Phân tích và tối ưu hoá hiệu năng một số mạng máy tính

Phân tích và tối u hoá hiệu năng một số mạng
Chơng I.
Các khái niệm mở đầu.
1.1.Lịch sử .
Trớc khi có sự ra đời của máy tính, chỉ có duy nhất một giao thức truyền
thông trong các mạng diện rộng tồn tại là telex. Thông lợng (Throughput) của
giao thức này đợc quyết định theo yêu cầu đòi hỏi để hỗ trợ tối đa mà tại đó một
ngời đánh máy có thể làm việc một cách bình thờng điển hình khoảng 7 ký
tự/giây.
Sự đa vào các phiên tơng tác giữa những ngời sử dụng cuối teletype và các
máy tính đã dẫn đến xuất hiện những ứng dụng asynchronous echoplex không
đồng bộ. Trong đó, việc hiệu chỉnh lỗi đợc cung cấp theo tín dội từ ký tự đã nhập
vào máy chủ, vì vậy nó có thể nhập lại nếu bị lỗi. Cơ chế đơn giản này làm việc
tốt đối với các thiết bị cuối chi phí thấp đợc nối trực tiếp đến máy chủ, nhng bị
giảm sút chất lợng do nhiều vấn đề hiệu năng khi đợc sử dụng qua mạng diện
rộng. Bởi vì đặc trng của nhiều giao thức khác nhau và các ứng dụng đã đợc phát
triển để sử dụng trong môi trờng mạng cục bộ, sau đó đợc dùng trong mạng diện
rộng do việc phát triển các mạng của nó.
Dữ liệu trực tuyến nhập vào các máy tính đã dẫn đến xuất hiện các giao
thức phức tạp hơn với thông lợng cao hơn và điều khiển luồng để hỗ trợ việc tiếp
nhận khối cũng nh có khả năng để chia sẻ (dùng chung) các tuyến truyền thông
giữa một vài thiết bị. Hầu hết các giao thức ban đầu là hớng ký tự , hoặc đồng bộ
và không đồng bộ ( một vài giao thức có cả 2), và đặc biệt đối với các nhà sản
xuất máy tính đơn. Đồng bộ ví dụ là IBM và các nhà cung cấp khác BSC với
DCMP của DEC hỗ trợ cả đồng bộ và không đồng bộ, trong khi các giao thức
không đồng bộ đợc ủng hộ bởi nhiều công ty ví dụ bản thân DEC, Burrousgh,
Honeywell và Sperry.
Các giao thức cơ sở ký tự khác có các sữa lỗi phức tạp hơn cộng với thủ tục
hỏi vòng làm cho chúng chia sẽ các tài nguyên tốn kém, ví dụ các cổng máy chủ
và các đờng dẫn chuyển mạch tuyến. Việc chia sẽ tài nguyên chắc chắn dẫn đến
một vài mất mát hiệu năng, vì vậy khả năng để cực tiểu hoá ảnh hởng đối nghịch

này là quan trọng, cả cho thiết kế mạng và giao thức mạng.
Sự phát triển kế tiếp trong các giao thức mạng diện rộng đã sử dụng gói
chuyển mạch các luồng bít đồng bộ, nh SDLC và X.25, để cho phép phân đoạn dữ
1


Phân tích và tối u hoá hiệu năng một số mạng

liệu để xác định một cách duy nhất thuộc vào mỗi một ngời sử dụng đặc trng, nhờ
đó nhiều ngời sử dụng chung một tuyến đơn không có việc giảm hiệu năng dẫn
đến các cơ chế hỏi vòng. Sự suy giảm vẫn xảy ra, nhng việc sử dụng hàng đợi thay
cho hỏi vòng cho phép tận dụng tuyến cao hơn cộng với hiệu quả kép đầy đủ.
Tất cả các giao thức ban đầu đều là kết nối định hớng vì chúng xuất hiện
đối với user nh một tuyến đơn đến đích. Trong phạm vi mạng cục bộ, ảnh hởng
của cáp dung lợng cao có chỉ số lỗi thấp cho phép phát triển các giao thức kết nối
đơn giản hơn nh Ethernet và Token Ring. Băng thông cao này có ý nghĩa cho đến
thời gian gần đây hiệu năng không còn là vấn đề trên các mạng cục bộ (LANs);
bất kỳ thiết bị có thể đợc bổ sung, tuỳ thuộc vào một vài nguyên tắc đơn giản và
hệ thống sẽ làm việc. Tuy nhiên, băng thông giá trị vẫn cho phép phát triển các
ứng dụng thân thiện ngời dùng một cách dễ dàng, nh hình ảnh và đối tợng liên
kết, tức là thu đợc thuận lợi một cách đầy đủ. Theo một kết quả, giới hạn hiệu
năng mạng bắt đầu trở thành quan trọng bản thân các LAN, và vấn đề tới hạn khi
các ứng dụng nh thế đợc sử dụng trên các mạng diện rộng (WAN), ở đó các chi
phí cao chắc chắn dẫn đến việc cực tiểu vừa đủ băng thông đợc cung cấp.
Tơng lai vấn đề hiệu năng sinh ra từ những yêu cầu cần thiết để hỗ trợ
multimedia trên mạng. Điều đó cho phép xuất hiện các công nghệ và các giao
thức có thể điều khiển (xử lý) các ứng dụng chỉ số bit biến và hằng một cách đồng
thời với chất lợng cao.
1.2.Các kiểu mạng.
Mạng dữ liệu truyền thông diện rộng ngày nay đã tồn tại. Cộng thêm các

khác biệt vật lý, các mạng đó có thể vẫn là công cộng, cá nhân hoặc lai một cách
tự nhiên với hiệu suất và các đặc điểm khác nhau.
Các mạng dữ liệu ban đầu hoàn toàn là những mạng quay số tơng tự hoặc
mạng thuê bao cá nhân. Các mạng nh vậy có đặc điểm là tỉ lệ lỗi cao và hiệu suất
thấp, vì vậy nhanh chóng bị loại bỏ ở những nớc tiên tiến hơn, mặc dầu sự phát
triển công nghệ hiện đại cung cấp tuổi đời kéo dài hơn đã đợc quan tâm đến một
vài năm trớc đây. Tuy nhiên, ở nhiều nớc đờng tơng tự vẫn đợc dùng với những
truyền thông chính trong nhiều năm tới, vì vậy việc tối u hoá chúng vẫn tiếp tục là
vấn đề quan trọng. Thậm chí trong nhiều quốc gia phát triển hơn mạng tơng tự vẫn
còn rất quan trọng đối với những ngời dùng độc lập.
Các dạng chủ yếu của công nghệ truyền thông đợc liên kết với các mạng tơng tự đó là các modem, các mạng chuyển mạch gói và các thống kê phức tạp
2


Phân tích và tối u hoá hiệu năng một số mạng

trong các mạng diện rộng, với liên kết cục bộ đợc cung cấp do các ngời quản lý
bó, bộ điều khiển truyền thông (bộ tiền xử lý) và các PADs. Công nghệ này thờng
đòi hỏi trình độ lập kế hoạch cao và sự cố gắng cấu hình, yêu cầu nâng cấp phức
tạp để đáp ứng các điều kiện thay đổi.
Các mạng số đã có một cấu thành sự mở rộng nhanh chóng của các mạng
diện rộng. Hầu hết các mạng ban đầu đều dựa trên cơ sở mạch mạ đồng, nhng
các tuyến hiện đại đều dựa trên cơ sở sợi quang học. Sử dụng các tuyến số cho
phép hạ thấp đáng kể tỉ lệ lỗi và dung lợng cao hơn. Dữ liệu truyền thông trong
liên kết tơng tự theo trình bày điển hình có tỉ lệ lỗi là 1/10 5, ngợc lại các mạng số
giá trị biến đổi từ 1/106 đối với mạch kim loại xuống 1/1011 đối với các mạng sử
dụng cáp sợi quang. Các chỉ số dữ liệu cho mạch số biến đổi từ vài Kilôbit/giây
đến nhiều Gigabit/giây, vì vậy cho phép một thông lợng cực kỳ rộng lớn. Mạng
quay số vẫn tăng lên về thông lợng, với các modem kết nối đợc thay thế bởi cơ sở
ISDN và các dịch vụ chỉ số chính nh các chuyển mạch dữ liệu 56/64. Phí tổn thấp

