Bài tập lớn môn mạng truyền thông đề tài tìm hiểu về cơ chế gửi lại gói tin bị lỗi trong quá trình truyền tin

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN: MẠNG TRUYỀN THƠNG Đề tài: : Tìm hiểu chế gửi lại gói tin bị lỗi q trình truyền tin Sinh viên thực hiện: Trần Quỳnh Trang – 19A04 Dương Nghĩa Mạnh – 19A04 Nguyễn Mạnh Hùng – 19A04 Trần Thu Phương – 19A04 Giảng viên hướng dẫn: LâmVăn Ân Hà Nội, năm 2021 Page7 MỤC LỤC I Dương Nghĩa Mạnh .2 1.Khái niệm truyền lại gói tin? .2 2.Tổng quan TCP? 3.Nếu gói tin đến đích ACK bị mất? 4.Quá trình bắt tay bước? 5.Sự khác TCP UDP ? .4 II Trần Thu Phương 1.Những dấu thường gặp nhận biết gói tin bị mất? 2.Các tiêu chuẩn mở rộng TCP? 3.Thời gian chờ để gửi lại gói tin bao lâu? .6 4.Cấu trúc gói tin? Khả hạn chế tắc nghẽn .7 III Trần Quỳnh Trang .7 1.Nguyên nhân khiến gói tin bị mất? 2.Kịch truyền lại gói tin? .8 3.Nguyên nhân Cơ chế quản lý tắc nghẽn đường truyền? .8 4.Cách bên gửi nhận biết tắc nghẽn gì? Khi gởi báo nhận cho gói tin? IV Nguyễn Mạnh Hùng 1.Cơ chế truyền lại TCP? .9 2.Tìm hiểu TCP trùng lặp báo nhận trùng lặp? 10 3.Giả sử ta gửi tập nhiều gói tin có gói tin bị đường truyền Nếu gói tin bị gói tin bên gửi truyền lại gói tin cho bên nhận nào? 10 4.Vì chế truyền lại gói tin bị lỗi ưu việt mà tồn giao thức UDP UDP sử dụng nhiều? 10 5.Giả sử nhớ đệm bên nhận vô hạn đường truyền không bị hỏng Khả khiến gói tin khơng đến đích bên nhận biết nguyên nhân kể trên? 11 I Dương Nghĩa Mạnh 1.Khái ni ệ m truyềền lại gói tin? Page7 Truyền lại gói việc gửi lại gói bị hỏng bị trình truyền ban đầu chúng Đây chế sử dụng để cung cấp liên lạc đáng tin cậy qua mạng máy tính chuyển mạch gói Các chế khác bao gồm xác nhận tổng kiểm tra 2.T ổ ng quan vềề TCP?      Tiêu chuẩn Transmission Control Protocol (TCP) - Giao thức điều khiển truyền tin với giao thức Internet (Internet Protocol – IP) hai giao thức cốt lõi giao thức Internet (thường biết đến giao thức TCP/IP) Nhóm chuyên trách kỹ thuật Internet (Internet Engineering Task Force - IETF) phát hành dạng RFC (RFC - Request for Comments, tài liệu kỹ thuật tổ chức Internet, bao gồm tài liệu đặc tả kỹ thuật sách tổ chức IETF phát hành) TCP giao thức hướng kết nối, có xác nhận, có tính tin cậy đầy đủ tính năng, thiết kế để cung cấp ứng dụng truyền liệu cách tin cậy sử dụng giao thức Internet (IP) không đáng tin cậy TCP cho phép ứng dụng gửi byte (một nhóm gồm bít) tự động đóng gói chúng thành segment (đoạn) có kích thước xấp xỉ để truyền Nó sử dụng chế xác nhận cửa sổ trượt (cho phép truyền tải đồng thời nhiều khung) để đảm bảo tất liệu nhận bên nhận xử lý truyền lại cần thiết, cung cấp kiểm soát luồng để thiết bị kết nối quản lý tốc độ gửi liệu Trong đó, Giao thức giao vận mạng khơng kết nối (User Datagram Protocol - UDP hoạt động theo