Một máy tính thông tin với mạng thông qua một thiết bị giao tiếp mạng, như một card tương thích mạng.
Đồ án tốt nghiệp đại học Mục lục MỤC LỤC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT LỜI NÓI ĐẦU . Chương 1: TỔNG QUAN VỀ IP 1 1.1. KHÁI NIỆM IP 1 1.1.1. Đánh địa chỉ và phân phối 1 1.1.2. Giao thức Internet (IP – Internet Protocol) .2 1.1.3. Các trường tiêu đề IP 3 1.2. ĐỊA CHỈ IP 5 1.2.1. Khái niệm 5 1.2.2. Các lớp D và E 7 1.2.3. Các địa chỉ IP đặc biệt 7 1.2.4. Giao thức phân giải địa chỉ (ARP) 8 1.2.5. Giao thức phân giải địa chỉ ngược (RARP) 9 1.2.6. Phân mạng con trong IP 10 1.3. IP - MỘT HỆ THỐNG PHI KẾT NỐI 13 1.4. LƯU ĐỆM VÀ QUẢN LÝ BỘ ĐỆM TRONG IP 15 1.4.1. Lưu đệm trong các bộ định tuyến IP .15 1.4.2. Quản lý bộ đệm .15 Chương 2: ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG VÀ KỸ THUẬT HÀNG ĐỢI .17 2.1. ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG 17 2.2. CÁC VẤN ĐỀ VỚI MẠNG IP .18 2.2.1. Hiệu năng trễ và mất mát 18 2.2.2. Các yêu cầu đa dịch vụ: những hiệu năng khác nhau .18 2.2.3. Vấn đề nhiều loại hình lưu lượng .19 2.3. NGUYÊN TẮC XẾP HÀNG 20 2.3.1. Hệ thống ký hiệu .22 2.3.2. Những mối quan hệ cơ bản .22 Nguyễn Cao Cường, D2002VT HVCNBCVT i Đồ án tốt nghiệp đại học Mục lục 2.3.3. Hàng đợi M/M/1 .23 2.3.4. Hàng đợi M/D/1/K .26 2.3.5. Trễ trong các hệ thống xếp hàng M/M/1 và M/D/1 27 2.4. CÁC THÔNG SỐ LƯU LƯỢNG .30 2.4.1. Các mức hoạt động lưu lượng 30 2.4.2. Thông tin định thời trong các mẫu nguồn .31 2.4.3. Thời gian giữa những lần đi đến .32 2.4.4. Đếm số lần đi đến .35 2.4.5. Các tốc độ luồng .38 Chương 3: QUẢN LÝ BỘ ĐỆM TRONG IP .43 3.1. HOẠT ĐỘNG XẾP HÀNG CỦA CÁC GÓI TRONG BỘ ĐỊNH TUYẾN IP 43 3.1.1. Những phương trình cân bằng cho lưu đệm gói: Geo/Geo/1 43 3.1.2. Phân tích tốc độ phân rã 47 3.1.3. Phân tích những phương trình cân bằng với lưu đệm gói: phân tích xếp hàng tốc độ phụ 51 3.1.3.1. Hoạt động xếp hàng về mặt cụm .52 3.1.3.2. M/D/1 tốc độ phụ, với những ứng dụng vào voice-over-IP .55 3.1.3.3. Giải pháp tốc độ phụ cho lưu lượng nỗ lực tốt nhất 64 3.2. QUẢN LÝ BỘ ĐỆM TRONG IP 66 3.2.1. Lưu đệm theo thuật toán FIFO 66 3.2.2. Phát hiện sớm ngẫu nhiên - loại bỏ gói mang tính xác suất 67 3.2.3. Bộ đệm ảo và những thuật toán lập lịch .72 3.2.3.1. Xếp hàng theo quyền ưu tiên .72 3.2.3.2. Xếp hàng trọng số hợp lý .73 3.2.4. Phân vùng không gian bộ đệm 75 3.2.5. Phân tích bộ đệm chia sẻ .79 KẾT LUẬN 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 86 Nguyễn Cao Cường, D2002VT HVCNBCVT ii Đồ án tốt nghiệp đại học Thuật ngữ và từ viết tắt THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT ARP Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền tải không đồng bộ CBR Constant Bit-rate Tốc độ bit cố định DiffServ Differentiated Service Các dịch vụ phân biệt DR Decay Rate Tốc độ phân rã ER Excess Rate Tốc độ phụ EWMA Exponentially Weighted Moving Average Trung bình dịch chuyển trọng số theo hàm mũ FIFO First In First Out Vào trước ra trước FTP File Transfer Protocol Giao thức truyền tải file GAPP Geometrically Approximated Poisson Process