số sử dụng đánh giá hiệu Có thể liệt kê tham số sử dụng tiến hành đánh giá hiệu mạng sau: - Thời gian hệ thống thực yêu cầu - Thời gian đáp ứng hệ thống - Thời gian yêu cầu lưu hệ thống - Độ lớn hàng đợi hệ thống - Số lượng gói tin bị - Thơng lượng hệ thống - Thông lượng liên kết - Độ trễ gói tin - Chi phí hệ thống … 1.3 Các công cụ đánh giá hiệu Có nhiều cơng cụ sử dụng việc đánh giá hiệu mạng máy tính, kể đến là: Phương pháp đo hiệu từ hệ thống thực Nhiệm vụ quan trọng cơng cụ phải phân tích số liệu đo được, máy đo phần mềm đo Các công cụ đo sử dụng nhiều biện pháp khác để đo số liệu vào, đo đạc sau biểu diễn thơng số đầu Đo phương pháp xác định hiệu dựa việc đo tham số mạng mạng thực để cấu thành độ đo hiệu mạng cần quan tâm Việc đo hiệu nhằm thực nhiệm vụ sau: giám sát hiệu mạng; hai thu thập số liệu để lập mơ hình liệu vào cho phương pháp đánh giá giải tích mơ phỏng; ba kiểm chứng mơ hình khác dựa số liệu đo Đo hiệu quan trọng giai đoạn triển khai thực tích hợp hệ thống giai đoạn lắp đặt vận hành hệ thống Các tham số cấu hình chọn sau phép đo hiệu cho thấy tham số cấu hình làm cho hệ thống đạt hiệu tốt Vì thế, thực tế người thừa nhận tầm quan trọng việc đo đánh giá hiệu Ta thấy rõ việc qua việc hầu hết hệ thống mạng, phần cứng chuyển mạch, định tuyến phần mềm hệ điều hành mạng, 26 PHỤ LỤC MỘT SỐ SCRIPT SỬ DỤNG TRONG NS2 MẠNG N NÚT GỬI N NÚT NHẬN (DUMB-BELL) Hàng đợi RED # NnodesRED.tcl set ns [new Simulator] set nf [open REDout.nam w] $ns namtrace-all $nf set tracefd [open RED.tr w] $ns trace-all $tracefd #================================================== #Tham so RED #================================================== Queue/RED set thresh_ 65 Queue/RED set maxthresh_ 100 Queue/RED set bytes_ false Queue/RED set queue_in_bytes_ false Queue/RED set linterm_ Queue/RED set q_weight_ 0.00002 Queue/RED set drop_tail_ true Queue/RED set setbit true #================================================== #Tham so BLUE #================================================== Queue/Blue set drop_front_ false Queue/Blue set bytes Queue/Blue set setbit true Queue/Blue set decrement 0.0025 Queue/Blue set increment 0.025 Queue/Blue set dhold-time 100ms Queue/Blue set ihold-time 100ms Queue/Blue set Pmark #================================================== #Tham so FSB #================================================== Queue/SFB set drop_front_ false Queue/SFB set bytes Queue/SFB set setbit true ;#ECN support turned on by default 27 Queue/SFB set decrement 0.001 Queue/SFB set increment 0.005 Queue/SFB set hold-time 100ms Queue/SFB set algorithm Queue/SFB set pbox-time 50ms Queue/SFB set pktsize 1000 Queue/SFB set hinterval 20s ;#hash interval switching duration #================================================== # Tao cac nut #================================================== set number 100 for {set i 0} {$i < $number } {incr i} { set n($i) [$ns node] } for {set i 0} {$i < $number } {incr i} { set s($i) [$ns node] } set r1 [$ns node] set r2 [$ns node] for {set i 0} {$i < $number } {incr i} { $ns duplex-link $n($i) $r1 100Mb 3ms DropTail } for {set i 0} {$i < $number } {incr i} { $ns duplex-link $s($i) $r2 100Mb 3ms