Nghiên cứu đánh giá hiệu suất giao thức SCTP

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN HỒNG MẠNH Nghiên cứu đánh giá hiệu suất giao thc SCTP luận văn thạc sĩ CễNG NGH THễNG TIN Hµ néi - 2006 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN HỒNG MẠNH Nghiên cứu đánh giá hiệu suất giao thức SCTP Mã số : 1.01.10 luận văn thạc sĩ CễNG NGH THễNG TIN Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Đình Việt Hµ néi - 2006 Luận văn tốt nghiệp cao học MỤC LỤC BẢNG DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 11 1.1 Khái quát mạng máy tính 11 1.1.1 Lịch sử hình thành mạng máy tính 11 1.1.2 Kiến trúc mạng 13 1.1.3 Nguyên tắc tổ chức trao đổi số liệu 14 1.1.4 Một số mạng máy tính tiêu biểu 15 1.1.4.1 Mạng diện rộng WAN 15 1.1.4.2 Mạng cục LAN 15 1.2 Mạng Internet 16 1.2.1 Kiến trúc mạng Internet 16 1.2.2 Mơ hình tham chiếu ISO OSI 16 1.2.3 Mơ hình SNA (Systems Netword Architecture) 18 1.2.4 Bộ giao thức TCP/IP 20 CHƢƠNG GIAO THỨC TRAO ĐỔI SỐ LIỆU 22 2.1 Một số khái niệm giao thức trao đổi số liệu 22 2.1.1 Định nghĩa 22 2.1.2 Đặc tả kiểm chứng giao thức 22 2.2 Giao thức TCP (Transmission Control Protocol) 23 2.2.1 Giới thiệu TCP 23 2.2.2 Cấu trúc gói số liệu TCP 24 2.2.3 Thiết lập kết thúc kết nối 26 2.2.3.1 Thiết lập kết nối 26 2.2.3.2 Kết thúc kết nối 26 2.3 Giao thức UDP (User Datagram Protocol) 27 2.4 Giao thức truyền tải thời gian thực RTP (Realtime Transfer Protocol) 28 2.5 Hạn chế TCP, UDP RTP 30 2.5.1 Hạn chế TCP 31 2.5.2 Hạn chế UDP 32 2.5.3 Hạn chế RTP 33 2.5.4 Yêu cầu cụ thể giao thức 33 CHƢƠNG 3: GIAO THỨC SCTP (STREAM CONTROL TRANSMISSION PROTOCOL) 34 3.1 Lịch sử mục đích phát triển giao thức SCTP 34 3.2 Các tính nối bật SCTP 36 3.3 Đặc tả giao thức SCTP [8] 38 3.3.1 Kiến trúc SCTP 38 3.3.2 Các chức SCTP 38 Luận văn tốt nghiệp cao học 3.3.3 Gói tin SCTP 40 3.3.3.1 Phần tiêu đề (Common header) 42 3.3.3.2 Trƣờng Chunk 42 3.3.4 Lƣu đồ trạng thái mô tả việc kết nối SCTP 49 3.3.4.1.Quá trình thiết lập kết nối hai đầu cuối SCTP 51 3.3.4.2 Kết thúc kết nối 52 3.3.4.3 Truyền liệu 53 3.3.5 Kiểm soát lỗi điều khiển tắc nghẽn 56 3.3.5.1 Điều khiển tắc nghẽn 56 3.3.5.2 Kiểm soát lỗi 58 3.3.6 Vấn đề an toàn liệu 59 3.4 SCTP, TCP UDP - Những điểm giống khác biệt 60 3.5 SCTP- Giao thức vận chuyển liệu tƣơng lai 68 CHƢƠNG 4: ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT 70 CỦA GIAO THỨC 70 4.1 Giới thiệu đánh giá hiệu suất giao thức 70 4.1.1 Khái niệm 70 4.1.2 Tầm quan trọng đánh giá hiệu suất [2] 70 4.1.3 Một số độ đo hiệu suất 71 4.1.4 Các phƣơng pháp đánh giá hiệu suất 71 4.2 So sánh phƣơng pháp đánh giá hiệu suất [2] 72 4.3 Bộ mô mạng NS-2 (Network Simulator 2) 73 4.3.1 Giới thiệu mô NS-2 73 4.3.2 Cấu trúc NS-2 74 4.3.3 Mô giao thức SCTP NS-2 76 CHƢƠNG KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT 79 GIAO THỨC SCTP 79 5.1 Mô đánh giá hiệu suất giao thức SCTP 79 5.2 Mục đích thực mơ 79 5.3 Cấu hình mạng mơ 80 5.4 Các mô đƣợc thực kết 81 5.4.1 Đánh giá thơng lƣợng chuẩn hố giao thức SCTP 81 5.4.2 Khả chịu lỗi SCTP không