Đánh giá hiệu quả đảm bảo QoS cho truyền thông đa phương tiện của chiến lược quản lý hàng đợi WRED
Đánh giá hiệu quả đảm bảo QoS cho truyền thông đa phương tiện của chiến lược quản lý hàng đợi WRED
Xem bên trong

Đánh giá hiệu quả đảm bảo QoS cho truyền thông đa phương tiện của chiến lược quản lý hàng đợi WRED

85 tr. + CD-ROM
Luận văn ThS. Hệ thống thông tin — Trường Đại học Công nghệ . Đại học Quốc gia Hà Nội, 2011
Tổng quan về mạng Internet, truyền thông đa phương tiện và yêu cầu chất lượng dịch vụ (QoS) cũng như các tham số hiệu năng chủ yếu của mạng liên quan đến việc đảm bảo QoS. Nghiên cứu các mô hình đảm bảo QoS cho truyền thông đa phương tiện qua: Mô hình IntServ và mô hình DifServ. Tìm hiểu các phương pháp đảm bảo QoS cho truyền thông đa phương tiện: Phương pháp bỏ đuôi – DropTail, loại bỏ ngẫu nhiên theo trọng số – WRED và phương pháp khác. Đánh giá và so sánh WRED với DROPTAIL, RED
Electronic Resources

0.00

Tải về miễn phí bản đầy đủ PDF luận văn tại Link bản đầy đủ 1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

VŨ XUÂN BẢO

ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ ĐẢM BẢO QoS
CHO TRUYỀN THÔNG ĐA PHƯƠNG TIỆN CỦA
CHIẾN LƯỢC QUẢN LÝ HÀNG ĐỢI WRED

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội – 2011

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

VŨ XUÂN BẢO

ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ ĐẢM BẢO QoS
CHO TRUYỀN THÔNG ĐA PHƯƠNG TIỆN CỦA
CHIẾN LƯỢC QUẢN LÝ HÀNG ĐỢI WRED

