tiểu luận môn học truyền thông không dây đề tài multipath TCP

ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ THƠNG TIN Mơn học: TRUYỀN THƠNG KHƠNG DÂY Đề tài: Multipath TCP Giảng viên hướng dẫn: Mai Xuân Phú Sinh viên thực hiện: Lê Hoàng Khánh Cao Trần Hữu Lộc Trương Quang Lân Đồ án cuối kì MỤC LỤC DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT PHẦN MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ GIAO THỨC TCP 1.1 Giới thiệu TCP .5 1.2 Cấu trúc TCP Segment 1.3 Quá trình hoạt động giao thức TCP 1.4 Điều khiển luồng TCP 11 1.4.1 Stop-and-wait 11 1.4.2 Sliding Window 12 1.5 Điều khiển tắc nghẽn TCP 15 1.5.1 Slow Start .15 1.5.2 Congestion Avoidance 15 1.5.3 Fast Recovery 16 1.5.4 Fast Retransmit 16 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ GIAO THỨC MULTIPATH TCP 17 2.1 Nguyên nhân đời MP TCP 17 2.2 Lợi ích MP TCP .17 2.3 Những mục tiêu đặt thiết kế MP TCP 17 2.4 Mơ hình phân chia chức MP TCP 19 2.5 Các thành phần MP TCP 20 CHƯƠNG 3: HOẠT ĐỘNG CỦA GIAO THỨC MP TCP 23 3.1 Các loại tin MP TCP .23 3.2 Quá trình thiết lập kết nối .24 3.3 Khởi tạo luồng 27 3.4 Quản lý đường dẫn .28 3.4.1 Thêm địa chỉ(Add Address) 29 3.4.2 Xóa địa chỉ(Remove Address) 30 3.5 Quá trình truyền liệu 31 3.5.1 Ánh xạ số thứ tự liệu(Data Sequence Mapping) .31 3.5.2 Báo nhận liệu 31 3.5.3 Cửa sổ nhận(Receive Window) 32 Trang Đồ án cuối kì 3.5.4 Xem xét phía bên gửi .32 3.5.5 Điều khiển tắc nghẽn(congestion control) .32 3.5.6 Các sách luồng 33 3.5.7 Truyền lại .33 3.6 Đóng kết nối 33 CHƯƠNG 4: ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN 35 4.1 Các nguyên nhân gây tắc nghẽn .35 4.2 Khái niệm điều khiển tắc nghẽn 35 4.3 Thuật toán điều khiển tắc nghẽn giao thức MP TCP 35 4.3.1 Các yêu cầu thuật toán 35 4.3.2 Các thuật toán điều khiển tắc nghẽn MP TCP .36 KẾT LUẬN 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO .38 Trang Đồ án cuối kì DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT TCP Transmission Control Protocol IP Internet Protocol UDP User Datagram Protocol OSI Open Systems Interconnection MPTCP Multi path Transmission Control Protocol IETF Internet Engineering Task Force PBX Private Branch Exchange NAT Network address translation IANA Internet Assigned Numbers Authority Trang Đồ án cuối kì PHẦN MỞ ĐẦU Hiện hạ tầng Internet thay đổi nhiều so với thời điểm ban đầu lúc đời Khi giao thức TCP/IP thiết kế, thiết bị đầu cuối có giao diện kết nối(single interface) Ngày nay, hầu hết phương tiện kết nối internet có nhiều giao diện, điển hình điện thoại thơng minh trang bị với 3G Wi-Fi Người dùng mong đợi việc sử dụng thiết bị tăng khả dự phòng hiệu thực thực tế luôn Hơn 95% tổng lưu lượng truy cập Internet điều khiển giao thức TCP TCP liên kết kết nối với giao diện Điều có nghĩa thân giao thức TCP khơng hiệu suốt việc sử dụng giao diện có sẵn đầu cuối multihomed Vấn đề multihoming nhận nhiều ý cộng đồng nghiên cứu IETF năm qua Nhiều giải pháp đưa ra, nhiên chúng cịn giai đoạn thử nghiệm khơng giải pháp triển khai rộng rãi Các giải pháp tầng Transport phát triển, mở rộng TCP Tuy nhiên, phần mở rộng chưa triển khai Giao