Đánh giá chất lượng mạng TCP trên MPLS

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HOÀNG NAM HẢI ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG MẠNG TCP TRÊN MPLS Chuyên ngành : KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2008 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : TS Lưu Thanh Trà (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : TS Nguyễn Minh Hoàng (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : PGS TS Phạm Hồng Liên (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 25 tháng năm 2008 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -oOo Tp HCM, ngày 30 tháng năm 2008 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: HỒNG NAM HẢI Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh : 23/12/1983 Nơi sinh: TP Hồ Chí Minh Chuyên ngành : KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ MSHV: 01406305 Khoá (Năm trúng tuyển) : 2006 1- TÊN ĐỀ TÀI: Đánh giá chất lượng mạng TCP MPLS 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 21-01-2008 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 30-06-2008 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi đầy đủ học hàm, học vị ): TS Lưu Thanh Trà Nội dung đề cương Luận văn thạc sĩ Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) LỜI CẢM ƠN Em xin gửi đến Thầy Lưu Thanh Trà lòng biết ơn chân thành sâu sắc Thầy dẫn dắt em đường nghiên cứu khoa học, hướng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện để em hoàn thành luận văn tốt nghiệp Những hướng dẫn mặt khoa học kinh nghiệm nghiên cứu khoa học mà thầy truyền đạt, chia sẽ theo em suốt trình học tập - nghiên cứu khoa học sau Kính chúc Thầy gia đình nhiều sức khỏe hạnh phúc, riêng Thầy tiến xa đường khoa học Em xin chân thành cảm ơn thầy cô khoa Điện – Điện tử, đặc biệt thầy cô môn viễn thơng hết lịng dạy dỗ truyền đạt kiến thức Với kiến thức tảng đó, em sâu nghiên cứu lĩnh vực mà u thích Kính chúc q thầy gia đình nhiều sức khỏe hạnh phúc Con xin gởi đến cha mẹ lịng kính trọng lịng biết ơn sâu sắc Cha mẹ sinh thành, nuôi dưỡng, dạy dỗ, động viên sống học tập Con xin dâng tặng quà tinh thần cho cha mẹ Kính chúc cha mẹ ln dồi sức khỏe tràn đầy hạnh phúc Xin gởi lời cảm ơn đến người bạn giúp đỡ, ủng hộ tơi suốt q trình học tập nghiên cứu khoa học Chúc bạn nhiều sức khỏe thành cơng sống Tp Hồ Chí Minh tháng năm 2008 Hồng Nam Hải iv LỜI NĨI ĐẦU IP mạng dùng phổ biến để phân phát liệu Internet Tuy nhiên sử dụng giao thức định tuyến truyền thống để tìm đường ngắn vận chuyển lưu lượng qua mạng nên tài nguyên mạng không sử dụng hợp lý dẫn đến tải gói xảy Điều ảnh hưởng đến hiệu xuất ứng dụng mạng có sử dụng giao thức vận chuyển tin cậy TCP Khi giao thức TCP dùng kĩ thuật tránh nghẽn để điều khiển lưu lượng phù hợp với tình hình mạng Nhiều nghi thức tránh nghẽn TCP xuất Tahoe, Reno, Newreno, Vegas nhằm mục đích phát nghẽn sớm điều chỉnh lưu lượng cho tận dụng tài nguyên mạng triệt để Bên cạnh mạng MPLS đời với kĩ thuật lưu lượng đưa giải pháp khắc phục tốn sử dụng tài ngun