Ngành: Công nghệ thông tin
Chuyên Ngành: Hệ thống thông tin
Mã số: 60 48 05

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Đình Việt

Hà Nội – 2011
3
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ……………………………………………………………………………………………….1
LỜI CẢM ƠN …………………………………………………………………………………………………….2
MỤC LỤC …………………………………………………………………………………………………………3
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ……………………………………………………6
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ………………………………………………………………..8
DANH MỤC CÁC BẢNG …………………………………………………………………………………10
ĐẶT VẤN ĐỀ ………………………………………………………………………………………………….11
1. Mục đích và ý nghĩa của đề tài …………………………………………………………………….11
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ………………………………………………………………..12
3.Cấu trúc các chương ……………………………………………………………………………………12
Chương 1. TỔNG QUAN…………………………………………………………………………………..13
1.1 Mạng Internet và các dịch vụ ……………………………………………………………………..13
1.1.1 Mạng Internet ………………………………………………………………………………………..13
a. Lịch sử phát triển mạng Internet ……………………………………………………………….13
b. Giao thức tầng giao vận: TCP và UDP ………………………………………………………14
1.1.2 Đặc điểm vận chuyển lưu lượng kiểu “Cố gắng tối đa ” [2] ………………………..16
a. Tỉ lệ mất mát gói tin có thể rất lớn khi xảy ra tắc nghẽn ……………………………16
b. Độ trễ end-to-end có thể vượt quá giới hạn chấp nhận được ……………………..17
c. Jitter là không thể tránh khỏi và làm giảm chất lượng âm thanh ………………..17
1.2 Truyền thông đa phương tiện và yêu cầu chất lượng dịch vụ (QoS) ………………..18
1.2.1 Một số thí dụ về truyền thông đa phương tiện ……………………………………………18
1.2.1.1 Ứng dụng Email, FTP ………………………………………………………………………18
1.2.1.2 Ứng dụng truyền dòng (Streaming) âm thanh, hình ảnh lưu trước ………….19
1.2.1.3 Ứng dụng Streaming cho âm thanh, hình ảnh truyền trực tiếp (live) ………20
1.2.1.4 Ứng dụng hình ảnh âm thanh tương tác thời gian thực …………………………20
1.2.1.5 Ví dụ về điện thoại VoIP …………………………………………………………………..21
1.2.2 Khái niệm QoS ………………………………………………………………………………………23
1.2.3 Yêu cầu QoS cho truyền thông đa phương tiện ………………………………………….24
1.3 Các tham số hiệu năng chủ yếu của mạng liên quan đến việc đảm bảo QoS …….25
1.3.1 Băng thông (bandwidth) …………………………………………………………………………25
1.3.2 Độ trễ (delay) và biến thiên độ trễ (jitter) …………………………………………………25
a. Độ trễ (delay) ………………………………………………………………………………………….25
b. Biến thiên độ trễ (Jitter) …………………………………………………………………………..25
1.3.3 Tỉ lệ mất mát gói tin ……………………………………………………………………………….26
1.3.4 Một số tham số khác: ……………………………………………………………………………..26
a. Tính sẵn sàng – độ tin cậy ………………………………………………………………………..26
b. Bảo mật …………………………………………………………………………………………………27
Kết luận chương …………………………………………………………………………………………….28
Chương 2. CÁC MÔ HÌNH ĐẢM BẢO QoS CHO TRUYỀN THÔNG ĐA PHƯƠNG
TIỆN ……………………………………………………………………………………………………………….29
2.1 Mô hình IntServ (Integrated Service) ………………………………………………………….29
2.1.1 Tổng quan …………………………………………………………………………………………….29
2.1.2 Kiến trúc IntServ ……………………………………………………………………………………30
2.1.2.1 Điều khiển chấp nhận ……………………………………………………………………….30
4
2.1.2.2 Nhận dạng luồng ……………………………………………………………………………..31
2.1.2.3 Lập lịch gói …………………………………………………………………………………….31
2.1.2.4 Các dịch vụ của IntServ ……………………………………………………………………31
2.1.3 Giao thức dành trước tài nguyên – RSVP ………………………………………………….31
2.1.3.1 Tổng quan ……………………………………………………………………………………….31
2.1.3.2 Hoạt động của RSVP ……………………………………………………………………….32
2.1.3.3 Các kiểu RSVP dành trước tài nguyên ……………………………………………….32
2.2 Mô hình DifServ (Differentiated Service) ……………………………………………………33
2.2.1 Tổng quan …………………………………………………………………………………………….34
