Ứng dụng của kiến trúc CQS trong vấn đề quản lý nghẽn trong mạng IP

Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục MỤC LỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT i LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG I - MỘT SỐ VẤN ĐỀ TỔNG QUAN VỀ MẠNG IP 1.1 Khái niệm mạng IP .2 1.2 Mô hình phân lớp TCP/IP 1.3 Cấu trúc tiêu đề IPv4 IPv6 1.4 Các mức QoS end – to – end 15 CHƯƠNG II - CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG IP 22 2.1 Khái niệm QoS .22 2.2 Trễ 24 2.3 Nghẽn .26 2.4 Jitter 26 2.5 Mất gói 27 CHƯƠNG III - KIẾN TRÚC CQS .29 3.1 Vấn đề định tuyến mạng IP .29 3.2 Cấu trúc router 45 3.3 Kiến trúc CQS 48 CHƯƠNG IV - ỨNG DỤNG KIẾN TRÚC CQS CHO QUẢN LÝ NGHẼN TRONG MẠNG IP 53 4.1 Tại phải quản lý nghẽn 53 4.2 Các chiến lược quản lý nghẽn sử dụng kiến trúc CQS 54 KẾT LUẬN .96 TÀI LIỆU THAM KHẢO 97 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT AVB Available Bit Rate Tốc độ bít khả dụng BGP4 Border Gateway Protocol version Giao thức cổng biên phiên Classess Inter Domain Routing Định truyến liên vùng không CL Controlled Load phân lớp Điểu khiển truyền tải CQS Classification, Queuing, Sheduling Phân loại, hàng đợi, lập lịch DCEF Distributed Cisco Express Chuyển tiếp phân phối nhanh Forwarding Cisco CIDR Nguyễn Hữu Liêm, Lớp D2001VT i Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục DiffServ Differentiated Servervice Dịch vụ khác biệt DWFQ VIP-Distributed Weighted Fair Hàng đợi cân trọng số FIFO Queuing First In, First Out phân phối theo VIP Vào trước trước FIP Forwarding Information Base Cơ sở thông tin chuyển tiếp GS Guaranteed Service Dịch vụ đảm bảo IGRP Interior Gateway Routing Protocol Giao thức điều khiển cổng LLC Logical Link Control bên Điều khiển liên kết logic LLQ Low Laytency Queuing Hàng đợi trễ thấp LSA Link State Advertisements Thông báo trạng thái liên kết MTU Maximum Transmission Unit Khối truyền dẫn lớn NCP Network Control Protocol Giao thức điểu khiển mạng NP Net Performance Hiệu mạng OSPF Open Sortest Path First Thuật toán tìm đường ngắn PVC Permanent Virtual Circuit Kênh ảo cố định RED Random Early Detection Tách sớm ngẫu nhiên RTP Real-Time Transport Protocol Giao thức truyền tải thời SLA Service Level Agreement gian thực Hợp đồng mức dịch vụ SVC Switched Virtual Circuit Kênh ảo chuyển mạch TCP/IP Transfer Control Protocol/Internet Giao thức điều khiển truyền VBR Protocol Variable Bit Rate tải / Giao thức liên mạng Tốc độ bít biến thiên VIP Versatile Interface Procesor Bộ xử lý giao diện đa WFQ Weighted Fair Queuing Hàng đợi cân trọng số Nguyễn Hữu Liêm, Lớp D2001VT ii Đồ án tốt nghiệp Đại học Nguyễn Hữu Liêm, Lớp D2001VT Mục lục iii Đồ án tốt nghiệp Đại học Lời nói đầu LỜI NÓI ĐẦU Ngày mạng lưới viễn thông ngày phát triển mạnh mẽ rộng khắp giới Điều đặt toán quản lý mạng viễn thông để hoạt động cách hiệu đảm bảo chất lượng dịch vụ mạng Đối với mạng Internet trước nhu cầu khách hàng chưa cao, chủ yếu sử dụng dịch vụ truyền thống truyền file, thư điện tử, dịch vụ telnet v.v Do mà dịch vụ Best Effort hiệu đảm bảo chất lượng dịch vụ Nhưng với nhu cầu truyền đa phương tiện ngày phát triển nhanh chóng, điều làm xuất dịch vụ Intergrated Service Differentiated Service Khi dịch vụ đời yêu cầu vấn đề định tuyến tốc độ router phải nâng cao Điều cần thiết phải có chế quản lý kiến trúc để quản lý router tốt Để đáp ứng yêu cầu đó, “Kiến trúc CQS” đời ứng dụng mạng Internet ngày Nội dung đồ án nghiên cứu đến kiến trúc số “Ứng dụng kiến trúc CQS vấn đề quản lý nghẽn mạng IP” Đồ án thực lập trình mô xác định lượng băng thông cung cấp cho luồng lưu lượng IP ưu tiên sử dụng thuật toán WFQ Bố cục Đồ án gồm năm chương sau: Chương I: Một số vấn đề tổng quan mạng IP – Trình bày mô hình giao thức TCP/IP dịch vụ Best Effort, Intergrated Service, Differentiated Service Chương II: Chất