tơng đối của băng thông qua sợi quang học sẽ làm nó trở thành hiện thực để chạy
các ứng dụng trên các mạng không cấm chi phí đắt, nh chậm, dựa trên các mạch tơng tự cũ. Một đặc trng quan trọng khác của các mạng số là khả năng tích hợp dữ
liệu âm thanh.
Sự xuất hiện các mạch số trong các mạng WAN đã dần dần thay thế các
PADs cục bộ và các điều khiển bó với các LANs cơ sở dựa trên cấu trúc các hệ
thống dây cáp dễ dàng hơn nhiều trong việc bảo quản. Cho đến tận khi xuất hiện
các multimedia băng thông rất cao và các ứng dụng clients server, hiệu năng
rất ít khi là các vấn đề trên các LANs và bản thân chúng, ở đó các server chỉ hớng
đến các thắt cổ chai. Băng thông chi phí thấp trên các LAN đợc chú ý phát triển
các giao thức truyền thanh (truyền thống) không kết nối thay vì các giao thức
WAN định hớng kết nối. Khi đợc sử dụng thông qua kết nối LAN là cực tiểu hoá
các kết nối nh vậy. Bài toán phức tạp hơn nữa đối với các hệ điều hành mạng LAN
ban đầu, nh Netware, không có các đặc trng cửa sổ để đảm bảo một thông lợng
tốt. Điều này thuyết phục những ngời đầu tiên sử dụng Netware để đồng ý những
vấn đề chính trên mạng WAN, đặc biệt khi X.25 đợc sử dụng.
Các mạng số hỗ trợ phạm vi rộng hơn các mạng tơng tự. Các chuyển mạch
gói, các điều khiển bó, vẫn tiếp tục đợc sử dụng, nhng sự thêm vào chính là những
mã xung phức tạp hơn đối với âm thanh, các thiết bị tiếp hợp cho các truy cập
ISDN. Các hub cộng, các tuyến và các đầu nối với các mạng LAN. Phần lớn các
3


Phân tích và tối u hoá hiệu năng một số mạng

mạng số hiện nay dựa trên hệ thống cấp bậc số plesiochronous với các chuẩn
thay đổi từ quốc gia này đến quốc gia khác trong đó các mạng băng thông cao
phải suy giảm thành các phần 2Mbps hoặc 1.544 Mbps mỗi lần, tức là bất kỳ thao
tác chèn và giảm phải đợc thực hiện do tỉ lệ bit thay đổi gắn liền theo lợc đồ
(scheme) plesiochronous. Các mạng đó bắt đầu đợc thay thế hoặc đã phủ ít nhất
vì các mạng cấp bậc số đồng bộ (SDH) đã đợc tiêu chuẩn hoá quốc tế với cải thiện

tính dễ điều khiển và không cần việc đổi tần số này.
Công nghệ số mở rộng nhanh chóng đến khái niệm LAN mở rộng trên
phạm vi lớn hơn từ IEEE 802.6 MAN (mạng đồ thị ) và theo hớng sử dụng rộng
rãi.
1.3. Các kiến trúc mạng.
Các nhà sản xuất máy tính chính đã nhận thấy rằng sử dụng kiến trúc các
tầng cho phép nhà lập trình tách từ các hệ điều hành mạng chi tiết do đó đơn giản
hoá cả sự phát triển của mạng lẫn các ứng dụng. Các kiến trúc chính là SNA của
IBM và DNA của DEC, mỗi chúng đi qua một số công đoạn thực hiện và cuối
cùng là mô hình OSI (kết nối các hệ thống mở ).Trong luận văn này bao gồm cả
ba kiến trúc đó, nhng về tổng quát, chồng giao thức OSI đợc sử dụng nh mô hình
mẫu.
Các vấn đề hiệu năng đợc chia nhỏ theo các tầng của chồng giao thức OSI
các tầng đó đợc trình bày trong bảng 1.1.
Bảng 1.1.Chồng giao thức OSI:
Tầng
Tên
7
ỉng dụng (Application)
6
Trình diễn (Presentation)
5
Phiên (Session)
4
Giao vận (Transport)
3
Liên kết (Data link)
2
Mạng (Network)
1

Vật lý (Physical)
Khi một ứng dụng truyền dữ liệu, phần sau đợc chuyển xuống dới chồng
giao thức nhận đợc đỉnh mới tại mỗi giai đoạn trừ lúc cuối cùng . Hiệu suất mạng
bị ảnh hởng nặng theo cả hai mặt của các đỉnh đó, và do giao thức liên kết với mỗi

4


Phân tích và tối u hoá hiệu năng một số mạng

lớp. Sự ứng dụng và mô tả các tầng không trực tiếp phân tán đến bất kỳ các độ trễ
giao thức nào.
Tầng hội (tầng 5) có thể góp phần trì hoãn mạng thông qua việc sử dụng
các điểm đồng bộ hoá. Có hai kiểu: Chính và phụ, về kiểu thứ nhất bắt buộc phải
đợc thừa nhận trớc khi bất kỳ dữ liệu nào đợc gửi đi. Điều này có thể dẫn tới một
sự thu nhỏ theo thông lợng.
Các tầng vận chuyển chứa đựng các điều khiển luồng trong một vài tầng
của nó, đáng kể nhất là tầng 4, mục đích để ngăn chặn sự tắc nghẽn của các thiết
bị cuối, nh các máy in. Các cửa sổ và các tín hiệu báo nhận có thể là hạn chế chủ
yếu dựa trên thông lợng trong một vài mạng, mặc dù không có sự tắc nghẽn thiết
bị cuối nào.
Các tầng mạng là nguồn gốc chính của độ trễ mạng vì cơ chế điều khiển
luồng cửa sổ cơ sở end to end của nó mục đích để ngăn sự tắc nghẽn mạng.
Các nguyên lý điều khiển luồng tơng tự vẫn đợc áp dụng cho tầng liên kết
dữ liệu, nhng chúng ít quan trọng hơn nh các độ trễ của nguồn.
Cuối cùng, ở mức vật lý các độ trễ tồn tại là hiển nhiên vì chỉ số truyền có
hạn của các tín hiệu cơ bản, cùng với thời gian giới hạn đợc yêu cầu để đặt các bit
thông tin tạo thành thông điệp dựa trên phơng tiện truyền tin. Thêm vào đó đối với
các độ trễ nguyên do phơng tiện truyền tin, tầng này vẫn bao gồm các độ trễ xử lý
do các thiết bị nh các modem và các bộ dồn kênh.

Các chồng giao thức khác, nh SNA, bao gồm các chức năng tơng tự, nhng
phân bố theo một cách khác giữa các tầng. Chồng giao thức cho SNA đợc trình
bày trong bảng 1.2.

