Phân tích và thiết kế hệ thống mạng máy tính dùng phần mềm mã nguồn mở

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-----[\[\-----

TRẦN THANH HẢI

PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG
MẠNG MÁY TÍNH DÙNG PHẦN MỀM MÃ
NGUỒN MỞ

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

Hà Nội, 2010


GVHD: TS Hoàng Mạnh Thắng

1. LỜI CAM ĐOAN

Ngoài sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của TS Hoàng Mạnh Thắng, cuốn luận văn này là
sản phẩm của quá trình tìm tòi, kiến thức tích luỹ học tập, nghiên cứu và trình bày của tác
giả về đề tài trong luận văn. Mọi số liệu quan điểm, quan niệm, phân tích, kết luận của các
tài liệu và các nhà nghiên cứu khác đều được trích dẫn theo đúng qui định. Vì vậy, tác giả
xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng mình.
Hà Nội, ngày 10 tháng 10 năm 2010
Tác giả

Bùi Mạnh Nam

Bùi Mạnh Nam -Luận văn tốt nghiệp

1


GVHD: TS Hoàng Mạnh Thắng

2. LỜI MỞ ĐẦU
OpenSource là sản phẩm phần mền được cộng đồng thế giới phát triển. Các ứng dụng
của nó thể hiện vai trò vô cùng quan trọng trong nhiều lĩnh vực cũng như đem lại những lợi
ích to lớn về mặt kinh tế xã hội. Do vậy, việc thiết kế thống ứng dụng cũng như khai thác
sản phẩm phần mềm có khả năng tương thích phù hợp với các hệ thống thực tế là một yêu
cầu rất thiết thực. Để thực hiện điều đó, các công nghệ phát triển hệ thống mạng máy tính
và mô phỏng hệ thống phù hợp với các sản phẩm phần mềm Opensource luôn có những
khó khăn rất nhiều do sự giới hạn về băng thông, lưu trữ dữ liệu, phần thiết bị mạng, máy
chủ v.v. Để vượt qua những trở ngại này, hiện nay trên thế giới người ta đã đang phát triển
cộng đồng mã nguồn mở tốt hơn nữa thuận tiện dễ dùng với tên gọi “OpenSource”.
Kỹ thuật hệ thống mạng về phần cứng và phần mềm OpenSource, chúng luôn là giải
pháp thực hiện các xử lý đòi hỏi tốc độ siêu cao, lưu trữ hàng Petabyte và xử lý song song
phân tán dựa trên nền tảng công nghệ của grid computing, hệ thống cache, hệ thống bảo
mật, hệ thống webserver, hệ thống ảo hoá…. Chúng ta có thể dễ dàng nâng cấp, thay đổi
file cài đặt phù hợp của các hệ thống đó bằng cách tiếp cận mã nguồn mở, phần mềm một
cách dễ dàng cho phù hợp với yêu cầu. Do đó tiết kiệm được chi phí mua phần mềm thay
đổi thiết bị phần cứng cũng như thời gian triển khai hệ thống mới. Với ưu điểm như vậy,
trong cuốn luận văn này tôi tập trung nghiên cứu hệ thống máy chủ cài đặt opensource như
là mô phỏng thiết kế mạng máy tính theo thiết bị cissco bằng phần mềm cisco packet
tracer, mô phỏng hệ thống các sự kiện giao thức http, fpt bằng Omnest 4.0, thực hiện thiết
kế hệ thống chạy thật gfarm, xencitrix, lighttpd, linux HA dựa trên phần mềm mã nguồn
mở nhằm xây dựng nên một hệ thống có khả năng phù hợp với thực tế việt nam hiện nay.
Qua đây, tôi xin gửi lời cám ơn tới gia đình, bạn bè và các thầy cô trong khoa Điện tử Viễn Thông, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã ủng hộ và giúp đỡ tôi trong quá trình
làm luận văn. Đặc biệt, Tôi xin chân thành cám ơn thầy giáo hướng dẫn là TS Hoàng Mạnh

Thắng đã nhiệt tình chỉ bảo để tôi hoàn thành cuốn luận văn này.

Bùi Mạnh Nam -Luận văn tốt nghiệp

2


GVHD: TS Hoàng Mạnh Thắng

MỤC LỤC
1.

LỜI CAM ĐOAN......................................................................................................... 1

2.

LỜI MỞ ĐẦU............................................................................................................... 2

MỤC LỤC............................................................................................................................................................ 4
DANH MỤC HÌNH VẼ ...................................................................................................................................... 6

3.

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ...................................................................................... 7

4.

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ MẠNG VIỄN THÔNG ............................................................ 8

1.1. Hệ thống đóng một số tính chất của hệ thống tương ứng ....................................................................... 8

1.2. Mạng máy tính ............................................................................................................................................. 9
1.3.Công nghệ ATM .......................................................................................................................................... 12
1.4 Đánh giá chất lượng mạng ......................................................................................................................... 12
1.5. Các cơ chế đảm bảo chất lượng trong mạng .......................................................................................... 14
1.6. QoS mạng IP............................................................................................................................................... 14
1.7 Các giải pháp QoS....................................................................................................................................... 17
1.8. Mô phỏng về webserver bằng omnest4.0 chạy trên cả linux và windown ......................................... 25

5.