lượng dịch vụ mạng IP – Trình bày thông số chất lượng dịch vụ như: trễ, nghẽn, jitter, gói Chương III: Kiến trúc CQS – Trình bày vấn đề định tuyến mạng IP kiến trúc CQS router Chương IV: Ứng dụng kiến trúc CQS cho quản lý nghẽn mạng IP – Đồ án tốt nghiệp Đại học Lời nói đầu Trình bày phương pháp quản lý nghẽn có sử dụng kiến trúc CQS Ngoài Đồ án thực lập trình mô xác định lượng băng thông cung cấp cho luồng lưu lượng ưu tiên IP sử dụng thuật toán WFQ Phần không đưa vào nội dung Đồ án mà đưa phần riêng Trong trình thực Đồ án, với lực có hạn nên chắn không tránh khỏi thiếu sót Rất mong đóng góp ý kiến thầy cô giáo, độc giả quan tâm tới vấn đề trình bày Đồ án để Đồ án hoàn chỉnh Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo Thạc sỹ Nguyễn Văn Đát tận tình giúp đỡ hướng dẫn trình thực Đồ án Hà Nội 10/2005 Sinh viên Nguyễn Hữu Liêm Đồ án tốt nghiệp Đại học Một số vấn đề tổng quan mạng IP CHƯƠNG I - MỘT SỐ VẤN ĐỀ TỔNG QUAN VỀ MẠNG IP 1.1 Khái niệm mạng IP Tiền thân mạng Internet mạng ARPANET Bộ quốc phòng Mỹ Mạng ARPANET đời với mục đích kết nối trung tâm nghiên cứu số Viện nghiên cứu trường đại học nhằm chia sẻ, trao đổi tài nguyên thông tin Ban đầu giao thức truyền thông sử dụng NCP (Network Control Protocol) sau thay giao thức TCP/IP (Transfer Control Protocol/ Internet Protocol) Bộ giao thức TCP/IP gồm tập hợp chuẩn mạng, đặc tả chi tiết cách thức cho máy tính thông tin liên lạc với nhau, quy ước cho đấu nối liên mạng định tuyến cho mạng Trước đây, người ta định nghĩa “Internet mạng tất mạng sử dụng giao thức IP” Nhưng điều không xác nhiều mạng có kiến trúc khác nhờ cầu nối giao thức nên kết nối vào Internet sử dụng đầy đủ dịch vụ Internet Internet không tập hợp mạng liên kết với nhau, Internetworking có nghĩa mạng liên kết với sở đồng ý với quy ước mà cho phép máy tính liên lạc với nhau, cho dù đường liên lạc qua mạng mà chúng không đấu nối trực tiếp tới Như vậy, kỹ thuật Internet che dấu chi tiết phần cứng mạng, cho phép hệ thống máy tính trao đổi thông tin độc lập với liên kết mạng vật lý chúng 1.2 Mô hình phân lớp TCP/IP TCP/IP giao thức phát triển cục dự án nghiên cứu cấp cao (ARPA) quốc phòng Mỹ Ban đầu sử dụng mạng ARPANET Khi công nghệ mạng cục phát triển, TCP/IP tích hợp vào môi trường điều hành UNIX sử dụng chuẩn Ethernet để kết nối trạm làm việc với Đến xuất máy PC, TCP/IP lại chuyển sang môi Đồ án tốt nghiệp Đại học Một số vấn đề tổng quan mạng IP trường PC, cho phép máy PC chạy DOS trạm làm việc chạy UNIX liên tác mạng Hiện TCP/IP sử dụng phổ biến mạng máy tính, mà điển hình mạng Internet TCP/IP phát triển trước mô hình OSI, tầng TCP/IP không tương ứng hoàn toàn với tầng mô hình OSI Chồng giao thức TCP/IP chia thành bốn tầng: giao diện mạng (network interface), liên mạng (internet), giao vận (transport) ứng dụng (application) cho hình vẽ 1.1: Hình 1.1: Mô hình giao thức TCP/IP mô hình OSI • Tầng ứng dụng Tầng ứng dụng cung cấp dịch vụ dạng giao thức cho ứng dụng người dùng Mộ số giao thức tiêu biểu tầng gồm: FTP (File Transfer Protocol): Đây dịch vụ hướng kết nối tin cậy, sử dụng TCP để cung cấp truyền tệp hệ thống hỗ trợ FTP Telnet (Terminal Network): Cho phép phiên đăng nhập từ xa Đồ án tốt nghiệp Đại học Một số vấn đề tổng quan mạng IP máy tính Do Telnet hỗ trợ chế độ văn nên giao diện người dùng thường dạng dấu nhắc lệnh tương tác Chúng ta đánh lệnh thông báo trả lời hiển thị HTTP (Hyper Text Transfer Protocol): Trao đổi tài liệu siêu văn để hỗ trợ Web SMTP (Simple Mail Transfer Protocol): Truyền thư điện tử máy tính Đây dạng đặc biệt truyền tệp sử dụng để gửi thông báo tới máy chủ thư máy chủ với POP3 (Post Office Protocol): Cho phép lấy thư điện tử từ hộp thư máy chủ DNS (Domain Name System): Chuyển đổi tên miền thành địa IP Giao thức thường ứng dụng sử dụng người dùng ứng dụng dùng tên không dùng địa IP DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol): Cung cấp thông tin cấu hình động cho trạm, chẳng hạn gán địa IP SNMP (Simple Network Managament Protocol): Được sử dụng để quản trị từ xa thiết bị chạy TCP/IP SNMP thường thực thi trạm người quản lý, cho phép người quản lý tập trung nhiều chức giám sát điều khiển mạng • Tầng giao vận Tầng giao vận chịu trách nhiệm chuyển phát toàn thông báo từ tiến trình tới - tiến trình Tại tầng có hai giao thức TCP UDP, giao thức cung cấp loại dịch vụ giao vận: hướng kết nối phi kết nối Giao thức TCP TCP thực số chức sau: Chức nhận luồng liệu từ chương trình ứng dụng; liệu tệp văn Đồ án tốt nghiệp Đại học Một số vấn đề tổng quan mạng IP ảnh Việc TCP làm chia luồng liệu nhận thành gói nhỏ quản lý Sau gắn mào đầu vào trước gói Phần mào đầu có chứa địa cổng nguồn cổng đích Ngoài chứa số trình tự để biết gói nằm vị trí luồng liệu Sau nhận số lượng gói định, TCP gửi xác nhận Ví dụ, phía nhận, số lượng gói quy định gửi xác nhận cho phía gửi sau nhận gói Ưu điểm việc làm TCP có khả điều chỉnh việc gửi nhận gói tin Giao thức UDP UDP (User Datagram Protocol) giao thức truyền thông phi kết nối không tin cậy, dùng thay cho TCP IP theo yêu cầu ứng dụng UDP có trách nhiệm truyền thông báo từ tiến trình - tới - tiến trình, không cung cấp chế giám sát quản lý UDP cung cấp chế gán quản lý số cổng để định danh cho ứng dụng chạy trạm mạng Do chức phức tạp nên UDP có xu hoạt động nhanh TCP Nó thường dùng cho ứng dụng không đòi hỏi độ tin cậy cao • Tầng liên mạng Tầng liên mạng chồng giao thức TCP/IP tương ứng tầng mạng mô hình OSI Chức tầng liên mạng đánh địa logic định tuyến gói tới đích Giao thức đáng ý tầng liên mạng giao thức liên mạng IP (Internet Protocol) Ngoài có số giao thức khác ICMP, ARP, RARP Giao thức IP IP giao thức phi kết nối không tin cậy Nó cung cấp dịch vụ chuyển gói nỗ lực tối đa Nỗ lực tối đa có nghĩa IP không cung cấp chức theo dõi kiểm tra lỗi Nó cố gắng chuyển gói tới đích Đồ án tốt nghiệp Đại học Một số vấn đề tổng quan mạng IP đảm bảo Nếu độ tin cậy yếu tố quan trọng, IP phải hoạt động với giao thức tầng tin cậy, chẳng hạn TCP Giao thức ICMP Như trình bày trên, IP giao thức chuyển gói phi kết nối không tin cậy Nó thiết kế nhằm mục đích sử dụng hiệu tài nguyên mạng IP cung cấp dịch vụ chuyển gói nỗ lực tối đa Tuy nhiên có hai thiếu hụt: thiếu hụt điều khiển lỗi thiết lập chế hỗ trợ; IP thiết lập chế truy vấn Một trạm cần xác định xem router trạm khác có hoạt động không Một người quản lý mạng cần thông tin từ trạm router khác Giao thức thông báo điều khiển liên mạng ICMP (Internet Control Message Protocol) thiết kế để bù đắp hai thiếu hụt Nó kèm với giao thức IP Giao thức ARP Giao thức phân giải địa (ARP: Address Resolution Protocol) chuyển đổi địa lôgic thành địa vật lý Khi trạm router cần tìm địa vật lý trạm router khác mạng, gửi gói yêu cầu ARP Gói chứa địa vật lý địa lôgic nguồn địa IP đích Do nguồn địa vật lý đích nên yêu cầu gửi quảng bá Mọi trạm router mạng nhận xử lý yêu cầu ARP này, có trạm đích nhận địa IP gửi trả lời ARP lại cho nguồn Gói trả lời chứa địa lôgic địa vật lý đích Gói trả lời gửi thẳng (gửi unicast) tới trạm yêu cầu (nguồn) sử dụng địa vật lý có gói yêu cầu ARP Giao thức RARP Giao thức phân giải địa ngược (RARP: Reverse Address Resolution Đồ án tốt nghiệp Đại học Ứng dụng kiến trúc CQS cho quản lý nghẽn mạng IP PQ làm việc Trong suốt trình truyền dẫn, PQ cho phép đối xử hoàn toàn ưu tiên hàng đợi ưu tiên so với hàng đợi ưu tiên thấp hơn; lưu lượng quan trọng (mức ưu tiên cao cho trước) luôn chiếm quyền ưu tiên cao lưu lượng quan trọng Các gói phân loại dựa tiêu chuẩn theo người sử dụng đặt vào bốn hàng đợi đầu – cao, cao vừa, thông thường thấp - dựa mức ưu tiên ấn định Các gói không phân loại quyền ưu tiên cho vào hàng đợi thông thường Hình 4.3 rõ trình Hình 4.3: Hàng đợi ưu