2.2.2 Cấu trúc DiffServ …………………………………………………………………………………..35
2.2.3 Đánh dấu gói DiffServ ……………………………………………………………………………37
2.2.3.1. Đánh dấu gói trong các router thông thường. ……………………………………..37
2.2.3.2.Trường DiffServ (DS) ………………………………………………………………………38
2.2.4 Hành vi theo từng chặng (PHB) ………………………………………………………………39
2.2.4 .1 PHB chuyển tiếp nhanh (Expedited Forwarding) ………………………………..39
2.2.4.2 PHB chuyển tiếp đảm bảo (AF) …………………………………………………………41
2.2.5.Ví dụ về Differentiated Services …………………………………………………………..42
Kết luận chương …………………………………………………………………………………………….43
Chương 3: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐẢM BẢO QoS CHO TRUYỀN THÔNG ĐA
PHƯƠNG TIỆN ……………………………………………………………………………………………….44
3.1. Phương pháp bỏ đuôi – DropTail ……………………………………………………………44
3.2. Phương pháp loại bỏ ngẫu nhiên – RED …………………………………………………….45
3.2.1 Tổng quan …………………………………………………………………………………………….45
3.2.2 Thuật toán …………………………………………………………………………………………….47
3.2.3 Thiết lập các tham số ……………………………………………………………………………..49
a. Trọng số hàng đợi wq ………………………………………………………………………………49
b. Thiết lập minth và maxth …………………………………………………………………………50
c. Thiết lập xác suất loại bỏ tối đa maxp ………………………………………………………..51
3.2.4 Một số đánh giá về RED …………………………………………………………………………51
3.3 Phương pháp loại bỏ ngẫu nhiên theo trọng số – WRED ……………………………….52
a. Cấu trúc của DiffServ ………………………………………………………………………………54
b. Hàng đợi RED trong module DiffServ ………………………………………………………54
c. Router lõi và router biên …………………………………………………………………………..55
d. Các chính sách – Policy ……………………………………………………………………………56
3.4 Một số phương pháp khác ………………………………………………………………………….57
3.4.1. Tốc độ truy cập cam kết (CAR – Committed Access Rate) …………………………57
3.4.1.1. Cơ chế hoạt động…………………………………………………………………………….57
3.4.1.2. Các chức năng của CAR ………………………………………………………………….58
3.4.1.3. Mô hình chiếc thùng và thẻ bài …………………………………………………………59
3.4.2 Định dạng lưu lượng tổng quát – GTS (Generic Traffic Shaping) ……………….60
a. Cơ chế hoạt động của GTS ……………………………………………………………………….60
b. Kết luận …………………………………………………………………………………………………61
Kết luận chương …………………………………………………………………………………………….62
Chương 4. ĐÁNH GIÁ VÀ SO SÁNH WRED VỚI DROP-TAIL VÀ RED ……………63
4.1. Giới thiệu bộ mô phỏng mạng NS-2 …………………………………………………………..63
4.2. Thiết lập tô-pô mạng mô phỏng …………………………………………………………………63
4.3. Kịch bản mô phỏng ………………………………………………………………………………….64
4.4. Đánh giá hiệu năng truyền thông đa phương tiện khi sử dụng DropTail và RED66
5
4.4.1 Kịch bản 1: Tăng cường độ tắc nghẽn với các nguồn phát TCP …………………..66
a. Kết quả ………………………………………………………………………………………………….66
b. Nhận xét ………………………………………………………………………………………………..67
4.4.2. Thí nghiệm 2: Tăng cường độ tắc nghẽn với nguồn phát UDP ……………….68
a. Kết quả ………………………………………………………………………………………………….68
b. Nhận xét: ……………………………………………………………………………………………….70
4.5. Đánh giá hiệu năng truyền thông đa phương tiện khi sử dụng WRED ……………70
4.5.1. Mô phỏng WRED TSW2CM và TSW3CM ……………………………………………..70
a. Cấu hình mô phỏng …………………………………………………………………………………71
b. Phương thức thu thập kết quả …………………………………………………………………..71
c. Kết quả ………………………………………………………………………………………………….72
d. Nhận xét ………………………………………………………………………………………………..77
4.5 So sánh và kết luận chung………………………………………………………………………….79
4.6 Hướng nghiên cứu tiếp theo……………………………………………………………………….80
4.6.1 SNA ToS (System Network Architecture Term of Service …………………………80
4.6.2 QoS VoIP Solution ………………………………………………………………………………..81
4.6.3 QoS trong streaming video ……………………………………………………………………..82
TÀI LIỆU THAM KHẢO ………………………………………………………………………………….84