Bảng 1.2.Chồng giao thức SNA:
Tầng

Tên

5


Phân tích và tối u hoá hiệu năng một số mạng

7
6
5
4
3
2
1

Giao tác ( Transaction)
Quản trị chức năng ( Function Managerment)
Điều khiển luồng dữ liệu ( Data flow control)
Điều khiển truyền ( Transmission control )
Kiểm soát đờng dẫn ( Path control )
Điều khiển liên kết dữ liệu (Data link control)
Điều khiển vật lý (Physical control )

Các tầng 1 đến 6 thực hiện vai trò tơng tự nh các tầng của OSI, nhng tơng
ứng với các tầng 3, 4, 5 và đợc trộn lẫn, trong khi sự ứng dụng 7 tầng của OSI là ít
nhiều phát triển hơn SNA.
1.4. Các độ đo hiệu năng .
Nh đã đề cập trong phần mở đầu, có nhiều độ đo khác nhau với các hiệu
năng mà thích hợp với một mạng.
1.4.1. Các tham số độ trễ cơ bản.
Phần lớn các đặc trng của điều chỉnh giao thức đòi hỏi các công cụ tinh vi,
nh việc giám sát và các công cụ hiện đại, nhng có một số cơ sở, về cơ bản có thể
suy đoán nhờ xác định nhiều độ trễ và các đoạn thắt cổ chai. Đó là độ trễ truyền
tin của tín hiệu điện tử do tốc độ có hạn của ánh sáng, tỉ lệ bit của đờng truyền và
độ trễ chuyển mạch trong một chuyển mạch gói hoặc router. Chúng đợc trình bày
những nét chính dới đây.
1.4.1.1. Độ trễ truyền tin .
Tốc độ tối đa của ánh sáng khoảng 300.000km/s, vì vậy trên những liên kết
ngắn độ trễ là không quan trọng nhng đối với liên lục địa hoặc các liên kết vệ tinh
chúng trở nên quan trọng đáng kể. Hầu hết các vệ tinh đang sử dụng cho truyền
thông ở trong quỹ đạo địa tĩnh tại độ cao khoảng 36.000km và điều này dẫn đến
độ trễ khoảng 270 miligiây cho một phần tử vệ tinh. Trong trờng hợp kết nối cáp
trên trái đất tốc độ truyền tin là nhỏ hơn chút ít trong không gian, vì vậy độ trễ
là khoảng 1 miligiây cho khoảng cách 200.000km. Điều này đợc minh hoạ trong
đồ thị 1.1.

6


Phân tích và tối u hoá hiệu năng một số mạng

Delay (ms)

Hình 1.1. Độ trễ truyền tin.
1.4.1.2. Độ trễ do tốc độ bit .
Độ trễ do tốc độ bit chiếm một số lợng có hạn thời gian để đặt một số liệu
con số lên trên một đờng truyền phụ thuộc vào tập dữ liệu và tốc độ của đờng. Đồ
thị 1.2 trình bày sự phân loại độ trễ có thể đợc mong đợi cho một vài kiểu dữ liệu
chính qua phạm vi đặc trng của tốc độ WAN.
140
120
100
80
60
40
20
0
64

128

256

386

512

Tốc độ tuyến (kbps)
128 byte

1024 1544

1024 byte

Hình 1.2. Độ trễ đờng truyền .

7


Phân tích và tối u hoá hiệu năng một số mạng

1.4.1.3. Độ trễ chuyển mạch gói .
Thời gian để chuyển mạch dựa trên tốc độ xử lý và kiến trúc chuyển mạch
bên trong theo một mức độ biến động nào đó, nhng lớn hơn một chút tốc độ xử lý
tơng hỗ gói.
Các chơng cuối mô tả các đặc tính phức tạp hơn của độ trễ và tầm quan trọng
đáng kể của chúng đối với việc điều chỉnh hiệu năng trong phạm vi các giao thức.
1.4.2. Thời gian thiết lập liên kết .
Trớc khi bất kỳ dữ liệu có thể đợc truyền theo bất kỳ dịch vụ mạng định hớng kết nối nào, trớc hết nó cần đợc thiết lập gọi hoặc phiên. Mặt khác, với một
dịch vụ mạng kết nối ít (CLNS) không đợc yêu cầu. Ví dụ với IP (ex-TCP) và ISO
8273 là các ví dụ về các giao thức CLNS. CLNS đợc sử dụng dựa trên trung gian
đáng tin cậy nh các mạng LANs.
Đối với một vài ứng dụng, nh các kiểm tra thẻ tín dụng, thời gian thiết lập
liên kết là một thớc đo quan trọng nhất. Thời gian thiết lập bao gồm cả hai lớp vật
lý, nh sự gọi Modem trên STN, và sự đóng góp tầng 2 đến tầng 6 trong ngăn xếp
giao thức OSI. ở đó đã bao gồm các Modem, chúng là các thành phần đơn lớn
nhất..., mặc dù đối với SNA dựa trên một vài thiết bị, nh low-end AS/400, các mức
cao hơn sự thiết lập phiên vẫn thấp.
1.4.3. Thời gian phản hồi .
Hầu hết các độ đo cơ sở đối với các chuyển giao dữ liệu là thời gian phản
hồi mạng. Điều này dễ dàng cho ngời sử dụng để nhận một trả lời đến một th tín.
Trớc hết cần phân biệt đợc giữa thời gian truyền mạng một chiều và thời gian trả
lời trọn một vòng (hai chiều). Độ trễ trọn vòng thông thờng quan trọng hơn đối

với các ứng dụng tơng tác lẫn nhau, khi đó vấn đề trớc có thể liên quan đến các hệ
điều hành lô. Bốn phơng thức xúc tiến trong tơng lai mà vùng thông báo đợc sử
dụng đó là: FILO (First-In Last-Out), FIFO (First-In First-Out), LILO (Last-In
Last-Out), LIFO (Last-In First-Out) có thể khác nhau nhiều về phơng diện mà
mỗi phơng thức đợc sử dụng.
FILO là yếm thế nhất trong các định nghĩa đó, và có thể thích hợp đối với
các ứng dụng cơ sở màn hình nơi dữ liệu đợc truyền cho đến khi màn hình đầy đủ
và không đáp lại dữ liệu đợc hiển thị đã nhận đợc ở trạm cuối. Theo một phơng
pháp chuyển tác nó áp dụng trong trờng hợp server không bắt đầu tiến trình thông
tin cho đến khi hoàn thành giao dịch đã đợc nhận.

8


Phân tích và tối u hoá hiệu năng một số mạng

FIFO tơng tự FILO, ngoại trừ trạm cuối bắt đầu hiển thị dữ liệu trả lại ngay
khi chúng vừa đến. Các đoạn rút gọn (roundtrip) có thể đôi khi bao gồm giai đoạn
FILO vào máy chủ, kéo theo bởi một FIFO trả lại.
LILO ứng dụng đối với trạng thái nơi dữ liệu đợc truyền vì nó đợc phát ra,
nhng chỉ đợc hiển thị hoặc đợc xử lý một lần giao dịch hoàn thành đã nhận đợc.
LIFO là version tối u nhất của thời gian phản hồi, vì vậy nó có khả năng bị
định giá bởi các nhà cung cấp mạng trừ khi có các lý do rõ rệt để không làm nh
vậy. Nó cung cấp các trạng thái nơi dữ liệu giao tác vừa đợc truyền và đợc xử lý
nh nó đợc sinh ra. Ví dụ chung của một tiến trình LIFO là một trong chúng một
ngời sử dụng cuối và một máy tính chủ sử dụng giao thức không đồng bộ để
truyền thông qua mạng chuyển mạch gói từ các PADs. Ngời sử dụng đánh máy
các ký tự vào giai đoạn cuối, gửi chúng đến một PAD chúng lần lợt tiến về phía trớc chúng nh một gói chỉ dựa trên việc thu nhận của một gói ký tự trớc, ví dụ nh sự
chuyên chở khứ hồi; gói này sau đó đi đến PAD máy chủ chúng tháo rời nó và gửi
dữ liệu không đồng bộ vào trong máy chủ.

Sự khác nhau giữa các độ đo đợc minh họa trong hình 1.3 đối với thời gian
truyền thông mạng của ví dụ PAD.
9.6 kbps

64 kbps

19.2 kbps
Host

Hình 1.3. Thời gian vợt mạng qua PAD.
Giả sử 128 bytes dữ liệu đợc truyền từ thiết bị cuối đến máy chủ, và giả
định liên kết PAD PAD trung tâm cộng thêm 9 bytes tổng phí. Hơn nữa, giả
thiết rằng mạng đợc tải một cách (lightly) nhẹ nhàng vì vậy không thể đo đợc độ
trễ hàng đợi do đó độ trễ truyền tin là không đáng kể. Thời gian truyền khi đó bao
gồm phần gánh chung cho tất cả bốn định nghĩa, 17 ms cho kết nối PAD PAD
trung tâm và hứa hẹn 5 ms cho mỗi PAD, cộng thêm phần biến đổi. Phần biến đổi
dựa trên mỗi một ký tự đơn hoặc 128 ký tự, theo phơng thức, đợc truyền trên PAD
tới các kết nối máy chủ/cuối. Giả thiết hai bit dùng trên mỗi ký tự điều này sẽ dẫn
đến thời gian truyền đợc trình bày trong bảng 1.3.