thức SCTP (Stream Control Transmission Protocol) thiết kế với mục đích multihoming Một số mở rộng giao thức SCTP cho phép đầu cuối truyền thông tin nhiều đường dẫn lúc Mặc dù thực thi số hệ điều hành, giao thức SCTP không sử dụng rộng rãi bên cạnh ứng dụng cụ thể Các hạn chế giao thức SCTP mạng Internet toàn cầu việc ứng dụng phải thay đổi để sử dụng SCTP Thứ hai, số khâu mạng truyền thông chẳng hạn NAT Firewall không hiểu giao thức SCTP ngăn chặn tất gói tin SCTP Trong năm qua, nhóm nghiên cứu giao thức Multipath TCP(MP TCP) tổ chức IETF phát triển phần mở rộng đa đường dẫn giao thức TCP, cho phép đầu cuối sử dụng nhiều đường dẫn thông qua nhiều giao diện, để thực truyền gói tin kết nối Đây có lẽ phần mở rộng đầy tham vọng với TCP tiêu chuẩn hóa IETF Trang Đồ án cuối kì CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ GIAO THỨC TCP 1.1 Giới thiệu TCP Transmission control protocol (TCP) giao thức truyền thông mạng thiết kế để gửi gói liệu qua Internet TCP giao thức sử dụng nhiều truyền thông mạng kỹ thuật số phần giao thức Internet, thường gọi TCP/IP TCP giao thức nằm tầng mơ hình Cịn mơ hình lý thuyết OSI TCP giao thức nằm tầng TCP giao thức hướng kết nối TCP đảm bảo kết nối end-to-end giúp chuyển giao liệu nút riêng biệt Trước truyền liệu, TCP tạo kết nối nút nguồn đích giữ sống kết thúc TCP cung cấp khả chống tắc nghẽn, nghĩa giao thức có khả thích ứng với tình trạng mạng để điều chỉnh lượng liệu gửi cho phù hợp TCP cung cấp kết nối full-duplex, nghĩa đồng thời nhận gửi liệu lúc 1.2 Cấu trúc TCP Segment TCP truyền liệu theo dòng byte, chia thành nhiều phần thêm vào tiêu đề TCP (TCP header) tạo phân đoạn TCP (TCP segment) Sau TCP segment đóng gói vào IP datagram trao đổi với peer khác Thuật ngữ TCP segment dùng để Protocol Data Unit (PDU) tầng Transport mơ hình OSI, cịn tầng PDU gọi packet, tầng gọi frame Một TCP segment bao gồm segment header phần liệu TCP header chứa 10 trường bắt buộc, trường tùy chọn mở rộng Phần liệu theo sau header Nội dung liệu payload mang cho ứng dụng Chiều dài phần liệu không quy định TCP segment header Nó tính cách lấy tổng chiều dài IP datagram trừ tổng chiều dài TCP header IP header Trang Đồ án cuối kì a) TCP header Hình 1-1: Cấu trúc trường phần TCP header Ý nghĩa trường TCP header:  Cổng gửi (Source port) - 16 bits: xác định cổng gửi  Cổng nhận (Destination port) - 16 bits: xác định cổng nhận  Số thứ tự (Sequence number) - 32 bits: có hai vai trò:  Nếu cờ SYN (SYN flag) bật(1), số thứ tự ban đầu (init sequence number sinh hệ điều hành) Số thứ tự byte liệu với số xác nhận vừa nhận với số thứ tự trước cộng thêm  Nếu cờ SYN tắt (0), số thứ tự tích lũy byte liệu segment cho phiên  Acknowledgment number (32 bits): cờ ACK (ACK flag) bật giá trị trường số thứ tự mà bên nhận mong đợi Điều thừa nhận nhận tất byte trước (nếu có) Các ACK dùng để xác nhận số thứ tự ban đầu bên vừa gửi, khơng có liệu  Data offset (4 bits): Trường có độ dài bít qui định độ dài phần header (tính theo đơn vị từ 32 bít) Phần header có độ dài tối thiểu từ (160 bit) tối đa 15 từ (480 bít)  Reserved (3 bits): để sử dụng tương lai cần