(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu khả năng tương tác với mạng thực của bộ mô phỏng NS 2

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN NGỌC DŨNG

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TƯƠNG TÁC VỚI
MẠNG THỰC CỦA BỘ MÔ PHỎNG NS-2

LUẬN VĂN THẠC SỸ

Hà Nội – 2008


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN NGỌC DŨNG

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TƯƠNG TÁC VỚI
MẠNG THỰC CỦA BỘ MƠ PHỎNG NS-2

Ngành
: Cơng nghệ thơng tin
Chun ngành : Truyền dữ liệu và Mạng máy tính
Mã số
: 60 48 15

LUẬN VĂN THẠC SỸ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN ĐÌNH VIỆT

Hà Nội – 2008


1

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................3
CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG..........................................................................5
1.1 Lịch sử hình thành mạng máy tính và mạng Internet .................................................. 5
1.2 Giao thức và kiến trúc giao thức .................................................................................. 8
1.2.1 Khái niệm giao thức .............................................................................................. 8
1.2.2 Kiến trúc phân tầng và các mơ hình tham chiếu ISO/OSI và TCP/IP .................. 8
1.2.2.1 Mơ hình tham chiếu ISO OSI ........................................................................ 9
1.2.2.2 Mơ hình tham chiếu TCP/IP ........................................................................ 11
1.2.3 Đặc tả và kiểm chứng giao thức ......................................................................... 13
1.3 Đánh giá hiệu suất giao thức ..................................................................................... 14
1.3.1 Khái niệm hiệu suất mạng và các độ đo hiệu suất .............................................. 14
1.3.2 Tầm quan trọng của việc đánh giá hiệu suất ....................................................... 15
1.4 Các phƣơng pháp đánh giá hiệu suất giao thức mạng ............................................... 16
1.4.1 Khái quát về các phƣơng pháp đánh giá hiệu suất.............................................. 16
1.4.2 Phƣơng pháp lập mơ hình giải tích ..................................................................... 16
1.4.3 Phƣơng pháp lập mơ hình mơ phỏng .................................................................. 17
1.4.4 Phƣơng pháp Đo ................................................................................................. 18
1.4.5 So sánh các phƣơng pháp ................................................................................... 18

CHƢƠNG 2: MỘT SỐ GIAO THỨC LIÊN QUAN TRỰC TIẾP ĐẾN QUÁ
TRÌNH TƢƠNG TÁC VỚI MẠNG THỰC .............................................................20
2.1 Mạng cục bộ và các giao thức tầng MAC ................................................................. 20
2.1.1 Mạng cục bộ (LAN – Local Area Network) ....................................................... 20
2.1.2 Một số phƣơng pháp điều khiển truy nhập mạng ............................................... 20

2.1.2.1 Điều khiển truy nhập ngẫu nhiên ................................................................. 21
2.1.2.2 Điều khiển truy nhập xác định ..................................................................... 26
2.2 Các giao thức tầng Giao vận ...................................................................................... 28
2.2.1 Giao thức TCP (Transmission Control Protocol) ............................................... 28
2.2.1.1 Cấu trúc gói số liệu TCP .............................................................................. 29
2.2.1.2 Thiết lập và kết thúc kết nối......................................................................... 31
2.2.1.3 Điều khiển lƣu lƣợng và điều khiển tắc nghẽn trong giao thức TCP .......... 33
2.2.2 Giao thức UDP (User Datagram Protocol) ......................................................... 39

CHƢƠNG 3: BỘ MÔ PHỎNG MẠNG NS-2 ..........................................................41
3.1 Giới thiệu ................................................................................................................... 41
3.2 Các đặc điểm nổi bật và các chức năng mô phỏng chính của NS-2 .......................... 42
3.3 Kiến trúc của NS-2 .................................................................................................... 44
3.3.1 Bộ lập lịch các sự kiện ........................................................................................ 47
3.3.2 Nút mạng (node) ................................................................................................. 48
3.3.3 Đƣờng truyền (link) ............................................................................................ 49
3.3.4 Gói tin (packet) ................................................................................................... 50
3.3.5 Tác tử (Agent) ..................................................................................................... 51
3.4 Tệp vết (trace file) chứa kết quả mô phỏng ............................................................... 54
3.4.1. Tệp vết có tên mở rộng .tr .................................................................................. 54
3.4.2. Tệp vết có tên mở rộng .nam ............................................................................. 56
3.5 Các mơ hình sinh lỗi trong NS-2 ............................................................................... 56
3.6 Các nguồn sinh lƣu lƣợng trong NS-2 ....................................................................... 60


2
3.7 NAM (Network Animator) và một số công cụ hỗ trợ việc phân tích và hiển thị kết
quả mơ phỏng .................................................................................................................. 62
3.7.1 NAM ................................................................................................................... 62
3.7.2 Một số công cụ đƣợc tích hợp trong Linux ........................................................ 63

3.7.3 PERL................................................................................................................... 65
3.7.4 GNUPLOT .......................................................................................................... 67
3.7.5 Tracegraph .......................................................................................................... 69

CHƢƠNG 4: NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ THỰC HIỆN MÔ PHỎNG TƢƠNG TÁC
VỚI MẠNG THỰC CỦA NS-2 ...............................................................................70
4.1 Giới thiệu ................................................................................................................... 70
4.2 Bộ lập lịch sự kiện thời gian thực (RealTime Scheduler) ......................................... 73
4.3 Tap Agents ................................................................................................................. 75
4.4 Các đối tƣợng mạng ................................................................................................... 77
4.5 Tạo nguồn lƣu lƣợng đến từ mạng thực .................................................................... 78

CHƢƠNG 5: THỰC NGHIỆM MÔ PHỎNG TƢƠNG TÁC VỚI MẠNG THỰC 81
5.1 THỰC NGHIỆM 1: MINH HỌA CHẾ ĐỘ PROTOCOL ........................................ 81
5.1.1 Mục tiêu của thực nghiệm 1 ............................................................................... 81
5.1.2 Thiết lập cấu hình mạng mô phỏng 1 ................................................................. 82
5.1.3 Kịch bản mô phỏng:............................................................................................ 83
5.1.4 Cách thực hiện và kết quả mô phỏng .................................................................. 84
5.2 THỰC NGHIỆM 2: MINH HỌA CHẾ ĐỘ OPAQUE ............................................. 86
5.2.1 Mục tiêu của thực nghiệm 2 ............................................................................... 86
5.2.2 Thiết lập cấu hình mạng mơ phỏng 2 ................................................................. 86
5.2.3 Kịch bản mô phỏng[18]: ..................................................................................... 87
5.2.4 Kết quả nhận đƣợc từ thực nghiệm 2:................................................................. 88
5.3 THỰC NGHIỆM 3: MÔ PHỎNG TRÊN MẠNG LAN: .......................................... 91
5.3.1 Mục tiêu của thực nghiệm 3 ............................................................................... 91
5.3.2 Thiết lập cấu hình mạng mơ phỏng 3 ................................................................. 91
5.3.3 Kết quả nhận đƣợc từ thực nghiệm 3 .................................................................. 92
5.3.3.1 Quan sát các nguồn lƣu lƣơng thực bằng NAM .......................................... 92
5.3.3.2 Tranh chấp đƣờng truyền của giao thức UDP và TCP ................................ 93
5.4 THỰC NGHIỆM 4 – MÔ PHỎNG TRUYỀN THÔNG VỚI INTERNET .............. 95