9


Phân tích và tối u hoá hiệu năng một số mạng

Bảng 1.3. Các quy tắc hàng đợi:
Phơng thức
FILO
FIFO
LILO

LIFO

Thời gian truyền (ms)
227
165
105
43

Nếu một vòng trọn vẹn đợc duy trì cho một trả lời để xuất hiện dựa trên
nguồn máy cuối, khi đó các con số đó sẽ gấp đôi đối với trờng hợp 128 byte khác
trả về thông báo.
Một vấn đề quan trọng để xem xét giữa thời gian trả về trung bình và một
vài trờng hợp chấp nhận đợc tồi nhất riêng biệt (đặc trng). Đó là các giá trị tơng
ứng trong khoảng 9/10, 19/20, hoặc 99/100 các thời gian trả lời giao dịch. Một
khuynh hớng cho trờng hợp tồi nhất ngoài 20 lần giao dịch đã đợc đề cập và đợc
nêu ra nh đặc trng của mạng, trong khi 100 giao dịch tồi nhất sẽ thờng xuyên đợc
quan tâm đến do tính hay thay đổi.
1.4.4. Độ dao động.
Có một vài trờng hợp nơi nó không là thời gian đáp ứng lại bản thân nó mà
là yếu tố quan trọng trong xác định chất lợng nhng phần nào là tính hay thay đổi
của nó. Đó là độ dao động. Phạm vi đó là sự quan trọng nhất trong các ứng dụng
Multimedia. Độ trễ biến thiên có thể có ảnh hởng đến âm thanh vì nếu loa bị lắp.
Một vài số liệu nêu ra để thừa nhận tầm quan trọng của độ dao động trong bảng
1.4.
1.4.5. Độ lệch.
Đặc tính quan trọng khác của thời gian phản hồi là một vài thời điểm quan
trọng trong các ứng dụng Multimedia là sự khác nhau theo độ trễ trong các phần
khác nhau của ứng dụng. Ví dụ chính về điều này là khác nhau giữa âm thanh và
hình ảnh trong các ứng dụng video, nơi các phần 2 của thông điệp có thể nhận đợc
sự quan tâm ngoài việc đồng bộ hoá với mỗi đặc tính khác do độ lệch. Sự phân

biệt đôi khi kém giữa độ lệch mịn, chúng xem xét đến khía cạnh ngời sử dụng nào
chịu ảnh hởng đặc biệt, và độ lệch thô cho khía cạnh chịu ảnh hởng ít hơn. Sự

10


Phân tích và tối u hoá hiệu năng một số mạng

đồng bộ mới là ví dụ đặc trng cho độ lệch mịn, trong khi hiệu lực nền tảng tổng
quát âm thanh đợc ảnh hởng bởi tiêu chuẩn độ lệch thô.
1.4.6. Các yêu cầu lu lợng đặc trng:
Bảng 1.4 đa ra một số thông lợng đặc trng, với các giá trị bit trên giây. Hầu
hết các ứng dụng sẽ không đạt đợc giá trị đợc đặt trong các thành phần phần cứng,
vì vậy chúng đợc đa ra chỉ để tỏ rõ tiềm năng và sự mở rộng chúng để mạng có
thể hoạt động do sự thắt cổ chai.
Xem bảng 1.4. Mô tả một số yêu cầu hiệu năng.
Đối với các ứng dụng Multimedia, giới hạn độ lệch thô là khoảng 150
miligiây, trong khi độ lệch mịn ít nhất phải nhỏ hơn 20 miligiây để nâng cao audio
trên ảnh hoặc nhỏ hơn 120 miligiây cho nâng cao ảnh. Lý do cho sự khác biệt về
giá trị độ lệch này đơn giản là mọi ngời đã quen với hình ảnh chuyển động trong
cuộc sống hàng ngày. Vận tốc chậm của âm thanh, khoảng 300m/s, nghĩa là bất
kỳ một cảnh nào 10 m từ ngời quan sát sẽ có một độ lệch khoảng 33 miligiây vì
độ trễ trong việc nghe thấy âm thanh.

11


Phân tích và tối u hoá hiệu năng một số mạng

Bảng 1.4. Các yêu cầu hiệu năng.

Kiểu thông tin
Điện báo tơng tác (async)

Thông lợng
50 bps

Thời gian
phản hồi
< 150

Độ
lệch

Điện báo tơng tác (X.25)

500 bps

< 150

Điện báo tơng tác (TCP/IP)

2000 bps

< 150

Điện báo tơng tác (LAT Local area transport)

200 bps

< 150

Dạng Filling

10 kbps

1000

Trang in (30 trang/phút)

120 kbps

Băng sao lu PC

1 Mbps

Đĩa sao lu PC

3 Mbps

ảnh mầu trang A4 ( không nén)

15 Mbps

1000

ảnh mầu trang A4 (JPEG 200dpi)

3 Mbps

1000

ảnh Sec 2 mặt (không nén)

2.5 Mbps

1000

ảnh Sec 2 mặt (nén JPEG)

80 kbps

1000

Âm thanh dạng số (2 bit REPL)

2400 bps

Âm thanh số (8 bit CELP)

7200 bps

Âm thanh chất lợng radio FM số

132 kbps

Âm thanh CD stereo số

384 kbps

Video DVI (15 khung hình/giây, 128 x 120 pelss, 188 kbps
8 bit mầu)
Video H261 (15 khung hình/giây,256 x 240 pels) 64 kbps
Video H261 (30 hình/giây, 256 x 240 pels)

2000 kbps

Server video chất lợng VCR VHS

1100 kbps

Server video chất lợng phát rộng (MPEG)

4000 kbps

HDTV (nén, 30 hình/giây, 24 bit mầu)

100 Mbps

1.4.7. Độ tin cậy.
12


Phân tích và tối u hoá hiệu năng một số mạng

Một độ đo quan trọng khác của hiệu năng mạng là độ tin cậy, bản thân nó
có thể đợc phân chia ra một vài thành phần độc lập.
Ta có thể nâng cao độ tin cậy của mạng bằng cách phân tán các thiết bị điều
khiển và giảm thiểu số lợng các thiết bị mạng đang hoạt động, tạo ra độ d thừa về
đờng truyền và nút mạng.

Hiệu năng mạng là tỉ lệ phần trăm thời gian mạng có thể sử dụng đợc đối
với ngời dùng, thực hiện tính toán các lỗi phần cứng và phần mềm, nhng không
nghẽn. Nó đợc định nghĩa trong ITU-TX.137 theo công thức:
Hiệu năng thực hiện= MTBSO/(MTBSO+MTTSR)
trong đó, MTBSO nghĩa là thời gian giữa các lần dịch vụ ngừng chạy.
và MTTSR nghĩa là thời gian để khôi phục lại dịch vụ.
Phạm vi giá trị đặc trng từ 99% đến 99,99%. Tính chất hay thay đổi của các ứng
dụng khác nhau dẫn đến sự bộc phát các lỗi có nghĩa là hiệu suất các mạch không
là một số cố định duy nhất; trong một vài trờng hợp nó là tỉ lệ các lỗi tự nhiên
error-free cộng thêm các vấn đề, trong khi đối với các trờng hợp khác chỉ sự
ngừng chạy hoàn toàn là đáng kể.
Phần cứng mạng luôn tin cậy hơn tuyến đờng, với hiệu năng vợt quá
99,95% trong phần lớn các trờng hợp, nhng dựa trên thời gian gọi bên ngoài trong
hợp đồng bảo trì.
Hiệu năng mạng khoảng từ 99,9 đến 99,95% đợc cung cấp rẽ tiền nhất,
thông thờng qua việc sử dụng quay số lại (dial backup); từ PSTN cho các mạch tơng tự hoặc ISDN cho các mạch số. Các giá trị cao hơn đòi hỏi các mạch phức
tạp.
Thực tế là một mạng có thể có hiệu lực một cách đầy đủ tại vài thời điểm
không đảm bảo rằng ngời sử dụng sẽ có thể thu đợc một mạch, kể từ khi loại bỏ
các hệ thống không khối, ở nơi có thể không có dung lợng thừa tại một thời điểm.
Các tiêu chuẩn hiệu năng kết nối khác nhau đợc định rõ cho các mạng công cộng
và các mạng chuyển mạch gói theo khuyến nghị ITU-TX.130 và X.136. Các hiệu
năng mạch điển hình trong phạm vi 99,9%.
1.4.8. Thời gian định tuyến lại.
Hầu hết các mạng có khả năng định tuyến lại xung quanh các thành phần bị
hỏng, nhng thời gian để thực hiện công việc này thờng biến đổi rộng rãi theo
mạng và giao thức mạng, vì vậy sinh ra chất lợng khác nhau lớn về dịch vụ đến
ngời dùng. Thời gian thực hiện có thể biến đổi từ một vài miligiây lên đến vài
13