6
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

AF Assured Forwarding Chuyển tiếp đảm bảo
AQM Active Queue Management Quản lý hàng đợi động
ARPANET Advanced Research Projects Agency
Network
Mạng trung tâm nghiên cứu
cấp cao
CA Congestion Avoidance Tránh tắc nghẽn
CAR Committed Access Rate Tốc độ truy cập cam kết
CBR Constant Bit Rate Tốc độ bit cố định
CBS Commited Burst Size Kích thước burst cam kết
CL Controlled Load Tải được điều khiển
CIR Commited Information Rate Tốc độ thông tin cam kết
CP Code Point Điểm mã
CV Coefficient of Variation Hệ số biến thiên
DiffServ Differentiated Service Dịch vụ khác biệt
DNS Domain Name System Hệ thống tên miền
DS Diffierentiated Service Dịch vụ khác biệt
DSCP Difserv Code-Point Điểm mã dịch vụ khác biệt
ECN Explicit Congestion Notification Thông báo nghẽn cụ thể
EF Expedited Forwarding Chuyển tiếp ngay
FCFS First Come First Server Vào trước phục vụ trước
FEC Forward Error Correction Sửa lỗi trước
FIFO First In First Out Hàng đợi theo nguyên tắc vào
trước ra trước
FF Fixed – Filter Bộ lọc cố định
FTP File Transport Protocol Giao thức truyền file
GTS Generic Traffic Shaping Sửa dạng lưu lượng
GS Guaranteed Service Dịch vụ đảm bảo
HTTP HyperText Transfer Protocol Giao thức truyền tải siêu văn
bản
IETF Internet Engineering Task Force
Tổ chức đặc nhiệm kỹ thuật
Internet
IntServ Integrated Service Dịch vụ tích hợp
IP Internet Protocol Giao thức Internet
ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet
LAN Local Area Network Mạng cục bộ
MPLS Multi protocol lable Switching
Chuyển mạch nhãn đa giao
thức
NFSNET National Science Foundation Network Mạng Quỹ khoa học Quốc gia
NS Network Simulator Bộ mô phỏng mạng
7
OSI Open Systems Interconection Mô hình liên kết các hệ thống
mở
PCM Pulse Code Modulation Điều và giải điều chế mã xung
PHB Per-Hop Behavior Hành vi từng chặng
PIR Peak Information Rate Ngưỡng tần suất gửi
QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ
RED
Random Early Detection;
Random Early Drop
Phát hiện sớm ngẫu nhiên
Loại bỏ sớm ngẫu nhiên
RFC Request For Comment
Đề nghị duyệt thảo và bình
luận
RSVP Resource Revervation Protocol
Giao thức dành trước tài
nguyên
RTT Round Trip Time Thời gian khứ hồi
SS Slow Start Khởi động chậm
SE Shared – Explicit Chia sẻ rõ ràng
SLA Service level agreement Thỏa thuận mức dịch vụ
SMTP Simple Mail Transfer Protocol
Giao thức truyền thư điện tử
đơn giản
TCP Transmission Control Protocol
Giao thức điều khiển truyền
dẫn
TDM Time Division Multiplexing Dồn kênh phân chia thời gian
trTCM
two rate Three Color
Marking
Đánh dấu 3 màu hai tốc độ
TSW Time Sliding Window Cửa sổ trượt theo thời gian
TOS Type Of Service Loại dịch vụ
UDP User Datagram Protocol
Giao thức bản tin người sử
dụng
WAN Wide Area Network Mạng diện rộng
WF Wildcard – Filter Bộ lọc kí tự đại diện
WFQ Flow-Based Weighted Fair Queuing
Xếp hàng công bằng có trọng
số dựa trên luồng
WRED Weighted RED RED theo trọng số