tiên Khi gói gửi giao diện, hàng đợi ưu tiên giao diện quét theo thứ tự ưu tiên từ xuống cho gói Hàng đợi có mức ưu tiên cao quét trước sau đến hàng đợi có mức ưu tiên cao vừa Gói đầu hàng đợi có mức ưu tiên cao chọn để truyền dẫn Thủ tục lặp lặp lại thời điểm gửi gói Độ dài cực đại hàng đợi định rõ giới hạn độ dài Khi hàng đợi dài giới hạn hàng đợi, tất gói thêm vào bị loại bỏ Đồ án tốt nghiệp Đại học Ứng dụng kiến trúc CQS cho quản lý nghẽn mạng IP Chú ý: Cơ chế hàng đợi đầu ưu tiên sử dụng cho quản lý lưu lượng từ tất giao thức mạng Sự điều chỉnh tốt thêm vào khả dụng cho IP tạo lập đường biên kích thước gói Các gói phân loại cho hàng đợi ưu tiên nào? Một danh sách ưu tiên mẫu quy tắc mô tả gói ấn định cho hàng đợi ưu tiên Một danh sách ưu tiên mô tả mức ưu tiên mặc định giới hạn kích thước hàng đợi hàng đợi ưu tiên khác Các gói phân loại theo cách sau: • Loại giao thức loại giao thức • Giao diện vào • Kích thước gói • Phân mảnh • Danh sách truy cập Keepalives (bản tin dẫn đường) xuất phát từ nhà dịch vụ mạng luôn ấn định cho hàng đợi ưu tiên cao; tất các lưu lượng quản lý khác (như cập nhật IGRP: Interior Gateway Routing Protocol) phải cấu hình Các gói không phân loại chế danh sách ưu tiên ấn định tới hàng đợi thông thường Tại sử dụng PQ? PQ cung cấp đối xử ưu tiên hoàn toàn cho lưu lượng ưu tiên cao, đảm bảo lưu lượng chuẩn truyền qua nhiều kết nối WAN khác nhận đối xử ưu tiên Hơn nữa, PQ cung cấp thời gian đáp ứng nhanh phương pháp hàng đợi khác Mặc phép ưu tiên hàng đợi đầu cho số giao diện, sử dụng tốt cho giao diện serial bị nghẽn, băng thông Đồ án tốt nghiệp Đại học Ứng dụng kiến trúc CQS cho quản lý nghẽn mạng IP thấp Những điều cần lưu ý Khi lựa chọn sử dụng PQ, cần ý lưu lượng ưu tiên thấp thường bị từ chối băng thông đối xử lưu lượng ưu tiên cao hơn, việc sử dụng PQ (trong trường hợp xấu nhất) xảy tượng lưu lượng ưu tiên thấp không gửi Để tránh tượng lưu lượng ưu tiên thấp, sử dụng định hình lưu lượng CAR để giới hạn tốc độ lưu lượng có mức ưu tiên cao PQ thêm vào tiêu đề chấp nhận cho giao diện chậm, không chấp nhận cho giao diện tốc độ cao Ethernet Với PQ cho phép, hệ thống chiếm giữ lâu để chuyển mạch gói gói phân loại card xử lý PQ sử dụng cấu hình tĩnh không thích ứng với điều kiện mạng thay đổi Hạn chế PQ không hỗ trợ số tunnel 4.2.1.5 So sánh chiến lược sử dụng hàng đợi Bảng sau so sánh chiến lược hàng đợi: FlowBased WFQ Số hàng đợi lượng Số CBWFQ lượng Một hàng đợi hàng đợi có lớp, thể cấu hình lên tới 64 lớp (256 hàng đợi người dùng, mặc định) CQ 16 hàng đợi người dùng PQ hàng đợi Đồ án tốt nghiệp Đại học Loại dịch vụ • Đảm công Ứng dụng kiến trúc CQS cho quản lý nghẽn mạng IP bảo • Cung cấp • Dịch vụ Các hàng đảm bảo băng tất thông lớp cho tiên cao luồng phụ vụ trước lưu lớp Round Robin • lưu đợi có mức ưu lượng dựa lượng người sử trọng số dụng tự định tiên tuyệt đối nghĩa đảm bảo lưu • Hàng đợi ưu tiên thấp • khả dụng qua WFQ việc sử dụng luồng nhằm hỗ mức ưu tiên IP trợ lớp lưu mức ưu lượng tiên IP RTP dùng không tự Frame Relay định nghĩa • Cung • cấp Quyền lượng sở ưu liên quan mức ưu tiên cao người Hàng đợi có quyền ưu tiên chặt khả dụng qua việc sử dụng mức ưu tiên IP, mức ưu tiên IP RTP Relay Frame LLQ Cấu hình Không yêu cầu cấu hình Yêu cầu cấu hình Yêu cầu cấu hình Yêu cầu cấu hình Bảng 4.1 So sánh chiến lược sử dụng hàng đợi 4.2.2 Các chiến lược tránh nghẽn Như nghiên cứu phần trên, chiến lược hàng đợi quản lý cố nghẽn ưu tiên hoá lưu lượng điều quan trọng Phần chúng giải vấn Đồ án tốt nghiệp Đại học Ứng dụng kiến trúc CQS cho quản lý nghẽn mạng IP đề tương tự góc độ hoàn toàn khác Thay kiểm soát nghẽn tồn tránh nghẽn tiến hành hoạt động ngăn chặn nghẽn trước xảy Ở chủ yếu nghiên cứu đến thuật toán RED biến thể 4.2.2.1 Random Early Detection RED (Random Early Detection) cấu tránh nghẽn (như cấu đối nghịch