Luận văn về hệ điều kiện giới hạn trong phân bố lưu lượng dịch vụ IP Internet

Bài viết phân tích và xây dựng hệ các điều kiện giới hạn nhằm phục vụ phân bố lưu lượng dịch vụ IP internet hiệu quả, đảm bảo chất lượng dịch vụ và tối ưu hóa mạng lưới.

• Tác giả: Dương Tuấn Anh
• Người hướng dẫn: TS Bùi Thiện Minh
• Trường học: Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
• Chuyên ngành: Công nghệ thông tin
• Đề tài: Xây dựng hệ điều kiện giới hạn cho phân bố lưu lượng dịch vụ IP Internet
• Loại tài liệu: Luận án Tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUÁT VỀ ĐẶC TÍNH HÓA LƯU LƯỢNG IP
• 1.1. GIỚI THIỆU CHƯƠNG
• 1.2. LƯU LƯỢNG VÀ CÁC ĐẶC TÍNH PHÂN LOẠI
• 1.3. VỀ CÁC PHẦN MỀM MÃ NGUỒN MỞ SỬ DỤNG
• 1.3.1. Lựa chọn các phần mềm vào đặc tính hóa lưu lượng
• 1.3.2. Phần mềm NTOP
• 1.3.3. Phần mềm mã nguồn mở Observium
• 1.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG
• 2. CHƯƠNG 2: ĐẶC TÍNH THỐNG KÊ VÀ ĐIỀU KIỆN GIỚI HẠN PHÂN BỐ LƯU LƯỢNG IP INTERNET
• 2.1. GIỚI THIỆU CHƯƠNG
• 2.2. ĐẶC TÍNH LƯU LƯỢNG CỦA NHỮNG MÔ HÌNH KHÁC NHAU
• 2.2.1. Tương tác đa phương tiện và lưu lượng thời gian thực
• 2.2.2. Đối với lưu lượng Web và Client-Server
• 2.2.3. Đối với di động trong môi trường mạng không dây
• 2.3. ĐIỀU KIỆN GIỚI HẠN SỬ DỤNG MÔ HÌNH, PHƯƠNG PHÁP
• 2.3.1. Những đồ thị biểu đồ thông lượng khác nhau
• 2.3.2. Định hình và phân chia giới hạn tắc nghẽn
• 2.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG
• 3. CHƯƠNG 3: CÁC ĐIỀU KIỆN GIỚI HẠN VỀ PHÂN BỔ LUỒNG LƯU LƯỢNG IP INTERNET THEO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ (QoS) TƯƠNG THÍCH
• 3.1. GIỚI THIỆU CHƯƠNG
• 3.2. VỀ TƯƠNG THÍCH QoS TRONG MÔI TRƯỜNG INTERNET
• 3.3. ĐIỀU KIỆN ĐỂ TƯƠNG THÍCH QoS ĐỐI VỚI MIDDLEWARE
• 3.3.1. Kiến trúc middleware đảm bảo QoS
• 3.3.2. Các cơ chế điều kiện tương thích trong hệ thống QoS middleware
• 3.3.3. Áp dụng mô hình điều khiển truyền thống
• 3.3.4. Các điều kiện về mô hình điều khiển tác vụ
• 3.3.5. Ứng dụng mô hình điều khiển tác vụ trong kiến trúc middleware
• 3.4. GIỚI HẠN PHÂN BỐ LƯU LƯỢNG ƯU TIÊN TRONG MẠNG HÀNG ĐỢI
• 3.4.1. Mô hình hóa cơ chế ưu tiên lưu lượng trong mạng hàng đợi
• 3.4.2. Giải quyết bài toán ưu tiên lưu lượng trong mạng hàng đợi
• 3.4.3. Bàn luận về những điều kiện giới hạn liên quan đến xử lý mạng hàng đợi
• 3.5. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
• 3.5.1. Thiết lập hệ thống điều khiển
• 3.5.2. Thiết lập tham số cấu hình
• 3.5.3. Phân tích đặc điểm của hệ thống theo mô hình lý thuyết
• 3.5.4. Kết quả mô phỏng tại Viễn thông Thừa Thiên Huế
• 3.6. KẾT LUẬN CHƯƠNG
• 4. CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU VỀ CÁC GIỚI HẠN TRONG CHỐNG TẤN CÔNG TỪ CHỐI DỊCH VỤ (DoS) VÀ SÂU INTERNET
• 4.1. GIỚI THIỆU CHƯƠNG
• 4.2. MỘT SỐ VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐÊN TẤN CÔNG MẠNG
• 4.2.1. Giới thiệu về tấn công mạng
• 4.2.2. Cơ sở và các vấn đề liên quan đến DoS
• 4.2.3. Sâu Internet: Cơ sở và các vấn đề liên quan
• 4.3. CHỐNG TẤN CÔNG TỪ CHỐI DỊCH VỤ (DoS) VÀ CÁC GIỚI HẠN
• 4.3.1. Hệ thống phòng thủ DoS dựa trên mạng Proxy
• 4.3.2. Nhận xét về các điều kiện giới hạn
• 4.4. NGĂN CHẶN SÂU INTERNET VÀ CÁC ĐIỀU KIỆN
• 4.4.1. Mô hình lây truyền và phát hiện tín hiệu virus/sâu
• 4.4.2. Phòng chống, ngăn chặn sâu Internet và các điều kiện
• 4.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG
• KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA NGHIÊN CỨU SINH
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về đặc tính hóa lưu lượng IP

Chương này giới thiệu về hệ điều kiện và giới hạn lưu lượng trong phân bố dịch vụ IP Internet. Đặc tính hóa lưu lượng IP là một quy trình quan trọng nhằm xác định các tham số cần thiết cho việc quản lý và phân bổ lưu lượng. Các phần mềm mã nguồn mở như NTOP và Observium được sử dụng để phân tích và giám sát lưu lượng, giúp các nhà quản lý mạng có cái nhìn rõ ràng hơn về tình trạng lưu lượng hiện tại. Việc phân tích này không chỉ giúp tối ưu hóa băng thông mà còn đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) cho người dùng. Đặc biệt, trong bối cảnh công nghệ mạng ngày càng phát triển, việc hiểu rõ các đặc tính lưu lượng trở nên cần thiết hơn bao giờ hết.

1.1. Lưu lượng và các đặc tính phân loại

Lưu lượng IP có thể được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau, bao gồm loại dịch vụ, nguồn gốc và mục đích sử dụng. Việc phân loại này giúp xác định các yêu cầu về băng thông và chất lượng dịch vụ cho từng loại lưu lượng. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, việc hiểu rõ các đặc tính này không chỉ giúp tối ưu hóa việc phân bổ tài nguyên mà còn hỗ trợ trong việc phát hiện và ngăn chặn các cuộc tấn công mạng. Đặc biệt, trong môi trường mạng hiện đại, việc phân tích lưu lượng theo thời gian thực là rất quan trọng để đảm bảo an ninh mạng và duy trì hiệu suất của hệ thống.

II. Đặc tính thống kê và điều kiện giới hạn phân bố lưu lượng IP Internet

Chương này tập trung vào việc phân tích các điều kiện giới hạn trong việc phân bố lưu lượng IP Internet. Các mô hình khác nhau được áp dụng để đánh giá lưu lượng trong các tình huống khác nhau, từ lưu lượng thời gian thực đến lưu lượng web. Việc xác định các điều kiện giới hạn là cần thiết để đảm bảo rằng lưu lượng được phân bổ một cách hiệu quả và không gây ra tắc nghẽn. Các phương pháp thống kê được sử dụng để phân tích và dự đoán lưu lượng, từ đó đưa ra các giải pháp tối ưu cho việc quản lý lưu lượng. Điều này không chỉ giúp cải thiện chất lượng dịch vụ mà còn đảm bảo rằng các yêu cầu về băng thông được đáp ứng một cách hiệu quả.

2.1. Đặc tính lưu lượng của những mô hình khác nhau

Các mô hình lưu lượng khác nhau có những đặc điểm riêng biệt, ảnh hưởng đến cách thức phân bổ và quản lý lưu lượng. Ví dụ, lưu lượng thời gian thực yêu cầu băng thông ổn định và thấp độ trễ, trong khi lưu lượng web có thể chịu đựng được độ trễ cao hơn. Việc hiểu rõ các đặc tính này giúp các nhà quản lý mạng có thể điều chỉnh các chính sách phân bổ lưu lượng một cách hợp lý, từ đó tối ưu hóa hiệu suất mạng. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, việc áp dụng các mô hình này có thể giúp phát hiện sớm các vấn đề tiềm ẩn trong mạng, từ đó đưa ra các biện pháp khắc phục kịp thời.

III. Các điều kiện giới hạn về phân bổ luồng lưu lượng IP Internet theo chất lượng dịch vụ QoS tương thích

Chương này phân tích các điều kiện giới hạn cần thiết để đảm bảo rằng lưu lượng IP được phân bổ một cách hiệu quả theo chất lượng dịch vụ (QoS). Việc xác định các điều kiện này là rất quan trọng trong việc quản lý lưu lượng, đặc biệt trong môi trường mạng phức tạp. Các mô hình điều khiển được áp dụng để đảm bảo rằng các yêu cầu về QoS được đáp ứng, từ đó cải thiện trải nghiệm người dùng. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, việc áp dụng các điều kiện giới hạn này không chỉ giúp tối ưu hóa băng thông mà còn đảm bảo an ninh mạng, ngăn chặn các cuộc tấn công từ chối dịch vụ (DoS).

3.1. Về tương thích QoS trong môi trường Internet

Tương thích QoS là một yếu tố quan trọng trong việc phân bổ lưu lượng IP. Các nhà cung cấp dịch vụ cần đảm bảo rằng các yêu cầu về QoS được đáp ứng cho từng loại dịch vụ. Việc áp dụng các mô hình tương thích QoS giúp cải thiện khả năng quản lý lưu lượng, từ đó đảm bảo rằng các dịch vụ quan trọng được ưu tiên trong quá trình phân bổ. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, việc áp dụng các mô hình này có thể giúp phát hiện và ngăn chặn các vấn đề tiềm ẩn trong mạng, từ đó cải thiện hiệu suất và an ninh mạng.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ kỹ thuật của tác giả Dương Tuấn Anh, hoàn thành vào tháng 06 năm 2013 tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông dưới sự hướng dẫn khoa học của TS Bùi Thiện Minh và PGS.TS Hoàng Minh, tập trung nghiên cứu vấn đề đặc tính hóa, phân bổ luồng lưu lượng và bảo đảm an ninh trên mạng IP.

Tính cấp thiết của luận án bắt nguồn từ bối cảnh mạng Internet Việt Nam bước vào giai đoạn tăng trưởng nhanh về số lượng người dùng (đứng thứ 3 khu vực Đông Nam Á, thứ 8 châu Á và thứ 18 toàn cầu tại thời điểm nghiên cứu), với hạ tầng mạng kết nối 63 tỉnh, thành phố và tổng lưu lượng băng thông quốc tế đạt 200 Gbps. Sự hội tụ của các lớp dịch vụ mới trên nền tảng IP dẫn tới tình trạng lưu lượng biến đổi đột biến, tạo ra sự chênh lệch lớn giữa nhu cầu băng thông và năng lực mở rộng của hạ tầng mạng viễn thông. Thêm vào đó, sự xuất hiện của các luồng lưu lượng phi truyền thống, lưu lượng độc hại và các hình thái tấn công mạng đặt ra yêu cầu cấp bách về việc giám sát, định danh tín hiệu toán học để phục vụ phân bổ tài nguyên theo thời gian thực. Khoảng trống nghiên cứu được tác giả chỉ ra là: phần lớn các nghiên cứu trước đây chỉ khảo sát mô hình lý thuyết trong môi trường cô lập của phòng thí nghiệm hoặc đề xuất can thiệp vào các tầng kiến trúc riêng rẽ đòi hỏi trang thiết bị chuyên dụng đắt tiền; trong khi đó, các nhà cung cấp dịch vụ mạng (ISP) thực tế phải đối mặt với bài toán tối ưu hóa tài nguyên sẵn có và duy trì chất lượng dịch vụ (QoS) mà không làm gián đoạn hệ thống đang vận hành.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của luận án được văn bản xác định cụ thể qua 4 nội dung đánh số:

