Nghiên cứu cải thiện giao thức sctp trong mạng manet

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN NGỌC HÀ NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN GIAO THỨC SCTP TRONG MẠNG MANET LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Hà Nội –2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN NGỌC HÀ NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN GIAO THỨC SCTP TRONG MẠNG MANET Ngành: Công nghệ thông tin Chuyên ngành: Mạng truyền liệu máy tính Mã số: LUẬN VĂN THẠC SĨ CƠNG NGHỆ THÔNG TIN NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS.DƢƠNG LÊ MINH Hà Nội – 2014 LỜI CÁM ƠN Trƣớc hết xin gửi lời cám ơn tới thầy cô giáo Trƣờng Đại học Công nghệ - Đại Học Quốc Gia Hà Nội tận tình bảo tơi suốt khóa học, cám ơn tập thể lớp K17 đặc biệt tới thầy giáo TS.Dƣơng Lê Minh, ngƣời nhiệt tình hƣớng dẫn, bảo tơi công việc nghiên cứu học tập Sau muốn gửi lời cám ơn tới gia đình ngƣời thân tơi, ngƣời ln khuyến khích động viên tơi suốt khóa học Do thời gian điều kiện có hạn nên luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót, tơi mong góp ý bạn bè, thầy cô ngƣời quan tâm đến đề tài LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn tốt nghiệp ―Nghiên cứu cải thiện giao thức SCTP mạng MANET‖ cơng trình nghiên cứu dƣới hƣớng dẫn định hƣớng TS Dƣơng Lê Minh Trong luận văn tơi có thừa kế sử dụng lại số đoạn mã nguồn đƣợc giáo viên hƣớng dẫn cung cấp chỉnh sửa cho phù hợp với mục đích đề tài nghiên cứu mình, đoạn mã nguồn thừa kế lại tơi có ghi rõ ràng Ngồi kết số liệu thu đƣợc q trình mơ tơi tự thiết lập, cài đặt mô Hà Nội, Ngày 05 Tháng 11 năm 2014 DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG MANET 2.1 Mạng Manet lịch sử phát triển 2.2 Đặc điểm mạng MANET[9] 2.3 Ứng dụng phổ biến mạng MANET[9] 2.4 Các khó khăn thách thức mạng MANET 10 CHƢƠNG 2: GIAO THỨC SCTP (STREAM CONTROL TRANSMISSION PROTOCOL) 11 3.1 Lịch sử mục đích phát triển giao thức SCTP 11 3.2 Các đặc trƣng giao thức SCTP 12 3.2.1 Tầng hoạt động giao thức 12 3.2.2 Multi-Homing 12 3.2.3 Đa luồng (Multi-Streaming) 13 3.2.4 Phân tách tin[11] 14 3.3 Đặc tả giao thức SCTP 14 3.3.1 Kiến trúc giao thức SCTP 14 3.3.2 Các chức SCTP 15 3.3.3 Gói tin SCTP 18 3.3.4 Lƣu đồ trạng thái mô tả việc kết nối SCTP 29 3.3.5 Điều khiển tắc nghẽn kiểm soát lỗi 34 3.3.6 Vấn đề an toàn liệu 37 3.3.7 SCTP, TCP UDP – điểm giống khác 39 CHƢƠNG 3: ĐỀ XUẤT PHƢƠNG PHÁP GIAO TIẾP LIÊN TẦNG TRONG GIAO THỨC SCTP 42 3.1 SCTP mạng MANET 42 3.2 Cách tiếp cận liên tầng (cross-layer) mạng không dây 45 3.3 Phƣơng pháp tính độ trễ trung bình truy cập kênh truyền tầng MAC 46 3.4 Phƣơng pháp cải tiến giao thức SCTP 49 CHƢƠNG 4: CÀI ĐẶT MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ 52 4.1 Công cụ mô NS-2 52 4.2 Cấu hình cài đặt mơ 52 4.2.1 Mơ hình mơ dạng chuỗi (chain) 52 4.2.2 Mô hình mơ dạng lƣới (grid) 55 4.3 Đánh giá chung 58 4.4 Đề xuất hƣớng nghiên cứu tƣơng lai 58 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình Phân tách tin cạnh 14 Hình 2: Mơ hình tầng giao thức SCTP 15 Hình 3: Mơ hình thiết lập kết nối SCTP TCP 15 Hình 4: Cấu trúc gói tin SCTP 19 Hình 5: Phần header gói tin SCTP 19 Hình 6: Cấu trúc trƣờng trunk 21 Hình 7: Cấu trúc Payload data 24 Hình 8: Cấu trúc INIT Chunk 25 Hình 9: Cấu trúc gói SACK chunk 27 Hình 10: Cấu trúc gói tin Heartbeat 28 Hình 11: Lƣu đồ trạng thái mô tả kết nối SCTP 30 Hình 12:Quá trình thiết lập kết nối 31 Hình 13: Q trình xảy xung đột mạng khơng dây giao thức TCP 43 Hình 14: Kiến trúc RTS/CTS DCF 47 Hình 15: Mơ hình dạng chuỗi (chain) 53 Hình 16: Mơ hình dạng lƣới 6x6 56 Hình 17: Mơ hình dạng lƣới 8x8 56 