với chế quản lý nghẽn) hữu dụng, đặc biệt mạng trung gian tốc độ cao Sally Van Jacobson giới thiệu năm đầu thập niên 90 kỷ 20 RED sử dụng độ chiếm dụng trung bình hàng đợi tham số, chức ngẫu nhiên mà định chế tránh nghẽn phải khơi mào hay không Sau độ chiếm dụng trung bình tăng lên khả loại bỏ gói tăng lên Thuật toán biểu diễn hình 4.4: - Khi độ chiếm dụng thấp mức ngưỡng TH, gói chuyển qua không bị ảnh hưởng (khả loại bỏ gói không) - Khi độ chiếm dụng tăng giới hạn TH, khả loại bỏ gói tăng theo đường thẳng đạt tới maxP độ chiếm dụng đạt maxTH - Tại maxTH gói bị loại bỏ Ba giai đoạn đề cập đến thứ tự bình thường tránh nghẽn điều khiển nghẽn Trường hợp xấu kích thước hàng đợi bị giới hạn maxTH RED bắt đầu khai mào dẫn nghẽn trước hàng đợi bị đầy Độ chiếm dụng trung bình tính toán lại thời điểm gói đến dựa vào lọc thông thấp quy luật trung bình trọng số mũ (EWMA) độ chiếm dụng hàng đợi tức thời Công thức là: Qavg = (1 – Wq)*Qavg + Qinst * W Qavg độ chiếm dụng trung bình Đồ án tốt nghiệp Đại học Ứng dụng kiến trúc CQS cho quản lý nghẽn mạng IP Qinst độ chiếm dụng tức thời Wq trọng số hàm di chuyển trung bình Wq tác động tới tham số chiếm dụng trung bình theo độ chiếm dụng tức thời hàng đợi Giá trị cao mức chiếm cao giá trị thấp mức thấp Mục đích chọn lựa giá trị cho phép RED bỏ qua trễ ngắn hạn mà không gây gói có tác dụng trì mức độ chiếm dụng trước độ trễ tác động cách vô hạn luồng đồng việc tránh nghẽn TCP chịu ảnh hưởng Một router giữ giá trị TH, maxTH maxP khác cho hàng đợi khác – cân với tổng không gian khả dụng hàng đợi, số lượng hàng đợi yêu cầu độ trễ, độ rung pha hạn chế lớp lưu lượng sử dụng hàng đợi khác Thêm vào Wq phải khác hàng đợi Hình 4.4: Random Early Detection Thuật toán RED thực sau: Tính toán kích thước hàng đợi trung bình: avg if avg < minTH xếp gói; Đồ án tốt nghiệp Đại học else if Ứng dụng kiến trúc CQS cho quản lý nghẽn mạng IP minTH ≤ avg ≤ maxTH tính toán xác suất xảy Pa; loại bỏ gói; else với - Pa xếp gói; else if avg > maxTH loại bỏ gói Chiến lược loại bỏ ngẫu nhiên có đặc điểm hữu ích như: - Chúng tạo cớ chế phản hồi không tích cực cho TCP cường độ tăng lên theo hàm mức nghẽn router - Các luồng chịu chia sẻ công suất đầu lớn (các gói vào hàng đợi thường xuyên hơn) chịu cường độ phản hồi mạnh - Sự đồng giảm tới mức cực tiểu nỗ lực tránh nghẽn phiên truyền dẫn độc lập chia sẻ hàng đợi riêng biệt Sự bắt đầu loại bỏ ngẫu nhiên sớm (trước hàng đợi thực sử dụng hết hoàn toàn không gian cho phép nó) tăng lên dễ dàng xếp vùng nghẽn tạm thời trước độ chiếm dụng hàng đợi cao Quá trình ngẫu nhiên phân phối loại bỏ giai đoạn đầu làm giảm tính ngẫu nhiên nhiều luồng gói đồng thời loại bỏ gói Hai khoá giả định làm tảng cho việc loại bỏ dựa vào quản lý hàng đợi tích cực vào: - Nhiều hầu hết tầng gây nghẽn tạm thời tảng TCP trước phản ứng tới phản hồi không tích cực gói sớm - Các gói thực loại bỏ thuộc luồng (hoặc luồng) TCP gây nghẽn Sự vắng mặt phương tiện phân loại hàng đợi luồng mà Đồ án tốt nghiệp Đại học Ứng dụng kiến trúc CQS cho quản lý nghẽn mạng IP giả định luôn có hiệu lực Việc gói đến suốt khoảng thời gian nghẽn thuộc luồng chiếm dụng nhiều luồng khác Nó giữ vững lý để loại bỏ gói suốt khoảng thời gian nghẽn gặp phải luồng góp phần gây nghẽn Đặc tính thời gian luồng gây nghẽn cho phép RED biến thể tập trung luồng thích hợp Thậm chí vắng mặt tình gói mức luồng cụ thể 4.2.2.2 Weighted Random Early Detection Các quản lý hàng đợi không hạn chế việc cung cấp loại phương thức đơn vài hàng đợi cho trước Thông tin thêm vào từ tình gói lựa chọn nhiều chức loại bỏ gói Ví dụ, gói đánh dấu số điểm đường xuống bị vượt mức, hồ sơ lưu lượng tìm cho đối tượng cho nhiều sách loại bỏ so với gói khác So sánh gói khác phân loại hàng đợi (các gói đánh dấu qua mạng gần không bị nghẽn Thông thường loại bỏ gói luồng hồ sơ trước) gói đặt vào