CHƯƠNG 2 - CƠ SỞ MẠNG MÁY TÍNH ............................................................. 27

2.1 Các yếu tố của mạng máy tính .................................................................................................................. 27
2.2 Kiến trúc phân tầng và mô hình OSI ....................................................................................................... 31
2.3 Hệ điều hành mạng ..................................................................................................................................... 42
2.4. Kết nối liên mạng ....................................................................................................................................... 48
2.5. Tầng liên kết dữ liệu (DATA LINK)........................................................................................................ 49
2.6. Tầng mạng (NETWORK)......................................................................................................................... 50

Bùi Mạnh Nam -Luận văn tốt nghiệp

4


GVHD: TS Hoàng Mạnh Thắng
2.7. Tầng giao vận (TRANSPORTATION) ................................................................................................... 55
2.8. Tầng phiên (SESSION) ............................................................................................................................. 56
2.9. Tầng trình diễn (PRESENTATION)....................................................................................................... 57
2.10. Tầng ứng dụng (APPLICATION) ......................................................................................................... 57
2.11. Kiến trúc mạng cục bộ ........................................................................................................................... 58

2.12 Phần cứng và các thiết bị mạng............................................................................................................... 62
2.13. Chuẩn Ethernet........................................................................................................................................ 62
2.14. Những vấn đề cơ bản mạng máy tính.................................................................................................... 63
2.15 An toàn thông tin trên mạng ................................................................................................................... 66
2.16 Thiết kế mạng máy chủ phân chia mạng con ........................................................................................ 71

6.

CHƯƠNG 3 - PHẦN MỀM MÃ NGUỒN MỞ (OPENSOURCE) ....................... 74

3.1. Hệ Điều Hành ............................................................................................................................................. 74
3.2 Phần mềm ứng dụng mã nguồn mở .......................................................................................................... 85
3.3. Web2.0......................................................................................................................................................... 91
3.4. Hệ thống cache ........................................................................................................................................... 97
3.5 Các phần mềm khác.................................................................................................................................... 98
3.6 Phần thực hiện tạo hệ thống server .......................................................................................................... 99

7.

CHƯƠNG 4 - GIẢI PHÁP IBM VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN ..................... 104

4.1 Tìm hiểu cloud computing IBM .............................................................................................................. 104

8.

TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................... 117

Bùi Mạnh Nam -Luận văn tốt nghiệp

5

GVHD: TS Hoàng Mạnh Thắng

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1-1 Phân lớp lưu lượng theo IP Precedence................................................................ 16
Hình 1-2 Cấu trúc tag trong khung dữ liệu 802.1Q/p ......................................................... 17
Hình 1-3 Mô hình quản lý băng thông tĩnh ......................................................................... 18
Hình 1-4 Kỹ thuật thùng đựng thẻ ....................................................................................... 19
Hình 1-5 Giải thuật thùng đựng thẻ ..................................................................................... 20
Hình 1-6 Giải thuật CAR ..................................................................................................... 21
Hình 1-7 Mô hình phân phối lưu lượng ra........................................................................... 22
Hình 1-8 Mô hình quản lý băng thông động........................................................................ 25
Hình 1-9. Mô phỏng HTTP và FTP bằng omnet ................................................................. 26
Hình 2-1 . Mạng chuyển mạch kênh..................................................................................... 29
Hình 2-2 Mạng chuyển mạch thông báo................................................................................. 29
Hình 2-3 Mạng chuyển mạch gói............................................................................................ 1
Hình 2-4. Đường truyền vật lý .............................................................................................. 32
Hình 2-5 Mô phỏng thiết kế mạng bằng Packet Tracer ......................................................... 1
Hình 3-1Minh hoạ nhân Linux 2.6 ........................................................................................ 1
Hình 3-2 Xử lý card mạng ..................................................................................................... 1
Hình 3-3Tiến trình TCP xử lý nội dung................................................................................. 1
Hình 3-4 Tiến trình TCP ngắt ................................................................................................ 1
Hình 3-5 Mô hình toán học.................................................................................................... 1
Hình 3-6. Chu kỳ hàng đợi .................................................................................................... 1
Hình 3-7. Kiến trúc hệ thống ảo ............................................................................................ 1
Hình 3-8 Sơ đồ ứng dụng Web 2.0 ........................................................................................ 1
Hình 3-9 Hệ thống memcached ............................................................................................. 1
Hình 3-10Sơ đồ web giám sát hệ thống gmeta ...................................................................... 1
Hình 3-11Sơ đồ thực hiện...................................................................................................... 1

Bùi Mạnh Nam -Luận văn tốt nghiệp

6


GVHD: TS Hoàng Mạnh Thắng

3. DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt
ABM
ARM
ATM
CRC
CSMA/CD
DCE
DLP
DoD
DTE
FIFO
FR
IEEE
LMI
LU
MPLS
NRM
PC
PQ
RTT
SDLC

SNA
SSCP
TCP/IP
VM

Nghĩa từ
Asynchronous Balanced Mode
Asynchronous Response Mode
Asynchronous Transfer Mode
Cyclic redundancy check
Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection
Data Circuit Terminal Equipment
Data Link Protcol
Department of Defense
Data Terminal Equipment
First In First Out
Frame Relay
Institute of Electrical and Electronics Engineers
Local Management Interface
Logic Units
Multiprotocol Label Switching
Normal Response Mode
personal computer
priority queue
Round trip time
Synchronous Data Link Control
System Network Architecture
Systems Services control point
Transmission Control Protocol/Internet Protocol
Virtual machine

Bùi Mạnh Nam -Luận văn tốt nghiệp

7


GVHD: TS Hoàng Mạnh Thắng

4.

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ MẠNG VIỄN THÔNG

Mạng viễn thông hiện nay mạng vật lý cho phép truyền băng rộng access,
ethernet, wifi, blutooth, wimax, core NGN, MPLS. Tầng truyền dẫn trên sợi quang
như SDH, WDM, IP. Cơ chế đảm bảo chất lượng.