8
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1: FTP truyền file giữa các hệ thống ……………………………………………………… 19
Hình 2.1 : Mô hình dịch vụ tích hợp IntServ ……………………………………………………… 30
Hình 2.2 Hoạt động của RSVP ……………………………………………………………………….. 32
Hình 2.3 Các ống chia sẻ được dành riêng ………………………………………………………… 33
Hình 2.4 Các bước của DiffServ …………………………………………………………………….. 34
Hình 2.5 Miền IP ………………………………………………………………………………………….. 35
Hình 2.6 Một miền DS và các mạng con …………………………………………………………… 35
Hình 2.7 Miền DiffServ …………………………………………………………………………………. 36
Hình 2.8 Vùng DS …………………………………………………………………………………………. 36
Hình 2.9 Trường DS ………………………………………………………………………………………. 38
Hình 2.10 Ví dụ về cài đặt EF …………………………………………………………………………. 40
Hình 2.11 Ví dụ về DiffServ …………………………………………………………………………… 42
Hình 3. 1 Thuật toán RED ……………………………………………………………………………… 46
Hình 3. 2 Giải thuật chi tiết của RED ……………………………………………………………….. 48
Hình 3. 3 Cơ chế làm việc của WRED được minh hoạ trong hình vẽ trên …………….. 53
Hình 3. 4 Vị trí router lõi và biên trong miền DiffServ ……………………………………….. 55
Hình 3. 5 Sơ đồ khối của CAR ………………………………………………………………………… 58
Hình 3. 6 Lưu đồ thuật toán CAR được minh họa họa ở hình trên ……………………….. 59
Hình 3. 7 Mô hình chiếc thùng và thẻ bài …………………………………………………………. 60
Hình 3. 8 Sơ đồ các khối chức năng của GTS ……………………………………………………. 61
Hình 4.1 Cấu trúc mô phỏng …………………………………………………………………………… 64
Hình 4. 2 Tỉ lệ packet bị mất của DropTail và RED …………………………………………… 66
Hình 4. 3 Kích thước hàng đợi của DropTail và RED ………………………………………… 67
Hình 4. 4 Thông lượng của DropTail và RED …………………………………………………… 67
Hình 4. 5 Kích thước hàng đợi của DropTail và RED ………………………………………… 68
Hình 4. 6 Thông lượng của Droptail và RED …………………………………………………….. 69
Hình 4. 7 Tỉ lệ packet bị mất của Droptail và RED …………………………………………… 69
Hình 4. 8 Kích thước hàng đợi RED, WRED-TSW2CM , WRED-TSW3CM ………. 72
Hình 4. 9 Kết quả so sánh thông lượng của RED với hai chính sách của WRED ….. 72
Hình 4. 10 Kích thước hàng đợi của RED, tsw2cm và tsw3cm (Kịch bản 2) …………. 73
Hình 4. 11 Kết quả so sánh thông lượng của RED với ba chính sách của WRED ….. 74
Hình 4. 12 Kết quả so sánh đường thông lượng trung bình của RED với ba chính sách
của WRED …………………………………………………………………………………….. 74
9
Hình 4. 13 Kết quả so sánh đường thông lượng trung bình của RED với ba chính sách
của WRED …………………………………………………………………………………….. 75
Hình 4.14 Kích thước hàng đợi của RED, tsw2cm và tsw3cm (Kịch bản 3) ………….. 76
Hình 4. 15 Kết quả so sánh thông lượng của RED với ba chính sách của WRED ….. 76
Hình 4. 16 Kết quả so sánh thông lượng trung bình của RED với ba chính sách của
WRED …………………………………………………………………………………………… 77
Hình 4.17 Kiến trúc mạng TOS ……………………………………………………………………….. 81
Hình 4.18 Sơ đồ hệ thống VoIP trong doanh nghiệp ………………………………………….. 82
Hình 4.19 Sơ đồ hệ thống Streaming Video trong doanh nghiệp ………………………….. 83

