Hệ thống này bao gồm hàng ngàn mạng máy tính nhỏ hơn của các doanhnghiệp, của các viện nghiên cứu và các trường đại học, của người dùng cá nhân và các chính phủ trên toàn cầu, được liên
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÒA BÌNH
BÀI TẬP LỚN MẠNG TRUYỀN DỮ LIỆU NÂNG CAO
TIÊU ĐỀ: MẠNG INTERNET, NHỮNG VẤN ĐỀ VỀ
TỐC ĐỘ, HIỆU NĂNG
VÀ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN CẢI THIỆN
Giáo viên: TS Dư Đình Viên Lớp: CNTT2023
Học viên: Trần Trọng Hoàn
Hà Nội, tháng 03/2024
Trang 1 / 24
Trang 2Mục Lục
I Tên bài viết 2
II Tóm tắt bài viết 2
III Từ khoá 2
IV Giới thiệu - Đặt vấn đề 2
1 Khái niệm về đường truyền Internet và một số thông tin liên quan 2
2 Một số loại đường truyền Internet phổ biến: 4
2 Các vấn đề ảnh hưởng đến tốc độ của đường truyền Internet 6
3 Phương án và giải pháp nhằm nâng cao hiệu năng của mạng Internet 7
V Tổng quan nghiên cứu, cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu 11
2 Cơ sở lý thuyết 11
3 Phương pháp nghiên cứu 15
VI Kết quả và thảo luận 15
VII Kết luận và khuyến nghị của giải pháp 15
Danh mục hình ảnh Hình 1: Hình ảnh minh hoạ Digital Subcriber Line 6
Hình 2: Hình minh hoạ Cable Internet 6
Hình 3: Hình minh hoạ Fiber Optic Internet 7
Hình 4: Minh hoạ Satellite Internet 7
Hình 5: Minh hoạ Wireless Internet 8
Hình 6: Minh hoạ Sử dụng bộ nhớ đệm (Caching) 9
Hình 7: Hình ảnh minh hoạ Kiểm soát lưu lượng (Traffic Control) 11
Hình 8: Sử dụng công nghệ CDN (Content Delivery Network) 11
Hình 9:Thiết kế mạng dự phòng (Redundancy) 13
Hình 10: Hình minh hoạ Cân bằng tải (Load Balancing) 14
Hình 11: Hình minh hoạ Quản lý mạng (Network Management) 15
Hình 12: Hình ảnh minh hoạ Tối ưu hóa giao thức (Protocol Optimization) 16
Hình 13: Tool Phân tích dữ liệu mạng (Network Traffic Analysis) 17
Hình 14: Hình ảnh minh hoạ Công nghệ mới (Emerging Technologies) 18
Hình 15: Hình ảnh minh hoạ mô hình mạng OSI và mô hình ICP/IP 18
Trang 2 / 24
Trang 4I Tên bài viết
Mạng Internet, những vấn đề về tốc độ, hiệu năng và đề xuất phương án cải thiện
II Tóm tắt bài viết
Bài viết đưa ra khái niệm tổng quan về đường truyền Internet cùng vớimột số loại đường truyền Internet phổ biến Bài viết cũng đưa ra một số vấn đềảnh hưởng đến tốc độ, hiệu năng của mạng Internet từ đó đưa ra đề xuất phương
án nhằm cải thiện, nâng cao hiệu năng của mạng Internet
III Từ khoá
2 Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao kỹ thuật số
3 Cable Internet Mạng Interne cáp
4 Fiber Optic Internet Mạng Internet cáp quang
5 Satellite Internet Mạng Internet vệ tinh
6 Wireless Internet Mạng Internet không dây
8 Traffic Control Kiểm soát lưu lượng
9 Content Delivery Network Sử dụng công nghệ CDN
10 Switching and Routing Chuyển mạch và định tuyến
11 Cloud Solutions Sử dụng giải pháp đám mây
Trang 4 / 24
Trang 5STT Từ khoá Ghi chú
15 Load Balancing Cân bằng tải
16 Network Management Quản lý mạng
17 Protocol Optimization Tối ưu hóa giao thức
18 Network Traffic Analysis Phân tích dữ liệu mạng
19 Emerging Technologies Công nghệ mới
IV Giới thiệu - Đặt vấn đề
1 Khái niệm về đường truyền Internet và một số thông tin liên quan