khơng hiệu mạng IP, từ hứa hẹn cải thiện đáng kể hiệu xuất ứng dụng mạng sử dụng giao thức TCP Luận văn thực mô hoạt động giao thức tránh nghẽn TCP MPLS đồng thời tìm cách nâng cao hiệu xuất mạng MPLS cách áp dụng mơ hình phân biệt dịch vụ Trước tiên luận văn thực mô giao thức tránh nghẽn TCP gồm Newreno Vegas IP để thấy hạn chế IP dùng giao thức định tuyến truyền thống đồng thời nhận xét hoạt động tránh nghẽn giao thức Sau thực mơ giao thức tránh nghẽn MPLS có dùng kĩ thuật lưu lượng để chứng minh hạn chế mạng IP khắc phục đồng thời thông lượng luồng TCP cải thiện Cuối luận văn tìm cách nâng cao hiệu xuất mạng MPLS cách áp dụng mơ hình phân biệt dịch vụ AF cho luồng TCP trước chúng vào mạng cho thông lượng chúng khơng bị ảnh hưởng đáng kể Bên cạnh kĩ thuật bảo vệ mạng MPLS mô để thấy khả khôi phục tuyến MPLS liên kết bị lỗi v ABSTRACT Currently IP is the network used most popular in the Internet However it only uses traditional routing protocols to find the shortest path for traffic move through the network, the network resources are always not used appropriate result in over utilized and packet loss These will affect performance of network applications which use reliable transport protocol TCP When this happens, TCP will use congestion avoidance mechanism to control traffic adapt with new network state Several initiatives for congestion avoidance mechanisms such as Tahoe, Reno, Newreno and Vegas whose goal is early congestion detection and govern their traffic so that network resources are used more reasonable When MPLS network and its traffic engineering appear, problem of use network resources on IP is solved and performance of network applications which use TCP is improved considerably This thesis will test operation of congestion avoidance protocols on MPLS and improve performance of MPLS network by using service differentiation model First, thesis considers operation of congestion avoidance protocols include Newreno, Vegas on IP network to see limitations of IP when traditional routing protocols are applied At the same time operation of congestion avoidance protocols will be considered and evaluated Second thesis simulates those protocols on MPLS which uses traffic engineering to prove IP limitations are solved and network resources are used more reasonable In addition to throughput of TCP flows is enhanced Finally thesis proposes an approach to enhance performance of MPLS network by using AF service differentiation model for TCP flows before they enter this network In Addition to protection mechanisms such as fast reroute on MPLS will be simulated to see path restoration ability of network when links false vi MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN iv LỜI NÓI ĐẦU .v ABSTRACT vi MỤC LỤC vii DANH MỤC HÌNH VẼ x DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .xii CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN xiii PHẦN 1: LÝ THUYẾT CƠ SỞ CÁC KĨ THUẬT TRÁNH NGHẼN 1.1 Kĩ thuật tránh nghẽn nghi thức TCP 1.1.1 Reno 1.1.2 