hướng không kết nối (connectionless), không yêu cầu thiết lập kết nối hai máy gửi nhận, khơng có đảm bảo gói tin truyền khơng thơng báo việc gói tin, khơng kiểm tra lỗi gói tin Việc truyền liệu UDP nhanh TCP chế hoạt động có phần đơn giản TCP, nhiên lại không đáng tin cậy TCP Giao thức hướng liên kết  Bắt tay ba bước Giao thức truyền liệu theo dòng byte, tin cậy  Sử dụng vùng đệm Truyền theo kiểu pipeline  Tăng hiệu Kiểm soát luồng  Bên gửi không làm tải bên nhận (thực tế: tải) Kiểm soát tắc nghẽn  Việc truyền liệu không nên làm tắc nghẽn mạng (thực tế: có tẵc nghẽn) 3.Nềếu gói tin vẫẫn đềến đích ACK b ị mẫết?  Dùng số hiệu gói tin Page7 4.Quá trình bắết tay bước? TCP sử dụng giao thức bắt tay chiều  Bước 1: Cient (bên chủ động) gởi đến server segment yêu cầu nối kết, chứa số thứ tự khởi đầu mà dùng (Flags = SYN, SequenceNum = x)  Bước 2: Server trả lời cho client segment, báo nhận sẵn sàng nhận byte liệu số thứ tự x+1 (Flags = ACK, Ack = x + 1) báo số thứ tự khởi đầu bên server y (Flags = SYN, SequenceNum = y)  Bước 3: Cuối client báo cho server biết, biết số thứ tự khởi đầu server y (Flags = ACK, Ack = y+1) 5.Sự khác TCP UDP ? "TCP gì? TCP giao thức ‘hướng kết nối’ mà máy tính dùng để giao tiếp internet Giao thức giao thức mơ hình mạng TCP/IP TCP cung cấp chế check lỗi, bảo đảm bảo gói tin data đưa đến nơi mà nhận từ UDP gì? UDP giao thức ‘không kết nối’ hoạt động giống với TCP, chế check lỗi hồi phục không thiết phải thực Thay vào đó, UDP liên tục gửi gói tin cho người nhận cho dù người có nhận hay khơng gửi Điểm khác giao thức TCP UDP? TCP UDP có nhiều điểm tương đồng khác nhau, giao thức sử dụng nhiều để gửi gói tin thơng qua internet Đều hoạt động ỏ7 Transport layer mô hình TCP/IP hai dùng giao thức IP Connetion-orieted connectionless TCP giao thức chạy hướng kết nối, UDP giao thức chạy khơng kết nối TCP cần thành lập kết nối bên gửi bên nhận trước lưu lượng data gửi, UDP gửi mà khơng cần phải thành lập kết nối trước Độ tin cậy TCP đáng tin cậy hơn, data gửi sử dụng giao thức TCP đảm bảo gửi đến địa nhận Nếu data bị trình transit khơi phục gửi lại Giao thức TCP kiến tra gói tin lỗi để đảm bảo data không bị hỏng UDP khơng đán tin cậy bằng, khơng cung cấp chế đảm bảo truyền gói tin, gói tin có khả hỏng gói trình transit Điều khiển luồng Giao thức TCP sử dụng chế để người gửi không gửi nhiều gói tin lúc cho người nhận, gập tượng ngộp TCP lưu data gửi send buffer, nhận data receive buffer Khi ứng dụng sẵn sàng để nhận tiếp đọc gói Page7 tin receive buffer Khi receive buffer full, bên nhận khơng thể xử lý them data drop gói tin Để đảm bảo bên nhận nhận đủ data từ bên gửi, bên nhận nói với bên gửi cịn khoảng tróng receive buffer Mỗi lần nhận gói tin, tin nhắn gửi đến bên gửi kèm theo giá trị phịng trống receive buffer