1.1. Hệ thống đóng một số tính chất của hệ thống tương ứng
1.1.1 Khái niệm hệ thống đóng
- Định nghĩa hệ thống phục vụ các yêu cầu đi vào hệ thống sử lý các yêu
cầu
- Nin(0,t)=Ns(0,t)+Nout(0,t)
- Nin(0,t): tổng số yêu cầu đi vào hệ thống
- Ns(0,t): tổng yêu cầu nằm trong hệ thống
- Nout(0,t): tổng số yêu cầu đi ra khỏi hệ thống
- Hệ thống hàng đợi là một hệ thống phục vụ (nhưng không nhất thiết phải
là một hệ thống đóng)
- Tiến trình tới của hệ thống hàng đợi
Số yêu cầu trung bình phân bố yêu cầu tiến trình tới
Hàng đợi chiều dài hàng đợi là L
Trình tự phục vụ các yêu cầu trong hang đợi (FIFO), LILO,

Roundrobin.
- Máy chủ đặc trưng 3 tham số số máy chủ C, tốc độ phục vụ trung bình thứ
i, phân bổ xác xuất thời gian theo yêu cầu (1/µ)

1.1.2 Một số hệ thống đóng
- Định nghĩa: hệ thống đóng phục vụ N=λT (2.1)
N số yêu cầu nằm trong hệ thống
λ: số yêu cầu trung bình đưa vào hệ thống
T: thời gian trung bình 1 yêu cầu lưu vào hệ thống
hệ thống C máy chủ có phục vụ hang đợi L=∞

Bùi Mạnh Nam -Luận văn tốt nghiệp

8


GVHD: TS Hoàng Mạnh Thắng

Giải pháp tải hệ thống ρ=
ρ : đặc trưng cho bởi hệ thống để tải hoạt động ổn định 0≤ ρ ≤1 suy ra
λ ≤ C.µ
Quy ước N số yêu cầu trung bình đang ở hệ thống
Nb được phân vào yêu cầu phục vụ
T thời gian lưu lại hệ thống
Ts thời gian phục vụ bởi server
Tq nằm trong hàng đợi
- T=Ts + Tq
- N=λ.T
- Nq=λ.Tq
- N=Nq +

Nhận xét để tính toán được tham số này của 1 hệ thống từng được phân bố
hệ thống đợi với tiến trình và tiến trình phục vụ cụ thể
Từ đó suy ra chú ý đến các đại lượng
- M/M/1/1
- M/M/1/∞
- M/M/C/∞
- M/M/C/0
- Ký hiệu các tham số
- A/B/C/S/R/Q
S:số người truy cập
C : số máy chủ
A: tiến trình tới
B: tiến trình phục vụ
R: tiến trình phát ra yêu cầu
Q: số tiến trình phục vụ
1.2. Mạng máy tính
1.2.1 Khái niệm về mạng băng rộng truyền số liệu đa dịch vụ, voice, data
Phân loại theo kích thước PAM blutooth, zigbe, phụ thuộc IEE 802.15
- LAN token ring (IEE 802.5), 802.4 ethernet 802.3 wifi 802.11
- MAN
- IEE 802.6, ATM Wimax,3G, mạng WAN (widen are network), ATM ->
MPLS

Bùi Mạnh Nam -Luận văn tốt nghiệp

9


GVHD: TS Hoàng Mạnh Thắng

- WAN wirelesswan (IEE802.20)
Phân biệt theo chức năng mạng
Network access nối qua mạng truy cập IEE 802.20 kết nối trực tiếp người
sử dụng thoã mãn người sử dụng đa dịch vụ Lưu lượng nhỏ
Network backbone
Mạng lõi kết nối với tầng access sau đó kết nối với người sử dụng lưu
lượng lớn.
Các chức năng mạng băng rộng mô hình phân lớp
internetworking (định tuyến) routing các chức năng đảm bảo dịch vụ chất
lượng cơ sở hạ tầng cho phép truyền dữ liệu giữa các mạng khác nhau, phụ thuộc
vào cơ sở hạ tầng mạng vật lý.
Đảm bảo tính toàn vẹn thông tin truyền, sửa lại phát hiện lỗi
Phương pháp cơ chế phối hợp đường truyền.
Phân loại theo cơ chế điều khiển đăng nhập kênh truyền
+ Hướng kết nối
Thiết lập kết nối
Trao đổi thông tin
Huỷ bỏ kết nối
Nhược điểm cơ chế truyền đơn giản sử dụng cứng nhắc, mac đơn giản tranh
chấp tài nguyên mạng
+ Phân loại cơ chế MAC
- Điều khiển truy nhập kênh truyền một cách tập trung
- Điều khiển phân tán với cơ chế dành sẵn tài nguyên (tockenring 802.5)
- Phương pháp truy cập ngẫu nhiên tập chung. Mạng sử dụng công nghệ
- Công thức tính thời gian lan truyền của kênh
t=

l
c

l khoảng cách
c vận tốc ánh sáng
+ t, s thời gian cần thiết truyền một dữ liệu lên kênh truyền
Ts=
l chiều dài của gói dữ liệu
r dung lượng của kênh
+ Hiệu suất truyền trong 1 chu kỳ gọi pollcalling