Phân tích và tối u hoá hiệu năng một số mạng

phút. Hiệu năng tối u trên một mạng dựa trên các bộ định thời gian thích nghi ở
nơi có thể thực hiện tính toán yếu tố này. Các thuật toán định tuyến vét cạn bảng
không thông minh thờng nhanh hơn nhiều các hệ thống thông minh phức tạp,
trong khi trong phạm vi liên mạng LAN, OSPF nhanh hơn nhiều so với RIP.
Thời gian định tuyến dài có thể không chấp nhận trong một vài ứng dụng,
nh điều khiển lu lợng bay khi qua một máy bay từ một ngời điều khiển đến ngời
khác, nhng trong nhiều dịch vụ dữ liệu có thể đợc bù bằng các bộ định thời gian
thích hợp, vì vậy các yêu cầu cần đợc định rõ.
1.5. Các liên kết tơng tự.
1.5.1.Mở đầu.
Các mạng dữ liệu truyền thông ban đầu bao gồm các mạng liên kết tơng tự,
và hầu hết các vùng trên thế giới vẫn thiết lập thành hầu hết các truy cập trung
gian. Truyền thông dữ liệu bản chất là số, sau đó là giải điều biên các hiệu lệnh;
điều này đợc thực hiện bởi một cặp Modem.
Các đờng tơng tự bản thân chúng ban đầu mục đích chính là để cho
telephone và có đặc trng tối u cho truyền thông âm thanh. ở đó các đờng tơng tự
đợc mục đích cho dữ liệu một cách đặc biệt, chúng đợc sửa đổi theo các điều kiện
để giảm các vấn đề nh sự phân tán và tiếng vang.
Chất lợng đờng tơng tự thờng đợc xác định theo tiêu chuẩn toàn bộ nào đó,
các sự giới thiệu CCITT/ITU-TM, đợc a chuộng hơn theo những tổ hợp độc quyền
đặc trng chất lợng, ví dụ nh chi tiết hoá các mức nhiễu. Các loại đờng đợc giới
thiệu theo danh sách trong bảng 1.4.
Đặc trng khác nhau của các đờng tơng tự dẫn đến các lớp Modem khác
nhau. Các kiểu Modem sản xuất sau đợc xác định rõ bởi tốc độ bit mà chúng hỗ
trợ, dù chúng hỗ trợ đồng bộ hay không đồng bộ, truyền đầy đủ (một chiều) hay
hai chiều và hoạt động đơn điểm hay đa điểm.
Modem thờng đợc mô tả theo chuẩn ITU-T hoặc các Modem Mỹ trớc đây,

theo các chuẩn Bell.
Một vài hãng cung cấp các Modem với các chuẩn đợc liệt kê trong bảng 1.6
có thể mang các dữ liệu không đồng bộ tốt nh các dữ liệu đồng bộ, mặc dù thậm
chí gần đây chỉ đợc khuyến cáo theo ITU. Điều này thông thờng đã thực hiện theo
sự phát triển các phần mềm để xác định dữ liệu đồng bộ hay không đồng bộ trớc
khi truyền đi theo sự thoả thuận với sự khuyến cáo ITU-T, V.14.

14


Phân tích và tối u hoá hiệu năng một số mạng

Bảng 1.5. Chất lợng tuyến tơng tự.
Khuyến nghị

Đặc tính

M.1020

Dùng cho các mạch dữ liệu chất lợng cao.
Không có bộ cân bằng cho Modem.

M.1025

Dùng cho các mạch dữ liệu chất lợng cao.
Các Modem bắt buộc phải có bộ cân bằng.

M.1040

Mạch âm thanh cơ bản.

Bảng 1.6. Các chuẩn Modem.
Chuẩn
Tốc độ bit

V.21

Kiểu đ- Song công/bán
Đồng bộ hoặc
ờ song công đầy đủ không đồng bộ
n
g
Full
Cả hai

V.22

300

Full

Cả hai

V.22 bis

1200

Full

Cả hai

V.23

2400

1/2

Cả hai

V.26

1200,75/1200

Full

Đồng bộ

V.26 bis

2400

1/2

Đồng bộ

V.27

2400

Cả hai

Cả hai

V.27 bis

4800

Cả hai

Đồng bộ

V.27 ter

4800

1/2

V.29

9600

Cả hai

V.32

9600

Full

V.32 bis

14400

Full

V.33

14400

Full

V.34

28800

Full

1.5.2. Các độ trễ Modem.

15


Phân tích và tối u hoá hiệu năng một số mạng

Sự bổ sung một vài chuẩn, vì vậy cho tốc độ đờng cao hơn một cách rõ rệt,
bao gồm sự xem xét các tiến trình dẫn đến các độ trễ tín hiệu. Đó là các độ trễ đợc
xác định một cách toàn bộ theo các khuyến cáo ITU-T, và đợc liên kết với sự hiệu
chỉnh các vấn đề chất lợng đặc biệt.
1.5.2.1. Thời gian quay vòng RTS/CTS.
Nơi các giao thức hỏi vòng đợc sử dụng ở nơi đó thời gian quay vòng trớc

khi modem có thể chuyển từ nhận sang gửi dữ liệu. Điều đó đợc liên kết với mạch
CCIT 105 và 106, đã đợc biết ở Châu Âu nh RTS và CTS. Độ trễ đợc xác định một
cách rộng rãi theo các chuẩn modem cho việc tính toán độ trễ truyền tin đợc mô tả
ở trên. Trong nhiều trờng hợp khác nhau các giao thức polled đợc sử dụng khắp
các mạch đa điểm, và các nhà sản xuất thờng cung cấp lựa chọn các độ trễ
RTS/CTS để thực hiện tính toán các vai trò khác nhau, tức là chính hay phụ, mà
các modem vận hành trong mạch.
Các giao thức một chiều trên các mạch hai dây bị xét đến độ trễ vì thời gian
quay vòng, nhng nếu các mạch 4 dây có thể tránh điều này bằng việc sử dụng
phần tử mang bất biến (costant carier).
1.5.2.2. Gọi thiết lập độ trễ.
Trong vài ứng dụng, nh việc kiểm tra thẻ tín dụng, các cuộc gọi là vô cùng
ngắn và quá không thờng xuyên để chứng minh sự thuê đờng, vì vậy cài đặt độ trễ
cuộc gọi là quan trọng hơn độ trễ truyền dữ liệu. Đây là sự cài đặt bao gồm thời
gian quay số cộng với thời gian đào tạo.
Tỉ lệ lớn nhất trong thời gian quay số là chọn giữa quay số pulse và tone.
Quay số pulse chiếm một khoảng thời gian 10 giây, trong khi DTMF chỉ cần 2-3
giây. Điều này đợc xác định rõ theo các đặc trng của mạng điện thoại đợc sử
dụng. Việc trao đổi trớc đây chỉ hỗ trợ quay số pulse.
1.5.3. Nén dữ liệu.
Các cải thiện đáng kể có thể thực hiện đợc cho với thông lợng, đặc biệt đối
với các giao thức không đồng bộ, bằng cách sử dụng nén dữ liệu. Các chuẩn chính
đợc sử dụng là series chuẩn độc quyền MNP (Microcom Network Protocol) và
khuyến nghị CCITT V.42 bis.
Đối với các chuỗi tơng tác ngắn, có một sự lựa chọn nhỏ giữa MNP5,
MNP7 và V.42 bis. Chuẩn V.42 bis vẫn chứa đựng các tuỳ chọn cho MNP4. Nhiều
modem không đồng bộ cho phép tốc độ cổng DTE đặt gấp 4 lần tốc độ liên kết,
tức là 57.6 Kbps đối với V.32 bis và nâng lên đến 115.2 Kbps đối với V.34 bis.
16