New Reno 1.1.3 Vegas 1.2 Cơ chế hàng đợi router 1.2.1 Cơ chế cắt bỏ phần đuôi TailDrop 1.2.2 Cơ chế hủy bỏ sớm ngẫu nhiên RED 1.3 Phân loại dịch vụ 1.3.1 Mơ hình dịch vụ tích hợp 1.3.2 Mơ hình dịch vụ phân biệt KĨ THUẬT CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC 10 2.1 Tổng quan .10 2.2 Các khái niệm MPLS 10 2.2.1 Miền MPLS .10 2.2.2 Nhãn 11 2.2.3 Ngăn xếp nhãn 12 2.2.4 Lớp chuyển tiếp tương đương 12 2.2.5 Các chế độ đóng gói có nhãn 12 2.2.6 Đường chuyển mạch nhãn LSP 13 2.2.7 Các hoạt động chuyển gói mạng MPLS 14 2.2.8 Không gian nhãn .15 2.3 Cấu trúc nút MPLS 16 2.4 Gỡ bỏ nhãn hop áp cuối 17 2.5 Q trình chuyển tiếp gói IP qua mạng MPLS 17 CÁC GIAO THỨC PHÂN PHỐI NHÃN TRONG MẠNG MPLS 19 vii 3.1 Giới thiệu 19 3.2 Các chế độ phân phối nhãn 19 3.2.1 Phân phối nhãn không cần yêu cầu 19 3.2.2 Phân phối nhãn theo yêu cầu 19 3.3 Các chế độ trì nhãn 20 3.3.1 Duy trì nhãn tự .20 3.3.2 Duy trì nhãn bảo thủ 21 3.4 Các chế độ điều khiển LSP 21 3.4.1 Điều khiển LSP độc lập 21 3.4.2 Điều khiển LSP 21 3.5 Giao thức phân phối nhãn LDP 22 3.5.1 Hoạt động LDP 23 3.5.2 Cấu trúc thông điệp LDP 24 3.5.3 Các tin LDP 25 3.5.4 LDP điều khiển độc lập phân phối theo yêu cầu 26 3.6 Giao thức CR-LDP 27 3.7 Giao thức RSVP-TE 28 3.7.1 Các tin thiết lập dự trữ RSVP 29 3.7.2 Các tin Tear Down, Error Hello RSVP-TE 29 3.7.3 Thiết lập tuyến tường minh điều khiển theo yêu cầu 30 3.7.4 Giảm lượng phí tổn điều khiển làm tươi RSVP 31 KĨ THUẬT LƯU LƯỢNG TRONG MẠNG MPLS 32 4.1 Sự cần thiết MPLS TE 32 4.2 Trung kế lưu lượng 34 4.3 Các hoạt động trình thực kĩ thuật lưu lượng MPLS 35 4.4 Các thuộc tính trung kế lưu lượng 35 4.4.1 Thuộc tính lựa chọn đường 35 4.4.2 Các tham số lưu lượng 35 4.4.3 Thuộc tính độ ưu tiên 36 4.4.4 Thuộc tính giành quyền chiếm dụng .36 4.4.5 Thuộc tính khơi phục 36 4.4.6 Thuộc tính khống chế .37 4.5 Các thuộc tính tài nguyên liên kết 37 4.5.1 Băng thông dành riêng cực đại 37 4.5.2 Lớp tài nguyên 37 4.5.3 TE metric 38 4.6 Các giải thuật định tuyến ràng buộc 38 4.6.1 Giải thuật Dijkstra SPF (Shortest Path First) 38 4.6.2 Giải thuật định tuyến theo nguồn 42 4.6.3 Giải thuật định tuyến hop-by-hop 46 4.7 Tái tối ưu hóa 47 KĨ THUẬT KHÔI PHỤC TRONG MPLS 48 5.1 Giới thiệu 48 viii 5.2 Vị trí đường khơi phục 48 5.3 Tính tốn đường khơi phục 50 5.3.1 Tái định tuyến 50 5.3.2 Chuyển mạch bảo vệ .50 5.4 Các mơ hình khôi phục MPLS .51 5.4.1 Mơ hình makam 51 5.4.2 Mơ hình haskin 52 5.4.3 Tái định tuyến nhanh 52 5.4.3.1 Tái định tuyến nhanh khôi phục liên kết .53 5.4.3.2 Tái định tuyến nhanh-khôi phục nút .55 PHẦN 2: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ TCP TRÊN MPLS KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ TCP TRÊN MPLS 57 6.1 Giới thiệu 57 6.2 Mô giao thức tránh nghẽn TCP 57 6.2.1 Mô giao thức Newreno Vegas IP .58 6.2.2 Mô giao thức Newreno Vegas MPLS 61 6.3 Mô kĩ thuật khôi phục MPLS 64 6.4 Cải thiện hiệu suất mạng MPLS dùng mơ hình phân biệt dịch vụ .66 6.4.1 Mô mạng MPLS không dùng mô hình phân biệt dịch vụ 68 6.4.2 Mơ mạng MPLS có áp