Đối với cỏc mạng cú dõy và cú cỏc kờnh truyền đối xứng về băng thụng và độ trễ hai chiều thỡ TCP hoạt động rất tốt. Tuy nhiờn, đối với những mạng
39
chứa những liờn kết cú tớnh chất bất đối xứng về băng thụng cũng như độ trễ thỡ TCP hoạt động thất thường hơn. Cụ thể, đối với mạng chứa liờn kết cú băng thụng bất đối xứng (vớ dụ: mạng cú đường truyền ADSL) TCP hoạt động khụng tốt, thụng lượng giảm đỏng kể, nếu băng thụng theo hai hướng của liờn kết quỏ chờnh lệch nhau. Trong thực tế, khi một trạm kết nối Internet qua đường truyền bất đối xứng. Kờnh lờn (Up Link) cú tốc độ thấp cũng cú thể được dựng để truyền tải dữ liệu chứ khụng phải chỉ để truyền cỏc gúi tin biờn nhận, vớ dụ như chỳng ta đớnh kốm tập tin khi gửi mail, hay là sử dung Webcam để kết nối bạn bố, sử dụng voice chat. Khi đú, băng thụng cũn lại thường là thấp. Tức là, khi sử dụng hướng cú băng thụng thấp để truyền dũng dữ liệu thỡ độ chờnh lệch của kờnh bất đối xứng là lớn, làm cho việc truyền số liệu ở hướng ngược lại (hướng cú băng thụng lớn) bị tắc nghẽn ở dũng phản hồi (dũng ACK).
Nguyờn nhõn chớnh của việc giảm thụng lượng khi cú kết nối TCP cú băng thụng kờnh gửi lớn hơn nhiều so với băng thụng kờnh biờn nhận (kờnh ACK) là cỏc ACK khụng về được đến bờn gửi hoặc bị đợi quỏ lõu tại cỏc hàng đợi. Hậu quả là thụng lượng TCP thường (vớ dụ TCP Reno) giảm đỏng kể khi gặp trường hợp trờn. Để khắc phục tỡnh trạng này cú nhiều giải phỏp đó được đề xuất, nghiờn cứu nhằm làm giảm ảnh hưởng của vấn đề bất đối xứng nờu trờn. Một trong những giải phỏp mà chỳng tụi nghiờn cứu, đỏnh giỏ là điều chỉnh thuật toỏn biờn nhận của giao thức TCP và thuật toỏn thay đổi cửa sổ tắc nghẽn của bờn nhận khi nhận được ACK.
Người ta đó đưa ra cỏc giải phỏp để tăng hiệu suất giao thức TCP trong mạng cú đường truyền bất đối xứng. Cỏc giải phỏp này đều cố gắng hạn chế mất gúi biờn nhận và hạn chế việc cỏc biờn nhận phải chờ lõu trong hàng đợi, nú bao gồm cỏc pha như sau:
40
Lọc biờn nhận (ACK Filtering -AF)
Điều khiển tắc nghẽn ACK (ACK Congestion Control - ACC) b. Giải quyết tỡnh trạng cú ớt gúi biờn nhận.
Bờn gửi thớch nghi với biờn nhận (Sender Adaptation- SA)
Tỏi tạo biờn nhận (ACK Reconstruction - AR)
Cỏc phương phỏp này cú thể thực hiện riờng rẽ hoặc kết hợp thực hiện với mục đớch là đảm bảo hoạt động hiệu quả cho TCP.
1.3.2.1 Giảm lưu lượng dũng ACK
Lọc biờn nhận
Phương phỏp này sử dụng một bộ lọc ACK (ACK Filter) tại cỏc bộ định tuyến (router) ở đầu vào kờnh truyền ACK cú băng thụng thấp. Tại đú, cỏc ACK nằm trong hàng đợi chờ được truyền đi. Khi gặp bựng nỗ ACK, hàng đợi càng dài ra làm tăng độ trễ gúi ACK khi về đến bờn gửi, tỡnh trạng này cú thể dẫn đến việc cỏc ACK về quỏ muộn gõy hết giờ chờ biờn nhận. Hơn nữa, nếu kớch thước hàng đợi nhỏ thỡ cỏc ACK cú thể bị mất. Khi gặp tỡnh trạng này bờn gửi coi như gúi tin đó bị mất và đó truyền lại gúi số liệu và giảm cửa sổ phỏt. Nếu việc này thường xuyờn xảy ra thỡ hiệu suất hoạt động của TCP giảm đỏng kể.
