Luận văn thạc sĩ các kế hoạch quản lý hàng đợi động cho truyền thông đa phương tiện

1 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ LÊ XUÂN ANH CÁC KẾ HOẠCH QUẢN LÝ HÀNG ĐỢI ĐỘNG CHO TRUYỀN THÔNG ĐA PHƯƠNG TIỆN Ngành: Công Nghệ Thông Tin Chuyên ngành: Truyền liệu Mạng máy tính Mã số: LUẬN VĂN THẠC SĨ TRUYỀN DỮ LIỆU VÀ MẠNG MÁY TÍNH NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Đình Việt Hà Nội – 2016 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận Văn riêng Kết đạt Luận văn sản phẩm riêng cá nhân tôi, không dùng hình thức chép lại từ cơng trình người khác Những phần trình bày nội dung Luận văn này, cá nhân tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu khác Tôi xin cam đoan tất tài liệu tham khảo có xuất xứ rõ ràng trích dẫn quy cách, quy định Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm chịu hình thức kỷ luật theo quy định cho lời cam đoan Hà Nội, 11/2016 Lê Xuân Anh LỜI CÁM ƠN Trước hết xin gửi lời cảm ơn chân thành, sâu sắc tới người hướng dẫn tơi, thầy PGS.TS Nguyễn Đình Việt – Giảng viên khoa Công nghệ Thông tin - Trường Đại học Công nghệ - Đại học Quốc Gia Hà Nội, người định hướng đề tài, định hướng nghiên cứu, luôn tận tình giúp đỡ, hướng dẫn bảo tơi suốt trình thực luận văn cao học Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy cô giảng dạy giúp đỡ suốt trình nghiên cứu học tập trường Đại Học Công Nghệ - Đại Học Quốc Gia Hà Nội Sau cùng, xin cám ơn biết ơn tới gia đình, người thân tơi, người ủng hộ, khuyến khích, giúp đỡ tơi nhiều trình học tập thực luận văn Do điều kiện nghiên cứu, kiến thức có hạn, nên luận văn khơng tránh khỏi sơ suất, kính mong nhận góp ý q thầy cơ, bạn bè đồng nghiệp để luận văn hoàn thiện Hà Nội, 11/2016 Lê Xuân Anh MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CÁM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ 11 DANH MỤC CÁC BẢNG 12 MỞ ĐẦU 13 Mục đích ý nghĩa đề tài 13 Cấu trúc chương 15 CHƯƠNG GIỚI THIỆU 16 1.1 Mạng Internet giao thức TCP/IP 16 1.1.1 Mạng Internet 16 1.1.2 Giao thức tầng giao vận: TCP UDP 17 1.2 Khái niệm hệ thống thời gian thực, multimedia, QoS đảm bảo QoS 21 1.2.1 Hệ thống thời gian thực 21 1.2.2 Truyền thông đa phương tiện (multimedia) 22 1.2.3 Khái niệm QoS đảm bảo QoS 23 1.3 Dịch vụ cố gắng tối đa (Best Effort) truyền thông đa phương tiện 26 1.3.1 Hạn chế dịch vụ cố gắng tối đa 27 1.3.2 Tổng quan phương pháp đảm bảo QoS cho truyền thông multimedia dịch vụ Best Effort 28 1.4 Hiệu Đánh giá hiệu mạng 33 1.4.1 Hiệu 33 1.4.2 Các phương pháp đánh giá hiệu mạng 34 CHƯƠNG CÁC KẾ HOẠCH QUẢN LÝ HÀNG ĐỢI ĐỘNG CHO TRUYỀN THÔNG ĐA PHƯƠNG TIỆN TRÊN KIẾN TRÚC MẠNG TRUYỀN THỐNG 36 2.1 Cách tiếp cận truyền thống hệ 36 2.1.1 Hiện tượng Lock-Out Global Synchronization 36 2.1.2 Hiện tượng Full Queues 37 2.2 Chiến lược AQM 37 2.2.1 Giảm số gói tin bị loại bỏ router 37 2.2.2 Giảm độ trễ 37 2.2.3 Tránh tượng Lock-Out 38 2.3 Chiến lược RED 38 2.3.1 Giới thiệu 38 2.3.2 Nguyên tắc hoạt động 38 2.3.3 Mục tiêu 39 2.3.4 Giải thuật 39 2.3.5 Thiết lập tham số cho RED 42 2.3.6 Mô RED so sánh với DropTail 43 2.4 Adaptive-RED (A-RED) 48 2.4.1 Thuật toán A-RED 49 2.4.2 Thiết lập tham số 50 2.4.3 Mô A-RED 52 CHƯƠNG CÁC KẾ HOẠCH QUẢN LÝ HÀNG ĐỢI ĐỘNG CHO TRUYỀN THÔNG ĐA PHƯƠNG