Bùi Mạnh Nam -Luận văn tốt nghiệp

10


GVHD: TS Hoàng Mạnh Thắng

u=
Nhược điểm chính hiệu suất thấp tính tin cậy không cao
+ Phương pháp điều khiển truy nhập phân tán cơ chế dành sẵn tài nguyên
tokenring 8025 do IBM phát triển
Quyền một bài chạy toàn phần trong mạng
trạm nào ai nhận được thẻ bài được cho phép truyền dữ liệu
tăng hiệu suất mạng trả ngay thẻ bài lên chính nó
lưu lượng đi vào card mạng λ thời gian phục vụ
Thời gian lan truyền tính công thức sau
ts=
L: chiều dài
C: Vận tốc ánh sáng
Phân bổ theo poison
Thời gian để dữ liệu truyền giả thiết các trạm cách đều nhau một tầng
cách lưu lượng trễ tại các bộ đệm chung gian đi khoảng cách giữa các tham số và

chính là ½ vòng phân tích trễ từ thiết bị của một gói từ khi đi vào bộ đệm cho đến
khi đi ra bộ đệm
t=Tn +Ts/2 +T/2 +MTc/2 +Ts
Tt=Tw +NTv/2 + T0/2 + Ts
Tw thời gian gói phải nằm trong bên phát gọi Tg+NTv=Tl trễ hết một
vòng lan truyền trễ toàn bộ chậm các nút thời gian
Tt=Tw + Tl/t2 +Ts
+ Trong trường hợp mạng đa thẻ bài vòng ngắn
Kích thước gói thay đổi với độ dẫn tuân theo phân bổ poison
Tt=Tl(1-l/N)/2*(1-ρ) + ρTs/1-ρ +Ts/2 +Ts
ρ=Nλ/M
Ts=1/µ
Ρ= N.λ.Ts
Kích thước gói cố định Ts=cons
Tt0=TL(1-ρ/N)/2(1-ρ) + ρ.Ts/2.(1- ρ) + TL/2 + Ts
Trong trường hợp đơn thẻ bài chỉ xét trường hợp kích thước gói cố định
TL>Ts gọi A=Tc/Ts =>

Bùi Mạnh Nam -Luận văn tốt nghiệp

11


GVHD: TS Hoàng Mạnh Thắng

+ Thay công thức trên mạng vòng dài
Tt0=TL(1-ρ*/N)/2(1-ρ*) + ρ*.Ts/2.(1- ρ*) + TL/2 + Ts
Cơ chế truyền ngẫu nhiên
Aloha Nguyên tắc các trạm thu phát cùng sử dụng băng tần chung
phát dữ liệu vô hướng. Không có cơ chế kiểm tra thông tin kênh truyền khi dữ liều

cần phát trạm phát gửi dữ liệu
OFDM một người chia thành nhiều kênh nhiều hay nhiều tần số
Công nghệ mạng wan băng rộng
(ATM và MPLS)

1.3.Công nghệ ATM
Mạng diện rộng kết nối access vào mạng có dây
Giới thiệu ATM
Công nghệ truyền tải không đồng bộ công dụng mạng băng rộng đa dịch vụ
nền tảng cho B-ISDN
Thoại, multimiadia, dữ liệu băng thông lớn phân biệt các tính chất khác đưa
ra các cơ chế phù hợp với các tính chất phù hợp với các yêu cầu mạng thoả mãn
tryền đa phương tiện các cơ chế đảm bảo chất lượng trễ băng thông và xác xuất mất
gói
Đặc điểm ATM cơ sở truyền dẫn ATM mạng các quang có truyền tải lớn
phù hợp với thời gian thực việc sử lý gói trung gian rất lâu
ATM dựa trên cơ chế hướng kết nối kênh ảo nhận dạng kết nối VPI, VCI có
các gói forware các gói, gói ATM là 53 byte có 48 byte dữ liệu, 5 byte mào đầu VPI
và VCI chuyển mạch ATM switch các gói cùng VPI, VCI được coi cùng kết nối, có
băng thông thay đổi tuỳ vào nhu cầu sử dụng kết nối băng thông không hết sử dụng
không hiệu quả vì băng thông đặt sẵn vậy phương pháp hợp kênh thống kê sử dụng
tài nguyên mạng hiệu quả mềm dẻo vậy sẽ không phù hợp với kết nối IP và web sau
khi thiết lập kết nối.
MPLS ATM chỉ phù hợp với các dịch vụ hướng liên kết không thích hợp
các chạy trên nền IP không gian dịch vụ và thiết lập và huỷ bỏ kết nối MPLS=ATM
+ IP router lớp MAC

1.4 Đánh giá chất lượng mạng

Bùi Mạnh Nam -Luận văn tốt nghiệp

12


GVHD: TS Hoàng Mạnh Thắng

1.4.1 Khái niệm chất lượng dịch vụ và các tham số dịch vụ
- Phân biệt các dịch vụ trong mạng băng rộng loại dịch vụ thời gian thật
video , truyền hình thoại nhạy cảm mất gói không tốt.
- Không quá nhạy cảm với sự mất gói phi thời gian thực như ftp, http,.dịch
vụ dữ liệu phụ thuộc băng thong sự mất gói lỗi gói.
- Các tham số đặc trưng của chất lượng dịch vụ trễ delay được sử dụng các
dịch vụ thời gian thực
- Phân loại trễ từ đầu cuối đến đầu cuối, trễ nút mạng, trễ lan truyền khoảng
cách biến động trễ jitter được sử dụng cho dịch vụ thời gian thực
- Sự thay đổi trễ giữa các gói liền nhau gọi là jitter
- Băng thông thời gian thực, xác xuất mất gói