1. Nghiên cứu tổng quát về đặc tính hoá lưu lượng IP Internet và các phần mềm mã nguồn mở liên quan, bao gồm các đặc tính lưu lượng, nhu cầu dung lượng và các yêu cầu QoS. Từ đó xác định các tham số đại diện cho mỗi lớp dịch vụ để thiết lập thứ tự ưu tiên, đồng thời phát hiện các tham số lưu lượng ảnh hưởng tới an ninh thông tin và mạng.
2. Nghiên cứu phương pháp điều khiển có các mức ưu tiên tương ứng với chất lượng dịch vụ đòi hỏi bởi các lớp dịch vụ khác nhau trong môi trường truyền thông đa chiều, đa dịch vụ nhằm đề xuất chiến lược định tuyến thời gian thực phù hợp, xác định các giới hạn biên phục vụ chống nghẽn và đảm bảo QoS.
3. Nghiên cứu các giải pháp chống tấn công từ chối dịch vụ (DoS/DDoS) và sâu Internet áp dụng cho nhà cung cấp dịch vụ mạng nhằm bảo đảm an ninh mạng và duy trì chất lượng dịch vụ.
4. Sử dụng hạ tầng mạng thực tế của Viễn thông Thừa Thiên Huế (đơn vị thành viên thuộc Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam - VNPT) để thu thập dữ liệu, phân tích, thử nghiệm và kiểm chứng các kết quả nghiên cứu.

Đối tượng nghiên cứu của luận án là luồng lưu lượng IP Internet, các đặc tính thống kê ngẫu nhiên của luồng dữ liệu, các cơ chế phân bổ tài nguyên, điều khiển chất lượng dịch vụ (QoS) và các mô hình phòng chống tấn công mạng DoS, sâu Internet. Phạm vi không gian nghiên cứu được xác lập tại hệ thống mạng thực tế của Viễn thông Thừa Thiên Huế, bao gồm cổng Gateway Internet phục vụ hơn 600 người dùng nội bộ và mạng đô thị Ethernet (MAN-E) kết nối các dịch vụ ADSL, cáp quang FTTH, dịch vụ truyền hình MyTV và HueTV. Phạm vi thời gian nghiên cứu và thực nghiệm tập trung trong giai đoạn từ năm 2010 đến năm 2013, gắn liền với các số liệu quan trắc thực tế và 3 đề tài khoa học công nghệ cấp cơ sở hoàn thành năm 2012.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Trong phần tổng quan tài liệu, tác giả điểm lại các hướng nghiên cứu kinh điển và hiện đại về lý thuyết mạng và đặc tính hóa lưu lượng. Đối với lý thuyết lưu lượng viễn thông truyền thống, tác giả viện dẫn các mô hình xác suất của Erlang và Poisson trong việc tính toán xác suất mất cuộc gọi (Grade of Service - GoS) theo mô hình Erlang B và Erlang C [84]. Về hướng nghiên cứu đặc tính địa phương hóa của lưu lượng mạng, luận án điểm lại công trình của Jain [47] khi nghiên cứu so sánh việc sử dụng bộ nhớ địa chỉ theo không gian và thời gian; nhóm nghiên cứu của Gulati [33] với 4 đặc trưng của đặc tính địa phương hoá; và công trình của Estrin cùng Mitzel [55] trong việc khám phá tính cục bộ địa phương thông qua kiểm tra mào đầu gói tin tại thiết bị định tuyến.

Về hướng xây dựng hồ sơ (profile) lưu lượng và hành vi của giao thức TCP trên mạng diện rộng, luận án hệ thống hóa các công trình tiêu biểu: Caceres cùng cộng sự [79] định hình các trao đổi Internet bằng cách đặc tính hoá trao đổi TCP giữa các điểm đầu cuối; Danzig và Jamin [43], [102] sử dụng kết quả của Caceres để xây dựng thư viện đặc tính tải thực nghiệm của TCP dùng cho mô phỏng; Paxson [43], [66], [73] phân tích các kết nối TCP diện rộng qua 3 cấp độ mạng Internet (khuôn viên đại học, tổ chức nghiên cứu và cổng quốc tế); nhóm Danzig [76] tập trung lập hồ sơ lưu lượng phân giải tên miền (DNS). Đối với hướng nghiên cứu đặc tính lưu lượng theo phân cấp mạng, tác giả trích dẫn công trình của nhóm Acharya [101] về phân tích lưu lượng mạng campus (nội mạng LAN, liên mạng LAN và LAN-to-WAN), cùng các khảo sát của Wakeman và Asaba về lưu lượng đường trục xuyên Đại Tây Dương và Thái Bình Dương. Đối với mảng truyền thông đa phương tiện, tác giả tham chiếu công trình của Fitzek và Reisslein [90] về kích thước khung hình của các chuẩn mã hóa MPEG-4 và H.263.

Về công cụ thực nghiệm mã nguồn mở, văn bản ghi nhận phần mềm NTOP do Luca Deri khởi xướng phát triển từ năm 1998 (phiên bản 5.1 tại thời điểm nghiên cứu) và hệ thống Observium do Adam Armstrong phát triển từ năm 2007 (phiên bản 0.3049 phát hành ngày 18/04/2012).

