Nghiên cứu các giải pháp tắc nghẽn mạng internet (tt)

1 HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - TRẦN THỊ LÝ NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP GIẢM TẮC NGHẼN MẠNG INTERNET CHUYÊN NGÀNH : TRUYỀN DỮ LIỆU VÀ MẠNG MÁY TÍNH MÃ SỐ: 60.48.15 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ N I – 2013 Cơng trình hoàn thành tại: KHOA LUẬT – ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Thị Quế Anh Phản biện 1: ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… Phản biện 2: ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… Luận văn bảo vệ Hội đồng chấm luận văn, họp Khoa Luật - Đại học Quốc gia Hà Nội Vào hồi ., ngày tháng năm 200… Có thể tìm hiểu luận văn tại: Trung tâm tư liệu Khoa Luật – Đại học Quốc gia Hà Nội Trung tâm tư liệu – Thư viện Đại học Quốc gia Hà Nội MỞ ĐẦU Có thể nói rằng, thành công lớn nhân loại khoa học công nghệ năm cuối kỷ XX công nghệ thông tin truyền thông Những ứng dụng công nghệ thông tin truyền thơng vào khía cạnh sống giúp người học hỏi nhiều lĩnh vực khác văn hố, giáo dục, khoa học cơng nghệ, kỹ thuật, kinh tế thị trường, xu hội nhập tiếp cận kinh tế tri thức Xu hướng cơng nghệ truyền thơng xóa dần ranh giới công nghệ thông tin viễn thông Thế giới bước vào kỷ nguyên hội tụ Các nhà sản xuất cung cấp dịch vụ không quan tâm đến việc phát triển dịch vụ mà cịn phải xây dựng, củng cố tối ưu hóa hạ tầng mạng lưới sở hội tụ mạng Sự hội tụ thể nhiều khía cạnh đa công nghệ, đa giao thức, đa truy nhập, đa phương tiện truyền thông, đa dịch vụ… Một mạng tiên tiến ứng dụng mạng Internet với mục tiêu lúc, nơi phương tiện Mạng Internet ngày đa phong phú đòi hỏi nhiều mức độ chất lượng khác Ngoài dịch vụ liệu truyền thống cung cấp qua mạng Internet, ngày có thêm nhiều dịch vụ phát triển như: Các dịch vụ thoại, Video, đa phương tiện….Các nhà cung cấp dịch vụ Internet đứng trước thử thách để làm vừa lịng khách hàng với loại dịch vụ khác nhau, chất lượng dịch vụ đảm bảo Tuy nhiên, tài nguyên mạng đặc biệt băng thông có hạn Quá tải mạng tượng tắc nghẽn nguy xảy thường xuyên Một thách thức nảy sinh tích hợp loại dịch vụ vào Internet biến đổi khó lường lưu lượng Mạng phát triển, dịch vụ gia tăng nhanh, dịch vụ nhiều, số lượng người sử dụng lớn lưu lượng mạng có tăng giảm đột biến dẫn đến nguy tải tắc nghẽn mạng tăng Như chất lượng dịch vụ giảm Vậy hạn chế tắc nghẽn nhằm nâng cao hiệu mạng chất lượng dịch vụ Ngược lại, giải pháp nâng cao chất lượng dịch vụ góp phần giảm thiểu tắc nghẽn Vì vậy: “Nghiên cứu giải pháp giảm tắc nghẽn mạng Internet” đề tài mà em quan tâm nghiên cứu Mục đích nghiên cứu Với mục tiêu chung nghiên cứu giải pháp giảm tắc nghẽn mạng Internet Luận văn tập chung tìm hiểu: Tình hình phát triển mạng Internet Việt Nam, nguyên nhân dẫn đến tắc nghẽn mạng, giải pháp đảm bảo chất lượng dịch vụ, phương pháp, kỹ thuật điều khiển chống tắc nghẽn Nghiên cứu giải pháp giảm tắc nghẽn cho mạng Internet Việt Nam Trong sâu tìm hiểu giải pháp thiết lập hệ thống trung chuyển Internet Quốc tế Việt Nam Định hướng giải pháp công nghệ giải tắc nghẽn tương lai vấn đề kiểm soát chất lượng dịch vụ truy nhập Internet nhà cung cấp dịch vụ Đối tượng phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu phân tích mạng Internet Việt nam, từ phân tích giải pháp cấu trúc mạng lưới kết nối nhằm nâng cao hiệu tồn mạng, tránh lãng phí tài nguyên hạn chế tắc nghẽn Nghiên cứu giải pháp, kỹ thuật nhằm kiểm soát lưu lượng, cân tải chống tắc nghẽn, nâng cao chất lượng dịch vụ mạng Nghiên cứu giải pháp giảm tắc nghẽn cho mạng Internet Việt Nam tìm hiểu giải pháp thiết lập hệ thống trung chuyển Internet Quốc tế Việt Nam Định hướng giải pháp công nghệ giải tắc nghẽn tương lai, kiểm soát chất lượng dịch vụ truy nhập Internet Phương pháp nghiên cứu Luận văn nghiên cứu tổng hợp phương pháp điều khiển lưu lượng, cân tải, hạn chế tắc nghẽn mạng