10
DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Thống kê các loại trễ từ đầu cuối đến đầu cuối ……………………………………… 28
Bảng 2.1 Các kiểu dành riêng của RSVP ……………………………………………………………. 32
Bảng 2.2 IPv4 Header 24 byte …………………………………………………………………………… 37
Bảng 2.3 Trường TOS trong IPv4 header …………………………………………………………… 37
Bảng 2.4 IPv6 Header 48 byte …………………………………………………………………………… 37
Bảng 2.5 Các bit IP precedence …………………………………………………………………………. 38
Bảng 2.6 Các chỉ thị về hiệu năng ……………………………………………………………………… 38
Bảng 2.7 Các khối giá trị DSCP ………………………………………………………………………… 39
Bảng 2.8 Các DSCP của AF ……………………………………………………………………………… 41
Bảng 4.1 Kết quả so sánh thời gian trễ của RED, tsw2cm và ts3cm ở kịch bản 1 ……. 73
Bảng 4.2 Kết quả so sánh thời gian trễ của RED, tsw2cm và ts3cm ở kịch bản 2 ……. 75
Bảng 4.3 Kết quả so sánh thời gian trễ của RED, tsw2cm và ts3cm ở kịch bản 3 ……. 77

11
ĐẶT VẤN ĐỀ
1. Mục đích và ý nghĩa của đề tài
Trong xu hướng phát triển bùng nổ thông tin ngày này, các nhu cầu về thông tin
liên lạc ngày càng mở rộng, đi đôi với nhu cầu cao về chất lượng dịch vụ. Vấn đề đặt
ra là làm thế nào để tăng tốc độ truyền tin, sao cho lượng thông tin có thể được chuyển
tải nhanh nhất, đạt độ tin cậy cao nhất mà không xảy ra tình trạng tắc nghẽn. Vì vậy,
vấn đề rất quan trọng là phải thiết kế, xây dựng các mạng, hệ thống mạng đáp ứng
được các yêu cầu chung nhất nêu trên.
Thông tin ở đây được gọi là “dữ liệu”. Dữ liệu được truyền đi không chỉ đơn thuần
là dạng văn bản (text) đơn giản, mà là dữ liệu đa phương tiện (multimedia) bao gồm cả
hình ảnh tĩnh, động (video), âm thanh (audio),… Các ứng dụng đa phương tiện phổ
biến hiện nay như điện thoại qua mạng (Internet telephony), hội thảo trực tuyến (video
conferencing), xem video theo yêu cầu (video on demand)… đang ngày càng được sử
dụng rộng rãi. Đối với truyền thông đa phương tiện, điều quan trọng nhất là phải đảm
bảo chất lượng dịch vụ (QoS), tức là đảm bảo độ trễ và biến thiên độ trễ – jitter đủ nhỏ,
thông lượng đủ lớn, hệ số sử dụng đường truyền cao và tỷ lệ mất gói tin không vượt
quá một mức độ nhất định có thể chấp nhận được. Để làm được điều này cần phải
đồng thời áp dụng các cơ chế điều khiển lưu lượng đối với các giao thức truyền thông
kiểu end-to-end (cụ thể là TCP) và những cơ chế đặc biệt thực hiện đối với mạng, cụ
thể là thực hiện ở các bộ định tuyến (router).
Khi có quá nhiều gói tin được đưa vào mạng (hay một phần của mạng), sẽ làm cho
hiệu năng của mạng giảm đi vì các nút mạng không còn đủ khả năng lưu trữ, xử lý,
truyền đi, chúng bắt đầu bị mất các gói tin dẫn đến sự tắc nghẽn trong mạng máy tính.
Để tận dụng được băng thông của đường truyền, nhưng vẫn tự thích ứng được với các
luồng thông tin cùng chia sẻ đường truyền chung và tránh sự tắc nghẽn mạng, giao
thức TCP sử dụng các kỹ thuật: khởi động chậm – SS, tránh tắc nghẽn – CA và giảm
tốc độ phát lại các gói tin bị mất do tắc nghẽn theo cấp số nhân. Thực thể TCP bên gửi
duy trì một cửa sổ gọi là cửa sổ tắc nghẽn dùng để giới hạn lượng dữ liệu tối đa có thể
gửi đi liên tiếp ở mức không vượt quá kích thước vùng đệm của nơi nhận khi xảy ra
tắc nghẽn. Kích thước cửa sổ được tính như sau:
Kích thước được phép = min (kích thước gói tin, kích thước cửa sổ tắc nghẽn)
Khi bị mất một gói tin, thực thể TCP bên gửi giảm kích thước cửa sổ tắc nghẽn đi
một nửa, nếu việc mất gói tin tiếp diễn, kích thước cửa sổ tắc nghẽn lại giảm tiếp theo
cách trên (cho tới khi chỉ còn bằng kích thước của một gói tin). Với những gói tin vẫn
còn nằm trong cửa sổ được phép, thời gian chờ để được gửi lại sẽ được tăng lên theo
hàm mũ cơ số 2 sau mỗi lần phát lại.
Các router cần theo dõi độ dài hàng đợi và sử dụng các tín hiệu điều khiển để thông
báo với các máy tính trên mạng rằng đã hoặc sắp xảy ra tắc nghẽn để chúng có phản
ứng phù hợp giúp giải quyết tình trạng tắc nghẽn. Ngoài ra chúng cũng cần có các
12
chiến lược quản lý hàng đợi thích hợp và hiệu quả để tùy vào từng trường hợp cụ thể,
xử lý một cách tối ưu việc vận chuyển thông tin trong mạng. Đây là lý do tôi lựa chọn
và tiến hành nghiên cứu đề tài này với sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy giáo PGS.TS.
Nguyễn Đình Việt.
Trong phạm vi của đề tài luận văn tốt nghiệp – “Đánh giá hiệu quả đảm bảo QoS
cho truyền thông đa phương tiện của chiến lược quản lý hàng đợi WRED”, tôi tập
trung nghiên cứu chiến lược quản lý hàng đợi WRED, so sánh chiến lược này với các
chiến lược quản lý hàng đợi khác từ đó có những đánh giá, đưa ra các kết quả so sánh
hiệu năng giữa các mô hình.
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đề tài tập trung nghiên cứu lý thuyết về đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) và các
chiến lược quản lý hàng đợi:
− DROPTAIL
− RED (Random Early Drop)
− WRED (Weighted RED)
Đề tài sử dụng bộ công cụ mô phỏng mạng NS2 để đánh giá và so sánh hiệu năng
của các chiến lược quản lý hàng đợi trên.
3.Cấu trúc các chương
Ngoài phần mở đầu và kết luận, nội dung của luận văn này được trình bày như
sau: Chương 1: Tổng quan , Chương 2: Các mô hình đảm bảo QoS cho truyền thông
đa phương tiện , Chương 3: Các phương pháp đảm bảo QoS cho truyền thông đa
phương tiện, Chương 4: Đánh giá và so sánh WRED với DROPTAIL, RED.