Khoảng trống nghiên cứu được luận án xác định: đa số công trình quốc tế và trong nước trước đây chỉ tập trung vào việc mô hình hóa toán học thuần túy hoặc đề xuất giải pháp trên các thiết bị chuyên dụng, chưa giải quyết được bài toán kết nối giữa lý luận và thực nghiệm thời gian thực tại các nhà mạng đang vận hành trong điều kiện nguồn lực đầu tư có hạn. Luận án định vị nghiên cứu của mình là sự kết hợp giữa lý thuyết điều khiển hệ thống, lý thuyết hàng đợi và các công cụ mã nguồn mở nhằm xây dựng một quy trình đặc tính hóa và phân bổ lưu lượng khả thi trên mạng thực tế của một ISP.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án dựa trên cơ sở lý thuyết quá trình ngẫu nhiên, xem luồng lưu lượng IP như một quá trình tín hiệu bị biến dạng theo thời gian và tần số qua môi trường truyền thông không đồng nhất. Để mô hình hóa quá trình này, tác giả sử dụng lý thuyết Erlang để tính toán mức độ phục vụ:

$$\text{Erlang B: } GOS = \frac{\frac{A^N}{N!}}{\sum_{k=0}^{N} \frac{A^k}{k!}}$$

$$\text{Erlang C: } GOS = \frac{\frac{A^N}{N!} \frac{N}{N-A} e^{-\frac{(N-A)T}{\tau}}}{\sum_{k=0}^{N-1} \frac{A^k}{k!} + \frac{A^N}{N!} \left(1 - \frac{A}{N}\right)^{-1}}$$

Trong đó $N$ là số kênh, $A$ là tổng lưu lượng, $\tau$ là thời gian chiếm giữ trung bình và $T$ là độ trễ tối đa cho phép. Để đo lường tính chất bùng nổ của nguồn lưu lượng, tác giả sử dụng chỉ số Burstiness:

$$\text{Burstiness} = \frac{\text{PeakDataRate}}{\text{AverageDataRate}}$$

Luận án phân loại ứng dụng mạng thành 4 lớp dịch vụ chính:

• Lớp thoại (Conversational Class): độ trễ thấp, biến đổi trễ (jitter) thấp, duy trì tốc độ nguồn, chấp nhận mất gói nhất định.
• Lớp luồng (Streaming Class): yêu cầu duy trì quan hệ thời gian để giảm biến đổi trễ, yêu cầu về độ trễ lỏng hơn lớp thoại, tỷ lệ mất gói không quá khắt khe.
• Lớp tương tác (Interactive Class): yêu cầu độ trễ toàn trình (round-trip delay) thấp để đáp ứng giao dịch, tỷ lệ mất gói đòi hỏi rất nghiêm ngặt.
• Lớp nền (Background Class): không ràng buộc về thời gian và độ trễ, nhưng tỷ lệ mất mát dữ liệu phải bằng không.

Về định nghĩa luồng (flow), tác giả áp dụng quy chuẩn tiệm cận với kiến trúc RTFM (Realtime Flow Measurement), định danh luồng thông qua bộ 5 tham số (khóa): địa chỉ IP nguồn, địa chỉ IP đích, cổng ứng dụng nguồn, cổng ứng dụng đích và chỉ số nhận dạng giao thức tầng giao vận. Phương pháp gộp chi tiết (Aggregation Granularity - AG) được sử dụng để phân tích hệ thống mạng từ hướng người dùng đầu cuối và từ phía lõi mạng.

Khung phân tích điều khiển bao gồm: lý thuyết điều khiển tự động truyền thống (bộ điều khiển PID) và mô hình điều khiển tác vụ tích hợp trong kiến trúc phần mềm trung gian (middleware nhận biết ứng dụng) với các thành phần: AAF (Application Adaptation Function), QoSME (QoS Management Environment), Q-RAM (QoS-based Resource Allocation Model), QuAL (Quality Assurance Language), RB (Resource Broker), SA (Service Agent) và SCV (State Compatibility Value). Về lý thuyết hàng đợi, tác giả xây dựng mô hình mạng hàng đợi có ưu tiên tuyệt đối, hàng đợi hở không hồi tiếp, hàng đợi có hồi tiếp, mô hình xử lý chia sẻ bộ vi xử lý hai chiều M/M/1-PS và thuật toán chập xác định hàm chuẩn hóa $G(n,k)$. Về an ninh mạng, luận án áp dụng mô hình trạng thái ngẫu nhiên để khảo sát mạng phòng thủ Proxy chống DoS và mô hình lây truyền dịch tễ của sâu Internet.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm là quan trắc thụ động thời gian thực (passive monitoring), tuyệt đối không can thiệp làm gián đoạn dịch vụ đang chạy. Tác giả loại bỏ các kỹ thuật bắt gói tích cực như SPAN hay Wireshark trên thiết bị lõi (Router Core, Switch Core) vì nguy cơ gây suy hao hiệu năng mạng; thay vào đó, tác giả lựa chọn giải pháp:

• Cài đặt phần mềm NTOP trên máy chủ Linux Ubuntu đặt tại Gateway Internet có chia tải (3 cổng mạng eth0, eth1, eth2 kết nối mạng nội bộ và cáp quang FTTH 100 Mbps) để giám sát lưu lượng tầng 4 (HTTP, FTP, SNMP, NTP...).
• Cài đặt phần mềm Observium trên máy chủ Linux Debian, sử dụng giao thức SNMP (Net-SNMP 5, RRDtool 1, cơ sở dữ liệu MySQL, giao diện PHP 5 và Apache) để thu thập dữ liệu tầng 3 từ các thiết bị Cisco, Juniper, Alcatel thuộc mạng MAN-E của Viễn thông Thừa Thiên Huế. Dữ liệu thực nghiệm sau đó được phân tích và mô phỏng kiểm chứng bằng phần mềm Matlab.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: TỔNG QUÁT VỀ ĐẶC TÍNH HÓA LƯU LƯỢNG IP

Chương 1 thiết lập cơ sở phương pháp luận về việc tham số hóa các luồng lưu lượng IP ngẫu nhiên. Luận án phân tích chi tiết hai nhóm thuộc tính dùng để nhận diện luồng: nhóm thuộc tính chung của luồng (gồm 12 thuộc tính: Khóa luồng, thời điểm bắt đầu, kết thúc, thời lượng tính bằng micro giây, kích thước gói đầu tiên, hướng truyền, tỉ lệ dữ liệu, phân bố khoảng cách giữa các gói, phân bố luồng, thuộc tính đối thoại $\alpha_{dt}, \beta_{dt}, \gamma_{dt}$ và thuộc tính giao dịch $\alpha_{gd}$) và nhóm thuộc tính trên từng hướng truyền (gồm 15 thuộc tính: phân bố thời gian đến, phân bố tải tin, số byte, số gói, các tham số tương tác bàn phím $\alpha_p \dots \epsilon_p$, tương tác dòng lệnh $\alpha_{dl} \dots \epsilon_{dl}$, truyền file, tốc độ bit trung bình, tốc độ gói trung bình và giá trị trung tâm tải tin).