chia sẻ đƣờng truyền chung 83 5.4.3 SCTP TCP chia sẻ chung đƣờng truyền 86 5.4.4 Đa địa (Multihome) 89 5.5 Kết luận 90 KẾT LUẬN 91 PHƢƠNG HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 93 Luận văn tốt nghiệp cao học BẢNG DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DNS Domain Name System ESP Encapsulating Security Payload HOLB Head-of-line Blocking HTML Hypertext Markup Language HTTP Hypertext Transfer Protocol IEEE Institute of Electrical and Electronic Engineers IETF Internet Engineering Task Force IP Internet Protocol ISO International Standards Organization LAN Local Area Network MD5 Message Digest MDTP Multi-Network Datagram Transmission Protocol MTU Maximum Transfer Unit MTP Message transfer part M3UA MTP3 user adaptation layer OSI Open Systems Interconnection QoS Quality of Service RFC Request For Comments RTO Retransmission Time-Out RTP Real Time Protocol RTT Round Trip Time RUTS Requirements for Unicast Transport/Session SCCP Signaling Connection Control Part SCTP Stream Control Transport Protocol SLUM Support for Lots of Unicast Multiplexed Sessions SHA-1 Secure Hash Standard SIGTRAN Signaling Transport SIP Session Initiation Protocol SMTP Simple Mail Transport Protocol SNMP Simple Network Management Protocol Luận văn tốt nghiệp cao học SS7 Signaling System #7 ssthresh Slow Start Threshold SUA SCCP User Adaptation Layer TCB Transmission Control Block TCP Transmission Control Protocol TSN Transmission Sequence Number UDP User Data Protocol URL Uniform Resource Locators WWW World Wide Web Luận văn tốt nghiệp cao học DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU Hình 1.1 Các thành phần mạng máy tính……………………………………13 Hình 1.2 Mơ hình ISO-OSI………………………………………………….17 Hình 1.3 Mơ hình SNA…………………………………………………… 19 Hình 1.4 Bộ giao thức mạng Internet………………………………… 20 Hình 2.1 Gói số liệu IP với phần tiêu đề giả……………………………… 24 Hình 2.2 Cấu trúc gói số liệu IP…………………………………………… 24 Hình 2.3 Thiết lập kết nối……………………………………………………26 Hình 2.4 Kết thúc kết nối……………………………………………………27 Hình 2.5 Cấu trúc gói tin UDP………………………………………………27 Hình 2.6 Kiến trúc RTP…………………………………………………28 Hình 2.7 Các trƣờng gói tin RTP…………………………………… 29 Hình 2.8 Lỗi HOLB………………………………………………………….31 Hình 3.1 Giống nhƣ TCP UDP, SCTP sử dụng giao thức IP………37 Hình 3.2 Kết nối SCTP………………………………………………………37 Hình 3.3 Kiến trúc SCTP……………………………………………………38 Hình 3.4 Các chức SCTP…………….……………………………39 Hình 3.5 Cấu trúc gói tin SCTP………………………………………… …41 Hình 3.6 Tiêu đề gói tin SCTP………………………………………………42 Hình 3.7 Cấu trúc chunk SCTP…………………………………………43 Hình 3.8 Các trƣờng chunk Payload Data…………………………44 Hình 3.9 Cấu trúc chunk INIT……………………………………………….45 Hình 3.10 Cấu trúc SACK………………………………………………47 Hình 3.11 ví dụ SACK báo nhận lỗi…………………………………… 47 Hình 3.12 Cấu trúc chunk HEARTBEAT………………………………… 48 Hình 3.13 Lƣu đồ trạng thái SCTP………………………………………….50 Hình 3.14 Thiết lập kết nối SCTP………………………………………… 51 Hình 3.15 Kết thúc kết nối SCTP……………………………………………53 Hình 3.16 Kết nối SCTP (hình 1)……………………………………….63 Hình 