Bài tập lớn mạng máy tính mô PHỎNG điều KHIỂN LUỒNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỂN THÔNG
----------

BÁO CÁO
MÔ PHỎNG ĐIỀU KHIỂN LUỒNG
TRONG GIAO THỨC TCP/IP

Hà Nội, 12/2017


Điều khiển lưu lượng trong giao thức TCP

MỤC LỤC
MỤC LỤC..................................................................................................................... 2
DANH MỤC HÌNH ẢNH............................................................................................4
LỜI MỞ ĐẦU...............................................................................................................5
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG.............................................................................7
1.1. Sự ra đời và phát triển của mạng Internet...........................................................7
1.2. Mô hình tham chiếu OSI và TCP/IP...................................................................8
1.2.1. Mô hình tham chiếu OSI..............................................................................8
1.2.2. Mô hình tham chiếu TCP/IP.......................................................................11
1.3. Vấn đề tắc nghẽn và sự cần thiết của cơ chế điều khiển lưu lượng...................13
1.3.1. Hiện tượng tắc nghẽn.................................................................................13
1.3.2. Khái niệm điều khiển lưu lượng.................................................................15
1.3.3. Khái niệm điều khiển tắc nghẽn.................................................................16
1.3.4. Các cơ chế điều khiển lưu lượng và điều khiển tắc nghẽn.........................16
1.3.5. Cách thực hiện cơ chế điều khiển lưu lượng..............................................24
1.4. Cơ chế điều khiển lưu lượng bằng cửa sổ trượt................................................25
CHƯƠNG 2. ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG TRONG GIAO THỨC TCP...................30
2.1. Tìm hiểu về giao thức TCP...............................................................................30

2.1.1. Cách thức truyền dữ liệu qua giao thức TCP..............................................31
2.2.2. Cấu trúc gói tin TCP..................................................................................32
2.2.3. Thiết lập và kết thúc kết nối TCP...............................................................35
2.2. Sự kiện tắc nghẽn đầu tiên trên Internet và đề xuất của Jacobson về nguyên lý
“bảo toàn gói tin”....................................................................................................37
2.2.1. Sự kiện tắc nghẽn đầu tiên trên Internet.....................................................37
2.2.2. Nguyên lý bảo toàn gói tin.........................................................................38
2.3. Các cơ chế điều khiển lưu lượng trong giao thức TCP.....................................40
2.3.1. Một số cơ chế điều khiển lưu lượng trong giao thức TCP..........................40
2.3.2. Việc áp dụng cơ chế điều khiển lưu lượng trong phiên bản TCP đầu tiên. .44
2.4. Các cơ chế thực thi TCP...................................................................................51
Page | 2


Điều khiển lưu lượng trong giao thức TCP
2.4.1. Việc áp dụng cơ chế điều khiển lưu lượng trong phiên bản TCP đầu tiên là:
Tahoe TCP...........................................................................................................51
2.4.2. Các cải tiến của giao thức TCP..................................................................54
CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT CỦA TCP BẰNG BỘ MÔ
PHỎNG MẠNG NS2..............................................................................................62
3.1. Giới thiệu về bộ mô phỏng mạng NS2 (Network Simulator Version 2)............62
3.2. Thí nghiệm mô phỏng và kết quả đạt được.......................................................65
3.2.1. Thí nghiệm mô phỏng................................................................................65
3.2.2. Nhận xét và kết luận...................................................................................67
KẾT LUẬN.................................................................................................................69

Page | 3


Điều khiển lưu lượng trong giao thức TCP

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1. Mô hình tham chiếu OSI...................................................................................9
Hình 2. Mô hình tham chiếu OSI và TCP/IP................................................................12
Hình 3. Các giao thức và các mạng trong mô hình TCP/IP ban đầu...........................13
Hình 4. Sự xuất hiện tắc nghẽn trong mạng.................................................................14
Hình 6. Ảnh hưởng của một lỗi khi kích thước cửa sổ của người nhận là 1................21
Hình 7. Ảnh hưởng của một lỗi khi kích thước cửa sổ người nhận là lớn....................22
Hình 8. Điều khiển lưu lượng bằng cửa sổ trượt, biên nhận từng gói số liệu..............27
Hình 9. Điều khiển lưu lượng bằng cửa sổ trượt. Kích thước cửa sổ nhận và gửi ban
đầu bằng 3............................................................................................................... 28
Hình 10. Điều khiển lưu lượng bằng cửa sổ trượt, kích thước cửa sổ W=3................29
Hình 11. Hoạt động của giao thức TCP.......................................................................31
Hình 12. Cấu trúc gói tin TCP với phần tiêu đề giả.....................................................32
Hình 13. Cấu trúc gói tin TCP.....................................................................................33
Hình 14. Nguyên lý bảo toàn các gói tin trong điều khiển lưu lượng TCP..................38
Hình 15. Xác định thời gian khứ hồi RTT....................................................................41
Hình 16. Hoạt động của thuật toán Slow Start............................................................45
Hình 17. Hoạt động của Slow Start.............................................................................46
Hình 18. Hoạt động kết hợp của Slow Start và Congestion Avoidance........................49
Hình 19. Hoạt động của Tahoe TCP............................................................................52
Hình 20. Tahoe TCP với một gói tin bị loại bỏ............................................................52
Hình 21. Hoạt động chi tiết của Tahoe TCP với một gói tin bị loại bỏ........................54
Hình 22. Hoạt động của Reno TCP.............................................................................55
Hình 23. Reno TCP với một gói tin bị loại bỏ..............................................................56
Hình 24. Hoạt động chi tiết của Reno TCP với một gói tin bị loại bỏ..........................57
Hình 25. Hoạt động của New Reno TCP, trường hợp có ba gói số liệu bị loại bỏ.......58
Hình 26. Hoạt động của SACK TCP, trường hợp có ba gói số liệu bị mất...................59
Hình 27. Hình thể hiện của NAM (Network Animator)................................................63
Hình 28. Hoạt động của NS dưới góc nhìn của người sử dụng....................................63

Page | 4


Điều khiển lưu lượng trong giao thức TCP
Hình 29. Cấu trúc một trace file..................................................................................64
Hình 30. Chi tiết topo của mạng mô phỏng.................................................................65
Hình 31. Mô phỏng giao thức TCP..............................................................................66
Hình 32. Mô phỏng giao thức UDP.............................................................................66

LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, khắp mọi nơi trên thế giới, Internet đã mang lại lợi ích cực kỳ to
lớn cho xã hội loài người. Các công ty và các tổ chức đang thấy được khả năng tăng
năng suất và hiệu quả bằng việc đầu tư mạnh các hoạt động trên mạng Internet. Sự
phát triển và thay đổi mạnh mẽ của công nghệ Internet, đã tạo ra sự gia tăng nhanh,
phức tạp và đa dạng của các ứng dụng truyền thông.
Trong trao đổi thông tin, khi phía phát truyền dữ liệu đến phía thu thì dữ liệu
đầu tiên được được lưu trong bộ đệm phía thu. Dữ liệu trong bộ đệm này sau khi
được xử lý và chuyển lên các lớp phía trên thì sẽ được xóa đi, để dành bộ đệm cho
các dữ liệu kế tiếp
Trên thực tế trao đổi thông tin trong mạng, có thể xảy ra tình trạng phía phát
truyền dữ liệu với tốc dộ cao hơn khả năng xử lý xủa phía thu, đẫn đến bộ đệm của
phía thu sẽ dần đầy và bị tràn. Trong trường hợp này, phía thu không thể nhận thêm
các gói dữ liệu từ phía phát dẫn đến việc phía phát phải thực hiện truyền lại dữ liệu,
gây lãng phí băng thông trên đường truyền. Nhằm giảm thiểu việc phải truyền lại
thông tin vì mất gói do tràn hàng đợi, cần có cơ chế thực hiện kiểm soát và điều khiển
lưu lượng thông tin cần.
Như vậy, vấn đề điều khiển lưu lượng trên mạng để tránh tắc nghẽn và sử
dụng hữu hiệu tài nguyên mạng càng trở lên hết sức quan trọng và cần thiết để đáp
ứng được yêu cầu truyền thông của người dùng. Mục đích của đề tài là nghiên cứu cơ
chế điều khiển trong giao thức TCP từ đó đưa ra các biện pháp thực thi nhằm làm

tăng hiệu suất sử dụng mạng thông qua cơ chế điều khiển lưu lượng và điều khiển tắc
nghẽn. Để thực hiện được mục đích đó, chúng em sẽ nghiên cứu về một số vấn đề
liên quan trực tiếp đó là:

Page | 5


Điều khiển lưu lượng trong giao thức TCP
 Tìm hiểu về cơ chế điều khiển lưu lượng và điều khiển chống tắc nghẽn trong
giao thức TCP
 Việc áp dụng các cơ chế đó trong các phiên bản TCP.
 Mô phỏng để đánh giá các giải pháp điều khiển trong cơ chế TCP.
Với khả năng còn hạn chế cũng như thời gian hạn hẹp, chắc chắn báo cáo này
còn nhiều điều thiếu sót, chưa hoàn thiện. Kính mong sự đóng góp ý kiến và giúp đỡ
của quý thầy cô và các bạn.

Nhóm sinh viên

Page | 6


Điều khiển lưu lượng trong giao thức TCP

CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG
1.1. Sự ra đời và phát triển của mạng Internet
Nguồn gốc đầu tiên của Internet là hệ thống mạng máy tính của bộ quốc
phòng Mỹ, có tên gọi là mạng Arpanet. Đó là một mạng thí nghiệm được thiết kế và
đưa vào sử dụng năm 1969 để tạo điều kiện thuận lợi cho việc hợp tác khoa học trong
các công trình nghiên cứu quốc phòng. Arpanet đã nêu cao triết lý truyền thông bình
đẳng (peer-to-peer), trong đó mỗi máy tính của hệ thống đều có khả năng “nói

chuyện” với bất kỳ máy tính thành viên nào khác. Bất kỳ mạng máy tính nào dựa trên
cơ sở thiết kế của Arpanet đều được mô tả như một tập hợp các trung tâm điện toán tự
quản, mang tính địa phương và tự điều hành, chúng được liên kết dưới dạng “vô
chính phủ nhưng có điều tiết”. Sự phát triển thiết kế của mạng Arpanet đơn thuần chỉ
do những yêu cầu về quân sự: mạng này phải có khả năng chống lại một cuộc tấn
công có thể vô hiệu hoá một số lớn các trạm thành viên của nó. Mạng Internet nguyên
thuỷ được thiết kế nhằm mục đích phục vụ việc cung cấp thông tin cho thế giới khoa
học, nên công nghệ của nó cho phép mọi hệ thống đều có thể liên kết với nó thông
qua một cổng điện tử. Theo cách đó, có hàng ngàn hệ máy tính hợp tác, cũng như
nhiều hệ thống dịch vụ thư điện tử có thu phí, như MCI và Compuserve chẳng hạn,
đã trở thành thành viên của Internet. Cũng từ đó hệ thống Internet ra đời, gồm các
mạng máy tính được liên kết với nhau trên phạm vi toàn thế giới, tạo điều kiện thuận
lợi cho các dịch vụ truyền thông dữ liệu, đăng nhập từ xa, truyền các tệp tin, thư tín
điện tử và các nhóm thông tin…Ở một khía cạnh nào đó, có thể coi Internet là một
phương pháp ghép nối các mạng máy tính hiện hành, phát triển rộng rãi tầm hoạt
động của từng hệ thống thành viên. Với hơn hai triệu máy chủ phục vụ chừng vài
trăm triệu người dùng, mạng Internet đang phát triển với tốc độ bùng nổ, và việc sử
dụng Internet đã đang trở thành phổ biến trong cuộc sống hiện nay.
Mạng Arpanet có ảnh hưởng lớn đến sự tiến hoá của các mạng thương mại,
mô hình tham chiếu được sử dụng trong mạng Arpanet là tiền thân của tất cả các
mạng máy tính, kể cả mạng Internet ra đời sau này. Về sau, khi các mạng vệ tinh và
vô tuyến ra đời và kết nối vào Arpanet thì các giao thức sử dụng trong Arpanet không
Page | 7


Điều khiển lưu lượng trong giao thức TCP
đáp ứng được yêu cầu liên mạng, do đó cần phải có các mô hình kiến trúc mới, có
khả năng liên kết nhiều mạng với nhau một cách trong suốt. Kiến trúc này được gọi là
mô hình tham chiếu TCP/IP, tên này được đặt theo tên của hai giao thức cơ bản của
nó là TCP và IP.

1.2. Mô hình tham chiếu OSI và TCP/IP
Việc xây dựng hệ thống phần mềm để kết nối các máy tính thành một mạng
nhỏ và kết nối các mạng nhỏ thành một mạng toàn cầu như Internet là một bài toán
rất phức tạp, để thực hiện công việc phức tạp này, người ta chia hệ thống phần mềm
thành các lớp, hay tầng (Layer) theo một số nguyên tắc nhất định và khoa học. Các
lớp này chỉ tương tác với các lớp trên và dưới của nó. Trong các mạng khác nhau, số
tầng, tên các tầng, nội dung của các tầng và chức năng của các tầng có thể khác nhau;
tuy nhiên, mục đích của mỗi tầng là sử dụng các dịch vụ do các tầng dưới cung cấp,
để cung cấp những dịch vụ nhất định cho các tầng cao hơn, sao cho các tầng này khi
sử dụng các dịch vụ của nó, không cần phải quan tâm tới các thao tác chi tiết mà các
dịch vụ phải thực hiện. Để các mạng máy tính khác nhau có thể truyền thông với
nhau, chúng cần tuân theo các chuẩn. Người ta đã xây dựng nên các chuẩn như vậy,
chúng còn được gọi là mô hình tham chiếu, làm cơ sở chung cho các nhà thiết kế dựa
vào khi thiết kế mạng. Hai mô hình mạng phổ biến sử dụng các lớp là mô hình OSI
(Open System Interconnection) và mô hình TCP/IP sẽ được trình bày dưới đây.