thiết lập  Flags (9 bits) (hay Control bits):  URG: Cờ cho trường Urgent pointer  ACK: Cờ cho trường Acknowledgement Trang Đồ án cuối kì  PSH: Hàm Push  RST: Thiết lập lại đường truyền  SYN: Đồng lại số thứ tự  FIN: Không gửi thêm số liệu  Window size (16 bits): kích thước cửa sổ nhận, xác định số lượng đơn vị kích thước cửa sổ (theo mặc định, byte) mà người gửi phân khúc sẵn sàng nhận (xem Flow control Window Scaling)  Checksum (16 bits): 16 bit trường checksum dùng để kiểm tra lỗi header data  Urgent pointer (16 bits): Nếu cờ URG bật giá trị trường số từ 16 bít mà số thứ tự gói tin (sequence number) cần dịch trái  Options (Variable 0–320 bits, divisible by 32) b) Phần liệu: Hình 1-2: TCP pseudo-header Trường cuối không thuộc header Giá trị trường thông tin dành cho tầng (trong mơ hình lớp OSI) Thơng tin giao thức tầng không rõ phần header mà phụ thuộc vào cổng chọn Trang Đồ án cuối kì 1.3 Quá trình hoạt động giao thức TCP Hình 1-3: Sơ đồ trạng thái TCP – phiên đơn giản hóa Kết nối TCP có ba pha: Thiết lập kết nối Truyền liệu Kết thúc kết nối Trước miêu tả pha này, ta cần lưu ý trạng thái khác socket:  LISTEN: (máy chủ) đại diện chờ đợi yêu cầu kết nối từ TCP từ xa cổng  SYN-SENT: (client) đại diện chờ đợi yêu cầu kết nối phù hợp sau gửi yêu cầu kết nối  SYN-RECEIVED: (máy chủ) đại diện chờ đợi xác nhận thừa nhận yêu cầu kết nối sau hai nhận gửi yêu cầu kết nối Trang Đồ án cuối kì  ESTABLISHED: (cả máy chủ máy khách) đại diện cho kết nối mở, liệu nhận được chuyển cho người sử dụng Các trạng thái bình thường giai đoạn truyền liệu kết nối  FIN-WAIT-1: (cả máy chủ máy khách) đại diện chờ đợi yêu cầu chấm dứt kết nối từ TCP từ xa xác nhận yêu cầu chấm dứt kết nối gửi trước  FIN-WAIT-2: (cả máy chủ máy khách) đại diện chờ đợi yêu cầu chấm dứt kết nối từ TCP từ xa  CLOSE-WAIT: (cả máy chủ máy khách) đại diện chờ đợi yêu cầu chấm dứt kết nối từ người dùng địa phương  CLOSING: (cả máy chủ máy khách) đại diện chờ đợi xác nhận yêu cầu chấm thúc kết nối từ TCP từ xa  LAST-ACK: (cả máy chủ máy khách) đại diện chờ đợi xác nhận yêu cầu chấm dứt kết nối trước gửi cho TCP từ xa (trong bao gồm xác nhận yêu cầu chấm dứt kết nối nó)  TIME-WAIT: (hoặc máy chủ máy khách) đại diện chờ đợi đủ thời gian để chắn TCP từ xa nhận xác nhận yêu cầu chấm dứt kết nối [Theo RFC 793 kết nối lại TIME-WAIT tối đa bốn phút biết đến MSL (đoạn tuổi thọ tối đa).]  tất CLOSED: (cả máy chủ máy khách) đại diện khơng có trạng thái kết nối a) Thiết lập kết nối Hình 1-4: Sơ đồ thiết lập kết nối Trang ... nhận gửi liệu lúc 1.2 Cấu trúc TCP Segment TCP truyền liệu theo dịng byte, chia thành nhiều phần thêm vào tiêu đề TCP (TCP header) tạo phân đoạn TCP (TCP segment) Sau TCP segment đóng gói vào IP... QUAN VỀ GIAO THỨC TCP 1.1 Giới thiệu TCP Transmission control protocol (TCP) giao thức truyền thông mạng thiết kế để gửi gói liệu qua Internet TCP giao thức sử dụng nhiều truyền thông mạng kỹ thuật... hình phân chia chức MP TCP Application Application TCP MPTCP Subflow ( TCP ) Subflow ( TCP ) IP IP Hình 2-3: Mơ hình MPTCP Nằm bên tầng ứng dụng, mở rộng MPTCP quản lý TCP subflow (luồng con)