13
Chương 1: TỔNG QUAN
1.1 Mạng Internet và các dịch vụ
1.1.1 Mạng Internet
a. Lịch sử phát triển mạng Internet
Từ đầu những năm 1960, đã xuất hiện các mạng xử lý trong đó các trạm cuối
(terminal) thụ động được nối vào một máy xử lý trung tâm. Vì máy xử lý trung tâm
làm tất cả mọi việc: quản lý các thủ tục truyền dữ liệu, quản lý sự đồng bộ của các
trạm cuối,… trong khi đó các trạm cuối chỉ thực hiện chức năng nhập xuất dữ liệu mà
không thực hiện bất kỳ chức năng xử lý nào nên hệ thống này vẫn chưa được coi là
mạng máy tính.
Giữa năm 1968, Cục các dự án nghiên cứu tiên tiến (ARPA – Advanced Research
Projects Agency) của Bộ Quốc phòng Mỹ đã xây dựng dự án nối kết các máy tính của
các trung tâm nghiên cứu lớn trong toàn liên bang, mở đầu là Viện nghiên cứu
Standford và 3 trường đại học (Đại học California ở Los Angeless, Đại học California
ở Santa Barbara và Đại học Utah). Mùa thu năm 1969, 4 trạm đầu tiên được kết nối
thành công, đánh dấu sự ra đời của ARPANET, đây chính là mạng liên khu vực
(WAN) đầu tiên được xây dựng. Giao thức truyền thông dùng trong ARPANET lúc đó
được đặt tên là NCP (Network Control Protocol).
Giữa những năm 1970, họ giao thức TCP/IP được Vint Cerf và Robert Kahn phát
triển cùng tồn tại với NCP, đến năm 1983 thì hoàn toàn thay thế NCP trong
ARPANET và giao thức TCP/IP chính thức được coi như một chuẩn đối với ngành
quân sự Mỹ và tất cả các máy tính nối với ARPANET phải sử dụng chuẩn mới này.
Trong những năm 70, số lượng các mạng máy tính thuộc các quốc gia khác nhau đã
tăng lên, với các kiến trúc mạng khác nhau (cả về phần cứng lẫn giao thức truyền
thông), từ đó dẫn đến tình trạng không tương thích giữa các mạng, gây khó khăn cho
người sử dụng. Trước tình hình đó, vào năm 1984 tổ chức tiêu chuẩn hoá quốc tế ISO
đã cho ra đời mô hình tham chiếu cho việc kết nối các hệ thống mở (Reference Model
for Open Systems Interconnection – gọi tắt là mô hình OSI). Với sự ra đời của mô hình
OSI và sự xuất hiện của máy tính cá nhân, số lượng mạng máy tính trên toàn thế giới
đã tăng lên nhanh chóng. Đã xuất hiện những khái niệm về các loại mạng LAN,
WAN… ARPANET được chia ra thành hai phần: phần thứ nhất dành cho quân sự,
được gọi là MILNET; phần thứ hai là một ARPANET mới, kết nối các mạng phi quân
sự, dành cho việc nghiên cứu và phát triển. Tuy nhiên hai mạng này vẫn được liên kết
với nhau nhờ giao thức liên mạng IP.
Tới tháng 11/1986 đã có tới 5089 máy tính được nối vào ARPANET, và đã xuất
hiện thuật ngữ “Internet”. Năm 1987, mạng xương sống (backborne) NSFnet (National
Science Foundation Network) ra đời với tốc độ đường truyền 1,5Mbps, nhanh hơn so
với tốc độ 56Kbps trong ARPANET thời kỳ đầu đã thúc đẩy sự tăng trưởng của
Internet. Mạng Internet dựa trên NSFnet đã được mở rộng ra ngoài biên giới của nước
14
Mỹ để phục vụ cho các mục đích thương mại toàn cầu. Đến năm 1990, quá trình
chuyển đổi sang Internet – dựa trên NSFnet kết thúc. NSFnet giờ đây cũng chỉ còn là
một mạng xương sống thành viên của mạng Internet toàn cầu. Nhiều doanh nghiệp đã
chuyển từ ARPANET sang NSFNET và do đó sau gần 20 năm hoạt động, ARPANET
không còn hiệu quả đã ngừng hoạt động vào khoảng năm 1990.
Với khả năng kết nối mở, Internet đã trở thành một mạng lớn nhất trên thế giới,
mạng của các mạng, xuất hiện trong mọi lĩnh vực thương mại, chính trị, quân sự,
nghiên cứu, giáo dục, văn hoá, xã hội… Cũng từ đó các dịch vụ trên Internet không
ngừng phát triển. Ngày nay khi cơ sở hạ tầng của mạng Internet được nâng cao (đặc
biệt là về băng thông) đã làm cho nhu cầu sử dụng các ứng dụng đa phương tiện qua
mạng tăng lên nhanh chóng.
b. Giao thức tầng giao vận: TCP và UDP
Bộ giao thức TCP/IP là một bộ các giao thức truyền thông mà Internet và hầu hết
các mạng máy tính thương mại hiện nay đang chạy trên đó. Bộ giao thức này được đặt
tên theo hai giao thức chính của nó là TCP – giao thức điều khiển giao vận và IP – giao
thức liên mạng. Như nhiều bộ giao thức khác, bộ giao thức TCP/IP có thể được coi là
một tập hợp các tầng, mỗi tầng giải quyết một tập các vấn đề có liên quan đến việc
truyền dữ liệu, và cung cấp cho các giao thức tầng cấp trên một dịch vụ được định
nghĩa rõ ràng dựa trên việc sử dụng các dịch vụ của các tầng thấp hơn. Về mặt lô-gic,
các tầng trên gần với người dùng hơn và làm việc với dữ liệu trừu tượng hơn, chúng
dựa vào các giao thức tầng cấp dưới để biến đổi dữ liệu thành các dạng mà cuối cùng
có thể được truyền đi một cách vật lý.