Về giải pháp công nghệ, tác giả phân tích chi tiết quy trình lựa chọn và cài đặt hai công cụ mã nguồn mở:

• Phần mềm NTOP: Thiết lập trên máy chủ Ubuntu tại Gateway kết nối Internet của VNPT Thừa Thiên Huế. Kết quả đo kiểm ghi nhận thông lượng mạng, tỷ lệ phân bố lưu lượng theo giao thức HTTP, lưu lượng phân bố theo cổng dịch vụ và tỷ lệ phần trăm các ứng dụng Internet của hơn 600 người dùng.
• Phần mềm Observium: Cấu hình trên nền Linux Debian để giám sát hệ thống mạng MAN-E qua giao thức SNMP với các MIB tiêu chuẩn và chuyên dụng (CISCO MIB, HOST-RESOURCES-MIB, UCD-MIB, TCP-MIB, IP-MIB). Tác giả đã hiệu chỉnh mã nguồn các kịch bản thu thập để tối ưu tốc độ truy vấn thiết bị. Kết quả thu được bao gồm danh sách thiết bị mạng, thông số nhiệt độ, điện áp, lưu lượng thực tế trên các cổng và lịch sử lưu lượng qua cổng 10 Gbps của thiết bị Router Core.

Chương 2: ĐẶC TÍNH THỐNG KÊ VÀ ĐIỀU KIỆN GIỚI HẠN PHÂN BỐ LƯU LƯỢNG IP INTERNET

Chương 2 trình bày các kết quả phân tích thống kê đối với các mô hình dịch vụ khác nhau và đề xuất điều kiện giới hạn sử dụng mô hình. Đối với dịch vụ tương tác đa phương tiện và thời gian thực, tác giả khảo sát đặc tính đóng gói và yêu cầu băng thông của các chuẩn nén Audio và Video thông dụng, được tổng hợp trong các bảng số liệu:

Định dạng Audio	Yêu cầu băng thông điển hình
HE-AAC MPEG-4 (âm thanh nổi chất lượng tốt)	40 - 48 kbps
AAC MPEG-4 (chất lượng tương đương CD)	128 kbps
Dolby Digital (DVI-Video chuẩn 5.1)	384 kbps
Âm thanh vòm mp3 chuẩn 5.1	128 kbps
Âm thanh chất lượng CD không nén	1,4 Mbps
Âm thanh đa kênh chất lượng cao DVD-Audio	9,6 Mbps
Các chuẩn mã hóa lời nói (Voice codecs)	4 - 64 kbps

Định dạng Video	Yêu cầu băng thông điển hình
Chuẩn HDTV không nén	1,5 Gbps
Chuẩn HDTV tạm thời	360 Mbps
Chuẩn SMPTE theo tiêu chuẩn TV	270 Mbps
Chuẩn truyền hình HDTV (MPEG-2)	19,4 Mbps
Chuẩn SDTV (MPEG-2)	6 Mbps
Chuẩn MPEG-1	1,5 Mbps
Chuẩn MPEG-4	5 kbps - 4 Mbps
Chuẩn H.264 / MPEG-4 AVC	Tối ưu hơn các chuẩn trước

Chương này cũng phân tích đặc tính lưu lượng Web và mô hình Client-Server, đặc tính lưu lượng di động không dây, xây dựng bảng so sánh yêu cầu QoS giữa các lớp dịch vụ (Bảng 2-3) và phân loại các cụm lưu lượng của ISP1, ISP2 (Bảng 2-4). Tác giả khảo sát các đồ thị biểu đồ thông lượng của ứng dụng truyền hình hội nghị và đưa ra các điều kiện giới hạn đối với phương pháp xử lý cắt lớp và định hình chống tắc nghẽn mạng.

Chương 3: CÁC ĐIỀU KIỆN GIỚI HẠN VỀ PHÂN BỔ LUỒNG LƯU LƯỢNG IP INTERNET THEO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ (QoS) TƯƠNG THÍCH

Chương 3 giải quyết bài toán cốt lõi về việc áp dụng kết quả đặc tính hóa vào điều khiển phân bổ lưu lượng theo QoS tương thích. Tác giả phát triển kiến trúc middleware thích ứng với ứng dụng, kết hợp mô hình điều khiển truyền thống và điều khiển tác vụ rời rạc. Để giải quyết bài toán ưu tiên tại các nút mạng, tác giả mô hình hóa hàng đợi có ưu tiên tuyệt đối, phân tích giản đồ chuyển trạng thái thuận nghịch và không thuận nghịch của mạng hàng đợi hở và hàng đợi có hồi tiếp.

Tác giả áp dụng mô hình hàng đợi chia sẻ bộ xử lý M/M/1-PS cho luồng lưu lượng hai chiều và triển khai thuật toán chập để tính toán hệ số chuẩn hóa $G(n,k)$. Mô hình điều khiển tương thích được thiết lập và mô phỏng trên công cụ Matlab với các tham số cấu hình:

Tham số hệ thống điều khiển	Giá trị tham số và cấu hình
Tham số điều khiển tương thích	Thiết lập theo Bảng 3-1
Tham số cấu hình bộ điều khiển	Xác định giá trị theo Bảng 3-2
Điều kiện ổn định hệ thống	Đánh giá qua tiêu chuẩn toán học tại Bảng 3-3

Kết quả mô phỏng được thực hiện qua 5 kịch bản quan sát cụ thể tại mạng VNPT Thừa Thiên Huế (từ trường hợp 1 đến trường hợp 5, tương ứng với các Hình 3-20 đến Hình 3-24), chứng minh hệ thống điều khiển duy trì được trạng thái ổn định và bảo đảm chất lượng dịch vụ theo các mức ưu tiên định trước.

