TCP là giao thức điều khiển truyền dựa trên truyền tải đáng tin cậy đầu đến cuối. Đặc biệt thành phần mạng trở thành mạng không dây và mạng di động từ mạng có dây đã đề xuất nhiều thuật toán TCP được tối ưu hoá trong môi trường đa dạng. Tuy nhiên, khi TCP được tạo ra, nó được thiết kế dựa trên liên kết có dây, liên kết không dây gây ra lỗi đường truyền nhiều hơn liên kết có dây 1. Vấn đề của mạng tuỳ biến không dây là sự thay đổi đường đi, mờ dần, nhiễu, ngắt kết nối và thiết bị đầu cuối ẩn đi. Lỗi đường truyền trong mạng tuỳ biến không dây chưa chắc là do dấu hiệu tắc nghẽn không dây. Các thuật toán điều khiển tắc nghẽn của TCP đôi khi tỏ ra kém hiệu quả trong mạng không dây. Vì vậy người ta đưa vào mạng không dây một số giao thức định tuyến để khắc phục các vấn đề nói trên. Trong bài viết này, chúng tôi tìm hiểu và phân tích hoạt động của giao thức định tuyến AODV trên TCP.
Tiểu luận môn: Mạng kỹ thuật truyền liệu Đề tài: THỰC HIỆN PHÂN TÍCH TCP SỬ DỤNG GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN AODV TRÊN MẠNG MANET TÓM TẮT TCP giao thức điều khiển truyền dựa truyền tải đáng tin cậy đầu đến cuối Đặc biệt thành phần mạng trở thành mạng không dây mạng di động từ mạng có dây đề xuất nhiều thuật tốn TCP tối ưu hố mơi trường đa dạng Tuy nhiên, TCP tạo ra, thiết kế dựa liên kết có dây, liên kết không dây gây lỗi đường truyền nhiều liên kết có dây [1] Vấn đề mạng tuỳ biến không dây thay đổi đường đi, mờ dần, nhiễu, ngắt kết nối thiết bị đầu cuối ẩn Lỗi đường truyền mạng tuỳ biến không dây chưa dấu hiệu tắc nghẽn không dây Các thuật tốn điều khiển tắc nghẽn TCP đơi tỏ hiệu mạng không dây Vì người ta đưa vào mạng khơng dây số giao thức định tuyến để khắc phục vấn đề nói Trong viết này, chúng tơi tìm hiểu phân tích hoạt động giao thức định tuyến AODV TCP I GIỚI THIỆU Gần đây, việc sử dụng mạng không dây phổ biến Giao tiếp sử dụng cảm biến nhỏ gọi công nghệ cho phát triển phổ biến mạng cảm biến có mơi trường mạng tuỳ biến mà nút di động kết nối mạng tự cấu hình với Do đó, có nhiều nghiên cứu mơi trường mạng cảm biến mạng tuỳ biến thực Tuy nhiên, mạng tuỳ biến không dây định tuyến, mờ dần, ồn ào, nhiễu, cắt kết nối vấn đề thiết bị đầu cuối bị ẩn Nó cấu hình mơ hình động từ nút di chuyển, mát gói tin lỗi đường truyền thường xuyên Nguyên nhân lỗi đường truyền mạng tuỳ biến không dây thường dấu hiệu tắc nghẽn mạng [2] [3] Tình gây xuống cấp hiêu suất TCP[4] Trong viết này, chúng tơi tìm hiểu thuật tốn điều khiển tắc nghẽn TCP vấn đề chế mạng tuỳ biến không dây sau đó, chúng tơi nghiên cứu hoạt động giao thức định tuyến AODV TCP mạng tùy biến khơng dây II THUẬT TỐN TẮC NGHẼN TCP TCP sử dụng thuật toán điều khiển luồng kiểm soát tắc nghẽn, xử lý lưu lượng truy cập liệu mạng Thuật tốn điều khiển tắc nghẽn TCP gồm có bắt đầu chậm, tránh tắc nghẽn, truyền lại nhanh phục hồi nhanh II.1 TCP Tahoe Hình 1: Điều khiển tắc nghẽn TCP-Tahoe Khi hết thời gian chờ xảy mát gói tin, biến ngưỡng(ssthresh) thiết lập để