3.17 Kết nối SCTP (hình 2)……………………………………….63 Hình 3.18 Kết nối SCTP TCP……………………………………… 64 Hình 3.19 Thiết lập kết nối SCTP TCP…………………………… 65 Luận văn tốt nghiệp cao học Hình 4.1 Các phƣơng pháp đánh giá hiệu suất………………………………71 Hình 4.2 Cấu trúc NS-2…………………………………………………74 Hình 4.3 Kiến trúc NS-2…………………………………………… …75 Hình 4.4 Mơ hình nút đa địa (multihome) SCTP NS-2……….76 Hình 5.1 Mạng mơ phỏng………………………………………………… 81 Hình 5.2 Đồ thị thơng lƣợng chuẩn hố theo thời gian mơ phỏng………… 83 Hình 5.3 Đồ thị thơng lƣợng SCTP TCP theo tỉ lệ lỗi……………….84 Hình 5.4 Đồ thị thăng giáng độ trễ gói tin SCTP TCP theo tỉ lệ lỗi…… 85 Hình 5.5 Đồ thị thơng lƣợng SCTP TCP chia sẻ chung đƣờng truyền……………………………………………………………………… 86 Hình 5.6 Đồ thị thơng lƣợng SCTP TCP kết nối………………87 Hình 5.7 Đồ thị thăng giáng độ trễ gói tin TCP SCTP chia sẻ chung đƣờng truyền có lỗi………………………………………………………….88 Hình 5.8 Ảnh hƣởng đa địa thông lƣợng SCTP TCP 89 Bảng 3.1 So sánh chức SCTP TCP UDP………… 68 Bảng 5.1 Các tham số mơ hình mơ phỏng………………………………80 Bảng 5.2 Thơng lƣợng chuẩn hố theo thời gian mơ phỏng……………… 82 Bảng 5.3 Thông lƣợng SCTP TCP theo tỉ lệ lỗi…………………… 84 Bảng 5.4 Thăng giáng độ trễ gói tin SCTP TCP theo tỉ lệ lỗi……….85 Bảng 5.5 Thơng lƣợng chuẩn hố SCTP TCP chia sẻ chung đƣờng truyền……………………………………………………………………… 86 Bảng 5.6 Thông lƣợng chuẩn hoá kết nối…………………………… 87 Bảng 5.7 Thăng giáng độ trễ SCTP TCP chia sẻ chung đƣờng truyền có lỗi………………………………………………………………….88 Luận văn tốt nghiệp cao học MỞ ĐẦU Thế kỷ 21 chứng kiến phát triển mạnh mẽ Công nghệ thông tin, hội tụ Công nghệ thông tin với viễn thông nhƣ phát triển mạng thông tin máy tính tồn cầu Internet Mạng Internet đời phát triển 30 năm qua Hiện nay, Internet mở rộng thành liên mạng phạm vi toàn cầu, mạng tất mạng đƣợc coi sở hạ tầng truyền thông xã hội loài ngƣời tƣơng lai Internet trở thành thƣớc đo đánh giá phát triển quốc gia, khu vực, thâm nhập vào công sở, trƣờng học, khách sạn Với Internet, ngƣời liên lạc với dù nơi trái đất, miễn nơi có mạng đƣợc kết nối với mạng Internet Và thông qua Internet, khoảng cách dƣờng nhƣ thu hẹp lại Bộ giao thức TCP/IP đƣợc sử dụng từ ngày giữ vai trò định hoạt động mạng TCP hoạt động tốt mạng truyền thông sử dụng đƣờng truyền có dây với tỉ suất lỗi bít thấp, tin cậy máy tính nối mạng cố định Đối với mạng nhƣ vậy, việc gói số liệu TCP tín hiệu báo tắc nghẽn xẩy phản ứng cách giảm lƣu lƣợng đƣa vào mạng Tuy nhiên, năm gần đây, với phát triển công nghệ mạng, hàng loạt ứng dụng sử dụng Internet nhƣ truyền số liệu video, điện thoại IP (IP telephony), hội thảo từ xa (teleconferencing), học từ xa Các ứng dụng yêu cầu sử dụng môi trƣờng truyền thơng có tính liên tục u cầu chất lƣợng truyền tải liệu khác với ứng dụng truyền thống (email, Web ) Các ứng dụng lƣu trữ liệu server ngƣời dùng phải tải bắt đầu sử dụng, hay truyền thơng âm hình ảnh tƣơng tác thời gian thực (real-time interactive audio and video) Các ứng dụng địi hỏi việc truyền thơng tin đa phƣơng tiện phải đáp ứng thời gian thực độ trễ nhƣ thăng giáng