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ACK CBR DSDV DARPA Acknowledgement Continuous Bit Rate Destination Sequenced Distance Vector Defence Advanced Research Project Agency European Telecommunications Standards ETSI Institute IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers IP Internet Protocol LAN Local Area Network MAC Medium Access Control MANET Mobile Ad hoc Network MAD Medium Access Delay NAM Network Animation NS Network Simulator OTCL Object Oriented Tool Command Language PYC Physical TCL Tcl Tool Command Language TCP/IP Transmission Control Protocol/Internet Protocol Tx Transmission UDP User Datagram Protocol MỞ ĐẦU Ngày mà tầm quan trọng máy tính sống ngƣời tăng lên, điều địi hỏi u cầu cho việc kết nối mạng máy tính Ngồi giải pháp cho mạng có dây đƣợc dùng từ lâu, thấy gia tăng yêu cầu giải pháp cho mạng khơng dây để kết nối tới Internet, đọc gửi thông điệp thƣ điện tử, trao đổi thông tin họp… Mạng không dây đặc biệt MANET (Mobile Adhoc Networking) bao gồm thiết bị tự tổ chức thành mạng đạt đƣợc giải phóng hồn tồn khỏi sở hạ tầng mạng cố định, có chi phí truyền thơng thấp triển khai dễ dàng Về mặt thực tiễn, mạng MANET hữu ích cho nhu cầu thiết lập mạng khẩn cấp nơi xảy thảm họa nhƣ hỏa hoạn, lụt lội, động đất… Với tất lý trên, mạng MANET lĩnh vực nghiên cứu có tính thời cao, đầy thách thức mạng không dây công nghệ hứa hẹn trở nên phổ biến với sống ngƣời Tuy nhiên hiệu mạng MANET cản trở lớn trình áp dụng rộng rãi vào thực tế vấn đề cải thiện hiệu mạng MANET đề tài cịn rộng lớn, có nhiều cách tiếp cận giao thức khác đƣợc đề nghị để giải vấn đề trên[4][5] Ra đời sau giao thức đƣợc sử dụng cho mạng có dây truyền thống nhƣ TCPUDP, giao thức SCTP kế thừa đƣợc ƣu điểm khắc phục số nhƣợc điểm giao thức truyền thống SCTP đƣợc bổ sung số đặc tính nhƣ Multihoming, Multi-streaming, với tính khắc phục đƣợc số điểm yếu giao thức truyền thống nâng cao hiệu năng, chất lƣợng dịch vụ giao thức SCTP Nhƣ thấy việc áp dụng giao thức SCTP vào mạng MANET chƣa phổ biến Bản thân giao thức SCTP nhƣ giao thức TCP, UDP hoạt động không hiệu trọng mạng MANET[6][7] đề tài cải thiện hiệu giao thức mạng MANET chủ đề tƣơng đối chƣa có nhiều ngƣời thực Phƣơng pháp tiếp cận giao tiếp liên tầng (crosslayer) phƣơng pháp khơng nhƣng đƣợc đánh giá có hiệu áp dụng với giao thức TCP mạng MANET [2] Tuy nhiên, chƣa có nhiều cơng trình nghiên cứu để áp dụng phƣơng pháp với giao thức SCTP mạng MANET Do đó, luận văn tơi tập trung vào nghiên cứu áp dụng phƣơng pháp crosslayer với giao thức SCTP mạng MANET từ đề xuất cải tiến tính Multi-homing SCTP để nâng cao hiệu giao thức SCTP mạng MANET Nội dung luận văn bao gồm phần sau: Phần mở đầu giới thiệu đặt vấn đề nghiên cứu Tiếp theo chƣơng trình bày tổng quan mạng MANET bao gồm đặc trƣng bản, ƣu điểm khó khăn thách thức gặp phải với mạng MANET gian đoạn Chƣơng tìm hiểu tổng quan giao thức SCTP, tập trung vào tính Multi-Homing để làm sở nghiên cứu đề xuất phƣơng án cải tiến Chƣơng nghiên cứu phƣơng pháp tính giá trị độ trễ trung bình MAD tầng MAC, sử dụng phƣơng pháp giao tiếp liên tầng để truyền tham số lên tầng giao vận giao thức SCTP phục vụ cho việc xác định tuyến đƣờng tốt tầng giao vận Chƣơng thiết lập môi trƣờng mô đánh giá kết trình nghiên cứu Phần cuối luận văn kết luận công việc mà luận văn đạt đƣợc hƣớng nghiên cứu tƣơng lai 47 Hình 14: Kiến trúc RTS/CTS DCF Trong hình TRTS, TCTS, TDATA TACK thời gian thể tƣơng ứng truyền gói tin RTS, CTS, DATA ACK NAV kênh thời gian phục vụ đƣợc giành cho RTS CTS Tcontention độ trễ cho hội truyền liệu đƣợc bao gồm thời gian quay lui (backoff) SIFS DIFS ke thời gian đƣợc định nghĩa trƣớc chuẩn SIFS