Phân tích và tối u hoá hiệu năng một số mạng

Một vài modem có mức độ nén cao hơn bằng cách sử dụng kích thớc th
mục lớn trong thuật toán Lempel-Ziv. Đây là điều kiện thuận lợi cho việc truyền
file, nhng có một giảm sút nhỏ về khía cạnh tăng độ trễ xử lý.
1.5.4. Hiệu chỉnh lỗi.
Số liệu ngời sử dụng đúng thông lợng vẫn làm ảnh hởng đến sự xảy ra lỗi
trong quá trình truyền, và do những chậm trễ mắc vào việc hiệu chỉnh chúng. Việc
hiệu chỉnh lỗi không thờng xuyên cần thiết nếu chất lợng không là vấn đề, và tỉ lệ
lỗi không hiệu chỉnh của 1/100000 sẽ thích hợp cho việc truyền nhiều file text. Tỉ
lệ lỗi thấp hơn này chỉ có thể thu đợc bằng sự sử dụng việc hiệu chỉnh lỗi một
cách thông thờng. Có hai phơng thức chính, hiệu chỉnh lỗi trớc và sau, vì chúng trớc kia đợc kết hợp chặt chẽ với các chuẩn modem cũ muộn hơn nh V.32 và V.33,
trong khi cuối cùng thừa hởng phần lớn các giao thức đồng bộ, và vẫn đợc sử dụng
cho các chuẩn V.42 và MNP cho các dữ liệu không đồng bộ.
Sự hiệu chỉnh lỗi trớc đạt đợc bằng cách sử dụng các thuật toán mã lới mắt
cáo (trellis-coding) do việc thêm vào một bit cho mỗi 4 bit, hoặc phụ thêm hai đối
với V.34. Mẫu bit hiện hành đợc tạo lập dựa trên mẫu bit trớc đó và số các mẫu là
không đúng tại mọi thời điểm. Điều này có khả năng sự nhận modem tại cùng một
lúc để đoán những trạng thái tiếp theo và hiệu chỉnh các lỗi không quan trọng
bằng việc thay thế mẫu lỗi bằng mẫu lỗi gần nhất. Khả năng này có thể giảm tỉ lệ
lỗi xuống 100 hoặc thậm chí 1000 đối với 1 trong 10000 với các modem V.29 sẽ
không thờng xuyên đào tạo tại mọi điểm cho các modem V.33 khi dữ liệu đợc
truyền. Nếu tỉ lệ lỗi V.29 là 1 trong 1000000, tuy nhiên sau đó nó sẽ nhỏ hơn 100
lần với các modem V.33. Đối với các giao thức liên kết đồng bộ, điều này làm
giảm tỉ lệ lỗi cho phép thông lợng cỡ khung lớn hơn và cao hơn, với sự thêm vào
sự hiệu chỉnh lỗi do bản chất giao thức truyền lại.
V.34 có thể chịu đợc khoảng 6DB độ nhiễu ồn hơn V.32 bis và có thể hoạt
động trên phần lớn các mạch M.1040 không nh các chuẩn tốc độ cao hơn mặc dầu
thờng xuyên tại các tốc độ giảm bớt.

Sự lựa chọn phơng thức ARQ theo hai kiểu, sự lựa chọn sự truyền lại và GoBack N. Vì điều này, trớc đây đem lại hiệu suất tốt hơn bởi vì chỉ một khung lỗi đợc truyền lại. Sự lựa chọn sự truyền lại ít khi đợc sử dụng trong thực tế vì nó đòi
hỏi nhiều bộ nhớ hơn trên modem cũng nh thông minh để sắp xếp lại các khung.
Đối với các giao thức đồng bộ điều này đòi hỏi sự truyền lại theo bản chất đối với

17


Phân tích và tối u hoá hiệu năng một số mạng

giao thức, nhng đối với các giao thức không đồng bộ nó đợc thêm vào bởi công
nghệ đồng bộ của modem.
1.5.5. Thời gian phản hồi và thông lợng.
Phần này xem xét làm thế nào mà các tham số đợc mô tả ở trên ảnh hởng
thời gian đáp lại và thông lợng trên các kết nối tơng tự trong thực tế. Có hai kiểu
ứng dụng chủ yếu đợc xem xét. Đơn giản hơn trong chúng là sự truyền file, chúng
vẫn có thể đợc xem xét nh một bộ phận khác, vì vậy nó sẽ đợc trình bày trớc tiên.
1.5.5.1. Các sự truyền file không hỏi vòng:
Thời gian truyền đối với một khối dữ liệu kích thớc M bytes trên một kết
nối modem đơn với tốc độ S bps trên cơ sở FILO đợc tính theo:
T=(Mxb/S)+Dt+Dr+P.
Trong đó:
b là số bit trên ký tự.
Dt là độ trễ truyền của modem.
Dr là độ trễ nhận của modem.
P là độ trễ truyền tin của tín hiệu.
Độ trễ truyền tin P khoảng 1 ms trên 100 dặm cho kết nối mặt đất, và
khoảng 270 ms cho kết nối vệ tinh địa tĩnh.
Đối với một vài khối dữ liệu nhỏ, đặc biệt trờng hợp các ký tự tín dội đơn,
nó hiển nhiên tăng tốc độ đờng có thể cũng tăng thời gian truyền vì độ trễ các
modem tốt phải chịu. Thực vậy, trong các trờng hợp xa nhất của các modem tốc

độ cao, các độ trễ modem đó có thể vợt quá 150 ms. Các nhà sản xuất các modem
nh thế chấp nhận vấn đề tiềm năng này, và đôi khi cung cấp một vài chất lợng tuỳ
chọn cho các máy thu độ trễ bù/xoá bỏ. Độ trễ ngắn có thể đem lại các kích th ớc
khối ngắn nơi xác suất lỗi trong một khối là thấp, và giá trị cao cho các khối dài
có xác suất lỗi cao hơn.
Thông lợng liên kết dựa trên thời gian truyền, kích thớc cửa sổ cho tín hiệu
báo nhận và tỉ lệ lỗi trên đờng truyền (giả thiết rằng sự hiệu chỉnh lỗi đợc cung
cấp). Thông lợng của liên kết đợc định nghĩa nh số ký tự mạng đợc truyền trên
đơn vị thời gian sau khi trừ đi thời gian truyền lại do lỗi, và đợc xác định bởi công
thức sau:
Thông lợng=B x S x (EC-1)/(((B+OHD) x EC x (1+S x ISD/8k)).
Trong đó:

18


Phân tích và tối u hoá hiệu năng một số mạng

Throughput (bps)

EC là số khối gửi trên chu kỳ lỗi, tức là số các khối tuỳ ý và bao gồm một
khối chứa lỗi.
OHD là chi phí giao thức tầng 2 (tầng liên kết dữ liệu).
ISD là độ trễ tuần tự (theo giây) giữa các khối gửi dữ liệu nếu kích th ớc cửa
sổ là quá nhỏ để cho phép tiếp tục truyền các khối .
k là kích thớc cửa sổ.
EC đợc liên hệ với tỉ lệ lỗi bit (BER- Basic Encoding Rules những quy
tắc mã hoá cơ bản) và kích thớc khối bởi hệ thức:
EC=1/(1-(1-BER)8 x (B+OHD)).
Trong các trờng hợp mặc định V.42, kích thớc khối B là 128 bytes, OHD là