dụng mơ hình phân biệt dịch vụ 71 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 ix DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sự biến thiên CWND .2 Hình 1.2 Minh họa kĩ thuật truyền lại Vegas Hình 1.3 Mơ hình làm rơi gói RED .7 Hình 1.4 Các thành phần mơ hình dịch vụ phân biệt Hình 1.5 Mã hóa DSCP AF-PHB .9 Hình 2.1 Miền MPLS .11 Hình 2.2 Upstream downstream LSR 11 Hình 2.3 Cấu trúc nhãn MPLS 11 Hình 2.4 Cấu trúc ngăn xếp nhãn .12 Hình 2.5 Vị trí ngăn xếp nhãn chế độ Frame 13 Hình 2.6 Vị trí ngăn xếp nhãn chế độ cell 13 Hình 2.7 Đường chuyển mạch nhãn LSP 14 Hình 2.8 Phân cấp LSP MPLS 14 Hình 2.9 Các hoạt động nhãn mạng MPLS .15 Hình 2.10 Khơng gian nhãn per-interface 15 Hình 2.11 Khơng gian nhãn per-platform 16 Hình 2.12 Cấu trúc nút MPLS 16 Hình 2.13 Quá trình gỡ bỏ nhãn hop áp cuối 17 Hình 2.14 Q trình chuyển tiếp gói qua mạng MPLS .18 Hình 3.1 Phân phối nhãn không cần yêu cầu 20 Hình 3.2 Phân phối nhãn theo yêu cầu 20 Hình 3.3 Chế độ trì nhãn tự 20 Hình 3.4 Chế độ trì nhãn bảo thủ 21 Hình 3.5 Chế độ điều khiển LSP độc lập 22 Hình 3.6 Chế độ điều khiển LSP 22 Hình 3.7 Vùng hoạt động LDP 22 Hình 3.8 Quá trình trao đổi thông điệp LDP .23 Hình 3.9 LDP header 24 Hình 3.10 Định dạng thơng điệp LDP .24 Hình 3.11 Điều khiển LSP độc lập kết hợp phân phối nhãn theo yêu cầu 27 Hình 3.12 Quá trình thiết lập LSP dùng CR-LDP 28 Hình 3.13 Thiết lập LSP với RSVP-TE 31 Hình 4.1 Mạng IP với nghi thức định tuyến truyền thống .32 Hình 4.2 Mạng IP với MPLS TE .33 Hình 4.3 Trung kế lưu lượng .34 Hình 4.4 Minh họa băng thơng dành riêng cho mức ưu tiên 37 Hình 4.5 Minh họa cách dùng chuỗi bit affinity chuỗi bit lớp tài nguyên 38 Hình 4.6 Sơ đồ mạng minh họa giải thuật SPF 40 Hình 4.7 Sơ đồ mạng Router A tính tốn 43 x Luận Văn Thạc Sĩ – Khóa 2006 6.Kết mô đánh giá TCP MPLS Vegas 25 20 TCP1 Packet 15 TCP2 10 0 10 15 20 Time (s) 25 30 35 40 Hình 6.11: Hoạt động cửa sổ nghẽn Vegas TCP1 TCP2 q trình mơ x 10 1.8 TCP1 1.6 TCP2 Throughput (bytes/s) 1.4 1.2 0.8 0.6 0.4 0.2 0 10 15 20 Time (s) 25 30 35 40 Hình 6.12: Thơng lượng TCP1 TCP2 đo R14 R15 Kết mô cho thấy áp dụng kĩ thuật lưu lượng ta điều khiển luồng lưu lượng qua mạng cho tài nguyên mạng sử dụng hiệu hơn, cụ thể luồng TCP1 dùng tuyến R2-R4-R6-R8, luồng TCP2 dùng tuyến R2-R11-R12-R13-R9-R8, luồng ACK1 dùng tuyến R8-R6-R4-R2 luồng ACK2 dùng tuyến R8-R10-R7-R5-R3-R2 Do Đánh giá chất lượng TCP MPLS 63 Luận Văn Thạc Sĩ – Khóa 2006 6.Kết mô đánh giá TCP MPLS luồng lưu lượng sử dụng tuyến riêng nên tượng tải mạng không xảy ra, cửa sổ nghẽn hai giao thức Newreno Vegas dễ dàng hội tụ (khơng có gói diễn ra) dẫn đến thông lượng hai luồng TCP1 TCP2 đạt ổn định 6.3 Mô kĩ thuật khôi phục MPLS Trong phần ta thực mơ hai mơ hình khơi phục MPLS mơ hình tồn cục makam mơ hình tái định tuyến nhanh khơi phục liên kết Để dễ dàng quan sát hoạt động mạng NAM ta sử dụng luồng TCP LSP thiết lập sẵn cách định tuyến tường minh không dùng giao thức định tuyến động Các kiện mạng lập lịch sau: • Thời điểm 1s luồng TCP bắt đầu gửi lưu