Nhận xột rằng, nếu cỏc biờn nhận là biờn nhận tớch lũy thỡ ta cú thể loại bỏ cỏc ACK biờn nhận cho cỏc gúi tin cú số thứ tự nhỏ. Chỉ cần truyền ACK biờn nhận cho gúi tin cú số thứ tự lớn nhất. ACK này được coi như là một biờn nhận "tổng" cho tất cả cỏc gúi tin cú ACK nằm trong hàng đợi đang xột. Việc này làm giảm tải cho hàng đợi, giảm tải cho kờnh ACK và giảm được khả năng phải truyền lại cỏc gúi số liệu.
41
Hỡnh 1.7 Phương phỏp lọc biờn nhận
Hỡnh 1.7 mụ tả cỏc biờn nhận đang đợi tại hàng đợi. Cỏc biờn nhận tớch lũy cho gúi tin số 3, 5, 7 được loại tại hàng đợi. Chỉ truyền biờn nhận cho gúi tin số 9, cũng là biờn nhận "tổng" cho tất cả cỏc gúi cú số thứ tự nhỏ hơn 9.
Điều khiển tắc nghẽn dũng ACK
Phương phỏp này làm giảm dũng lưu lượng biờn nhận bằng cỏch làm chậm việc biờn nhận, tức là chờ nhiều gúi đến rồi mới gửi biờn nhận một lần. Phương phỏp này sử dụng bộ tương thớch mở rộng của TCP. Tại hàng đợi nơi xảy ra tắc nghẽn dũng ACK, thực hiện đỏnh dấu ngẫu nhiờn cỏc ACK để thụng bỏo rừ nguyờn nhõn tắc nghẽn là do kờnh biờn nhận bị tắc nghẽn. Từ đú bờn gửi phản ứng bằng cỏch thụng bỏo cho bờn nhận giảm lưu lượng dũng ACK bằng cỏch chậm biờn nhận nhằm làm giảm dũng lưu lượng ACK đang bị tắc nghẽn. TCP data 1 Sender 3 5 7 9 receiver cỏc ACK bị loại 11 13 ACK Bottleneck router
42
Hỡnh 1.8 Đỏnh dấu vào biờn nhận tại hàng đợi
Hỡnh 1.9 Chuyển thụng bỏo tắc nghẽn cho bờn nhận
TCP data
Sender ACK receiver
router Chuyển thụng bỏo tắc nghẽn cho bờn nhận 22 Data 40 TCP data
Sender ACK receiver
Bottleneck router 12 Đỏnh dấu để thụng bỏo nguyờn nhõn tắc nghẽn 22 28 30
43
Hỡnh 1.10 Bờn nhận đó nhận được thụng bỏo tắc nghẽn
Trờn hỡnh 1.8, khi hàng đợi tại bộ định tuyến cú dấu hiệu tắc nghẽn. ACK biờn nhận cho gúi 22 được đỏnh dấu tắc nghẽn. Hỡnh 1.9 là lỳc ACK số 22 đó đến được bờn gửi và bờn gửi gửi thụng bỏo tắc nghẽn cho bờn nhận trong gúi tin số 40. Hỡnh 1.10 bờn nhận nhận được gúi tin 40 và giảm lưu lượng dũng ACK bằng cỏch chậm biờn nhận hơn, một biờn nhận cho 4 gúi tin.
1.3.2.2 Giải quyết tỡnh trạng cú ớt gúi biờn nhận
Bờn gửi thớch nghi với việc cú ớt biờn nhận
Thụng thường thỡ TCP tăng cửa sổ phỏt lờn 1 (ở giai đoạn khởi động chậm) hoặc 1/cwnd (ở giai đoạn trỏnh tắc nghẽn). Nhưng với việc lọc biờn nhận hoặc chậm biờn nhận thỡ mỗi biờn nhận cú thể biờn nhận cho nhiều gúi tin một lỳc. Vỡ vậy, bờn gửi phải tăng cửa sổ phỏt tương thớch với lượng dữ liệu đó được biờn nhận. Tức là cú thể tăng cửa sổ phỏt lờn nhiều hơn thụng thường khi gặp biờn nhận "tổng".
