Luận văn thạc sĩ về điều khiển tắc nghẽn trong mạng NGN toàn IP

Luận văn thạc sĩ VNU UET nghiên cứu điều khiển chống tắc nghẽn trong mạng NGN toàn IP, góp phần nâng cao hiệu quả kỹ thuật điện tử viễn thông.

• Tác giả: Bùi Thị Kim Hoa
• Người hướng dẫn: PGS. Đinh Thế Cường
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông
• Đề tài: Điều Khiển Chống Tắc Nghẽn Trong Mạng NGN Toàn IP
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ TẮC NGHẼN TRONG MẠNG NGN TOÀN IP
• 1.1. Cơ sở kỹ thuật mạng IP
• 1.2. Bộ giao thức TCP/IP
• 1.3. Mô hình OSI
• 1.4. Kết nối liên mạng sử dụng giao thức IP
• 1.5. Tầng truy nhập mạng
• 1.6. Địa chỉ IP
• 1.7. Mạng thế hệ sau NGN (Next Generation Network)
• 1.7.1. Sự cần thiết phải chuyển đổi sang mạng NGN
• 2. CHƯƠNG 2: NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN TRONG MẠNG NGN TOÀN IP
• 2.1. Điều khiển tắc nghẽn là gì?
• 2.2. Nguyên lý điều khiển tắc nghẽn
• 2.3. Phân loại các phương pháp điều khiển tắc nghẽn
• 2.3.1. Phân loại theo lý thuyết điều khiển
• 2.3.2. Điều khiển tắc nghẽn trên cơ sở cửa sổ hay tốc độ
• 2.4. Các tiêu chí đánh giá phương pháp điều khiển tắc nghẽn
• 2.4.1. Tính hiệu quả (Efficient)
• 2.4.2. Tính bình đẳng (Fairness)
• 2.4.3. Tính hội tụ (Convergence)
• 2.5. Thuật toán tăng giảm
• 2.6. Phương pháp phản hồi tắc nghẽn tại bộ định tuyến
• 2.6.1. Các đặc điểm của phương pháp phản hồi tắc nghẽn tại bộ định tuyến
• 2.6.2. Các nguyên tắc thiết kế và các cơ chế liên quan
• 2.6.3. Định hướng truyền tải thông tin mạng
• 2.6.4. Cơ chế để truyền tải thông tin mạng
• 2.6.5. Thông tin phản hồi
• 3. CHƯƠNG 3: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN TRONG MẠNG NGN TOÀN IP
• 3.1. Điều khiển tắc nghẽn trong TCP
• 3.2. Các pha điều khiển tắc nghẽn
• 3.3. Cơ chế cửa sổ trượt
• 3.4. Đặc điểm của ECN
• 3.5. Bổ sung của ECN trong tiêu đề IP
• 3.6. Hoạt động của ECN
• 4. CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN VÀ ỨNG DỤNG
• 4.1. Phân tích một số kết quả mô phỏng
• 4.2. So sánh các phương pháp điều khiển tắc nghẽn
• 4.3. Khả năng ứng dụng của các phương pháp điều khiển tắc nghẽn trong môi trường mạng NGN toàn IP
• 4.4. Tổng kết đặc trưng của các phương pháp điều khiển tắc nghẽn
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về điều khiển tắc nghẽn trong mạng NGN toàn IP

Mạng NGN toàn IP đang trở thành xu hướng chủ đạo trong ngành viễn thông. Việc điều khiển tắc nghẽn trong mạng này là một thách thức lớn. Nhu cầu sử dụng dịch vụ ngày càng tăng, dẫn đến tình trạng tắc nghẽn mạng. Điều này ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ (QoS) và trải nghiệm người dùng. Việc nghiên cứu và áp dụng các phương pháp điều khiển tắc nghẽn là cần thiết để đảm bảo hiệu suất mạng.

1.1. Khái niệm mạng NGN và tắc nghẽn mạng

Mạng NGN (Next Generation Network) là mạng viễn thông hiện đại, tích hợp nhiều dịch vụ khác nhau. Tắc nghẽn mạng xảy ra khi lưu lượng truy cập vượt quá khả năng xử lý của mạng, dẫn đến giảm chất lượng dịch vụ.

1.2. Tầm quan trọng của điều khiển tắc nghẽn

Điều khiển tắc nghẽn giúp tối ưu hóa tài nguyên mạng, đảm bảo chất lượng dịch vụ. Việc áp dụng các phương pháp điều khiển tắc nghẽn hiệu quả có thể giảm thiểu tình trạng tắc nghẽn và nâng cao trải nghiệm người dùng.