lượng vào mạng • Thời điểm 2s liên kết R4-R6 bị đứt • Thời điểm 4s liên kết R4-R6 khơi phục • Thời điểm 8s liên kết R4-R6 bị đứt lần • Thời điểm 12s liên kết R4-R6 khơi phục • Thời điểm 16s liên kết R4-R6 bị đứt lần • Thời điểm 18s liên kết R4-R6 lại khơi phục • Thời điểm 20s luồng TCP ngừng hoạt động Mơ mơ hình makam Hình 6.13: Hoạt động luồng TCP trước liên kết R4-R6 bị đứt sau liên kết khôi phục Đánh giá chất lượng TCP MPLS 64 Luận Văn Thạc Sĩ – Khóa 2006 6.Kết mơ đánh giá TCP MPLS Hình 6.14: Hoạt động luồng TCP sau liên kết R4-R6 bị đứt Trong mơ hình đường LSP làm việc R2-R4-R6-R8 bảo vệ đường LSP khôi phục toàn cục R2-R3-R5-R7-R10-R8 Khi liên kết R4-R6 bị đứt R4 báo hiệu FIS cho R2 biết R2 chuyển lưu lượng TCP vào đường LSP khôi phục Khi liên kết R4-R6 khôi phục R4 lại báo hiệu cho R2 để Router chuyển lưu lượng trở lại đường làm việc Mơ mơ hình tái định tuyến nhanh-khơi phục liên kết Hình 6.15: Hoạt động luồng TCP trước liên kết R4-R6 bị đứt sau liên kết khôi phục Đánh giá chất lượng TCP MPLS 65 Luận Văn Thạc Sĩ – Khóa 2006 6.Kết mơ đánh giá TCP MPLS Hình 6.16: Hoạt động luồng TCP sau liên kết R4-R6 bị đứt Trong mô hình liên kết R4-R6 đường LSP làm việc bảo vệ đường LSP khôi phục R4-R5-R7-R6 Ngay liên kết bị đứt R4 chuyển lưu lượng luồng TCP vào LSP khôi phục liên kết hoạt động trở lại R4 chuyển lưu lượng trở lại đường LSP làm việc 6.4 Cải thiện hiệu suất mạng MPLS dùng mơ hình phân biệt dịch vụ Các mô mục 6.2.2 cho thấy lưu lượng hai luồng TCP1 TCP2 cải thiện đáng kể tài nguyên mạng sử dụng hợp lí áp dụng kĩ thuật lưu lượng quan sát kĩ thấy mức độ tận dụng tài nguyên chưa tốt áp dụng mục 6.2.2 luồng lưu lượng mạng tốn LSP lưu lượng dùng giao thức TCP số LSP tăng gấp đơi ta phải tốn LSP cho luồng ACK tương ứng, đồng thời số lượng LSP tăng lên làm cho việc quản lý mạng khó khăn Do yêu cầu đặt tìm cách đưa nhiều luồng lưu lượng TCP vào LSP mà không làm ảnh hưởng nhiều đến thơng lượng chúng Để giải tốn này, ta thử áp dụng mơ hình phân biệt dịch vụ vào luồng TCP truớc chúng vào mạng MPLS Để đánh giá mức độ hiệu áp dụng mơ hình phân biệt dịch vụ ta thực mô mạng MPLS hai trường hợp khơng sử dụng có sử dụng mơ hình Khi áp dụng mơ hình, sơ đồ mạng hình 6.17 dùng để mơ cịn khơng áp dụng ta dùng sơ đồ hình 6.2 Đánh giá chất lượng TCP MPLS 66 Luận Văn Thạc Sĩ – Khóa 2006 6.Kết mơ đánh giá TCP MPLS Hình 6.17: Sơ đồ mạng dùng để mơ mơ hình phân biệt dịch vụ Trong hình router R16, R17, R18, R19 router thực chức phân loại dịch vụ cho luồng gói liệu trước chúng vào mạng MPLS Mơ hình phân biệt dịch vụ áp dụng hình 6.17 mơ hình dịch vụ đơn lớp, mơ hình đảm bảo thông lượng luồng TCP vào mạng MPLS không lớn 1Mb/s Khi điều kiện thỏa mãn đánh dấu gói tin với DSCP có giá trị 10 cịn ngược lại áp dụng DSCP có giá trị 11 Các gói có DSCP 10 áp dụng mơ hình hàng đợi RED tích cực nghĩa xác suất làm rớt gói thấp ngược lại gói có DSCP 11 chịu mơ hình hàng đợi RED có xác suất làm rơi gói cao minh họa hình 6.18 Hình 6.18: Mơ hình làm rơi gói DSCP 10 DSCP 11 Đánh giá chất lượng TCP