5.4.1 Mục tiêu của thực nghiệm 4 ............................................................................... 95
5.4.2 Thiết lập cấu hình mạng mơ phỏng 4 ................................................................. 96
5.4.3 Kết quả nhận đƣợc từ thực nghiệm 4 .................................................................. 97
5.5 THỰC NGHIỆM 5 – MÔ PHỎNG VỚI INTERNET CÓ NGUỒN PHÁT UDP .... 98
5.5.1 Mục tiêu của thực nghiệm 5 ............................................................................... 98
5.5.2 Thiết lập cấu hình mạng mô phỏng 5 ................................................................. 98
5.5.3 Kết quả nhận đƣợc từ thực nghiệm 5 .................................................................. 99

KẾT LUẬN .............................................................................................................104
CÁC HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO ..........................................................105
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ................................................................................106
CÁC THUẬT NGỮ TIẾNG ANH .........................................................................107
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................108
A. Tài liệu Tiếng Việt .................................................................................................... 108
B. Tài liệu Tiếng Anh .................................................................................................... 108


3

MỞ ĐẦU
Cùng với sự phát triển công nghệ thông tin, đặc biệt là cơng nghệ mạng
máy tính, các loại ứng dụng khác nhau trên mạng ngày càng phong phú và đa
dạng. Mỗi loại ứng dụng có những đặc trưng riêng về u cầu được phục vụ,
chính vì vậy, việc tìm ra những giải pháp mới cho các giao thức hoặc cải tiến
các giao thức đã có ln được các nhà nghiên cứu quan tâm, nhằm đạt hiệu
quả cao nhất cho mỗi loại ứng dụng. Tuy nhiên, một giao thức mới ra đời cần
có những kiểm định chất lượng truyền tải nghiêm ngặt, cần phải được đánh
giá để chọn ra giao thức tốt nhất trong số các giao thức đã đề xuất. Công việc
đánh giá này được gọi là đánh giá hiệu suất giao thức và cách thức thực hiện
đánh giá được gọi là phương pháp đánh giá hiệu suất giao thức.

Hiện nay, có nhiều cách để đánh giá hiệu suất giao thức, vấn đề là chọn
phương pháp nào cho phù hợp với khả năng và điều kiện cụ thể. Lập mơ hình
mơ phỏng là một phương pháp đánh giá hiệu suất mạng máy tính hiện đại,
được sử dụng rộng rãi trên thế giới. So với hai phương pháp phổ biến khác là
Lập mơ hình giải tích và Đo (trên mạng thực), phương pháp này có nhiều ưu
điểm vượt trội, đó là chi phí thấp, nhanh chóng và chính xác. Để tăng độ tin
cậy của các kết quả nghiên cứu, người ta thường sử dụng cả ba phương pháp,
hoặc ít nhất là hai trong ba phương pháp nêu trên.
NS có khả năng tương tác với mạng thực, chính vì vậy nó có tất cả các
ưu điểm chung của phương pháp mơ phỏng cộng thêm nhiều ưu điểm của
Phương pháp đo. Nội dung chính của luận văn là nghiên cứu khả năng tương
tác với mạng thực của NS, thực hiện các mô phỏng trên các nguồn lưu lượng
của hệ thống mạng thực, nhằm hiểu rõ hơn hành vi của một số giao thức đang
được sử dụng.
Luận văn gồm phần mở đầu, năm chương và kết luận. Nội dung chính
của của các chương được trình bày tóm tắt như sau:
Chương 1: Giới thiệu tổng quan về lịch sử hình thành và phát triển của
mạng máy tính, nguyên tắc trao đổi số liệu trong mạng và các mơ hình tham


4
chiếu. Chương này cũng trình bày cơ bản về đánh giá hiệu suất, tầm quan
trọng của việc đánh giá hiệu suất đối với hệ thống mạng máy tính, một số
phương pháp đánh giá hiệu suất phổ biến đang được sử dụng.
Chương 2: Trình bày các phương pháp điều khiển truy nhập mạng và các
giao thức tầng Giao vận. Các giao thức được trình bày trong chương này có
liên quan trực tiếp đến phần thực nghiệm mô phỏng của luận văn.
Chương 3: Trình bày các thành phần cơ bản của bộ mô phỏng mạng
NS-2, một số đặc điểm và chức năng nổi bật của bộ mô phỏng NS-2. Giới
thiệu một số công cụ cần thiết thường được sử dụng để phân tích và hiển thị

kết quả mơ phỏng.
Chương 4: Trình bày khả năng tương tác với mạng thực của bộ mô
phỏng NS-2, giới thiệu một số đối tượng cơ bản thực hiện tương tác với mạng
thực.
Chương 5: Trình bày các kết quả thực hiện mô phỏng, cụ thể là kiểm
chứng các khả năng tương tác với mạng thực và quan sát thông lượng của các
giao thức đang hoạt động trên mạng thực như: TCP, UDP. Một số kết luận,
nhận xét về bộ mô phỏng NS-2 và các kết quả thực nghiệm.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đối với PGS.TS Nguyễn Đình
Việt, trường Đại học Cơng nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội đã tận tình hướng
dẫn, chỉ bảo và cho tôi nhiều lời khuyên trong suốt thời gian học tập, thực
hiện luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô, đồng nghiệp khoa Tin
học, trường Đại học Quy Nhơn đã góp ý, tạo điều kiện giúp đỡ cho tôi trong
thời gian thực hiện luận văn.