Phương pháp khảo sát thực tế sử dụng cho việc nghiên cứu phân tích trạng mạng Internet Việt Nam hệ thống trung chuyển Internet Quốc tế Việt Nam Sử dụng phương pháp tổng hợp kết nghiên cứu tác giả trước, hiểu rõ nguyên tắc chất giải pháp chống tắc nghẽn mạng Viễn thơng nói chung mạng internet nói riêng Nội dung luận văn Ngoài phần mở đầu kết luận, luận văn gồm chương với nội dung sau: Chương 1: Tình hình phát triển mạng Internet Việt Nam, ứng dụng chất lượng dịch vụ mạng Internet, đặc biệt đưa nguyên nhân dẫn đến tắc nghẽn Internet Chương 2: Tìm hiểu nguyên lý chung, cách phân loại đưa tiêu chí đánh giá phương pháp điều khiển chống tắc nghẽn Chương Trình bày số phương pháp điều khiển chống tắc nghẽn mới, có phương pháp truyền thống phương pháp Một số kỹ thuật chống tắc nghẽn với mạng hệ mới, mạng dựa công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức: Điều kiển lưu lượng, kỹ thuật cân tải lưu lượng … Chương Trình bày giải pháp giảm tắc nghẽn cho mạng Internet Việt Nam Trong tìm hiểu giải pháp thiết lập hệ thống trung chuyển Internet Quốc tế Việt Nam Định hướng giải pháp công nghệ giải tắc nghẽn tương lai, vấn đề kiểm soát chất lượng dịch vụ truy nhập Internet ADSL Cuối phần kết luận hướng nghiên cứu, phát triển CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Tình hình phát triển mạng Internet Việt Nam Trong năm gần đây, mạng Internet Việt Nam có bùng nổ phát triển mạnh mẽ Hiện Việt Nam có 14 doanh nghiệp cung cấp hạ tầng mạng Internet (ISP-Internet Service Provider) Cho đến nay, nhiều dịch vụ ứng dụng Internet doanh nghiệp Internet quan tâm Các ISP, bắt đầu đẩy mạnh đa dạng hóa dịch vụ cung cấp cho cộng đồng Sự bùng nổ số lượng khách hàng truy cập Internet đòi hỏi nhà cung cấp dịch vụ phải trọng đến chất lượng dịch vụ chất lượng mạng Hạ tầng mạng Internet Việt Nam so sánh với nước khu vực giới Chất lượng mạng cải thiện đáng kể thông qua việc nâng cấp sở hạ tầng mạng từ mạng lõi router biên, mạng truy nhập để cải thiện băng thơng an tồn mạng 1.2 Các ứng dụng dịch vụ mạng internet Ngày nay, Internet trở thành công nghệ tiêu chuẩn, kết nối mở hệ thống tính tốn mạng thơng tin máy tính không đồng nhất, diện rộng (mạng diện rộng WAN) diện hẹp (mạng cục LAN) Việc phát triển bùng nổ mạng Internet/Intranet, việc cung cấp dịch vụ thơng tin kinh tế, văn hố, xã hội ngày phong phú Các ứng dụng mạng có đặc tính lưu lượng u cầu chất lượng dịch vụ khác nhau, cụ thể :Các ứng dụng thời gian thực thoại Các ứng dụng truyền hình (IPTV) Các ứng dụng e-mail Các ứng dụng liệu khác (ví dụ tương tác máy chủ) Nhiều dịch vụ thương mại điện tử, e-banking, giao dịch chứng khốn trực tuyến có u cầu tương tác thời gian thực 1.3 Chất lượng dịch vụ hiệu mạng Chất lượng dịch vụ (QoS) thuật ngữ sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực khác Hiểu cách đơn giản QoS chế, công cụ đảm bảo cho mức dịch vụ khác thỏa mãn tiêu chuẩn băng thông thời gian trễ cần thiết cho ứng dụng đặc biệt 1.3.1 Băng thông (Bandkwidth)[4] Thuật ngữ băng thông sử dụng để khả truyền lượng liệu giao thức, phương tiện kết nối Có thể cách tốt để giải vấn đề băng thông dành nhiều băng thông cho kết nối tốt 1.3.2 Độ trễ (delay) Tất gói tin mạng trải qua vài khoảng trễ định trước tới đích, hay nói cách khác trễ có nhiều loại, nêu số loại sau: Trễ lan truyền, trễ mạng (Network Delay), trễ xử lý, trễ hàng đợi, trễ lan truyền 1.3.3 Biến động trễ (Delay Jitter Delay Wander) Biến động trễ khác biệt trễ gói khác luồng lưu lương Biến động trễ có tần số cao gọi Jitter biến động trễ có tần số thấp gọi Wander 1.3.4 Tỷ lệ gói (Packet Loss Rate): Tỉ lệ gói số lượng gói bị mạng suốt trình truyền dẫn Mất gói hai ngun nhân chính: gói bị loại bỏ mạng bị tắc nghẽn nghiêm trọng gói bị đường kết nối bị lỗi 1.4 Tắc nghẽn nguyên nhân dẫn đến tắc nghẽn Internet Có thể nói mạng kết nối Internet Việt Nam có bùng phát mạnh mẽ năm gần quy