1

I.giíi thiÖu kh¸i qu¸t Internet vµ TCP/ip

1.1. Internet1.2. Giao thøc TCP/IP 1.3. KiÓm so¸t l u th«ng vµ

t¾c nghÏn trªn Internet

2

Internet §Ò xuÊt bëi Arpanet (1969) Giao thøc TCP/IP do Vint Cert -

Kahn C¸c thµnh phÇn chÝnh:

Ban kiÕn tróc: chuÈn, qui ®Þnh cÊp t/nguyªn

Ban kü thuËt : p/triÓn kü thuËt

3

M« h×nh kiÕn tróc 4 tÇng: TÇng øng dông, tÇng giao vËn (TCP/UDP), tÇng liªn m¹ng (IP), tÇng truy cËp m¹ng.

C¸c dÞch vô FTP, Telnet, E-mail, WWW.

Giao thøc ®iÒu khiÓn truyÒn TCP, UDP.

KiÕn tróc m¹ng Internet

4

II. KiÓm so¸t l u th«ng vµ t¾c nghÏn

TCP lµ giao thøc h íng kÕt nèi, cã b¸o nhËn ACK, ®iÒu khiÓn theo c¬ chÕ cöa sæ.

NÕu tµi nguyªn h¹n chÕ, bé ®Öm nhá, t/g chê xö lý lín, tÇng suÊt lçi m¹ng cao, c/l îc cÊp ph¸t kh«ng t/nghi, th¾t nót cæ chai t¾c nghÏn.

Nguyªn lý ®iÒu khiÓn t¾c nghÏn: gi¶i quyÕt vßng më (thiÕt kÕ tèt), vßng ®ãng ->vßng ph¶n håi-> b1: ph¸t hiÖn, b2: chuyÓn, b3: gi¶m.

5

Ho¹t ®éng ë tr¹m nguån ->t/g ACKho¹t ®éng tr¹m ®Ých->t¨ng tµi nguyªn-gi¶m t¶i

S¬ ®å biÕn ®æi l u l îng cña TCP

Sè gãi tingiao nhËn

Giíi h¹n truyÒn th«ng cùc ®¹i Mong

muènThùc tÕ (xÈy ra t¾c nghÏn)

Lý t ëng (sè gãi tin göi = sè gãi tin nhËn)

Sè gãi tin göi ®i

6

C¸c gi¶i ph¸p tr¸nh t¾c nghÏn

ë c¸c nót m¹ng: + DropTail (FIFO)

Gãi tin ®Õn

Bé ®Öm trèng

C¸c gãi tin ®îi

Gãi tin ®Õn

R¬i

Gãi tin truyÒn tiÕp theo

(b)

7

Qu¶n lý sù cè t¾c nghÏn vµ u tiªn ho¸ l u l îng ë nót m¹ng

+ Hµng ®îi u tiªn (PQ): cã nhiÒu hµng FIFO+ Hµng ®îi dùa theo líp (classe based):

Luång 1

Luång 2

Luång 3

Luång 4

phôc vô RR

+ Hµng ®îi c©n b»ng träng sè (WFQ):dïng nhiÒu h®îi, trong cïng 1 líp, dl nhá-> u tiªn, dl lín->chia ®Òu b¨ng th«ng khi mËt ®é c¸c luång cao.(Cisco)

+ Hµng ®îi DRR (Deficit): C/cÊp u tiªn VoIP, cßn l¹i RR (hæ trî ttù WFQ cho gtiÕp t/®é cao)

8

QLý hµng ®îi tr¸nh t¾c nghÏn

+ Gãi tin kiÓm tra t¾c nghÏn (Choke Packets): sö dông bit DECbit ®Ó dù b¸o t¾c nghÏn trong ACK->®Ó ®khiÓn luång ®Õn.

+ RED: cã ctr×nh qlý ®é dµi hµng ®îi, ttù ->kiÓm tra -> th«ng b¸o tr¹m nguån ®khiÓn W. X¸c suÊt r¬i gãi tin sím phô thuéc vµo ®Æt c¸c th/sè.

9

Nh÷ng c¬ chÕ ®iÒu khiÓn cña TCP

+ C¬ chÕ b¾t ®Çu chËm (SS:Slow-start)->t¨ng theo luü tiÕn, ban ®Çu cnwd=1 (1, 2, 4, 8, 16...)

mçi khi nhËn ACK ->cho ®Õn khi x/hiÖn ttrg t/ng nhËn biÕt nhê t/g trÔ RTT->mÊt t/g khëi t¹o -> ®/v vÖ tinh (nhiÒu lçi)->t¸ch tr¹m ®Ó tr¶ lêi ACK, tr¸nh lçi ® êng truyÒn ph©n biÖt víi lçi t¾c nghÏn, ®Ò nghÞ b®Çu ®Æt cnwd=2,4.