DropTail } #Neu dung RED queue $ns duplex-link $r1 $r2 1.5Mb 20ms RED $ns queue-limit $r1 $r2 50 #Dat buffer size 50 packets $ns queue-limit $r2 $r1 100 #================================================== # Thiet lap TCP #================================================== for {set i 0} { $i < $number } {incr i} { set tcp($i) [new Agent/TCP/Reno] $tcp($i) set class_ $i $tcp($i) set window_ 16 $tcp($i) set packetSize_ 1460 28 $tcp($i) set bytes_ false $ns attach-agent $n($i) $tcp($i) $tcp($i) set ecn_ } for { set i } { $i < $number} { incr i } { set sink($i) [new Agent/TCPSink] $sink($i) set ecn_ $ns attach-agent $s($i) $sink($i) $ns connect $tcp($i) $sink($i) set ftp($i) [$tcp($i) attach-source FTP] } #Theo vet hang doi set qsize [open REDsize.tr w] set qbw [open REDthput.tr w] set qlost [open REDlost.tr w] set qmon [$ns monitor-queue $r1 $r2 [open queue.tr w] 0.05] [$ns link $r1 $r2] queue-sample-timeout; proc record {} { global ns qmon qsize qbw qlost set time set now [$ns now] $qmon instvar parrivals_ pdepartures_ bdrops_ bdepartures_ pdrops_ pkts_ puts $qsize "$now [expr $pkts_]" puts $qbw "$now [expr $parrivals_*8/1024/$time]" set bdepartures_ puts $qlost "$now [expr $pdrops_/$time]" set pdrops_ $ns at [expr $now+$time] "record" } # set time #================================================== for { set i } { $i < $number } { incr i } { $ns at 0.0 "$ftp($i) start" } $ns at 0.0 "record" $ns at 100.0 "finish" #================================================== # Ham finish 29 #================================================== proc finish {} { global nf tracefd ns qsize qbw qlost $ns flush-trace #dong tep vet close $nf close $tracefd #dong cac tep close $qsize close $qbw close $qlost exec xgraph REDsize.tr -geometry 800x400 -t "RED Queue size" -x "Seconds" -y "Packets" & exec xgraph REDthput.tr -geometry 800x400 -t "RED Throughput" -x "secs" -y "Kbps" -fg white & exec xgraph REDlost.tr -geometry 800x400 -t "RED Packet loss rate" -x "Seconds" -y "Packets" & exec nam REDout.nam & exit } $ns run Hàng đợi BLUE # NnodesRED.tcl set ns [new Simulator] set nf [open REDout.nam w] $ns namtrace-all $nf set tracefd [open RED.tr w] $ns trace-all $tracefd #================================================== #Tham so RED #================================================== Queue/RED set thresh_ 65 Queue/RED set maxthresh_ 100 Queue/RED set bytes_ false 30 Queue/RED set queue_in_bytes_ false Queue/RED set linterm_ Queue/RED set q_weight_ 0.00002 Queue/RED set drop_tail_ true Queue/RED set setbit true #================================================== #Tham so BLUE #================================================== Queue/Blue set drop_front_ false Queue/Blue set bytes Queue/Blue set setbit true Queue/Blue set decrement 0.0025 Queue/Blue set increment 0.025 Queue/Blue set dhold-time 100ms Queue/Blue set ihold-time 100ms Queue/Blue set Pmark #================================================== #Tham so FSB #================================================== Queue/SFB set drop_front_ false Queue/SFB set bytes Queue/SFB set setbit true ;#ECN support turned on by default Queue/SFB set decrement 0.001 Queue/SFB set increment 