Internet hay Mạng (phiên âm tiếng Việt: in-tơ-nét)[1] là một hệ thốngthông tin toàn cầu có thể được truy nhập công cộng gồm các mạng máy tínhđược liên kết với nhau.[2]
Hệ thống này truyền thông tin theo kiểu nối chuyển gói dữ liệu (packetswitching) dựa trên một giao thức liên mạng đã được chuẩn hóa (giao thức IP)
Hệ thống này bao gồm hàng ngàn mạng máy tính nhỏ hơn của các doanhnghiệp, của các viện nghiên cứu và các trường đại học, của người dùng cá nhân
và các chính phủ trên toàn cầu, được liên kết bởi một loạt các công nghệ mạngđiện tử, không dây và mạng quang.[3]
Internet mang theo một loạt các tài nguyên và dịch vụ thông tin, chẳnghạn như các tài liệu và ứng dụng siêu văn bản được liên kết với nhau của WorldWide Web (WWW), thư điện tử, điện thoại và chia sẻ file
Nguồn gốc của Internet bắt nguồn từ sự phát triển của chuyển mạch gói
và nghiên cứu do Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ ủy quyền thực hiện vào những năm
1960 để cho phép chia sẻ thời gian của máy tính.[4]
Trang 5 / 24
Trang 6Mạng tiền thân chính, ARPANET, ban đầu đóng vai trò là xương sống đểkết nối các mạng lưới học thuật và quân sự khu vực trong những năm 1970.Việc tài trợ cho Mạng lưới Quỹ Khoa học Quốc gia như một xương sống mớitrong những năm 1980, cũng như tài trợ tư nhân cho các phần mở rộng thươngmại khác, dẫn đến sự tham gia trên toàn thế giới trong việc phát triển các côngnghệ mạng mới và sáp nhập nhiều mạng.[5]
Sự liên kết của các mạng thương mại và doanh nghiệp vào đầu nhữngnăm 1990 đã đánh dấu sự khởi đầu của quá trình chuyển đổi sang Internet hiệnđại,[6] và tạo ra sự tăng trưởng theo cấp số nhân khi các thế hệ máy tính cánhân, cá nhân và di động được kết nối với mạng
Mặc dù Internet được sử dụng rộng rãi bởi các học viện trong những năm
1980, việc thương mại hóa Internet đã kết hợp các dịch vụ và công nghệ của nóvào hầu hết mọi khía cạnh của cuộc sống hiện đại
Hầu hết các phương tiện truyền thông truyền thống, bao gồm điện thoại,đài phát thanh, truyền hình, thư giấy và báo chí được định hình lại, xác định lạihoặc thậm chí bỏ qua Internet, khai sinh các dịch vụ mới như email, VoIP,truyền hình Internet, âm nhạc trực tuyến, báo kỹ thuật số và các trang webtruyền phát video Báo, sách và xuất bản in khác đang thích ứng với công nghệtrang web hoặc được định hình lại thành blog, web feed và tổng hợp tin tức trựctuyến Internet đã cho phép và tăng tốc các hình thức tương tác cá nhân mớithông qua tin nhắn tức thời, diễn đàn Internet và mạng xã hội Mua sắm trựctuyến đã tăng theo cấp số nhân cho cả các nhà bán lẻ lớn và các doanh nghiệpnhỏ và doanh nhân, vì nó cho phép các công ty mở rộng sự hiện diện "gạch vàvữa" của họ để phục vụ thị trường lớn hơn hoặc thậm chí bán hàng hóa và dịch
vụ hoàn toàn trực tuyến Các dịch vụ từ doanh nghiệp đến doanh nghiệp và tàichính trên Internet ảnh hưởng đến chuỗi cung ứng trên toàn bộ các ngành côngnghiệp
Internet không có tổ chức quản trị tập trung duy nhất nào trong việc thựchiện công nghệ hoặc chính sách cho truy cập và sử dụng; mỗi mạng cấu thànhđặt chính sách riêng của mình.[7]
