mạng ip và vấn đề quản lý bộ đệm

Đồ án tốt nghiệp đại học Mục lục
MỤC LỤC
THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT
LỜI NÓI ĐẦU
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ IP 1
1.1. KHÁI NIỆM IP 1
1.1.1. Đánh địa chỉ và phân phối 1
1.1.2. Giao thức Internet (IP – Internet Protocol) 2
1.1.3. Các trường tiêu đề IP 3
1.2. ĐỊA CHỈ IP 5
1.2.1. Khái niệm 5
1.2.2. Các lớp D và E 7
1.2.3. Các địa chỉ IP đặc biệt 7
1.2.4. Giao thức phân giải địa chỉ (ARP) 8
1.2.5. Giao thức phân giải địa chỉ ngược (RARP) 9
1.2.6. Phân mạng con trong IP 10
1.3. IP - MỘT HỆ THỐNG PHI KẾT NỐI 13
1.4. LƯU ĐỆM VÀ QUẢN LÝ BỘ ĐỆM TRONG IP 15
1.4.1. Lưu đệm trong các bộ định tuyến IP 15
1.4.2. Quản lý bộ đệm 15
Chương 2: ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG VÀ KỸ THUẬT HÀNG ĐỢI 17
2.1. ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG 17
2.2. CÁC VẤN ĐỀ VỚI MẠNG IP 18
2.2.1. Hiệu năng trễ và mất mát 18
2.2.2. Các yêu cầu đa dịch vụ: những hiệu năng khác nhau 18
2.2.3. Vấn đề nhiều loại hình lưu lượng 19
2.3. NGUYÊN TẮC XẾP HÀNG 20
2.3.1. Hệ thống ký hiệu 22
2.3.2. Những mối quan hệ cơ bản 22
Nguyễn Cao Cường, D2002VT HVCNBCVT
i

Đồ án tốt nghiệp đại học Mục lục
2.3.3. Hàng đợi M/M/1 23
2.3.4. Hàng đợi M/D/1/K 26
2.3.5. Trễ trong các hệ thống xếp hàng M/M/1 và M/D/1 27
2.4. CÁC THÔNG SỐ LƯU LƯỢNG 30
2.4.1. Các mức hoạt động lưu lượng 30
2.4.2. Thông tin định thời trong các mẫu nguồn 31
2.4.3. Thời gian giữa những lần đi đến 32
2.4.4. Đếm số lần đi đến 35
2.4.5. Các tốc độ luồng 38
Chương 3: QUẢN LÝ BỘ ĐỆM TRONG IP 43
3.1. HOẠT ĐỘNG XẾP HÀNG CỦA CÁC GÓI TRONG
BỘ ĐỊNH TUYẾN IP 43
3.1.1. Những phương trình cân bằng cho lưu đệm gói: Geo/Geo/1 43
3.1.2. Phân tích tốc độ phân rã 47
3.1.3. Phân tích những phương trình cân bằng với lưu đệm gói:
phân tích xếp hàng tốc độ phụ 51
3.1.3.1. Hoạt động xếp hàng về mặt cụm 52
3.1.3.2. M/D/1 tốc độ phụ, với những ứng dụng vào voice-over-IP 55
3.1.3.3. Giải pháp tốc độ phụ cho lưu lượng nỗ lực tốt nhất 64
3.2. QUẢN LÝ BỘ ĐỆM TRONG IP 66
3.2.1. Lưu đệm theo thuật toán FIFO 66
3.2.2. Phát hiện sớm ngẫu nhiên - loại bỏ gói mang tính xác suất 67
3.2.3. Bộ đệm ảo và những thuật toán lập lịch 72
3.2.3.1. Xếp hàng theo quyền ưu tiên 72
3.2.3.2. Xếp hàng trọng số hợp lý 73
3.2.4. Phân vùng không gian bộ đệm 75
3.2.5. Phân tích bộ đệm chia sẻ 79
KẾT LUẬN 85
TÀI LIỆU THAM KHẢO 86

Nguyễn Cao Cường, D2002VT HVCNBCVT
ii
Đồ án tốt nghiệp đại học Thuật ngữ và từ viết tắt
THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT
ARP Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ
ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền tải không đồng bộ
CBR Constant Bit-rate Tốc độ bit cố định
DiffServ Differentiated Service Các dịch vụ phân biệt
DR Decay Rate Tốc độ phân rã
ER Excess Rate Tốc độ phụ
EWMA Exponentially Weighted
Moving Average
Trung bình dịch chuyển trọng số theo
hàm mũ
FIFO First In First Out Vào trước ra trước
FTP File Transfer Protocol Giao thức truyền tải file
GAPP Geometrically Approximated
Poisson Process
Quá trình Poisson xấp xỉ hình học
GMDP Generally Modulated
Deterministic Process
Quá trình quyết định điều chế chung
IP Internet Protocol Giao thức Internet
LAN Local Area Network Mạng cục bộ
LP Loss Probability Xác suất mất mát
MMDP Markov Modulated
Deterministic Process
Quá trình quyết định điều chế
Markov
MPLS Multiprotocol Label

Switching
Chuyển mạch nhãn đa giao thức
OAM Operation Administration
Maintainance
Vận hành Quản lý Bảo dưỡng
QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ
RARP Reverse Address Resolution
Protocol
Giao thức phân giải địa chỉ ngược
RED Random Early Detection Phát hiện sớm ngẫu nhiên
RSVP Resource Resevation Protocol Giao thức dành trước tài nguyên
TCP Transmission Control
Protocol
Giao thức điều khiển truyền dẫn
TLL Time To Live Thời gian sống
ToS Type of Service Kiểu dịch vụ
UDP User Datagram Protocol Giao thức đơn vị dữ liệu người sử
dụng
UPC Usage Parameter Control Điều khiển thông số sử dụng
Nguyễn Cao Cường, D2002VT HVCNBCVT
iii
Đồ án tốt nghiệp đại học Thuật ngữ và từ viết tắt
VBR Variable Bit – Rate Tốc độ bit thay đổi
WFQ Weighted Fair Queuing Xếp hàng trọng số hợp lý
Nguyễn Cao Cường, D2002VT HVCNBCVT
iv
Đồ án tốt nghiệp Đại học Lời nói đầu
LỜI NÓI ĐẦU
Sự phát triển của các giao thức Internet khởi đầu từ những năm của thập niên 70
và tiếp tục phát triển vào những năm sau đó. Ngày nay, mạng IP đã thực sự bùng nổ cả

