II. Điều khiển lưu lượng, tránh tắc nghẽn
3. Điều khiển tắc nghẽn trong mạng hỗn hợp có dây và không dây
tắc nghẽn. Trong mạng hỗn hợp có dây và không dây, người ta đã giới thiệu và công bố một số phương pháp khác.
3. Điều khiển tắc nghẽn trong mạng hỗn hợp có dây và không dây dây
Trang 50 Các cơ chế điều khiển lưu lượng trình bày ở trên của TCP bị hạn chế trong mạng hỗn hợp do tình trạng mất dữ liệu không phải do lỗi tắc nghẽn mà là do lỗi truyền dẫn và do tính cơ động của các node, đây chính là đặc trưng của mạng có đường truyền không dây. Để khắc phục những vướng mắc này người ta đã cải tiến thuật toán điều khiển thông thường bằng những thuật toán phù hơn trong môi trường mạng hỗn hợp:
3.1 Indirect-TCP:
Ra đời vào những năm 1995 với tư tưởng là chia kết nối TCP thành hai phần là phần cố định có dây và phần không dây :
Hình 2.1 Indirect-TCP
Từ những trạm máy tính cố định, thường được gọi là trạm đối tác, ký hiệu là CH (Coresspondent host) kết nối với các máy tính trong mạng không dây - MH (Mobile Host) thông qua Access Point (AP) hay Foreign Agent (FA), do đó từ CH đến AP có thể sử dụng TCP chuẩn, không phải thay đổi các kỹ thuật TCP đã tồn tại trong Internet. Access point sẽ hoạt động như một Proxy, có nghĩa là nó trở thành điểm kết thúc của kết nối TCP thay vì mobile host (MH), do đó AP được xem như là MH đối với CH và là CH đối với MH. Kết nối TCP giữa AP và MH có thể thay đổi hoặc không. Nếu CH gửi một gói số liệu cho MH thì AP biên nhận gói tin này và chuyển tiếp gói tin đó tới MH. Nếu MH nhận được gói tin này sẽ biên nhận lại. Tuy nhiên biên nhận này chỉ được biết bởi AP. Nếu gói tin này bị mất trên đường truyền Wireless vì đường truyền lỗi thì CH không
Trang 51 được thông báo thông tin này. Foreign Agent sẽ truyền cục bộ lại gói tin này để đảm bảo tính tin cậy của truyền dữ liệu. Tương tự, nếu MH gửi một gói tin, FA biên nhận gói tin đó cho MH và chuyển tiếp gói tin này tới CH. Nếu gói tin này bị mất trên đường truyền không dây – WL (Wireless Link), MH có thể được thông báo nhanh hơn và có thể trực tiếp truyền lại gói tin. Gói tin bị mất trên đường truyền có dây được quản lý bởi FA.
Ưu điểm:
I-TCP không yêu cầu phải thay đổi giao thức TCP đang được sử dụng rỗng rãi trên Internet.
Vì kết nối được chia làm hai nên lỗi trên đường truyền không dây không bị lan truyền vào mạng cố định.
Độ trễ là ít giữa MH và FA và độc lập với các luồng lưu lượng khác. Do đó, một kỹ thuật TCP khác có thể được sử dụng để bảo đảm việc truyền lại nhanh nhất có thể.
Việc phân chia kết nối làm hai phần cũng cho phép sử dụng các giao thức lớp vận chuyển khác nhau giữa FA và MH hoặc cho phép nén phần header của các gói dữ liệu. FA có thể họa động như một GateWay để truyền dữ liệu giữa các giao thức khác nhau.
Nhược điểm:
Xảy ra tình trạng mất ngữ nghĩa end-to-end do việc biên nhận hộ của FA; khi thực thể gửi nhận được một biên nhận thì nó coi như thực thể nhận đã nhận được biên nhận đó, nhưng thực tế biên nhận đó là do FA gửi hộ, đồng nghĩa với việc chưa chắc thực thể nhận đã nhận được gói tin do thực thể gửi đã gửi đi.
Việc chuyển điều khiển giữa các FA cũng là một việc khó giải quyết vì khi một MH chuyển đến vùng do một FA khác đảm bảo việc truyền thông thì các gói tin gửi cho MH này trong một
Trang 52 khoảng thời gian nhất định vẫn phải chuyển đến FA cũ trước khi được định hướng sang FA mới.
FA phải là một thực thể tin tưởng vì nếu áp dụng mã hóa đầu cuối (end-to-end) theo chuẩn RFC1827 thì FA cũng phải được tích hợp các kỹ thuật mã hóa ở trong đó.