mô, hạ tầng mạng lưới chất lượng dịch vụ Tuy nhiên, với tăng lên nhanh số lượng người dùng, nhu cầu ngày đa dạng loại dịch vụ liệu truyền tải mạng, khiến cho mạng kết nối Internet phải đối mặt với nhiều thách thức 1.4.1 Vấn đề tắc nghẽn mạng 1.4.1.1 Tắc nghẽn nói chung Một vấn đề cộm tượng tắc nghẽn cao điểm Tắc nghẽn Internet xảy nút cổ chai nào, mạng truy nhập, mạng trục, mạng vùng, hay mạng kết nối Tài nguyên mạng có giới hạn nhu cầu truyền tải liệu ngày tăng Chính tượng tắc nghẽn mạng khó tránh khỏi, địi hỏi cần có thêm giải pháp hiệu nhằm giảm thiểu tắc nghẽn, nâng cao chất lượng mạng kết nối Internet 1.4.1.2 Tắc nghẽn mạng toàn IP Tắc nghẽn tượng quen thuộc mạng, mà nguyên nhân nói chung tài nguyên mạng giới hạn nhu cầu truyền thơng tin người khơng có giới hạn Thông thường, nút mạng thiết kế với đệm lưu trữ có hạn Nếu tình trạng nghẽn mạng kéo đủ dài, đệm bị tràn, gói bị trễ thời gian cho phép Nếu gói bị mạng thời điểm tài nguyên mạng mà gói sử dụng bị theo 1.4.2 Nguyên nhân xảy tắc nghẽn 1.4.2.1 Hạn chế băng thông truyền dẫn Nhu cầu băng thông cao dịch vụ đa phương tiện loại hình dịch vụ mới: liệu, âm hình ảnh tích hợp truyền mạng gây tắc nghẽn đường truyền dẫn băng thông nhỏ 1.4.2.2 Nghẽn đường truyền vô tuyến Các hiệu ứng môi trường di động, che chắn, pha đinh,… gây gói ảnh hưởng đến tắc nghẽn mạng Số lượng trạm ngày tăng cộng với phát triển đô thị ngày rõ rệt dẫn đến tượng che chắn pha đinh nhà cung cấp dịch vụ dẫn đến tượng nghẽn mạng 1.4.2.3 Tràn đệm Cấu trúc mạng Viễn thông Internet cấu thành từ hệ thống thiết bị từ: Các thiết bị định tuyến, thiết bị chuyển mạch, hệ thống cahing, hệ thống Acess Server…v.v Trên dòng thiết bị có đệm tích hợp nhằm gia tăng khả truy xuất thiết bị, kích thước đệm có hạn, lưu lượng tăng đột ngột dẫn đến tượng tràn đệm Điều dẫn đến nghẽn mạng 1.4.2.4 Nghẽn cổ chai Tại thời điểm nối từ mạng tốc độ thấp vào mạng tốc độ cao Đây đặc điểm bật môi trường hỗn tạp Internet Khi băng thông kết nối đầu đoạn mạng nhỏ băng thông kết nối bên có lưu lượng ngồi lớn dẫn đến tình trạng nghẽn cổ chai điểm 1.4.2.5 Sự thay đổi đột biến lưu lượng Thông thường, ứng dụng mạng Internet thiết kế với nhu cầu lưu lượng truyền tải lớn (đặc biệt ứng dụng liên quan đến sở liễu phân tán, hay VoIP, Video, IPTV,…) Mặt khác, ứng dụng đa phương tiện có đặc điểm lưu lượng biến đổi động khó dự đốn trước 1.4.2.6 Tính biến động lưu lượng Đây đặc tính mạng Internet so với mạng truyền thống Các nút mạng dịch chuyển làm hình trạng mạng thay đổi gây biến đổi phân chia lưu lượng mạng 1.5 Kết luận chương 1: Hiện tượng tắc nghẽn xảy mạng vấn đề khó tránh khỏi, điều khiển tắc nghẽn ngày trở nên cấp thiết Trong chương 1, nêu rõ để đảm bảo chất lượng dịch vụ mạng Internet, đặc biệt với dịch vụ thời gian thực vấn đề tắc nghẽn mạng phải giải triệt để Ngun nhân có nhiều, khơng phải tất nguyên nhân giải Trong chương 2, tìm hiểu nguyên tắc chung tiêu chí đánh giá phương pháp điều khiển tắc nghẽn mạng 10 CHƯƠNG NGUYÊN LÝ CHUNG VỀ ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN MẠNG 2.1 Nguyên lý chung điều khiển chống tắc nghẽn Mạng viễn thông nước giới Việt Nam chuyển sang mạng hệ sau NGN tới IP hóa (all-IP) với mục tiêu: lúc – nơi phương tiện Nhu cầu dịch vụ mạng ngày đa dạng, phong phú đòi hỏi nhiều mức độ chất lượng dịch vụ khác Chính tượng tắc nghẽn mạng khó tránh khỏi Để giải vấn đề có hai hướng giải tổng quát nhất, là: Tăng tài nguyên mạng , điều khiển để chống tắc nghẽn mạng 2.2 Phân loại phương pháp điều khiển chống tắc nghẽn 2.2.1 Các đặc điểm chung Các phương pháp điều khiển chống tắc nghẽn phân loại dựa đặc điểm chung sau: - Điều khiển tiếp nhận (Admission control): - Kiểm soát (Policing): - Điều khiển luồng lưu lượng (Flow control) 2.2.2 Phân loại - Điều khiển chống tắc nghẽn vòng hở (open-loop congestion control) kết hợp điều khiển tiếp nhận, kiểm soát nguyên lý thùng rò (leaky bucket) - Điều khiển chống tắc nghẽn vòng kín (Close-loop congestion control) dựa trạng thái mạng với giám sát tắc nghẽn điều khiển lưu lượng dựa thông tin phản hồi [1].2.3 Các tiêu chí đánh giá phương pháp điều khiển chống tắc nghẽn Trong phần này, cần xem xét số tiêu chí đánh giá dựa sở tiêu chí truyền thống [7] song có xem xét đến đặc tính mơi trường mạng Internet 12 thái mong muốn Vì vậy, thuật toán điều khiển chống tắc nghẽn phải thiết kế cho tác động điều khiển có độ mịn cần thiết, tránh đưa hệ thống vào trạng thái ổn định thêm Đại lượng để đo độ mịn hiệu số lưu lượng thời điểm điều khiển liên tiếp t1 t2: xi (t 2)  xi (t1 ) hiệu số tổng lưu lượng mạng thời điểm điều khiển liên tiếp t1 t2: X (t )  X (t1 ) 2.3.6 Tính phân tán Đây điều cần thiết mơ hình tập trung địi hỏi thông tin đầy đủ trạng thái mạng luồng riêng lẻ, điều khơng thể khơng có mạng cỡ lớn Chẳng hạn, muốn biết nhu cầu cá nhân hay tồn Thơng tin hữu dụng nguồn tài nguyên Tuy nhiên, truyền đạt thông tin cho nhiều người dùng làm quan tâm đến mào đầu (overhead), đặc biệt người dùng dùng vài nguồn tài nguyên (resource) thời điểm 2.4 Kết luận chương Trong chương này, luận văn trình bày cách hệ thống nguyên lý chung điều khiển tắc nghẽn mạng, phân loại Phương pháp điều khiển Để có sở đánh giá Phương pháp điều khiển khác nhau, luận văn sâu vào tiêu chí đánh giá Các tiêu chí bao gồm: Tính hiệu quả, Tính hội tụ, Tính bình đẳng, Độ mịn Thời gian đáp ứng Trong chương 3, trình bày cụ thể số Phương pháp điều khiển tắc nghẽn mạng 13 CHƯƠNG MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN MẠNG Trong chương luận văn hệ thống hóa lại số phương pháp điều khiển tắc nghẽn điển hình nhất, phân tích đánh giá chúng dựa sở tiêu chí đề xuất chương Đó phương pháp điều khiển tắc nghẽn truyền thống DECbit vài phương pháp EWA, ETCP, FBA- TCP, QS- TCP để cải thiện hiệu suất hoạt động mạng Trong đặc biệt sâu vào phương pháp điều khiển tắc nghẽn sử dụng FAST TCP phổ biến (đặc biệt mạng Internet) ứng cử viên cho mạng dựa sở toàn IP 3.1 Một số phương pháp truyền thống 3.1.1 DECbit DECbit mơ hình điều khiển chống tắc nghẽn sớm Phương pháp sử dụng phản hồi ẩn [1] Trong DECbit, mạng cung cấp thông tin phản hồi cho phép phía gửi điều chỉnh lưu lượng vào mạng Các định tuyến giám sát kích thước trung bình hàng đợi khoảng thời gian định nghĩa Nếu độ dài trung bình đệm vượt ngưỡng (threshold) định tuyến thiết lập bit dẫn chống tắc nghẽn (gọi DECbit) gói tin để thơng báo tắc nghẽn mạng Phía nhận gửi lại bit thông báo nhận đến phía gửi Phía gửi giám sát bit dẫn chống tắc nghẽn để điều chỉnh kích thước cửa sổ gửi sau: Nếu xảy tắc nghẽn giảm theo phép nhân (nhân với 0,875), trường hợp ngược lại kích thước cửa sổ tăng lên theo phép cộng 3.1.2 Điều khiển chống nghẽn mạng TCP TCP (Transmission Control Protocol) giao thức phổ biến cho truyền liệu tin cậy Internet Ngồi điều khiển chống tắc nghẽn ra, cịn thực chức khơi phục liệu quản lý kết nối Điều khiển chống tắc nghẽn TCP thuộc loại điều khiển vịng kín phản hồi ẩn, 14 TCP dựa vào gói để phát tắc nghẽn Nó có cấu để phát gói Đầu tiên, gói gởi, phía gởi TCP khởi tạo định thời Nếu định thời hết hiệu lực trước gói xác nhận, TCP xem gói bị Thứ 2, phía nhận TCP nhận gói khơng trật tự Nó gởi xác nhận ACK cho gói mà nhận gần 3.1.3 Giảm nghẽn dựa phương pháp định tuyến 3.1.3.1 Cơ chế hàng đợi DropTail Bộ định tuyến lưu trữ gói tin gửi đến hàng đợi nhớ xử lý theo nguyên tắc FIFO (vào trước, xử lý trước) Khi gói tin gửi đến nhanh chúng chuyển hàng đợi dài ngược lại, gói tin chuyển đến chậm hàng đợi thu ngắn lại Nhưng nhớ hữu hạn, hành đợi khơng thể dài giới hạn cho phép Vì vậy, phần mềm định tuyến sử dụng chế “cắt bớt phần đuôi” để quản lý hàng đợi bị tràn, hàng đợi gọi Drop Tail Việc “cắt bớt phần đi” có ảnh hưởng đáng kể với TCP, trường hợp đơn giản, gói tin di chuyển qua định tuyến có gói bị làm cho TCP