0.005 Queue/SFB set hold-time 100ms Queue/SFB set algorithm Queue/SFB set pbox-time 50ms Queue/SFB set pktsize 1000 Queue/SFB set hinterval 20s ;#hash interval switching duration #================================================== # Tao cac nut #================================================== set number 100 for {set i 0} {$i < $number } {incr i} { set n($i) [$ns node] } for {set i 0} {$i < $number } {incr i} { set s($i) [$ns node] } 31 set r1 [$ns node] set r2 [$ns node] for {set i 0} {$i < $number } {incr i} { $ns duplex-link $n($i) $r1 100Mb 3ms DropTail } for {set i 0} {$i < $number } {incr i} { $ns duplex-link $s($i) $r2 100Mb 3ms DropTail } #Neu dung RED queue $ns duplex-link $r1 $r2 1.5Mb 20ms RED $ns queue-limit $r1 $r2 50 #Dat buffer size 50 packets $ns queue-limit $r2 $r1 100 #================================================== # Thiet lap TCP #================================================== for {set i 0} { $i < $number } {incr i} { set tcp($i) [new Agent/TCP/Reno] $tcp($i) set class_ $i $tcp($i) set window_ 16 $tcp($i) set packetSize_ 1460 $tcp($i) set bytes_ false $ns attach-agent $n($i) $tcp($i) $tcp($i) set ecn_ } for { set i } { $i < $number} { incr i } { set sink($i) [new Agent/TCPSink] $sink($i) set ecn_ $ns attach-agent $s($i) $sink($i) $ns connect $tcp($i) $sink($i) set ftp($i) [$tcp($i) attach-source FTP] } #Theo vet hang doi set qsize [open REDsize.tr w] set qbw [open REDthput.tr w] set qlost [open REDlost.tr w] set qmon [$ns monitor-queue $r1 $r2 [open queue.tr w] 0.05] [$ns link $r1 $r2] queue-sample-timeout; 32 proc record {} { global ns qmon qsize qbw qlost set time set now [$ns now] $qmon instvar parrivals_ pdepartures_ bdrops_ bdepartures_ pdrops_ pkts_ puts $qsize "$now [expr $pkts_]" puts $qbw "$now [expr $parrivals_*8/1024/$time]" set bdepartures_ puts $qlost "$now [expr $pdrops_/$time]" set pdrops_ $ns at [expr $now+$time] "record" } # set time #================================================== for { set i } { $i < $number } { incr i } { $ns at 0.0 "$ftp($i) start" } $ns at 0.0 "record" $ns at 100.0 "finish" #================================================== # Ham finish #================================================== proc finish {} { global nf tracefd ns qsize qbw qlost $ns flush-trace #dong tep vet close $nf close $tracefd #dong cac tep close $qsize close $qbw close $qlost exec xgraph REDsize.tr -geometry 800x400 -t "RED Queue size" -x "Seconds" -y "Packets" & 33 exec xgraph REDthput.tr -geometry 800x400 -t "RED Throughput" -x "secs" -y "Kbps" -fg white & exec xgraph REDlost.tr -geometry 800x400 -t "RED Packet loss rate" -x "Seconds" -y "Packets" & exec nam REDout.nam & exit } $ns run 34 ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG MẠNG MÁY TÍNH BẰNG NS2 EVALUATE THE COMPUTER NETWORK PERFORMANCE BY NS2 NGUYỄN THANH TỒN Trường Đại học Giao thơng vận tải Email: nttoan@utc.edu.vn Tóm tắt: Hiện nhu cầu kết nối mạng máy tính để phục vụ cơng việc, trao đổi thơng tin, kinh doanh giải trí ngày tăng nhanh Làm để lựa chọn hệ thống mạng đủ nhanh, đủ mạnh sử dụng hiệu nhu cầu trở thành cấp thiết Bài báo trình bày số phương pháp đánh giá hiệu mạng máy tính có