+ C¬ chÕ tr¸nh t¾c nghÏn (CA:Congestion Avoidance)Khi cã ht îng t/ng ->NhËn biÕt nhê time-out, dupACK -> th×

W/2 (gi¶m cÊp sè nh©n)khi cwnd=ssthresh th× CA ® îc t/hiÖn, cnwd ® îc t¨ng

1/cnwd víi mçi ACK (t¨ng tuyÕn tÝnh ®Ó kh«ng r¬i vµo t¾c nghÏn)

10

Nh÷ng c¬ chÕ ®iÒu khiÓn...

+ C¬ chÕ ph¸t l¹i nhanh (FR: Fast Retransmission)Cho phÐp kh«ng chê time-out, chØ cÇn nhËn dup-

ACK(cã gãi bÞ mÊt) lµ ph¸t l¹i.

+ C¬ chÕ phôc håi nhanh (Fast Recovery) Khi time-out t/hiÖn SS lµ kh«ng cÇn thiÕt ->ta cã thÓ

b¾t ®Çu ngay qu¸ tr×nh tuyÕn tÝnh (phôc håi nhanh).

Khi nhËn 3 gãi ACK lÆp l¹i, tr¹m ph¸t thiÕt lËp ssthresh= cnwd/2 vµ ph¸t l¹i gãi dl mÊt, t¨ng cwnd =cnwd +3*smss -> FR tr¸nh cho l u l îng gãi

tin trong kÕt nèi TCP kh«ng bÞ t/®æi ®ét ngét.

H¹n chÕ cña FR, FRec

ViÖc ph¸t l¹i c¸c gãi bÞ lçi->ph¸t l¹i gãi thµnh c«ng tr íc ®ã.

Khi tto¸n nµy kh«ng thµnh c«ng ph¶i chê time-out ®Ó ph¸t l¹i vµ W=1.

Trong m¹ng kh«ng ®èi xøng->chªnh lÖch kªnh sliÖu vµ ACK. Khi ACK bÞ mÊt ->tr¹m ph¸t ph¶i chê l©u->t¨ng trÔ-> kh¾c phôc:

- Kü thuËt qu¶n lý kªnh ACK (nÐn tiªu ®Ò vµ gi¶m tÇn suÊt ph¸t ACK)

- §/khiÓn t/suÊt ph¸t ACK ®Ó tèi u ho¸ qtr×nh truyÒn ph¸t dl trªn kªnh ph¸t.

12

GI¶I PH¸P N¢NG CAO HIÖU QU¶ §IÒU KHÓN L¦U TH¤NG TRONG M¹NG iNTERNET

•M« h×nh TCP/IP ->Internet -> cã c¬ chÕ ®khiÓn W ®Ó ®khiÓn l u th«ng hoÆc c¬ chÕ ACK ®Ó ®khiÓn luång ®Õn, h¹n chÕ t¾c nghÏn.

•Tr íc ®©y, viÖc ng/cøu h/n¨ng hÇu nh tËp trung chñ yÕu vÒ mét mÆt, nh m« t¶ mèi quan hÖ gi÷a sl gãi tin ® a vµo vµ ®é trÔ, tèc ®é ®Õn vµ t/g xlý, qlh®îi, giao thøc ®khiÓn, nh ng chØ xÐt trªn m¹ng hµng ®îi ®¬n vµ víi gthiÕt bé ®Öm v« h¹n ->nªn kh«ng thÓ ®gi¸ ®Çy ®ñ ®/v cl îc ®k m¹ng.

•Ngµy nay, sù bïng næ th«ng tin ->gia t¨ng ®a liªn kÕt th¾t nót cæ chai->t¾c nghÏn.

13

2.1 Nguyªn nh©n t¾c nghÏn vµ nh÷ng kÕt qu¶ nghiªn cøu gÇn ®©y...•M¸y tÝnh tèc ®é cao->t¹o giao dÞch nhanh h¬n tèc ®é 1

m¹ng chuyÓn dl ®i->t¾c nghÏn t¹i Router nèi WAN t/®é

thÊp víi LAN t/®é cao.•NÕu nhiÒu mtÝnh ®ång thêi cÇn göi dl liªn tôc qua R->lµm c¹n vïng nhí ®Öm->R huû g/tin ®Õn sau hay sö dông k/thuËt ®iÒu khiÓn luång ®Õn tõ tr¹m göi hoÆc c¬ chÕ qlý hµng ®îi tÝch cùc.

•V× vËy: Nh÷ng nhµ n/c Internet ®· ®Ò nghÞ c¸c c¶i tiÕn sau:

-T¨ng kÝch th íc cöa sæ víi tèc ®é kh«ng phô thuéc RTT

-§¸nh dÊu c¸c gãi tin ë R (ECN)

-C¶i tiÕn R cã ch ¬ng tr×nh hç trî th«ng b¸o râ tèc ®é truyÒn tin x¸c ®Þnh.

-X©y dùng c¬ chÕ ®iÒu khiÓn lçi cho nh÷ng liªn kÕt ®a lçi.

14

C¶i tiÕn...->t¨ng hiÖu n¨ng m¹ng

Ph©n tÝch nh÷ng gi¶i ph¸p:

+ Xö lý nhanh c¸c gãi tin ®Õn t¹i bé ®Þnh tuyÕn: RED, ARED, GRED

+ T¹i tr¹m göi: ®Ó cã hiÖu c¨ng cao->TCP ®· sö dông pp t®æi kÝch th íc cöa sæ theo thuËt to¸n khëi ®éng chËm vµ tr¸nh t¾c nghÏn -> kh«ng phï hîp trong m«i tr êng cã ®é trÔ lín -> c¶i tiÕn TCP_Tahoe, TCP_Reno, TCP_SACK, b»ng c¸ch bæ sung c¬ chÕ phôc håi nhanh vµ truyÒn l¹i nhanh.

+ T¹i tr¹m nhËn cã thÓ thay ®æi ACK ®Ó ®/chØnh gãi tin ®Õn.

15

2.2 §iÒu khiÓn l u l îng trong TCP vµ nh÷ng c¶i tiÕn

TCP ®iÒu khiÓn tÇn suÊt b»ng giíi h¹n ACK, ®é lín W ban ®Çu thÊp->t¨ng dÇn liªn tôc ®Õn khi ®¹t W max,. Khi gÆp lçi hay lÆp ACK hay qu¸ time-out ->®é lín W gi¶m.

Gäi W(t) lµ ®é lín cöa sæ ph¸t (sè gãi tin tèi ®a cho phÐp ph¸t t¹i t®iÓm t) . Trong pha khëi ®éng chËm, W t¨ng theo hµm mò. Khi W t¨ng v ît gi¸ trÞ ng ìng ®Æt tr íc th× W(t) t¨ng tuyÕn tÝnh:

W(t) = W(t) + 1/W(t)

vµ chuyÓn sang pha tr¸nh lçi.

VÝ dô: Ng ìng ban ®Çu lµ 8

T¨ng nhanh sau 3 lÇn truyÒn

®¹t ng ìng vµ chuyÓn, gi¶ sö

W(t) = 12 gÆp lçi, W(t)=1

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200

2

4

6

8

10

12

thresholdthreshold

W(t)

RTT

16

KiÓm so¸t tèc ®é truyÒn end –to- end

K/so¸t t¾c nghÏn -> gph¸p -> tù huû råi truyÒn l¹i khi time-out hoÆc truyÒn l¹i cã tÝnh n¨ng hiÖu chØnh dùa vµo t/g khø håi RTT tb×nh míi:

nghÜa lµ khi gÇn b»ng 1 th× gi¸ trÞ träng sè c©n b»ng Ýt ¶nh h ëng bëi nh÷ng t/®æi trong t/g ng¾n, gÇn 0 th× t/®æi tøc th× theo nh÷ng t/®æi cña ®é trÔ. Khi göi mét gãi tin, TCP tÝnh tim-eout: Timeout = *r , : hÖ sè. (khi gÇn =1 thi nhanh chãng nhËn biÕt mÊt gãi tin)

CÇn tÝnh ®Ó ®iÒu chØnh bé ®Õm t/g (=2).

Trªn ttÕ khi sö dông 1 tËp c¸c gi¸ trÞ ® îc ph¸t sinh ngÉu nhiªn ®Ó minh ho¹ viÖc tÝnh time-out bÞ t/®æi khi RTT biÕn ®æi, ng êi ta thÊy r»ng RTT t/®æi cã thÓ lµm t¨ng time-out nhanh chãng khi trÔ tang, nh ng l¹i kh«ng gi¶m ®i nhanh chãng khi ®é trÔ gi¶m.

r: = (*r)+ (1-)*r

17

C¸c c¶i tiÕn ACK t¹i tr¹m nhËn

+ Kü thuËt läc gãi (ACK Filter): ®Ó lo¹i bá bít ACK trªn cïng 1 liªn kÕt, tÝch luü ACK ®Õn tr íc vµo ACK ®Õn sau cïng.