− TCP: là giao thức điều khiển vận chuyển, nằm ở lớp tương tự lớp Transport trong
mô hình OSI và là một trong những giao thức cốt lõi của bộ giao thức TCP/IP,
nhằm kết nối các máy tính trên mạng với nhau, chia sẻ và trao đổi dữ liệu.
TCP hỗ trợ nhiều giao thức ứng dụng phổ biến trên Internet như HTTP, FTP,
SMTP… Trong bộ giao thức TCP/IP, TCP là tầng trung gian giữa Internet Protocol
(IP) bên dưới và tầng ứng dụng bên trên, là giao thức truyền dữ liệu chính xác, tin
cậy. TCP đòi hỏi phải thiết lập kết nối trước khi truyền dữ liệu. Đó là quá trình bắt
tay 3 bước(3-way handshake).
 Bước 1: Client yêu cầu mở cổng cho một dịch vụ (ví dụ: web port 80) bằng
cách gửi gói tin SYN (gói tin TCP yêu cầu kết nối) tới server (máy chủ dịch vụ
web), trong gói tin SYN thì trường số thứ tự (sequence number) được gán một
giá trị ngẫu nhiên X.
 Bước 2: Server sẽ trả về cho Client gói tin SYN – ACK chấp nhận cho thiết lập
kết nối, tham số acknowledgment được gán giá trị bằng X+1, tham số sequence
number được gán một giá trị ngẫu nhiên Y.
 Bước 3: Để hoàn tất quá trình thiết lập kết nối( 3 – way handshake) thì Client
phải gửi cho Server thêm một gói tin là ACK tới Server, với số sequence
15
number được gán là X+1, số acknowledgment được gán là Y+1 (số Y nhận của
Server) nhằm cho Server biết là đã thiết lập kết nối với Client hợp lệ.
Các kết nối sử dụng TCP có 3 giai đoạn: 1. Thiết lập kết nối; 2. Truyền dữ liệu;
3. Kết thúc kết nối.
TCP giải quyết nhiều vấn đề nhằm cung cấp cho ứng dụng sử dụng nó một
dòng dữ liệu đáng tin cậy, cụ thể là: 1. Dữ liệu đến đích đúng thứ tự; 2. Không có
lỗi (thật ra là các gói dữ liệu có lỗi được truyền lại); 3. Dữ liệu trùng lặp bị loại bỏ;
4.Điều khiển lưu lượng và điều khiển tắc nghẽn trong việc truyền và nhận dữ liệu.
− UDP: là một trong những giao thức cốt lõi của bộ giao thức TCP/IP. UDP không
cung cấp sự truyền tin cậy và đảm bảo đúng thứ tự truyền nhận, các gói dữ liệu có
thể đến không đúng thứ tự hay bị mất mà không có thông báo cho bên gửi. Tuy
nhiên UDP nhanh và hiệu quả hơn đối với các ứng dụng truyền những file kích
thước nhỏ và yêu cầu khắt khe về thời gian. Do bản chất không trạng thái nên UDP
hữu dụng trong việc trả lời các truy vấn nhỏ cho số lượng lớn người yêu cầu. UDP
hỗ trợ việc xây dựng các dịch vụ phổ biến như DNS, streaming media, VoiIP,
TFTP…
UDP không thực hiện quá trình bắt tay khi gửi và nhận thông tin, do đó được
gọi là connectionless (không kết nối). UDP không đảm bảo cho các tầng phía trên
rằng thông điệp đã được gửi thành công, đó là đặc điểm truyền không tin cậy. UDP
thích hợp với rất nhiều ứng dụng dựa vào một số đặc điểm được mô tả chi tiết hơn
như sau:
 Không cần thiết lập kết nối (No connection establishment): UDP không yêu cầu
quá trình thiết lập kết nối như TCP, do đó nó không làm chậm quá trình truyền
dữ liệu. Đó là lý do tại sao DNS lại chạy nhanh hơn khi sử dụng UDP (DNS có
thể chạy cả trên TCP lẫn UDP).
 Không cần lưu giữ trạng thái kết nối (No connection state): UDP không cần lưu
giữ các thông tin về trạng thái hoạt động của kết nối như TCP (thí dụ: thông số
gửi và nhận gói tin, ACK, sequence number, …), do đó tiêu tốn ít tài nguyên hệ
thống hơn so với TCP, giúp các server có thể phục vụ nhiều client hơn.
 Tổng phí cho phần tiêu đề các gói tin nhỏ hơn (Small segment header
overhead): trong khi header của TCP có kích thước 20 bytes thì header của
UDP chỉ có 8 bytes, làm cho gói tin UDP nhỏ hơn và có thể truyền đi nhanh
hơn.
 Tốc độ gửi không được điều hòa (Unragulated send rate): TCP có cơ chế điều
tiết tốc tộ truyền khi gặp những đường truyền hỏng hay khi mạng bắt đầu bị tắc
nghẽn, cơ chế này không thích hợp cho những ứng dụng thời gian thực (có thể
chấp nhận một tỉ lệ mất gói tin nhất định, không cần phát lại để đảm bảo tính
kịp thời). Trong khi đó, tốc độ phát của thực thể giao thức UDP chỉ phụ thuộc
vào tốc độ gửi của ứng dụng sử dụng UDP để truyền chứ không phụ thuộc vào

Tác giả

Vũ Xuân Bảo

Nhà xuất bản

ĐHCN

Năm xuất bản

2011

Người hướng dẫn

Nguyễn Đình Việt

Định danh

00050000612

Kiểu

text

Định dạng

text/pdf

Chủ đề

Quản lý hàng đợi,Truyền thông đa phương tiện,Hệ thống thông tin,Công nghệ thông tin

Nhà xuất bản

Khoa công nghệ thông tin,

Trường đại học Công nghệ

Các đánh giá

Hiện chưa có đánh giá cho sản phẩm.

Hãy là người đầu tiên đánh giá “Đánh giá hiệu quả đảm bảo QoS cho truyền thông đa phương tiện của chiến lược quản lý hàng đợi WRED”

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *