tìm hiểu giao thức quick vegas, tcp westwood và rovegas trên mạng internet

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC HUẾ TRẦN ĐÌNH NGỌC THANH TÌM HIỂU GIAO THỨC QUICK VEGAS, TCP WESTWOOD VÀ ROVEGAS TRÊN MẠNG INTERNET CHUYÊN NGÀNH : KHOA HỌC MÁY TÍNH MÃ SỐ : 60.48.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS. VÕ THANH TÚ Huế, 2013 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Những nội dung trong luận văn này là do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn trực tiếp của PGS.TS. Võ Thanh Tú. Mọi tham khảo dùng trong luận văn đều được trích dẫn rõ ràng và trung thực tên tác giả, tên công trình, thời gian, địa điểm công bố. Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian lận, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm. Tác giả Trần Đình Ngọc Thanh Đầu tiên, em xin chân thành cảm ơn thầy Võ Thanh Tú quan tâm giúp đỡ, chỉ bảo kịp thời và đã tận tình hướng dẫn em trong việc hoàn thành luận văn này. Em xin gửi lời cảm ơn Quý Thầy Cô trong khoa Công nghệ thông tin trường Đại học Khoa học Huế, đã cung cấp, truyền đạt kiến thức cho em trong suốt quá trình học tập tại trường. Qua đây, em cũng xin gửi lời cảm ơn đến Phòng đào tạo sau đại học thuộc Trường Đại học Khoa học Huế đã hỗ trợ và tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em trong suốt khóa học. Xin chân thành cảm ơn các anh chị em lớp cao học Khoa học máy tính khoá 2011-2013 và các bạn bè đã luôn bên cạnh, động viên, khuyến khích trong suốt thời gian học tập và thực hiện đề tài. Cuối cùng, em xin gửi cảm ơn đến gia đình, chính vì có sự hỗ trợ từ phía gia đình mà em yên tâm học tập tốt. Xin chân thành cảm ơn! Huế, tháng 10 năm 2013 Tác giả Trần Đình Ngọc Thanh MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục Danh mục các chữ viết tắt Danh mục các bảng Danh mục các hình vẽ MỞ ĐẦU 1 1. Lí do chọn đề tài 1 2. Mục đích nghiên cứu 1 3. Phương pháp nghiên cứu 2 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2 5. Cấu trúc của luận văn 2 CHƯƠNG 1 4 TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN TRÁNH TẮC NGHẼN 4 1.1.Nguyên nhân tắc nghẽn 4 1.2.Các cơ chế điều khiển tắc nghẽn 6 1.2.1. Cơ chế bắt đầu chậm 7 1.2.2. Cơ chế tránh tắc nghẽn 8 1.2.3. Cơ chế phát lại nhanh 9 1.2.4. Cơ chế phục hồi nhanh 10 1.3.Các hạn chế và yếu tố ảnh hưởng đến TCP 11 1.3.1.Hạn chế của TCP 11 1.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến TCP 11 1.4.Một số cải tiến của TCP đã được đề xuất 14 1.4.1.TCP Tahoe 14 1.4.2.TCP Reno 14 1.4.3.TCP Vegas 16 1.5.Kết luận chương 1 19 CHƯƠNG 2 20 CƠ CHẾ ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN CỦA GIAO THỨC TCP WESTWOOD, ROVEGAS, QUICK VEGAS TRÊN MẠNG INTERNET. .20 2.1. Giao thức TCP Westwood 20 2.1.1. Cơ chế hoạt động 21 2.1.2. Thuật toán ước tính băng thông 22 2.1.3. Thuật toán tính ngưỡng ssthresh 27 2.1.3.1. Thuật toán sau khi nhận n ACK trùng lặp 28 2.1.3.2. Thuật toán sau khoảng thời gian timeout 29 2.2. Giao thức RoVegas 32 2.2.1. Cơ chế hoạt động 32 2.2.2. Phân tích trên Vegas 33 2.2.2.1. Mạng đối xứng ( k ≤ 1 ) 34 2.2.2.2. Mạng bất đối xứng ( k > 1 ) 35 2.2.3. Phân tích trên RoVegas 36 2.2.3.1. Mạng đối xứng (k<=1) 36 2.3. Giao thức QuickVegas 38 2.3.1. Cơ chế hoạt động 38 2.3.2. Giai đoạn khởi động chậm 39 2.3.3. Giai đoạn tránh tắc nghẽn 41 2.4. Kết luận chương 2 43 CHƯƠNG 3 45 MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG MỘT SỐ GIAO THỨC 45 3.1.