3.2 Snoop - TCP
Với cách tiếp cận này FA lưu giữ tất cả các gói tin với đích là mobile host và thêm vào kỹ thuật “snoops” vào trong luồng gói tin ở cả hai hướng
Hình 2.2 Snoop-TCP
Lý do phải lưu gói tin lại ở FA là để có thể thực hiện lại việc phát lại nhanh trong trường hợp gói tin bị mất trên đường truyền WL. FA lưu giữ lại mọi gói tin cho đến khi nó nhận được biên nhận từ MH. Nếu FA không nhận được biên nhận từ MH trong một khoảng thời gian hoặc nhận một Ack lặp thì nó coi nguyên nhân là do gói tin hoặc biên nhận bị mất. FA có thể phát lại nhanh gói tin bị mất này từ bộ đệm do đó sẽ nhanh hơn là phát lại từ trạm cố định (CH). Nhưng để đảm bảo việc phát lại là trong suốt đối với các thực thể TCP ở hai đầu kết nối, FA không được gửi biên nhận hộ cho CH. Tuy nhiên FA có thể lọc ra các ACK lặp để ngăn ngừa việc phát lại không cần thiết. Nếu FA bị sụp thì thời gian time-out tại CH vẫn được kích hoạt để phát lại gói tin. Hơn thế nữa, FA có thể loại bỏ các gói tin lặp của các gói tin đã được truyền lại cục bộ và được biên nhận
Trang 53 bởi MH, ngăn ngừa những lưu lượng thông tin không cần thiết trên đường WL.
Khi dữ liệu được truyền từ MH tới CH , FA “nhòm” vào trong các luồng dữ liệu phát hiện ra các khoảng trống trong số dãy số thứ tự các gói tin của TCP. Nhờ đó, FA có thể phát hiện nhanh chóng sự mất thông tin, nó sẽ gửi ngay NACK cho MH để MH có thể phát lại ngay tức thì. Việc sắp xếp lại các gói tin sẽ diễn ra tự động tại CH bởi thực thể nhận TCP.
Ưu điểm:
Bảo vệ được ngữ nghĩa end-to-end, ngay cả khi FA gặp trục trặc
Không phải thay đổi giao thức TCP tại CH, các cải tiến chỉ thực hiện trên FA.
Không phải lo ngại về tình trạng MH di động sang vùng của các FA khác vì sự kiểm soát timeout cho việc phát lại vẫn thuộc CH nên nếu gói tin đã được phát quá thời gian timeout mà chưa nhận được ACK thì CH có thể truyền lại theo địa chỉ mới.
Nhược điểm:
Không hoạt động tốt được trên đường WL như TCP.
Dùng NACK giữa FA và MH nên cách tiếp cận này là không trong suốt với MH.
Vẫn bị ảnh hưởng bởi sự mã hóa end-to-end đối với FA.
3.3 Mobile - TCP
Cách tiếp cận này giống I-TCP và snoop-TCP là chia cắt kết nối TCP thành 2 phần, nhưng thực hiện bảo vệ cửa sổ truyền của thực thể gửi không bị co lại nếu nguyên nhân mất gói tin là lỗi bit hoặc bị ngắt kết nối do đường truyền WL gây ra, chứ không phải do tắc nghẽn trong mạng. Mục đích của M-TCP là cải thiện những nhược điểm của hai phương pháp trên để cho độ trễ thấp hơn và vẫn duy trì được ngữ nghĩa end-to- end của TCP, đồng thời tăng hiệu suất đối với việc chuyển giao cuộc gọi
Trang 54 (hand off) giữa các FA và thích ứng với các đường truyền dài và việc ngắt kết nối xảy ra thường xuyên.
Máy chủ đứng giữa kết nối TCP gọi là máy kiểm soát – SH (Supervisory host-SH). Sử dụng TCP chuẩn giữa kết nối CH-SH và điều chỉnh TCP của kết nối giữ SH-MH. Máy kiểm soát SH chịu trách nhiệm trao đổi dữ liệu giữa hai phần tương tự máy chủ ủy quyền (proxy). Mobile-TCP coi tỷ lệ lỗi bit là thấp vừa phải trên đường truyền WL, do đó nó không lưu giữ hoặc phát lại dữ liệu từ SH. Nếu gói tin bị mất trên đường WL nó phải được truyền lại từ thực thể gửi để lưu giữ ngữ nghĩa end-to-end TCP.