kích thước cửa sổ Sau đó, cwnd thiết lập lại Khi nơi gửi nhận tín hiệu ACK, Cwnd tăng lên từ đạt đến ngưỡng Giai đoạn gọi giai đoạn phục hồi tắc nghẽn Kích thước cửa sổ tăng lên theo cấp số nhân suốt giai đoạn phục hồi tắc nghẽn sau kích thước cửa sổ tăng lên theo tuyến tính suốt giai đoạn tránh tắc nghẽn II.2 TCP Reno TCP Reno thực tốt so với TCP Tahoe TCP Reno có giai đoạn giai đoạn tránh tắc nghẽn giai đoạn bắt đầu chậm hết thời gian chờ ACK bắt đầu chậm sử dụng TCP Tahoe Mặt khác, bên gửi nhận ACK, kích thước cửa sổ tắc nghẽn thiết lập Cwnd bắt đầu giai đoạn tránh tắc nghẽn Sự phục hồi TCP Reno cửa sổ tắc nghẽn tối ưu hoá TCP Reno làm nhiều gói tin cửa sổ tắc nghẽn gây nên hiệu suất Bởi gói tin TCP Reno truyền lại gói tin cho RTT(round trip time) II.3 TCP new Reno TCP new Reno phiên cải tiến Reno nhằm tránh suy giảm Cwnd vài phân đoạn từ cửa sổ liệu bị mất[5] Giống TCP Reno, TCP new Reno tham gia vào việc truyền lại nhanh nhận gói tin trùng lặp Tuy nhiên khác với TCP Reno chổ khơng khỏi việc phục hồi nhanh tất tài liệu ghi nhận phục hồi nhanh Vì khắc phục vấn đề phải đối mặt với TCP Reno giảm Cwnd mạnh Giai đoạn truyền tải nhanh giống TCP Reno Sự khác biệt giai đoạn phục hồi nhanh cho phép truyền lại TCP Reno, TCP Reno vào việc phục hồi nhanh lưu ý đoạn lớn chưa thực xong TCP new Reno thực tế cho phép RTT để phát gói tin bị Khi tín hiệu trả cho đoạn truyền lại đầu tiện nhận được, sau ta suy đoạn khác bị II.4 TCP Vegas TCP Vegas dự đốn điều kiện sử dụng băng thông mạng Sự công hiệu tốt so với giải thuật TCP khác [6] Sự khác biệt thông lượng trông đợi (expected throughput) với thông lượng thực tế (actual throughput) Thuật tốn TCP Vegas ước lượng bang thơng mạng có sẵn Nếu actual throughput expect throughput gần giá trị delta tương đối Ta xem xét việc ùn tắc khơng xảy mạng Nếu actual throughput nhỏ so với expected throughput , giá trị delta tương đối lớn, vậy, mạng tắc nghẽn Tuy nhiên, TCP Vegas phụ thuộc vào tỷ lệ trông đợi việc tính tốn băng thơng III TCP TRONG MẠNG TUỲ BIẾN KHƠNG DÂY Trong mạng tuỳ biến khơng dây, thay đổi thường xun mơ hình mạng tuỳ biến làm cho TCP đầu đến cuối kiểm sốt trở nên khó khăn Mạng tuỳ biến khơng dây có tỷ lệ lỗi bít cao vấn đề định tuyến, mờ dần, tiếng ồn, nhiễu, ngắt kết nối vấn đề thiết bị đầu cuối ẩn Mạng tuỳ biến khơng dây cấu hình theo cấu trúc động bỡi nút di động Tỷ lệ lỗi bít cao kênh khơng dây có nhiều loại khác Các liên kết tuyến đường bất đối xứng ảnh hưởng tới hiệu suất TCP Trong kết nối TCP, lien kết tuyến đường thường xuyên thay đổi, trình định tuyến lại nhiều thời gian, thời gian vượt giá trị thời gian chờ TCP, kết làm giảm cửa sổ tắc nghẽn hiệu suất TCP Vì thuật toán điều khiển tắc đạt hiệu suất Từ nguồn tới đích, tuyến đường thường xuyên thay đổi nút di chuyển môi trường không dây Giao thức định tuyến tuỳ biến không dây sử dụng giao thức định tuyến theo yêu cầu Từ nguồn đến đích, tuyến đường có nhiều đường, gói tin qua nhiều đường khác để tới đích, thuộc