1.2.1. Mô hình tham chiếu OSI
Thời kỳ đầu khi thiết kế mạng, các nhà thiết kế tự do lựa chọn kiến trúc cho
riêng mình. Từ đó dẫn đến tình trạng không tương thích giữa các mạng máy tính với
nhau, như về phương pháp truy nhập đường truyền khác nhau, sử dụng họ giao thức
khác nhau,…vấn đề không tương thích đó làm trở ngại cho sự tương tác giữa những
người sử dụng mạng khác nhau. Nhu cầu trao đổi thông tin càng lớn, nó càng thúc
đẩy việc xây dựng khung chuẩn về kiến trúc mạng để làm căn cứ cho các nhà thiết kế
và chế tạo thiết bị mạng.
Chính vì lý do đó tổ chức tiêu chuẩn hoá quốc tế ISO (International
Organization for Standardization) đã lập ra (vào năm 1977) một tiểu ban nhằm phát
Page | 8

Điều khiển lưu lượng trong giao thức TCP
triển một khung chuẩn như thế. Kết quả là năm 1984, ISO đã xây dựng và công bố
mô hình tham chiếu cho việc kết nối các hệ thống mở OSI (reference model for Open
Systems Interconnection). Mô hình này cung cấp các đại lý với các chuẩn đảm bảo
tạo ra tính tương thích và hoạt động giao tiếp giữa các loại công nghệ mạng khác
nhau đã được giới thiệu bởi nhiều công ty trên toàn thế giới. Mô hình OSI định nghĩa
các chức năng của mạng ở mỗi lớp cũng như quan hệ giữa các lớp. Quan trọng hơn,
nó là một cái khuôn mẫu thuận tiện cho việc hiểu được cách thông tin truyền qua
mạng. Hơn nữa, mô hình OSI mô tả cách thức mà thông tin, hay cụ thể hơn là các gói
dữ liệu, truyền từ các chương trình ứng dụng (như bảng tính và các tài liệu) qua một
phương tiện mạng (như các dây dẫn) tới chương trình ứng dụng khác ở trong một
máy tính trên một mạng khác, thậm chí nếu người gửi và người nhận có các loại
phương tiện mạng khác nhau. Mô hình OSI có bảy tầng được minh hoạ trên hình 1
như sau:

Hình 1. Mô hình tham chiếu OSI

Mỗi tầng của mô hình OSI có một bộ các chức năng mà nó phải thi hành đối
với các gói dữ liệu để truyền từ một nguồn tới một đích trên mạng. Sau đây là chi tiết
chức năng của mỗi tầng:
Tầng vật lý (Physical layer): Tầng vật lý giải quyết các vấn đề ghép nối cơ khí, điện
và giao thức để có thể khởi tạo, duy trì và kết thúc các liên kết vật lý giữa các thiết bị
Page | 9


Điều khiển lưu lượng trong giao thức TCP
truyền thông. Tầng này liên quan đến việc truyền dòng bit giữa các máy bằng kênh
truyền thông vật lý, không xét đến ý nghĩa và cấu trúc của dòng bit.
Tầng liên kết dữ liệu (Data Link layer): Nhiệm vụ chính của tầng này là cung cấp
đường truyền tin cậy của dữ liệu qua kết nối vật lý. Để làm được điều này, lớp liên

kết dữ liệu được liên quan với địa chỉ vật lý, tô-pô mạng, truy cập mạng, khai báo lỗi,
đảm bảo việc biến đổi các tin dạng bits nhận được từ lớp dưới (lớp vật lý) sang khung
số liệu, và điều khiển lưu lượng. Ví dụ các giao thức ở lớp hai bao gồm: Ethernet,
Token Ring, ISDN, PPP và Frame Relay.
Tầng mạng (Network layer): Đảm bảo việc chuyển chính xác số liệu giữa các thiết bị
cuối trong mạng, nó đảm bảo việc tìm đường tối ưu cho các gói dữ liệu bằng các giao
thức chọn đường, điều khiển lưu lượng số liệu trong mạng để tránh xảy ra tắc nghẽn
bằng cách chọn các chiến lược tìm đường khác nhau. Hơn nữa, tầng mạng liên quan
đến địa chỉ lô-gíc. Ví dụ các giao thức tầng 3 là: IP, IPX, và Appletalk.
Tầng giao vận (Transport layer) :Thực hiện vận chuyển các phân đoạn dữ liệu của
lớp Transport từ hệ thống máy gửi đến hệ thống máy nhận và tập hợp lại thành một
luồng dữ liệu trong hệ thống máy người nhận. Đường biên giới giữa lớp Transport và
lớp phiên có thể coi như là đường biên giới giữa các giao thức ứng dụng và các giao
thức vận chuyển lưu lượng dữ liệu. Ngược lại các tầng: ứng dụng, trình bày, phiên là
liên quan với các ứng dụng, bốn tầng thấp nhất liên quan với việc vận chuyển dữ liệu.
Tầng Transport cố gắng cung cấp dịch vụ truyền dữ liệu tin cậy giữa hai máy của
người gửi và người nhận qua mạng. Ví dụ các giao thức tầng 4 như: TCP, UDP và
SPX.
Tầng phiên (Session layer): Đảm bảo việc liên kết giữa hai thực thể có nhu cầu trao
đổi số liệu, ví dụ như người dùng và một máy tính ở xa, được gọi là một phiên làm
việc. Nó quản lý việc trao đổi số liệu, như thiết lập giao diện giữa người dùng và máy,
xác định thông số điều khiển trao đổi số liệu, v.v.
Tầng trình bày dữ liệu (Presentation layer). Đảm bảo việc thích ứng các cấu trúc dữ
liệu khác nhau của người dùng với cấu trúc dữ liệu thống nhất sử dụng trong mạng.
Nó có chứa các thư viện các yêu cầu của người dùng, thư viện tiện ích, v.v.

Page | 10


Điều khiển lưu lượng trong giao thức TCP

Tầng Ứng dụng (Application layer). Đảm bảo việc cung cấp các phương tiện để
người sử dụng có thể truy nhập được vào môi trường OSI. Ví dụ về các giao thức
tầng ứng dụng: Telnet và HTTP, .v.v.
Truyền dữ liệu trong mô hình OSI: Khi ứng dụng X trên một máy tính cần
gửi dữ liệu cho ứng dụng Y trên một máy tính khác trên mạng, nó sẽ trao dữ liệu cho
tầng ứng dụng, tầng ứng dụng có thể gắn thêm một khối dữ liệu có cấu trúc xác định,
gọi là header, vào đầu gói số liệu của nó rồi gửi xuống tầng trình bày dữ liệu. Tầng
trình bày dữ liệu có thể chuyển đổi gói số liệu này theo các cách khác nhau và có thể
bổ sung header của nó rồi gửi kết quả xuống tầng phiên bên dưới. Đối với tầng này,
nó không phân biệt header của tầng trên với dữ liệu trong gói số liệu mà nó nhận
được. Quá trình này cứ tiếp tục cho tới khi dữ liệu truyền xuống tầng vật lý, tại đó dữ
liệu mới thực sự được truyền tới máy nhận. Tại máy nhận, các header lần lượt được
tách ra và loại bỏ khi gói số liệu đi qua các tầng từ dưới lên trên, cho tới khi nó đi đến
ứng dụng Y. Tầng nào phát hiện ra lỗi thì yêu cầu phát lại ngay tại tầng đó.