5

CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG
1.1 Lịch sử hình thành mạng máy tính và mạng Internet
Những tiến bộ nhanh chóng của công nghiệp điện tử và vi điện tử dẫn
đến sự ra đời và phát triển của máy tính điện tử. Các thế hệ máy tính liên tục
phát triển và khẳng định được vị trí của mình trong hầu hết các lĩnh vực kinh
tế, văn hóa và xã hội. Máy tính xuất hiện đã giải quyết hầu hết các cơng việc
tính tốn phức tạp mà con người có thể tốn hàng nghìn năm, trong khi đó,
máy tính chỉ thực hiện cơng việc tương ứng trong vài ngày, thậm chí là vài
giờ. Tuy nhiên, lúc này các máy tính thực hiện cơng việc riêng rẽ, độc lập trên
từng máy tính mà khơng giải quyết được nhu cầu chia sẻ tài nguyên hiệu quả.
Các dịch vụ trên máy tính phát triển rất nhanh trên nhiều lĩnh vực, nên nhu
cầu trao đổi thông tin, chia sẻ tài nguyên giữa các máy tính cũng trở nên hết

sức cấp thiết. Chính nhu cầu này đã thúc đẩy các nhà nghiên cứu xây dựng
nên một công cụ nhằm trợ giúp con người trao đổi, khai thác thông tin một
cách nhanh chóng, chính xác và hiệu quả - đó là mạng máy tính.
Vào khoảng những năm 50 khi những thế hệ máy tính đầu tiên được đưa
vào hoạt động trong thực tế với những bóng đèn điện tử thì chúng có kích
thước rất cồng kềnh và tốn nhiều năng lượng. Khi đó, việc nhập dữ liệu vào
các máy tính được thực hiện thơng qua các tấm bìa đục lỗ. Các thiết bị đọc
bìa và máy in là các thiết bị vào ra (I/O) thông dụng đối với máy tính.
Vào giữa những năm 60, máy tính trung tâm của thế hệ mới hơn có thể
kết nối với nhiều trạm cuối (terminal) và thiết bị vào ra cùng lúc. Máy tính
trung tâm làm tất cả mọi việc, từ quản lý các thủ tục truyền dữ liệu, quản lý sự
đồng bộ của các trạm cuối, quản lý các hàng đợi,… cho đến xử lý các ngắt từ
các trạm cuối. Để giảm nhẹ các nhiệm vụ trên cho Máy xử lý trung tâm, sử
dụng nó một cách có hiệu quả hơn vào cơng việc tính tốn và xử lý, người ta
thêm vào hệ thống máy tính các bộ tiền xử lý, các thiết bị tập trung, các thiết
bị dồn kênh dùng để tập trung các tín hiệu trên một đường truyền gửi đến từ


6
các trạm cuối. Máy tính xử lý trung tâm và các thiết bị trên tạo thành một
mạng truyền tin.
Vào những năm 1970, các máy tính đã được nối với nhau trực tiếp để tạo
thành một mạng máy tính nhằm phân tán tải của hệ thống và tăng độ tin cậy.
Cũng trong thời gian này bắt đầu xuất hiện khái niệm Mạng truyền thơng
(communication network). Trong đó, các thành phần chính là các nút mạng,
thường được gọi là các bộ chuyển mạch (switching unit) dùng để hướng các
đơn vị thông tin (gói tin) tới đích. Các nút mạng nối với nhau bằng đường
truyền (transmission line), còn các trạm cuối được nối trực tiếp vào các nút
mạng.
Vào năm 1974, công ty IBM đã giới thiệu một loạt các thiết bị đầu cuối

được chế tạo cho lĩnh vực ngân hàng và thương mại, thông qua các dây cáp
mạng, các thiết bị đầu cuối có thể truy cập đồng thời vào một máy tính dùng
chung. Năm 1977, công ty Datapoint Corporation đã bắt đầu bán hệ điều hành
mạng của mình là "Attached Resource Computer Network" (hay gọi tắt là
Arcnet) ra thị trường. Mạng Arcnet cho phép liên kết các máy tính và các
trạm đầu cuối lại bằng dây cáp mạng, và Arcnet đã trở thành hệ điều hành
mạng cục bộ đầu tiên.
Vào những năm 1980 các nhà nghiên cứu cho ra đời hệ thống đường
truyền tốc độ cao nhằm kết nối các mạng trong các khu vực và các thành phố
lớn với nhau. Các đường truyền tốc độ cao có thể được dùng chung (chia sẻ)
để kết nối nhiều mạng với nhau mà không cần phải xây dựng mới các hệ
thống đường truyền.
Năm 1983, mạng Internet chính thức ra đời, Internet là mạng truyền
thơng tồn cầu kết nối hàng trăm nghìn mạng máy tính lại với nhau. Các
mạng máy tính bao gồm các mạng diện rộng (WAN) và các mạng cục bộ
(LAN) của bất kỳ chủ sở hữu nào nằm ở khắp nơi trên tồn cầu. Mỗi mạng
máy tính lại có thể có nhiều máy tính chủ (máy tính cung cấp dịch vụ) và
hàng trăm ngàn máy tính riêng lẻ kết nối để sử dụng các dịch vụ Internet. Các


7
quốc gia có kết nối mạng Internet tồn cầu thường xây dựng mạng đường trục
tốc độ cao, là một hệ thống mạng liên kết có tốc độ truyền cực cao so với tốc
độ truyền của hệ thống mạng thông thường.
Tiền thân của Internet là APARNET, là mạng diện rộng được xây dựng
và phát triển dựa trên công nghệ chuyển mạch gói phục vụ nghiên cứu của Bộ
Quốc phịng Mỹ giữa những năm 60 của thế kỷ 20. Mạng kết hợp nhiều loại
máy tính khác nhau nằm cách xa nhau để trao đổi và chia sẻ các tài nguyên
thông tin. Một trong những mục tiêu của APRANET là làm sao sự truyền
thơng trong mạng vẫn cịn duy trì ngay cả khi có một số thành phần mạng bị

hỏng.
Ngày nay, Internet đã trở thành mạng của các mạng thơng tin máy tính
tồn cầu, được kết nối với nhau dựa trên bộ giao thức trao đổi số liệu TCP/IP
(Transmission Control Protocol/Internet Protocol). Các dịch vụ trên Internet
liên tục được phát triển, đáp ứng hầu hết các dịch vụ thông tin liên lạc của xã
hội. Một số dịch vụ như:
1. E-mail: Cho phép soạn, gửi và nhận các thư điện tử trong mạng, nó
xuất hiện trong những ngày đầu của ARPANET và được nhiều người quan
tâm.
2. Tin tức: Các nhóm thiết kế diễn đàn đăng các thơng tin cơng cộng
và có thể trao đổi các thông điệp.
3. Đăng nhập từ xa: Sử dụng các chương trình telnet, rlogin, ssh,
người sử dụng ở bất kỳ đâu trên Internet cũng có thể đăng nhập đến các máy
tính khác khi có một tài khoản.
4. Truyền tệp: Sử dụng chương trình FTP, người dùng có thể sao chép
các tệp tin từ một máy trên Internet đến máy khác.
Năm 1990, Tim và Robert Cailliau đưa ra dự án thiết kế hệ thống thơng
tin tồn cầu World Wide Web (WWW) dựa trên ý tưởng siêu văn bản. Sự ra
đời của WWW đã làm thay đổi nhiều khả năng ứng dụng Internet trong đời