về khối lượng lưu lượng cũng như các yêu cầu về chất lượng dịch vụ như: tốc độ
truyền dẫn, băng thông, truyền dẫn đa phương tiện,…
Công nghệ IP là sự kết hợp hài hòa của các giao thức điều khiển mềm dẻo với
phần cứng chuyển mạch ATM. Công nghệ IP đã khắc phục được nhược điểm về tốc độ
xử lý chậm của các bộ định tuyến và tính phức tạp của các giao thức báo hiệu trong
chuyển mạch ATM. Công nghệ IP đang là điểm tập trung nghiên cứu của các hãng
viễn thông nổi tiếng trên thế giới như: Ipsilon, Toshiba, IBM, Cisco,… Tuy nhiên, với
lưu lượng IP cùng sự phức tạp trong các yêu cầu mà người sử dụng đòi hỏi, thì những
bộ đệm IP đơn giản lại không đủ khả năng xử lý; và cần thiết phải cung cấp được chất
lượng dịch vụ như người sử dụng mong muốn, từ đó dẫn đến yêu cầu cấp thiết là phải
tìm ra các giải pháp để quản lý bộ đệm IP nhằm làm tăng hiệu năng của hệ thống.
Với mục đích gắn quá trình học tập và nghiên cứu để tìm hiểu một công nghệ mới
tiên tiến trên cơ sở những kiến thức đã học và nghiên cứu những tài liệu mới. Em đã
nhận đề tài đồ án tốt nghiệp của mình là “Mạng IP và vấn đề quản lý bộ đệm”. Đồ án
của em gồm ba chương với nội dung chính như sau:
• Chương 1: Tổng quan về IP
• Chương 2: Điều khiển lưu lượng và kỹ thuật hàng đợi
• Chương 3: Quản lý bộ đệm trong IP
Nghiên cứu đề tài đồ án em đã có dịp trình bày những hiểu biết của mình về một
giải pháp tích cực giúp khắc phục các vấn đề với mạng IP. Tuy nhiên do năng lực còn
hạn chế nên đồ án không tránh khỏi thiếu sót, em rất mong có được những đóng góp
quý báu của thầy cô và toàn thể các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn ThS Nguyễn Thị Thanh Kỳ người đã trực tiếp hướng
dẫn hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. Em cũng xin cảm ơn các thầy cô trong học viện
và các bạn đã tận tình giúp đỡ em trong quá trình học tập và nghiên cứu ở Học viện.
v
Luận văn tốt nghiệp Chương 1. Tổng quan về IP
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ IP
1.1. KHÁI NIỆM IP
1.1.1. Đánh địa chỉ và phân phối

Một máy tính thông tin với mạng thông qua một thiết bị giao tiếp mạng, như một card
tương thích mạng. Thiết bị giao tiếp mạng có một địa chỉ vật lý duy nhất và được thiết
kế để nhận dữ liệu gởi đến địa chỉ vật lý đó. Địa chỉ vật lý này được ghi vào card mạng
khi nó được chế tạo. Một thiết bị như một card mạng ethernet không biết bất kỳ chi tiết
nào của các lớp giao thức bên trên. Nó không biết địa chỉ IP của nó và cũng không biết
một khung đến được gửi đến Telnet hay là FTP. Nó chỉ lắng nghe các khung đang tới,
chờ một khung có địa chỉ là địa chỉ vật lý của chính nó, và chuyển khung đó ngược lên
chồng giao thức.
Sự phối hợp địa chỉ vật lý này làm việc rất tốt trên một đoạn LAN riêng biệt.
Một mạng chỉ bao gồm một ít máy tính trên một môi trường liên tục có thể hoạt động
mà không cần gì khác ngoài các địa chỉ vật lý. Dữ liệu có thể chuyển trực tiếp từ bộ
tương thích mạng này đến bộ tương thích mạng kia mà chỉ cần sử dụng các giao thức
mức thấp. Không may, trên một mạng định tuyến không thể phân phối dữ liệu bằng địa
chỉ vật lý. Các thủ tục tìm ra đích đến dùng cho việc phân phối bằng địa chỉ vật lý lại
không hoạt động được thông qua giao tiếp router. Cho dù chúng có thực hiện được thì
việc phân phối bằng địa chỉ vật lý sẽ cồng kềnh vì địa chỉ vật lý cố định ghi vào trong
thẻ mạng không cho phép chúng ta áp đặt một cấu trúc luận lý trên không gian địa chỉ.
Vì thế trong mạng IP sẽ làm cho địa chỉ vật lý trở nên vô hình và thay vào đó nó
tổ chức mạng theo một sơ đồ đánh địa chỉ phân cấp và luận lý. Sơ đồ đánh địa chỉ luận
lý được duy trì bởi giao thức IP ở lớp Internet của mô hình phân lớp TCP/IP. Địa chỉ
luận lý được gọi là địa chỉ IP. Một giao thức lớp Internet khác được gọi là Giao thức
phân giải địa chỉ (ARP – Address Resolution Protocol) hình thành tập hợp một bảng
ánh xạ các địa chỉ IP vào các địa chỉ vật lý. Bảng ARP này là liên kết giữa địa chỉ IP và
địa chỉ vật lý.
Trên một bảng định tuyến, chiến lược gửi dữ liệu trên mạng IP là như sau:
1. Nếu địa chỉ đích trên cùng một đoạn mạng với máy tính nguồn, máy tính nguồn
gửi gói trực tiếp đến đích. Địa chỉ IP được phân giải sang một địa chỉ vật lý sử
dụng ARP và dữ liệu được hướng tới bộ tương thích mạng đích.
2. Nếu địa chỉ đích trên một đoạn mạng khác với máy tính nguồn, các tiến trình
sau bắt đầu:

1
Luận văn tốt nghiệp Chương 1. Tổng quan về IP
a. Datagram được đưa tới gateway. Gateway là một thiết bị trên đoạn mạng
cục bộ mà có thể chuyển tiếp một datagram tới các đoạn mạng khác (một
gateway cơ bản là một router). Địa chỉ gateway được phân giải sang địa
chỉ vật lý sử dụng ARP, và dữ liệu được gửi đến bộ tương thích mạng
của gateway.
b. Datagram được định tuyến qua gateway đến một đoạn mạng mức cao
hơn ở đó tiến trình được lặp lại. Nếu địa chỉ đích nằm trên đoạn mạng
mới này, dữ liệu được chuyển đến đích của nó. Nếu không, datagram
được gửi đến một gateway khác.
c. Datagram đi qua chuỗi các gateway đến đoạn mạng đích, ở đó địa chỉ IP
đích được ánh xạ đến một địa chỉ vật lý sử dụng ARP và dữ liệu được
hướng đến bộ tương thích mạng đích.
1.1.2. Giao thức Internet (IP)
Giao thức Internet (IP – Internet Protocol) cung cấp một hệ thống đánh địa chỉ có phân
cấp, độc lập phần cứng và đưa ra các dịch vụ cần thiết cho việc phân phối dữ liệu trên
một mạng định tuyến phức tạp. Mỗi bộ tương thích mạng trên một mạng IP có một địa
chỉ IP duy nhất.
Các địa chỉ IP trên mạng được tổ chức sao cho chúng ta có thể chỉ ra được vị trí của
host - mạng hay mạng con nơi host cư trú - bằng cách nhìn vào địa chỉ (Hình 1.1).
2
Luận văn tốt nghiệp Chương 1. Tổng quan về IP
Ta có thể dễ dàng nhìn vào Hình 1.1 và nói: “Mọi địa chỉ bắt đầu với 192.132.134 phải
ở trong toà nhà C”. Tuy nhiên, một máy tính đòi hỏi có sự phân biệt với các máy khác.
Địa chỉ IP do đó được chia làm hai phần:
o Định danh mạng (network ID)
o Định danh host (host ID)
Người sở hữu mạng cũng có thể đặt ra thêm một mức phân cấp địa chỉ bằng
cách gán một định danh mạng con (subnet ID) để có thể đạt được nhiều phân mạng