vào trạng thái khởi động chậm, nghĩa giảm bt tốc độ truyền TCP bắt đầu nhận báo nhận gia tăng kích thước cửa sổ tắc nghẽn 3.1.3.2 Cơ chế hủy bỏ sớm ngẫu nhiên (RED: RandomEarly Detection) Bộ định tuyến cài đặt RED sử dụng hai giá trị chặn chặn để đánh dấu vị trí hàng đợi: minh maxth Hoạt động RED mô tả ba quy tắc để xác định vị trí gói tin gửi đến: - Nếu hàng đợi chứa khoảng minth maxth gói tin hủy bỏ gói tin cách ngẫu nhiên theo hàm xác suất p - Nếu hàng đợi chưa minth gói tin thêm gói tin vào hàng đợi xác suất hủy bỏ 15 - Nếu hàng đợi chưa nhiều maxth gói tin hủy bỏ gói tin xác suất hủy bỏ lả 3.1.3.3 Cơ chế điều khiển gói ACK Giao thức TCP điều khiển tần suất truyền cách giới hạn gói báo nhận ACK truyền Trong phiên độ lớn cửa sổ phát W số gói tin chưa có ACK trả lời tương ứng Độ lớn W lớn tốt khơng có tắc nghẽn đường truyền, kết nối thiết lập độ lớn cửa sổ truyền ban đầu thấp tăng dần đạt đến giá trị tối đa tức gặp lỗi hay nhận trả lời xấu (NAK) hay vượt thời gian cho phép (timeout) 3.1.3.4 Các phương pháp khác Ngồi phương pháp nói đến cón có phương pháp ECN [14] (Explieit) Congestion Ntification), RED [15] andom Eacly Detection) (Sử dụng định tuyến để hỗ trợ điều khiển chống tắc nghẽn cho TCP) RAP [16] (Rate Adaptation Protocol) (giao thức điều khiển chống tắc nghẽn mức ứng dụng) phương pháp điều khiển chống tắc nghẽn ứng dụng cụ thể RealPlayer [13] Microsoft Windows media Player [17] 3.2 Một số phương pháp điều khiển chống tắc nghẽn 3.2.1 EWA FEWA Phương pháp EWA [11] (Explicit Window Adaptation) dùng thông báo cách rõ ràng đến phía gửi băng thơng khả dụng đường cách sử dụng chế điều khiển lưu lượng giống TCP để truyền thông tin phản hồi từ định tuyến đến phía gửi Ý tưởng ETCP [12] (Enhanced TCP) sử dụng phản hồi FEWA (dựa thích ứng với cửa sổ điều khiển lưu lượng - AWND) để tính cửa sổ gửi (SWND) ETCP phía gửi khơng thực chu trình bắt đầu chậm (Slow start) chống tắc 16 nghẽn (congestion avoidance), mà bắt đầu với cửa sổ gửi khởi tạo cập nhật cửa sổ gửi 3.2.3 XCP XCP [18] (Explieit Control Pcotocol) giao thức truyền thông dự kiến thay TCP Sự phát lại cửa sổ chống tắc nghẽn XCP dựa TCP 3.2.4 FBA - TCP Phân bổ băng thông hợp lý cho TCP (FBA - TCP [21] (Fair Bandwidth Allocation for TCP) phương pháp điều khiển lưu lượng TCP dựa thông tin phản hồi mạng cung cấp CSFQ (Core-Stateless Fair Queueing) [24] CSFQ nhằm mục đích đạt phân bổ thông hợp lý định tuyến mà khơng u cầu tính tốn cho luồng trạng thái luông định tuyến lõi miền CSFQ 3.2.5 QS-TCP QS-TCP (Quick Start TCP) đề xuất Jain Floyd cách để tăng cửa sổ khởi tạo kết nối TCP [25] Trong thủ tục thiết lập kết nối TCP (TCP SYN TCP SYN/ACK) phía gửi TCP chèn yêu cầu bắt đầu nhanh (Quick Start Request) vào gói TCP tốc độ khởi tạo mà phía gửi muốn truyền 3.3 FAST TCP FAST (Viết tắt Fast Active queue management Scalable Transmission Control Protocol) thuật toán kiểm soát tắc nghẽn cải tiến giao thức TCP 3.3.1 Kiến trúc thuật tốn FAST TCP FAST TCP có điểm khác biệt : - Đầu tiên, thuật tốn dựa phương trình loại bỏ gói tin dao động Dựa trễ hàng đợi phương pháp để xác định tắc 17 nghẽn.FAST TCP có luồng ổn định đạt cân mà không ảnh hưởng đến luồng dài 3.3.2 Hiệu FAST TCP Hiệu FAST TCP đánh giá tham số là: thơng lượng, tính bìnđẳng, tính ổn định khả đáp ứng 3.3.3 Các ứng dụng FAST TCP Để thương mại hóa ứng dụng FAST TCP từ năm 2006 cơng ty FastSoft đời để phát triển ứng dụng dựa công nghệ FAST TCP Các sản phẩm FastSoft nhằm mục đích tăng cường tốc độ website ứng dụng web khác tăng tốc độ truyền tải hình ảnh nội dung số khác 3.4 Một số kỹ thuật chống tắc nghẽn cho mạng hệ Trong phần tìm hiểu số kỹ thuật cụ thể chống tắc nghẽn mạng, kỹ thuật sở xây dựng giải pháp nhằm giảm tắc nghẽn mạng internet kết nối quốc tế Việt nam 3.4.1 Kỹ thuật điều khiển lưu lượng nút mạng 3.4.1.1 Điều khiển chấp nhận kết nối Điều khiển chấp nhận kết nối (connection