Các kế hoạch quản lý hàng đợi động cho truyền thông đa phương tiện

1 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ LÊ XUÂN ANH CÁC KẾ HOẠCH QUẢN LÝ HÀNG ĐỢI ĐỘNG CHO TRUYỀN THÔNG ĐA PHƢƠNG TIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ TRUYỀN DỮ LIỆU VÀ MẠNG MÁY TÍNH Hà Nội – 2016 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ LÊ XUÂN ANH CÁC KẾ HOẠCH QUẢN LÝ HÀNG ĐỢI ĐỘNG CHO TRUYỀN THÔNG ĐA PHƢƠNG 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 NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Đình Việt Hà Nội – 2016 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận Văn riêng Kết đạt đƣợc Luận văn sản phẩm riêng cá nhân tơi, khơng dùng hình thức chép lại từ cơng trình ngƣời khác Những phần đƣợc trình bày nội dung Luận văn này, cá nhân đƣợc tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu khác Tôi xin cam đoan tất tài liệu tham khảo có xuất xứ rõ ràng đƣợc 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 Trƣớc hết xin gửi lời cảm ơn chân thành, sâu sắc tới ngƣời hƣớng dẫn tơi, thầy PGS.TS Nguyễn Đình Việt – Giảng viên khoa Công nghệ Thông tin - Trƣờng Đại học Công nghệ - Đại học Quốc Gia Hà Nội, ngƣời định hƣớng đề tài, định hƣớng nghiên cứu, ln ln tận tình giúp đỡ, hƣớng dẫn bảo tơi suốt q trình thực luận văn cao học Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy cô giảng dạy giúp đỡ tơi suốt q trình nghiên cứu học tập trƣờng Đại Học Công Nghệ - Đại Học Quốc Gia Hà Nội Sau cùng, xin cám ơn biết ơn tới gia đình, ngƣời thân tơi, ngƣời ủng hộ, khuyến khích, giúp đỡ tơi nhiều q 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 đƣợc góp ý quý thầy cô, bạn bè đồng nghiệp để luận văn đƣợc 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 10 DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ 12 DANH MỤC CÁC BẢNG 13 MỞ ĐẦU 14 Mục đích ý nghĩa đề tài 14 Cấu trúc chƣơng 16 CHƢƠNG GIỚI THIỆU 17 1.1 Mạng Internet giao thức TCP/IP 17 1.1.1 Mạng Internet 17 1.1.2 Giao thức tầng giao vận: TCP UDP 18 1.2 Khái niệm hệ thống thời gian thực, multimedia, QoS đảm bảo QoS 22 1.2.1 Hệ thống thời gian thực 22 1.2.2 Truyền thông đa phƣơng tiện (multimedia) 23 1.2.3 Khái niệm QoS đảm bảo QoS 24 1.3 Dịch vụ cố gắng tối đa (Best Effort) truyền thông đa phƣơng tiện 27 1.3.1 Hạn chế dịch vụ cố gắng tối đa 28 1.3.2 Tổng quan phƣơng pháp đảm bảo QoS cho truyền thông multimedia dịch vụ Best Effort 29 1.4 Hiệu Đánh giá hiệu mạng 34 1.4.1 Hiệu 34 1.4.2 Các phƣơng pháp đánh giá hiệu mạng 35 CHƢƠNG CÁC KẾ HOẠCH QUẢN LÝ HÀNG ĐỢI ĐỘNG CHO TRUYỀN THÔNG ĐA PHƢƠNG TIỆN TRÊN KIẾN TRÚC MẠNG TRUYỀN THỐNG 37 2.1 Cách tiếp cận truyền thống hệ 37 2.1.1 Hiện tƣợng Lock-Out Global Synchronization 37 2.1.2 Hiện tƣợng Full Queues 38 2.2 Chiến lƣợc AQM 38 2.2.1 Giảm số gói tin bị loại bỏ router 38 2.2.2 Giảm độ trễ 38 2.2.3 Tránh tƣợng Lock-Out 39 2.3 Chiến lƣợc RED 39 2.3.1 Giới thiệu 39 2.3.2 Nguyên tắc hoạt động 39 2.3.3 Mục tiêu 40 2.3.4 Giải thuật 40 2.3.5 Thiết lập tham số cho RED 43 2.3.6 Mô RED so sánh với DropTail 44 2.4 Adaptive-RED (A-RED) 49 2.4.1 Thuật toán A-RED 50 2.4.2 Thiết lập tham số 51 2.4.3 Mô A-RED 53 CHƢƠNG CÁC KẾ HOẠCH QUẢN LÝ HÀNG ĐỢI ĐỘNG CHO TRUYỀN THÔNG ĐA PHƢƠNG TIỆN TRONG KIẾN TRÚC CÁC DỊCH VỤ PHÂN LOẠI 58 3.1 Mơ hình DiffServ 58 3.1.2 Đánh dấu gói DiffServ 61 3.1.3 Đối xử theo chặng PHB 62 3.1.4 DiffServ mô NS2 64 3.2 Thuật toán RIO 67 3.2.1 Ý tƣởng RIO 67 3.2.2 Thuật toán RIO 68 CHƢƠNG ĐÁNH GIÁ RED, RIO VÀ SỰ ẢNH HƢỞNG CỦA LUỒNG ĐỘT BIẾN GÂY RA CHO CÁC LUỒNG ƢU TIÊN TRONG KIẾN TRÚC MẠNG DIFFSERV, SỬ DỤNG AQM RIO BẰNG MÔ PHỎNG 71 4.1 Đánh giá RIO so sánh với RED 71 4.1.1 Cấu hình mạng mơ 71 4.1.2 Kết mô 72 4.1.3 Nhận xét cá nhân 73 4.2 Mô DiffServ sử dụng AQM RIO-C, mục tiêu đánh giá đảm bảo chất lƣợng dịch vụ truyền thông đa phƣơng tiện 74 4.2.1 Cấu hình mạng mơ 74 4.2.2 Kết mô nhận xét với trƣờng hợp 77 KẾT LUẬN VÀ PHƢƠNG HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 85 A KẾT LUẬN 85 B PHƢƠNG HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87 A TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT 87 B TÀI LIỆU TIẾNG ANH 87 PHỤ LỤC 89 File red.tcl redPerl.pl (mục 2.4.6.1) 89 File Red.tcl: Tính kích thƣớc hàng đợi, hàng đợi trung bình vẽ đồ thị 89 File redPerl.pl: Dùng để tính hệ số sử dụng đƣờng truyền (%), thông lƣợng kết nối tcp 93 File ared.tcl (mục 2.5.3) 94 File mô RIO DiffServ (chƣơng 4) 98 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 10 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 ƣu tiên Hình 2.4: Ví dụ chế lập lịch hàng đợi có xét độ ƣu 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 trƣờng hợp so sánh RED A-RED Hình 2.13: Kết hàng đợi trung bình A-RED mô trƣờng hợp so sánh RED A-RED Hình 2.14: Kết hàng đợi trung bình RED mô trƣờng hợp so sánh RED A-RED 95 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_ 96 $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 (chƣơng 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 99 #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