minh họa cụ thể phương pháp mơ máy tính, nhằm giúp người dùng mạng có thêm thơng tin để đánh giá, lựa chọn hệ thống mạng máy tính đáp ứng tốt nhu cầu Từ khóa: hiệu năng, đánh giá, mơ phỏng, băng thông, thông lượng, hàng đợi, tắc nghẽn Abtract: Recently, the demand for network connecting to serve the business and exchange of information, or for entertainment is increasing But how to choose a network that fast, powerful and effective enough is urgent need for users This paper presents some methods of evaluating the network performance and illustrated by computer simulation, giving users more information to able to choose their own computer network system that meet their demand Keywords: performance, evaluate, simulation, bandwidth, throughput, queue, congestion Bài báo đăng Tạp chí KHOA HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI SỐ 65-Tháng 8/2018 ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày nay, việc xây dựng hệ thống mạng máy tính cục kết nối Internet để phục vụ cho nhu cầu công việc tổ chức gần nhu cầu tất yếu Ngay giai đoạn thiết kế hệ thống mạng vấn đề hiệu mạng đặt để từ có sở để lựa chọn từ hệ thống cáp hay môi trường không dây, thiết bị chuyển mạch định tuyến, công nghệ mạng sử dụng, hệ điều hành mạng mạng lựa chọn v.v Sau lắp đặt đưa vào vận hành hệ thống mạng, vấn đề hiệu mạng tiếp tục quan tâm, song song với vấn đề khác an ninh mạng, quản trị mạng, khai thác mạng Các kỹ thuật dùng để dự đoán đánh giá hiệu mạng giai đoạn thiết kế triển khai hệ thống mạng có dựa kinh nghiệm, dẫn chuyên gia phương tiện truyền thông Sau đưa vào vận hành hệ thống mạng, việc sử dụng công cụ khác để đánh giá hiệu mạng, kết giai đoạn thiết kế sử dụng giống thành công người thiết kế hệ thống Nhưng kết đánh giá hiệu mạng thiết kế vận hành khác từ phải có cơng việc hiệu chỉnh hệ thống để hiệu mạng tốt hơn, phục vụ đắc lực cho công việc tổ chức CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG MẠNG VÀ CÁC ĐỘ ĐO HIỆU NĂNG 35 Có nhiều phương pháp đánh giá hiệu mạng máy tính, nhìn chung chia thành ba loại dựa phương pháp mô hình hóa đo đạc là: mơ hình Giải tích (Analytic Models), mơ hình Mơ (Simulation Models) Đo hiệu (Measurement) 2.1 Các phương pháp đánh giá hiệu mạng 2.1.1 Mơ hình Giải tích Trong mạng chuyển mạch gói (như Internet), gói liệu khối liệu có chiều dài thay đổi được, truyền qua mạng từ nguồn tới đích theo đường hệ thống mạng định (dựa giải thuật chọn đường) Các tài nguyên mạng chia sẻ gói liệu chúng qua mạng Để đưa tiêu chuẩn đo lường định lượng hiệu năng, cần phải sử dụng khái niệm xác suất để nghiên cứu tương tác gói tin với mạng Ở đây, lý thuyết hàng đợi đóng vai trị quan trọng việc phân tích mạng, cơng cụ tốn học thích hợp để phát biểu giải toán hiệu Ưu điểm phương pháp ta thay đổi tham số hệ thống cấu hình mạng miền rộng với chi phí thấp mà đạt kết mong đợi Nhược điểm phương pháp thực tế khơng phải hệ thống thỏa mãn tất điều kiện đặt Các mơ hình giải tích mà ta xây dựng khơng thể giải khơng đơn giản hóa giả thiết không phân rã thành mơ hình phân cấp Chính thế, phương pháp thường sử dụng giai đoạn đầu việc thiết kế mạng nhằm giúp người thiết kế dự đoán giá trị giới hạn hiệu 