II. Vấn đề và thách thức trong điều khiển tắc nghẽn mạng NGN

Mạng NGN toàn IP đối mặt với nhiều thách thức trong việc điều khiển tắc nghẽn. Sự gia tăng nhanh chóng của người dùng và dịch vụ mới tạo ra áp lực lớn lên hạ tầng mạng. Các vấn đề như độ trễ, mất gói và giảm tốc độ truyền tải cần được giải quyết kịp thời.

2.1. Nguyên nhân gây ra tắc nghẽn trong mạng NGN

Tắc nghẽn có thể do nhiều nguyên nhân như lưu lượng truy cập cao, cấu hình không tối ưu hoặc sự cố phần cứng. Việc phân tích nguyên nhân giúp tìm ra giải pháp hiệu quả.

2.2. Tác động của tắc nghẽn đến chất lượng dịch vụ

Tình trạng tắc nghẽn ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng dịch vụ (QoS). Người dùng có thể gặp phải độ trễ cao, mất kết nối hoặc chất lượng cuộc gọi kém.

III. Phương pháp điều khiển tắc nghẽn hiệu quả trong mạng NGN

Có nhiều phương pháp điều khiển tắc nghẽn được áp dụng trong mạng NGN. Các phương pháp này giúp tối ưu hóa lưu lượng và đảm bảo chất lượng dịch vụ. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp là rất quan trọng để đạt được hiệu quả cao nhất.

3.1. Phương pháp điều khiển tắc nghẽn dựa trên TCP

Điều khiển tắc nghẽn trong TCP sử dụng cơ chế cửa sổ trượt để điều chỉnh lưu lượng. Phương pháp này giúp giảm thiểu tình trạng tắc nghẽn và cải thiện hiệu suất mạng.

3.2. Các thuật toán điều khiển tắc nghẽn khác

Ngoài TCP, còn có nhiều thuật toán khác như ECN (Explicit Congestion Notification) và AIMD (Additive Increase Multiplicative Decrease). Những thuật toán này giúp điều chỉnh lưu lượng một cách linh hoạt và hiệu quả.

IV. Ứng dụng thực tiễn của các phương pháp điều khiển tắc nghẽn

Các phương pháp điều khiển tắc nghẽn đã được áp dụng thành công trong nhiều mạng NGN. Việc phân tích kết quả thực tiễn giúp đánh giá hiệu quả của các phương pháp này. Các ứng dụng thực tiễn cho thấy sự cải thiện rõ rệt về chất lượng dịch vụ.

4.1. Kết quả nghiên cứu từ các mô hình mô phỏng

Nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng các phương pháp điều khiển tắc nghẽn có thể giảm thiểu tình trạng tắc nghẽn và cải thiện chất lượng dịch vụ. Các mô hình mô phỏng cung cấp dữ liệu quý giá cho việc tối ưu hóa mạng.

4.2. Khả năng ứng dụng trong môi trường thực tế

Các phương pháp điều khiển tắc nghẽn đã được triển khai trong nhiều môi trường thực tế. Kết quả cho thấy sự cải thiện đáng kể về hiệu suất mạng và trải nghiệm người dùng.

V. Kết luận và tương lai của điều khiển tắc nghẽn trong mạng NGN

Điều khiển tắc nghẽn trong mạng NGN toàn IP là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng. Tương lai của mạng NGN phụ thuộc vào khả năng điều khiển tắc nghẽn hiệu quả. Việc phát triển các phương pháp mới và cải tiến hiện tại sẽ giúp nâng cao chất lượng dịch vụ.

5.1. Xu hướng phát triển trong điều khiển tắc nghẽn

Xu hướng phát triển công nghệ sẽ tạo ra nhiều cơ hội mới cho việc điều khiển tắc nghẽn. Các công nghệ mới như AI và machine learning có thể được áp dụng để tối ưu hóa quá trình này.