1.2.2. Mô hình tham chiếu TCP/IP
Mặc dù mô hình OSI được thừa nhận là đẹp và hợp lý về mặt mô hình, nhưng
thực tế có một chuẩn khác mang tính kỹ thuật và được sử dụng trên Internet là
TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol). Họ giao thức TCP/IP cung
cấp phương tiện truyền thông liên mạng được hình thành từ những năm 70. Do vậy,
chúng ta cần phải đặc biệt quan tâm tới các kết nối TCP trong việc điều khiển lưu
lượng. Khác với mô hình ISO/OSI, tầng mạng trong mô hình TCP/IP sử dụng giao
thức liên mạng “không kết nối” (connectionless) IP, tạo thành hạt nhân hoạt động của
Internet. Cùng với các thuật toán định tuyến RIP, OSPF, BGP, tầng liên mạng IP cho
phép kết nối một cách mềm dẻo và linh hoạt các loại mạng vật lý khác nhau, như:
Ethernet, Token Ring, X.25, v.v.
Giao thức trao đổi dữ liệu “có kết nối” (connection-oriented) TCP được sử
dụng ở tầng giao vận để đảm bảo tính chính xác và tin cậy việc trao đổi dữ liệu dựa
trên kiến trúc kết nối “không kết nối” ở tầng mạng IP.

Page | 11


Điều khiển lưu lượng trong giao thức TCP
Các giao thức hỗ trợ ứng dụng phổ biến như, truy nhập từ xa (Telnet), chuyển
tệp (FTP), dịch vụ World Wide Web (HTTP), thư điện tử (SMTP),v.v. Ngày càng
được cài đặt phổ biến như những bộ phận cấu thành của các hệ điều hành thông dụng.
Hình 2 sau đây trình bày hai mô hình tham chiếu TCP/IP và OSI để tiện so sánh.

Hình 2. Mô hình tham chiếu OSI và TCP/IP

Sau đây là chi tiết các tầng trong mô hình TCP/IP:
Tầng Internet :Tầng Internet đôi khi được gọi là tầng IP, có chức năng tương tự tầng
mạng trong mô hình OSI. Nhiệm vụ của tầng Internet là định tuyến gói số liệu, điều
khiển lưu lượng và điều khiển tắc nghẽn. Mỗi gói số liệu có thể đi đến đích theo các
con đường khác nhau; tại đích, thứ tự nhận các gói số liệu có thể khác với thứ tự lúc
chúng được phát đi từ nguồn, do đó tầng giao vận trên nó giải quyết vấn đề thứ tự các
gói số liệu. Tầng Internet định nghĩa một khuôn dạng gói số liệu và giao thức chính là
giao thức IP.
Tầng giao vận: Tầng này phải được thiết kế sao cho các thực thể ngang hàng ở máy
nguồn và máy đích có thể truyền thông với nhau, tương tự như trong mô hình OSI. Tại
tầng này, người ta định nghĩa hai giao thức kiểu đầu cuối - đầu cuối (end-to-end) là
TCP và UDP.
o TCP là giao thức hướng kết nối, bảo đảm, nó vận chuyển dòng byte sinh ra
từ máy (nguồn) tới một máy tuỳ ý khác (đích) trong liên mạng mà không có
lỗi. TCP phân mảnh dòng byte từ các tầng trên đi xuống thành các gói số liệu
riêng biệt rồi chuyển từng gói số liệu này xuống cho tầng Internet. Tại máy
đích, tiến trình TCP nhận và thực hiện lắp ráp các gói số liệu nhận được lại
thành dòng byte rồi chuyển lên tầng trên. TCP cũng có các chức năng điều

Page | 12


Điều khiển lưu lượng trong giao thức TCP
khiển lưu lượng và điều khiển tắc nghẽn. Các chức năng này sẽ được nghiên
cứu phần sau trong tài liệu này.
o UDP là giao thức không hướng kết nối, không bảo đảm (không có sự biên
nhận cho gói số liệu UDP), dành cho các ứng dụng không muốn sử dụng các
chức năng điều khiển lưu lượng và phân phát các gói số liệu đúng thứ tự của
TCP mà muốn tự cung cấp các chức năng này. UDP được sử dụng rộng rãi
trong các ứng dụng kiểu dùng một lần, khách/chủ và các ứng dụng trong đó
việc phân phát tin nhanh chóng quan trọng hơn việc phân phối tin chính xác.
Mối quan hệ giữa IP, TCP và UDP được thể hiện trên hình 3 sau:

Hình 3. Các giao thức và các mạng trong mô hình TCP/IP ban đầu

Tầng ứng dụng: Tầng ứng dụng thực chất là tầng hỗ trợ ứng dụng, tầng này chứa tất
cả các giao thức bậc cao, hỗ trợ cho các ứng dụng. Trong các mô hình đầu tiên, tầng
này bao gồm các giao thức Telnet (Virtual Terminal Protocol), FTP và SMTP v.v.
Tầng host-to-network: Bên dưới tầng Internet là một khoảng trống lớn, mô hình tham
chiếu TCP/IP thực tế hầu như không nói gì về tầng này. Ngoài việc chỉ ra rằng máy
tính (host) phải nối với mạng bằng cách sử dụng một số giao thức để có thể gửi các gói
số liệu IP đi trên mạng. Tầng này không được định nghĩa và nó khác nhau trên các
máy tính khác nhau cũng như trên các mạng khác nhau.

Page | 13


Điều khiển lưu lượng trong giao thức TCP

1.3. Vấn đề tắc nghẽn và sự cần thiết của cơ chế điều khiển lưu
lượng
1.3.1. Hiện tượng tắc nghẽn
Trong mạng máy tính, tắc nghẽn xảy ra khi số lượng gói số liệu đến nút mạng
vượt quá khả năng xử lý của nó hoặc vượt quá khả năng vận tải của các đường truyền
đi ra, điều đó dẫn đến việc thông lượng của mạng bị giảm đi khi lưu lượng đến mạng
tăng lên. Hiện tượng tắc nghẽn có thể xảy ra ở một hoặc một số nút mạng, hay trên
toàn mạng và được miêu tả trên hình 4 như sau:

Hình 4. Sự xuất hiện tắc nghẽn trong mạng

Khi số lượng gói số liệu đến mạng còn tương đối nhỏ, nằm trong khả năng
vận tải của nó, chúng sẽ được phân phát đi hết, số lượng gói số liệu được chuyển đi tỉ
lệ thuận với số lượng gói số liệu đến mạng. Do luôn có một tỉ lệ gói số liệu phải phát
lại do bị lỗi trong quá trình vận chuyển, lưu lượng mà mạng thực sự phải vận chuyển
nhìn chung lớn hơn lưu lượng đi qua mạng (thông lượng).
Khi lưu lượng đến cao quá một mức nào đó, các nút mạng không còn đủ khả
năng chứa và chuyển tiếp các gói số liệu, do đó các nút mạng bắt đầu phải loại bỏ các
gói số liệu. Bên gửi sẽ phát lại các gói số liệu không được biên nhận sau một khoảng
thời gian nhất định, gọi là timeout (thời gian chờ). Nếu lưu lượng đến mạng tiếp tục
tăng lên nữa, tỉ lệ gói số liệu phát lại trên tổng số gói số liệu trong mạng có thể tăng
đến 100%, nghĩa là không có gói số liệu nào được phân phát đi cả, thông lượng của
mạng giảm xuống bằng không, mạng bị nghẹt hoàn toàn.

Page | 14


Điều khiển lưu lượng trong giao thức TCP
Sự tắc nghẽn có thể do một số yếu tố dẫn đến. Nếu bỗng nhiên dòng các gói
tin đi đến trên hai hoặc ba lối vào của một nút mạng đều cần cùng một đường đi ra,

một hàng đợi sẽ hình thành. Nếu nút mạng không có đủ bộ nhớ để lưu tất cả chúng,
các gói tin bắt đầu bị mất đi. Việc bổ sung thêm bộ nhớ trong một chừng mực nào đó
là có ích, tuy nhiên Nagle (1987) đã chỉ ra rằng nếu một Router có một lượng bộ nhớ
vô hạn thì vấn đề tắc nghẽn trở lên tồi tệ hơn chứ không tốt hơn lên, bởi vì vào lúc
các gói tin đi lên đến đầu hàng đợi thì chúng đã bị timeout (liên tiếp) mất rồi, và các
bản sao của chúng đã được gửi đi. Tất cả các gói tin này sẽ được gửi đi tới Router
tiếp theo, làm tăng thêm tải cho mọi con đường tới đích. Các bộ vi xử lý chậm cũng
gây ra tắc nghẽn. Nếu CPU của một Router chạy chậm khi thực hiện nhiệm vụ kế
toán (bookeeping) của nó (queueing buffers, updating tables..), các hàng đợi có thể
trở thành lớn hơn, mặc dù vậy có sự vượt quá mức độ (excess) của dung lượng hàng
đợi. Tương tự, các đường truyền có dải thông thấp cũng có thể gây ra tắc nghẽn. Việc
nâng cấp đường truyền nhưng không đổi bộ xử lý hoặc ngược lại đôi khi cũng cải
thiện được tình hình chút ít, nhưng thường là chỉ làm dời điểm tắc nghẽn đi mà thôi.
Tương tự như vậy, việc nâng cấp từng phần chứ không nâng cấp toàn bộ hệ thống
thường cũng chỉ cải thiện được phần đó mà toàn bộ hệ thống ít được cải thiện.
Tắc nghẽn có khuynh hướng tự nó làm gia tăng. Nếu một Router không có bộ
nhớ đệm trống, nó sẽ phải lờ các gói tin mới đi đến. Khi một gói tin bị loại bỏ, Router
gửi sẽ bị timeout và sẽ phát lại gói tin đó, việc phát lại có thể xảy ra nhiều lần. Bởi vì
nó không được phép vứt bỏ các gói tin trong bộ đệm khi chưa nhận được biên nhận,
nên sự tắc nghẽn ở bên nhận bắt buộc bên gửi nén lại (refrain) việc giải phóng bộ
đệm mà lẽ ra được giải phóng. Theo kiểu như vậy, sự tắc nghẽn quay ngược trở lại
phía bên gửi, giống như những chiếc ô tô đi tới quầy thu lệ phí giao thông bị ùn lại
thành một hàng dài dần về phía chúng đã từ đó đi đến.

1.3.2. Khái niệm điều khiển lưu lượng
Một vấn đề đặt ra là phải làm gì với một người gửi luôn muốn truyền các gói
tin nhanh hơn tốc độ mà người nhận có thể nhận được. Tình huống này rất dễ xảy ra
khi người gửi đang chạy một một máy tính tốc độ cao hoặc tải nhẹ, còn người nhận
đang chạy một máy tốc độ thấp hoặc tải nặng. Người gửi cứ tiếp tục bơm các gói tin
Page | 15

Điều khiển lưu lượng trong giao thức TCP
ra với tốc độ cao cho tới khi người nhận hoàn toàn bị lụt. Ngay cả khi việc truyền tin
không có lỗi, tại một thời điểm nhất định nào đó người nhận sẽ không có khả năng
quản lý các gói tin khi chúng đi đến và sẽ bắt đầu làm mất một số gói tin. Điều rõ
ràng là cần phải làm một việc gì đó để tình huống này không xảy ra.
Giải pháp thông thường là đưa vào sự kiểm soát lưu lượng (Flow Control) để
điều tiết người gửi, làm cho người gửi không gửi nhanh hơn mức mà người nhận có
thể xử lý được. Việc điều tiết này thường cần một kiểu nào đó của cơ chế phản hồi,
sao cho bên gửi có thể nhận thấy được bên thu có thể chạy theo kịp mình hay không.
Người ta đã biết đến nhiều giải pháp (scheme) điều khiển lưu lượng khác
nhau, nhưng phần lớn trong chúng là sử dụng cùng một nguyên lý cơ sở. Giao thức
chứa các quy tắc được định nghĩa rõ ràng về việc khi nào bên gửi có thể truyền đi các
gói tin tiếp theo. Các quy tắc này thường không cho phép gửi các gói tin khi mà bên
nhận chưa cho phép một cách trực tiếp hoặc gián tiếp. Thí dụ, khi một kết nối được
thiết lập, bên nhận có thể nói: “bây giờ anh có thể gửi cho tôi n gói tin, nhưng sau khi
gửi chúng đi, đừng có gửi thêm nữa khi mà tôi chưa bảo anh gửi tiếp”.
Để đảm bảo việc truyền thông trên mạng được trong suốt, người ta đưa ra
một số thuật toán giúp cho mạng lưu thông liên tục, đồng thời tăng hiệu suất hoạt
động của mạng lên cao nhất. Đó chính là phương pháp điều khiển lưu lượng, là cách
phòng để tránh xảy ra tắc nghẽn mạng.
Nói chung điều khiển lưu lượng liên quan tới việc vận chuyển kiểu point-topoint giữa một người gửi đã biết nào đó với một người nhận. Công việc của nó là
đảm bảo rằng bên gửi tốc độ nhanh không thể tiếp tục truyền dữ liệu nhanh hơn mức
mà bên nhận có thể tiếp thu được. Điều khiển lưu lượng hầu như luôn luôn liên quan
tới một sự phản hồi trực tiếp nào đó từ phía người nhận tới phía người gửi để báo cho
người gửi về công việc đang được làm ở bên người nhận như thế nào.