Admission control) chế liên quan đến quản lý tài nguyên, thực so sánh yêu cầu tài nguyên ứng dụng với tài nguyên sẵn có mạng Kiểm tra chấp nhận thành cơng khơng Nếu kiểm tra không thành công, kết nối bị từ chối diễn thương thảo để tiến tới thoả thuận cung cấp dịch vụ Khi kết nối chấp nhận, thoả thuận cung cấp dịch vụ (dưới dạng đặc tính lưu lượng vào, yêu cầu QoS) người sử dụng mạng thực hiện, tài nguyên dành trước 3.4.1.2 Cơ chế định dạng lưu lượng (Traffic shaping) 18 Định dạng lưu lượng (sửa lại dạng) làm trễ vài hay tất gói tin để tạo mộtluồng liệu ngõ có tốc độ mong muốn 3.4.2 Kỹ thuật lưu lượng mạng MPLS 3.4.2.1 Mạng MPLS Mạng MPLS bao gồm tập hợp định tuyến chuyển mạch nhân LSR (Label Switching Router) có khả chuyển mạch định tuyến gói dựa nhãn gán vào gói Các nhãn xác định luồng gói điểm đầu cuối điểm nguồn với nhóm điểm đích trường hợp đa hướng 3.4.2.2 Cơ chế điều khiển lưu lượng MPLS Điều khiển lưu lượng trình điều chỉnh luồng lưu lượng qua mạng để sử dụng tối đa tài nguyên mạng tăng hiệu mạng [22] MPLS cho khả mềm dẻo điều khiển lưu lượng với khả định tuyến rõ ràng chặt chẽ định tuyến tường minh không chặt chẽ [6.] Điều khiển lưu lượng nhằm cố gắng phân bổ tài nguyên mạng tốt để hỗ trợ nhu cầu QoS người sử dụng Do tài nguyên mạng hạn chế, phải xếp lưu lượng người dùng cách hợp lý 3.4.2.3 Chọn đường MPLS Chọn đường xem xét đến phương pháp sử dụng để chọn LSP cho FEC xác định Kiến trúc giao thức MPLS cho phép hỗ trợ hai khả việc chọn đường đi: định tuyến hop-by-hop (hop-by-hop routing) định tuyến tường minh (explicit routing) Kỹ thuật chọn lọc đường dẫn dựa đảm bảo băng thông Kỹ thuật dựa việc thương thảo yêu cầu khác giới hạn đếm bước nhảy đường dẫn cân tải mạng Kỹ thuật chọn đường giao thoa tối thiểu (MIRA) 19 Kỹ thuật chọn đường giao thoa tối thiểu (MIRS - Minimum Interference Rooring with Applicanions) thuộc loại định tuyến có ràng buộc (CBR - Constrained Based Routing) [8,23], ý tưởng phương pháp khai thác cặp vào - để tránh định tuyến qua liên kết "giao thoa" với việc thiết lập đường tiềm tương lai 3.4.3 Kỹ thuật cân tải lưu lượng Kỹ thuật lưu lượng hướng tới việc cân tải đường để bảo đảm lưu lượng không vượt mức cho phép đường Các kỹ thuật cân tải đề xuất tới phân thành loại sau: (1) cân tải tĩnh với khả dựa tảng cấu hình dựa theo tài nguyên (2) Cân tải động (3) Cân tải thích ứng 20 CHƯƠNG IV GIẢI PHÁP GIẢM TẮC NGHẼN MẠNG INTERNET VIỆT NAM 4.1 Hiện trạng mạng Internet Việt Nam [2] Như trình bày chương 1, mạng Internet Việt Nam có bùng nổ phát triển mạnh mẽ Hạ tầng mạng Internet Việt Nam đại Chất lượng mạng cải thiện đáng kể thông qua việc nâng cấp sở hạ tầng mạng từ mạng lõi router biên, mạng truy nhập để cải thiện băng thơng an tồn mạng Các phương thức truy nhập tiên tiến ADSL, HDSL, truy cập vô tuyến tốc độ cao EDGE loại hình truy cập khác sử dụng Việc truy nhập cáp quang có băng thông lớn FTTx triển khai áp dụng vào thực tế Việt Nam Mạng kết nối Internet nước thiết lập thông qua hệ thống trung chuyển Internet quốc gia (Vietnam National Internet eXchange-VNIX) VNNIC VNIX giúp ISP Việt Nam trao đổi lưu lượng Internet nước qua điểm Hà Nội TP Hồ Chí Minh, khắc phục tượng ISP Việt Nam phải vòng quốc tế truy vấn sang ISP khác 4.1.1 Mạng kết nối Internet Quốc tế VNPT Cơng ty điện tốn truyền số liệu (VDC), VNPT nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP), nhà cung cấp kết nối Internet (IXP) lớn Việt Nam Về mặt cấu trúc VDC có cổng Internet Quốc tế Hà Nội, Đà Nẵng, Thành phố Hồ Chí Minh Trong nước mạng Internet VNPT chia thành vùng lưu lượng với định tuyến lõi Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh Đà Nẵng Tuy nhiên với nhu cầu phát triển ngày tăng Internet, dự án phân tải thực hiện, chia thành vùng: Hà Nội, khu vực phía Bắc, khu vực miền Trung, khu vực phía Nam, thành phố Hồ Chí Minh 21 4.1.2 Mạng kết nối Internet Quốc tế số ISP khác