độ trễ (jitter) Luận văn tốt nghiệp cao học thông tin phải nhỏ Đối với ứng dụng nhƣ vậy, việc sử dụng giao thức TCP đạt hiệu thấp, không đáp ứng đƣợc yêu cầu Ngoài ra, thực tế yêu cầu cần phải mở rộng Internet, cho phép kết nối mạng khác vào Internet sử dụng nhiều loại mơi trƣờng truyền với đặc tính khác độ trễ lan truyền, lỗi truyền, băng thông Giao thức TCP phản ứng với gói tin chất lƣợng đƣờng truyền xấu giống nhƣ phản ứng với tƣợng tắc nghẽn, giảm lƣu lƣợng đƣa vào mạng [4] Phản ứng nhƣ rõ ràng khơng thích hợp làm cho hiệu suất TCP bị giảm trầm trọng Để cải thiện điều này, có hai hƣớng Hƣớng thứ đề xuất áp dụng nhiều phƣơng pháp khác để cải thiện hiệu suất TCP Các phƣơng pháp đƣợc chia thành hai loại chính: loại thứ phƣơng pháp thực che dấu gói số liệu khơng phải tắc nghẽn, làm cho đƣờng truyền chất lƣợng thể trƣớc bên gửi nhƣ đƣờng truyền tốt nhƣng với thông lƣợng nhỏ hơn[7]; loại thứ hai bao gồm phƣơng pháp cải tiến giao thức TCP số chế, làm cho bên gửi có khả phân biệt đƣợc nguyên nhân gây gói số liệu, nhờ tránh đƣợc sai lầm làm giảm hiệu suất TCP [2] Bản chất phƣơng pháp khơng thực thuật tốn tránh tắc nghẽn không xẩy tắc nghẽn Tuy nhiên, ứng dụng xuất địi hỏi độ tin cậy nhƣng khơng thiết phải đảm bảo tính tồn khối lƣợng liệu truyền tải mà thƣờng yêu cầu đảm bảo tính phần liệu Sự đảm bảo liệu tồn TCP làm tăng độ trễ liệu truyền tải (nhƣ lỗi HOLB) Ngoài ra, TCP khơng có chế dự phịng đƣờng truyền, đƣờng truyền bị “đứt”, kết nối kết thúc, khó đảm bảo tính sẵn sàng, lại yêu cầu bắt buộc ứng dụng này… Chính thế, hƣớng thứ hai xây dựng giao thức hoàn toàn, tiếp thu kinh nghiệm xây dựng từ giao thức trƣớc, bao gồm TCP UDP Giao thức đáp ứng yêu cầu truyền liệu với ứng dụng Luận văn tốt nghiệp cao học phía nhận Mặt khác, thăng giáng đại lƣợng gián tiếp thể độ trễ đƣờng truyền Với ƣu điểm đƣợc thiết kế, thăng giáng SCTP có phù hợp với truyền thơng đa phƣơng tiện không? Các vấn đề đƣợc nghiên cứu cụ thể tiến hành mô sau 5.3 Cấu hình mạng mơ Các thí nghiệm mơ đƣợc trình bày chƣơng sử dụng mạng mơ nhƣ sau: Mạng có node, đƣợc đánh số từ đến Đƣờng truyền node song cơng (full-duplex), với cấu hình kết nối gồm hai tham số băng thông đƣờng truyền độ trễ nhƣ sau: Node - node Băng thông Độ trễ 2–4 10 Mbps 5ms 3–5 10 Mbps 5ms 2–3 1.54 Mbps 20 ms 6–7 1.54 Mbps 20 ms 0–2 10 Mbps 5ms 3–1 10 Mbps 5ms 0–6 10 Mbps 5ms 1–7 10 Mbps 5ms Bảng 5.1 Các tham số mơ hình mơ Ở đây, kết nối node – node – mô mạng WAN với băng thông tƣơng đối thấp độ trễ cao Kết nối node trƣờng hợp coi đại diện cho kết nối mạng diện rộng Băng thông node 1.54 Mbps, tƣơng đƣơng với kênh truyền T1 Các node đồng thời đóng vai trị router định tuyến Kết nối node cịn lại mơ mạng cục LAN với băng thông lớn (10 Mbps) độ trễ truyền thấp (5 ms) 80 Luận văn tốt nghiệp cao học Node hai node đa địa (Multihome) Mỗi node có node lõi hai giao diện truyền tải Các giao diện node đƣợc kết nối lần lƣợt với node Các giao diện truyền tải node đƣợc kết nối lần lƣợt với node Băng thông độ trễ giao diện node 10Mbps 5ms Trong mô