+ Khi cã t¾c nghÏn xÈy ra th× dïng ACC (ACK Congestion

Control) ®Ó b¸o hiÖu vµ tr¶ lêi cho bªn nhËn. ACC cã thÓ dïng RED ®Ó ph¸t hiÖn sím t¾c nghÏn tiÒm Èn, b»ng c¸ch tÝnh kthdtb trong kho¶ng t/g tr íc ®ã. Khi ®ã mét gãi ACK hay mét gãi tin ® îc ®¸nh dÊu bÝt ECN (Explicit Congestion Notification) trong tr êng Options cña TCP ->tr¹m göi gi¶m tÇn suÊt.

+ T¹i mçi thiÕt bÞ nhËn duy tr× mét hÖ sè gi÷ chËm ACK (Delay ACK: DelAck). Khi mét gãi ACK cã ®¸nh dÊu ECN th× DelAck t¨ng ®Ó gi¶m ph¸t ACK vµ ng îc l¹i.

+ NÕu chuçi ACK ® îc ph¸t ë kªnh tèc ®é chËm th× sö dông t¸i t¹o ACK (ACK Reconstruction: AR) b»ng c¸ch t¹o c¸c ACK gi¶.

18

Ho¹t ®éng TCP_Tahoe

Giao thøc ®iÒu khiÓn t¾c nghÏn TCP_Tahoe lµ giao thøc TCP kÕt hî p ví i ba c¬

chÕ “b¾t ®Çu chËm”, “tr nh t¾c nghÏn” vµ “ph t l¹i nhanh”. § Æc tr ng cña

TCP_Tahoe lµ khi ph t hiÖn mÊt gãi d÷ liÖu th«ng qua viÖc nhËn 3 gãi ACK lÆp

l¹i, tr¹m göi ph t l¹i gãi d÷ liÖu bÞ mÊt ®Æt cwnd b»ng 1 gãi d÷ liÖu vµ khëi ®éng

qu tr×nh “b¾t ®Çu chËm”. C¬ chÕ “ph t l¹i nhanh” kh«i phôc chê “time-out”, cho

phÐp t ng ®ng kÓ th«ng l î ng vµ hiÖu suÊt sö dông kªnh kÕt nèi TCP. Ho¹t ®éng cña

TCP_Tahoe nh sau:

Slow Start

Congestion Avoidance

Fast Retransmission

cwnd>ssthresh

Receive 3 dup ACKs

Receive 3 dup ACKs

Retransmission Packet, cwnd=1

19

Ho¹t ®éng TCP_Reno

B1: Khi nhËn ® î c gãi b o nhËn ACK

If W(t)= Threshold then

W(t+ t):=W(t)+1; // giai ®o¹n khëi ®éng chËm

Else

W(t+ t):=W(t)+1/W(t), // giai ®o¹n t ng tuyÕn tÝnh

B2: Khi nhËn ® î c 3 gãi lÆp ACK

Threshold:=W(t)/2;

W(t):=W(t)/2;

Thùc hiÖn thuËt to n ph t vµ phôc håi nhanh

B3: Khi qu thêi gian cho phÐp

Threshold:=W(t)/2;

W(t)=1;

Trong qu tr×nh truyÒn khi gÆp lçi th× gi¸ trÞ ng ì ng thay ®æi theo c«ng thøc:

Threshold = max(Flight size/2, 2*SMSS),

trong ®ã Flight size lµ sègãi tin ®· göi nh ng ch a nhËn ACK. SMSS lµ ®é lí n tèi

®a gãi tin göi.

20

Ho¹t ®éng TCP_SACK (Selective ACK)

TCP_SACK cho phÐp TCP b¸o nhËn ACK cho c¸c dl nhËn ® îc mµ kh«ng cÇn theo thø tù. NghÜa lµ mçi gãi dl cã chøa mét tr êng tuú chän SACK vµ kh«ng lµm thay ®æi c¬ chÕ ®khiÓn t¾c nghÏn bªn trong cña nã nªn vÉn b¶o toµn c¸c ®Æc tÝnh cña TCP_Reno trong tr êng hîp cã c¸c gãi dl ®Õn kh«ng ®óng sè thø tù, nã chØ sö dông c¬ chÕ ph¸t l¹i khi hÕt giê.

TCP_SACK kh¸c víi TCP_Reno lµ khi thùc hiÖn phôc håi nhanh, nã duy tr× 1 biÕn pipe, biÓu diÔn íc l îng sè gãi dl ®· göi vµo m¹ng nh ng ch a cã ACK. Trong tr êng hîp 1 cöa sæ cã kh«ng qu¸ 1 gãi dl bÞ lo¹i, ho¹t ®éng cña TCP_SACK còng gièng TCP_Reno.