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.
Sinh viên
Nguyễn Cao Cường
Nguyễn Cao Cường, D2002VT HVCNBCVT
v