MPLS 67 Luận Văn Thạc Sĩ – Khóa 2006 6.Kết mô đánh giá TCP MPLS Trong hình 6.17, R0 R20 thiết lập kết nối TCP1, TCP2 với R15 R1 R21 thiết lập kết nối TCP3, TCP4 với R14 Các luồng TCP1, TCP2 chung LSP thứ luồng TCP3, TCP4 chung LSP thứ hai 6.4.1 Mô mạng MPLS không dùng mô hình phân biệt dịch vụ Các kiện mạng lập lịch sau: • Thời điểm 0.2s LSR2 tính tốn thiết lập LSP 1100 cho hai luồng TCP1 TCP2 • Thời điểm 0.2s LSR8 tính tốn thiết lập LSP 1300 cho hai luồng ACK1và ACK2 • Thời điểm 0.5s LSR2 tính tốn thiết lập LSP 1200 cho hai luồng TCP3 TCP4 • Thời điểm 0.5s LSR8 tính tốn thiết lập LSP 1400 cho hai luồng ACK3 ACK4 • Thời điểm 1s luồng TCP1 bắt đầu phát lưu lượng từ R0 đến R15 dùng LSP 1100 • Thời điểm 2s luồng TCP2 bắt đầu phát lưu lượng từ R20 đến R15 dùng LSP 1100 • Thời điểm 3s luồng TCP3 bắt đầu phát lưu lượng từ R1 đến R14 dùng LSP 1200 • Thời điểm 4s luồng TCP4 bắt đầu phát lưu lượng từ R21 đến R14 dùng LSP 1200 • Thời điểm 80s bốn luồng TCP1, TCP2, TCP3 TCP4 ngừng hoạt động Hình 6.19: Hoạt động luồng TCP1, TCP2, TCP3, TCP4 quan sát NAM Đánh giá chất lượng TCP MPLS 68 Luận Văn Thạc Sĩ – Khóa 2006 6.Kết mô đánh giá TCP MPLS 30 TCP2 TCP1 25 Packet 20 15 10 0 10 20 30 40 Time (s) 50 60 70 80 Hình 6.20: Hoạt động cửa sổ nghẽn TCP1 TCP2 q trình mơ 30 TCP3 TCP4 25 Packet 20 15 10 0 10 20 30 40 Time (s) 50 60 70 80 Hình 6.21: Hoạt động cửa sổ nghẽn TCP3 TCP4 q trình mơ Đánh giá chất lượng TCP MPLS 69 Luận Văn Thạc Sĩ – Khóa 2006 6.Kết mô đánh giá TCP MPLS x 10 2.5 TCP1 Throughput (bytes/s) TCP2 1.5 0.5 0 10 20 30 40 Time (s) 50 60 70 80 Hình 6.22: Thơng lượng TCP1 TCP2 đo R15 x 10 TCP4 TCP3 1.8 1.6 Throughput (bytes/s) 1.4 1.2 0.8 0.6 0.4 0.2 0 10 20 30 40 Time (s) 50 60 70 80 Hình 6.23: Thơng lượng TCP3 TCP4 đo R14 Đánh giá chất lượng TCP MPLS 70 Luận Văn Thạc Sĩ – Khóa 2006 6.Kết mơ đánh giá TCP MPLS Kết mô cho thấy đưa nhiều luồng TCP vào LSP thơng lượng luồng bị ảnh hưởng nghiêm trọng Điều xảy dung lượng LSP dành riêng không đáp ứng yêu cầu luồng dẫn đến gói xảy làm giảm hiệu suất luồng 6.4.2 Mơ mạng MPLS có áp dụng mơ hình phân biệt dịch vụ Các kiện mạng lập lịch sau: • Thời điểm 0.2s LSR2 tính tốn thiết lập LSP 1100 cho hai luồng TCP1 TCP2 • Thời điểm 0.2s LSR8 tính tốn thiết lập LSP 1300 cho hai luồng ACK1và ACK2 • Thời điểm 0.5s LSR2 tính tốn thiết lập LSP 1200 cho hai luồng TCP3 TCP4 • Thời điểm 0.5s LSR8 tính tốn thiết lập LSP 1400 cho hai luồng ACK3 ACK4 • Thời điểm 1s luồng TCP1 bắt đầu phát lưu lượng từ R0 đến R15 dùng LSP 1100 • Thời điểm 2s luồng TCP2 bắt đầu phát lưu lượng từ R20 đến R15 dùng LSP 1100 • Thời điểm 3s luồng TCP3 bắt đầu phát lưu lượng từ R1 đến R14 dùng LSP 1200 • Thời điểm 4s luồng TCP4 bắt đầu phát lưu lượng từ R21 đến R14 dùng LSP 1200 • Thời điểm 80s bốn luồng TCP1, TCP2, TCP3 TCP4 ngừng hoạt động Hình 6.24: Hoạt động luồng TCP1, TCP2, TCP3, TCP4 quan sát NAM Đánh giá chất lượng TCP MPLS 71 Luận Văn Thạc Sĩ – Khóa 2006 6.Kết mơ đánh giá TCP MPLS 25 20 Packet 15 10 TCP1 TCP2 10 20 30 40 Time (s) 50 60 70 80 Hình 6.25: Hoạt