TIỆN TRONG KIẾN TRÚC CÁC DỊCH VỤ PHÂN LOẠI 57 3.1 Mơ hình DiffServ 57 3.1.2 Đánh dấu gói DiffServ 60 3.1.3 Đối xử theo chặng PHB 61 3.1.4 DiffServ mô NS2 63 3.2 Thuật toán RIO 66 3.2.1 Ý tưởng RIO 66 3.2.2 Thuật toán RIO 67 CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ RED, RIO VÀ SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA LUỒNG ĐỘT BIẾN GÂY RA CHO CÁC LUỒNG ƯU TIÊN TRONG KIẾN TRÚC MẠNG DIFFSERV, SỬ DỤNG AQM RIO BẰNG MÔ PHỎNG 70 4.1 Đánh giá RIO so sánh với RED 70 4.1.1 Cấu hình mạng mơ 70 4.1.2 Kết mô 71 4.1.3 Nhận xét cá nhân 72 4.2 Mô DiffServ sử dụng AQM RIO-C, mục tiêu đánh giá đảm bảo chất lượng dịch vụ truyền thông đa phương tiện 73 4.2.1 Cấu hình mạng mơ 73 4.2.2 Kết mô nhận xét với trường hợp 76 KẾT LUẬN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 84 A KẾT LUẬN 84 B PHƯƠNG HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 86 A TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT 86 B TÀI LIỆU TIẾNG ANH 86 PHỤ LỤC 88 File red.tcl redPerl.pl (mục 2.4.6.1) 88 File Red.tcl: Tính kích thước hàng đợi, hàng đợi trung bình vẽ đồ thị 88 File redPerl.pl: Dùng để tính hệ số sử dụng đường truyền (%), thông lượng kết nối tcp 92 File ared.tcl (mục 2.5.3) 93 File mô RIO DiffServ (chương 4) 97 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT A-RED Adaptive - Random Early Drop; Adaptive-RED A-RIO Adaptive – RED with In and Out bit; Adaptive-RIO ACL Access Control Lists AF Assured Forwarding AQM Active Queue Management ARPANET Advanced Research Projects Agency Network CA Congestion Avoidance CBR Constant Bit Rate CBS Commited Burst Size CIR Commited Information Rate CP Code Point DS Differentiated Services DSCP Differentiated Service Code Point EBS Excess Burst Size ECN Explicit Congestion Notification EF Expedited Forwarding FCFS First Come First Serve FIFO First In First Out FTP File Transfer Protocol HTTP HyperText Transfer Protocol IETF Internet Engineering Task Force IntServ Integrated Services IP Internet Protocol ISP Internet Service Provider LAN Local Area Network NS Network Simulator PHB Per-Hop Behavior PIR Peak Information Rate PBS Peak burst size PQ Priority Queue QoS Quality of Service RED Random Early Detection; Random Early Drop RIO RED with In and Out bit RIO-C RIO-Coupled RIO-D RIO-Decoupled RSVP Resource Revervation Protocol RTT Round Trip Time SS Slow Start TCP Transmission Control Protocol ToS Type of Service TSW2CM Time Sliding Window with Two Color Marking/Maker TSW3CM Time Sliding Window with Three Color Marking/Maker srTCM Single Rate Three ColorMaker TSW Time Sliding Window UDP User Datagram Protocol WFQ Weighted Fair Queuing WRED Weighted RED DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: TCP Header Hình 1.2: UDP Header Hình 1.3: Kiến trúc QoS Hình 1.4: Các tham số QoS Hình 1.5: Ba mức QoS mạng khơng đồng Hình 1.6: Độ trễ end-to-end Hình 1.7: Mối quan hệ thời gian tạm dừng mát gói tin Hình 2.1: Cơ chế lập lịch FCFS/FIFO Hình 2.2: Ví dụ chế phục vụ FCFS/FIFO Hình 2.3: Cơ chế lập lịch hàng đợi có xét độ ưu tiên Hình 2.4: Ví dụ chế lập lịch hàng đợi có xét độ ưu tiên Hình 2.5: Giải thuật tổng quát cho RED gateways Hình 2.6: Giải thuật RED chi tiết Hình 2.7: Cấu hình mạng mơ so sánh RED DropTail