6, k là 15 và không có độ trễ intersequence vì các modem (nhng các giao thức
tầng cao hơn có thể là nguyên nhân duy nhất ). Đối với một BER điển hình 1 phần
100000, điều này dẫn đến EC khoảng 92 và thông lợng ở tại 14400bps trong
13600bps. Hình 1.4 mô tả ảnh hởng của tỉ lệ lỗi bit trên thông lợng. Hình 1.5 trình
bày ảnh hởng của việc thay đổi kích thớc khối B, trong khi vẫn giữ các yếu tố
không đổi khác.
Yếu tố tiềm năng khác là ảnh hởng của việc giảm kích thớc cửa sổ một
cách đáng kể . Nó không có khả năng sẽ đợc thực hiện trong cả giao thức V.42
hoặc MNP, nhng nó hoàn toàn có khả năng xảy ra một cách không trực tiếp theo

15000
10000
5000
0
0,0001

1E-05

1E-06

1E-07

1E-08

Tỉ lệ bit lỗi
128

256

512

1024

Hình 1.4. Tỉ lệ thông lợng.

19


Phân tích và tối u hoá hiệu năng một số mạng

Throughput (bps)

20000
15000
10000
5000
0
32

128

512

Block size (bytes)
0.0001

1E-05

2048

8192

1E-06

Hình 1.5. Tác động của tỷ lệ lỗi.
kết quả của các giao thức tầng cao hơn. Ví dụ kích thớc cửa sổ mặc định trong
X.25 chỉ là 2 tại tầng 3, trong khi nhiều PC việc truyền file đòi hỏi việc báo nhận
khối 512 byte đọc đĩa. Chúng có thể là nguyên nhân độ trễ intersequence và quan
tâm đến việc giảm thông lợng. Đặc biệt, độ trễ lớn hơn của một vài modem tốc độ
cao hơn sẽ dẫn đến việc tận dụng đờng thấp trừ khi kích thớc khối là lớn. Nguyên
tắc thong thờng của việc thử để đặt kích thớc cửa sổ đủ lớn cho việc truyền liên
tục là:
K=S*T/(B+OHD).
Trong đó, T là thời gian trọn vòng đợc yêu cầu để nhận sự báo nhận của khối dữ
liệu.
Việc nén dữ liệu có thể dẫn đến sự tăng lên đáng kể trong thông lợng nhng
hiệu lực của của nó dựa trên cả dữ liệu tự nhiên, và dựa trên khối cũng kích thớc
cửa sổ. Với điều kiện kích thớc cửa sổ của tất cả các giao thức là lớn đủ để chắc
chắn rằng không có độ trễ intersequence, việc nén này sẽ tăng thông lợng theo hệ
số tơng ứng. Nếu các cửa sổ không đủ lớn cho điều này, khi đó sự cộng thêm độ
trễ xử lý vài miligiây trên khối trong mỗi modem sẽ tăng ISD và giảm lợi ích điều
này, đặc biệt với các khối nhỏ.
1.5.6. Các thao tác hỏi vòng.
Khi một vài thiết bị cùng chia sẻ một đờng truyền, cả từ bộ điều khiển
chùm đơn hay từ sự hoạt động đa điểm, thông lợng có thể giảm đáng kể nh trờng
hợp so sánh trực tiếp ở ví dụ trên. Hệ số chính là giao thức rút gọn đợc sử dụng,
nhng modem vẫn đóng góp một hệ số phụ vì thời gian quay vòng RTS/CTS của
nó. Nguồn gốc các độ trễ và kiểu tối u hoá chúng có thể đợc xác định bằng việc
20

Phân tích và tối u hoá hiệu năng một số mạng

quan tâm đến luồng dữ liệu liên quan. Hai trờng hợp đợc xem xét ở đây, thứ nhất
là giao thức một chiều với độ u tiên đầu ra trớc đầu vào, ví dụ hầu hết các ứng
dụng BSC, và thứ hai là một kiểu hai chiều, nh một vài hệ điều hành SDLC.
1.5.6.1.Quá trình hoạt động bán song công (truyền thông hai chiều chỉ xẩy ra
theo một chiều hai lần).
Có 3 chuỗi sự kiện cơ bản :
(1) Thăm dò không trả lời.
(2) Thăm dò đầu vào.
(3) Lựa chọn đầu ra.
Các liên kết luồng dữ liệu đợc trình bày theo biểu đồ trong hình 1.6. đối với BSC.
Hiển nhiên rằng các nguồn gốc chính của việc cộng thêm các độ trễ đối với
các thông điệp thực tế là các ký tự thời gian tốn thêm của giao thức và thời gian
RTS/CTS của modem, gần đây việc mô tả đặc trng một lần trong sự bỏ qua việc
thăm dò, nhng hai lần trong (2) và (3). Đối với khoảng cách ít hơn 100 dặm, độ trễ
truyền tin nhỏ hơn 1 ms có thể bỏ qua. Hình 1.7 trình bày kết quả dựa trên thông
lợng của độ trễ RTS/CTS khác nhau đối với các sự truyền tin 256 byte thông báo
tại 9600bps.
Số quan sát đơn giản có thể thực hiện.
1) Tốc độ đờng là rất quan trọng đối với các thông báo dài, nhng đối với thông
báo ngắn, độ trễ ngắn hơn RTS/CTS đợc liên kết với các modem nhanh hơn làm
giảm lợi ích này.
(2) Để đa ra tổng cộng lợng tải đờng, số các thiết bị nhiều trạm chỉ có kết quả
nhỏ dựa trên thời gian trả lời nh thời gian truyền cuả 6byte đặc trng thăm
chừng/lựa chọn là rấtHOST
ngắn.
LINE
TERMINALS

(3) Kết quả lớn nhất chỉ là chiều dài thông báo trung bình.
Poll term 1
Một hệ số quan trọng mà không đợc trình bày trênterm
biểu1đồ
đó là kết quả
replies
datađối với trả lời,
của các thiết bị không hoạt động. Bất kỳ khi nào một thiết with
bị hỏng
Poll
term
2
máy chủ phải chờ trong một thời gian trớc khi thiết bị kế tiếp đợc thăm chừng.
term 2 replies
Với đặc điểm các thời gian ngoài (timeout) từ 1 đến 2 giây,with
một data
vài thiết bị không
hoạt động có thể cóPoll
mộtterm
kết 3quả tồi tệ vào hiệu năng cho phần còn lại. Vì vậy nó
term 1 sends
là cần thiết thăm chừng để tìm các thiết bị không hoạt động.negative response
Continue
Poll cycle
Poll 1 again

term 1 replies...

21

Phân tích và tối u hoá hiệu năng một số mạng

Hình 1.6. Thăm chừng bán song công.

Throughput

1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0

25

50

75

100

125

150

RTS/CTS (ms)

Hình 1.7. Hiệu lực của độ trễ RTS/CTS.