Các định nghĩa của hai không gian tên chính trong Internet, không gianđịa chỉ Giao thức Internet (địa chỉ IP) và Hệ thống tên miền (DNS), được chỉ
Trang 6 / 24
Trang 7đạo bởi một tổ chức bảo trì, Tập đoàn Internet về Tên miền và số được gán(ICANN)
Nền tảng kỹ thuật và tiêu chuẩn hóa các giao thức cốt lõi là một hoạt độngcủa Lực lượng đặc nhiệm kỹ thuật Internet (IETF), một tổ chức phi lợi nhuậncủa những người tham gia quốc tế liên kết lỏng lẻo mà bất kỳ ai cũng có thể liênkết bằng cách đóng góp chuyên môn kỹ thuật.[8]
Vào tháng 11 năm 2006, Internet đã được đưa vào danh sách Bảy kỳ quanmới của USA Today.[9]
2 Một số loại đường truyền Internet phổ biến:
SL (Digital Subscriber Line): DSL sử dụng đường dây điện thoại cũ để
truyền dữ liệu kỹ thuật số Nó cho phép truyền dữ liệu với tốc độ cao qua đườngdây điện thoại thông thường
Hình 1: Hình ảnh minh hoạ Digital Subcriber Line
Cable Internet: Cable Internet sử dụng hạ tầng cáp truyền hình cáp để
truyền dữ liệu Nó cung cấp tốc độ truy cập nhanh và thường được sử dụngtrong các khu vực đô thị
Hình 2: Hình minh hoạ Cable Internet
Trang 7 / 24
Trang 8Fiber Optic Internet: Fiber Optic Internet sử dụng cáp quang để truyền
dữ liệu bằng cách sử dụng ánh sáng Đây là loại đường truyền nhanh nhất hiệnnay và cung cấp băng thông lớn hơn cho người dùng
Hình 3: Hình minh hoạ Fiber Optic Internet
Satellite Internet: Satellite Internet sử dụng một hệ thống vệ tinh để
truyền dữ liệu giữa một máy tính và Internet Nó thích hợp cho các vùng sâu, xa
và không có sẵn các dịch vụ truyền thông khác
Hình 4: Minh hoạ Satellite Internet
Wireless Internet: Wireless Internet sử dụng sóng radio hoặc microwave
để truyền dữ liệu giữa các thiết bị và đường truyền mạng Các công nghệ nhưWi-Fi và WiMAX là các ví dụ phổ biến của Internet không dây
Trang 8 / 24
Trang 92 Các vấn đề ảnh hưởng đến tốc độ của đường truyền Internet
Tải trọng cao: Khi có quá nhiều người dùng truy cập cùng một lúc, tải
trọng trên mạng tăng lên đáng kể, làm giảm băng thông khả dụng và gây ranghẽn
Hạn chế băng thông: Băng thông mạng không đủ lớn để đáp ứng nhu
cầu sử dụng của người dùng, đặc biệt là trong các môi trường có nhiều thiết bịkết nối đồng thời
Thiết bị phần cứng không đủ hiệu suất: Router, switch và các thiết bị
mạng khác có thể không đủ mạnh mẽ để xử lý lượng dữ liệu lớn, dẫn đến hiệntượng nghẽn
Sự cạnh tranh tài nguyên: Trong môi trường chia sẻ, sự cạnh tranh giữa
các ứng dụng và dịch vụ trên cùng một mạng có thể làm giảm hiệu suất và gây
ra nghẽn
Vấn đề kết nối không ổn định: Kết nối Internet không ổn định hoặc kém
chất lượng có thể làm giảm tốc độ mạng và dẫn đến sự chậm trễ
Phần mềm độc hại và tấn công mạng: Các loại phần mềm độc hại hoặc
tấn công mạng có thể tiêu tốn tài nguyên mạng và làm chậm mạng hoặc gây ranghẽn
Cấu hình mạng không hiệu quả: Cấu hình mạng không tối ưu có thể
dẫn đến chậm trễ và nghẽn trong việc truy cập và truyền dữ liệu
Các hoạt động đồng thời quá nhiều: Trong một môi trường mạng, khi
có quá nhiều hoạt động đồng thời như truy cập web, xem video, tải xuống dữliệu, truyền file, các hoạt động này cùng sử dụng tài nguyên mạng và gây ranghẽn