1.4.2 Đảm bảo chất lượng dịch vụ mạng
- Khái niệm và các tham số vì chất lượng dịch vụ
+ Phân loại dịch vụ có đảm bảo
+ Dịch vụ được điều khiển
+ Các dịch vụ được đàn hồi
+ Các dịch vụ đảm bảo cho tính chất thời gian thực tương tác hai chiều dịch
vụ tải điều khiển ứng dụng thời gian thực trễ quá lớn gây ra tiếng vọng
Voice dịch vụ luồng
Iptv
Dịch vụ phản hồi dịch vụ truyền số liệu web, email
1.4.3 Các tham số về đảm bảo chất lượng dịch vụ
Các dịch vụ tham số đảm bảo trễ lan truyền khoảng cách, trễ hàng đợi tải

của nút mạng, trễ đầu cuối đến đầu cuối
Biến động JITTER sự thay đổi trễ các gói liên tiếp
Di trễ gói dữ liệu thứ i, Ji ≠0 hiện tượng chênh lệch giữa các gói tin
trễ gói tin trễ nhau định ra các trễ chuẩn d trễ cực đại.
- Băng thông phụ thuộc tác động trễ các tham số cho dịch vụ điều khiển tải
jitter mất gói (packet loss and error rate PLER) không quan trọng cho dịch vụ
truyền dữ liệu
- Băng thông đóng vai trò quan trọng các dịch vụ đàn hồi tỉ lệ mất gói
PLER=

Bùi Mạnh Nam -Luận văn tốt nghiệp

13


GVHD: TS Hoàng Mạnh Thắng

Cấp phát băng thông trung bình và băng thông tối thiểu

1.5. Các cơ chế đảm bảo chất lượng trong mạng
-

Các cơ chế phân luồng
điều khiển chấp nhận kết nối
dành sẵn tài nguyên
phân hoạch gói tin
giám sát điều khiển lưu lượng
định tuyến dựa vào chất lượng QoS

1.6. QoS mạng IP

QoS mạng IP là nói đến các kỹ thuật xử lý lưu lượng trong mạng truyền số
liệu sử dụng bộ giao thức IP (Internet Protocol) nhằm đảm bảo các loại lưu lượng có
yêu cầu chất lượng dịch vụ khác nhau được đối xử ưu tiên khác nhau. Chẳng hạn,
trong một mạng IP có hai ứng dụng là truyền file FTP và dịch vụ gọi điện thoại IP
telephony. Ứng dụng IP Telephony đòi hỏi việc truyền dữ liệu phải liên tục, độ trễ
thấp (thời gian thực), còn ứng dụng FTP không yêu cầu cao về độ trễ, miễn là
truyền đủ và chính xác nội dung dữ liệu. Với mạng IP này, chúng ta cần phải áp
dụng các kỹ thuật xử lý lưu lượng nhằm phân loại lưu lượng và áp dụng các chính
sách ưu tiên khác nhau nhằm đảm bảo lưu lượng IP Telephony phải có độ ưu tiên
đường truyền cao hơn, thậm chí thông suốt kể cả khi mạng bị nghẽn so với dịch vụ
truyền file FTP, hệ thống mạng như vậy được gọi là có cam kết chất lượng dịch
vụ mà sau đây gọi tắt là QoS.
Các tiêu chí đánh giá chất lượng dịch vụ

Để đánh giá chất lượng dịch vụ của mạng IP người ta dựa vào các tham số
sau đây:
•

•

Tỷ lệ mất gói: tham số này cho biết tỷ lệ phần trăm số gói IP bị mất trên
tổng số toàn bộ số gói IP đầu gửi đã chuyển vào mạng cho phía đầu nhận.
Độ trễ gói: tham số này cho biết khoảng thời gian gói IP được chuyển từ đầu
gửi đến đầu nhận.

Bùi Mạnh Nam -Luận văn tốt nghiệp

14

GVHD: TS Hoàng Mạnh Thắng
•

•

Độ biến thiên trễ (jitter): tham số này cho biết sự dao động về độ lớn của độ
trễ gói.
Khả năng đáp ứng của dịch vụ: tham số này cho biết xác suất sử dụng
thành công dịch vụ.

1.6.1. Phân lớp lưu lượng
Giới thiệu
Việc phân lớp lưu lượng được thực hiện tại cả lớp 2 (lớp liên kết dữ liệu Datalink layer) và lớp 3 (lớp mạng Network layer) trong mô hình OSI.
a. Phân lớp lưu lượng ở mức lớp mạng
Để sắp xếp các luồng dữ liệu IP thành các lớp khác nhau nhằm phục vụ cho
các chính sách QoS khác nhau, chúng ta sử dụng 3 bit đầu tiên trong trường loại
dịch vụ (Service Type - ToS) trong phần mào đầu của gói dữ liệu IP. 3 bit này được
gọi là trường IP Precedence và có giá trị mặc định là 0. Trường IP Precedence bằng
0 có nghĩa là gói tin này sẽ được truyền theo kiểu không có cam kết QoS (Best
Effort). 7 giá trị còn lại của trường IP Precedence dùng để phân chia lưu lượng IP
thành 7 lớp dịch vụ có thứ tư ưu tiên tăng dần, cấu trúc trường IP Precedence được
trình bày trong hình sau:

Bùi Mạnh Nam -Luận văn tốt nghiệp

15


GVHD: TS Hoàng Mạnh Thắng

Hình 4-1 Phân lớp lưu lượng theo IP Precedence

Trong trường hợp cần thiết phải phân chia nhiều hơn 8 lớp lưu lượng, chúng
ta có thể sử dụng 6 bit đầu tiên của trường ToS gọi là trường DSCP. Trường DSCP
có giá trị từ 0 đến 63, do đó nó cho phép chúng ta phân chia lưu lượng IP thành 64
lớp dịch vụ khác nhau. Tuy nhiên, một số thiết bị mạng cũ có thể không hỗ trợ việc
phân lớp lưu lượng sử dụng trường DSCP này. Hơn nữa, trường IP Precedence thực
tế là nằm trong trường DSCP nên chúng ta không thể cùng lúc vừa phân lớp lưu
lượng theo IP Precedence và vừa theo DSCP.
b. Phân lớp lưu lượng ở mức lớp liên kết dữ liệu
Trong phần mào đầu của khung dữ liệu ở lớp liên kết dữ liệu không có
trường nào phục vụ cho việc phân lớp lưu lượng. Tuy nhiên ta có thể phân lưu
lượng dựa vào việc chèn thêm các thẻ định danh VLAN gọi là tag theo giao thức
802.1Q/p. Mỗi tag gồm 4 byte trong đó trường CoS gồm 3 bit (cấu trúc chi tiết của
tag được trình bày trong hình vẽ) được dùng để phân lớp lưu lượng. Như vậy tại
mức liên kết dữ liệu chúng ta cũng có thể phân chia lưu lượng thành 8 lớp với các
mức ưu tiên tăng dần tương tự như khi sử dụng IP Precedence tại lớp mạng của gói
tin IP.