phỏng, node đa địa sử dụng giao diện kết nối với node để truyền tải liệu Đƣờng truyền node - đƣợc sử dụng nhƣ đƣờng truyền dự phòng cho node đa địa chỉ, đƣợc sử dụng mô thể tác dụng đa địa chỉ, đƣờng truyền node tạm ngừng hoạt động Các tham số khác mạng mô phỏng: - Các thực thể gửi hai nguồn phát ftp0 ftp1 - Kích thƣớc hàng đợi đƣợc lấy 100 gói tin Gói tin SCTP có kích thƣớc 1000Byte, bao gồm byte header Việc thiết lập loại gói tin có kích cỡ 1000 byte giúp cho việc tính tốn đơn giản Các tham số khác dùng tham số mặc định Hình 5.1 Mạng mơ 5.4 Các mô đƣợc thực kết 5.4.1 Đánh giá thơng lƣợng chuẩn hố giao thức SCTP Để đánh giá hiệu suất giao thức truyền tải số liệu, cần phải đánh giá chất lƣợng truyền tải giao thức Chất lƣợng truyền tải giao thức đƣợc xác định nhiều đại lƣợng khác Trong mô này, thực việc đánh giá thơng lƣợng chuẩn hố giao 81 Luận văn tốt nghiệp cao học thức chia sẻ đƣờng truyền với giao thức truyền tải khác, qua xác định đƣợc thời gian cần thiết để thực mô sau Chúng tiến hành mô với thời gian mô bắt đầu 20s, 40s Thời gian tối đa 300s Đại lƣợng thơng lƣợng chuẩn hố đƣợc sử dụng tỉ số thông lƣợng đo đƣợc dung lƣợng kênh truyền [2] (giá trị cụ thể 1.54M) Các kết mô đƣợc liệt kê bảng đƣợc biểu diễn dƣới dạng đồ thị nhƣ sau: Stt Thời gian Thông lƣợng chuẩn hố(%) mơ (s) 10 11 12 13 14 15 20 94.13 40 94.75 60 94.95 80 95.05 100 95.12 120 95.16 140 95.19 160 95.21 180 95.23 200 95.24 220 95.25 240 95.26 260 95.27 280 95.28 300 95.28 Tỉ lệ trung bình 95.1 Bảng 5.2 Thơng lƣợng chuẩn hố theo thời gian mơ Kết đƣợc thể đồ thị: 82 Luận văn tốt nghiệp cao học Hình 5.2 Đồ thị thơng lƣợng chuẩn hố theo thời gian mô Từ kết mô thấy:  Thơng lƣợng chuẩn hố (là tỉ lệ sử dụng băng thông đƣờng truyền) giao thức SCTP đạt tỉ lệ trung bình 95,1%  Thời gian mô lần sau chọn 100s, khoảng thời gian thông lƣợng SCTP đạt đến độ hội tụ 5.4.2 Khả chịu lỗi SCTP không chia sẻ đƣờng truyền chung Trong mô trƣớc, đánh giá đại lƣợng thông lƣợng chuẩn hố giao thức đƣờng truyền khơng có lỗi Trong mô này, đánh giá thơng lƣợng chuẩn hố thăng giáng (jitter) độ trễ gói tin giao thức SCTP đƣờng truyền có lỗi, qua đánh giá đƣợc khả khắc phục lỗi SCTP Để đánh giá khả khắc phục lỗi SCTP, thực mô so sánh với TCP, giao thức dùng phổ biến đƣợc đánh giá cao khả phát khắc phục có lỗi Đánh giá dựa khối lƣợng thông tin truyền tải đến đích thơng qua thơng lƣợng hay tỉ lệ sử dụng đƣờng truyền hai giao thức 83 Luận văn tốt nghiệp cao học thăng giáng độ trễ trung bình giao thức với điều kiện nhƣ Mơ hình lỗi mơ hình lỗi đồng (uniform), với tỉ suất lỗi tỉ lệ gói tin (packet) bị Việc sử dụng nguồn phát FTP nguồn phát với tốc độ thay đổi, phụ thuộc vào chế điều khiển lƣu lƣợng giao thức, qua đánh giá khả sử dụng tối đa đƣờng truyền hai giao thức đƣờng truyền có lỗi với tỉ lệ lỗi tăng dần Sau kết tỉ lệ sử dụng đƣờng truyền (tính %) SCTP so với TCP đƣợc thể bảng đồ thị Tỉ lệ lỗi (%) TCP SCTP SCTP/TCP 61.24 29.16 18.97 12.8 82.39 51.36 38.67 32.89 134.53% 176.13% 203.84% 256.95% Bảng 5.3 Thông lƣợng SCTP TCP theo tỉ lệ lỗi Kết đồ thị: Hình 5.3 Đồ thị thơng lƣợng SCTP TCP theo tỉ lệ lỗi Thăng giáng độ trễ gói tin hai giao thức (tính s) thể bảng đồ thị: 84 Luận văn tốt nghiệp cao học Tỉ lệ lỗi (%) SCTP TCP Tỉ lệ SCTP/TCP 0.0052 0.0059 0.009 0.0118 0.0135 0.0054 0.0077 0.0141 0.0222 0.0331 96.30% 76.62% 63.83% 53.15% 40.79% Bảng 5.4 Thăng giáng độ trễ gói tin SCTP TCP theo tỉ lệ lỗi Kết đồ thị: Hình 5.4 Đồ thị thăng giáng độ trễ gói tin SCTP TCP theo tỉ lệ lỗi Từ kết thấy:  Khi đƣờng truyền có lỗi, SCTP có khả truyền tải liệu cao TCP (từ 134% đến 256%), hay băng thông SCTP cao so với TCP  Khi đƣờng truyền khơng có lỗi (tỉ lệ lỗi không), thăng giáng độ trễ gói tin SCTP thấp so với thăng giáng độ trễ gói tin TCP, nhƣng độ lệch nhỏ  Khi đƣờng truyền có lỗi thăng giáng độ trễ gói tin TCP cao SCTP Tỉ lệ chênh lệch tăng lên nhanh tỉ lệ lỗi 85 Luận văn tốt nghiệp cao học đƣờng truyền tăng Điều cho thấy khả đáp ứng ứng dụng truyền thông đa phƣơng tiện hay ứng dụng thời gian thực SCTP tốt so với TCP 5.4.3 SCTP TCP chia sẻ chung đƣờng truyền Trong mô đánh giá chất lƣợng truyền tải giao thức SCTP điều kiện phải chia sẻ chung đƣờng truyền với giao thức khác (ở giao thức TCP) a Thông lƣợng SCTP TCP Để đánh giá hiệu suất SCTP điều kiện phải chia sẻ đƣờng truyền với giao thức khác, cho TCP SCTP truyền tải liệu với loại nguồn phát chia sẻ chung đƣờng truyền qua mạng WAN Thơng lƣợng chuẩn hố (tính %) SCTP TCP đƣợc thể qua bảng đồ thị sau: Tỉ lệ lỗi (%) SCTP TCP SCTP/TCP 58.99 35.04 168,4% 48.95 26.68 183,5% 40.85 19.18 213% 33.51 11.96 280,2% Bảng 5.5 Thông lƣợng chuẩn hoá SCTP TCP chia sẻ chung đƣờng truyền Kết đồ thị: Hình 5.5 Đồ thị thông lƣợng SCTP TCP chia sẻ 86 Luận văn tốt nghiệp cao học chung đƣờng truyền Kết đồ thị cho thấy:  Khi phải chia sẻ đƣờng truyền chung với giao thức khác (ở TCP) SCTP có thơng lƣợng chuẩn hố cao hay tỉ lệ sử dụng đƣờng truyền SCTP đƣợc cải thiện đáng kể so với TCP (từ 168% đến 280%) Tuy nhiên, Internet mạng thông tin chia sẻ công thông lƣợng đƣờng truyền cho kết nối Vậy SCTP có thực chia sẻ cơng đƣờng truyền với giao thức khác không? Để đánh giá SCTP có giao thức chia sẻ cơng đƣờng truyền không (cụ thể kết nối mạng WAN node node 3), thực mô với số kết nối thời gian tăng lên, cụ thể kết nối (2 TCP SCTP) thời gian mô 150s Thơng lƣợng chuẩn hố kết nối đạt đƣợc nhƣ sau: Tên kết nối TCP1 TCP2 SCTP1 SCTP2 Thơng lƣợng chuẩn hố đạt đƣợc (%) 22.03 21.53 27.11 24.55 Bảng 5.6 Kết thông lƣợng chuẩn hố kết nối Đồ thị thể thơng lƣợng kết nối nhƣ sau:  Hình 5.6 Đồ thị thông lƣợng SCTP TCP kết nối 87 Luận văn tốt nghiệp cao học Từ kết cho thấy:  SCTP tuân thủ nguyên tắc chia sẻ công đƣờng truyền Khi số kết nối tăng, công chia sẻ đƣờng truyền rõ nét  Mặc dù chia sẻ công đƣờng truyền với kết nối khác (ở TCP) nhƣng SCTP có thơng lƣợng sử dụng cao b Thăng giáng độ trễ gói tin SCTP TCP chia sẻ chung đƣờng truyền có lỗi Cùng với việc đánh giá thơng lƣợng SCTP điều kiện phải chia sẻ đƣờng truyền với giao thức khác, đánh giá thăng giáng độ trễ (so với độ trễ trung bình) gói tin