hơn.
1.1.3. Các trường tiêu đề IP
Mọi datagram IP bắt đầu với một tiêu đề IP. Phần mềm TCP/IP trên máy tính nguồn
tạo ra tiêu đề IP. Phần mềm TCP/IP ở đích sử dụng thông tin được gửi trong phần tiêu
đề IP để xử lý datagram. Tiêu đề IP chứa một lượng thông tin lớn, bao gồm các địa chỉ
IP của những máy tính nguồn và đích, chiều dài của datagram, số phiên bản IP, và các
chỉ dẫn đặc biệt cho các router.
Kích thước tối thiểu của một tiêu đề IP là 20 byte. Hình 1.2 cho thấy các nội
dung bên trong tiêu đề IP. Bao gồm các trường
3
Luận văn tốt nghiệp Chương 1. Tổng quan về IP
Version (Phiên bản) - Trường 4 bit này xác định phiên bản của IP đang được sử dụng.
Phiên bản được sử dụng là IPv4 thì kiểu giá trị nhị phân cho 4 là 0100. Tương tự, nếu
phiên bản được sử dụng là IPv6 thì kiểu giá trị nhị phân cho 6 là 0110.
IHL (Internet Header Length - chiều dài tiêu đề Internet) - Trường 4 bit này cho biết
chiều dài của tiêu đề IP tính theo các từ 32 bit. Chiều dài tiêu đề tối thiểu là 5 từ 32 bit.
Mẫu giá trị nhị phân của 5 là 0101.
Type of Service (Loại dịch vụ) – IP nguồn có thể chỉ định thông tin định tuyến đặc
biệt. Một số router bỏ qua trường Loại dịch vụ này. Mặc dù hiện nay với sự xuất hiện
của các công nghệ chất lượng dịch vụ (QoS – Quality of Service), trường này đã được
quan tâm nhiều hơn. Mục đích chính của trường 8 bit này là để phân cấp độ ưu tiên của
các datagram khi đi qua các router. Hiện trường này thường chỉ được gán toàn bit giá
trị 0.
Total length (Chiều dài tổng cộng) - Trường 16 bit này xác định chiều dài của
datagram IP tính bằng octet (1 octet = 1 byte). Chiều dài này bao gồm tiêu đề IP và
vùng tải tin.
Identification (Nhận dạng) - Trường 16 bit này là một số tuần tự tăng được gắn vào
các thông điệp gửi từ IP nguồn. Khi một thông điệp được gửi đến lớp IP và nó quá lớn
so với một datagram, IP phân đoạn thông điệp thành nhiều datagram, đặt vào datagram
cùng một số nhận dạng. Số này được sử dụng ở đầu nhận để tập hợp các datagram này

lại thành thông điệp ban đầu.
Flags (Các cờ) - Trường Flags xác định các khả năng phân đoạn có thể. Bit đầu tiên
không được sử dụng và luôn có giá trị bằng 0. Bit tiếp theo được gọi là cờ DF (Don’t
Fragment). Cờ DF báo hiệu có cho phân đoạn (giá trị bằng 0) hay không (giá trị bằng
1). Bit tiếp theo là cờ MF (More Fragment), nói với đầu nhận là còn nhiều phân đoạn
nữa đang đến (MF gán bằng 1) hay không còn phân đoạn nào cần truyền hoặc
datagram chưa bao giờ bị phân đoạn (MF gán bằng 0).
Fragment Offset (Độ dời của phân đoạn) - Trường 13 bit này là một giá trị số được
gán cho mỗi phân đoạn liên tiếp nhau. IP ở đích sử dụng Fragment Offset để tái hợp
các phân đoạn theo thứ tự thích hợp. Giá trị offset tìm thấy ở đây biểu diễn giá trị độ
dời là các đơn vị 8 byte.
Time to Live (Thời gian sống) - Trường 8 bit này xác định lượng thời gian tính theo
giây hay số chặng router hop mà datagram có thể tồn tại hoặc đi qua trước khi bị huỷ.
Mỗi router khảo sát và làm giảm trường này ít nhất là 1, hoặc số giây mà datagram bị
trì hoãn bên trong router. Datagram bị huỷ khi trường này đạt giá trị bằng 0.
4
Luận văn tốt nghiệp Chương 1. Tổng quan về IP
Mỗi chặng (hop) hay mỗi chặng router (router hop) tương quan với một router mà một
datagram đi qua trên đường đến đích của nó. Nếu một datagram đi qua 5 router trước
khi đến đích của nó, thì được coi là cách 5 chặng (hop) hay 5 chặng router (router hop).
Protocol (Giao thức) - Trường giao thức 8 bit xác định giao thức sẽ nhận phần tải tin
của datagram. Ví dụ một datagram với nhận dạng giao thức là 6 (00000110) được
chuyển ngược lên chồng giao thức đến module TCP. Sau đây là một số giá trị giao thức
thông dụng:
Tên giao thức Nhận dạng giao thức
ICMP 1
TCP 6
UDP 17
Header Checksum (Kiểm tra lỗi tiêu đề) - Trường này giữ một giá trị 16 bit được tính
toán để kiểm tra tính hợp lệ của riêng phần tiêu đề. Trường này được tính toán lại ở

mỗi router khi giảm trường TTL (Time to Live).
Source IP Address (Địa chỉ IP nguồn) - Trường 32 bit này giữ địa chỉ nguồn của
datagram.
Destination IP Address (Địa chỉ IP đích) - Trường 32 bit này giữ địa chỉ đích của
datagram.
IP Options (Các tuỳ chọn IP) - Trường này hỗ trợ một số thiết lập tiêu đề tuỳ ý sử
dụng cho việc kiểm tra, gỡ rối và an toàn. Các tuỳ chọn bao gồm Strict Source Route
(một đường đi riêng qua một số router nhất định mà datagram phải theo), Internet
Timestamp (một mẫu tin các nhãn thời gian ở mỗi router) và các giới hạn an toàn.
Padding (Đệm) - Trường các tuỳ chọn IP có chiều dài không cố định. Trường Padding
cung cấp các bit 0 bổ sung để chiều dài tổng cộng của phần tiêu đề là bội số chính xác
của 32 bit. (Phần tiêu đề phải kết thúc sau một từ 32 bit bởi vì trường IHL đo chiều dài
phần tiêu đề theo các bội số của 32 bit).
IP Data Payload - Trường này chứa dữ liệu dự định giao đến TCP hoặc UDP, ICMP
hay IGMP. Lượng dữ liệu có thể biến thiên đến hàng ngàn byte.
1.2. ĐỊA CHỈ IP
1.2.1. Khái niệm
Một địa chỉ IP là một địa chỉ nhị phân 32 bit. Địa chỉ 32 bit này được phân chia thành 4
đoạn 8 bit được gọi là các octet. Con người không thoải mái khi làm việc với các địa
5
Luận văn tốt nghiệp Chương 1. Tổng quan về IP
chỉ nhị phân 32 bit hay ngay cả các octet nhị phân 8 bit, vì thế địa chỉ IP hầu như luôn
luôn được biểu diễn dưới dạng chấm thập phân. Dưới dạng chấm thập phân, mỗi octet
được gán một số thập phân tương ứng. 4 giá trị thập phân (4 × 8 = 32 bit) sau đó được
phân biệt bằng các dấu chấm. 8 bit nhị phân có thể đại diện cho bất kỳ số nguyên nào
từ 0 đến 255. Một địa chỉ IP chấm thập phân có dạng: 209.121.131.14.
Một phần của địa chỉ IP được sử dụng cho định danh mạng, và một phần của địa
chỉ được sử dụng cho định danh host. Sự phức tạp của địa chỉ IP là phần định danh
mạng biến đổi. Hầu hết các địa chỉ rơi vào các lớp địa chỉ sau:
• Các địa chỉ lớp A – 8 bit đầu tiên được sử dụng cho định danh mạng. 24 bit cuối