Bùi Mạnh Nam -Luận văn tốt nghiệp

16


GVHD: TS Hoàng Mạnh Thắng

Hình 4-2 Cấu trúc tag trong khung dữ liệu 802.1Q/p

1.7 Các giải pháp QoS
•

•

•

Cấu trúc Best-Effort: dữ liệu đi vào mạng đều tuân theo quy tắc FIFO.
Không có sự đối xử nào của QoS đối với dữ liệu
Cấu trúc Guaranteed Services: dữ liệu đi qua mạng được dành riêng 1 băng
thông chắc chắn cho dữ liệu. Thực hiện thông qua cơ chế RSVP và CBWFQ
của QoS.
Cấu trúc Differentiated Services: dữ liệu đi vào mạng được phân loại thành
các lớp khác nhau để phân loại cách đối xử của mạng đối với dữ liệu. Thực
hiện thông qua các tool QoS là PQ, CQ, WFQ và WRED.

1.7.1 Quản lý băng thông tĩnh
Giới thiệu
Ngày càng nhiều ứng dụng mới hoạt động trên hạ mạng internet sẵn có. Các
ứng dụng như hội nghị truyền hình, thoại IP (VoIP), đòi hỏi lưu lượng phải đảm bảo
chất lượng dịch vụ. Các yêu cầu này bao gồm băng thông, tỷ lệ mất gói và độ trễ
cho phép. Các thành phần của mạng như bộ định tuyến thực hiện chức năng xử lý
các luồng dữ liệu này có thể chấp nhận hoặc từ chối các luồng dữ liệu theo các điều
kiện định trước. Tiến trình ra quyết định chấp nhận hay từ chối các luồng dữ liệu
mới được gọi là điều khiển lưu lưọng vào. Vậy điều khiển lưu lượng vào giới hạn
tải trên hệ thống hàng đợi bằng cách xác định xem liệu một yêu cầu dịch vụ mới có
thể đáp ứng được không trong khi vẫn đảm bảo không phá vở các cam kết đảm bảo
dịch vụ cho các luồng lưu lưọng đã được thiết lập. Các hệ thống hàng đợi là trung
tâm trong việc cài đặt các dịch vụ mạng có điều khiển QoS.

Bùi Mạnh Nam -Luận văn tốt nghiệp

17


GVHD: TS Hoàng Mạnh Thắng

Hình 4-3 Mô hình quản lý băng thông tĩnh

Quá trình thực hiện cam kết chất lượng dịch vụ đòi hỏi kết hợp các kỹ thuật
điều khiển lưu lượng vào và các kỹ thuật phân phối lưu lượng ra. Điều khiển lưu
lượng vào sẽ điều tiết gói dữ liệu đến giao diện mạng đầu vào. Phân phối lưu lượng
ra định nghĩa quy tắc dịch vụ hàng đợi cho các giao diện mạng đầu ra bao gồm thứ
tự các gói tin được thực sự chuyển đi. Mô hình quản lý băng thông gồm như vậy
được gọi là mô hình quản lý băng thông tĩnh.

1.7.2 Điều khiển lưu lượng vào (Admission Control)
Giải thuật thùng đựng thẻ
Thùng đựng thẻ (Token bucket) là một cơ chế điều khiển lưu lượng vào dựa
trên sự xuất hiện của các thẻ trong thùng (xem hình vẽ). Thùng thẻ chứa các thẻ,
mỗi thẻ đại diện cho một đơn vị lưu lượng theo byte hoặc gói tin. Để truyền một gói
tin, trong thùng sẽ bị rút bớt một lượng thẻ tương ứng. Người quản trị mạng chỉ
định số thẻ cần thiết tương ứng với số byte cần truyền. Khi đủ thẻ trong thùng thì dữ
liệu được cho phép truyền qua, ngược lại nếu không còn thẻ thì dữ liệu sẽ không
được truyền qua. Do đó, một luồng dữ liệu chỉ có thể được truyền ở tốc độ cao nhất
khi đủ thẻ trong thùng.

Bùi Mạnh Nam -Luận văn tốt nghiệp

18

GVHD: TS Hoàng Mạnh Thắng

Hình 4-4 Kỹ thuật thùng đựng thẻ

Giải thuật thùng thẻ được trình bày như sau:
Mỗi thẻ được đưa vào thùng với tốc độ 1/r giây.
•
Thùng chỉ có thể chứa tối đa b thẻ.
•
Một thẻ sẽ bị huỷ bỏ nếu khi thẻ đến gặp lúc thùng đầy.
•
Khi một gói tin n byte truyền đến, n thẻ sẽ được loại khỏi thùng, sau
đó gói tin sẽ được truyền qua.
•
Nếu số thẻ còn trong thùng nhỏ hơn n, gói tin sẽ không được truyền
và được gọi là không đúng điều kiện (non-conformant), thẻ cũng sẽ không bị loại
khỏi thùng.
•

