Nghiên cứu kỹ thuật điều khiển tắc nghẽn mạng và mô phỏng trên Network Simulator 2

MỞ ĐẦU

1. CHƯƠNG 1: CÁC THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN MẠNG TRÊN LỚP TCP

1.1. Cơ chế cửa sổ trượt

1.2. Tính toán thời gian phát lại

1.2.1. Tính trung bình đơn giản

1.2.2. Tính trung bình theo hàm mũ

1.3. Quan hệ giữa điều khiển luồng và điều khiển tắc nghẽn trên TCP

1.3.1. Dự đoán phương sai RTT

1.3.2. Exponential RTO backoff

1.3.3. Thuật toán Karn

1.3.4. Thuật toán Tahoe

1.3.4.1. Kĩ thuật slow-start

1.3.4.2. Kĩ thuật Congestion Avoidance

1.3.4.3. Kĩ thuật fast retransmit

1.3.5. Thuật toán Reno

1.3.5.1. Kĩ thuật fast recovery

1.3.5.2. Thuật toán NewReno

1.3.6. Thuật toán Vegas

1.3.6.1. Cơ chế phát lại mới

1.3.6.2. Cơ chế Congestion Avoidance

1.3.6.3. Thay đổi cơ chế slow-start

2. CHƯƠNG 2: CÁC THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN MẠNG TRÊN GATEWAY

2.1. Random Early Detection

2.1.1. Thuật toán RED

2.1.2. Tính toán kích thước hàng đợi trung bình

2.1.3. Tính toán xác suất loại bỏ gói tin

2.1.4. Ưu nhược điểm của RED

2.2. RED thích nghi (Adaptive RED)

2.2.1. Thuật toán RED thích nghi

2.2.2. Khoảng giới hạn của các thông số

2.2.3. Ưu nhược điểm của RED thích nghi

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

3. CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU VỀ CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG MẠNG NS-2

3.1. Tổng quan về NS-2

3.2. Một số lớp đối tượng trong NS-2

3.2.1. Lớp tcp-sink

3.3. Các bước xây dựng một chương trình mô phỏng

3.4. Khảo sát và đánh giá kết quả mô phỏng

4. CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN TRÊN TCP

4.1. Thuật toán Tahoe

4.2. Thuật toán Reno

4.3. Thuật toán NewReno

4.4. Thuật toán Vegas

5. CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN TRÊN GATEWAY

5.1. So sánh hoạt động của RED với DropTail

5.2. Sự nhạy cảm của RED với mức độ tải dữ liệu lên mạng

5.3. Sự nhạy cảm với thông số của RED

5.4. RED thích nghi

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về tắc nghẽn mạng

Tắc nghẽn mạng là một hiện tượng phổ biến trong các hệ thống mạng, đặc biệt là trong các mạng máy tính. Khi lưu lượng dữ liệu vượt quá khả năng xử lý của mạng, hiện tượng này xảy ra, dẫn đến việc giảm hiệu suất mạng. Kỹ thuật điều khiển mạng được phát triển nhằm mục đích giảm thiểu tình trạng này. Các thuật toán điều khiển tắc nghẽn như Tahoe, Reno và Vegas đã được nghiên cứu và áp dụng rộng rãi. Những thuật toán này không chỉ giúp phát hiện tắc nghẽn mà còn điều chỉnh lưu lượng dữ liệu để đảm bảo hiệu suất mạng tối ưu. Việc nghiên cứu và mô phỏng các thuật toán này trên Network Simulator 2 là rất cần thiết để đánh giá hiệu quả và khả năng ứng dụng thực tế của chúng.

1.1. Tình huống tắc nghẽn mạng

Tình huống tắc nghẽn mạng thường xảy ra khi có quá nhiều gói tin được gửi đến một điểm trong mạng mà không đủ băng thông để xử lý. Điều này dẫn đến việc mất gói tin và tăng độ trễ, ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ. Các thuật toán điều khiển tắc nghẽn như Random Early Detection (RED) và Adaptive RED đã được phát triển để giải quyết vấn đề này. RED hoạt động bằng cách loại bỏ gói tin ngay từ khi hàng đợi chưa đầy, giúp giảm thiểu tình trạng tắc nghẽn. Việc áp dụng các thuật toán này trong mô phỏng trên Network Simulator 2 cho phép đánh giá hiệu quả của chúng trong các tình huống thực tế.

II. Các thuật toán điều khiển tắc nghẽn trên lớp TCP

Các thuật toán điều khiển tắc nghẽn trên lớp TCP như Tahoe, Reno và Vegas đã được nghiên cứu kỹ lưỡng. Tahoe sử dụng cơ chế slow-start và congestion avoidance để điều chỉnh lưu lượng dữ liệu. Reno cải tiến cơ chế này với fast recovery, cho phép phục hồi nhanh chóng sau khi mất gói tin. Vegas, một thuật toán chủ động, dự đoán tình trạng tắc nghẽn mà không cần phải mất gói tin. Những thuật toán này đều dựa trên cơ chế cửa sổ trượt để điều chỉnh lưu lượng dữ liệu. Việc mô phỏng các thuật toán này trên Network Simulator 2 giúp đánh giá hiệu quả và khả năng ứng dụng của chúng trong các tình huống thực tế.

2.1. Cơ chế cửa sổ trượt

Cơ chế cửa sổ trượt cho phép TCP phát nhiều gói tin mà không cần chờ đợi xác nhận cho từng gói. Điều này giúp tăng tốc độ truyền dữ liệu. Kích thước của cửa sổ trượt có thể thay đổi tùy thuộc vào các gói tin đã được xác nhận. Việc điều chỉnh kích thước cửa sổ là rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất mạng. Nếu cửa sổ quá nhỏ, hiệu suất sẽ giảm. Ngược lại, nếu cửa sổ quá lớn, có thể dẫn đến tình trạng tắc nghẽn. Do đó, việc tối ưu hóa kích thước cửa sổ là một phần quan trọng trong kỹ thuật điều khiển mạng.

III. Mô phỏng và đánh giá trên Network Simulator 2

Mô phỏng các thuật toán điều khiển tắc nghẽn trên Network Simulator 2 cho phép nghiên cứu và đánh giá hiệu quả của chúng trong các tình huống khác nhau. NS-2 cung cấp một môi trường mô phỏng mạnh mẽ, cho phép người dùng dễ dàng thiết lập các kịch bản mô phỏng và thu thập dữ liệu. Việc sử dụng NS-2 giúp xác định các thông số tối ưu cho các thuật toán điều khiển tắc nghẽn, từ đó cải thiện hiệu suất mạng. Các kết quả thu được từ mô phỏng có thể được sử dụng để đưa ra các khuyến nghị cho việc triển khai thực tế các thuật toán này.

3.1. Đánh giá hiệu quả của các thuật toán

Đánh giá hiệu quả của các thuật toán điều khiển tắc nghẽn là rất quan trọng để xác định khả năng ứng dụng của chúng trong thực tế. Các chỉ số như thông lượng, độ trễ và tỷ lệ mất gói tin được sử dụng để đánh giá hiệu suất của từng thuật toán. Kết quả mô phỏng cho thấy rằng các thuật toán như RED và Adaptive RED có khả năng giảm thiểu tình trạng tắc nghẽn tốt hơn so với các thuật toán truyền thống. Việc phân tích các kết quả này giúp đưa ra những cải tiến cần thiết cho các thuật toán trong tương lai.

Luận văn thạc sĩ về kỹ thuật điều khiển tắc nghẽn mạng và mô phỏng trên Network Simulator 2