Quá trình Poisson xấp xỉ hình học GMDP Generally Modulated Deterministic Process Quá trình quyết định điều chế chung IP Internet Protocol Giao thức Internet LAN Local Area Network Mạng cục bộ LP Loss Probability Xác suất mất mát MMDP Markov Modulated Deterministic Process Quá trình quyết định điều chế Markov MPLS Multiprotocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức OAM Operation Administration Maintainance Vận hành Quản lý Bảo dưỡng QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ RARP Reverse Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ ngược RED Random Early Detection Phát hiện sớm ngẫu nhiên RSVP Resource Resevation Protocol Giao thức dành trước tài nguyên TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn TLL Time To Live Thời gian sống ToS Type of Service Kiểu dịch vụ UDP User Datagram Protocol Giao thức đơn vị dữ liệu người sử dụng UPC Usage Parameter Control Điều khiển thông số sử dụng Nguyễn Cao Cường, D2002VT HVCNBCVT iii Đồ án tốt nghiệp đại học Thuật ngữ và từ viết tắt VBR Variable Bit – Rate Tốc độ bit thay đổi WFQ Weighted Fair Queuing Xếp hàng trọng số hợp lý Nguyễn Cao Cường, D2002VT HVCNBCVT iv Đồ án tốt nghiệp Đại học Lời nói đầu LỜI NÓI ĐẦU Sự phát triển của các giao thức Internet khởi đầu từ những năm của thập niên 70 và tiếp tục phát triển vào những năm sau đó. Ngày nay, mạng IP đã thực sự bùng nổ cả về khối lượng lưu lượng cũng như các yêu cầu về chất lượng dịch vụ như: tốc độ truyền dẫn, băng thông, truyền dẫn đa phương tiện,… Công nghệ IP là sự kết hợp hài hòa của các giao thức điều khiển mềm dẻo với phần cứng chuyển mạch ATM. Công nghệ IP đã khắc phục được nhược điểm về tốc độ xử lý chậm của các bộ định tuyến và tính phức tạp của các giao thức báo hiệu trong chuyển mạch ATM. Công nghệ IP đang là điểm tập trung nghiên cứu của các hãng viễn thông nổi tiếng trên thế giới như: Ipsilon, Toshiba, IBM, Cisco,… Tuy nhiên, với lưu lượng IP cùng sự phức tạp trong các yêu cầu mà người sử dụng đòi hỏi, thì những bộ đệm IP đơn giản lại không đủ khả năng xử lý; và cần thiết phải cung cấp được chất lượng dịch vụ như người sử dụng mong muốn, từ đó dẫn đến yêu cầu cấp thiết là phải tìm ra các giải pháp để quản lý bộ đệm IP nhằm làm tăng hiệu năng của hệ thống. Với mục đích gắn quá trình học tập và nghiên cứu để tìm hiểu một công nghệ mới tiên tiến trên cơ sở những kiến thức đã học và nghiên cứu những tài liệu mới. Em đã nhận đề tài đồ án tốt nghiệp của mình là “Mạng IP và vấn đề quản lý bộ đệm”. Đồ án của em gồm ba chương với nội dung chính như sau: • Chương 1: Tổng quan về IP • Chương 2: Điều khiển lưu lượng và kỹ thuật hàng đợi • Chương 3: Quản lý bộ đệm trong IP Nghiên cứu đề tài đồ án em đã có dịp trình bày những hiểu biết của mình về một giải pháp tích cực giúp khắc phục các vấn đề với mạng IP. Tuy nhiên do năng lực còn hạn chế nên đồ án không tránh khỏi thiếu sót, em rất mong có được những đóng góp quý báu của thầy cô và toàn thể các bạn. Em xin chân thành cảm ơn ThS Nguyễn Thị Thanh Kỳ người đã trực tiếp hướng dẫn hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. Em