1.3.3. Khái niệm điều khiển tắc nghẽn
Như trên ta đã thấy, hiện tượng tắc nghẽn làm giảm hiệu suất sử dụng mạng,

thậm chí có thể làm cho mạng hoàn toàn bị nghẹt, không hoạt động được. Vậy phải
có phương pháp như thế nào đó để tránh được các tắc nghẽn.
Page | 16


Điều khiển lưu lượng trong giao thức TCP
Nói chung điều khiển tắc nghẽn (Congestion Control) phải thực hiện nhiệm
vụ để đảm bảo rằng mạng có khả năng vận tải lưu lượng được đưa vào lưu thông. Đó
là vấn đề toàn cục, liên quan đến cả hành vi của mọi Host, Router, các quá trình chứa
và chuyển tiếp (store-and-forward) trong mỗi Router, và tất cả các yếu tố khác có
khuynh hướng làm giảm dung lượng vận tải của mạng.

1.3.4. Các cơ chế điều khiển lưu lượng và điều khiển tắc nghẽn
1.3.4.1 Điều khiển lưu lượng (flow control)
Có thể thực hiện điều khiển lưu lượng bằng các phương pháp sau:


Tận dụng tối đa đường truyền: Trong các thủ tục truyền dữ liệu, các gói
tin được truyền đi theo một hướng. Trong hầu hết các ứng dụng thực tế chúng ta
cần truyền dữ liệu theo cả hai hướng. Một cách để có thể truyền dữ liệu theo hai
hướng (full-duplex) là sử dụng hai kênh truyền thông riêng biệt, trên mỗi kênh
chỉ truyền dữ liệu theo một chiều (simplex). Như vậy ta cần hai đường truyền
vật lý, một đường truyền đi dữ liệu, còn một đường dùng cho người nhận gửi tín
hiệu ACK về cho người gửi. Ta thấy rằng đường truyền thứ hai hiệu suất sử
dụng gần như bằng 0, rất lãng phí. Do đó, người ta đã áp dụng biện pháp tận
dụng kênh truyền được trình bày dưới đây.



Trả lời ACK+Data: Cách tốt nhất là làm sao chỉ cần một đường truyền mà

vẫn có thể truyền thông tin theo cả hai hướng, theo cả hai hướng dung lượng
đường truyền là như nhau. Trong mô hình này các gói tin dữ liệu đi từ A đến B
được trộn lẫn với các biên nhận (ACK) của A gửi cho B. Bên nhận cần xem
trường loại gói tin ở header của gói tin nhận được để biết gói tin đó là gói tin dữ
liệu hay gói tin ACK.



Sử dụng cơ chế cửa sổ (giống như cánh đập nước để điều hoà lưu
thông): Tắc nghẽn cũng có thể xảy ra khi người gửi tính thời gian hết giờ
(timeout) quá sớm. Chúng ta cần thủ tục hoạt động tốt hơn, nó vẫn đồng bộ
được khi gặp các tình huống trục trặc đồng thời xảy ra: gói tin lặp đi lặp lại, mất
một số gói tin, thời gian chờ timeout sớm. Ba thủ tục để khắc phục các trục trặc

Page | 17


Điều khiển lưu lượng trong giao thức TCP
đó, chúng được gọi chung tên là sliding window. Các thủ tục này khác nhau ở
tính hiệu quả, độ phức tạp và lượng bộ nhớ cần đến.


Giao thức cửa sổ trượt (sliding window) một bit – cơ chế cửa sổ:
o Trong tất cả các thủ tục sliding window, mỗi gói tin gửi đi chứa một số
thứ tự nằm trong miền từ 0 tới một giá trị cực đại nào đó (thường được
chọn bằng 2n-1) số thứ tự này chiếm một trường dài n bit. Trong các thủ
tục tinh vi hơn người ta dùng n>1.
o Điểm căn bản nhất của các thủ tục sliding window là tại mọi thời điểm
người gửi ghi nhớ danh sách các số thứ tự liên tiếp tương ứng với các gói
tin nó được phép gửi đi. Các gói tin này được gọi là nằm trong cửa gửi

(Sending Window). Tương tự như vậy, bên người nhận cũng ghi nhớ một
cửa nhận (Receiving Window) tương ứng với các gói tin nó được phép
nhận, hai loại cửa sổ trên không nhất thiết phải có cùng các giới hạn trên
và giới hạn dưới cũng như kích thước.
o Các số thứ tự nằm trong cửa sổ của người gửi thể hiện các gói tin đã gửi
đi nhưng còn chưa được biên nhận (ACK). Khi có một gói tin mới do tầng
mạng gửi đến, nó sẽ được gán số thứ tự cao nhất tiếp theo, do đó mép trên
của cửa sổ sẽ tăng lên 1. Khi nhận được ACK, mép dưới cửa sổ được tăng
lên 1. Bằng cách này cửa sổ luôn ghi nhớ danh sách các gói tin còn chưa
được biên nhận.
o Vì các gói tin trong cửa sổ gửi có thể bị hỏng hoặc bị mất trên đường
truyền, vì vậy bên gửi phải nhớ tất cả các gói tin mà nó đã gửi. Khi nhận
được mỗi gói tin, bên nhận sinh ra một tín hiệu biên nhận - ACK để gửi
cho bên gửi và sau đó cửa sổ bên gửi sẽ tăng lên 1. Khác với cửa sổ bên
người gửi, cửa sổ bên người nhận luôn luôn giữ kích thước ban đầu của
nó.
o Nếu kích thước cửa sổ bên nhận bằng 1, có nghĩa là tầng Data Link bên
nhận chỉ chấp nhận các frame theo đúng thứ tự, nếu kích thước cửa sổ
nhận lớn hơn 1 thì không phải như vậy. Trái lại tầng mạng truyền dữ liệu
Page | 18


Điều khiển lưu lượng trong giao thức TCP
cho tầng Data Link theo thứ tự bình thường, không phụ thuộc kích thước
cửa sổ.



Quản lý các gói tin trong cơ chế cửa sổ một bit: Thủ tục sliding window
một bit sử dụng cơ chế stop-and-wait, người gửi truyền đi một gói tin và chờ

biên nhận (ACK) trước khi gửi gói tin tiếp theo. Có hai trường hợp xảy ra: bên
A phát trước (bình thường) bên B và A, B cùng phát, đây là trường hợp bất
thường.
o Trường hợp có một bên A phát trước: Tầng Data Link của bên A sau khi
nhận gói tin đầu tiên từ tầng mạng của nó, sẽ xây dựng nên một frame
(gồm: header+data, header gồm 3 phần: Seq: số thứ tự phát; ACK- thứ
tự biên nhận và số thứ tự gói tin) và gửi đi. Tại bên thu (B) khi nhận
được frame này, tầng Data Link sẽ kiểm tra xem nó có phải là frame bị
phát lặp lại (duplicate) không? Nếu đúng thì loại bỏ đi, nếu không thì
chuyển cho tầng mạng và cửa sổ của người nhận sẽ dịch đi.
Trong trường hợp này thể hiện trên hình 5 a), mọi frame gửi đi
đều được biên nhận. Mỗi gói tin đi tới đích đều mang đến một gói tin
cho tầng mạng bên nhận, không có frame lặp.
o Trường hợp A và B cùng phát: Giả sử rằng A gửi frame 0 cho B, còn B
gửi frame 0 cho A và thời gian timeout của A hơi ngắn, do đó bên A luôn
xảy ra timeout khi gửi một loạt các frame giống nhau với Seq=1 và
ACK=1.
Khi frame đầu tiên không có trục trặc đi tới B, B sẽ biên nhận, biến
nhớ giá trị gói tin chờ nhận framexpected được thiết lập giá trị 1. Tất cả
các frame liên tiếp sau đó sẽ bị từ chối vì stt (sequence) của chúng sai.
Hơn nữa mọi gói tin lặp (duplicate) có ACK=1 và b vẫn đang đợi một
ACK=0, B sẽ không nhận các gói tin từ tầng mạng của nó chuyển
xuống.