5.2. Tầm quan trọng của nghiên cứu liên tục

Nghiên cứu liên tục trong lĩnh vực điều khiển tắc nghẽn là cần thiết để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người dùng. Việc cải tiến các phương pháp hiện tại sẽ giúp nâng cao hiệu suất mạng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin và viễn thông, mạng thế hệ sau (Next Generation Network - NGN) toàn IP đã trở thành xu hướng tất yếu nhằm đáp ứng nhu cầu truyền thông đa dịch vụ, đa phương tiện với chất lượng cao. Theo ước tính, lưu lượng dữ liệu trên các mạng IP tăng trưởng theo cấp số nhân, dẫn đến hiện tượng tắc nghẽn mạng ngày càng phổ biến và nghiêm trọng. Tắc nghẽn không chỉ làm giảm hiệu suất mạng mà còn ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng dịch vụ (Quality of Service - QoS), đặc biệt trong môi trường NGN toàn IP với sự hội tụ của nhiều loại dịch vụ như thoại, dữ liệu, video và truyền hình.

Vấn đề nghiên cứu tập trung vào điều khiển chống tắc nghẽn trong mạng NGN toàn IP nhằm đảm bảo hiệu quả sử dụng tài nguyên mạng, duy trì chất lượng dịch vụ và tăng tính ổn định của hệ thống. Mục tiêu cụ thể của luận văn là phân tích các nguyên lý điều khiển tắc nghẽn, đánh giá các phương pháp điều khiển hiện có và đề xuất giải pháp phù hợp cho mạng NGN toàn IP. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào môi trường mạng NGN toàn IP tại Việt Nam trong giai đoạn từ năm 2010 đến 2012, với các số liệu mô phỏng và phân tích thực tiễn từ các bộ định tuyến và giao thức TCP/IP.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc hỗ trợ các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông nâng cao hiệu quả khai thác mạng, giảm thiểu chi phí đầu tư mở rộng hạ tầng và cải thiện trải nghiệm người dùng thông qua việc kiểm soát tắc nghẽn hiệu quả. Các chỉ số đánh giá như băng thông, độ trễ, jitter và tỷ lệ mất gói được sử dụng làm thước đo chất lượng mạng, từ đó xác định hiệu quả của các giải pháp điều khiển tắc nghẽn.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai khung lý thuyết chính: lý thuyết điều khiển và mô hình đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) trong mạng NGN toàn IP.

1. Lý thuyết điều khiển tắc nghẽn: Phân loại thành điều khiển vòng hở (open-loop) và điều khiển vòng kín (closed-loop). Điều khiển vòng hở dựa trên đặt chỗ trước và nguyên lý gáo rò (leaky bucket), trong khi điều khiển vòng kín sử dụng phản hồi từ mạng để điều chỉnh lưu lượng, bao gồm phản hồi ẩn (implicit feedback) và phản hồi rõ (explicit feedback). Thuật toán tăng giảm (Additive Increase Multiplicative Decrease - AIMD) là cơ sở cho nhiều phương pháp điều khiển tắc nghẽn hiện đại.

2. Mô hình đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS): Bao gồm các mô hình Best Effort, IntServ (Integrated Services) và DiffServ (Differentiated Services). Mô hình IntServ sử dụng giao thức RSVP để đặt chỗ tài nguyên, còn DiffServ phân loại và ưu tiên lưu lượng dựa trên các lớp dịch vụ khác nhau, phù hợp với môi trường mạng NGN đa dịch vụ.

Các khái niệm chính bao gồm: tắc nghẽn mạng, băng thông, độ trễ, jitter, mất gói, mô hình TCP/IP, mạng NGN toàn IP, thuật toán AIMD, các phương pháp phản hồi tắc nghẽn như RED, ECN, FEWA, XCP.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp tổng hợp lý thuyết, phân tích mô hình và mô phỏng trên môi trường mạng NGN toàn IP.

• Nguồn dữ liệu: Thu thập từ các tài liệu chuyên ngành, tiêu chuẩn ITU-T, IETF, các báo cáo kỹ thuật về mạng NGN và giao thức TCP/IP, cùng các kết quả mô phỏng thực tế từ các bộ định tuyến và giao thức điều khiển tắc nghẽn.

• Phương pháp phân tích: Sử dụng mô hình toán học để mô tả hiện tượng tắc nghẽn và các thuật toán điều khiển, phân tích hiệu quả dựa trên các tiêu chí như tính hiệu quả, tính bình đẳng, tính hội tụ và độ phức tạp. Mô phỏng các thuật toán điều khiển tắc nghẽn trên các kích thước bộ đệm khác nhau (5Kbytes, 10Kbytes, 30Kbytes) để đánh giá hiệu suất.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ năm 2010 đến 2012, bao gồm giai đoạn thu thập tài liệu, xây dựng mô hình, thực hiện mô phỏng và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiện tượng tắc nghẽn trong mạng NGN toàn IP là không thể tránh khỏi do sự gia tăng đột biến và biến đổi động của lưu lượng đa dịch vụ. Mạng NGN toàn IP với cấu trúc hỗn tạp và các điểm nghẽn cổ chai tại các bộ định tuyến làm tăng nguy cơ tràn bộ đệm, gây mất gói và tăng độ trễ.

2. Phương pháp điều khiển tắc nghẽn dựa trên phản hồi rõ (explicit feedback) như ECN và RED cho phép phát hiện và cảnh báo tắc nghẽn sớm hơn so với phản hồi ẩn, giúp cải thiện hiệu quả sử dụng băng thông và giảm tỷ lệ mất gói. Ví dụ, mô phỏng cho thấy khi kích thước bộ đệm tăng từ 5Kbytes lên 30Kbytes, thông lượng tổng thể tăng khoảng 20%, đồng thời giảm đáng kể số lượng gói tin bị loại bỏ.

3. Thuật toán AIMD vẫn là cơ sở phổ biến cho các phương pháp điều khiển tắc nghẽn TCP, tuy nhiên nó có hạn chế trong môi trường mạng NGN với lưu lượng biến đổi nhanh và đa dịch vụ. Các phương pháp mới như FEWA (Fuzzy Explicit Window Adaptation) và XCP (Explicit Control Protocol) cải thiện tính hội tụ và độ mịn của điều khiển, giảm dao động lưu lượng và tăng tính công bằng giữa các luồng.

4. Mô hình DiffServ phù hợp với môi trường NGN toàn IP nhờ khả năng phân loại và ưu tiên lưu lượng, giúp đảm bảo QoS cho các dịch vụ thời gian thực như VoIP và video. So sánh với IntServ, DiffServ có khả năng mở rộng tốt hơn và ít tốn tài nguyên mạng hơn.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của tắc nghẽn là do sự không đồng bộ giữa lưu lượng đầu vào và khả năng xử lý của mạng, đặc biệt tại các điểm nghẽn cổ chai. Việc sử dụng các thuật toán điều khiển tắc nghẽn dựa trên phản hồi rõ giúp mạng có thể điều chỉnh lưu lượng kịp thời, tránh tràn bộ đệm và giảm thiểu mất gói. So với các nghiên cứu trước đây, kết quả mô phỏng trong luận văn cho thấy các phương pháp như FEWA và XCP có hiệu quả vượt trội trong việc duy trì thông lượng cao và giảm độ trễ.

Biểu đồ mô phỏng thể hiện sự thay đổi kích thước cửa sổ gửi TCP và chiều dài hàng đợi tại bộ định tuyến cho thấy các thuật toán mới giúp ổn định lưu lượng, giảm dao động so với AIMD truyền thống. Bảng so sánh các phương pháp điều khiển tắc nghẽn cũng minh họa rõ ưu nhược điểm về tính hiệu quả, tính bình đẳng và độ phức tạp.

Ý nghĩa của nghiên cứu là cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn để các nhà khai thác mạng NGN toàn IP lựa chọn và triển khai các giải pháp điều khiển tắc nghẽn phù hợp, từ đó nâng cao chất lượng dịch vụ và hiệu quả sử dụng tài nguyên mạng.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai các phương pháp điều khiển tắc nghẽn dựa trên phản hồi rõ (explicit feedback) như ECN, RED kết hợp với các thuật toán điều khiển cửa sổ nâng cao (FEWA, XCP) nhằm tăng hiệu quả sử dụng băng thông và giảm thiểu mất gói. Thời gian thực hiện: 12-18 tháng; Chủ thể: các nhà cung cấp dịch vụ mạng và nhà sản xuất thiết bị.

2. Áp dụng mô hình phân biệt dịch vụ DiffServ trong quản lý lưu lượng mạng NGN toàn IP để đảm bảo QoS cho các dịch vụ đa phương tiện và thời gian thực. Thời gian thực hiện: 18-24 tháng; Chủ thể: các nhà khai thác mạng và tổ chức tiêu chuẩn.

3. Nâng cao năng lực xử lý và mở rộng bộ đệm tại các bộ định tuyến trọng yếu nhằm giảm thiểu hiện tượng tràn bộ đệm và tắc nghẽn cổ chai. Thời gian thực hiện: 24 tháng; Chủ thể: nhà cung cấp thiết bị và nhà khai thác mạng.

4. Phát triển hệ thống giám sát và cảnh báo tắc nghẽn mạng theo thời gian thực dựa trên các chỉ số băng thông, độ trễ, jitter và tỷ lệ mất gói để kịp thời điều chỉnh lưu lượng. Thời gian thực hiện: 12 tháng; Chủ thể: các trung tâm quản lý mạng và nhà cung cấp dịch vụ.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà khai thác mạng viễn thông: Nghiên cứu giúp họ lựa chọn và triển khai các giải pháp điều khiển tắc nghẽn phù hợp, nâng cao chất lượng dịch vụ và tối ưu hóa chi phí vận hành.

2. Nhà sản xuất thiết bị mạng: Cung cấp cơ sở để phát triển các thiết bị định tuyến và chuyển mạch tích hợp các thuật toán điều khiển tắc nghẽn tiên tiến, đáp ứng yêu cầu mạng NGN toàn IP.

3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành công nghệ thông tin, viễn thông: Tài liệu tham khảo quan trọng về lý thuyết và thực tiễn điều khiển tắc nghẽn trong mạng NGN, hỗ trợ phát triển các nghiên cứu tiếp theo.

4. Các tổ chức tiêu chuẩn và quản lý viễn thông: Hỗ trợ xây dựng các chính sách, tiêu chuẩn kỹ thuật liên quan đến quản lý lưu lượng và đảm bảo chất lượng dịch vụ trong mạng NGN.

Câu hỏi thường gặp

1. Tắc nghẽn mạng là gì và tại sao nó xảy ra trong mạng NGN toàn IP?
   Tắc nghẽn mạng là trạng thái khi lưu lượng dữ liệu vượt quá khả năng xử lý của mạng, dẫn đến tràn bộ đệm, mất gói và tăng độ trễ. Trong mạng NGN toàn IP, lưu lượng đa dịch vụ và biến đổi động làm tăng nguy cơ tắc nghẽn, đặc biệt tại các điểm nghẽn cổ chai.

2. Phương pháp điều khiển tắc nghẽn nào hiệu quả nhất hiện nay?
   Các phương pháp dựa trên phản hồi rõ như ECN, RED kết hợp với thuật toán AIMD cải tiến (FEWA, XCP) được đánh giá cao về hiệu quả sử dụng băng thông, giảm mất gói và cải thiện tính công bằng giữa các luồng.

3. Mô hình QoS nào phù hợp với mạng NGN toàn IP?
   Mô hình DiffServ phù hợp với mạng NGN do khả năng phân loại và ưu tiên lưu lượng, hỗ trợ đa dịch vụ và mở rộng tốt hơn so với IntServ.

4. Làm thế nào để giảm thiểu tắc nghẽn mà không cần tăng tài nguyên mạng?
   Sử dụng các thuật toán điều khiển tắc nghẽn linh hoạt, phản hồi kịp thời và phân bổ tài nguyên công bằng giúp giảm thiểu tắc nghẽn hiệu quả mà không cần đầu tư mở rộng hạ tầng.

5. Các chỉ số nào dùng để đánh giá chất lượng mạng NGN?
   Các chỉ số chính gồm băng thông, độ trễ gói, jitter (biến đổi độ trễ) và tỷ lệ mất gói, phản ánh hiệu suất và chất lượng dịch vụ của mạng.

Kết luận

• Mạng NGN toàn IP với lưu lượng đa dịch vụ và biến đổi động làm tăng nguy cơ tắc nghẽn mạng, ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ.
• Điều khiển tắc nghẽn dựa trên phản hồi rõ và thuật toán AIMD cải tiến là giải pháp hiệu quả để kiểm soát lưu lượng và giảm thiểu mất gói.
• Mô hình DiffServ được khuyến nghị áp dụng trong mạng NGN để đảm bảo QoS cho các dịch vụ đa phương tiện.
• Nâng cấp thiết bị mạng và phát triển hệ thống giám sát tắc nghẽn là cần thiết để duy trì hiệu suất mạng ổn định.
• Các bước tiếp theo bao gồm triển khai thử nghiệm các thuật toán điều khiển tắc nghẽn mới và xây dựng chính sách quản lý lưu lượng phù hợp cho mạng NGN toàn IP.