cùng được sử dụng cho định danh host.
• Các địa chỉ lớp B – 16 bit đầu tiên được sử dụng cho định danh mạng. 16 bit
cuối cùng được sử dụng cho định danh host.
• Các địa chỉ lớp C – 24 bit đầu tiên được sử dụng cho định danh mạng. 8 bit cuối
cùng được sử dụng cho định danh host.
Càng nhiều bit thì số tổ hợp bit sẽ lớn hơn. Ta có thể thấy, định dạng lớp A cung
cấp một số lượng nhỏ các định danh mạng và một số lượng lớn các định danh host cho
mỗi mạng. Một mạng lớp A có thể hỗ trợ khoảng 2
24
, hay 16777216 host. Ngược lại,
một mạng lớp C chỉ có thể cung cấp số định danh host hay số lượng host ít (khoảng 2
8
,
hay 256), nhưng nhiều định dạng mạng.
Bạn có thể ngạc nhiên làm thế nào một máy tính hay một router biết một địa chỉ
IP là địa chỉ lớp A, lớp B hay lớp C. Các nhà thiết kế mạng IP đã đưa ra các luật địa chỉ
sao cho có thể nhận biết được lớp của một địa chỉ IP. Một vài bit đầu của địa chỉ nhị
phân sẽ cho biết địa chỉ này là một địa chỉ lớp A, lớp B hay lớp C (xem Bảng 1.1). Các
luật để nhận dạng địa chỉ như sau:
• Nếu địa chỉ nhị phân 32 bit bắt đầu với một bit 0, địa chỉ là của lớp A.
• Nếu địa chỉ nhị phân 32 bit bắt đầu với các bit 10, địa chỉ là của lớp B.
• Nếu địa chỉ nhị phân 32 bit bắt đầu với các bit 110, địa chỉ là của lớp C
6
Luận văn tốt nghiệp Chương 1. Tổng quan về IP
Sơ đồ địa chỉ này dễ dàng chuyển sang ký hiệu chấm thập phân bởi vì các luật này
có ảnh hưởng đến giới hạn dãy các giá trị địa chỉ cho số hạng đầu tiên trong định dạng
dấu chấm thập phân. Ví dụ, vì một địa chỉ lớp A phải có một bit 0 ở tận cùng bên trái
trong octet đầu tiên, số hạng đầu tiên trong một địa chỉ chấm thập phân lớp A không
thể cao hơn 127. Bảng 1.1 cho thấy các dãy địa chỉ cho các mạng lớp A, B và C. Chú ý
rằng một vài dãy địa chỉ IP được sử dụng cho các mục đích đặc biệt. Chúng ta sẽ xem

xét nhiều hơn về các địa chỉ IP đặc biệt trong phần sau.
1.2.2. Các lớp D và E
Hầu hết các truyền thông trong mạng IP đều là host-to-host (gửi từ một máy tính nguồn
đến một máy tính đích) hay quảng bá (broadcast - gửi đến tất cả máy tính trên đoạn
mạng hay mạng. Mặt khác, các địa chỉ lớp D được sử dụng cho truyền thông đa hướng
(multicast). Một multicast là một thông điệp đơn gửi đến một mạng con của mạng. 4
bit đầu tiên bên trái của một địa chỉ mạng lớp D luôn bắt đầu với dạng nhị phân 1110,
tương ứng với các số thập phân từ 224 đến 239.
Các mạng lớp E được xem là các mạng thử nghiệm. Thông thường chúng không
được dùng trong bất kỳ môi trường sản xuất nào. 5 bit bên trái đầu tiên của mạng lớp E
luôn bắt đầu với mẫu nhị phân 11110, tương ứng với các số thập phân từ 240 đến 247.
1.2.3. Các địa chỉ IP đặc biệt
Một số địa chỉ IP có ý nghĩa đặc biệt không được gán cho các host riêng biệt. Một định
danh host với tất cả các bit bằng 0 nói đến chính mạng đang xét (chuyển đến chính nó).
Ví dụ, địa chỉ IP 129.152.0.0 chỉ đến mạng lớp B với định danh mạng là 129.152.
7
Luận văn tốt nghiệp Chương 1. Tổng quan về IP
Một định danh với tất cả các bit bằng 1 biểu thị một địa chỉ quảng bá –
broadcast. Một broadcast là một thông điệp được gửi đến tất cả các host trên mạng. Địa
chỉ IP 129.152.255.255 là địa chỉ broadcast của mạng lớp B với định danh mạng
129.152. Địa chỉ 255.255.255.255 cũng có thể được sử dụng để broadcast trên toàn
mạng.
Các địa chỉ bắt đầu với 127 là các địa chỉ loopback. Một thông điệp được đánh
địa chỉ loopback được gửi bởi phần mềm TCP/IP cục bộ đến chính nó. Địa chỉ
loopback được dùng để kiểm tra xem phần mềm TCP/IP có hoạt động không. Địa chỉ
loopback 127.0.0.1 thường được sử dụng nhất.
Người ta cũng dành riêng một vài dãy địa chỉ IP cho các mạng riêng. Với giả
định là các dãy địa chỉ riêng này không được kết nối vào Internet, vì thế các địa chỉ này
không là duy nhất. Trên thế giới hiện nay, các dãy địa chỉ ẩn này thường được sử dụng
cho mạng bảo vệ, nằm sau các thiết bị chuyển đổi mạng:

• 10.0.0.0 đến 10.255.255.255
• 172.16.0.0 đến 172.31.255.255
• 192.168.0.0 đến 192.168.255.255

Bởi vì các dãy địa chỉ riêng này tách biệt với phần địa chỉ còn lại, toàn bộ dãy địa
chỉ này có thể được sử dụng trong bất cứ mạng nào mà không sợ trùng lặp địa chỉ giữa
các mạng. Một nhà quản lý mạng sử dụng các địa chỉ riêng này sẽ có nhiều không gian
địa chỉ để phân chia mạng con hơn, và nhiều địa chỉ có thể gán hơn.
1.2.4. Giao thức phân giải địa chỉ (ARP)
Như đã biết ở phần trước, các máy tính trên một mạng cục bộ sử dụng giao thức lớp
Internet được gọi là Giao thức phân giải địa chỉ (ARP – Address Resolution Protocol)
để ánh xạ các địa chỉ IP vào các địa chỉ vật lý. Một host phải biết địa chỉ vật lý của bộ
tương thích mạng đích để gửi bất kỳ dữ liệu nào đến nó. Vì lý do này, ARP là một giao
thức rất quan trọng. Tuy nhiên, các mạng IP thực hiện theo cách thức sao cho ARP và
tất cả các chi tiết của việc chuyển đổi địa chỉ hầu như vô hình đối với người sử dụng.
Bộ tương thích mạng được xác định bởi địa chỉ IP của nó. Địa chỉ IP phải được ánh xạ
đến một địa chỉ vật lý để một thông điệp đến đích của nó.
8
Luận văn tốt nghiệp Chương 1. Tổng quan về IP
Mỗi host trên một đoạn mạng duy trì một bảng trong bộ nhớ được gọi là Bảng
ARP hay bộ nhớ nhanh ARP (ARP Cache). ARP liên kết các địa chỉ IP của các host
khác trên đoạn mạng với các địa chỉ vật lý (Hình 1.3). Khi một host cần gửi dữ liệu đến
một host khác trên đoạn, host kiểm tra bảng ARP để xác định địa chỉ vật lý của nơi
nhận. Bảng ARP được hình thành một cách tự động. Nếu địa chỉ nhận dữ liệu hiện
không được liệt kê trong bảng ARP, host gửi một broadcast được gọi là một khung yêu
cầu ARP.
Khung yêu cầu ARP chưa được phân giải. Khung yêu cầu ARP cũng chứa địa
chỉ IP và địa chỉ vật lý của host gửi yêu cầu. Các host khác trên đoạn mạng nhận yêu
cầu ARP, và host có địa chỉ IP chưa phân giải hồi đáp bằng cách gửi địa chỉ vật lý của
nó đến host gửi yêu cầu. Ánh xạ địa chỉ IP và địa chỉ vật lý được thêm vào bảng ARP