Giải thuật cho phép tốc độ đỉnh tối đa b byte, nhưng tốc độ truyền gói tin
của hệ thống bị giới hạn ở tốc độ r. Các gói tin không đúng điều kiện có thể được xử
lý theo các cách sau:
Có thể bị huỷ
•
Có thể được xếp hàng và chờ cho đến khi đủ thẻ trong thùng
•
Có thể được truyền qua, nhưng được đánh dấu là không đúng điều
kiện, và có thể bị huỷ nếu hệ thống mạng trong tình trạng quá tải.
•

Bùi Mạnh Nam -Luận văn tốt nghiệp

19


GVHD: TS Hoàng Mạnh Thắng

Hình 4-5 Giải thuật thùng đựng thẻ

1.7.3 Điều khiển lưu lượng vào
Nội dung chính của cơ chế điều khiển lưu lượng vào là đảm bảo tài nguyên
mạng không được quá tải. Nói cách khác, nó phải đảm bảo rằng tổng tỷ lệ đăng ký
sử dụng tài nguyên của mọi luồng lưu lưọng truyền qua mọi kết nối mạng là không
lớn hơn dung lượng của kết nối. Phương trình toán học biểu diễn như sau:

Trong đó µ, là dung lượng kết nối tính theo bit/giây (bits/second) và Ri là tỷ
lệ lưu lượng của luồng thứ i.
a. Giải thuật CAR
CAR (Committed Access Rate) là một trong những giải thuật điều khiển
lưu lượng vào phổ biến nhất. Việc cài đặt của CAR bao gồm điều khiển lưu lượng
theo luồng và phân lớp các luồng dựa trên TOS, địa chỉ IP nguồn, đích, giao thức,
chỉ số cổng. Giải thuật CAR được trình bày như sau:

Bùi Mạnh Nam -Luận văn tốt nghiệp

20


GVHD: TS Hoàng Mạnh Thắng

Hình 4-6 Giải thuật CAR

Phân lớp lưu lượng: Dựa vào các điều kiện như IP precedence, DSCP
hay CoS, lưu lượng được chia thành các lớp khác nhau để xử lý.
•
Đo lường lưu lượng: CAR sử dụng giải thuật thùng thẻ trình bày ở
trên để thực hiện việc tính toán tốc độ luồng dữ liệu.
•
Thực thi chính sách: Một chính sách là tổ hợp của nhiều yếu tố bao
gồm:
o
Các lớp lưu lượng tuân theo profile và không tuân theo profile được
CAR xử lý khác nhau.
o
Tốc độ cam kết trung bình xác định tốc độ truyền trung bình. Các
luồng dữ liệu thấp hơn hoặc bằng với tốc độ trung bình được gọi là tuân theo profile
còn nếu lớn hơn thì được gọi là không tuân theo profile.
o
Kích thước đỉnh bình thường xác định đỉnh lưu lượng cho phép trước
khi kiểm tra xem lưu lượng có tuân theo profile hay không.
o
Kích thước đỉnh quá mức, lưu lượng nằm giữa kích thước đỉnh quá
mức và kích thước đỉnh bình thường được gọi là không tuân theo profile.
•

Bùi Mạnh Nam -Luận văn tốt nghiệp

21

GVHD: TS Hoàng Mạnh Thắng

Một tác động là cách đối xử khác nhau giữa các luồng dữ liệu tuân
theo và không tuân theo profile.
o

Tốc độ luồng dữ liệu đo được từ giải thuật thùng thẻ sẽ được phân ra làm
hai loại là phù hợp và vượt ngưỡng. Các chính sách tác động lên gói tin bao gồm:
Tiếp tục, kiểm tra chính sách kế tiếp.
o
Huỷ, huỷ gói tin.
o
Thiết lập IP-Prec và tiếp tục, thiết lập giá trị IP precedence trong
phần mào đầu của gói tin và kiểm tra chính sách kế tiếp.
o
Chuyển tiếp, chuyển gói tin đi tiếp.
o
Thiết lập IP-Prec và chuyển tiếp, thiết lập giá trị IP precedence trong
phần mào đầu của gói tin và chuyển gói tin đi tiếp.
o

1.7.4 Phân phối lưu lượng ra (Scheduling Algorithms)
Cơ sở của việc phân phối lưu lượng ra là cấu trúc hàng đợi. Bộ phân phối
lưu lượng quyết định trật tự ra khỏi hàng của các phần tử trong hàng đợi, vì vậy
chúng liên quan đến việc cấp phát tài nguyên trong các bộ chuyển mạch và định
tuyến, mô hình tổng quát của bộ phân phối lưu lượng ra như trong hình sau:

Hình 4-7 Mô hình phân phối lưu lượng ra

Bùi Mạnh Nam -Luận văn tốt nghiệp

22


GVHD: TS Hoàng Mạnh Thắng

1.7.5 Các thành phần của các giải thuật phân phối lưu lượng ra
Các giải thuật xử lý hàng đợi nhằm đưa ra 3 thông số liên quan đến việc
truyền gói tin sau đây:
•
•
•

Băng thông – dành để truyền gói tin.
Độ ưu tiên – xác định thời điểm truyền các gói tin.
Không gian bộ đệm – nơi huỷ gói tin tại cổng ra.