động cửa sổ nghẽn TCP1 TCP2 q trình mơ 18 x 10 16 Throughput (bytes/s) 14 12 10 TCP1 TCP2 0 10 20 30 40 Time (s) 50 60 70 80 Hình 6.26: Thông lượng TCP1 TCP2 đo R15 Đánh giá chất lượng TCP MPLS 72 Luận Văn Thạc Sĩ – Khóa 2006 6.Kết mơ đánh giá TCP MPLS 25 20 Packet 15 10 TCP3 TCP4 0 10 20 30 40 Time (s) 50 60 70 80 Hình 6.27: Hoạt động cửa sổ nghẽn TCP3 TCP4 q trình mơ Throughput (bytes/s) 15 x 10 10 TCP3 TCP4 0 10 20 30 40 Time (s) 50 60 70 80 Hình 6.28: Thơng lượng TCP3 TCP4 đo R14 Đánh giá chất lượng TCP MPLS 73 Luận Văn Thạc Sĩ – Khóa 2006 6.Kết mô đánh giá TCP MPLS Code Point Tổng số 10 11 Bảng 17: Thống kê hoạt động phân biệt dịch vụ Router R16 Tổng số gói Tổng số gói Số gói bị rớt tràn hàng Số gói rớt nhận phát đợi RED 18701 18685 16 18276 18276 0 425 409 16 Code Point Tổng số 10 11 Bảng 18: Thống kê hoạt động phân biệt dịch vụ Router R17 Tổng số gói Tổng số gói Số gói bị rớt tràn hàng Số gói rớt nhận phát đợi RED 18080 18073 17625 17625 0 455 448 Kết mô cho thấy áp dụng mơ hình phân biệt dịch vụ thơng lượng luồng TCP cải thiện đáng kể so với khơng áp dụng mơ hình Điều có router biên hạn chế tầm hoạt động luồng TCP cách làm rớt gói luồng hoạt động vượt mức cho phép đồng thời phản hồi cho nguồn biết để từ điều chỉnh lại kích thước cửa sổ nghẽn cho phù hợp với thỏa thuận định trước Đánh giá chất lượng TCP MPLS 74 Luận Văn Thạc Sĩ - khóa 2006 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Mục đích luận văn tiến hành mô giao thức TCP chạy MPLS dùng kĩ thuật lưu lượng từ đánh giá hoạt động giao thức so với chúng chạy mạng IP truyền thống Sau tìm cách nâng cao hiệu suất mạng MPLS mà không làm ảnh hưởng nhiều đến thông lượng luồng TCP cách áp dụng mơ hình phân biệt dịch vụ cho luồng trước chúng vào miền MPLS Các kết mô (bằng phần mềm ns2) cho thấy áp dụng kĩ thuật lưu lượng cho luồng TCP thơng lượng chúng cải thiện đáng kể so với hoạt động mạng IP truyền thống Tuy nhiên ta gộp chung nhiều luồng TCP vào đường hầm lưu lượng thơng lượng luồng bị ảnh hưởng nghiêm trọng thơng lượng chúng vượt dung lượng đường hầm Do trước luồng vào đường hầm lưu lượng ta bắt buộc phải áp dụng mơ hình phân biệt dịch vụ nhằm hạn chế tầm hoạt động giao thức TCP cho lưu lượng tạo khơng vượt q thỏa thuận định trước từ hạn chế việc tài nguyên đường hầm bị tải Bên cạnh việc mô giao thức TCP MPLS luận văn đánh giá hoạt động hai giao thức TCP Vegas Newreno Các kết cho thấy sử dụng giao thức Newreno luồng lưu lượng đạt công việc sử dụng tài ngun mạng khơng luồng TCP chiếm ưu suốt trình mô Ngược lại Vegas không đáp ứng công cho luồng lưu lượng cửa sổ nghẽn giao thức dễ dàng hội tụ dẫn đến thông lượng luồng TCP ổn định so với dùng giao thức Newreno Tuy nhiên luận văn có số việc chưa thực sau: Luận văn thực mô hai giao thức TCP Newreno Vegas Trong nhiều giao thức TCP khác TCP BIC, TCP Westwood, High-speed TCP cần phải mô Hai kĩ thuật khôi phục MPLS makam fast-reroute mô luận văn chưa thể chứng minh mức hiệu so với khơng dùng kĩ thuật Luận văn thực mô giải thuật định tuyến ràng buộc