Bên cạnh nhà cung cấp dịch vụ Internet lớn VNPT, Tập đồn Viettel có hạ tầng mạng truyền dẫn quang Quốc tế, mạng đường trục mạng truyền dẫn nội hạt trung tâm kinh tế lớn Hà Nội Thành phố Hồ Chí Minh Viettel có vịng ring nội hạt thành phố lớn Ngoài SPT HTC hai nhà cung cấp dịch vụ kết nối Internet quốc tế, nhiên với dung lượng thấp 4.1.3 Nhận xét Với hạ tầng mạng trục quốc tế, chưa có doanh nghiệp Việt Nam có đủ khả tự đầu tư xây dựng, mà chủ yếu thuê lại kênh truyền quốc tế nhà cung cấp nước Giá thuê kênh kết nối quốc tế thường cao, kèm theo điều kiện định, nên ISP nước thường đầu tư hạn chế cho đường kết nối quốc tế phát triển kinh tế Việt Nam 4.2 Giải pháp giảm tắc nghẽn truy cập Internet Việt quốc tế Việt nam [2] Việc chia sẻ lưu lượng internet nước IPS thực thông qua hệ thống trung chuyển VNIX Đối với lưu lượng Internet quốc tế cần có giải pháp nhằm chia sẻ dung lượng cách mềm dẻo, giảm tắc nghẽn cục ISP.Giải pháp đưa dựa tuyến kết nối Internet Quốc tế ISP lại với nhau, sau chia sẻ dùng chung tuyến kết nối sở bảo đảm đáp ứng hoàn toàn yêu cầu, nhu cầu dung lượng kết nối Internet Quốc tế riêng ISP 4.2.1 Nguyên tắc thiết kế mạng VNIX international Để đảm bảo thiết lập mạng VNIX international phù hợp với mục tiêu, yêu cầu khả thi, hợp lý, toán thiêt kế mạng VNIX international cần phải xây dựng đảm bảo cho nguyên tắc sau: - Đáp ứng yêu cầu Internet Quốc tế ISP 22 - Nâng cao hiệu đầu tư, giảm thiểu chi phí thuê kênh kết nối Internet Quốc tế - Đáp ứng yêu cầu dự trữ cho phát triển dung lượng đột xuất - Ứng dụng kỹ thuật công nghệ đại phải tương thích phù hợp với mạng hệ (NGN) Quốc gia giới 4.2.2 Thiết kế định cỡ mạng VNIX international Để thiết kế hệ thống VNIX international, công nghệ MPLS, kết hợp với kỹ thuật cân tải lưu lượng vào – nút mạng, nhằm phân phối hợp lý luồng lưu lượng mạng, giảm tắc nghẽn nâng cao chất lượng truyền tải đề xuất 4.3 Định hướng giải pháp công nghệ giải tắc nghẽn tương lai [4] Tắc nghẽn băng thơng xảy với cá nhân; xét tầm vĩ mơ, băng thơng Internet tồn cầu hồn tồn gặp phải vấn đề tương tự Theo số liệu thống kê năm 2011 từ ITU World Telecommunication, khoảng 35% dân số giới tiếp cận với mạng Internet, số chắn tăng lên tương lai Ngày nhiều người sử dụng, nhiều thiết bị kết nối, nhiều dịch vụ truyền dẫn liệu online, tượng bùng nổ băng thông tránh khỏi 4.3.2 Giải pháp phần mềm Để giải tình trạng tắc nghẽn truyền dẫn liệu, mặt cần nâng cấp sở hạ tầng liên tục; mặt khác, cần sử dụng chúng có hiệu Giải pháp phần mềm cải thiện kết nối mạng liệu - đại diện tiêu biểu số OpenFlow Phần mềm sử dụng trung tâm liệu Google hay CERN (Tổ chức Nghiên cứu Nguyên tử Châu Âu) OpenFlow cho phép luồng liệu từ CERN luân chuyển hiệu thông qua việc tự động phân bổ lại nguồn tài nguyên mạng mà không ảnh 23 hương đến lưu lượng truy cập Internet nói chung 4.4 Kiểm sốt chất lượng dịch vụ truy nhập Internet ADSL 4.4.1 Tốc độ tải liệu trung bình (Pd Pu) Định nghĩa: Tốc độ tải liệu trung bình gồm hai loại: tốc độ tải xuống trung bình (Pd) tốc độ tải lên trung bình (Pu) Chỉ tiêu: - Tốc độ tải liệu trung bình nội mạng (sử dụng website DNCCDV): Pd  0,8 Vdmax Pu  0,8 Vumax ; - Tốc độ tải liệu trung bình ngoại mạng (sử dụng website nước quốc tế DNCCDV): Pd  0,6 Vdmax Pu  0,6 Vumax Phương pháp xác định: Phương pháp mơ Tổng số mẫu đo 100 mẫu đo tải tệp (file) liệu vào khác ngày loại tải lên tải xuống, nội mạng ngoại mạng; dung lượng tệp liệu dùng để thực mẫu đo MB trở lên phép tải xuống, MB trở lên phép tải lên 4.4.2 Lưu lượng sử dụng trung bình Định nghĩa: Hướng kết nối ISP hướng kết nối Internet từ ISP đến IXP, từ ISP đến điểm trung chuyển lưu lượng nước, bao gồm hướng hướng Lưu lượng sử dụng trung bình hướng kết nối ISP tỷ số lượng liệu trung bình truyền qua đường truyền đơn vị thời gian dung lượng tối đa đường truyền Chỉ tiêu: Lưu lượng sử dụng trung bình hướng kết nối ISP khoảng thời gian ngày liên tiếp  70% Phương pháp xác định: Phương pháp giám sát Giám sát lưu lượng tất hướng kết nối ISP 24 4.4.3 Tỷ lệ dung lượng truy nhập bị tính cước sai (CI) Định nghĩa: Tỷ lệ dung lượng truy nhập bị tính cước sai tỷ số tổng giá trị tuyệt đối dung lượng truy nhập bị tính cước sai tổng dung lượng truy nhập thực Chỉ tiêu áp dụng cho hình thức tính cước theo dung lượng truy nhập Chỉ tiêu: Tỷ lệ dung lượng truy nhập bị tính cước sai  0,1% Phương pháp xác định: - Phương pháp mơ phỏng: Tổng dung lượng mẫu đo 1000 MB - Phương pháp giám sát: Sử dụng thiết bị giám sát dung lượng truy nhập qua đường dây ADSL khách hàng Thời gian thực giám sát tuần 4.5 Kết luận chương 4: Chương trình bày trạng mạng kết nối Internet Việt Nam Qua nhận thấy vấn đề chia sẻ dung lượng mạng Quốc tế nhà cung cấp hạ tầng mạng cung cấp dịch vụ chưa triển khai Hiện tượng tắc nghẽn cục nhà khai thác dịch vụ khách hàng điều khó tránh khỏi Trên sở nghiên cứu tác giả trước luận văn trình bày giải pháp giảm tắc nghẽn Internet Quốc tế việc thiết lập trung tâm trung chuyển Internet Quốc tế Việt Nam Để giảm tắc nghẽn giải pháp hạ tầng mạng, phương pháp điều khiển tắc nghẽn triển khai yếu tố quan trọng nhà cung cấp dịch vụ phải thường xuyên quan tâm kiểm soát chất lượng dịch vụ truy nhập mạng theo tiêu chuẩn ngành quy định 25 KẾT LUẬN Kiểm soát lưu lượng điều khiển chống tắc nghẽn Internet vần đề phức tạp nhiều thử thách mạng ngày phát triển, dịch vụ đa dạng, người dùng ngày nhiều, nhu cầu ngày lớn Với mục đích nghiên cứu giải pháp kỹ thuật để hạn chế tắc nghẽn, luận văn sâu tìm hiểu tình hình phát triển mạng Internet Việt Nam, nguyên nhân dẫn đến tắc nghẽn mạng, Nghiên cứu giải pháp đảm bảo chất lượng dịch vụ, phương pháp, giải pháp kỹ thuật chống tắc nghẽn Trong phải kể đến phương pháp truyền thống DECbit, TCP, định tuyến số phương pháp cải tiến: EWA, FEWA, ECP, XCP, FBA-TCP, sâu phương pháp FAST TCP Đồng thời trình bày số kỹ thuật cụ thể chống tắc nghẽn mạng hệ mới, mạng dựa công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS Luận văn tìm hiểu trạng mạng kết nối Internet Việt Nam quốc tế Qua nhận thấy vấn đề chia sẻ dung lượng mạng Quốc tế nhà cung cấp hạ tầng mạng cung cấp dịch vụ chưa triển khai Hiện tượng tắc nghẽn cục nhà khai thác dịch vụ khách hàng điều khó tránh khỏi Trên sở trình bày giải pháp giảm tắc nghẽn Internet Quốc tế việc thiết lập trung tâm trung chuyển Internet Quốc tế Việt Nam VNNIC quản lý Ngoài luận văn đề cập giải pháp công nghệ giải băng thông hạ tầng mạng Ngoài phương pháp điều khiển tắc nghẽn triển khai yếu tố quan trọng nhà cung cấp dịch vụ phải thường xuyên quan tâm kiểm soát chất lượng dịch vụ truy nhập mạng theo tiêu chuẩn ngành quy định 26 HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Tối ưu hóa tài nguyên mạng, nâng cao chất lượng mạng dịch vụ ln địi hỏi khơng nhà cung cấp dịch vụ yêu cầu ngày cao khách hang Do vậy, chất lượng dịch vụ QoS vấn đề lâu tương lai cần phải tiếp tục nghiên cứu, bối cảnh cơng nghệ mạng thay đổi cách nhanh chóng Trên sở nghiên cứu giải pháp giảm tắc nghẽn mạng ineternet tổng hợp trình bày luận văn, hướng nghiên cứu vấn đề trễ, biến động trễ Vì với dịch vụ thời gian thực tham số chất lượng đòi hỏi nhà cung cấp dịch vụ phải đặc biệt quan tâm ... thiểu tắc nghẽn Vì vậy: ? ?Nghiên cứu giải pháp giảm tắc nghẽn mạng Internet? ?? đề tài mà em quan tâm nghiên cứu Mục đích nghiên cứu Với mục tiêu chung nghiên cứu giải pháp giảm tắc nghẽn mạng Internet. .. triển mạng Internet Việt Nam, nguyên nhân dẫn đến tắc nghẽn mạng, giải pháp đảm bảo chất lượng dịch vụ, phương pháp, kỹ thuật điều khiển chống tắc nghẽn Nghiên cứu giải pháp giảm tắc nghẽn cho mạng. .. nguyên hạn chế tắc nghẽn Nghiên cứu giải pháp, kỹ thuật nhằm kiểm soát lưu lượng, cân tải chống tắc nghẽn, nâng cao chất lượng dịch vụ mạng Nghiên cứu giải pháp giảm tắc nghẽn cho mạng Internet Việt