Khi nghiên cứu việc cấp phát băng thông động, rõ ràng rằng giải thuật phân
phối lưu lượng ra tại cổng vào/ra của bộ định tuyến đóng vai trò quyết định nhất
trong việc cấp phát băng thông cho các luồng hoặc các kết hợp luồng dữ liệu. Trong
nghiên cứu cấp phát băng thông trên kết nối chia sẻ, chúng ta tập trung đến những
nút cổ chai cho các giải pháp yêu cầu trên quản lý lưu lượng luồng dữ liệu. Trên
đường dẫn dữ liệu, các tác vụ tốn nhiều chi phí là phân lớp theo luồng và phân phối
lưu lượng ra. Trên đường dẫn điều khiển, sự phức tạp là bảo trì tính bền vững và
trạng thái động trong môi trường phân tán. Trong các nội dung trên, cách dễ nhất để
giảm độ phức tạp của giải thuật phân phối lưu lượng ra là sự cân nhắc giữa độ phức
tạp và tính linh hoạt của bộ phân phối lưu lượng ra. Vì vậy, công việc của chúng ta
tập trung vào việc cài đặt hiệu quả giải thuật phân phối lưu lượng ra nhằm điều
khiển việc cấp phát băng thông thực sự, yêu cầu mà giải thuật cấp phát băng thông
và không gian bộ đệm tuỳ theo các điều kiện và các yêu cầu QoS của một kết hợp

luồng.
a. Các giải thuật phân phối lưu lượng ra
•
•
•
•
•
•

Hàng đợi FIFO
Hàng đợi ưu tiên (PQ)
Hàng đợi công bằng (FQ)
Hàng đợi theo lớp (CBQ)
Vòng tròn trọng số thâm hụt (DWRR)
Hàng đợi trọng số công bằng (WFQ)

1.7.6 Quản lý băng thông động
a. Yêu cầu phát triển mô hình quản lý băng thông động

Bùi Mạnh Nam -Luận văn tốt nghiệp

23


GVHD: TS Hoàng Mạnh Thắng

Việc triển khai các kỹ thuật quản lý băng thông tĩnh sẽ tăng cường chất
lượng truy nhập mạng, cho phép nhiều ứng dụng với các yêu cầu chất lượng dịch vụ
khác nhau hoạt động đồng thời. Tuy nhiên các kỹ thuật quản lý băng thông tĩnh
luôn tồn tại các hạn chế như sau:

Cấp phát tài nguyên hệ thống một cách cứng nhắc cho các lớp lưu
lượng hay các ứng dụng, mặc dù trong thực tế, yêu cầu băng thông của các ứng
dụng có thể thay đổi theo thời gian. Điều đó dẫn đến việc thừa tài nguyên tại các
thời điểm lưu lượng thấp và thiếu hụt tài nguyên tại các thời điểm lưu lượng cao.
•
Việc cấp phát tài nguyên cứng nhắc cũng dẫn đến sự lảng phí tài
nguyên mạng lưới, tài nguyên quan trọng của mạng lưới (tài nguyên mà chúng ta
đăng xét ở đây là băng thông của hệ thống) không được khai thác tối ưu.
•
Sự bùng nổ các ứng dụng mới trên nền mạng TCP/IP làm cho việc
khai báo mô tả lưu lượng trở nên rất phức tạp, điều này trở nên đặc biệt khó khăn
trong môi trường mạng internet.
•

Để khắc phục các hạn chế này, chúng tôi đang nghiên cứu một mô hình
quản lý băng thông mới với các kỹ thuật quản lý băng thông linh hoạt hơn nhằm
tăng cường hiệu quả của hệ thống. Mô hình quản lý băng thông này được gọi là mô
hình quản lý băng thông động hay còn gọi là mô hình quản lý băng thông thích
nghi.
b. Giới thiệu mô hình quản lý băng thông động
Mô hình quản lý băng thông động mà chúng tôi nghiên cứu hoạt động theo
nguyên lý của hệ thống phản hồi mạch đóng (xem hình vẽ). Thành phần chính của
hệ thống tương tự như trong mô hình quản lý băng thông tĩnh bao gồm bộ điều
khiển lưu lượng vào và bộ phân phối lưu lượng ra. Ở đây, chúng ta tập trung nghiên
cứu giải pháp quản lý băng thông tại các bộ định tuyến nhằm cấp phát tài nguyên
cho các gói tin đến theo các ràng buộc QoS, điều kiện lưu lượng hiện tại và băng
thông sẵn sàng tại cổng vào/ra của bộ định tuyến. Với hệ thống được thiết kế như
trên, chúng ta cần phải tính toán các tham số phản hồi của hệ thống, kết hợp với các
tham số đầu vào để áp dụng vào điều khiển một cách linh hoạt lưu lượng đầu vào
cũng như phân phối lưu lượng hướng ra.

Bùi Mạnh Nam -Luận văn tốt nghiệp

24


GVHD: TS Hoàng Mạnh Thắng

Hình 4-8 Mô hình quản lý băng thông động

1.8. Mô phỏng về webserver bằng omnest4.0 chạy trên cả linux và
windown
Trong mã nguồn mở lập trình nhiều ngôn ngữ c, c++, java, …vỏ shell là
thực hiện các lệnh do nhân, để viết thêm dùng ngôn ngữ perl
Các chương trình ứng dụng được phát triển kể mysql, omnet, gfarm qua
ngôn ngữ lập trình đa số viết C, C++
Đa số viết ngôn ngữ C, C++ cơ bản và chung ngôn ngữ lập trình
Nói chung về ngôn ngữ lập trình
- Các khai báo biến như biến kiểu long, int, …biến cục bộ hàm, thủ tục, biến
toàn cục
- Các câu lệnh if, for, while, repeat, …
- Các phép toán hạng +, - ,*, /…
- Chương trình chình, chương trình con.
- Các giải thuật thực hiện chương trình
- Thư viện có sẵn, thư viện tự tạo thêm. Thư viện mạng các socket
- Con trỏ

Bùi Mạnh Nam -Luận văn tốt nghiệp

25