Chương 4: NGHIÊN CỨU VỀ CÁC GIỚI HẠN TRONG CHỐNG TẤN CÔNG TỪ CHỐI DỊCH VỤ (DoS) VÀ SÂU INTERNET

Chương 4 mở rộng kết quả đặc tính hóa luồng IP vào bài toán an toàn thông tin và bảo vệ an ninh mạng. Tác giả phân tích cấu trúc của các cuộc tấn công DoS/DDoS qua mạng máy tính ma (mạng Zombie botnet) và cơ chế phát tán tự động của sâu Internet. Để giảm thiểu thiệt hại của DoS, tác giả xây dựng hệ sinh thái phòng thủ dựa trên mạng Proxy trung gian, phân tích cơ chế chuyển tiếp trạng thái của máy chủ mục tiêu và máy chủ Proxy.

Luận án thiết lập mô hình toán học ngẫu nhiên với các tham số tại Bảng 4-1 để so sánh hai giải pháp: lựa chọn Proxy biên tĩnh và lựa chọn Proxy biên động. Kết quả phân tích chỉ ra rằng cơ chế lựa chọn Proxy biên động giúp duy trì hiệu suất ứng dụng cao hơn đáng kể trước các cuộc tấn công DoS tập trung và dàn trải, đồng thời xác lập mối quan hệ giữa tính đàn hồi và kích thước của mạng Proxy. Đối với sâu Internet, tác giả phân tích mô hình lây truyền dịch bệnh, xác định hiệu ứng ngưỡng toàn cục (global threshold effect) và chỉ ra lợi ích phòng thủ hợp tác giữa các nút mạng trong việc ngăn chặn sự bùng phát của mã độc.

Kết quả và những đóng góp mới

Luận án tự xác định 4 đóng góp mới về mặt khoa học lý luận và thực tiễn:

1. Đã tổng quát hóa, hệ thống hóa lý thuyết về đặc tính hóa lưu lượng IP, đồng thời phát triển và phân loại chi tiết các đặc tính của luồng lưu lượng IP Internet trong điều kiện hạ tầng cụ thể của một nhà quản lý và cung cấp dịch vụ viễn thông.
2. Đề xuất phương pháp xác định các điều kiện giới hạn biên dựa trên việc áp dụng lý thuyết điều khiển hệ thống vào bài toán xử lý mạng hàng đợi (đặc biệt là mô hình hàng đợi ưu tiên và M/M/1-PS), sử dụng kết quả đặc trưng hóa luồng lưu lượng tại nút mạng của ISP.
3. Hệ thống hóa giải pháp phòng chống tấn công từ chối dịch vụ (DoS/DDoS) và ngăn chặn sự lây lan của sâu Internet dựa trên nhận dạng lưu lượng bất thường, đề xuất mô hình phòng thủ dựa trên mạng Proxy biên động và xác định các điều kiện giới hạn bảo đảm an ninh mạng.
4. Đề xuất và thực nghiệm thành công giải pháp kết hợp hạ tầng mạng thời gian thực của đơn vị viễn thông (VNPT Thừa Thiên Huế) với các phần mềm mã nguồn mở (NTOP, Observium) để minh chứng và kiểm chứng các kết quả nghiên cứu lý thuyết.

Về mặt giải pháp ứng dụng, luận án đề xuất phương án quy hoạch phân bổ băng thông và định tuyến tối ưu cho mạng MAN-E của Viễn thông Thừa Thiên Huế đối với hai luồng dịch vụ trọng yếu là Internet băng rộng và truyền hình IPTV, đồng thời đưa ra cấu hình thiết lập tham số QoS và cơ chế phòng thủ Proxy thích hợp cho hệ thống mạng tác nghiệp.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Về mặt hạn chế, văn bản luận án thừa nhận:

• Do mạng viễn thông thực tế đang cung cấp dịch vụ liên tục cho khách hàng, việc đo kiểm bắt buộc phải tuân thủ nguyên tắc giám sát thụ động. Nghiên cứu sinh không thể áp dụng các kỹ thuật can thiệp sâu vào luồng dữ liệu như cấu hình cổng SPAN trên Switch Core Cisco hay chạy trực tiếp phần mềm bắt gói Wireshark tại các nút mạng trọng yếu vì nguy cơ ảnh hưởng đến sự ổn định và hiệu năng chung của hệ thống.
• Dữ liệu thực nghiệm thời gian thực chủ yếu được thu thập tại phạm vi địa bàn tỉnh Thừa Thiên Huế, dù có tính đại diện cao cho khu vực kinh tế trọng điểm miền Trung nhưng vẫn cần được đối chứng thêm trên các quy mô hạ tầng đa dạng hơn.

Các hướng nghiên cứu tiếp theo được tác giả định hướng:

• Mở rộng phân tích tín hiệu luồng IP trong không gian nhiều chiều, áp dụng các hàm phân bố ngẫu nhiên nhiều chiều để phát hiện chính xác hơn các dạng lưu lượng tấn công phức tạp và tin tặc thế hệ mới.
• Tiếp tục hoàn thiện các mô hình điều khiển thích nghi và thuật toán phân bổ hàng đợi tối ưu khi mạng lưới nâng cấp lên các công nghệ chuyển mạch tiên tiến hơn.
• Nghiên cứu sâu hơn về cơ chế phòng thủ hợp tác liên miền (inter-domain) giữa các nhà cung cấp dịch vụ mạng khác nhau để ngăn chặn sâu Internet và tấn công phân tán quy mô lớn.