Hành động ngay hôm nay: Các nhà khai thác và nhà nghiên cứu nên phối hợp triển khai các giải pháp điều khiển tắc nghẽn tiên tiến để nâng cao chất lượng dịch vụ và hiệu quả mạng NGN toàn IP.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Khái niệm mạng thế hệ sau (hay mạng thế hệ mới/mạng thế hệ tiếp theo NGN - Next Generation Network) hiện không còn mới mẻ trên thế giới nhƣ một vài năm trƣớc đây. Phát triển và kinh doanh mạng thế hệ sau NGN đã và đang là vấn đề tất yếu và phức tạp trong ngành viễn thông vài năm gần đây. Xu hƣớng phát triển của viễn thông là tiến tới hội tụ về mạng, hội tụ về dịch vụ, ứng dụng. Không nằm ngoài xu thế đó, mạng viễn thông của Việt Nam cũng đang nằm trong một lộ trình tất yếu là chuyển dần sang mạng thế hệ sau NGN và tiến tới IP hóa (toàn IP, công nghệ IP đƣợc sử dụng để tích hợp tất cả các dịch vụ) để có thể tiến tới liên lạc đƣợc mọi lúc, mọi nơi và bằng mọi phƣơng tiện.

Bên cạnh đó, nhu cầu cũng ngày càng gia tăng đối với các dịch vụ truyền thông mới, đòi hỏi khả năng đáp ứng việc cung cấp dịch vụ hoặc tăng tính cạnh tranh. Việc bảo đảm chất lƣợng dịch vụ trở thành tiêu chí sống còn, là nguyên nhân dẫn tới thành công của các nhà cung cấp dịch vụ. Một mạng toàn IP không chỉ cung cấp các dịch vụ truyền thống trên Internet nhƣ thƣ điện tử, truy nhập các trang web mà còn cung cấp dịch vụ điện thoại cố định, điện thoại di động, truyền hình và các dịch vụ phân phối dữ liệu cảm biến và tất nhiên cũng gặp phải các vấn đề thƣờng gặp của Internet nhƣ virus, truy nhập nặc danh hay tấn công DoS/DDoS. Tài nguyên của mạng có giới hạn trong khi nhu cầu truyền thông tin ngày càng tăng.

Chính vì vậy, hiện tƣợng tắc nghẽn mạng là khó tránh khỏi. Việc quá tải hoặc tắc nghẽn của một dịch vụ có thể ảnh hƣởng đến các dịch vụ còn lại. Để giải quyết vấn đề này có hai cách đó là: Tăng tài nguyên của mạng (mở rộng nút mạng, tăng các tuyến truyền dẫn, tăng băng thông của mạng …) và điều khiển để chống tắc nghẽn mạng. Việc tăng tài nguyên mạng chi phí đầu tƣ lớn và không thể thƣờng xuyên đƣợc.

Trong khi đó, việc điều khiển chống tắc nghẽn mạng sử dụng các giao thức, các thuật toán để điều khiển chống tắc nghẽn mạng. Việc này chi phí đầu tƣ nhỏ, không ảnh hƣởng đến phần cứng của mạng đồng thời rất mềm dẻo, linh hoạt. Tuy nhiên, vấn đề điều khiển chông tắc nghẽn mạng rất phức tạp nhất là khi mạng ngày càng phát triển rộng lớn, dịch vụ gia tăng nhanh, các dịch vụ mới ngày càng nhiều, số lƣợng ngƣời sử dụng tăng lên nhanh chóng kèm theo vấn đề lƣu lƣợng tăng vọt và biến đổi động. Vì vậy, vấn đề điều khiển chống tắc nghẽn ngày càng trở nên cấp thiết.

Thực chất, vấn đề điều khiển chống tắc nghẽn đã đƣợc nghiên cứu từ khá lâu và đã có các chuẩn, các thuật toán và giao thức điều khiển chống tắc nghẽn đƣợc công bố. LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 13 Đề tài “Điều khiển chống tắc nghẽn trong mạng NGN toàn IP” tập trung nghiên cứu các vấn đề về mạng NGN toàn IP, các vấn đề về điều khiển tắc nghẽn và hệ thống các phƣơng pháp điều khiển chống tắc nghẽn cũng nhƣ khả năng ứng dụng của những phƣơng pháp này trong mạng NGN toàn IP. Nội dung của luận văn gồm 4 chƣơng: Chƣơng 1: Tổng quan về điều khiển tắc nghẽn trong mạng NGN toàn IP Chƣơng 2: Nguyên lý điều khiển tắc nghẽn trong mạng NGN toàn IP. Chƣơng 3: Các phƣơng pháp điều khiển tắc nghẽn trong mạng NGN toàn IP.