tính khơng xử lý, gói tin xếp kích hoạt truyền lại giả mạo gây nhầm lẫn điều khiển tắc nghẽn TCP Việc nhận gói có trật tự, người gửi nhận ACK, gây hiệu suất sau thực chế kiểm soát tắc nghẽn IV HOẠT ĐỘNG CỦA GIAO THỨC AODV( Adhoc On – Deman Distant Vector) AODV (Ad Hoc On-Demand Distance Vector) giao thức dựa thuật toán vector khoảng cách AODV tối thiểu hoá số tin quảng bá cần thiết cách tạo tuyến sở theo yêu cầu Quá trình định tuyến giao thức AODV mơ tả sơ đồ sau: Khi nút nguồn muốn gởi tin đến nút đích khơng biết có tuyến đến đích đó, phải khởi đầu q trình khám phá đường truyền Nó phát quảng bá gói yêu cầu tuyến (RREQ) đến nút lân cận Các nút lân cận sau chuyển tiếp gói yêu cầu đến nút lân cận khác chúng Quá trình tiếp tục có nút trung gian xác định tuyến “đủ tươi” để đạt đến đích AODV sử dụng số thứ tự đích để đảm bảo tất tuyến không lặp chứa hầu hết thơng tin tuyến Mỗi nút trì số với ID quảng bá ID quảng bá tăng lên nút khởi đầu RREQ, với địa IP nút, xác định RREQ Cùng với số ID quảng bá, nút nguồn bao gồm RREQ hầu hết số đích mà có Các nút trung gian trả lời RREQ chúng có tuyến đến đích mà số đích tương ứng lớn số chứa RREQ Trong suốt trình chuyển tiếp RREQ, nút trung gian ghi vào Bảng định tuyến chúng địa nút lân cận từ nhận gói quảng bá, theo thiết lập đường dẫn theo thời gian Nếu RREQ nhận sau đó, gói bị huỷ bỏ Một RREQ đạt đến đích hay nút trung gian với tuyến “đủ tươi”, nút đích (hoặc nút trung gian) đáp ứng lại cách phát đơn phương gói đáp ứng tuyến (RREP) ngược nút lân cận mà từ thu RREQ Khi RREP định tuyến ngược theo đường dẫn, nút đường dẫn thiết lập thực thể tuyến chuyển tiếp Bảng định tuyến nút mà nhận RREP Các thực thể tuyến chuyển tiếp thị tuyến chuyển tiếp tích cực Cùng với thực thể tuyến định thời tuyến có nhiệm vụ xố thực thể khơng sử dụng thời hạn xác định Do RREP chuyển tiếp đường dẫn thiết lập RREQ nên AODV hỗ trợ việc sử dụng đường truyền đối xứng Trong AODV, tuyến đươc trì điều kiện sau: Nếu nút nguồn chuyển động, phải khởi động lại giao thức khám phá tuyến để tìm tuyến đến đích Nếu nút tuyến chuyển động, nút lân cận luồng lên ý đến chuyển động truyền tin “Khai báo cố đường thông” (một RREP không xác định) đến nút lân cận tích cực luồng lên để thơng báo cho nút xố phần tuyến Các nút thực chất truyền “Thơng báo cố đường thông” đến nút lân cận luồng lên Quá trình tiếp tục đạt đến nút nguồn Nút nguồn sau chọn khởi động lại q trình khám phá tuyến cho đích tuyến cần thiết [4] Ngoài ra, giao thức sử dụng tin HELLO phát quảng bá định kỳ nút để thông báo cho tất nút khác nút lân cận Các tin HELLO sử dụng để trì khả kết nối cục nút Tuy nhiên, việc sử dụng tin HELLO không cần thiết Các nút lắng nghe việc truyền lại gói liệu để đảm bảo đạt đến chặng Nếu không nghe việc truyền lại thế, nút sử dụng số kỹ thuật, kể việc tiếp nhận tin HELLO Các tin HELLO liệt kê nút khác mà từ nút di động nghe tin báo, tạo khả liên kết lớn cho mạng V THỰC HIỆN PHÂN TÍCH TCP SỬ DỤNG GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN AODV Hình Mơ hình mơ Để đánh giá hiệu suất thuật toán TCP, thực mô NS2 mơ hình mạng đơn giản Như thể hình 2, nút nguồn, nút nút đích Ngồi có nhiều nút di động định tuyến nút nút Lưu lượng liệu thí nghiệm phiên FTP TCP Kích thước gói tin TCP 1040 byte TCP ACK 60 byte Các lớp liên kết sử dụng IEEE 802.11 giao thức MAC [8] băng thông 10Mbps Thời gian trì hỗn đường truyền 10ms, sử dụng giao thức định tuyến AODV Như thể hình 2, bắt đầu thời gian mơ 10 giây sau nút rời khỏi phạm vi nút nút sau 70 giây Khi mô 120 giây, tuyến đường thiết lập lại bỡi nút đặt nút nút 5, thời gian kết thúc mô 150 giây Khi lớp vận chuyển chọn TCP Tahoe, TCP Reno, TCP new Reno TCP vegas mạng tuỳ biến khơng dây Hình cho thấy số thứ tự gói tin ACK Trong hình 2, kích thước cấu trúc liên kết thiết lập 800m Mô so sánh hiệu suất thuật toán TCP Mạng tuỳ biến khơng dây khơng có tuyến đường cố định cấu hình cấu trúc liên kết động nút di động Như thể hình 2(b), số thứ tự TCP không tăng sau 70 giây bỡi đường bị cắt nút di chuyển Con đường định tuyến lại sau 120 giây Nhưng TCP Tahoe có số thứ tự khơng tăng ACK đến bỡi gói chuyển tiếp, TCP Tahoe khơng gửi gói tin khác nên số thứ tự khơng tăng lên TCP new Reno cho biết số thấp hồn tồn so với thuật tốn TCP khác TCP new Reno hứng chịu thực tế RTT phát gói tin bị Kết TCP new Reno tạo hiệu suất Nhưng TCP Reno có hiệu suất tốt so với thuật toán TCP khác Mặc dù lỗi đường truyền gây mát nhiều gói tin mạng tuỳ biến không dây, bên gửi nhận ACK kích thước cửa sổ thiết lập Cwnd bắt đầu giai đoạn tránh tắc nghẽn Có thể cho TCP Reno thực thơng lượng cao mạng tuỳ biến khơng dây Từ hình 4(a) đến 4(d) cho thấy kích thước cửa sổ TCP Ở hình 4(d), kích thước cửa sổ tắc nghẽn TCP Vegas có thay đổi nhỏ bỡi kích thước cửa sổ tăng giảm nhiều đoạn theo tỷ lệ trông đợi, mà gửi tính tốn đoạn Thể hình 4(a) đến 4(c), đường dẫn bị cắt nút di chuyển sau 70 giây, TCP thiết lập để kích thước cửa sổ tắc nghẽn kích thước cửa sổ tắc nghẽn thiết lập lại một, sau bắt đầu khởi động chậm Mơ thuật toán TCP tương tự chế kiểm soát tắc nghẽn TCP Khi đường bị cắt 70 giây, kích thước cửa sổ tắc nghẽn thuật toán TCP thiết lập Cwnd Sau đường định tuyến 120 giây, kích thước cửa sổ tắc nghẽn tăng theo cấp số nhân, bắt đầu khởi động chậm TCP cơng nhận tình tắc nghẽn mạng để định tuyến lại bỡi nút di động Tóm lại, coi kết tình thực thuật toán điều khiển tắc nghẽn kích thước trở thành Cuối thuật tốn TCP kích hoạt thuật tốn điều khiển tắc nghẽn khơng cần thiết gây hiệu suất Hình 5:Thơng lượng TCP Tahoe TCP new Reno Hình cho thấy thông lượng TCP Tahoe TCP new Reno Như hình 4, thuật tốn TCP Tahoe TCP new Reno thực so với thuật toán TCP khác TCP Tahoe tăng việc truyền lại nhiều gói tin bị bỡi nút di động Khi TCP Tahoe thực việc truyền lại khơng có hiệu cho đếm thời gian truyền dẫn không sử dụng Mặc dù TCP new Reno trở nên khó khăn kết nối TCP, tuyến đường lien kết thường xuyên thay đổi, trình định tuyến lại thường nhiều thời gian, thời gian vượt giá trị thời gian chờ TCP, kết phải giảm cửa sổ tắc nghẽn, tỷ lệ lỗi bít cao…tiến hành hồi phục cuối thời gian mơ nói chung có hiệu suất Từ TCP new Reno xảy nhiều tổn thất gói tin, 10 có nhiều RTT Có thể TCP new Reno khơng xác mạng tuỳ biến khơng dây, nơi mà bùng nổ tổn thất gói tin thường xuyên xảy Hình 6: Thơng lượng TCP Reno TCP Vegas Hình cho thấy thơng lượng TCP Reno TCP Vegas TCP Reno TCP Vegas thực tốt so với TCP Tahoe TCP new Reno Đặc biệt TCP Reno tăng tương đối thời điểm bắt đầu Tuy nhiên TCP Reno tạo hiệu suất khơng tốt TCP Vegas gói tin bị tổn thất thường xuyên Tuy nhiên, TCP Reno thực thông lượng tốt TCP khác sau 120 phút Thuật toán TCP Vegas dự đoán trước tốc độ truyền Bỡi TCP Vegas khơng thể dự đốn xác tắc nghẽn mạng mạng tuỳ biến không dây, nơi mà bùng nổ tổn thất gói tin thường xun xảy Thơng lượng TCP Vegas tương đối thấp TCP Reno 11 VI XÂY DỰNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG TRÊN NS2 Mơ hình1: Đây mơ hình đề tài nhằm mơ q trình định tuyến lại mạng tùy biến khơng dây, sử dụng giao thức định tuyến AODV nút di chuyển Trong mơ hình node node nguồn, node node đích Các node lại đóng vai trò router giao thức định tuyến gọi đến Phạm vi mạng 800x100m, kích thước gói tin 1040byte Thời gian trễ hệ thống 2ms, Thời gian mô rút gọn 3.2s Quá trình truyền 0s Đến 0.7s, node node di chuyển đổi chổ cho Kết từ giây thứ 0.7 trở đi, giao thức thực định tuyến lại đến giây thứ 1.8, Việc định tuyến lại kết thúc giao thức bắt đầu truyền lại gói tin Kết mô tương tự đề tài đưa 12 Mơ hình 2: Mơ hình nhằm khảo sát trình định tuyến lại node đích di chuyển xa ngồi phạm vi truyền node nguồn Trong mơ hình trên, node node nguồn node đích Các node lại đóng vai trò router giao thức AODV u cầu định tuyến lại Phạm vi mạng 700x200 Kích thước gói tin 210byte Thời gian trễ hệ thống 2ms Thời gian mô 4s Quá trình truyền 0s Lúc đầu, node phạm vi truyền node 3, node3 truyền trực tiếp gói tin cho node0 node4 nằm phạm vi node node0 Sau 0.5s, node0 di chuyển phạm vi truyền, giao thức AODV tiến hành định tuyến lại đường truyền từ 2 0 Đến giây thứ 1.5, việc định tuyến kết thúc bắt đầu truyền lại Sau 2.0s, node0 lại di chuyển xa phạm vi node2, q trình định tuyến lại kích hoạt đường truyền xác định từ 3210 Nhận xét: Ở lần định tuyến lại đầu tiên, thời gian để định tuyến nhiều Bởi lần này, giao thức phải tạo bảng định tuyến cho tất node Ở lần 2, việc định tuyến diễn nhanh cập nhật lại thông tin Chúng ta thấy lần định tuyến này, đường 3410 ngắn hớn đường 3210 AODV không chọn Theo dõi q trình mơ ta thấy việc định tuyến lại lần thứ xuất phát từ node2 _ node cuối trao đổi với node đích Node gửi gói tin quảng bá tìm đường đến node0 Như việc định 13 tuyến nhanh hơn, nhiên, phương án định tuyến chưa đường ngắn 14 VII KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU Trong viết này, chúng tơi nghiên cứu thuật tốn điều khiển tắc nghẽn TCP vấn đề hiệu suất TCP mạng tuỳ biến không dây Việc