TCP data
Sender ACK receiver
router 22 36 40 Một biờn nhận cho 4 gúi
44
Hỡnh 1.11 Bờn gửi thớch ứng với việc cú ớt số biờn nhận
Hỡnh 1.11 thể hiện việc thớch ứng của bờn gửi, trờn hỡnh ta thấy từ gúi tin thứ 2 đến gúi tin thứ 9 chỉ cú 1 biờn nhận do đú cửa sổ phỏt sẽ được tăng lờn 8 (nếu đang ở trong giai đoạn khởi động chậm) và 8/cwnd nếu đang ở trong giai đoạn trỏnh tắc nghẽn.
Tỏi tạo biờn nhận
Phương phỏp này sử dụng cựng với phương phỏp lọc biờn nhận bằng cỏch đặt thờm một bộ tỏi tạo biờn nhận (ACK Recontructor) tại đầu bờn kia của bộ lọc biờn nhận. Bộ tỏi tạo này làm nhiệm vụ sinh lại biờn nhận đó được loại bỏ ở bộ lọc biờn nhận ở đầu bờn kia của đường băng thụng thấp. Phương phỏp này khi thực hiện cựng với phương phỏp lọc biờn nhận thỡ khụng phải thay đổi giao thức TCP cả bờn gửi lẫn bờn nhận.
Hỡnh 1.12 biểu diễn việc lọc và tỏi tạo cỏc biờn nhận. Cỏc biờn nhận cho cỏc gúi tin số 3, 5, 7 bị loại bỏ tại bộ lọc ACK ở đầu đường tắc nghẽn. Chỳng được tỏi tạo lại và gửi về bờn gửi tại bộ tỏi tạo ở đầu bờn kia của bộ lọc khi nhận được biờn nhận của gúi tin số 9.
TCP data
1
Sender ACK receiver
Bottleneck router 9 15 cwnd +=8 cwnd += 8/cwnd - cwnd (congestion window) là giỏ trị cửa sổ phỏt hiện thời
45
Hỡnh 1.12 Sử dụng bộ lọc và bộ tỏi tạo 1.4. Cụng nghệ xDSL và ứng dụng trờn Internet
Cụng nghệ xDSL đó và đang phỏt triển cựng với sự bựng nỗ thụng tin trờn thế giới. Cụng nghệ này cho phộp cỏc nhà cung cấp dịch vụ viễn thụng phõn phối dịch vụ băng thụng rộng giỏ rẻ tới khỏch hàng. Kỹ thuật này đó giải quyết được vấn đề tắc nghẽn giữa nhà cung cấp dịch vụ mạng và khỏch hàng sử dụng dịch vụ mạng. Băng thụng của kờnh thuờ bao số xDSL lớn hơn nhiều lần so với băng thụng của kờnh thoại. Vỡ vậy, giải phỏp sử dụng cụng nghệ xDSL thay thế cụng nghệ dựng băng thoại truyền số liệu là giải phỏp tốt cú tớnh khả thi cao.
1.4.1 Giới thiệu
Trong hệ thống điện thoại thường, cho dự đường truyền cú khả năng truyền tớn hiệu với dải thụng lờn đến 10Mhz hoặc cú thể cao hơn, nhưng người ta thực hiện lọc dải tần số truyền đi, chỉ truyền cỏc tớn hiệu trong dải tần từ 300hz-3400hz, đủ để đảm bảo chất lượng tiếng núi mà thụi. Vỡ vậy, để tận dụng dải thụng thừa trờn hệ thống điện thoại, người ta đó dựng cụng nghệ xDSL để ghộp thờm tớn hiệu số với tớn hiệu thoại để truyền cựng nhau trờn cựng một đường truyền; tức là thay đổi dải tần số truyền qua bộ lọc dải. Khi
TCP data Sender 3 5 7 9 receiver cỏc ACK bị loại 11 13 ACK Bottleneck router 3 5 7 9
46
đú, tớn hiệu số sẽ dựng cho cỏc dịch vụ kỹ thuật số thường là truy cập Internet, cũn tớn hiệu thoại vẫn phục vụ cho việc truyền tớn hiệu thoại thụng thường. Cụng nghệ xDSL là một cụng nghệ tiờn tiến, là kỹ thuật truy cập điểm tới điểm kết nối giữa thuờ bao và tổng đài trung tõm, nú sử dụng đụi dõy điện thoại thụng thường làm mụi trường truyền dẫn cho truyền thụng đa phương tiện và cú thể hỗ trợ cỏc dịch vụ truy cập Internet tốc độ cao, hội nghị truyền hỡnh, video theo yờu cầu, ngõn hàng trực tuyến, làm việc từ xa,... Giải phỏp của xDSL là sử dụng dải tần lớn hơn phớa trờn dải tần mà dịch vụ thoại sử dụng nờn băng thụng truyền dẫn của xDSL cao hơn. Cụng nghệ xDSL vừa nõng cao được tốc độ và chất lượng dịch vụ vừa tận dụng được mạng cỏp đồng của cỏc hệ thống điện thoại hiện cú, làm giảm chi phớ thiết bị và giỏ cả dịch vụ. xDSL là một họ cụng nghệ đường dõy thuờ bao số DSL, gồm nhiều cụng nghệ cú tốc độ, khoảng cỏch truyền dẫn khỏc nhau và được ứng dụng vào cỏc dịch vụ khỏc nhau. xDSL được chia làm hai loại: đối xứng và khụng đối xứng về băng thụng, tức là tốc độ truyền dữ liệu hai chiều cú thể bằng nhau hoặc khỏc nhau.