lớp dịch vụ khác nguồn có chức loại bỏ kết hợp khác Trong hình 4.5 quản lý hàng đợi chọn lựa hai đường cho hàng đợi đơn dựa trên, chẳng hạn bit đơn byte ToS trường DiffServ Các gói không bị đánh dấu đối tượng cho RED với min1 TH ngưỡng nó, max1TH ngưỡng nó, max p khả loại bỏ gói định trước hàm nhảy tới Nói cách khác gói bị đánh dấu đối tượng cho đường xâm chiếm loại bỏ ngẫu nhiên bắt đầu mức chiếm dụng thấp min2TH, tăng nhanh chóng tới max2TH Việc giảm bớt hàm đặc trưng dựa vào tình gói đề cập đến việc đánh trọng số Ít đại diện router sử dụng trường ưu tiên IPv4 để lựa chọn tám tham số TH, maxTH, maxP cho thuật toán RED (mặc dù tham số W q cho hàm EWMA ) liên quan tới sơ đồ WRED Đồ án tốt nghiệp Đại học Ứng dụng kiến trúc CQS cho quản lý nghẽn mạng IP Hình 4.5: Weight Random Early Detection 4.2.2.3 Random Early Detection cho gói hồ sơ Một thuật toán liên quan tới WRED RED với in/out [RIO] sử dụng đánh dấu gói để giảm nhẹ RED sở từ gói tới gói RIO thừa nhận gói qua đánh dấu đường lên bit đơn tiêu đề gói để đánh dấu nhận gói hay hồ sơ RIO khác với WRED chỗ làm giảm chức EWMA sở đánh dấu gói Mục tiên RIO phân biệt dựa vào gói bên suốt thời gian nghẽn Như không thực hai thuật toán chiếm dụng EWMA song song hàng đợi – Q avg IN cho gói bên QavgOUT cho gói bên Tương tự hình 4.5 hai mẫu TH, maxTH maxP có mặt - cho gói bên cho gói bên Thông thường minTH maxTH cho gói bên thấp cho gói bên Trái lại maxP cho gói bên lại cao cho gói bên Điểm xử lý khác việc sử dụng hai giá trị độ chiếm dụng hàng đợi di chuyển trung bình riêng biệt Khi tính toán khả loại bỏ gói, độ chiếm dụng hàng đợi thực từ Q avg IN, ngược lại với gói hàng Đồ án tốt nghiệp Đại học Ứng dụng kiến trúc CQS cho quản lý nghẽn mạng IP đợi độ chiếm dụng hàng đợi lấy từ Q avg OUT Qavg IN dựa độ chiếm dụng trung bình gói bên riêng lẻ, trái lại với Q avg OUT dựa độ chiếm dụng tổng trung bình gói Một hệ thiết kế không đường cong đặc trưng cho gói bên xâm chiếm thêm mà mức trung bình cho gói bên dịch đường đặc tuyến lên theo đáp ứng lại hai luồng lưu lượng vào hàng đợi Tuy nhiên số lượng gói bên qua hàng đợi không tác động đến khả loại bỏ gói Nhân tố thực vài cách ngăn ngừa chống bùng nổ gói bên từ khai mào tránh nghẽn không cần thiết luồng mà gói lưu giữ lại hồ sơ 4.2.2.4 Adaptive Random Early Detection RED sở yêu cầu thích ứng kỹ lưỡng thông số để hoạt động có hiệu Nó phải loại bỏ vừa đủ gói tới đích không Một điều đáng tiếc thông số thiết lập phụ thuộc vào trạng thái tự nhiên trạng thái bùng nổ lưu lượng qua hàng đợi RED sở Ví dụ W q tác động nhanh mức đến Qavg theo hướng chiếm dụng hàng đợi tức thời phải chọn để RED loại bỏ bùng nổ tạm thời chưa tác động trở lại thời gian làm nản xây dần nghẽn dài hạn lên Còn tốc tốc độ điểm nghẽn dài hạn xuất phụ thuộc vào tập luồng TCP xếp đồng thời hàng đợi Trong có mặt số luồng TCP, nghẽn dường tạo chậm, Wq phải chậm theo Tuy nhiên việc sử dụng giá trị tương tự W q có mặt luồng TCP dẫn tới giai đoạn tránh nghẽn RED không đáp ứng đủ sớm đủ động Ngược lại việc chọn W q thoả mãn phương thức RED nhanh nhiều luồng TCP thành công phương thức loại bỏ xâm chiếm thái số luồng qua hàng đợi RED thích ứng (ARED) cố gắng địa hoá giới hạn cách cho phép RED làm giảm tham số dựa hồ sơ nghẽn gần Nó thích Đồ án tốt nghiệp Đại học Ứng dụng kiến trúc CQS cho quản lý nghẽn mạng IP ARED với N kết nối chia sẻ hàng đợi, hiệu việc loại bỏ gói RED thêm vào cho trước làm giảm tải trọng đơn hướng (1 – 1/(2*N)) Nói cách khác N tăng lên RED cần phải tăng độ chiếm dụng để đạt tới kết không đổi Để địa hoá cho vấn đề này, ARED linh động điều chỉnh max P dựa vào biến động Qavg gần (xem hình 4.6) Nếu Q avg rớt theo minTH giá trị trì maxP tính toán Nếu Qavg tăng maxTH mức xâm chiếm maxP tính toán Nếu Qavg dao động quanh minTH ARED tiếp tục giảm maxTH Nếu Qavg dao động quanh maxTH, ARED