2.1.2 Mơ hình mơ Mơ sử dụng phần mềm máy tính để miêu tả trình xảy thực tế, bắt chước hay nhiều khía cạnh vật có thực cách giống tốt Trong lĩnh vực đánh giá hiệu mạng, mô hiểu kỹ thuật sử dụng máy tính điện tử để làm thí nghiệm mạng có liên quan đến thời gian Để đánh giá đặc tính hoạt động hệ thống mơ phỏng, người ta phải dựa sở khoa học khác xác suất thống kê, lý thuyết hàng đợi Các kết mô thu dựa xác xuất thống kê kỳ vọng, phương sai, phân bố ngẫu nhiên[1] Thông thường mô xây dựng có cấu trúc, cho phép mơ đun hóa chương trình mơ thành tập chương trình để việc sửa đổi, bổ sung cho chương trình dễ dàng Ngồi chương trình mô phải xây dựng cho đạt tốc độ cao để giảm thời gian chạy mô nhiều tốt Ưu điểm lớn mô việc xây dựng, phân tích đánh giá dễ dàng so với pháp giải tích tốn học với chi phí thấp Phương pháp mơ sử dụng từ giai đoạn đầu việc thiết kế hệ thống mạng, giai đoạn triển khai tích hợp hệ thống 36 Nhược điểm mô thời gian chạy lớn, đặc biệt mô hệ thống phức tạp Để khắc phục điều này, người ta phải bỏ bớt nhiều thành phần hệ thống thật Hơn nữa, khó kiểm chứng độ xác kết mơ 2.1.3 Đo hiệu Đo phương pháp xác định hiệu dựa việc đo tham số mạng mạng thực để cấu thành độ đo hiệu mạng cần quan tâm Việc đo hiệu nhằm thực nhiệm vụ sau: giám sát hiệu mạng; hai thu thập số liệu để lập mơ hình liệu vào cho phương pháp đánh giá giải tích mơ phỏng; ba kiểm chứng mơ hình khác dựa số liệu đo Đo hiệu quan trọng giai đoạn triển khai thực tích hợp hệ thống giai đoạn lắp đặt vận hành hệ thống Các tham số cấu hình chọn sau phép đo hiệu cho thấy tham số cấu hình làm cho hệ thống đạt hiệu tốt Vì thế, thực tế người thừa nhận tầm quan trọng việc đo đánh giá hiệu Ta thấy rõ việc qua việc hầu hết hệ thống mạng, phần cứng chuyển mạch, định tuyến phần mềm hệ điều hành mạng, tích hợp bên cơng cụ đo đánh giá hiệu năng, nhờ đo hiệu lúc suốt vòng đời hệ thống Phương pháp đo thực mạng thực, hoạt động, ngồi cịn địi chi phí cho cơng cụ đo cho việc tiến hành đo Việc đo cần thực nhiều điểm mạng thực, thời điểm khác phải lặp lặp lại khoảng thời gian đủ lớn, chí kéo dài hàng tháng Ngoài ra, từ số liệu đo được, người đo cần có kiến thức thống kê rút kết luận có ích Tuy nhiên, phương pháp đo khơng phát dự đốn hành vi đặc biệt mạng 2.2 Các độ đo hiệu [3] Các độ đo phổ biến: - Băng thơng - Độ trễ - Tỉ lệ gói - Tính thăng giáng độ trễ gói tin - Thông lượng - Độ dài hàng đợi v.v Các độ đo dẫn xuất: - Tính thân thiện với TCP - Tính cơng liên-giao thức - Tính cơng nội giao thức - Tính hiệu - Tỉ lệ truyền lại gói - Chiều dài hàng đợi trung bình v.v MỘT VÍ DỤ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG MẠNG BẰNG MÔ PHỎNG 37 Trong báo này, lựa chọn minh họa đánh giá hiệu mạng phương pháp mơ ưu nhược điểm trình bày Chúng tơi sử dụng phần mềm mô NS2, phần mềm sử dụng rộng rãi phạm vi toàn giới, trường đại học 3.1 Giới thiệu phần mềm NS2 (Network Simulator version 2) NS2 phần mềm mô mạng phát triển từ đại học California Berkeley nhằm thay cho phương pháp đo đạc hệ thống thực NS2 gói phần mềm mơ theo phương pháp rời rạc, phần mềm tổng thể có tham gia ngơn ngữ C++, Tcl, oTcl NS2 có module phục vụ cho mơ mạng máy tính viễn thơng: Mobile networks, mobile