UDP khơng hỗ trợ kiểm sốt luồng, dùng UDP, data nhận liên tục bị drop Thứ tự Giao thức TCP đảm bảo bên nhận, nhận số lượng data theo thứ tự mà bên gửi gửi Mặt khác, UDP gửi thứ tự Tốc độ Giao thức TCP chậm UDP cần phải làm nhiều thứ TCP cần phải thiết lập kết nối trước, kiểm tra lỗi đảm bảo data bên nhận phải theo thứ tự lúc gửi II Trẫền Thu Phương 1.Những dẫếu thường gặp nhận biềết gói tin bị mẫết? Nếu khơng có thừa nhận khoảng thời gian hợp lí Người gửi phát ra, thường thơng qua số phương tiện , việc truyền tải không thành công Nếu người nhận biết liệu dự kiến chưa đến thơng báo cho người gửi Nếu người nhận biết liệu dự kiến chưa đến thơng báo cho người gửi 2.Các tiều chuẩn mở rộng TCP? STT Tên tiêu chuẩn Chiến lược cửa sổ xác nhận TCP Kích thước segment tối đa chủ đề liên quan Điều khiển tắc nghẽn liên mạng IP/TCP Yêu cầu máy chủ (host) Tài liệu Mô tả Thảo luận hệ thống cửa sổ xác nhận, RFC 813 mô tả số vấn đề xảy phương thức để chỉnh sửa chúng Thảo luận tham số kích thước segment tối RFC 879 RFC 896 đa điều khiển kích thước thơng điệp TCP mối quan hệ tham số với kích thước gói liệu IP Thảo luận vấn đề tắc nghẽn RFC cách thức sử dụng TCP để xử lý chúng Mơ tả chi tiết cách thức triển Internet – Các tầng truyền thông Các tùy chọn kiểm tra lỗi 1122 RFC khai TCP máy chủ Đặc tả chế cho thiết bị TCP sử (Checksum) thay TCP 1146 dụng phương thức thay việc sinh Page7 Các mở rộng hiệu cao RFC TCP 1323 Các tùy chọn xác nhận lựa chọn RFC TCP 2018 Điều khiển tắc nghẽn TCP checksum Định nghĩa mở rộng TCP cho liên kết tốc độ cao tùy chọn Một mở rộng chức TCP cho phép thiết bị TCP lựa chọn segment cụ thể để truyền lại liệu Mơ tả bốn thuật tốn sử dụng để điều RFC khiển tắc nghẽn mạng TCP: khởi 2581 đầu chậm, tránh tắc nghẽn, truyền lại phục hồi nhanh chóng Thảo luận phát sinh liên quan đến Bộ xác định thời gian truyền lại RFC TCP 2988 thiết lập xác định thời gian truyền lại kiểm soát thời gian mà thiết bị nhận xác nhận liệu gửi trước truyền lại 3.Thời gian chờ để gửi lại gói tin bao lẫu?  Ít RTT( Round Trip Time)  Mỗi gói tin gửi cần timer 4.Cẫếu trúc gói tin? Một gói tin TCP bao gồm phần:   header (có độ dài 20 bytes) liệu *Header Phần header có 11 trường 10 trường bắt buộc Trường thứ 11 tùy chọn có tên là: options Source port: Số hiệu cổng máy tính gửi Destination port: Số hiệu cổng máy tính nhận Sequence number: Trường có nhiệm vụ Nếu cờ SYN bật số thứ tự gói ban đầu byte gửi có số thứ tự cộng thêm Nếu khơng có cờ SYN số thứ tự byte Acknowledgement number: Nếu cờ ACK bật giá trị trường số thứ tự gói tin mà bên nhận cần Data offset: Trường có độ dài bít quy định độ dài phần header (tính theo đơn vị từ 32 bít) Phần header có độ dài tối thiểu từ (160 bit) tối đa 15 từ (480 bít) Page7 Reserved: Dành cho tương lai có giá trị Flags (hay