8
sống xã hội, mặc dù khơng làm thay đổi gì về cơ bản của mạng nhưng làm
cho người dùng dễ sử dụng hơn. Nó cho phép người sử dụng có thể khai thác
thông tin trên Internet dưới dạng văn bản, hình ảnh, âm thanh và video dựa
vào hệ thống văn bản siêu liên kết toàn cầu.
1.2 Giao thức và kiến trúc giao thức
1.2.1 Khái niệm giao thức
Việc trao đổi thông tin, cho dù là đơn giản nhất, cũng đều phải tuân theo
những quy tắc nhất định. Việc truyền tín hiệu trên mạng cần phải có những

quy tắc, quy ước về nhiều mặt, từ khuôn dạng (cú pháp, ngữ nghĩa) dữ liệu
cho tới các thủ tục gửi/nhận dữ liệu, kiểm soát chất lượng truyền tin và xử lý
các lỗi. Yêu cầu về xử lý và trao đổi thông tin của người sử dụng càng cao thì
các quy tắc càng nhiều và phức tạp hơn. Tập hợp tất cả những quy tắc, quy
ước đó được gọi là giao thức (Protocol) của mạng. Rõ ràng, các mạng có thể
sử dụng các giao thức khác nhau tùy sự lựa chọn của người thiết kế. Tuy
nhiên, các tổ chức chuẩn quốc tế đã đưa ra một số giao thức chuẩn được dùng
trong nhiều mạng khác nhau để thuận lợi cho việc kết nối chung.
1.2.2 Kiến trúc phân tầng và các mơ hình tham chiếu ISO/OSI và TCP/IP
Để giảm phức tạp của việc thiết kế và cài đặt mạng, hầu hết các mạng
máy tính đều được phân tích, thiết kế theo quan điểm phân tầng (layering). Sự
phân tầng giao thức rất quan trọng vì nó chia nhiệm vụ cho các tầng thực hiện
các chức năng chuyên biệt. Mỗi tầng thực hiện một số chức năng xác định và
cung cấp một số dịch vụ nhất định cho tầng cao hơn. Tầng cao hơn chỉ cần sử
dụng các dịch vụ tầng bên dưới cung cấp mà không cần quan tâm chi tiết tầng
bên dưới thực hiện dịch vụ như thế nào. Các hệ thống mạng khác nhau có thể
có số lượng tầng khác nhau và chức năng mỗi tầng cũng khác nhau. Khi xây
dựng một hệ thống mạng phân tầng, người ta cần xác định số lượng tầng,
chức năng mỗi tầng, sau đó định nghĩa mối quan hệ giữa hai tầng đồng mức
và mối quan hệ giữa hai tầng kề nhau.


9
Việc truyền thông trên mạng ngày càng phát triển mạnh, nhu cầu các
mạng máy tính làm việc, trao đổi thơng tin cho nhau tăng. Để các mạng máy
tính trao đổi được với nhau thì cần tuân theo một chuẩn cho trước. Chính vì
vậy, các chuẩn truyền thơng mạng ra đời, chúng cịn được gọi là mơ hình
tham chiếu, làm cơ sở chung cho các nhà thiết kế dựa vào khi thiết kế mạng.
Hai mơ hình tham chiếu quan trọng nhất là ISO OSI và TCP/IP sẽ được trình
bày dưới đây.

1.2.2.1 Mơ hình tham chiếu ISO OSI
Mơ hình mạng máy tính do Tổ chức Tiêu chuẩn Quốc tế ISO
(International Standard Organization) đề nghị năm 1983 được gọi là mơ hình
tham chiếu ISO OSI (ISO Open Systems Interconection Reference Model),
thường được gọi ngắn gọn là Mơ hình OSI. Các điều khoản mơ tả trong mơ
hình được sử dụng rộng rãi trong lý thuyết truyền thơng. Mơ hình tham chiếu
OSI chứa 7 tầng

Hình 1.1 Mơ hình tham chiếu OSI


10
Mỗi tầng của mơ hình OSI miêu tả một chức năng được thực hiện khi dữ
liệu di chuyển giữa các ứng dụng trên mạng. Chức năng mỗi tầng được mô tả
như sau:
Tầng Vật lý (Physical Layer): Cung cấp phương tiện truyền tin, duy trì
và kết thúc các liên kết vật lý giữa các bên truyền thông. Tầng vật lý liên quan
tới việc truyền dòng bit giữa các máy bằng kênh truyền thông vật lý mà không
cần biết đến cấu trúc, ý nghĩa của dòng bit.
Tầng Liên kết dữ liệu (Data Link Layer): Nhiệm vụ chính là liên kết,
thiết lập, duy trì, huỷ bỏ các liên kết dữ liệu, kiểm sốt lỗi truyền, điều khiển
lưu lượng, điều khiển truy cập môi trường truyền thông.
Tầng Mạng (Network Layer): Tầng mạng giải quyết các vấn đề như định
tuyến, giao tiếp giữa các mạng, điều khiển tắc nghẽn (congestion control) và
đảm bảo chất lượng dịch vụ khi cần thiết. Ngồi ra, cịn có các nhiệm vụ liên
quan đến tường lửa (Firewall).
Tầng Giao vận (Transport Layer): Tầng này thực hiện chức năng truyền
tin, điều khiển lưu lượng và điều khiển tắc nghẽn kiểu đầu cuối – đầu cuối
(end-to-end). Thực hiện việc ghép kênh và phân kênh, mỗi ứng dụng có thể
gửi dữ liệu đi theo nhiều con đường, đồng thời mỗi đường truyền có thể được

nhiều ứng dụng sử dụng. Phân kênh/hợp kênh giải quyết vấn đề phân chia dữ
liệu cho các ứng dụng.
Tầng Phiên (Session Layer): Tầng phiên tổ chức và đồng bộ việc trao đổi
dữ liệu giữa các tiến trình ứng dụng, cho phép người sử dụng trên các máy
khác nhau thiết lập, duy trì, hủy bỏ, đồng bộ phiên truyền thơng giữa họ, đăng
nhập từ xa vào những hệ thống chia sẻ thời gian.
Tầng Trình diễn (Presentation Layer): là tầng có nhiệm vụ giải quyết các
vấn đề liên quan đến cú pháp và ngữ nghĩa của thông tin được truyền, giúp
các máy tính khác nhau sử dụng các biểu diễn dữ liệu khác nhau có thể truyền
thơng với nhau, thực hiện các dịch vụ như nén hoặc mã hoá dữ liệu.


11
Tầng Ứng dụng (Application Layer): là tầng cuối cùng trong mơ hình
bảy tầng OSI, có nhiệm vụ tạo ra giao diện thuận tiện giữa người sử dụng và
môi trường truyền tin, cung cấp các dịch vụ hỗ trợ cho các ứng dụng khơng
thuộc mơ hình OSI như email, ftp, WWW...
Truyền dữ liệu trong mơ hình OSI: Khi máy A gửi tin đi, các đơn vị dữ
liệu đi từ tầng trên xuống tầng dưới. Qua mỗi tầng nó được bổ sung thêm các
thông tin điều khiển vào đầu của đơn vị dữ liệu, gọi là header. Khi máy B
nhận tin từ tầng dưới lên. Qua mỗi tầng, thông tin điều khiển được khử bỏ
dần. Khi lên tới tầng Ứng dụng thì cịn lại thơng tin mà máy A cần gửi cho
máy B.
1.2.2.2 Mơ hình tham chiếu TCP/IP
Mơ hình OSI là một mơ hình tham chiếu mang tính lý thuyết, việc áp
dụng mơ hình OSI vào thực tế sẽ có hiệu suất kém do dữ liệu phải truyền qua
quá nhiều tầng ở cả hai máy. Tuy nhiên, đây là một mơ hình “đẹp” được sử
dụng làm tiêu chuẩn để các nhà phát triển dựa vào đó mà phát triển các mơ
hình khác tối ưu hơn. Có rất nhiều mơ hình khác nhau như NetBIOS,
IPX/SPX, TCP/IP,... trong đó mơ hình TCP/IP được sử dụng phổ biến nhất

hiện nay.