Chƣơng 4: Phân tích các phƣơng pháp điều khiển tắc nghẽn và ứng dụng. Do kiến thức còn hạn hẹp nên nội dung luận văn không thể tránh khỏi thiếu sót. Em rất mong đƣợc sự đóng góp ý kiến của các thầy, cô và những ngƣời quan tâm đến lĩnh vực này. Em xin chân thành cảm ơn sự hƣớng dẫn tận tình của thầy giáo, PGS.Đinh Thế Cƣờng và các thầy cô trong khoa Điện tử viễn thông, Trƣờng Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội đã giúp đỡ em hoàn thành luận văn này.

Hà Nội, ngày tháng năm 2012 Ngƣời thực hiện Bùi Thị Kim Hoa LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 14 CHƢƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ TẮC NGHẼN TRONG MẠNG NGN TOÀN IP 1. Cơ sở kỹ thuật mạng IP Ngày nay giao thức IP đƣợc sử dụng rộng rãi trên phạm vi toàn cầu cho kết nối mạng viễn thông. Sự tăng trƣởng theo cấp số nhân của thuê bao Internet đã là một thực tế không ai có thể phủ nhận. Thực tế, lƣợng dữ liệu lớn nhất trên các mạng đƣờng trục đều là từ IP.

Mạng sử dụng giao thức IP loại bỏ ranh giới giữa dịch vụ số liệu và thoại. Trƣớc đây chúng ta phải xây dựng các mạng riêng lẻ dựa trên các giao thức khác nhau. Do đó, khả năng kết nối giữa các hệ thống là rất khó khăn. Giao thức IP độc lập với lớp liên kết dữ liệu.

Điều này cho phép truyền gói tin IP giữa hai điểm mà giữa chúng là các liên kết lớp 2 bất kỳ. Việc truyền tin đƣợc thực hiện theo cơ chế phi kết nối. Gói tin IP chứa địa chỉ bên nhận là số duy nhất trong toàn mạng và mang đầy đủ thông tin cho việc chuyển gói tới đích. Dựa trên các bảng định tuyến, các gói tin IP đƣợc chuyển hƣớng tới đích.

Phƣơng thức chuyển tin truyền thống là theo từng chặng một. IP là một giao thức chuyển mạch gói có độ tin cậy và khả năng mở rộng cao nhƣng lại không hỗ trợ chất lƣợng dịch vụ. Mạng IP đƣợc xây dựng dựa trên các tiêu chuẩn toàn cầu của IETF. Do đó, thiết bị của các nhà sản xuất khác nhau có thể dễ dàng tƣơng hoạt.

Hiện nay, nếu nói tới tiêu chuẩn truyền thông phổ biến nhất thì đó chính là giao thức IP. Bộ giao thức TCP/IP TCP/IP là bộ giao thức đƣợc phát triển bởi Cục các dự án nghiên cứu cấp cao (ARPA) của bộ quốc phòng Mỹ. Hiện nay, TCP/IP đƣợc sử dụng rất phổ biến trong mạng máy tính, mà điển hình là mạng Internet. TCP/IP đƣợc phát triển trƣớc mô hình OSI.

Do đó, các tầng trong TCP/IP không tƣơng ứng hoàn toàn với các tầng trong mô hình OSI. Chồng giao thức TCP/IP đƣợc chia thành bốn tầng: giao diện mạng (network interface), liên mạng (internet), giao vận (transport) và ứng dụng (application). Tầng ứng dụng: Tầng ứng dụng cung cấp các dịch vụ dƣới dạng các giao thức cho ứng dụng của ngƣời dùng. Một số giao thức tiêu biểu tại tầng này gồm: FTP (File Transfer Protocol), Telnet (TErminaL NETwork), HTTP (Hyper Text Transfer Protocol), SMTP (Simple Mail Transfer Protocol), POP3 (Post Office LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 15 Protocol), DNS (Domain Name System); DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol), SNMP (Simple Network Managament Protocol).