Giá trị tham khảo

Luận án mang lại giá trị tham khảo thiết thực cho nhiều nhóm đối tượng trong lĩnh vực công nghệ thông tin và truyền thông:

• Nghiên cứu sinh và học viên cao học chuyên ngành Kỹ thuật Viễn thông, Mạng máy tính: Có thể tham khảo phương pháp luận kết hợp giữa mô hình giải tích hàng đợi (Erlang, M/M/1-PS, thuật toán chập) với kỹ thuật đo kiểm thực nghiệm; tham khảo hệ thống bảng phân loại thuộc tính luồng IP (Bảng 1-1, Bảng 1-2) và bảng thông số băng thông của các chuẩn codec Audio/Video (Bảng 2-1, Bảng 2-2).
• Giảng viên và nhà nghiên cứu: Cung cấp khung tài liệu giảng dạy về quản trị chất lượng dịch vụ (QoS), kiến trúc phần mềm trung gian thích ứng (QoS Middleware) và lý thuyết an toàn mạng.
• Kỹ sư quản trị mạng và chuyên viên vận hành tại các nhà mạng (ISP): Có thể áp dụng trực tiếp quy trình triển khai các phần mềm mã nguồn mở NTOP và Observium để giám sát hiệu năng, theo dõi nhiệt độ, điện áp thiết bị và tối ưu hóa lưu lượng cho mạng MAN-E mà không phát sinh chi phí bản quyền phần mềm hay làm gián đoạn hệ thống.
• Nhà hoạch định chính sách hạ tầng và an toàn thông tin: Tham khảo mô hình phân bổ tài nguyên có ưu tiên và chiến lược phòng ngự DoS bằng mạng Proxy để xây dựng phương án bảo vệ cho mạng truyền số liệu chuyên dùng của các cơ quan Đảng, Nhà nước.

Câu hỏi thường gặp

1. Luận án sử dụng những công cụ phần mềm nào để thực hiện việc đặc tính hóa và giám sát lưu lượng mạng thực tế?
Tác giả sử dụng hai phần mềm mã nguồn mở chính: phần mềm NTOP (phiên bản 5.1 chạy trên Ubuntu Linux) để giám sát lưu lượng tầng 4 (HTTP, FTP, tỷ lệ ứng dụng) tại Gateway Internet; và phần mềm Observium (phiên bản 0.3049 chạy trên Debian Linux) kết hợp giao thức SNMP để giám sát lưu lượng tầng 3, tình trạng cổng 10 Gbps của Router Core và các thông số phần cứng (CPU, RAM, nhiệt độ, điện áp) của mạng MAN-E. Các công cụ SPAN và Wireshark chỉ dừng ở mức độ nghiên cứu lý thuyết, không triển khai thực tế nhằm tránh gián đoạn dịch vụ mạng.

2. Các lớp dịch vụ mạng và yêu cầu chất lượng dịch vụ (QoS) được tác giả phân loại như thế nào?
Luận án phân loại thành 4 lớp dịch vụ: Lớp thoại (Conversational) yêu cầu khắt khe về độ trễ và jitter thấp; Lớp luồng (Streaming) yêu cầu biến đổi trễ thấp nhưng nới lỏng yêu cầu độ trễ; Lớp tương tác (Interactive) yêu cầu trễ toàn trình thấp và tỷ lệ mất gói rất nghiêm ngặt; Lớp nền (Background) không đòi hỏi thời gian thực nhưng yêu cầu tính toàn vẹn dữ liệu tuyệt đối.

3. Khóa định danh luồng lưu lượng (flow) trong nghiên cứu được cấu thành từ những tham số nào?
Dựa trên kiến trúc đo lường lưu lượng thời gian thực RTFM, tác giả định nghĩa khóa luồng gồm bộ 5 tham số: địa chỉ IP nguồn, địa chỉ IP đích, cổng ứng dụng nguồn, cổng ứng dụng đích và chỉ số nhận dạng giao thức tầng giao vận. Hai gói tin liên tiếp được coi là cùng một luồng nếu khoảng cách thời gian giữa chúng không vượt quá thời gian time-out định trước.

4. Mô hình toán học nào được tác giả sử dụng để giải quyết bài toán ưu tiên trong mạng hàng đợi tại nút mạng?
Tác giả ứng dụng lý thuyết hàng đợi với mô hình hàng đợi có ưu tiên tuyệt đối, mạng hàng đợi hở, mạng hàng đợi có hồi tiếp, mô hình hàng đợi chia sẻ bộ xử lý M/M/1-PS cho luồng dữ liệu hai chiều và áp dụng thuật toán chập để xác định hàm chuẩn hóa $G(n,k)$.

5. Giải pháp chống tấn công DoS và sâu Internet được luận án đề xuất dựa trên cơ chế nào?
Luận án đề xuất hệ thống phòng thủ DoS dựa trên mạng Proxy trung gian, chứng minh cơ chế lựa chọn Proxy biên động giúp duy trì hiệu suất dịch vụ tốt hơn cơ chế Proxy tĩnh. Đối với sâu Internet, tác giả phân tích mô hình phát tán dịch tễ để chỉ ra hiệu ứng ngưỡng toàn cục và đề xuất cơ chế phòng thủ hợp tác giữa các nút mạng để triệt tiêu sự lây lan.

Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Dương Tuấn Anh là công trình nghiên cứu toàn diện kết hợp giữa lý thuyết điều khiển hệ thống, lý thuyết hàng đợi và thực nghiệm mạng viễn thông diện rộng. Thông qua việc đặc tính hóa luồng lưu lượng IP và khai thác hiệu quả các công cụ mã nguồn mở NTOP, Observium tại VNPT Thừa Thiên Huế, tác giả đã giải quyết thành công bài toán phân bổ tài nguyên bảo đảm QoS cho các dịch vụ hội tụ cũng như thiết lập các điều kiện biên trong phòng chống DoS và sâu Internet. Công trình cung cấp luận cứ khoa học và giải pháp kỹ thuật có tính ứng dụng thực tiễn cao cho công tác quản trị, vận hành và bảo vệ an toàn mạng tại các doanh nghiệp viễn thông.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TỔNG QUÁT VỀ ĐẶC TÍNH HÓA LƯU LƯỢNG IP 1. GIỚI THIỆU CHƯƠNG Hiển nhiên, luồng lưu lượng IP đến nút mạng của nhà quản lý, cung cấp dịch vụ viễn thông tuân thủ theo quy luật của các sự kiện ngẫu nhiên. Nhưng do các đặc tính của lớp dịch vụ khác nhau (lớp thoại, lớp luồng lưu lượng, lớp tương tác, lớp nền, …) cùng với sự khác biệt của các phương thức truyền (cách thức điều chế) và môi trường truyền thông (vô tuyến ở các băng tần, cáp đồng trục, cáp quang, khoảng cách, …) giữa điểm đầu (nơi có nhu cầu phục vụ) và điểm cuối (đến nhà cung cấp dịch vụ) làm dáng điệu luồng lưu lượng IP bị biến dạng không giống nhau trong mọi trường hợp. Điều đó dẫn đến nhu cầu đặc tính hóa để tìm các tham số đặc trưng cho lớp dịch vụ của luồng lưu lượng thể hiện ở sự biến đổi ngẫu nhiên theo cả tần số và thời gian do tương quan giữa luồng lưu lượng, phương thức truyền với môi trường truyền thông.