Page | 19


Điều khiển lưu lượng trong giao thức TCP
Cứ mỗi khi từ chối nhận một frame lặp gửi tới, B lại gửi cho a một
frame có seq=0 và ACK=0. Cuối cùng có một frame như vậy B tới A,

làm cho A bắt đầu gửi packet tiếp theo.

Hình 5. Mô hình gửi nhận gói tin

Bằng cách này không có một tình huống kết hợp giữa mất một số
frame và timeout quá sớm có thể làm cho thủ tục phân phối các packet
lặp lên trên tầng mạng bên trên nó, cũng như bỏ qua một packet, hoặc
rơi vào tắc nghẽn (deadlock).
Một tình huống đặc biệt xảy ra khi cả hai bên đồng thời gửi đi
packet đầu tiên, khi đó xảy ra sự khó đồng bộ, tình huống này được thể
hiện trên màn hình 1.5a)
Hình 1.5b) hai frame đầu của hai bên được gửi đi đồng thời, một
nửa số frame là lặp, tuy vậy không có lỗi truyền.



Một giao thức sử dụng go-back-n: Trong các trường hợp được xét trước
đây ta giả thiết rằng thời gian truyền một frame từ bên gửi tới bên nhận cộng với
thời gian truyền frame biên nhận là nhỏ, không đáng kể. Trong một số trường
hợp thực tế các giả thiết này sẽ hoàn toàn sai, không phù hợp. Thí dụ khi truyền
Page | 20


Điều khiển lưu lượng trong giao thức TCP
qua vệ tinh với tốc độ 50kbps, thời gian từ khi truyền đi tới khi nhận được ACK
là 500 ms, trong khi đó thời gian phát một gói tin (khoảng 1000 bit) cỡ 20ms,
sau khi truyền 270 ms thì bên nhận nhận được đẩy đủ frame, sau 520ms thì bên
gửi nhận được ACK (giả sử bên nhận nhận ngay và frame biên nhận là ngắn),
do đó hiệu suất xấp xỉ bằng 20/500 hay 4%, giá trị này rất thấp (xấp xỉ 96 %
thời gian kênh truyền bị chiếm không sử dụng). Điều này chính là hệ quả của

việc đòi hỏi bên gửi phải đợi nhận được biên nhận rồi mới được gửi frame tiếp
theo. Như vậy, bên gửi nên phát đi liên tục các frame trong khoảng thời gian
bằng thời gian đi và về của tín hiệu rồi mới chờ ACK, trong thí dụ trên tốt nhất
chọn w=26 (như vậy window của người gửi có giá trị cực đại =26). Kỹ thuật
trên gọi là pinelining (vận chuyển bằng đường ống).
Việc vận chuyển liên tục các frame trên kênh truyền thông không tin cậy
cũng phải giải quyết một loạt các vấn đề nghiêm trọng: có một frame nằm giữa
dãy các frame gửi đi bị hỏng hoặc bị mất, bên nhận nhận một số frame rồi bên
gửi mới phát hiện có một lỗi gì đó…Chúng ta cần nhớ là tầng Data Link bên
nhận bắt buộc phải gửi các packet lên tầng mạng bên trên nó theo đúng thứ tự.
Có hai cách giải quyết như sau:
o Cách thứ 1. “go back n”- phát lại từ gói tin thứ n: khi gặp frame có lỗi
thì nó loại bỏ các frame tiếp theo dù chúng không bị lỗi, không gửi biên
nhận các frame bị loại bỏ. Bên nhận sẽ bị hết giờ (timeout) và nó sẽ
truyền lại tất cả các frame chưa có biên nhận. Cách giải quyết này ứng
với trường hợp cửa sổ nhận có kích thước bằng 1 và gây lãng phí lớn
dải thông, nhất là khi tần suất lỗi cao như hình 6 sau đây:

Page | 21


Điều khiển lưu lượng trong giao thức TCP

Hình 6. Ảnh hưởng của một lỗi khi kích thước cửa sổ của người nhận là 1

o Cách thứ 2. Chỉ phát lại một cách có chọn lọc gói tin thứ n có lỗi –
“selective repeat”: khi gặp gói tin có lỗi bên nhận vẫn cứ nhận các gói
tin tiếp sau nếu chúng không có lỗi. Khi bên gửi nhận được ACK nó
mới biết frame nào đã bị hỏng trên đường truyền và sẽ phát lại các gói
tin này. Cách giải quyết này ứng với trường hợp cửa sổ nhận có kích

thước lớn hơn 1. Mọi frame nằm trong cửa sổ đều có thể được nhận và
được nhớ đệm cho tới khi frame trước chúng được truyền cho tầng
mạng. Cách giải quyết này đòi hỏi vùng nhớ đệm của tầng Data Link
phải đủ lớn, hình 1.7 minh hoạ cách giải quyết này:

Hình 7. Ảnh hưởng của một lỗi khi kích thước cửa sổ người nhận là lớn

1.3.4.2 Điều khiển tắc nghẽn
Các nguyên tắc chung của việc kiểm soát tắc nghẽn: Nhiều vấn đề trong
các hệ thống phức tạp, chẳng hạn mạng máy tính, có thể nhìn nhận theo quan điểm
của lý thuyết điều khiển. Cách tiếp cận này dẫn tới việc chia các giải pháp làm hai
nhóm: vòng lặp mở (open loop) và vòng lặp đóng (close loop).

Page | 22


Điều khiển lưu lượng trong giao thức TCP
Các giải pháp open loop giải quyết vấn đề bằng thiết kế tốt, về thực chất là
bảo đảm để vấn đề tắc nghẽn không xảy ra, đó là vấn đề số một. Một khi hệ thống
đang chạy thì không sửa chữa nữa.
 Các công cụ để thực hiện giải pháp điều khiển kiểu open loop bao gồm
việc quyết định khi nào thì chấp nhận lưu lượng mới vào mạng, quyết định
khi nào thì loại bỏ các packet và loại bỏ các gói tin nào và ra các quyết
định theo lịch trình (scheduling decisions) tại các điểm khác nhau của
mạng. Tất cả các việc này có chung một điểm là chúng ra quyết định mà
không xem xét đến trạng thái hiện thời của mạng.
Trái lại, các giải pháp close-loop lại dựa trên khái niệm về vòng
phản hồi (feedback loop). Cách tiếp cận này có ba phần khi đem áp dụng
cho việc kiểm soát tắc nghẽn.
 Theo dõi hệ thống để phát hiện ra tắc nghẽn xảy ra khi nào và ở đâu: có