SH kiểm soát tất cả các gói tin được gửi từ MH và những ACK được gửi lại từ MH. Nếu SH không nhận được một ACK, nó coi như MH đã bị ngắt kết nối và kìm giữ thực thể gửi bằng cách đặt kích cỡ cửa sổ gửi bằng 0 (nghĩa là báo cho thực thể gửi rằng thực thể nhận vẫn muốn nhận, nhưng hiện tại chỉ có thể nhận 0 byte số liệu), đưa thực thể gửi về chế độ persistent (thực thể gửi sẽ không cố gắng phát lại dữ liệu trong khoảng thời gian thực thể nhận đang bị ngắt kết nối). Ngay khi SH cũ hoặc mới phát hiện có kết nối trở lại nó sẽ mở lại cửa sổ của thực thể gửi với giá trị cũ nên thực thể gửi có thể truyền với tốc độ đầy đủ như lúc trước. Kỹ thuật này không yêu cầu thay đổi TCP của thực thể gửi.
Bên phần mạng không dây, một điều chỉnh của TCP được sử dụng để có thể nhận lại được các gói tin bị mất nhanh hơn. TCP này không sử dụng Slow start, do đó M-TCP cần quản lý dải thông để triển khai việc chia sẻ công bằng đường truyền không dây.
Ưu điểm:
M-TCP lưu giữ được ngữ nghĩa end-to-end của giao thức TCP. SH chỉ chuyển tiếp ACK chưc không tự gửi ACK.
Nếu MH bị ngắt kết nối, M-TCP tránh việc truyền lại, pha slow start hoặc ngắt kết nối bằng cách rút lại cửa sổ truyền bằng 0.
Trang 55
M-TCP không lưu giữ dữ liệu tạm trong SH như I-TCP nên nó không cần thiết chuyển tiếp dữ liệu từ bộ đệm đến một SH mới khi có việc chuyển cuộc gọi (hand off). Những gói tin bị mất sẽ được tự động truyền lại tới SH mới.
Nhược điểm:
M-TCP giả thiết rằng tỷ lệ lỗi bit thấp là không luôn luôn đúng.
Một TCP điều chỉnh trên WL không chỉ yêu cầu phải sửa phần mềm giao thức tại MH mà còn phải có thêm những phần tử mạng mới để quản lý băng thông.
Ngoài Mobile-TCP ra còn một số phương pháp khác như Fast retransmit/ Fast Recovery hoặc Tranmission/ time-out freezing hay Selective retranmission và transaction oriented TCP để cải tiến hiệu suất làm việc của TCP trong môi trường mạng hỗn hợp. Các phương pháp này có thể kết hợp với nhau nhằm bổ sung những ưu điểm và khắc phục nhược điểm cho nhau.
Có thề tổng kết ưu nhược điểm của một số kỹ thuật như sau:
Phương pháp Kỹ thuật Ưu điểm Nhược điểm
I-TCP Chia kết nối TCP thành hai kết nối
Tách biệt được mạng không dây. Thiết kế đơn giản
Mất ngữ nghĩa E2E Lỗi tiềm tàng khi chuyển cuộc goi giữa các FA
Snoop-TCP Nhìn vào dữ liệu và phát lại cục bộ
Trong suôt với các thực thể E2E. Có thể tích hợp với giao thức MAC Có vấn đề với mã hóa Không tách biệt được tuyệt đối liên kết không dây. M-TCP Chia kết nối
TCP thành 2
Giữ được ngữ nghĩa E2E của
Không tách biệt tuyệt đối WL.
Trang 56 kết nối.
Điều tiết cửa sổ của thực thể gửi
TCP.
Duy trì kết nối trong khoảng thời gian dài và mất kết nối lâu trên WL.
Phải quản lý băng thông và tốn chi phí xử lý. Fast Retransmit/ Recovery Tránh thuật toán khởi động chậm khi chuyển vùng của MH
Đơn giản và hiệu quả
Không trong suốt, kết hợp đa lớp Transmission/ Time-out freezing Đóng băng đồng hồ phát lại của thực thể gửi TCP lúc ngắt kết nối, khôi phục lại sau kết nối. Độc lập với các kỹ thuật TCP khác.
Thay đổi yêu cầu của TCP, phụ thuộc vào lớp MAC Selective retranmission Chỉ truyền lại những dữ liệu mất Rất hiệu quả Phần mềm thực thể nhận phức tạp hơn, cần nhiều bộ đệm hơn Transaction oriented TCP Kết hợp thiết lập, giải phóng kết nối và truyền dữ liệu
Hiệu quả cho một số ứng dụng
Yêu cầu phải thay đổi TCP, không trong suôt.
Trang 57 Tuy nhiên, các kỹ thuật này cũng chưa thực sự tốt với những ứng dụng multimedia trong môi trường mạng hỗn hợp. Chúng tôi xin trình bày tiếp một vài kỹ thuật TCP-friendly cho các ứng dụng đa phương tiện trong mạng hỗn hợp mà trọng tâm sẽ là phân tích kỹ thuật WLDA+.