của host yêu cầu.
Thông thường, các mục trong bảng ARP sẽ hết hạn sau một khoảng thời gian
định trước. Khi thời gian sống của một mục ARP kết thúc, mục đó sẽ bị loại bỏ khỏi
bảng. Tiến trình phân giải bắt đầu lại ở thời điểm kế khi mà host cần gửi dữ liệu đến
địa chỉ IP của mục đã bị loại bỏ.
9
Luận văn tốt nghiệp Chương 1. Tổng quan về IP
1.2.5. Giao thức phân giải địa chỉ ngược (RARP)
RARP là viết tắt của Reverse ARP (Giao thức phân giải địa chỉ ngược). RARP trái
ngược với ARP. ARP được sử dụng khi biết địa chỉ IP nhưng không biết địa chỉ vật lý.
RARP thì được sử dụng khi biết địa chỉ vật lý nhưng không biết địa chỉ IP. RARP
thường được sử dụng kết hợp với giao thức BOOTP để khởi động các trạm làm việc
không có ổ đĩa.
BOOTP (Boot PROM) - Nhiều bộ tương thích mạng có một khe cắm trống để
thêm một mạng tích hợp được gọi là một Rom boot. Chương trình BootPROM bắt đầu
ngay khi máy tính được bật nguồn. Nó tải một hệ điều hành vào máy tính bằng cách
đọc từ một máy chủ mạng thay vì một ổ đĩa cục bộ. Hệ điều hành được tải tới thiết bị
BOOTP được cấu hình trước một địa chỉ IP cụ thể.
1.2.6. Phân mạng con trong IP
Hệ thống lớp địa chỉ được mô tả ở trên cho phép tất cả các host có thể xác định định
danh mạng trong một địa chỉ IP và gửi một datagram đến đúng mạng. Tuy nhiên, việc
xác định một đoạn mạng bằng định danh mạng lớp A, B hay C của nó có một số giới
hạn. Giới hạn chính của hệ thống lớp địa chỉ là nó không cung cấp bất kỳ một sự phân
chia luận lý nào cho vùng không gian địa chỉ dưới mức mạng.
10
Luận văn tốt nghiệp Chương 1. Tổng quan về IP
Hình 1.4 cho thấy một mạng lớp A. Như đã mô tả ở phần trước, các datagram
đến chính xác gateway và truyền vào không gian địa chỉ 99.0.0.0. Tuy nhiên, vấn đề sẽ
trở nên phức tạp hơn khi chúng ta xem xét làm thế nào để phân phối datagram khi nó đi
vào không gian địa chỉ 99.0.0.0. Một mạng lớp A có phạm vi trên 16 triệu định danh

host. Mạng này có thể bao gồm hàng triệu host, đường đi – đây là một con số rất lớn
trong phạm vi một mạng con đơn lẻ.
Để phân phối hiệu quả trên một mạng lớn, không gian địa chỉ có thể được phân
nhỏ thành các đoạn mạng nhỏ hơn (Hình 1.5). Việc phân đoạn thành các mạng vật lý
riêng biệt làm tăng dung lượng toàn bộ của mạng và do đó làm cho mạng có thể sử
dụng phần không gian địa chỉ nhiều hơn. Trong trường hợp thông thường, các router
phân tách các đoạn trong không gian địa chỉ cần một số chỉ định về nơi phân phối dữ
liệu. Chúng không thể dùng định danh mạng vì mỗi datagram gửi đến có cùng định
danh mạng (99.0.0.0). Mặc dù có thể tổ chức không gian địa chỉ bằng định danh host,
nhưng một giải pháp như vậy sẽ rất cồng kềnh, không mềm dẻo và hoàn toàn không
thực tế trên một mạng với 16 triệu host. Giải pháp thực tế duy nhất là phân chia không
gian địa chỉ nào đó bên dưới mức định danh mạng để các host và các router có thể dựa
trên địa chỉ IP để cho biết đoạn mạng nào có thể nhận phân phối.
11
Luận văn tốt nghiệp Chương 1. Tổng quan về IP
Các công nghệ trong mạng IP cung cấp một cấp tổ chức luận lý thứ hai bên dưới
định danh mạng thông qua một khái niệm được gọi là subnet. Một subnet (mạng con)
là một phân chia luận lý không gian địa chỉ mạng. Các router có thể phân phối một
datagram đến một địa chỉ subnet trong mạng (thường tương ứng với một đoạn mạng),
và một khi datagram đến subnet, nó có thể được phân giải thành một địa chỉ vật lý sử
dụng ARP.
Vậy địa chỉ subnet này từ đâu, vì tất cả 32 bit của địa chỉ IP được sử dụng cho
định danh mạng và định danh host. Câu trả lời là các nhà thiết kế mạng IP cung cấp
một phương tiện để mượn một số bit từ định danh host để tạo ra một địa chỉ subnet.
Một thông số được gọi là mặt nạ mạng con (subnet mask) cho biết bao nhiêu bit được
sử dụng cho định danh subnet và bao nhiêu còn lại cho định danh host thật sự.
Giống một địa chỉ IP, một subnet mask là một số nhị phân 32 bit. Các bit của
subnet mask được sắp xếp theo một dạng thức cho biết định danh subnet của địa chỉ IP
mà mặt nạ này kết hợp. Hình 1.6 cho thấy một cặp địa chỉ IP/subnet mask. Mỗi vị trí
bit trong subnet mask đại diện cho một vị trí bit trong địa chỉ IP.

12
Luận văn tốt nghiệp Chương 1. Tổng quan về IP
Subnet mask sử dụng một bit 1 cho mỗi bit trong địa chỉ IP thuộc định danh
mạng và định danh subnet. Subnet mask sử dụng một bit 0 để chỉ định bất kỳ bit nào
trong địa chỉ IP thuộc định danh host. Như vậy, có thể xem xét subnet như một bản đồ
sử dụng để đọc địa chỉ IP. Hình 1.7 cho thấy sự phân phối các bit địa chỉ trong một
mạng được phân mạng con so với một mạng không được phân mạng con.
Các bảng định tuyến sử dụng trong các router và các host trên một mạng phân
mạng con sẽ chứa thông tin về subnet mask cùng với mỗi địa chỉ IP. Như Hình 1.8 cho
thấy, một datagram đang tới được định tuyến đến mạng sử dụng trường định danh
mạng xác định bởi lớp địa chỉ. Khi datagram đến mạng này, nó được định tuyến đến
phân mạng thích hợp sử dụng định danh subnet. Sau khi đến phân đoạn, định danh host
được sử dụng để phân phối datagram đến đúng máy tính.
1.3. IP - MỘT HỆ THỐNG PHI KẾT NỐI
Nghiên cứu về lưu lượng Internet cho thấy rằng đa số các luồng là rất ngắn, chỉ bao
gồm một vài gói, cho dù phần lớn các gói đều thuộc về một số ít luồng (kích thước
luồng dài hơn). Do đó, hầu hết trong các luồng, phần mào đầu của tín hiệu có thể vượt
quá phần thông tin người sử dụng được gửi. IP xử lý điều này một cách linh hoạt: nó
cung cấp một dịch vụ phi kết nối giữa những người sử dụng kết cuối bằng cách các đơn
vị dữ liệu liên tiếp có thể truyền theo những đường khác nhau. Tại một bộ định tuyến,
13
Luận văn tốt nghiệp Chương 1. Tổng quan về IP
mỗi gói được xử lý độc lập liên quan tới quyết định tuyến đường (dựa trên cơ sở địa
chỉ đích trong tiêu đề gói IP) cho bước nhảy kế tiếp theo hướng tới đích. Đây là ý
tưởng cho sự truyền dẫn dữ liệu trên các luồng với số lượng gói nhỏ, và cũng hoạt
động tốt đối với số lượng gói lớn. Vì vậy, các gói được gửi từ cùng một nguồn tới cùng
một đích có thể theo nhiều đường đi khác nhau từ nguồn tới đích.
14
Luận văn tốt nghiệp Chương 1. Tổng quan về IP
Các tuyến đường trong IP có thể thích ứng nhanh chóng với tình trạng tắc nghẽn

và các hỏng hóc thiết bị. Mặc dù nếu quan sát từ phía mỗi gói, dịch vụ thực sự không
tin cậy, với sự truyền thông giữa những người sử dụng đầu cuối IP là rất mạnh. Có các
giao thức của lớp giao vận, như giao thức điều khiển truyền dẫn (TCP), điều chỉnh sự
thiếu tin cậy vốn có của gói truyền trong IP. TCP sắp xếp lại những gói không theo thứ
tự, phát hiện và khôi phục lại các gói đã mất (hay trễ quá mức) qua một hệ thống các
định thời, các đáp ứng và các chỉ số chuỗi. Nó cũng cung cấp một phương thức điều
khiển luồng trên cơ sở tin cậy mà làm biến đổi những sự tắc nghẽn của mạng bằng
cách giảm tốc độ tại thời điểm gói được gửi đi.
Điều này hiệu quả với lưu lượng thích ứng, tức là lưu lượng như truyền tải thư
điện tử hoặc file có thể điều chỉnh với những thay đổi rộng về độ trễ và thông lượng
(như dữ liệu cuối cùng mang lại), nhưng không hiệu quả với các luồng lưu lượng, tức
là lưu lượng không thích ứng. Dạng lưu lượng thứ hai này đòi hỏi ít nhất một tốc độ bit
tối thiểu qua mạng cho bởi giá trị bất kỳ. Âm thoại, tại một tốc độ trung bình 64 kbit/s
là một ví dụ (trừ khi có thêm một sự phức tạp khác) đây là tốc độ phải được hỗ trợ nếu
không tín hiệu sẽ chịu nhiều mất mát để đáp lại sự khó hiểu (và do vậy mà vô nghĩa)
của nó. Những yêu cầu cho lưu lượng không thích ứng là rất khó gặp, và không thể
đảm bảo, trong một môi trường có biến động trễ, thông lượng và tắc nghẽn cao. Đây là
lý do vì sao chúng thường được mang đi bằng các công nghệ hướng kết nối.
Vậy, làm thế nào để một mạng IP có thể xử lý với cả hai loại hình lưu lượng,
thích ứng và không thích ứng. Yêu cầu thứ nhất là phải phân vùng lưu lượng vào các
nhóm để có thể đưa ra các phương pháp xử lý khác nhau thích hợp cho những đòi hỏi
hiệu năng của chúng. Yêu cầu thứ hai là cung cấp các phương thức để thiết lập trạng
thái cho các nhu cầu của chúng, và các phương thức để dự phòng tài nguyên riêng biệt
cho các nhóm lưu lượng khác nhau đó. Kiến trúc dịch vụ tích hợp (ISA – Intergrated
Services Architecture), Giao thức dự phòng tài nguyên (RSVP – Resource Reservation
Protocol), Các dịch vụ phân biệt (DiffServ – Differentiated Services), và Chuyển mạch
nhãn đa giao thức (MPLS – Multiprotocol Label Switching) là những phương thức
khác nhau nhằm đạt được mục tiêu đó.
1.4. LƯU ĐỆM VÀ QUẢN LÝ BỘ ĐỆM TRONG IP
1.4.1. Lưu đệm trong các bộ định tuyến IP

Các mạng IP chuyển dữ liệu dưới dạng những đơn vị riêng biệt. Các nút mạng, quản lý
những gói IP, kết hợp các luồng lưu lượng từ những nguồn khác nhau và hướng chúng
tới các đích khác nhau qua những liên kết truyền dẫn mà lưu lượng chia sẻ cho từng
phần của chặng đường. Quá trình xử lý này bao hàm việc lưu trữ tạm thời dữ liệu trong
15
Luận văn tốt nghiệp Chương 1. Tổng quan về IP
những bộ đệm có kích cỡ giới hạn, kiểu đi đến thực tế của các gói gây lên những hàng
đợi làm tăng và giảm bớt kích thước hàng đợi. Do vậy, trong công nghệ mạng IP, các
đơn vị dữ liệu cạnh tranh dung lượng truyền dẫn đầu ra, và tạo thành các kiểu hàng đợi
trong bộ đệm. Trong thực tế, các bộ đệm này có thể được đặt tại những vị trí khác nhau
tuỳ theo các dịch vụ (ví dụ tại các lối vào, các lối ra hay các điểm chuyển mạch) nhưng
đây không phải là điều quan trọng nhất. Thời điểm các hàng đợi được định dạng là khi
số lượng gói đi đến qua một chu kỳ đã vượt quá con số khởi hành, và do đó nó là mẫu
thực tế của các gói đi đến của hầu hết các thông số.
Lưu đệm, khi đó, là phương thức thực tế trong IP. Tuy nhiên, những bộ đệm
được cung cấp đơn giản lại không phải là một giải pháp đủ tốt; cần phải cung cấp chất
lượng dịch vụ (QoS – Quality of Service) mà người sử dụng yêu cầu (và phải trả tiền).
Để chắc chắn đảm bảo QoS, các bộ đệm này phải được sử dụng một cách thông minh,
và những dự định này cung cấp ra Quản lý bộ đệm.
1.4.2. Quản lý bộ đệm
Phương thức quản lý bộ đệm theo đặc trưng IP được thiết kế để nâng cao dung lượng
của các mạng. Thực chất, những phương thức này giải quyết việc các gói tăng cường
truy cập vào vùng đợi giới hạn của bộ đệm như thế nào, và khi ở trong vùng đợi thì
chúng tăng cường truy cập như thế nào vào bộ phục vụ cho quá trình truyền dẫn hướng
tới. Trước hết giải quyết cách thức phân vùng không gian bộ đệm, và các chính sách
loại bỏ trong hoạt động. Cuối cùng là giải quyết cách thức các gói được sắp xếp và lập
lịch cho quá trình phục vụ, và việc phân vùng dung lượng phục vụ.
Yêu cầu then chốt là cung cấp các phân vùng, nói cách khác là các bộ đệm ảo,
qua những nhóm dung lượng khác nhau có thể được truyền đi. Ở mức độ cao nhất, một
bộ đệm ảo được cung cấp cho mỗi luồng IP, và nó có sự cấp phát không gian bộ đệm