Cụng nghệ xDSL cho phộp cỏc nhà cung cấp dịch vụ cung cấp cho khỏch hàng nhiều giải phỏp cụng nghệ cú tớnh mềm dẻo cần thiết để hỗ trợ cỏc ứng dụng. Thể hiện: khả năng hỗ trợ nhiều loại hỡnh dịch vụ, khả năng mở rộng để phỏt triển từ một thuờ bao tới hàng ngàn thuờ bao, khả năng quản lý tin cậy mạng điểm-điểm trong việc hỗ trợ những ứng dụng.
Cho phộp mạng của nhà cung cấp và người sử dụng dịch vụ tận dụng một số đặc tớnh của cấu trỳc cơ sở hạ tầng hiện nay như những giao thức lớp 2, 3 giống như Frame Relay, ATM, IP và độ tin cậy những dịch vụ mạng. Dựng xDSL cũng cú thể triển khai cỏc dịch vụ dựa trờn gúi tin hoặc tế bào giống như Frame Relay, IP và ATM hay trờn cỏc dịch vụ kờnh đồng bộ bit.
47
1.4.2 Cụng nghệ đường dõy thuờ bao số bất đối xứng ADSL
Khi triển khai xDSL đoạn từ nhà cung cấp đến thuờ bao truy cập Internet. Người ta nhận thấy hầu hết lưu lượng được gửi từ nhà cung cấp dịch vụ tới thuờ bao. Cũn theo hướng từ thuờ bao đến nhà cung cấp dịch vụ là rất nhỏ. Vỡ vậy, ADSL ra đời để đỏp ứng yờu cầu truyền lưu lượng bất đối xứng theo hai hướng như trờn.
Ưu điểm của ADSL là cho phộp sử dụng đụi dõy đồng xoắn hiện cú để cung cấp một số kờnh truyền tải khỏc nhau phục vụ cho một số dịch vụ yờu cầu băng rộng tới khỏch hàng. Dịch vụ ADSL trờn cựng đụi dõy với dịch vụ dải tần thoại (bao gồm POST và cỏc dịch vụ truyền số liệu băng tần thoại). Tớn hiệu ADSL chiếm dải tần số cao hơn dải tần thoại và được tỏch ra bởi bộ lọc được đặt ở hai đầu mạch vũng.
Do những ưu điểm nổi bật này, ADSL hiện đang là một giải phỏp rất khả thi để cung cấp cỏc dịch vụ băng rộng cho cỏc hộ gia đỡnh cũng như cỏc doanh nghiệp vừa và nhỏ. ADSL sẽ mở cho bạn cỏnh cửa để cú thể thưởng thức Internet, video kỹ thuật số, giải trớ, multimedia một cỏch hoàn hảo.
Ngoài ra, cụng nghệ xDSL cũn cho phộp thực hiện cỏc kết nối giữa cỏc trung tõm chuyển mạch CO (Central Office) của nhà cung cấp dịch vụ thay cho cỏc tuyến dựng cụng nghệ cũ T1 và E1. Hơn nữa, cụng nghệ này cũn cho phộp cỏc nhà cung cấp dịch vụ cung cấp dịch vụ cho cỏc mỏy chủ WWW bằng RDSL. Chi tiết về xDSL sẽ được trỡnh bày trong chương 2.
48
Chương 2 Tổng quan về cụng nghệ đường dõy thuờ bao số xDSL
Chương này giới thiệu khỏi quỏt về cơ chế, kỹ thuật của đường dõy thuờ bao số (DSL-Digital Subscriber Line), sự ra đời của kỹ thuật này cũng như việc ứng dụng chỳng trờn mạng điện thoại cú sẵn. Ngoài ra, chỳng tụi cũn đề cập đến mạng điện thoại và mạng số liệu, cũng như sự tương thớch giữa chỳng.
2.1 Mạng điện thoại và mạng số liệu
Hiện nay, mạng điện thoại đó phỏt triển rộng khắp, nú xuất hiện mọi nơi trong cụng sở hay trong từng hộ gia đỡnh. Cõu hỏi đặt ra là tại sao chỳng ta khụng sử dụng mạng điện thoại này để truyền dữ liệu. Thực ra, trước đõy người ta cũng đó sử dụng mạng này để truyền dữ liệu nhưng cú một vấn đề là tốc độ dữ liệu rất thấp. Đú là rào cản lớn, nhất là trong thời đại ngày nay khi vấn đề trao đổi thụng tin ngày càng trở nờn cấp thiết hơn, từ những yờu cầu cấp thiết đú, kỹ thuật DSL đó ra đời. Kỹ thuật này đó giải quyết được vấn đề tốc độ khi truyền dữ liệu trờn mạng điện thoại. Để nghiờn cứu chi tiết về kỹ thuật xDSL, đầu tiờn, chỳng ta xem xột mạng điện thoại và mạng truyền dữ liệu, chỳng hoạt động như thế nào và chỳng tương thớch với nhau ở những điểm nào.
2.1.1 Sự hoạt động chung của hai mạng
Mạng điện thoại và mạng dữ liệu cú thể dựng chung một hạ tầng vật lý để truyền song song dữ liệu và tớn hiệu thoại. Hỡnh 2.1 là sơ đồ tổng quỏt của mạng điện thoại chỉ sử dụng để truyền tớn hiệu thoại.
49
các đ-ờng thuê bao Subscriber lines
Trung tâm (central office - CO)
Chuyển mạch điện thoại Telephony Switch
Nối đến chuyển mạch
khác
Hỡnh 2.1 Sơ đồ tổng quỏt mạng điện thoại
Đối với tuyến thuờ bao thỡ cú khả năng phục vụ được một nhúm hộ gia đỡnh, một phần của tũa nhà hay cụng sở và gọi chung là cỏc thuờ bao. Cỏc thiết bị đầu cuối thuờ bao, bao gồm: mỏy điện thoại, mỏy fax, modem băng thoại. Tất cả chỳng được gọi chung là dịch vụ điện thoại cổ điển viết tắt là POTS (Plain Old Telephone Service).
Đối với tổng đài chuyển mạch thỡ chỳng cho phộp đầu cuối này núi chuyện được với đầu cuối kia thụng qua cỏc chuyển mạch. Mặc dự, cỏc liờn kết giữa cỏc tổng đài chuyển mạch là tuyến cỏp quang cú dung lượng lớn, với dung lượng này thỡ cú thể phục vụ được rất nhiều thuờ bao hoạt động cựng lỳc, và như thế mỗi thuờ bao chỉ cú thể sử dụng một phần nhỏ của băng thụng. Hơn thế nữa, tổng đài chuyển mạch được thiết kế chỉ điều khiển được một phần nhỏ của băng thụng cho mỗi thuờ bao. Đối với POTS thỡ dải thụng là từ 200Hz đến 3400Hz và tốc độ lớn nhất cú thể đạt được là 64kbps.
Do cỏc hạn chế như trờn về tốc độ của cỏc chuyển mạch cụng nghệ cũ. Ngày nay cỏc thiết bị chuyển mạch cũng như cỏc thiết bị đầu cuối được xem xột để thiết kế sao cho cú thể điều khiển được số lượng lớn dữ liệu, hơn là chỉ tớn hiệu thoại cho mỗi thuờ bao. Hơn thế nữa việc đưa ra cỏc thiết bị mới, cỏc hệ thống mới cựng dựng chung tuyến thuờ bao với hệ thống điện thoại cổ điển