Hình 1.2 Mơ hình tham chiếu TCP/IP và mơ hình tham chiếu OSI
Mơ hình tham chiếu TCP/IP được chia làm bốn tầng:
Tầng Internet: Tầng Internet có chức năng tương tự tầng mạng của mơ
hình OSI, đó là định tuyến, điều khiển lưu lượng và điều khiển tắc nghẽn. Dữ


12
liệu ở tầng trên gửi xuống sẽ được phân thành nhiều gói tin nhỏ hơn để gửi
đến đích, có thể theo các đường đi khác nhau. Do đó, có thể các gói tin đến
đích theo thứ tự khác nhau, nên tầng Giao vận trên nó phải giải quyết các vấn
đề về thứ tự gói tin. Tầng Internet định nghĩa một khn dạng gói số liệu và
giao thức chính là giao thức IP.
Tầng Giao vận: Cung cấp phương tiện liên lạc kiểu đầu cuối - đầu cuối
từ một chương trình ứng dụng trên máy này đến chương trình ứng dụng trên
máy khác. Ở tầng này, người ta định nghĩa hai giao thức kiểu đầu cuối - đầu
cuối là TCP (Transmission Control Protocol) và UDP (User Datagram
Protocol) [4]. Giao thức TCP là giao thức hướng kết nối tin cậy, đảm bảo
truyền dòng byte từ máy này đến máy khác trong liên mạng mà khơng có lỗi.
Ngồi ra, TCP cịn có các cơ chế điều khiển lưu lượng và điều khiển tắc
nghẽn, giúp các nguồn phát TCP thích nghi với tình trạng đường truyền. Cịn
giao thức UDP là giao thức khơng hướng kết nối, khơng tin cậy, các gói tin
được đưa lên đường truyền mà khơng cần biết có đến được đích như mong
muốn hay khơng. Giao thức UDP thường thích hợp cho các ứng dụng thời
gian thực với điều kiện không cần sự chính xác tuyệt đối của dữ liệu như:
truyền audio, video,…
Tầng Ứng dụng: Trên tầng Giao vận là tầng Ứng dụng. Nó chứa tất cả
các giao thức bậc cao. Trong các mơ hình đầu tiên, tầng này bao gồm các giao
thức như: TELNET (TELecomunication NETwork), FTP (File Transfer

Protocol) và SMTP (Simple Mail Transfer Protocol), DNS (Domain Name
System).

Hình 1.3 Các giao thức và các mạng trong mơ hình TCP/IP


13
Tầng Host – to – Network: Là tầng nằm dưới tầng IP, mơ hình TCP/IP
khơng định nghĩa cụ thể tầng này cho các máy tính sử dụng TCP/IP mà chỉ
nói rằng máy tính (host) phải nối với mạng bằng cách sử dụng một số giao
thức để gửi gói tin IP đi trên mạng. Vì đặc điểm của các tầng vật lý khác nhau
trên các mạng khác nhau nên phải có giao thức Host-to-Network riêng cho
từng loại mạng cụ thể [4].
1.2.3 Đặc tả và kiểm chứng giao thức
Đặc tả giao thức (Protocol specification): là xác định tất cả các yêu cầu
về khn dạng gói số liệu, bao gồm các số liệu điều khiển cần thiết và số liệu
sử dụng, cũng như phương thức trao đổi số liệu, bao gồm trình tự và thời gian
thực hiện từng bước, xử lý với các sự kiện trong và ngồi hệ thống (ví dụ: lỗi
tràn bộ đệm, lỗi đồng bộ tiến trình, lỗi truyền số liệu,…) giữa các thực thể ở
cùng một mức chức năng. Để đặc tả giao thức, ta có thể sử dụng một số
phương pháp như sử dụng lưu đồ, sử dụng lưu đồ trạng thái, sử dụng ngơn
ngữ lập trình…
Kiểm chứng giao thức (Protocol verification) là hình thức minh chứng
tính đúng đắn của giao thức được đặc tả [1], bao gồm: trình tự thực hiện, tập
hợp đầy đủ trạng thái và lưu trình chuyển đổi trạng thái, khơng bị vịng quẩn,
hoạt động ổn định,… Ngoài ra, kiểm chứng giao thức cần thiết chứng minh
rằng các thực thể tham gia trao đổi số liệu đáp ứng đầy đủ các yêu cầu mà đặc
tả giao thức nêu ra. Có hai loại kiểm chứng giao thức:
– Kiểm chứng thiết kế giao thức (Protocol design verification): là kiểm
chứng đặc tả giao thức một lần.

– Kiểm chứng thực hiện giao thức (Protocol implementation verification)
là kiểm chứng với mỗi phiên bản thực hiện giao thức.
Một số phương pháp kiểm chứng giao thức thường được sử dụng:
– Phương pháp "phân tích đạt tới" cho các đặc tả giao thức sử dụng lưu
đồ thời gian và lưu đồ trạng thái.


14
– Phương pháp "chứng minh chương trình" cho các đặc tả giao thức sử
dụng ngơn ngữ lập trình.
– Phương pháp mơ phỏng và thử nghiệm.
Mục đích chính kiểm chứng giao thức là kiểm tra xem giao thức có đạt
được các mục tiêu đưa ra lúc đặc tả giao thức hay khơng. Nếu khơng đạt được
mục tiêu đưa ra thì việc đi tìm ngun nhân làm cho giao thức khơng đạt được
mục tiêu là quan trọng nhất.
1.3 Đánh giá hiệu suất giao thức
1.3.1 Khái niệm hiệu suất mạng và các độ đo hiệu suất
Nói chung, hiệu suất là một trong hai nhân tố chính xác định năng suất
tổng cộng của một hệ thống, phản ánh khả năng khai thác tài nguyên đối với
năng lực của hệ thống. Đối với một hệ thống tính tốn, đánh giá hiệu suất
(performance evaluation) là xác định về mặt định tính và định lượng chất
lượng phục vụ của hệ thống tính tốn đó với một loại bài toán nhất định. Đối
với giao thức, đánh giá hiệu suất là xác định về mặt định tính và định lượng
chất lượng truyền tải đối với một lưu lượng số liệu nhất định.
Hiệu suất mạng chủ yếu được xác định bởi các nhân tố: tính sẵn sàng để
dùng (availability), thơng lượng (throughput), thời gian đáp ứng (response
time), thời gian trễ (delay), độ tin cậy (reliability), tỉ suất lỗi (error rate) và
hiệu suất của ứng dụng... Tùy thuộc vào từng loại hệ thống và mục đích sử
dụng mà người ta có thể sử dụng các độ đo trên hoặc là sự kết hợp của một
vài trong số đó. Người ta thường phân chia độ đo hiệu suất làm hai loại, đó là:

độ đo hướng đến người sử dụng và độ đo hướng tới hệ thống.
Các độ đo hướng tới người sử dụng:
– Response time: là khoảng thời gian từ khi có một yêu cầu (request)
đến hệ thống cho đến khi nó được hệ thống thực hiện xong; thường được sử
dụng trong các hệ thời gian thực hoặc các môi trường hệ thống tương tác.
– System reaction time: là khoảng thời gian tính từ khi input đến hệ
thống cho đến khi yêu cầu chứa trong input đó nhận được khe thời gian (slice


15
time) phục vụ đầu tiên; thường được sử dụng trong các hệ thống tương tác,
thay cho response time. Độ đo này đo mức độ hiệu dụng của bộ lập lịch của
hệ thống trong việc nhanh chóng cung cấp dịch vụ cho một yêu cầu mới đến.
Trong mạng máy tính, các đại lượng trên đều được xem là các biến
ngẫu nhiên, vì vậy người ta thường nói về phân bố, kỳ vọng, phương sai... của
chúng.
Các độ đo hướng tới hệ thống:
– Throughput: là số đơn vị thơng tin tính trung bình được vận chuyển
qua mạng trong một đơn vị thời gian. Đơn vị thơng tin ở đây có thể là bit,
byte hay gói số liệu... Nếu các đơn vị thơng tin đi vào mạng theo một cơ chế
độc lập với trạng thái của mạng, thì thơng lượng cũng chính bằng tốc độ đến
trung bình nếu mạng vẫn cịn có khả năng vận chuyển. Một số trường hợp
người ta sử dụng đại lượng không thứ nguyên Hệ số sử dụng đường truyền
(Line Utilization) hay cịn gọi thơng lượng chuẩn hố, đó là tỉ số của thông
lượng trên năng lực vận chuyển của đường truyền (line capacity).
– Transfer delay: là thời gian trung bình để vận chuyển một gói số liệu
qua mạng, từ nguồn tới đích. Người ta cũng có thể dùng thời gian trễ chuẩn
hóa, là tỉ số của thời gian trễ trên một tham số thời gian nào đó, thí dụ như
thời gian cần thiết để truyền một gói tin lên đường truyền (packet transmition
time).

– Tỉ lệ lỗi truyền số liệu: là số lượng số gói tin bị lỗi trên tổng số gói tin
được đưa lên đường truyền.
– Thời gian xử lý, khắc phục lỗi…
1.3.2 Tầm quan trọng của việc đánh giá hiệu suất
Cùng với sự ra đời và phát triển của các giao thức truyền tải số liệu, vấn
đề đánh giá và dự đốn hiệu suất ln thu hút sự quan tâm của các nhà nghiên
cứu và thiết kế giao thức với mục đích chính là cải thiện đặc trưng giá - hiệu
suất của giao thức (cost - performance). Quá trình đánh giá hiệu suất là cơng
việc khơng thể thiếu trong các giai đoạn thiết kế, cài đặt và vận hành hệ thống
mạng. Trong giai đoạn đầu của thiết kế, đánh giá hiệu suất làm cơ sở cho việc


16
chọn thiết kế kiến trúc mạng. Sau khi lựa chọn kiến trúc và bắt đầu thiết kế,
triển khai, việc đánh giá hiệu suất sẽ trở nên cụ thể hơn. Trong giai đoạn vận
hành, việc so sánh hiệu suất dự đoán với hiệu suất thực tế đạt được thường
giúp cho các nhà nghiên cứu thấy được các khuyết điểm trong thiết kế hoặc
các lỗi trong việc lập trình. Các kỹ thuật được dùng để dự đoán và đánh giá
hiệu suất mạng trong giai đoạn thiết kế và triển khai thực hiện có khi chỉ là
các tính tốn bằng tay, nhưng cũng có khi là các mơ phỏng rất tinh vi.
Đánh giá hiệu suất giao thức có ý nghĩa lý luận và thực tế quan trọng,
xun suốt tồn bộ q trình thiết kế, thực hiện và sử dụng giao thức. Mục
tiêu cuối cùng của việc thiết kế, thực hiện và vận hành các giao thức trao đổi
số liệu cần đạt được chính là tính hiệu quả và chất lượng cao trong hoạt động
phục vụ của hệ thống đó.
1.4 Các phƣơng pháp đánh giá hiệu suất giao thức mạng
1.4.1 Khái quát về các phƣơng pháp đánh giá hiệu suất
Có nhiều phương pháp đánh giá hiệu suất mạng máy tính, mỗi phương
pháp có các thế mạnh riêng phụ thuộc vào mục tiêu nghiên cứu cụ thể, điều
kiện và khả năng của người sử dụng. Người ta chia các phương pháp đánh giá

hiệu suất mạng làm ba loại [3][1]: mơ hình Giải tích (Analytic Models), mơ
hình Mơ phỏng (Simulation Models) và Phương pháp Đo (Measurement).
Trong đó, phương pháp mơ hình Mơ phỏng có nhiều ưu điểm vượt trội so với
hai phương pháp cịn lại, đó là chi phí thấp, nhanh chóng và chính xác.
Phương pháp mơ hình Giải tích bảo đảm hiệu quả, dễ thay đổi với chi phí
thấp, tuy nhiên, địi hỏi khả năng Tốn học tốt. Phương pháp Đo cho kết quả
chính xác nhưng thường có chi phí cao về thiết bị, thời gian và khó có khả
năng thực hiện hơn vì vấn đề sở hữu đối với hệ thống mạng muốn đo. Các
phương pháp trên sẽ được trình bày rõ hơn ở dưới đây.
1.4.2 Phƣơng pháp lập mơ hình giải tích
Trong mơ hình Giải tích, Lý thuyết Hàng đợi đóng vai trị mấu chốt để
giải bài toán đánh giá hiệu suất, bởi vì đó là cơng cụ Tốn học thích hợp nhất