Đánh giá mô phỏng 45 3.1.1.Giả thiết và thiết lập thông số ban đầu cho quá trình mô phỏng 45 3.1.2.Phân tích kết quả TCP Westwood 46 3.1.2.1.Kịch bản 1 46 3.1.2.2.Kịch bản 2 49 3.2.Kết luận chương 3 52 Phân tích mô phỏng vẫn còn hạn chế là chưa đánh giá sâu về thông lượng trên đường truyền, đánh giá về giá trị ước tính băng thông BWE của TCP Westwood để làm sáng tỏ bản chất hoạt động của TCP Westwood 52 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 53 PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Cụm từ viết tắt Cụm từ đầy đủ tương ứng dạng tiếng Anh Cụm từ đầy đủ tương ứng dạng tiếng Việt ACK Acknowledgment Gói tin hồi đáp BaseRTT Base Round Trip Time Thời gian khứ hồi cực tiểu của kết nối CWND Congestion Window Cửa sổ tắc nghẽn FIN Final Cuối cùng IP Internet Protocol Giao thức Internet NCP Network Control Protocol Giao thức điều khiển mạng NewVegas Giao thức điều khiển truyền thông TCP NewVegas OMNeT++ Objective Modular Network Testbed in C++ Phần mềm mô phỏng mạng PC Personal Computer Máy tính cá nhân F Fairness Độ cân bằng thông lượng FTP File Transport Protocol Reno Giao thức điều khiển truyền thông TCP Reno Router Bộ định tuyến RTT Round Trip Time Thời gian khứ hồi của kết nối RWND Receiver Window Cửa sổ trạm nhận gói tin SMSS Sent Maximum Segment Size Kích thước tối đa gói tin đã gửi Ssth Giá trị ngưỡng xác định của cửa sổ tắc nghẽn T Throughput Thông lượng TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền thông Time out Quá thời gian cho phép Vegas Giao thức điều khiển truyền thông TCP-Vegas NED Network Control Protocol Ngôn ngữ mô tả mô hình mạng BDP Bandwidth-Delay Product Tính bằng tích số của độ rộng băng thông và trễ đường truyền BWE Bandwidth Estimation Giá trị ước tính băng thông DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng Tên bảng Trang 2.1 Bảng 2.1: Kích thước cửa sổ tắc nghẽn cho Vegas và Quick Vegas ở mỗi vòng RTT Error: Referen ce source not found 3.1 Bảng 3.1: Số gói tin nhận ở kịch bản 1 Error: Referen ce source not found 3.2 Bảng 3.2: Mất gói tin ở hàng đợi Error: Referen ce source not found 3.3 Bảng 3.3: Số gói tin còn ở hàng đợi sau thời gian giả lập 1s Error: Referen ce source not found 3.4 Bảng 3.4: Số gói tin nhận ở kịch bản 1 Error: Referen ce source 3.5 Bảng 3.5: Mất gói tin ở hàng đợi Error: Referen ce source not found 3.6 Bảng 3.6: Số gói tin còn ở hàng đợi sau thời gian giả lập 1s Error: Referen ce source not found DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Số hiệu hình vẽ Tên hình vẽ Trang 1.1 Hình 1.1: Sơ đồ biến đổi lưu lượng của TCP Error: Referen ce source not found 1.2 Hình 1.2: Cơ chế bắt đầu chậm, kích thước cửa sổ tăng theo hàm mũ Error: Referen ce source not found 1.3 Hình 1.3: Cơ chế bắt đầu chậm và tránh tắc nghẽn Error: Referen ce source not found 1.4 Hình 1.4: Cơ chế truyền lại nhanh dựa trên duplicate ACKs Error: Referen ce source not found 1.5 Hình 1.5: Cơ chế phục hồi nhanh Error: Referen ce source not found 1.6 Hình 1.6: Mô hình kết nối yêu cầu - đáp (request-response) Error: [...]... đề tài “ Tìm hiểu giao thức Quick Vegas, TCP Westwood và RoVegas trên mạng Internet ” nhằm đạt đến mục tiêu này 2 Mục đích nghiên cứu - Tìm hiểu vấn đề về nguyên nhân tắc nghẽn và các phương pháp điều khiển tránh tắc nghẽn - Phân tích ưu nhược điểm của giao thức TCP, đặc biệt là TCP Vegas - Tìm hiểu về nguyên lý hoạt động và các đặc tính nâng cao hiệu năng của giao thức TCP Westwood, RoVegas, Quick Vegas... các giao thức TCP Tahoe, TCP Reno, TCP NewReno, TCP Vegas Trong đó, cải tiến của giao thức TCP Vegas là hướng tiếp cận chính của luận văn sẽ được trình bày trong chương tiếp theo 20 CHƯƠNG 2 CƠ CHẾ ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN CỦA GIAO THỨC TCP WESTWOOD, ROVEGAS, QUICK VEGAS TRÊN MẠNG INTERNET Từ các hạn chế của TCP đã nói ở chương trên, tôi thực hiện tìm hiểu một số giao thức nhằm cải tiến các hạn chế của TCP, ... tích, tổng hợp để tìm hiểu lý thuyết về cơ chế hoạt động của các giao thức TCP, TCP Reno, TCP Vegas làm cơ sở cho hướng cải tiến của giao