tiếp tục tăng maxTH Một hệ thuật toán ARED thay đổi theo thay đổi tải trọng hàng đợi tăng giảm số lượng luồng TCP qua hàng đợi thời điểm Thuật toán làm việc mà không yêu cầu làm sáng tỏ hay thông tin nhận bên luồng số Hình 4.6: Adaptive Random Early Detection 4.2.2.5 Flow Random Early Detection Tách sớm ngẫu nhiên mức luồng FRED thay cho tinh lọc khác thuật Đồ án tốt nghiệp Đại học Ứng dụng kiến trúc CQS cho quản lý nghẽn mạng IP toán RED [FRED97] Giải pháp giải thích xu RED không cân hàng đợi chia sẻ luồng phản ứng khác tới thông báo nghẽn sớm Đặc trưng cho “ động lực RED”(Dynamics of RED) [FRED97]: - Các luồng không thích ứng – giao thức truyền tải bỏ qua loại bỏ gói - Luồng chặt – kết nối TCP với thời gian triệt xung quanh ngắn (RTTs) mà trước phục hồi nhanh từ việc loại bỏ gói - Luồng dễ vỡ – kết nối TCP với RTTs dài mà trước khôi phục chậm từ việc loại bỏ gói Khi pha trộn luồng vượt hàng đợi RED quản lý, phương thức luồng không thích ứng đẩy Q avg lên cao minTH gây gói tất luồng, chí luồng khác đối xử cách thông thường Tương tự luồng chặt tác động việc vài gói riêng lẻ so với luồng dễ vỡ đơn giản, tốc độ phục hồi TCP phụ thuộc vào RTT luồng Toàn hiệu thông báo nghẽn tác động đến loại luồng khác cách không cân FRED điều khiển tình trạng phương thức loại bỏ gói chặng sở tầng ngắn hạn luồng (nhưng luồng có gói hàng đợi thời điểm cho trước) Hai biến số q maxq đại diện cho số lượng gói mức thấp mức cao vài luồng cho trước phải xếp thời điểm cho trước Biến số Avg cq đại diện cho lượng gói trung bình đánh giá luồng thời có hàng đợi Khi Qavg nhỏ maxTH, FRED nhận gói thuộc luồng gói minq gói sẵn sàng hàng đợi Việc thiết lập q đảm bảo vài không gian hàng đợi cực tiểu đến luồng dễ vỡ Nếu luồng có nhiều maxq gói hàng đợi, FRED loại bỏ gói không kể Qavg Thực tế bao gồm luồng không thích ứng Trong luồng có Đồ án tốt nghiệp Đại học Ứng dụng kiến trúc CQS cho quản lý nghẽn mạng IP minq maxq gói hàng đợi, FRED sử dụng RED thông thường để quy định có hay không gói phải chấp nhận hay bị loại bỏ Thậm chí FRED không yêu cầu hàng đợi luồng yêu cầu router thiết lập tình luồng, thêm số phần phải tương đối phức tạp biến thể RED trước Đồ án tốt nghiệp Đại học Kết luận KẾT LUẬN Kiến trúc CQS kiến trúc mạng Internet Kiến trúc có mạng dịch vụ tích hợp dịch vụ khác biệt Kiến trúc CQS giúp làm tăng khả xử lý cho router vấn đề định tuyến dịch vụ tích hợp Mà vấn đề xử lý router vấn đề quản lý loại bỏ tắc nghẽn Trong Đồ án đề cập đến việc giải vấn đề Một số chiến lược quản lý nghẽn như: hàng đợi FIFO, hàng đợi cân trọng số, hàng đợi khách hàng, hàng đợi ưu tiên đưa nghiên cứu số phương pháp tránh nghẽn như: RED, WRED, FRED, ARED Các phương pháp ứng dụng rộng rãi mạng viễn thông Nhưng giới hạn Đồ án tập trung nghiên cứu chúng mạng dịch vụ tích hợp, dịch vụ khác biệt thừa nhận router mạng có kiến trúc CQS Đồ án thực lập trình mô xác định lượng băng thông cung cấp cho luồng lưu lượng sử dụng thuật toán WFQ Rất mong đóng góp ý kiến thầy cô giáo bạn để đồ án hoàn chỉnh Tôi xin chân thành cảm ơn Đồ án tốt nghiệp Đại học Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO Grenville Arimitage “Quastlity of Service in IP Networks” Macmillan Technical Publishing – U.S.A Lin, D., and R Moris “Dynamics of Random Early Detection” Proceeding from ACM SIGCOMM 97 Cannes, France (October 1997) Floyd, S and V Jacobson “Random Early Detection Gateways for Congestion Avoice” IEEE/ACM Transactions on Networking 1, no.4 (August 1993) Hoàng Trọng Minh “Công nghệ chuyển mạch IP” Học viện công nghệ bưu viễn thông [...]