cùng dung lượng phục vụ của chính nó. Điều này được gọi là xếp hàng theo luồng.
Điển hình, những sự xem xét về phương diện ý nghĩa thì lưu lượng, các luồng, phải
được quản lý trong tổng số các bộ đệm ảo đi qua, đặc biệt là trong mạng lõi. Thuật ngữ
có thể thay đổi (ví dụ, tổng hợp hoạt động trong DiffServ, đường trung kế lưu lượng
trong MPLS), nhưng việc nhóm lại có xu hướng tuỳ theo loại lưu lượng, nói cách khác
chúng có những yêu cầu về hiệu năng và các đặc trưng lưu lượng tương tự nhau.
Các chính sách loại bỏ cung cấp biện pháp để phân biệt giữa các mức độ mất
mát gói tương đối và phạm vi cũng như tác động của mất mát trong các luồng của lưu
lượng tổng.
Trong IP, trường kiểu dịch vụ (ToS) trong IPv4 và trường độ ưu tiên trong IPv6
có các mã chỉ ra các mức khác nhau trong cách xử lý mất mát dùng để phân biệt giữa
16
Luận văn tốt nghiệp Chương 1. Tổng quan về IP
các mức của “độ ưu tiên không gian”. Một bộ đệm ảo được cho rằng toàn các gói có độ
ưu tiên thấp có thể vẫn cho phép các gói có độ ưu tiên cao hơn được truy cập. Hiệu ứng
này là để gia tăng khả năng mất mát của các gói có độ ưu tiên thấp so với các gói có độ
ưu tiên cao hơn. Thêm vào đó, trong IP có một phương thức loại bỏ gọi là phát hiện
sớm ngẫu nhiên (RED – Random Early Detection) giải quyết trước tình trạng tắc nghẽn
bằng cách loại bỏ những gói có khả năng trước khi bộ đệm đầy. Các gói bị loại bỏ với
xác suất tăng lên khi kích thước hàng đợi trung bình vượt quá một ngưỡng cấu hình.
Lý do cơ bản phía sau phương thức RED bắt nguồn từ thách thức đặc biệt của
lưu lượng gói nỗ lực tốt nhất trải qua: TCP, trường hợp cụ thể, có thể đưa ra hoạt động
không mong muốn khi mạng (hoặc một phần của nó) bị tắc nghẽn. Khi một bộ đệm
đầy và phải loại bỏ các gói đi tới từ nhiều kết nối TCP, tất cả chúng sẽ truy cập các pha
khởi đầu chậm của chúng. Điều này làm giảm lượng tải trọng qua bộ đệm, nhưng do nó
ảnh hưởng nhiều kết nối nên dẫn đến một chu kỳ dưới sử dụng. Khi tất cả các kết nối
TCP đó thoát ra khỏi khởi đầu chậm tại cùng thời điểm, thì lưu lượng sẽ bị gia tăng
đáng kể, gây ra tình trạng tắc nghẽn trong bộ đệm và nhiều gói bị loại bỏ hơn. Nguyên
lý bên dưới RED là nó ứng dụng cách ngăn cản một cách từ từ: trong những tầng trước
của tình trạng tắc nghẽn, chỉ một vài kết nối TCP bị ảnh hưởng, và điều này có thể đủ

để giảm tải và tránh được bất kỳ sự gia tăng nào được trình bày. Nếu kích cỡ hàng đợi
trung bình tiếp tục tăng, thì các gói bị loại bỏ với xác suất tăng lên, và do đó có nhiều
kết nối TCP bị ảnh hưởng hơn. Khi kích cỡ hàng đợi trung bình vượt quá một ngưỡng
trên, tất cả các gói đi đến đều bị loại bỏ.
Ngoài sự chấp nhận điều khiển cho các bộ đệm, IP còn nêu bật khả năng để điều
khiển quá trình xử lý dữ liệu của các lối ra đó từ những bộ đệm – phương thức lập lịch
bộ đệm. Điều này cung cấp một biện pháp để phân biệt giữa độ trễ, cũng như tốc độ
bit, do đó một số cần dung lượng truyền dẫn lớn hơn. Trong IP, các bộ định tuyến có
thể thực hiện việc sắp xếp độ ưu tiên thời gian (hàng đợi thứ tự) và các phương pháp
như hàng đợi công bằng hoặc hàng đợi round robin, để phân vùng dung lượng dịch vụ
giữa các bộ đệm ảo.
17
Luận văn tốt nghiệp Chương 2. Điều khiển lưu lượng và kỹ thuật hàng đợi
Chương 2: ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG VÀ
KỸ THUẬT HÀNG ĐỢI
2.1. ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG
IP cung cấp khả năng lưu trữ tạm thời các gói trong những bộ đệm qua mạng, mô tả
các biến động độ trễ, và trong từng thời điểm, là mất mát. Những bộ đệm này bao gồm
các phương thức khác nhau để đảm bảo các mạng phục vụ cho những kiểu lưu lượng
khác nhau - cả thích ứng và không thích ứng. Như đã lưu ý, một phần của giải pháp
cho vấn đề này là sử dụng các chiến lược quản lý bộ đệm: phân vùng và dự phòng
thích hợp các tài nguyên - cả không gian bộ đệm và dung lượng dịch vụ. Tuy nhiên, có
những phần khác để giải quyết tất cả: điều khiển lưu lượng. Điều này cho phép những
người sử dụng xác định trạng thái các nhu cầu truyền thông của họ, và đảm bảo mạng
phối hợp cũng như giám sát được quá trình cung cấp tương ứng của nó.
Việc thu nhận nhanh chóng một yêu cầu dự phòng (cho một luồng IP), một
mạng đánh giá xem nó có thể quản lý được lưu lượng không, thêm vào những gì đã
được chấp nhận trong mạng. Quá trình này phức tạp hơn so với chuyển mạch kênh, vì
một số yêu cầu dự phòng sẽ đến từ các dịch vụ có tốc độ bit thay đổi (VBR – Variable
bit-rate), làm cho tốc độ bit tức thời được đòi hỏi sẽ biến đổi ngẫu nhiên theo thời gian,