thức TCP Westwood, RoVegas, QuickVegas – Phương pháp mô phỏng: Xây dựng mô hình mô phỏng trên OMNET++ để đánh giá hiệu năng của một số giao thức tìm hiểu 4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Mô hình TCP/ IP đã được nghiên cứu và phát triển trên mạng Internet trong... của giao thức TCP Westwood, RoVegas, Quick Vegas trên mạng Internet Với chương này, tôi tiến hành phân tích cơ chế, nguyên lý hoạt động của giao thức TCP Westwood, RoVegas và Quick Vegas  Chương 3 – Mô phỏng và đánh giá hiệu năng một số giao thức Ở chương này, luận văn giới thiệu sơ lược phần mềm mô phỏng Omnet++ Nội dung còn lại tập trung cài đặt một số giao thức cải tiến của TCP ở chương 2 và tiến... thể giao thức TCP Westwood [3] sẽ cải tiến ở giai đoạn phục hồi nhanh, phân tích giao thức RoVegas [5] so với giao thức TCP Vegas trong trường hợp tổng quát mạng đối xứng và mạng bất đối xứng, và giao thức Quick Vegas [6] cải tiến ở giai đoạn khởi động chậm và tránh tắc nghẽn trong môi trường có độ trễ băng thông lớn 2.1 Giao thức TCP Westwood Thuật toán điều khiển tắc nghẽn được sử dụng trong giao thức. .. tránh tắc nghẽn của giao thức TCP đã đem lại hiệu năng mạng rõ rệt Giao thức TCP Vegas là một trong những giao thức cải tiến của giao thức TCP được Brakmo đề xuất thuật toán vào năm 1994 Nó là một phiên bản cải tiến của giao thức TCP Reno và có thể đạt được thông lượng cao hơn từ 37% đến 71% so với TCP Reno trên Internet Tuy nhiên, hiện nay TCP Vegas vẫn chưa được sử dụng rộng rãi trên Internet vì vẫn... nhằm mục đích tăng công suất mạng Hiện nay đã có các bộ giao thức cải tiến của TCP như TCP Tahoe, TCP Reno, TCP Vegas đã được ứng dụng sử dụng trong thực tế Tuy nhiên, các giao thức cải tiến này cũng xuất phát từ TCP nên không tránh khỏi vẫn còn mắc phải một số hạn chế Chính vì vậy, việc nghiên cứu kỹ giao thức TCP là nền tảng để cải tiến thành các bộ giao thức mới, ứng dụng vào thực tế, là hướng nghiên... thiết kế mạng Intranet Đặc biệt xử lý tốc độ cao tại vị trí các nút mạng trung tâm qua kết nối bộ định tuyến truyền đi Internet để thực hiện hiệu suất tốt hơn Hình 1.6: Mô hình kết nối yêu cầu - đáp (request-response) 14 1.4 Một số cải tiến của TCP đã được đề xuất 1.4.1 TCP Tahoe Giao thức điều khiển tắc nghẽn TCP Tahoe [1] là giao thức TCP kết hợp với ba cơ chế “bắt đầu chậm”, “tránh tắc nghẽn” và “phát... giảm và quá trình truyền lại bắt đầu một chu kỳ mới Chúng ta sẽ xem xét các nguyên nhân tắc nghẽn và các thuật toán điều khiển lưu lượng cơ bản, hợp thành cơ chế điều khiển lưu lượng trong giao thức TCP đó là: khởi động chậm (slow start), tránh tắc nghẽn (congestion avoidance), phát lại nhanh và phục hồi nhanh (fast retransmit and fast recovery) và các giao thức cải tiến cơ bản như TCP Tahoe, TCP Reno,... các nhà khoa học hiện nay và trong tương lai 5 Cấu trúc của luận văn Luận văn được chia làm ba chương như sau:  Chương 1 - Tổng quan về điều khiển tránh tắc nghẽn Trong chương này tôi trình bày các kiến thức tổng quan về nguyên lý điều kiển tắc nghẽn trên mạng Internet Trong đó tập trung tình bày và phân 3 tích vấn đề cơ chế hoạt động cơ bản của giao thức TCP, TCP Reno, TCP Vegas làm cơ sở lý thuyết . nghẽn của giao thức TCP Westwood, RoVegas, Quick Vegas trên mạng Internet Với chương này, tôi tiến hành phân tích cơ chế, nguyên lý hoạt động của giao thức TCP Westwood, RoVegas và Quick Vegas. . chọn đề tài “ Tìm hiểu giao thức Quick Vegas, TCP Westwood và RoVegas trên mạng Internet ” nhằm đạt đến mục tiêu này. 2. Mục đích nghiên cứu - Tìm hiểu vấn đề về nguyên nhân tắc nghẽn và các phương. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC HUẾ TRẦN ĐÌNH NGỌC THANH TÌM HIỂU GIAO THỨC QUICK VEGAS, TCP WESTWOOD VÀ ROVEGAS TRÊN MẠNG INTERNET CHUYÊN NGÀNH : KHOA