17
để phát biểu và giải các bài toán về hiệu suất. Theo phương pháp này, chúng
ta sẽ xây dựng nên một quan hệ dạng hàm với các tham số sẽ là các đặc trưng
riêng của hệ thống mạng cũng như các yêu cầu của ứng dụng (thí dụ như thời
gian trễ, băng thơng, thời gian đáp ứng,...). Thường thì các quan hệ thu được
rất phức tạp và khó giải do có quá nhiều tham số, nên người ta phải đưa ra
nhiều giả thiết để đơn giản hoá nhằm đưa về các phương trình có thể giải
được bằng giải tích. Có những giả thuyết có vẻ như phi thực tế hoặc đơn giản
hoá quá mức, tuy nhiên, kết quả thu được lại rất phù hợp với các kết quả của
phương pháp mô phỏng hoặc phương pháp thực nghiệm. Điều quan trọng đối
với nhà nghiên cứu là đưa ra được các giả thiết làm cho mơ hình trở nên càng
đơn giản càng tốt mà vẫn đạt được độ chính xác cần thiết của các kết quả dự
đoán và đánh giá hiệu suất.
1.4.3 Phƣơng pháp lập mơ hình mơ phỏng
Lập mơ hình mơ phỏng là phương pháp sử dụng các chương trình máy
tính để mơ phỏng kiến trúc và q trình hoạt động của hệ thống, trên cơ sở đó

xác định các thơng số hiệu suất của hệ thống. Thông thường, công việc chính
của mơ phỏng là phân tích mạng và xây dựng chương trình mơ phỏng dựa
trên một cơng cụ mơ phỏng nào đó, mà người ta hay gọi là bộ mơ phỏng. Nó
bao gồm các chức năng cho phép tạo ra các thành phần cơ bản của mạng mô
phỏng như đường truyền, nút mạng, các nguồn lưu lượng, mơ hình sinh lỗi,...
đồng thời người dùng có thể cài đặt hay sửa đổi chi tiết các giao thức cần mô
phỏng. Bộ mô phỏng thường được xây dựng theo kiểu có cấu trúc, cho phép
mơ-đun hố chương trình mơ phỏng thành tập các chương trình con, sao cho
việc sửa đổi, bổ sung các chương trình con được dễ dàng. Hơn nữa, khi xây
dựng bộ mô phỏng, tốc độ thực hiện là một trong những yếu tố rất được chú
trọng nhằm giảm thời gian chạy mô phỏng càng nhiều càng tốt.
Kết quả mô phỏng là vết của các sự kiện, chứa đựng rất nhiều thông số
về độ đo hiệu suất mạng, nên thường được sử dụng để kiểm chứng kết quả
của mơ hình giải tích.


18
1.4.4 Phƣơng pháp Đo
Phương pháp đo thực tế thường được áp dụng khi các các yếu tố đảm bảo
về kỹ thuật cho phép, chi phí cho các thiết bị đo và các phép đo là có thể chấp
nhận được. Đối với các hệ thống đang hoạt động, việc phân tích và đánh giá
hiệu suất hoạt động của hệ thống dựa trên các số liệu thu thập được bởi các hệ
thống giám sát, bằng phương pháp thử ngẫu nhiên hoặc được kích hoạt bởi
các sự kiện qui định trong và ngồi hệ thống, tại các giao diện ngoài vào và
giao diện ra của hệ thống. Phương pháp này thường được thực hiện trong giai
đoạn triển khai và vận hành hệ thống. Kết quả đo có thể được sử dụng làm
các giá trị đầu vào cho các mơ hình giải tích, mơ hình mơ phỏng máy tính
hoặc được sử dụng để kiểm chứng tính đúng đắn của các mơ hình này. Trong
giai đoạn triển khai hệ thống, kết quả đo là yếu tố rất quan trọng làm cơ sở để
điều chỉnh các thành phần của hệ thống cho hiệu quả hơn.

1.4.5 So sánh các phƣơng pháp
Phương pháp sử dụng mơ hình giải tích là phương pháp tốt nhất vì nó
cho phép thay đổi các tham số của hệ thống, cấu hình trong một miền rộng
với chi phí thấp mà vẫn có thể đạt được các kết quả mong muốn. Phương
pháp này thường chỉ được sử dụng trong giai đoạn đầu của quá trình thiết kế,
các kết quả thu được cần phải được kiểm nghiệm bằng kết quả của các
phương pháp khác. Nguyên nhân là các mơ hình giải tích do chúng ta xây
dựng thường là phức tạp, không thể giải được nếu khơng được đơn giản hố
nhờ các giả thiết hay được phân rã thành các mơ hình nhiều cấp, nên có thể
các mơ hình này khác xa với thực tế.
Phương pháp mơ phỏng có thể được sử dụng ngay trong giai đoạn đầu
của việc thiết kế cho đến giai đoạn triển khai thực hiện và tích hợp hệ thống.
Nhưng phương pháp này địi hỏi chi phí cao cho việc xây dựng bộ mơ phỏng
cũng như kiểm chứng tính đứng đắn của nó. Tuy nhiên, sau khi xây dựng
xong bộ mơ phỏng, có thể tiến hành chạy chương trình nhiều lần với độ chính
xác theo yêu cầu và chi phí cho mỗi lần chạy là thấp. Các kết quả mô phỏng


19
vẫn cần phải được kiểm chứng bằng các phương pháp khác như phương pháp
giải tích hay đo thực tế.
Nếu như hai phương pháp trên có thể thực hiện ngay từ giai đoạn thiết kế
thì phương pháp đo thực tế chỉ có thể sử dụng được khi giao thức đã được cài
đặt, triển khai vào hoạt động thực tế. Do đó, với một giao thức mới chưa
được cài trong hệ thống thì khơng thể sử dụng phương pháp này. Phương
pháp Đo cũng địi hỏi chi phí cao cho các thiết bị đo và cho việc tiến hành đo.
Việc đo đạc cần được thực hiện ở nhiều thời điểm, kéo dài và lặp lại trong
một khoảng thời gian đủ dài. Tuy nhiên, phương pháp này vẫn có thể khơng
phát hiện hoặc dự đốn được mọi tình huống và hành trạng có thể xảy ra.
Thông thường, để tăng độ tin cậy cho hệ thống người ta sử dụng cả ba

phương pháp hoặc ít nhất là hai trong ba phương pháp kể trên.