Hình 2.8: Kết mơ với DropTail Hình 2.9: Kết mơ với RED Hình 2.10: Thuật tốn hiệu chỉnh maxp A-RED Hình 2.11: Cấu hình mạng mơ so sánh RED A-RED Hình 2.12: Kết hàng đợi trung bình RED mơ trường hợp so sánh RED A-RED Hình 2.13: Kết hàng đợi trung bình A-RED mơ trường hợp so sánh RED A-RED Hình 2.14: Kết hàng đợi trung bình RED mơ trường hợp so sánh RED A-RED 10 Hình 2.15: Kết hàng đợi trung bình A-RED mô trường hợp so sánh RED A-RED Hình 3.1: Kiến trúc DiffServ đơn giản Hình 3.2: Mơ hình DiffServ mạng biên mạng lõi Hình 3.3: Xử lý chuyển tiếp nhanh EF PHB Hình 3.4: Các phân lớp AF PHB Hình 3.5: Thuật tốn RIO Hình 3.6: Thuật tốn RED (a) RIO (b) Hình 4.1: Cấu hình mạng mơ so sánh RIO RED Hình 4.2: Kết mơ với RED Hình 4.3: Kết mơ với RIO-TSW Hình 4.4: Cấu hình mạng mơ DiffServ Hình 4.5: Băng thơng đường truyền tương ứng với luồng lưu lượng Hình 4.6: Tỷ lệ gói tin tương ứng theo thời gian với luồng Hình 4.7: Kích thước hàng đợi RIO-C Hình 4.8: Băng thơng đường truyền tương ứng với luồng lưu lượng Hình 4.9: Tỷ lệ gói tin tương ứng theo thời gian với luồng Hình 4.10: Kích thước hàng đợi RIO-C Hình 4.11: Băng thơng đường truyền tương ứng với luồng lưu lượng Hình 4.12: Tỷ lệ gói tin tương ứng theo thời gian với luồng Hình 4.13: Tỷ lệ gói tin tương ứng theo thời gian với luồng (phóng to giai đoạn loại bỏ) Hình 4.14: Kích thước hàng đợi RIO-C 94 set aqm_ ;# is RED, is A-RED set title "ARED" set numSrcs 55 set finish_time_ 80 set firstTimeStart 0.1 set secondTimeStart 40 set tf [open queue$title.out w] set qmon [open stats$title.tr w] # AQM config Queue/RED set thresh_ Queue/RED set maxthresh_ 15 Queue/RED set linterm_ 10 Queue/RED set q_weight_ 0.002 Queue/RED set queue_in_bytes_ Queue/RED set adaptive_ $aqm_ Queue/RED set alpha_ 0.02 Queue/RED set beta_ 0.9 set R1 [$ns node] set R2 [$ns node] set dest [$ns node] $ns duplex-link $R1 $R2 1Mbps 20ms RED $ns queue-limit $R1 $R2 $queue_size_ $ns queue-limit $R2 $R1 $queue_size_ 95 $ns duplex-link $R2 $dest 1Mbps 10ms DropTail for {set i 1} { $i "cur.tr";}} cur1.tr set f [open queue.tr w] puts $f \"queue exec cat cur.tr >@ $f puts $f \n\"ave_queue exec cat ave.tr >@ $f close $f exec xgraph queue.tr -t "$title Queue" -bb -nb -x "Time(s)" -y "Length(pkts)" & exit } $ns at $finish_time_ "finish" $ns run  File mô RIO DiffServ (chương 4) remove-all-packet-headers ; # removes all except common add-packet-header Flags IP RTP TCP ; # hdrs reqd for validation test # FOR UPDATING GLOBAL DEFAULTS: Agent/TCP set minrto_ # default changed on 10/14/2004 Queue/RED set bytes_ false # default changed on 10/11/2004 Queue/RED set queue_in_bytes_ false # default changed on 10/11/2004 98 #Queue/RED set q_weight_ 0.002 #Queue/RED set thresh_ #Queue/RED set maxthresh_ 15 # The RED parameter defaults are being changed for automatic configuration Class TestSuite proc usage {} { global argv0 puts stderr "usage: ns $argv0 " exit } # Set up parameters for ds redqs for a link TestSuite instproc create_DSQueue {} { $self instvar packetSize numSrcs targetdelay min_in max_in min_out max_out pmax_in pmax_out pmax in_wq out_wq minth maxth $self instvar ns cir1 cir2 s C Ed d MaxQueueSize aqm qCEd # Set DS RED parameters from Edge to Core: for {set i 1} { $i