khi thực sự sẽ có thể thay đổi dung lượng, và khả năng biến đổi dung lượng cũng biến
thiên theo thời gian, thì việc quyết định luồng sẽ được chấp nhận không phải là một
vấn đề đáng kể.
Trong thực tế một hệ thống làm việc theo con đường sau: người sử dụng thông
báo các giá trị với một số thông số mô tả hoạt động lưu lượng của luồng được yêu cầu,
cũng như yêu cầu hiệu năng trễ và mất mát; mạng khi đó sử dụng các giá trị lưu lượng
và hiệu năng này để đưa tới một quyết định chấp nhận/từ chối, và hồi âm cho người sử
dụng. Nếu chấp nhận, mạng phải đảm bảo rằng chuỗi các gói tương ứng với các giá trị
lưu lượng được thông báo. Toàn bộ quá trình này thực hiện tại tình trạng tắc nghẽn
phòng ngừa trong mạng và đảm bảo rằng những yêu cầu hiệu năng được nhìn thấy cho
tất cả lưu lượng được mang.
Các giá trị lưu lượng và hiệu năng được đồng ý bởi người sử dụng và mạng tạo
thành một hợp đồng lưu lượng. Phương thức tạo quyết định chấp nhận/từ chối là khả
năng điều khiển chấp nhận, và điều này tập trung trong các bộ định tuyến IP trong
mạng. Cần thiết có một phương thức để đảm bảo tuân theo hợp đồng lưu lượng, nói
cách khác người sử dụng không nên vượt quá tốc độ đỉnh (hoặc có nghĩa, hoặc tốc độ)
đã được đồng ý cho luồng. Phương thức này được gọi là điều khiển thông số sử dụng
17
Luận văn tốt nghiệp Chương 2. Điều khiển lưu lượng và kỹ thuật hàng đợi
(UPC – Usage Parameter Control) [TK1.trang 167], và nó thực hiện đo, đánh dấu và
huỷ gói.
2.2. CÁC VẤN ĐỀ VỚI MẠNG IP
2.2.1. Trễ và mất mát
Trong các mạng gói, hoạt động cơ bản ảnh hưởng đến hiệu năng là hoạt động xếp hàng
của các gói truyền qua các bộ đệm trong các router trên đường truyền từ nguồn đến
đích qua mạng. Hoạt động xếp hàng này có nghĩa là các gói phải trải qua những biến
thiên độ trễ qua một bộ đệm và, nếu độ trễ đó quá lớn, thì sẽ bị mất.
Trường hợp đơn giản nhất, một bộ đệm có tốc độ phục vụ cố định, một dung
lượng cho việc lưu trữ tạm thời các gói đang chờ được phục vụ, và một quy tắc phục
vụ FIFO. Ngay cả trong trường hợp đơn giản này, hoạt động xếp hàng cũng tuỳ thuộc

vào kiểu và hỗn hợp lưu lượng đang được ghép qua bộ đệm.
2.2.2. Các yêu cầu đa dịch vụ: đòi hỏi những hiệu năng khác nhau
Một nguyên tắc FIFO không cho phép mạng đảm bảo những đòi hỏi hiệu năng khác
nhau – trong IP nỗ lực tốt nhất tất cả lưu lượng đều phải trải qua độ trễ và mất mát như
nhau. Giải pháp cho vấn đề này là quản lý bộ đệm, cả lối vào và lối ra – điều này bao
hàm các chính sách phân vùng và chia sẻ không gian bộ đệm cũng như dung lượng
phục vụ (ví dụ như xếp hàng theo luồng), các phương thức loại bỏ gói, và lập lịch hàng
đợi (như xếp hàng theo quyền ưu tiên và xếp hàng trọng số hợp lý).
• Chia sẻ và phân vùng bộ đệm: Với xếp hàng theo luồng và xếp hàng trọng số
hợp lý, mỗi bộ đệm ảo có thể được thiết lập mô hình như là có dung lượng phục
vụ và không gian bộ đệm của riêng nó – do đó bất kỳ phương thức phân tích cho
các hàng đợi FIFO nào cũng có thể được áp dụng, như thích hợp với bối cảnh
ghép, và các nguồn lưu lượng. Điển hình, điều này sẽ đưa ra một tốc độ phân rã
cho mỗi bộ đệm ảo, khi đó có thể được sử dụng, cùng với yêu cầu hiệu năng, để
đánh giá quá trình phân vùng không gian bộ đệm.
Việc phân vùng có một ưu điểm rõ ràng là duy trì những đảm bảo hiệu năng
khác nhau với các loại hình dịch vụ phong phú đang chia sẻ một cổng lối ra.
Tuy nhiên, cái giá của quá trình phân vùng là nó không tối ưu khi xem xét tình
trạng mất mát tổng tại một cổng đầu ra: sự mất mát của một gói từ bộ đệm ảo
đầy có thể không cần thiết nếu không gian bộ đệm được chia sẻ. Thực sự, không
gian bộ đệm có thể được chia sẻ qua nhiều cổng đầu ra.
• Các phương thức loại bỏ gói: Trong IP, RED cung cấp một phương thức loại bỏ
mang tính xác suất với mục đích là làm dịu bớt tình trạng tắc nghẽn, và ngăn
18
Luận văn tốt nghiệp Chương 2. Điều khiển lưu lượng và kỹ thuật hàng đợi
ngừa nó nếu có thể – xác định các vấn đề đồng bộ toàn thể kết hợp với các kết
nối TCP. RED còn sử dụng một phương thức ngưỡng làm việc kết hợp với kích
cỡ hàng đợi trung bình.
• Các phương thức lập lịch hàng đợi: Trong IP, các phương thức lập lịch hàng đợi
bao gồm việc phân vùng dung lượng phục vụ của bộ đệm đầu ra. Xếp hàng

trọng số hợp lý chỉ định từng phần bộ phục vụ cụ thể cho mỗi bộ đệm ảo – để
phân tích điều này, mỗi bộ đệm có thể được xem xét như một hàng đợi FIFO
độc lập với một dung lượng phục vụ cố định bằng với dung lượng được chỉ định
của nó. Do vậy bất kỳ phương pháp phân tích nào với các hàng đợi FIFO đều có
thể được áp dụng. Xếp hàng theo quyền ưu tiên, tức là ưu tiên thời gian, yêu cầu
phân tích cụ thể, bởi vì các phần dung lượng phục vụ giữa những mức ưu tiên
khác nhau là không cố định. Dung lượng phục vụ dành cho các mức ưu tiên thấp
sẽ phụ thuộc vào việc đã có bao nhiêu dung lượng phục vụ được sử dụng cho
các lưu lượng ưu tiên cao hơn.
2.2.3. Vấn đề nhiều loại hình lưu lượng
Để cung cấp những đảm bảo hiệu năng end-to-end, các hợp đồng lưu lượng phải được
thiết lập, dự phòng tài nguyên, và giám sát các luồng lưu lượng để đảm bảo theo đúng
hợp đồng. Tại trung tâm của những chức năng này là sự quyết định kết quả hiệu năng
từ những luồng lưu lượng qua các tài nguyên mạng, tức là những định dạng phân tích
xếp hàng khác nhau.
• Các phương thức điều khiển truy cập: Trong IP, một chức năng điều khiển truy
cập phải quyết định xem một luồng mới có được truy nhập hay không. Chức
năng này phải ghi chép những lời cam kết rằng mạng hiện đang hỗ trợ và các tài
nguyên hợp lệ với các luồng mới bất kỳ. Để làm được điều này, cần phải hiểu
kiến trúc và cấu hình của các bộ đệm (tức là các phương thức lập lịch loại bỏ và
phân vùng), và tạo ra một sự quyết định thích hợp có đảm bảo hiệu năng được
yêu cầu hay không. Điều này đòi hỏi phân tích xếp hàng.
• Các phương thức lập chính sách: Mỗi lần truy nhập, luồng các gói sẽ được giám
sát (để đảm bảo theo đúng hợp đồng lưu lượng) bằng chức năng lập chính sách,
thường là một gáo dấu hiệu, hoặc gáo rò [TK1.trang 172]. Trong IP, gáo dấu
hiệu được tích hợp một cách đặc trưng vào trong phương thức lập lịch hàng đợi.
Nó có thể được đánh giá bằng cách sử dụng những kiểu phân tích xếp hàng
phong phú, để biết cách thức cấu hình các gáo thích hợp.
• Quá trình xác định kích thước và cấu hình: Trên phương diện thời gian dài hơn,
việc dự phòng, xác định kích thước và cấu hình các tài nguyên mạng (những

19