20

CHƢƠNG 2: MỘT SỐ GIAO THỨC LIÊN QUAN TRỰC TIẾP
ĐẾN QUÁ TRÌNH TƢƠNG TÁC VỚI MẠNG THỰC
2.1 Mạng cục bộ và các giao thức tầng MAC
2.1.1 Mạng cục bộ (LAN – Local Area Network)
Khác với hệ thống truyền dẫn trong mơ hình tham chiếu ISO OSI, kiến
trúc mạng LAN chỉ gồm hai tầng: tầng Vật lý và tầng Liên kết dữ liệu [1].
Tầng liên kết dữ liệu chia làm hai tầng con, đó là: tầng điều khiển truy nhập
mơi trường truyền MAC (Medium Access Control) và tầng điều khiển Liên
kết logic LLC (Logic Link Control).
Tầng Vật lý điều khiển chức năng điều chế tín hiệu số và đồng bộ để
phát và nhận số liệu (thường là nối tiếp) trong hệ thống truyền dẫn chung một
cách chính xác đối với từng hệ thống truyền dẫn.
Tầng điều khiển truy nhập MAC quy định về việc trao đổi thông tin trên
mạng. Điều khiển việc sử dụng tài nguyên một cách bình đẳng khi có nhiều
thiết bị cùng muốn sử dụng một hệ thống truyền dẫn chung. Trong hệ thống
truyền dẫn chung của mạng LAN, chức năng chuyển mạch và chuyển gói số
liệu từ thiết bị nguồn cho đến thiết bị đích có thể được thực hiện ở tầng điều
khiển truy nhập MAC mà khơng cần thiết phải có một tầng chức năng như
“tầng mạng” của mơ hình OSI. Tầng liên kết logic LLC đảm bảo chuyển tiếp
gói số liệu (frame) chính xác giữa các thực thể cuối của giao thức trao đổi số
liệu và hỗ trợ ứng dụng ở các tầng chức năng cao hơn. Trong phần này, tơi sẽ
tìm hiểu kỹ hơn các giao thức điều khiển truy nhập MAC.
2.1.2 Một số phƣơng pháp điều khiển truy nhập mạng
Một trong những đặc trưng của mạng cục bộ là việc sử dụng chung kênh
truyền của nhiều thiết bị nối vào mạng. Các thiết bị hoạt động độc lập, bình

đẳng trong truy nhập vào hệ thống truyền dẫn chung. Vì nhu cầu trao đổi số
liệu của các thiết bị là ngẫu nhiên nên không tránh khỏi xảy ra xung đột truy
nhập khi hai thiết bị cùng lúc sử dụng kênh truyền chung. Do đó, các thuật


21
toán điều khiển truy nhập đường truyền chung nhằm tránh xung đột hay phát
hiện và loại trừ xung đột quyết định hiệu suất chuyển tiếp gói số liệu trong
mạng cục bộ.
Các phương pháp điều khiển truy nhập mạng được chia làm hai loại, đó
là điều khiển truy nhập ngẫu nhiên (stochastic) và điều khiển truy nhập xác
định (deterministic).

Hình 2.1 Các phương pháp điều khiển truy nhập mạng
2.1.2.1 Điều khiển truy nhập ngẫu nhiên
Điều khiển truy nhập ngẫu nhiên (Stochastic) chấp nhận khả năng xảy ra
xung đột, nghĩa là khơng có cơ chế “dàn xếp” trước khi truy nhập, việc khởi
động truy nhập mạng chỉ duy nhất phụ thuộc vào nhu cầu trao đổi số liệu. Sau
đây tơi sẽ tìm hiểu về một số giao thức điều khiển truy nhập ngẫu nhiên.
Giao thức Pure ALOHA: (ALOHA thuần túy)
Giao thức Pure ALOHA là giao thức điều khiển truy nhập cho phép các
thiết bị (trạm) có thể truyền bất cứ lúc nào lên kênh truyền chung khi có nhu
cầu truyền dữ liệu. Mỗi khi có hai frame ở hai trạm cùng gửi lên kênh truyền
chung thì xảy ra xung đột và cả hai frame đều bị hư hỏng. Do có q trình
phản hồi của bên nhận nên bên gửi sẽ biết được frame mình gửi có bị hỏng
hay khơng. Nếu frame gửi đi bị hỏng thì bên gửi cho là có xảy ra xung đột.
Nếu frame xung đột với các frame từ các nút khác thì ngay sau khi truyền
xong frame này sẽ đợi một khoảng thời gian ngẫu nhiên và truyền lại frame
lần nữa. Thời gian đợi phát lại frame phải ngẫu nhiên, nếu không các frame

22
đã xung đột sẽ bị xung đột hết lần này đến lần khác. Hình sau minh họa xung
đột truy nhập trong mạng Pure ALOHA.
Xung đột truy nhập
Frame

Frame
Frame

t0 –ti

ti

t0 + ti

t

Hình 2.2 Xung đột truy nhập trong mạng Pure ALOHA
Ta xét hiệu suất sử dụng kênh truyền của giao thức Pure ALOHA:
Rõ ràng, một frame được phát thành công nếu trong khoảng thời gian từ
t0–ti đến t0+ti khơng có bất cứ trạm nào khác phát frame. Để đơn giản ta bỏ
qua thời gian lan truyền tín hiệu trên kênh truyền. Giả thiết rằng, các frame
tuân thủ theo phân bố Poisson và các trạm ln có frame để phát. Như vậy,
xác xuất để một frame phát thành cơng, nghĩa là khơng có xung đột truy nhập,
chính là xác suất khơng có frame nào đến trong khoảng thời gian 2ti, chính là:

(2G)0  2G
 2G
P[k  0] 

e e
0!
Với G là tốc độ sinh frame trung bình.
P[k] là xác suất để có k frame sinh ra trong khoảng thời gian 2ti.
Như vậy, thông lượng của số liệu đạt được trong khoảng thời gian 2ti
chính bằng lưu lượng số liệu đến nhân với xác suất phát số liệu thành công:

S  GP  Ge2G
S đạt giá trị cực đại tại G=0.5 Khi đó S=

1
 0,184
2e

Như vậy, hiệu suất sử dụng kênh truyền số liệu trên cơ sở phương pháp
truy nhập Pure ALOHA chỉ vào khoảng 18%.


23
Giao thức Slotted ALOHA (ALOHA chia khe)
Để nâng cao hiệu suất giao thức ALOHA, người ta chia thời gian phát
frame thành các khe thời gian có độ dài bằng thời gian phát một frame (giả
thiết các frame có độ dài như nhau). Các trạm chỉ bắt đầu truyền tại đầu các
khe thời gian, khi đó, các trạm cần đồng bộ hóa việc nhận biết thời điểm đầu
của mỗi khe thời gian (Hệ thống Slotted ALOHA cần có một trạm phát tín
hiệu đồng bộ hệ thống). Do đó, khi một trạm muốn truyền frame thì phải đợi
đến thời điểm đầu của khe thời gian kế tiếp mới được truyền. Nếu có xung
đột, nút phát hiện xung đột ngay trong khoảng thời gian và sẽ truyền lại frame
trong khoảng thời gian đầu khe tiếp theo với xác suất p cho đến khi frame
được truyền thành công.

Frame bị xung đột và hỏng
Station 1
Station 2
Station 3
Station 4
Station 5

t0

T

2T

3T

4T

5T

Hình 2.3 Xung đột truy nhập trong mạng Slotted ALOHA
Tương tự như giao thức ALOHA, ta có xác suất để phát frame thành
công là xác suất không có frame nào đến hệ thống trong thời gian ti, chính là:

(G)0 G
P[k  0] 
e  e G
0!
Thơng lượng frame đạt được khi sử dụng giao thức Slotted ALOHA là:
S  GP[0]  GeG
S đạt giá trị cực đại tại G=1 Khi đó S=

1
 0,368
e

Như vậy, hiệu suất sử dụng tối đa kênh truyền số liệu trên cơ sở
phương pháp truy nhập Slotted ALOHA vào khoảng hơn 36%, gấp đôi đại