1.5.6.2. Song công đầy đủ.
Nhắc lại, có ba sự kiện trong trờng hợp bán song công, sự khác nhau chính
khi so sánh bán song công đến sự giảm trong các thành phần RTS/CTS.
RS-232 Tiêu chuẩn do hiệp hội công nghiệp điện tử phát triển chi phối giao diện
giữa thiết bị xử lý dữ liệu và thiết bị truyền thông dữ liệu và đợc dùng rộng rãi để
nối máy tính với các thiết bị ngoại vi.
22


Phân tích và tối u hoá hiệu năng một số mạng

RS-232-C, Tiêu chuẩn đợc khuyến nghị này định nghĩa các đờng đặc biệt
và các đặc trng tín hiệu do các bộ điều khiển truyền thông nối tiếp sử dụng để tiêu
chuẩn hoá sự truyền dữ liệu nối tiếp giữa các thiết bị. Chữ C chỉ rằng phiên bản
hiện thời của tiêu chuẩn là phiên bản thứ 3 trong xeri. RTS : Viết tắt của Request
to send. Tín hiệu dùng trong truyền thông nối tiếp; đợc gửi đi nh từ máy tính tới
modem của nó, để yêu cầu cho phép truyền. RTS là tín hiệu phần cứng gửi qua đờng 4 trong các đờng nối RS-232-C.
CTS viết tắt của Clear to send tín hiệu thông tín hiệu dùng trong truyền
thông nối tiếp; phát đi từ modem đến máy tính của nó để chỉ ra rằng nó có thể tiếp
tục truyền. CTS là tín hiệu phần cứng phát qua đờng 5 trong các kết nối RS-232C. Nghĩa là sự tăng tốc độ đờng đối với các thông báo song công ngắn có lợi
nhiều hơn đối với bán song công.
1.5.7.Kỹ thuật vô tuyến ô( Cellular radio).
Trờng hợp đặc biệt của các mạng tơng tự đợc cung cấp theo sự sử dụng
cellular radio cho các mạng dữ liệu, đặc biệt là với các mạng dữ liệu di động. Kết
quả chính để xem xét là các giao thức khác nhau phải đợc sử dụng, và các tốc độ
truyền có thể khác nhau. Khi mạng điện thoại di động đợc sử dụng cho cả âm
thanh và dữ liệu, số lợng thiếu của băng thông có nghĩa là tốc độ truyền tin đợc
giới hạn thông thờng đến 2400-4800 bps, ngợc lại tốc độ các mạng dữ liệu thuần
nhất có khả năng tăng lên đến 9600 hoặc 19200 bps. Mặt khác là việc báo hiệu dữ
liệu khởi tạo và cần thiết đối với các giao thức để bắt các chỉ số lỗi khác nhau và

các kết quả bàn giao. Khi ngời sử dụng mobile di chuyển từ một ô đến một ô
khác, hầu hết các hệ điều hành ô dựa trên nguyên lý làm gãy trớc, sao cho sóng
mang bị mất trong khoảng 100=300 ms. Vấn đề khác là biến thiên của cờng độ vô
tuyến truyền đa đờng lâu dài trong vài giây và việc tạo ra các tỉ lệ lỗi bit rất cao.
1.5.7.1. Cài đặt cuộc gọi.
Một thuận lợi quan trọng của kỹ thuật vô tuyến ô (Cellular radio) đối với
các giao tác ngắn, nh điểm bán hoặc kiểm tra tín dụng, là sự thu nhỏ (giảm) thời
gian gọi. Cellular radio không đòi hỏi dãy chuỗi xung dài cần thiết trên các mạch
đồng. Vì vậy thời gian thiết lập cuộc gọi giảm từ 10-15 giây đến khoảng 3 giây,
điều quan trọng là chúng có thể làm hài lòng khách hàng đang đứng ở quầy kiểm
tra cũng nh giảm một cách nhẹ nhàng số các điểm đợc yêu cầu do sự giảm bớt
tổng thời gian dịch vụ.
1.5.7.2. Điều khiển liên kết dữ liệu ô (CDLC).
23


Phân tích và tối u hoá hiệu năng một số mạng

Trong trờng hợp các mạng di động đầy đủ, nơi ngời sử dụng có khả năng di
chuyển nhanh chóng trong xe cộ, việc sữa chữa lỗi có chất lợng thay đổi đợc yêu
cầu. Chất lợng tín hiệu biến đổi rất nhanh chóng đặc biệt ở các vùng trong thành
phố, do việc xây dựng và các hành động cản trở khác nh ống dẫn sóng hoặc gơng
phản xạ. Thêm vào đó, có các phá vỡ trong tín hiệu do sự bàn giao ô giữa các trạm
cơ sở và (vào lúc trộn các mạng âm thanh/dữ liệu) tín hiệu âm thanh. Các hệ số đó
dẫn đến các tỉ lệ lỗi bit cao đến 1/50, vì vậy các hệ điều hành mạng di động phải
phát triển các giao thức của bản thân chúng để triệt tiêu vấn đề này; một ví dụ là
giao thức CDLC của Vodafone. Đó là một dẫn xuất (phát sinh) của HDLC đã
nâng cao bằng cách thêm vào các trờng đồng bộ, hiệu chỉnh lỗi trớc, sự đan xen
bit và sự lựa chọn sự truyền lại thay cho phơng pháp GO-BACK N thông thờng.
Tại BER (BER - các quy tắc mã hoá cơ bản) cao ở đó là sự thay đổi lớn các sai lạc

của các dấu phân cách dấu hiệu HDLC, vì vậy CDLC thay thế điều này bằng một
trờng đồng bộ 6 byte một bộ chỉ báo độ dài đo thử lỗi tốt hơn. Khung vẫn chứa 2
byte dữ liệu địa chỉ/điều khiển và 2 byte tổng kiểm tra, vì vậy gây ra tổng công
hao phí 10 bytes, trong khi ngời sử dụng trờng dữ liệu có thể nâng đến 63 bytes.
Sự bất lợi (nhợc điểm) của các công nghệ điều khiển phức tạp, nh sự đan xen bit là
các độ trễ truyền modem rất cao.Vì vậy, các thời gian có thể cho phép khoảng 200
ms phụ thêm dựa trên đỉnh thời gian truyền mong đợi.

24


Phân tích và tối u hoá hiệu năng một số mạng
Chơng 2.
Phân tích hiệu năng một số mạng.

2.1. Nhận xét chung.
Các mạng cục bộ LAN đợc nối kết hoặc qua các mạng diện rộng WAN
bằng các phơng tiện cầu nối bridges, bộ định tuyến routers và các cổng nối
gateways. Với các cầu nối cần có một cặp/đôi các cầu từ xa thay vì chỉ một cầu
nối nội bộ vốn đợc dùng để nối trực tiếp hai mạng LAN với nhau; tơng tự các cầu
dẫn routers cũng đợc dùng theo đôi, nhng các cổng vào lại là các thực thể đơn
lẻ. Chơng này chủ yếu nói về những mặt hoạt động xác định cấu hình các cầu nối
và các bộ định tuyến, những vấn đề chính là độ rộng băng tần, tối thiểu hoá các
ngắt quãng trên các máy chủ server và năng lực xử lý cầu nối. Trớc khi bàn đến
các vấn đề này em xin trình bày tóm tắt về các đặc tính hoạt động của mạng LAN.
2.2. Hiệu năng LAN.
Hiệu năng LAN tuỳ thuộc vào kiểu LAN và độ rộng băng tần của nó. Các
kiểu LAN chủ yếu là 10/100 Mbps Ethernet, 4/16 Mbps Token Ring, 1000 Mbps
FDDI và 100 Mbps 100 Base VG ANYLAN. Các nhân tố (hệ số) chính giới hạn
hoạt động trên một LAN có quan hệ với các trạm làm việc Workstation và các

server hơn là với hệ thống mạng, do đó các khối đơn vị truyền tin báo (MTUs) đợc sử dụng khi nào có thể nhằm giảm bớt lợng tải trên chúng. Từ đó sinh ra các cỡ
frame lớn có thể đa đến những phản ứng chậm chạp trên mạng WAN. Đây là cả
một vấn đề lớn đối với các cầu nối vì chúng không chia cắt các mạng, trong khi
đó các bộ định tuyến thông thờng có thể đợc xác định để phân chia các gói tin
thành những đơn vị nhỏ hơn.
2.2.1. Ethernet.
Hiệu năng hoạt động của Ethernet thờng đợc biểu diễn dới dạng công thức
đợc suy ra đầu tiên bởi Lam cho truyền thông ngẫu nhiên:
Hiệu năng truyền = S/(2*A+(1+A)*S)
Với S là 1/e (e là số mũ), và
A = Thời gian cảm biến vật mang tin/thời gian truyền tin báo trung bình.
Mô hình này có hơi kém khả quan đối với những khoảng cách dới 100 trạm
trên một mạng Ethernet, bảng số liệu 3.1 cho biết sự biến thiên của năng suất
truyền với A.

25