TCP so với SCTP Kết bảng đồ thị nhƣ sau: Tỉ lệ lỗi (%) SCTP 0.0083 0.0098 0.0115 0.0136 TCP 0.0136 0.0162 0.0221 0.0365 61.03% 60.49% 52.04% 37.26% SCTP/TCP Bảng 5.7 Kết thăng giáng độ trễ SCTP TCP chia sẻ chung đƣờng truyền có lỗi Hình 5.7 Đồ thị thăng giáng độ trễ gói tin TCP SCTP chia sẻ chung đƣờng truyền có lỗi 88 Luận văn tốt nghiệp cao học Qua bảng kết đồ thị trên, nhận xét: Tƣơng tự nhƣ trƣờng hợp không chia sẻ chung đƣờng truyền, phải chia sẻ chung đƣờng truyền có lỗi, thăng giáng độ trễ gói tin TCP cao hẳn so với gói tin SCTP Tỉ lệ lỗi lớn độ lệch cao Điều lần cho thấy SCTP đáp ứng cho ứng dụng địi hỏi có độ trễ thấp tốt TCP 5.4.4 Đa địa (Multihome) Để thấy đƣợc ƣu đa địa chỉ, thực mô cho TCP SCTP truyền tải liệu đồng thời chia sẻ chung đƣờng truyền qua node Thời gian mô 100s Kịch mô nhƣ sau:  Ban đầu, SCTP node sử dụng đƣờng truyền qua node -3  Tại giây thứ 35 kết nối – bị “đứt”  Tại giây thứ 60, kết nối – đƣợc “nối” lại  Tại thời điểm có kết nối đƣợc “nối” Đồ thị sau thể thông lƣợng SCTP TCP theo thời gian: Hình 5.8 Ảnh hƣởng đa địa thông lƣợng SCTP TCP 89 Luận văn tốt nghiệp cao học Từ đồ thị thấy: Sau đƣờng truyền bị “đứt”, SCTP tự động chuyển sang đƣờng truyền dự phịng Ở đƣờng truyền này, khơng phải chia sẻ với TCP nên thông lƣợng SCTP đạt đến thơng lƣợng tối đa TCP khơng có chế đa địa nên thơng lƣợng giảm Sau đƣờng truyền đƣợc “nối” lại, TCP khoảng thời gian thiết lập lại đƣợc kết nối bắt đầu tiếp tục truyền tải Khi chuyển sang truyền tải đƣờng truyền ban đầu với TCP, thông lƣợng SCTP giảm dần thông lƣợng TCP tăng dần, nhƣng biên độ tăng giảm chậm so với thời điểm bắt đầu 5.5 Kết luận Từ kết mô thực việc đánh giá hiệu suất giao thức SCTP, thấy: - Thơng lƣợng chuẩn hố trung bình SCTP đạt 95.1% - SCTP có khả khắc phục lỗi cao so với TCP, tỉ suất sử dụng đƣờng truyền có lỗi cao TCP - Khi chia sẻ băng thông đƣờng truyền với TCP, SCTP đảm bảo nguyên tắc chia sẻ băng thông đƣờng truyền công Tuy nhiên, thông lƣợng truyền tải SCTP cao TCP chế điều khiển kiểm soát tắc nghẽn có nhiều ƣu điểm - Thăng giáng độ trễ gói tin SCTP đƣờng truyền khơng có lỗi nhƣ có lỗi thấp so với TCP Khi tỉ suất lỗi cao chênh lệch thể rõ Điều cho thấy SCTP đáp ứng ứng dụng thời gian thực tốt TCP - Cơ chế đa địa tăng khả dung lỗi SCTP lỗi vật lý đƣờng truyền Từ nhận xét trên, thấy sử dụng giao thức SCTP ứng dụng truyền thông đa phƣơng tiện với yêu cầu cao băng thông, độ tin cậy, độ trễ gói tin nhƣ độ an tồn có hiệu cao dùng giao thức truyền tải số liệu khác nhƣ TCP UDP 90 Luận văn tốt nghiệp cao học KẾT LUẬN Cùng với phát triển Internet, ứng dụng dựa mạng Internet đã, đƣợc đƣa vào sử dụng ngày phong phú đa dạng Vì vậy, vai trò giao thức SCTP ngày bật Trong tƣơng lai không xa SCTP đƣợc tích hợp vào nhân hệ điều hành, SCTP dần thay TCP truyền tải liệu phục vụ ứng dụng Với mục tiêu cung cấp nhìn tồn diện giao thức SCTP với đánh giá so sánh SCTP với giao thức truyền tải số liệu đƣợc sử dụng rộng rãi mạng nhƣ TCP UDP, luận văn đạt đƣợc kết sau đây: Nghiên cứu chế hoạt động giao thức