thể sử dụng nhiều cách đo (metric) khác nhau để theo dõi subnet để phát
hiện tắc nghẽn. Một số cách chính trong số đó là tính phần trăm số các gói
tin bị loại bỏ do thiếu không gian nhớ đệm, tính trung bình chiều dài hàng
đợi, số gói tin quá hạn (time-out) được phát lại, thời gian trễ trung bình của
gói tin…Trong mọi trường hợp sự gia tăng của các số đo này chỉ ra rằng
sự tắc nghẽn đang tăng lên.
 Chuyển các thông tin này cho những nơi có thể phản ứng lại: đây là bước
thứ hai trong vòng phản hồi để chuyển các thông tin về sự tắc nghẽn từ
điểm nó được phát hiện tới những nơi có thể làm một cái gì đó nhằm giải
quyết vấn đề này. Một cách rất hiển nhiên là để cho Router phát hiện ra tắc
nghẽn gửi một gói tin tới nguồn hoặc các nguồn sinh ra giao thông, báo
cho chúng biết về sự cố. Tất nhiên là các gói tin bổ sung này làm tăng tải
đúng vào thời điểm không nên có thêm tải- lúc mạng (subnet) bị tắc
nghẽn.
 Điều chỉnh lại hệ thống để sửa chữa sự cố: trong tất cả các kế hoạch loại
có phản hồi (feedback), người ta hy vọng rằng việc biết được sự tắc nghẽn
sẽ làm cho các máy tính trên mạng thực hiện các phản ứng phù hợp để
Page | 23


Điều khiển lưu lượng trong giao thức TCP
giảm tắc nghẽn. Để làm việc một cách đúng đắn, tỉ lệ thời gian phải được
điều chỉnh rất cẩn thận. Những lúc có hai gói tin cùng đi đến, Router kêu
lên "stop", những lúc Router rỗi đến 20ms nó kêu lên "go", hệ thống sẽ
dao động lớn và không bao giờ hội tụ. Mặt khác, nếu nó lại đợi tới 30 phút
để cho chắc chắn trước khi nói gì đó thì cơ chế kiểm soát tắc nghẽn sẽ
phản ứng quá chậm trễ, không có giá trị sử dụng trong thực tế. Để cơ chế
làm việc tốt, cần đến một kiểu tính trung bình nào đó, tuy nhiên việc chọn
thời gian là hằng số không phải là một việc tầm thường.
Các chính sách ngăn chặn tắc nghẽn: Chúng ta bắt đầu nghiên cứu các

phương pháp kiểm soát tắc nghẽn bằng việc xem xét các hệ thống open-loop. Các hệ
thống này được thiết kế nhằm mục đích số một là để giảm tối thiểu sự tắc nghẽn, chứ
không để nó xảy ra rồi mới phản ứng lại. Người ta cố gắng đạt mục đích của mình
bằng các chính sách phù hợp với các mức tầng khác nhau.

1.3.5. Cách thực hiện cơ chế điều khiển lưu lượng
Điều khiển lưu lượng liên quan đến việc vận chuyển giữa một người gửi đã
biết nào đó và một người nhận. Nhiệm vụ của nó là đảm bảo rằng bên gửi có tốc độ
nhanh không thể tiếp tục truyền dữ liệu nhanh hơn mức mà bên nhận có thể tiếp thu
được. Điều khiển lưu lượng luôn luôn liên quan đến một sự phản hồi trực tiếp từ phía
người nhận đến người gửi để báo cho bên gửi về khả năng nhận số liệu thực của bên
nhận.
Điều khiển tắc nghẽn thực hiện nhiệm vụ đảm bảo cho mạng có khả năng vận
chuyển lưu lượng đưa vào. Đó là một vấn đề toàn cục, liên quan đến hành vi của mọi
nút mạng, quá trình chứa và chuyển tiếp trong mỗi nút mạng và các yếu tố khác có
khuynh hướng làm giảm thông lượng của mạng.
Điều khiển lưu lượng và điều khiển tắc nghẽn là hai khái niệm khác nhau,
nhưng liên quan chặt chẽ với nhau. Điều khiển lưu lượng là để tránh tắc nghẽn, còn
điều khiển tắc nghẽn là để giải quyết vấn đề tắc nghẽn khi nó xuất hiện hoặc có dấu
hiệu sắp xảy ra. Trong thực tế triển khai thực hiện các thuật toán điều khiển lưu lượng
và điều khiển tắc nghẽn, nhiều khi cả hai thuật toán này cùng được cài đặt trong một
Page | 24


Điều khiển lưu lượng trong giao thức TCP
giao thức, thể hiện ra như là một thuật toán duy nhất, thí dụ trong giao thức TCP.
Trong nhiều tài liệu thuộc lĩnh vực mạng máy tính, hai khái niệm này được sử dụng
như nhau và được coi là đồng nghĩa. Trong các phần sau của luận án này, tác giả sẽ
theo quan điểm đó, các vấn đề về điều khiển lưu lượng và điều khiển tắc nghẽn sẽ
được trình bày chung, với tên gọi điều khiển lưu lượng.

Các tầng có thể thực hiện điều khiển lưu lượng: Có thể thực hiện điều khiển lưu
lượng ở một vài tầng trong mạng, thí dụ:
 Điều khiển lưu lượng ở tầng giao vận: thường được gọi là điều khiển lưu
lượng đầu cuối- đầu cuối (end-to-end), nhằm tránh cho bộ đệm của quá
trình nhận tại đích khỏi bị tràn.
 Điều khiển lưu lượng trên từng chặng: nhằm tránh cho từng đường truyền
khỏi bị tắc nghẽn. Tuy nhiên, việc điều khiển lưu lượng trên từng chặng sẽ
có ảnh hưởng đến các chặng khác, do đó nó cũng có tác dụng tránh tắc
nghẽn cho các đường truyền có nhiều chặng. Trong mô hình tham chiếu
OSI, điều khiển lưu lượng theo từng chặng được thực hiện ở tầng liên kết
dữ liệu và tầng mạng.
Như vậy việc điều khiển lưu lượng thường được điều khiển trên tầng
Transport, tầng này thực hiện việc điều khiển lưu lượng dựa trên một số dịch vụ được
cung cấp từ tầng dưới nó. Việc điều khiển lưu lượng hoàn toàn trong suốt đối với các
chức năng ứng dụng và việc thay đổi các thiết bị vật lý cũng không làm ảnh hưởng
đến các chức năng quan trọng của của tầng này.

1.4. Cơ chế điều khiển lưu lượng bằng cửa sổ trượt
Đây là một trong các cơ chế điều khiển lưu lượng được sử dụng rộng rãi nhất,
có thể áp dụng tại một hay nhiều tầng của mạng, thường là tầng liên kết dữ liệu, tầng
mạng hay tầng giao vận.
Cơ chế điều khiển lưu lượng bằng cửa sổ trượt cho phép bên gửi phát đi liên
tiếp một số gói số liệu nhất định rồi mới phải dừng lại chờ thông báo về kết quả nhận,
gọi là biên nhận, trước khi tiếp tục phát. Bên nhận điều khiển lưu lượng bằng cách
kìm lại hay gửi ngay biên nhận, đó là một gói số liệu điều khiển, hoặc một gói số liệu
Page | 25