định tuyến theo nguồn miền MPLS, cần tìm hiểu thêm số giải thuật định tuyến ràng buộc khác nhằm cải thiện hiệu suất mạng MPLS Đồng thời topology mạng sử dụng để mơ cịn đơn giản, cần phải mô số topology khác để kiểm chứng thêm Đánh giá chất lượng TCP MPLS 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] RFC2581: TCP Congestion Control http://rfc.net/rfc2581.html [2] RFC3782: The NewReno Modification to TCP’s Fast Recovery Algorithm http://rfc.net/rfc3782.html [3] Lawrence S.Brakmo, Larry L Peterson, “TCP Vegas: End to End Congestion Avoidance on a Global Internet” [4] Sally Floyd and Van Jacobson, “Random Early Detection Gateways for Congestion Avoidance” [5] Wael Noureddine, Fouad Tobagi, “Improving the performance of interactive TCP applications using service differentiation” [6] Wael Noureddine, “Improving the performance of TCP applications using networkassisted mechanisms”, PhD Thesis, Stanford university, June 2002 [7] RFC3031: Multiprotocol Label Switching Architecture http://rfc.net/rfc3031.html [8] Luc De Ghein “Mpls fundamentals”, Cisco Press [9] David E McDysan and Dave Paw, “ATM and MPLS Theory and Application: Foundations of Multi-Service Networking” McGraw-Hill/Osborne [10] Eric Osborne, Ajay Simha, “ Traffic Engineering with MPLS” Cisco Press [11] RFC 3469: Framework for Multi-Protocol Label Switching (MPLS) base Recovery http://www.ietf.org/rfc/rfc3469.txt [12] Gaeil Ahn and Woojik Chun, “Design and Implementation of MPLS Network Simulator Supporting LDP and CR-LDP” [13] Jae Chung and Mark Claypool “Ns by Example” http://nile.wpi.edu/NS [14] Eitan Altman and Tania Jimenez, “NS Simulator for beginners” [15] K.Fall and K Varadhan, “The ns Manual”, http://www.isi.edu/nsnam/ns [16] Zheng Wang and Jon Crowcroft, “Quality of Service Routing for Supporting Multimedia Applications” 76 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG CỦA TÁC GIẢ HỌ VÀ TÊN: HOÀNG NAM HẢI NGÀY THÁNG NĂM SINH: 23 tháng 12 năm 1983 NƠI SINH: Thành phố Hồ Chí Minh ĐỊA CHỈ LIÊN LẠC: 20G Long Hưng-Phường 7-Quận Tân Bình-Thành Phố Hồ Chí Minh Q TRÌNH ĐÀO TẠO: Từ năm 2001 đến năm 2005: học trường Đại Học Bách Khoa – Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh (ngành Điện Tử - Viễn Thơng) Tốt nghiệp loại (điểm trung bình 7.01/10.0) Từ năm 2006 đến nay: học cao học trường Đại Học Bách Khoa – Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh (chuyên ngành Kỹ Thuật Điện Tử) ... giảm lượng phí tổn điều khiển làm tươi RSVP mạng MPLS Đánh giá chất lượng TCP MPLS 31 Luận Văn Thạc Sĩ – Khóa 2006 4.Kĩ thuật lưu lượng mạng MPLS CHƯƠNG 4: KĨ THUẬT LƯU LƯỢNG TRONG MẠNG MPLS. .. lưu lượng Đánh giá chất lượng TCP MPLS 32 Luận Văn Thạc Sĩ – Khóa 2006 4.Kĩ thuật lưu lượng mạng MPLS hai đường Điều tốt lưu lượng từ R1 đến R5 lưu lượng vào mạng R2 R4 việc phân bố lưu lượng. .. lưu lượng đơn hướng Hình 4.3 Trung kế lưu lượng Đánh giá chất lượng TCP MPLS 34 Luận Văn Thạc Sĩ – Khóa 2006 4.Kĩ thuật lưu lượng mạng MPLS 4.3 Các hoạt động trình thực kĩ thuật lưu lượng MPLS