SCTP, rõ đặc điểm SCTP kế thừa phát huy từ ƣu điểm TCP UDP cho mục đích truyền thơng đa phƣơng tiện Nghiên cứu mô để thấy rõ ƣu điểm SCTP:  Sử dụng hiệu đƣờng truyền (có thể đạt thơng lƣợng chuẩn hố 95.1%), giữ đƣợc ƣu điểm TCP chia sẻ công đƣờng truyền với kết nối khác  Giảm thăng giáng độ trễ (Jitter) gói tin so với TCP  Khả multihoming PHƢƠNG HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Trên sở đạt đƣợc, dự kiến tiếp tục nghiên cứu vấn đề sau: Nghiên cứu đánh giá cụ thể ảnh hƣởng chế điều khiển lƣu lƣợng khắc phục tắc nghẽn SCTP, bƣớc đầu đƣa số cải thiện chế điều khiển lƣu lƣợng khắc phục tắc nghẽn 91 Luận văn tốt nghiệp cao học Nghiên cứu đánh giá hiệu suất giao thức SCTP mạng không dây, cụ thể nhƣ đánh giá hiệu suất giao thức SCTP mạng hỗn hợp (mạng có thiết bị đầu cuối kết nối có dây khơng dây) Nghiên cứu đánh giá ảnh hƣởng chế multihome multistream hiệu suất giao thức với mức độ lỗi đƣờng truyền khác Cuối cùng, lần nữa, xin chân thành cảm ơn tận tình hƣớng dẫn, bảo Tiến sỹ Nguyễn Đình Việt, cảm ơn tất bạn bè, đồng nghiệp giúp đỡ tơi hồn thành luận văn 92 Luận văn tốt nghiệp cao học TÀI LIỆU THAM KHẢO A Tài liệu Tiếng Việt Vũ Duy Lợi (2002), Mạng thơng tin máy tính, Nhà xuất Thế giới Nguyễn Đình Việt (2003), "Đánh giá hiệu suất mạng thông tin máy tinh", Luận án tiến sỹ toán học B Tài liệu Tiếng Anh Armando L Caro Jr, keyur Shah, Janardhan R Iyengar, Raul D Amer, "Congestion Control: SCTP vs TCP" Machael J Karel, Van Jacobson (1988), "Congestion Avoidance and Control" Laila Daniel (8/2001), "Reliability and availability in Stream control transport protocal" Gonzalo Carmarillo, Henning Schulzringne & Raimo Kantola (2002), "Signalling Transport protocal" N.H.Vaida, P.Krishna, Bikram S.Bakshi, , D.K.Pradhan (1996), "Improving performance of TCP over wireless Networks", Texas A&M University Technical Report, Tr-96-014 RFC2960 -SCTP RFC793 - TCP 10.RFC1889 - RTP 11 http://www.isi.edu/nsnam 12 http://www.isi.edu/vint 13 http://www-mash.cs.berkeley.edu/vint/xgraph 14 Rumana Alamgir, William Ivancic, "Effect of congestion control on the performance of TCP and SCTP over satellite networks" 15 Rajesh Rajamani, Sumil Kumar & Nikhil Gupta (2002), "SCTP versus TCP: comparing the performance of transport protocals for web traffic" 16 T.Henderson, E.Sahouria, S.Mc Canne & R.H.Katz (1998), "On improving the fairness of TCP congestion avoidance" 93 Luận văn tốt nghiệp cao học 17 D Chiu and R Jain (1989), "Analysis of the increase and decrease algorithms for congestion avoidance in computer network" 18.Jae Chung, Mark Claypool, "Ns by example" 19 Leonard Kleinrock, Fellow (1993), "On the modeling and analysis of computer networks", proceeding of the IEEE vol 81 20.Eitan Altman & Tania Jimenez (2003-2004), "Ns simulator for beginners", lecture-node 21.Helen M.Robison, Randall R.Stewart and Ken A.Morneault (2004), "Next generation transport", Cisco system users magazine, second quarter 2004 22.Kevin Fall, Kannan Varadhan (2005), “The NS manual”, Chƣơng 33 Phần 94