Control bits) Bao gồm cờ:  URG: Cờ cho trường Urgent pointer  ACK: Cờ cho trường Acknowledgement  PSH: Hàm Push  RST: Thiết lập lại đường truyền  SYN: Đồng lại số thứ tự  FIN: Không gửi thêm số liệu Window: Số byte nhận giá trị trường báo nhận (ACK) Checksum: 16 bít kiểm tra cho phần header liệu Urgent pointer: Nếu cờ URG bật giá trị trường số từ 16 bít mà số thứ tự gói tin (sequence number) cần dịch trái Options: Đây trường tùy chọn Nếu có độ dài bội số 32 bít *Dữ liệu Trường cuối khơng thuộc header Giá trị trường thông tin dành cho tầng (trong mơ hình lớp OSI) Thông tin giao thức tầng không rõ phần header mà phụ thuộc vào cổng chọn Kh ảnắng h n chềế tắếc nghẽẫn Tin báo nhận (hoặc khơng có tin báo nhận) tín hiệu tình trạng đường truyền máy tính Từ đó, hai bên thay đổi tốc độ truyền nhận liệu phù hợp với điều kiện Vấn đề thường đề cập điều khiển lưu lượng, kiểm soát tắc nghẽn TCP sử dụng số chế nhằm đạt hiệu suất cao ngăn ngừa khả nghẽn mạng Các chế bao gồm: cửa sổ trượt (sliding window), thuật toán slow-start, thuật toán tránh nghẽn mạng (congestion avoidance), thuật toán truyền lại phục hồi nhanh, III Trẫền Quỳnh Trang 1.Nguyền nhẫn khiềến gói tin bị mẫết? Có hai ngun nhân làm cho gói tin khơng thể đến nơi Phần lớn máy gởi mơ tả địa nhận mà khơng tồn thực tế Trường hợp router khơng biết đường đến nơi nhận gói tin Thơng điệp Đích đến khơng tới được chia thành bốn loại : Mạng không đến (Network unreachable) : Có nghĩa có cố vấn đề vạch đường địa nhận gói tin Máy tính khơng đến (Host unreachable) : Thơng thường dùng để trục trặc vấn đề phân phát, sai mặt nạ mạng chẳng hạn Giao thức không đến (Protocol unreachable) : Máy nhận không hỗ trợ giao thức tầng cao gói tin mô tả Cổng không đến (Port unreachable) : Socket giao thức TCP hay cổng không tồn Page7 2.K ch ị b ả n truyềền lại gói tin? Gửi socket TCP thường truyền liệu theo chuỗi Thay gửi phân đoạn liệu thời điểm chờ xác nhận, trạm truyền gửi số gói liên tiếp Nếu gói luồng bị mất, ổ cắm nhận cho biết gói bị cách sử dụng báo nhận chọn lọc Điều cho phép người nhận tiếp tục xác nhận liệu đến thơng báo cho người gửi (các) gói bị thiếu luồng Như hiển thị trên, xác nhận chọn lọc sử dụng số ACK tiêu đề TCP để gói tin bị Đồng thời, gói ACK này, người nhận sử dụng tùy chọn SACK tiêu đề TCP để hiển thị gói nhận thành công sau điểm Tùy chọn SACK chức thông báo trạm bắt đầu kết nối TCP Hầu hết máy phân tích mạng gắn cờ gói dạng báo nhận trùng lặp số ACK giữ nguyên gói bị thiếu truyền lại, lấp đầy khoảng trống chuỗi Thông thường, báo nhận trùng lặp có nghĩa nhiều gói bị luồng kết nối cố khôi phục Chúng dấu hiệu phổ biến gói Trong hầu hết trường hợp, người gửi nhận ba báo nhận trùng lặp, truyền lại gói bị thiếu thay chờ đếm thời gian hết hạn Chúng gọi truyền lại nhanh Các kết nối có độ trễ nhiều máy khách máy chủ thường có nhiều gói báo nhận trùng lặp đoạn bị Trong kết nối có độ trễ cao, quan sát hàng trăm báo nhận trùng lặp cho gói bị 3.Nguyền nhẫn C chềế qu nảlý tắếc nghẽẫn đ ườ ng truyềền?  