đánh giá hiệu quả đảm bảo qos cho truyền thông đa phương tiện của chiến lược quản lý hàng đợi wred

LINK DOWNLOAD MIỄN PHÍ TÀI LIỆU "đánh giá hiệu quả đảm bảo qos cho truyền thông đa phương tiện của chiến lược quản lý hàng đợi wred": http://123doc.vn/document/1044174-danh-gia-hieu-qua-dam-bao-qos-cho-truyen-thong-da-phuong-tien-cua-chien-luoc-quan-ly-hang-doi-wred.htm

5

2.1.2.2 Nhận dạng luồng 32
2.1.2.3 Lập lịch gói 32
2.1.2.4 Các dịch vụ của IntServ 32
2.1.3 Giao thức dành trước tài nguyên - RSVP 32
2.1.3.1 Tổng quan 32
2.1.3.2 Hoạt động của RSVP 33
2.1.3.3 Các kiểu RSVP dành trước tài nguyên 33
2.2 Mô hình DifServ (Differentiated Service) 34
2.2.1 Tổng quan 35
2.2.2 Cấu trúc DiffServ 36
2.2.3 Đánh dấu gói DiffServ 38
2.2.3.1. Đánh dấu gói trong các router thông thường 38
2.2.3.2.Trường DiffServ (DS) 39
2.2.4 Hành vi theo từng chặng (PHB) 40
2.2.4 .1 PHB chuyển tiếp nhanh (Expedited Forwarding) 40
2.2.4.2 PHB chuyển tiếp đảm bảo (AF) 42
2.2.5.Ví dụ về Differentiated Services 43
Kết luận chương 44
Chương 3: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐẢM BẢO QoS CHO TRUYỀN THÔNG ĐA
PHƯƠNG TIỆN 45
3.1. Phương pháp bỏ đuôi - DropTail 45
3.2. Phương pháp loại bỏ ngẫu nhiên – RED 46
3.2.1 Tổng quan 46
3.2.2 Thuật toán 48
3.2.3 Thiết lập các tham số 50
a. Trọng số hàng đợi wq 50
b. Thiết lập minth và maxth 51
c. Thiết lập xác suất loại bỏ tối đa maxp 52
3.2.4 Một số đánh giá về RED 52
3.3 Phương pháp loại bỏ ngẫu nhiên theo trọng số - WRED 53
a. Cấu trúc của DiffServ 55
b. Hàng đợi RED trong module DiffServ 55
c. Router lõi và router biên 56
d. Các chính sách - Policy 57
3.4 Một số phương pháp khác 58
3.4.1. Tốc độ truy cập cam kết (CAR - Committed Access Rate) 58
3.4.1.1. Cơ chế hoạt động 58
3.4.1.2. Các chức năng của CAR 59
3.4.1.3. Mô hình chiếc thùng và thẻ bài 60
3.4.2 Định dạng lưu lượng tổng quát - GTS (Generic Traffic Shaping) 61
a. Cơ chế hoạt động của GTS 61
b. Kết luận 62
Kết luận chương 63
Chương 4. ĐÁNH GIÁ VÀ SO SÁNH WRED VỚI DROP-TAIL VÀ RED 64
4.1. Giới thiệu bộ mô phỏng mạng NS-2 64
4.2. Thiết lập tô-pô mạng mô phỏng 64
4.3. Kịch bản mô phỏng 65
4.4. Đánh giá hiệu năng truyền thông đa phương tiện khi sử dụng DropTail và RED67
6

4.4.1 Kịch bản 1: Tăng cường độ tắc nghẽn với các nguồn phát TCP 67
a. Kết quả 67
b. Nhận xét 68
4.4.2. Thí nghiệm 2: Tăng cường độ tắc nghẽn với nguồn phát UDP 69
a. Kết quả 69
b. Nhận xét: 71
4.5. Đánh giá hiệu năng truyền thông đa phương tiện khi sử dụng WRED 71
4.5.1. Mô phỏng WRED TSW2CM và TSW3CM 71
a. Cấu hình mô phỏng 72
b. Phương thức thu thập kết quả 72
c. Kết quả 73
d. Nhận xét 78
4.5 So sánh và kết luận chung 80
4.6 Hướng nghiên cứu tiếp theo 81
4.6.1 SNA ToS (System Network Architecture Term of Service 81
4.6.2 QoS VoIP Solution 82
4.6.3 QoS trong streaming video 83
TÀI LIỆU THAM KHẢO 85

7

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
8

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





9

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
10

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

11

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




12

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
13

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.

14

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