Trang 9 / 24
Trang 10Thiết bị kết nối không đáp ứng được: Trong trường hợp thiết bị kết nối
như dây cáp Ethernet, wifi không hoạt động đúng cách hoặc bị hỏng, có thể gây
ra sự chậm trễ hoặc mất kết nối, ảnh hưởng đến hiệu suất của mạng
Cấu hình ứng dụng không tối ưu: Một số ứng dụng hoặc dịch vụ có thể
được cấu hình không tối ưu, sử dụng quá nhiều tài nguyên mạng, hoặc gây racác vấn đề khác mà ảnh hưởng đến hiệu suất của toàn bộ hệ thống mạng
Sự cố phần cứng hoặc phần mềm: Các vấn đề liên quan đến phần cứng
như thiết bị mạng, máy chủ, hoặc phần mềm như hệ điều hành, phần mềm mạngcũng có thể gây ra sự chậm trễ hoặc nghẽn trong mạng
Các vấn đề này thường cần được giải quyết thông qua việc tăng cường hạtầng mạng, tối ưu hóa cấu hình mạng và triển khai các biện pháp bảo mật mạnghiệu quả Tóm lại, việc xử lý các vấn đề liên quan đến sự chậm trễ và nghẽntrong mạng đòi hỏi sự hiểu biết về cách thức hoạt động của hệ thống mạng vàviệc áp dụng các biện pháp điều chỉnh, cải thiện và bảo trì mạng hiệu quả
3 Phương án và giải pháp nhằm nâng cao hiệu năng của mạng Internet
Sử dụng bộ nhớ đệm (Caching): Sử dụng bộ nhớ đệm để lưu trữ các tài
nguyên phổ biến tại các điểm truy cập gần người dùng như server proxy, giúpgiảm bớt giao tiếp với máy chủ từ xa và cải thiện tốc độ truy cập
- Xác định các khối phù hợp cho bộ nhớ đệm
- Băm và phân phối khối bộ nhớ đệm một cách hiệu quả
- Đảm bảo tính toàn vẹn dữ liệu và đồng bộ hóa dữ liệu bộ đệm
- Xác định vị trí các khối được lưu trong bộ nhớ cache và thay thế chúng bằng các tham chiếu khối nhỏ
- Xác định các khối bộ nhớ đệm trên các giao thức
- Áp dụng bộ nhớ đệm cho tải lên và tải xuống
Trang 10 / 24
Trang 11Kiểm soát lưu lượng (Traffic Control): Sử dụng công nghệ kiểm soát
lưu lượng để giới hạn lưu lượng truy cập từ các nguồn không mong muốn hoặcđộc hại, giúp bảo vệ hạ tầng mạng và tránh nghẽn
Trước đây, khi mà internet chủ yếu là truyền data thì người ta không cầnquan tâm đến việc phân biệt và ưu tiên cho các gói tin bởi vì lúc này băng thôngmạng và các tài nguyên khác đủ để cung cấp cho các ứng dụng trong mạng, vìvậy các ISPs sẽ cung cấp cho khách hàng của họ dịch vụ best-effort (BE) khi đótất cả các khách hàng sẽ được đối sử như nhau họ chỉ khác nhau ở loại kết nối.Đây là dịch vụ phố biến trên mạng Internet hay mạng IP nói chung Các góithông tin được truyền đi theo nguyên tắc “đến trước được phục vụ trước” màkhông quan tâm đến đặc tính lưu lượng của dịch vụ là gì Điều này dẫn đến rấtkhó hỗ trợ các dịch vụ đòi hỏi độ trễ thấp như các dịch vụ thời gian thực hayvideo Cho đến thời điểm này, đa phần các dịch vụ được cung cấp bởi mạngInternet vẫn sử dụng nguyên tắc Best Effort này
Nhưng khi internet càng ngày càng phát triển và phát triển thêm các dịch
vụ HTTP, Voice, Video… thì điều này sẽ làm cho chất lượng của các dịch vụnày giảm đi rõ rệt vì delay lớn, độ jitter lớn và không đủ băng thông để truyền,phương án tăng băng thông của mạng cũng không giải quyết được vấn đề này
mà lại còn rất tốn kém
QoS (Quanlity of Service) là một khái niệm dùng để đề cập đến tất cả cáckhía cạnh liên quan đến hiệu quả hoạt động của mạng QoS bao gồm hai thànhphần chính:
+ Tìm đường qua mạng nhằm cung cấp cho dịch vụ được yêu cầu.+ Duy trì hiệu lực hoạt động của dịch vụ
Trang 11 / 24
Trang 12Hai mô hình cung cấp chất lượng dịch vụ được sử dụng phổ biến ngàynay là:
+ Mô hình dịch vụ tích hợp IntServ (Intergrated Services)
+ Mô hình dịch vụ phân biệt DiffServ (Differentiated Services)
+ Các kĩ thuật QoS trong mạng IP
Hình 7: Hình ảnh minh hoạ Kiểm soát lưu lượng (Traffic Control)
Sử dụng công nghệ CDN (Content Delivery Network): Sử dụng CDN
để phân phối nội dung đến người dùng từ các máy chủ gần họ về mặt địa lý,giảm thiểu độ trễ và tăng tốc độ truy cập
Trang 12 / 24
Trang 13Nâng cấp phần cứng và phần mềm: Nếu các giải pháp trên không đủ
hiệu quả, có thể cần phải nâng cấp phần cứng (router, switch) hoặc phần mềm(hệ điều hành, ứng dụng mạng) để đáp ứng nhu cầu mạng hiện tại và tương lai
Tối ưu hóa cấu hình mạng: Kiểm tra và tối ưu hóa cấu hình mạng, bao
gồm cài đặt các thiết lập định tuyến, cấu hình cổng, và các thông số mạng khác
để đảm bảo hoạt động mạng hiệu quả
Thiết lập IP và mạng VLAN: Xác định và thiết lập các địa chỉ IP, mạngVLAN và subnetting một cách logic và hiệu quả để phân chia và quản lý địa chỉ
IP và lưu lượng mạng
Cấu hình định tuyến (Routing): Thiết lập các bảng định tuyến để xác địnhcon đường tối ưu cho việc truyền tải dữ liệu giữa các mạng và thiết bị mạngkhác nhau
Tối ưu hóa Switch và Router: Cấu hình các thiết bị Switch và Router đểtối ưu hóa hoạt động, giảm độ trễ và tăng cường khả năng xử lý
Trang 13 / 24
Trang 14Thực hiện đánh giá định kỳ: Thực hiện đánh giá định kỳ về hiệu suất
mạng và xem xét các cải tiến tiềm năng để duy trì hoặc nâng cao hiệu suất mạngtrong thời gian
Điều chỉnh lịch trình sử dụng mạng: Thực hiện phân chia hoạt động sử
dụng mạng theo lịch trình, tránh sự đồng thời của các hoạt động lớn vào cùngmột thời điểm, đặc biệt là trong các môi trường công nghiệp hoặc doanh nghiệp
Sử dụng giải pháp đám mây (Cloud Solutions): Chuyển một số dịch vụ
hoặc ứng dụng lên các nền tảng đám mây có thể giảm bớt tải trọng trên mạngcục bộ và tăng cường khả năng mở rộng
Giảm thiểu sự chậm trễ: Kiểm tra và giảm thiểu sự chậm trễ trong cấu
hình mạng và thiết lập tối ưu hóa, bao gồm việc sử dụng kỹ thuật caching,compression và minification cho nội dung trên web
Thiết kế mạng dự phòng (Redundancy): Xây dựng các hệ thống mạng
dự phòng để đảm bảo sự liên tục hoạt động của hạ tầng mạng ngay cả khi có sự
cố xảy ra, giảm thiểu nguy cơ nghẽn và gián đoạn
Hình 9:Thiết kế mạng dự phòng (Redundancy)
Trong cách sử dụng thông thường, “sự dư thừa” không hẳn là một điềutốt Nó có nghĩa là một cái gì đó không cần thiết Nhưng trong kỹ thuật, dựphòng là rất quan trọng—một thành phần hoặc chức năng dự phòng đóng vai trò
dự phòng trong trường hợp xảy ra sự cố quan trọng, để hệ thống có thể tiếp tụchoạt động hoặc nhanh chóng được khôi phục
Dự phòng mạng là nguyên tắc sử dụng tài nguyên mạng dự phòng đểgiảm thiểu hoặc ngăn chặn thời gian ngừng hoạt động nếu mất điện, trục trặcphần cứng, lỗi của con người, lỗi hệ thống hoặc tấn công mạng Nó liên quan
Trang 14 / 24