cũng xin cảm ơn các thầy cô trong học viện và các bạn đã tận tình giúp đỡ em trong quá trình học tập và nghiên cứu ở Học viện. Sinh viên Nguyễn Cao Cường Nguyễn Cao Cường, D2002VT HVCNBCVT v Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1. Tổng quan về IP Chương 1: TỔNG QUAN VỀ IP 1.1. KHÁI NIỆM IP 1.1.1. Đánh địa chỉ và phân phối Một máy tính thông tin với mạng thông qua một thiết bị giao tiếp mạng, như một card tương thích mạng. Thiết bị giao tiếp mạng có một địa chỉ vật lý duy nhất và được thiết kế để nhận dữ liệu gởi đến địa chỉ vật lý đó. Địa chỉ vật lý này được ghi vào card mạng khi nó được chế tạo. Một thiết bị như một card mạng ethernet không biết bất kỳ chi tiết nào của các lớp giao thức bên trên. Nó không biết địa chỉ IP của nó và cũng không biết một khung đến được gửi đến Telnet hay là FTP. Nó chỉ lắng nghe các khung đang tới, chờ một khung có địa chỉ là địa chỉ vật lý của chính nó, và chuyển khung đó ngược lên chồng giao thức. Sự phối hợp địa chỉ vật lý này làm việc rất tốt trên một đoạn LAN riêng biệt. Một mạng chỉ bao gồm một ít máy tính trên một môi trường liên tục có thể hoạt động mà không cần gì khác ngoài các địa chỉ vật lý. Dữ liệu có thể chuyển trực tiếp từ bộ tương thích mạng này đến bộ tương thích mạng kia mà chỉ cần sử dụng các giao thức mức thấp. Không may, trên một mạng định tuyến không thể phân phối dữ liệu bằng địa chỉ vật lý. Các thủ tục tìm ra đích đến dùng cho việc phân phối bằng địa chỉ vật lý lại không hoạt động được thông qua giao tiếp router. Cho dù chúng có thực hiện được thì việc phân phối bằng địa chỉ vật lý sẽ cồng kềnh vì địa chỉ vật lý cố định ghi vào trong thẻ mạng không cho phép chúng ta áp đặt một cấu trúc luận lý trên không gian địa chỉ. Vì thế trong mạng IP sẽ làm cho địa chỉ vật lý trở nên vô hình và thay vào đó nó tổ chức mạng theo một sơ đồ đánh địa chỉ phân cấp và luận lý. Sơ đồ đánh địa chỉ luận lý được duy trì bởi giao thức IP ở lớp Internet của mô hình phân lớp TCP/IP. Địa chỉ luận lý được gọi là địa chỉ IP. Một giao thức lớp Internet khác được gọi là Giao thức phân giải địa chỉ (ARP – Address Resolution Protocol) hình thành tập hợp một bảng ánh xạ các địa chỉ IP vào các địa chỉ vật lý. Bảng ARP này là liên kết giữa địa chỉ IP và địa chỉ vật lý. Trên một bảng định tuyến, chiến lược gửi dữ liệu trên mạng IP là như sau: 1. Nếu địa chỉ đích trên cùng một đoạn mạng với máy tính nguồn, máy tính nguồn gửi gói trực tiếp đến đích. Địa chỉ IP được phân giải sang một địa chỉ vật lý sử dụng ARP và dữ liệu được hướng tới bộ tương thích mạng đích. 2. Nếu địa chỉ đích trên một đoạn mạng khác với máy tính nguồn, các tiến trình sau bắt đầu: Nguyễn Cao Cường, D2002VT HVCNBCVT 1 . những kiến thức đã học và nghiên cứu những tài liệu mới. Em đã nhận đề tài đồ án tốt nghiệp của mình là Mạng IP và vấn đề quản lý bộ đệm . Đồ án của em gồm. 1.4. LƯU ĐỆM VÀ QUẢN LÝ BỘ ĐỆM TRONG IP. .............................................15 1.4.1. Lưu đệm trong các bộ định tuyến IP. ............................................................15