Các nguyên nhân gây tắc nghẽn + Nghẽn xảy lưu lượng mạng nhiều dẫn đến đầy hàng đợi router vượt khả xử lý Tăng bandwidth đường truyền giải giới hạn định Vì kỹ thuật quản lý nghẽn tảng Cisco IOS cung cấp cho nhà quản trị mạng khả quản lý hàng đợi cách hiệu cấp phát bandwidth cần thiết đến ứng dụng đặc biệt trạng thái nghẽn tồn + Nghẽn xảy tốc độ đường truyền không phù hợp Chủ yếu lưu lượng di chuyển từ mạng có tốc độ cao LAN (100Mbps hay 1000Mbps) sang đường truyền có tốc độ thấp đường WAN (1Mbps hay 2Mbps) Sự không phù hợp tốc độ xảy mạng LAN-LAN, lưu lượng di chuyển từ mạng LAN có tốc độ 1000 Mbps sang mạng LAN có tốc độ đường truyền 100 Mbps Page7  Cơ chế quản lý tắc nghẽn + Cơ chế quản lý nghẽn gọi chế Queuing (hàng đợi) Hàng đợi nói đến cách thức mà router hay switch quản lý gói tin hay frame liệu chờ để cổng Với router, hàng đợi chứa gói tin trước gói tin gửi interface Vì vậy, chế hàng đợi router thường xem xét hàng đợi Các LAN switch thường hỗ trợ hàng đợi vào hàng đợi ra, hàng đợi vào thường dùng để nhận frame + Cơng cụ hàng đợi định có hay khơng gói tin nên bị loại bỏ hàng đợi bị tải Công cụ hàng đợi dựa hoạt động TCP để thực giảm tắc nghẽn Hầu hết Internet phổ biến lưu lượng dạng TCP, tốc độ truyền thông TCP bị giảm tốc độ sau có rớt gói tin 4.Cách bền g i nh ậ n biềết đ ượ c s ựtắếc nghẽẫn gì? *Khi hết thời gian timeout mà khơng nhận gói tin biên nhận ACK nhận gói tin ACK trùng lặp Khi gởi báo nhận cho gói tin? Ta thấy rằng, khung đến, báo nhận khung không gởi ngược cách tức Thay vào đó, gởi kèm khung liệu bên nhận Nếu bên nhận khơng có liệu để gởi đi, báo nhận bị giữ lại lâu Chính thế, có khung đến đếm thời gian start_ack_timer khởi động Nếu suốt khoảng thời gian khơng có khung cần gởi đi, sau khung báo nhận riêng biệt gởi Bộ đếm thời gian start_ack_timer sinh kiện ack_timeout Chúng ta phải đảm bảo rằng, đếm thời gian start_ack_timer ngắn đếm thời gian chờ báo nhận cho khung liệu IV Nguyềẫn Mạnh Hùng 1.C ơchềế truyềền lại TCP? TCP dán nhãn gói tin theo dạng đánh số TCP đảm bảo liệu tới đích thời hạn xác định (một khoảng thời gian vài trăm mili giây gọi thời gian chờ) tuân theo số quy định kỹ thuật khác Với gói tin nhận được, thiết bị gửi thơng báo thơng qua gói gọi xác nhận Sau hết thời gian chờ, không nhận xác nhận, nguồn gửi gửi gói tin bị bị hỗn Các gói tin khơng theo trình tự không xác nhận Nhờ vậy, tất gói liệu ln tập hợp theo thứ tự, khơng có sơ hở, khoảng thời gian chờ xác định chấp nhận Page7 2.Tìm hi ể u vềề TCP trùng lặp báo nhận trùng lặp? Hầu hết máy phân tích gói điều kiện xác nhận trùng