IP, DiffServ, IntServ, MPLS, UDP/TCP/IP, SCTP, routing protocols (mobile ad-hoc, unicast, multicast), RED, RIO, WFQ, CSMA/CD, ON/OFF source, Pareto v.v Các chương trình trợ giúp việc khai thác số liệu mô từ NS2: Nam, Xgraph, awk, perl v.v… 3.2 Ví dụ sử dụng NS2 đánh giá hiệu mạng Cho mạng thông tin sơ đồ Các nút s1 s2 gắn với hai nguồn lưu lượng tcp1 tcp2 gửi gói tin tương ứng đến nút d dựa giao thức truyền TCP Cả hai nguồn gửi gói có chiều dài cố định 1500byte Nguồn tcp1 phát gói đặn theo thời gian với tốc độ tương ứng 600 gói/giây Số lượng gói phát từ nguồn tcp2 tuân theo phân bố Poisson, tốc độ 300 gói/giây (Các node định tuyến, kết nối từ máy tính đến định tuyến kết nối Fast Ethernet có băng thơng 100Mbps) Viết kịch chạy mơ hệ thống thơng tin nói khoảng thời gian phút Thu thập vẽ đồ thị số liệu: thông lượng luồng nút, trễ toàn đường truyền Thu thập vẽ đồ thị số liệu cửa sổ tắc nghẽn Thu thập vẽ đồ thị số liệu kích thước hàng đợi liên kết node1 - node3, node2 - node3, node4 - node3 Hình Sơ đồ mạng 38 Ghi chú: Phân bố Poisson[2] : Nếu lấy chu kỳ T, tìm xác suất p(k) k tiến trình đến thời gian T cho bởi:  T k e   T với k = 0, 1, 2, 3…… p (k )  k!  Nó gọi phân bố Poisson Đây phân bố chuẩn  p(k )  giá trị kỳ vọng k 0  : E (k )   kp ( k )   T k 0 Phương sai :  k2  E ( k )  E ( k ) hay:  k2  E ( k )   T Tham số  số tỷ lệ, xem tham số tốc độ:   E (k ) T Trong ví dụ  = 300 Kết thí nghiệm mơ thu sau: Hình Mơ sơ đồ mạng cơng cụ NAM Hình Đồ thị biểu diễn thơng lượng luồng tcp1 tcp2 39 Hình Đồ thị biểu diễn độ trễ gói từ luồng Hình Đồ thị biểu thị giá trị cửa sổ tắc nghẽn luồng Hình Đồ thị biểu thị kích thước hàng đợi liên kết Nhận xét: Qua hình cho ta thấy có từ hai luồng thông tin hệ thống mạng, thông lượng luồng không đạt dung lượng cực đại đường truyền Từ hình cho thấy độ trễ gói tin tăng lên theo thời gian truyền Thời gian đầu phiên truyền thơng kích thước cửa sổ tắc nghẽn tăng cho phép truyền số lượng gói tin tối đa qua thời gian dài có thêm nhiều luồng thơng tin, kích thước cửa sổ tắc nghẽn luồng phải giảm theo thuật toán kiểm soát tắc nghẽn TCP (hình 5) Kích thước hàng đợi liên kết băng thơng thấp tăng nhanh chóng có nhiều phiên truyền diễn đồng thời, điều thể qua hình Từ kết mơ đề giải pháp cho hệ thống mạng cho lập lịch truyền vào thời điểm đường truyền rỗi, nén liệu để giảm thời gian truyền, bổ 40 sung nhớ cho router hay sử dụng kết nối có băng thơng rộng điều kiện cho phép… KẾT LUẬN Nhìn chung lĩnh vực mạng máy tính bật ba phương pháp để đánh giá hiệu mạng máy tính trình bày Tùy thuộc vào quy mơ mạng, kinh phí u cầu tổ chức sử dụng mạng để định lựa chọn ba phương pháp hay phối hợp phương pháp kết tốt Phương pháp mơ có ưu điểm chi phí thấp kết mức chấp nhận nên phương pháp thường nghiên cứu sử dụng thiết kế, kiểm tra hệ thống mạng dùng để giảng dạy chuyên đề đánh giá hiệu mạng máy trường đại học Tài liệu tham khảo [1] Ngô Quỳnh Thu Đánh giá hiệu mạng Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội, 2013 [2] Khoa Điện tử Viễn thông Đại học Bách Khoa Hà Nội Cơ sở mạng thông tin, Đại học Bách Khoa Hà Nội, 2013 [3] Mohammed M Kadhum Network Performance and NS2 Universiti Utara Malaysia, 2012