thực TCP ảnh hưởng trực tiếp tới thông lượng TCP hiệu truyền thơng mạng Bỡi TCP thiết kế để làm việc mạng có dây Hiệu thật tồi tệ sử dụng mạng tuỳ biến không dây Sự thay đổi thường xuyên mơ hình mạng tuỳ biến khơng dây gây TCP đầu cuối kiểm sốt trở nên khó khăn Trong kết nối TCP, tuyến đường liên kết thường xuyên thay đổi, trình định tuyến lại thường nhiều thời gian, thời gian vượt giá trị thời gian chờ, kết phải giảm cửa sổ tắc nghẽn, tỷ lệ lỗi bít cao kênh khơng dây có vấn đề khác gồm định tuyến, mờ dần, tiếng ồn, nhiễu, kết nối vấn đề thiết bị đầu cuối ẩn Các tuyến đường lien kết bất đối xứng ảnh hưởng tới hiệu suất TCP Vì vậy, viết mạng tuỳ biến không dây có tác dụng tên thuật tốn điều khiển tắc nghẽn Sử dụng NS2 nút di chuyển mạng tuỳ biến không dây Chúng nghiên cứu số thứ tự gói ACK, kích thước cửa sổ tắc nghẽn thơng lượng thuật tốn TCP Kết mô cho thấy, TCP Reno cung cấp hiệu suất tốt TCP Tahoe, TCP New Reno TCP Vegas mạng tuỳ biến không dây TCP Reno nhận gói liệu ổn định môi trường tuỳ biến không dây Mặc dù TCP Reno có thơng lượng q trình nút di chuyển, TCP Reno cho thấy tỷ lệ gói tin nhận cao thuật toán TCP khác Nhưng mạng tuỳ biến không dây xem xét nhiều vấn đề gồm NLOS, thiết bị đầu cuối ẩn Do thuật toán TCP phải nghiên cứu liên tục để TCP đáng tin cậy thích nghi Đề tài tìm hiểu xây dựng mơ hình mơ q trình định tuyến lại mạng tùy biến khơng dây Trong trình xây dựng, đề tài đưa số nhận xét đặc điểm giao thức định tuyến AODV, đồng thời so sánh kết giao thức TCP sử dụng giao thức định tuyến AODV Tuy nhiên, trình độ thân thời gian hạn hẹp nên đề tài chưa xây dựng tiêu hợp lý để đánh giá giao thức Vì vậy, tiếp tục chúng tơi tìm hiểu đánh giá mạng, đồng thời đưa tiêu chí để đánh giá khác giao thức TCP kết hợp với giao thức định tuyến AODV Đồng thời tìm hiểu kỹ thuật tốn định 15 tuyến AODV số giao thức định tuyến khác mạng Adhoc để hoàn thiện thêm đề tài 16 17 MỤC LỤC I GIỚI THIỆU .2 II THUẬT TOÁN TẮC NGHẼN TCP .2 II.1 TCP Tahoe II.2 TCP Reno II.3 TCP new Reno II.4 TCP Vegas III TCP TRONG MẠNG TUỲ BIẾN KHÔNG DÂY IV HOẠT ĐỘNG CỦA GIAO THỨC AODV( Adhoc On – Deman Distant Vector) V THỰC HIỆN PHÂN TÍCH TCP SỬ DỤNG GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN AODV VI XÂY DỰNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG TRÊN NS2 .12 VII KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU 15 17 18 ... trình định tuyến lại mạng tùy biến khơng dây Trong q trình xây dựng, đề tài đưa số nhận xét đặc điểm giao thức định tuyến AODV, đồng thời so sánh kết giao thức TCP sử dụng giao thức định tuyến AODV. .. tìm hiểu phân tích hoạt động giao thức định tuyến AODV TCP I GIỚI THIỆU Gần đây, việc sử dụng mạng không dây phổ biến Giao tiếp sử dụng cảm biến nhỏ gọi cơng nghệ cho phát triển phổ biến mạng cảm... trình định tuyến lại mạng tùy biến không dây, sử dụng giao thức định tuyến AODV nút di chuyển Trong mơ hình node node nguồn, node node đích Các node lại đóng vai trò router giao thức định tuyến