lặp phát hai gói ACK có số ACK Có số hình thức báo nhận (ACK) sử dụng giao thức mạng: Positive Acknowledgement (báo nhận tích cực): người nhận thơng báo rõ ràng cho người gửi gói, tin nhắn phân đoạn nhận xác Do đó, báo nhận tích cực thơng báo ngầm cho người gửi gói tin khơng nhận cung cấp chi tiết gói cần truyền lại Negative Acknowledgment - NACK (báo nhận phủ định) : người nhận thơng báo rõ ràng cho người gửi gói, tin nhắn phân đoạn nhận khơng xác cần phải truyền lại Selective Acknowledgment – SACK (báo nhận chọn lọc): người nhận liệt kê rõ ràng gói, thơng điệp phân đoạn luồng thừa nhận (có thể phủ định tích cực) Cumulative Acknowledgment (báo nhận tích lũy): người nhận thừa nhận họ nhận xác gói, tin nhắn phân đoạn luồng thơng báo ngầm cho người gửi gói trước nhận xác 3.Gi sả ta g i t pậnhiềều gói tin có gói tin b ịmẫết trền đ ườ ng truyềền Nềếu gói tin b ịmẫết gói tin đẫều tiền bền g i sẽẫ truyềền l ại gói tin cho bền nhận thềế nào? Nếu gói bị gói bên gửi phải gửi lại tồn tất gói khơng có cách để bên nhận thơng báo nhận gói Vấn đề giải giao thức SCTP( thông điệp định hương UDP đảm bảo tin cậy, chuỗi truyền tải thông điệp với điều khiển tắc nghẽn giống TCP) với việc bổ sung báo nhận chọn lọc 4.Vì c chềếơtruyềền l i gói tin b lỗẫi ị uưvi t ệ thềế mà vẫẫn tỗền giao th ức UDP UDP vẫẫn sử dụng rẫết nhiềều?  Giao thức TCP sử dụng ứng dụng yêu cầu độ tin cậy cao, vấn đề thời gian khơng quan trọng UDP hoạt động không tin cậy cho lắm, vì: Khơng có báo nhận liệu từ trạm đích; khơng có chế để phát gói tin gói tin đến khơng theo thứ tự; khơng có chế tự động gởi lại gói tin bị mất; khơng có chế điều khiển luồng liệu, bên gởi làm ngập bên nhận  UDP thích hợp cho ứng dụng cần tốc độc truyển tải nhanh hiệu UDP phát theo hướng có nhiều máy chủ TCP làm điều Đạt thông lượng cao TCP miễn tốc độ rớt mạng nằm giới hạn mà ứng dụng xử lý Page7 Cung cấp gói nhanh TCP với độ trễ Thiết lập kết nối nhanh khơng có bắt tay ban đầu để thiết lập kết nối Truyền gói phát đa hướng, TCP phải sử dụng nhiều kết nối Truyền gói có kích thước cố định, TCP truyền liệu theo phân đoạn Nếu bạn chuyển gói UDP 300 Byte, bạn nhận 300 Byte đầu Với TCP, bạn cung cấp ổ cắm gửi 300 Byte, người nhận đọc 100 Byte bạn phải tìm cách có thêm 200 byte đường Điều quan trọng ứng dụng bạn truyền thông điệp có kích thước cố định, thay luồng byte => Tóm lại, UDP sử dụng cho loại ứng dụng mà TCP có thể, miễn bạn thực chế truyền lại phù hợp UDP nhanh, với độ trễ thấp, khơng bị ảnh hưởng tắc nghẽn sở kết nối, truyền datagram có kích thước cố định sử dụng để phát đa hướng 5.Gi ảs ửb ộnh ớđ ệ m bền nh ậ n vỗ h n đ ườ ng truyềền khỗng bị hỏng Khả nắng khiềến gói tin khỗng đềến đích bền nh ận biềết đ ược nguyền nhẫn kể trền? Do người dùng đẩy tin lên nhanh sô lượng lớn gây nghẽn mạng