Mô hình OSI Mô hình TCP/IP Tầng ứng dụng Tầng trình diễn Tầng ứng dụng Tầng phiên Tầng giao vận Tầng giao vận Tầng mạng Tầng liên mạng Tầng liên kết dữ liệu Tầng giao diện mạng Tầng vật lý Hình 1. Mô hình OSI và TCP/IP Tầng giao vận: Tầng giao vận chịu trách nhiệm chuyển phát toàn bộ thông báo từ tiến trình-tới-tiến trình. Tại tầng này có hai giao thức là TCP và UDP, mỗi giao thức cung cấp một loại dịch vụ giao vận: hƣớng kết nối và phi kết nối. Giao thức TCP (Transmission Control Protocol) là giao thức hƣớng kết nối, đầu cuối tới đầu cuối.

Giao thức TCP là giao thức lớp truyền tải đáng tin cậy, thực hiện chức năng nhận luồng dữ liệu từ chƣơng trình ứng dụng, chia luồng dữ liệu nhận đƣợc thành các gói nhỏ có thể quản lý, sau đó gắn mào đầu vào trƣớc mỗi gói. Phần mào đầu này có chứa địa chỉ cổng nguồn và cổng đích. Ngoài ra, nó còn chứa số trình tự để chúng ta biết gói này nằm ở vị trí nào trong luồng dữ liệu. Sau khi nhận đƣợc một số lƣợng gói nhất định, phía nhận TCP sẽ gửi báo nhận lại cho phía gửi.

Ƣu điểm của việc làm này là TCP có khả năng điều chỉnh việc gửi và nhận các gói tin. Giao thức UDP (User Datagram Protocol) là một giao thức truyền thông phi kết nối, đƣợc dùng thay thế cho TCP ở trên IP theo yêu cầu của ứng dụng. UDP không đảm bảo sự tin cậy, nó gửi gói tin vào tầng IP nhƣng không có sự đảm bảo rằng gói tin sẽ đến đƣợc đích của chúng. UDP có trách nhiệm truyền các thông báo từ tiến trình-tới-tiến trình, nhƣng không cung cấp các cơ chế giám sát và quản lý.

UDP cũng cung cấp cơ chế gán và quản lý các số cổng để định danh duy nhất cho các ứng dụng chay trên một trạm của mạng. Do ít chức năng LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 16 phức tạp nên UDP có xu thế hoạt động nhanh hơn so với TCP. Nó thƣờng đƣợc dùng cho các ứng dụng không đòi hỏi độ tin cậy cao trong giao vận. Tầng liên mạng: Tầng liên mạng trong chồng giao thức TCP/IP tƣơng ứng với tầng mạng trong mô hình OSI, cho phép kết nối nhiều mạng với các công nghệ khác nhau qua mạng lõi sử dụng giao thức IP.

Chức năng chính của tầng mạng là đánh địa chỉ lôgic và định tuyến gói tới đích. Giao thức đáng chú ý nhất ở tầng liên mạng chính là giao thức liên mạng (IP – Internet Protocol). Ngoài ra còn có một số giao thức khác nhƣ ICMP, ARP và RARP. Kết nối liên mạng sử dụng giao thức IP Tầng truy nhập mạng: Tầng truy nhập mạng đôi khi còn đƣợc gọi là giao diện mạng.

Nó cung cấp giao tiếp với mạng vật lý. Thông thƣờng tầng này bao gồm các driver thiết bị trong hệ thống vận hành và các card giao diện mạng tƣơng ứng trong máy tính. Chức năng của tầng này là điều khiển tất cả các thiết bị phần cứng, thực hiện giao tiếp vật lý với cáp hoặc với bất kỳ môi trƣờng nào đƣợc sử dụng cũng nhƣ là kiểm soát lỗi dữ liệu phân bố trên mạng vật lý. Tầng truy nhập mạng không định nghĩa một giao thức riêng nào cả mà hỗ trợ các giao thức chuẩn nhƣ Ethernet, Token Ring, X25, Frame Relay, ATM… 1.

Địa chỉ IP Một liên mạng đƣợc tạo nên từ sự kết hợp của các mạng vật lý kết nối với nhau qua các bộ định tuyến. Khi một trạm truyền thông với một trạm khác, gói dữ liệu có thể di chuyển từ mạng vật lý này đến mạng vật lý khác qua các bộ định tuyến. Tại tầng này, một trạm cần phải đƣợc định danh duy nhất và toàn cục. Hơn nữa, để định tuyến tối ƣu và hiệu quả, mỗi bộ định tuyến cũng cần phải đƣợc định danh duy nhất và toàn cục tại tầng này.

LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.