... SNA… 1.3 Cấu trúc tiêu đề IPv4 và IPv6 1.3.1 Cấu trúc tiêu đề gói tin IPv4 Tiêu đề IP được thêm vào sau khi nó nhận được thông tin của tầng chuyển vận hoặc tầng ứng dụng, sau đó nó được đưa xuống tầng liên kết dữ liệu để truyền đi trên một phương tiện nhất định Chiều dài của tiêu đề IP có thể từ 20 bytes đến 60bytes trên các đường đi nếu những chức năng lưạ chọn được sử dụng Cấu trúc tiêu đề được chỉ... địa chỉ của nút, thiết bị định vị theo cấu trúc cây và khả năng tự định cấu hình và phát hiện các thiết bị xung quanh 1.3.3 Địa chỉ IPv4 Mỗi trạm trong mạng Internet đều được đặc trưng bởi một số hiệu nhất định gọi là địa chỉ IP Địa chỉ IP được sử dụng trong lớp mạng để định tuyến các gói tin qua mạng Do tổ chức và độ lớn của các mạng con trong liên mạng khác nhau nên người ta chia địa chỉ IP thành... kết v.v… QoS cần được cung cấp cho mỗi ứng dụng để người sử dụng có thể chạy ứng dụng đó, và mức QoS mà ứng dụng đòi hỏi chỉ có thể được xác định bởi người sử dụng, bởi vì chỉ người sử dụng mới có thể biết được chính xác ứng dụng của mình cần gì để hoạt động tốt Tuy nhiên, không phải người sử dụng tự động biết được mạng cần phải cung cấp những gì cần thiết cho ứng dụng, họ phải tìm hiểu các thông tin... dạng máy chủ hostID cũ Vấn đề mạng con sẽ góp phần giải quyết cho các bảng định tuyến trong các bộ định tuyến thực hiện đơn giản hơn trong quá trình tìm kiếm địa chỉ Sự phân mạng chia một địa chỉ IP đơn thành các mạng con Một mạng siêu nhỏ được tạo thành bởi việc tổng hợp nhiều mạng con, tạo thành một địa chỉ Đồ án tốt nghiệp Đại học Một số vấn đề tổng quan về mạng IP chung cho các mạng đó Việc tổng hợp... bảo mật mà IPv4 hiện không đáp ứng được đầy đủ Cấu trúc tiêu đề gói tin IPv6 được cho như hình vẽ 1.3: Hình 1.3: Khuôn dạng tiêu đề IPv6 Đồ án tốt nghiệp Đại học Một số vấn đề tổng quan về mạng IP Version: Chỉ ra phiên bản IPv6 (4 bits) Traffic Class: Lớp lưu lượng (8 bits), sử dụng để phân phối mức ưu tiên lưu lượng Internet Flow Label: Nhãn luồng (20 bits), được dùng để xác định cách xử lý đặc biệt... thay cho trường TTL trong tiêu đề IPv4 Source address: Địa chỉ nguồn IPv6 (128 bit) Destination address: Địa chỉ đích IPv6 (128 bit) Thế giới đang đối mặt với việc thiếu địa chỉ IP cho các thiết bị mạng, địa chỉ dài 32 bit không đáp ứng được sự bùng nổ của mạng Thêm nữa, IPv4 là giao thức cũ, không đáp ứng những yêu cầu mới về bảo mật, sự linh hoạt trong định tuyến và hỗ trợ lưu lượng, IPv6 được thiết... dạng mở rộng hơn IPv4 để giải quyết vấn đề này Tất cả các địa chỉ sử dụng trong Internet đều phải duy nhất Với phương thức định địa chỉ hiện nay thì việc thiếu địa chỉ sẽ xảy ra sớm hơn IPv6 là một giao thức thay thế có khả năng duy trì sự phát triển của Internet, giải quyết vấn đề không gian địa chỉ IP: 3,4x10 38 so với khoảng 4 tỉ địa chỉ IPv4 và những thuộc tính khác của Internet IPv6 không chỉ có... phải chạy chương trình RARP chủ • Tầng giao diện mạng Tầng giao diện mạng tương ứng với tầng liên kết dữ liệu và tầng vật lý trong mô hình OSI Tầng này cung cấp giao tiếp với mạng vật lý Nó bao gồm tất cả các thành phần phần cứng của cơ sở hạ tầng mạng, và thực hiện việc kiểm soát lỗi dữ liệu phân bố trên mạng vật lý, tạo các kết nối vật lý đến hệ thống cáp trong thời gian thích hợp, tạo khung thông tin...Đồ án tốt nghiệp Đại học Một số vấn đề tổng quan về mạng IP Protocol) chuyển đổi địa chỉ vật lý thành địa chỉ lôgic Nó được sử dụng trong trường hợp một máy biết địa chỉ vật lý của mình nhưng lại không biết địa chỉ IP Khi máy được bật, yêu cầu RARP được tạo ra và được gửi quảng bá trên mạng cục bộ Một máy khác trên mạng biết về mọi địa chỉ IP sẽ trả lời yêu cầu bằng bản tin trả lời RARP... nghiệp Đại học Chất lượng dịch vụ trong mạng IP CHƯƠNG II - CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG IP 2.1 Khái niệm QoS Khuyến nghị của CCITT là E800 đưa ra một tính chất chung của QoS (Quanlity of Service): “Hiệu ứng chung của đặc tính chất lượng dịch vụ là xác định mức độ hài lòng của người sử dụng đối với dịch vụ” Khuyến nghị ETR300 003 của ETSI chia và cải tiến định nghĩa của ITU thành các định nghĩa nhỏ