Đã có nhiều công trình nghiên cứu về đặc tính hóa lưu lượng Internet, cả về khía cạnh phân tích lẫn khía cạnh nắm bắt và đo lường chất lượng [1], [2], [3], [36], [81]. Những công trình đó chỉ ra rằng trên phạm vi toàn cầu, công nghệ mạng và dịch vụ Internet phát triển nhanh hơn so với sự phát triển liên quan đến việc phân tích và đến sự hiểu biết lý thuyết về cách ứng xử và xử lý của mạng. Điều đó làm hạn chế đối với lĩnh vực đo lường, bắt giữ luồng dữ liệu và phân tích các đặc tính lưu lượng phục vụ việc giám sát, loại bỏ lưu lượng “độc hại” và dự báo các dịch vụ theo thời gian thực, mặc dù đã có một số thành công nhất định trong kĩ thuật sử dụng mô hình vật lý-toán học trong lĩnh vực truyền dẫn truyền thống, nhất là lý thuyết hàng đợi. Thêm vào đó, đối với phạm vi doanh nghiệp, có nhiều lý do khác nhau khiến việc tập hợp các đặc tính lưu lượng Internet, đặc tính lưu lượng của mạng đường trục đã không nhận được nhiều sự quan tâm đúng mức của các nhà quản lý, cung cấp dịch vụ mạng.

Trong đó, một trong những nguyên nhân chính là 2 do các nhà quản trị, cung cấp dịch vụ mạng chỉ tập trung nỗ lực vào các hoạt động sản xuất, phục vụ nhiệm vụ kinh doanh, không dành thời gian, nguồn lực cho việc thu thập, hệ thống hóa dữ liệu. Điều này dẫn đến sự tồn tại một khoảng cách giữa những kết quả thu được bởi các thí nghiệm (trong môi trường cô lập) với những kết quả thể hiện bởi đặc tính của cơ sở hạ tầng Internet rộng lớn phân tán ở mọi nơi, trên phạm vi toàn cầu [8], [72], [75], [76], [78]. Để giảm khoảng cách giữa lý thuyết và thực tế trải nghiệm, nghiên cứu sinh dựa trên cơ sở lý thuyết và sử dụng các mã nguồn mở có uy tín để tiến hành điều tra mạng viễn thông tại đơn vị cung cấp dịch vụ nhằm tổng hợp các số liệu lưu lượng và đóng góp vào sự hiểu biết về hành vi mạng ở quy mô lớn. Từ năng lực lý luận trên cơ sở lý thuyết về hành vi mạng có thể áp dụng và tạo điều kiện cho các nhà cung cấp dịch vụ mạng thực hiện có hiệu quả về quản lý, phát triển cơ sở hạ tầng quy mô lớn.

Ngược lại, những đòi hỏi thực tế về cung cấp dịch vụ, chất lượng dịch vụ làm động lực thúc đẩy việc ứng dụng kết quả thuộc lĩnh vực nghiên cứu lý thuyết đến thế giới hoạt động thực của mạng. Từ cách nhìn như vậy, những kết quả nghiên cứu tổng quát về đặc tính hóa lưu lượng IP (tham số hóa quá trình ngẫu nhiên của các luồng lưu lượng) sẽ được trình bày theo kiểu một tài liệu hướng dẫn đối với các nhà quản lý mạng, cung cấp dịch vụ mạng trong chương 1. LƯU LƯỢNG VÀ CÁC ĐẶC TÍNH PHÂN LOẠI Có nhiều loại lưu lượng khác nhau, tùy theo từng ứng dụng cụ thể, cùng tồn tại trên mạng và có thể phân các ứng dụng thành loại theo thời gian thực và không theo thời gian thực. Các loại lưu lượng ứng với ứng dụng khác nhau, ngay cả khi chúng có cùng điểm xuất phát, cùng điểm đến và cùng cách thức truyền thông, thì đã có các đặc tính ngẫu nhiên và nhu cầu về QoS (các tham số thể hiện băng thông, tỷ lệ mất gói, v.v…) khác nhau và có thể phân tích các yêu cầu về QoS dựa trên mức thời gian và mức truyền dịch vụ (mức gói, cuộc gọi) khác nhau.

Thường sử dụng phân tích thống kê để xác định các đặc tính lưu lượng và sử dụng những đặc tính lưu lượng đó với các yêu cầu tương ứng của loại dịch vụ làm các tham số chính 3 để phân loại lưu lượng IP [55], [63], [84], [85], [104]. Mô hình lưu lượng đối với các dịch vụ cơ bản dựa trên lý thuyết Erlang, gồm hai tham số chính (tốc độ xuất hiện cuộc gọi và thời gian chiếm giữ trung bình) để xác định lưu lượng ra ứng với thời gian sử dụng tài nguyên. Nếu phân bố Poisson phù hợp với thống kê xuất hiện các cuộc gọi thì đối với hệ thống có N kênh, tổng lưu lượng A, thời gian giữ cuộc trung bình τ, độ trễ lớn nhất cho phép trước khi cuộc gọi mới bị khóa T. Xác suất không có server (hệ thống bận, cuộc gọi mới bị khóa) GOS tuân theo mô hình Erlang B khi không có cơ chế trễ T và xác suất không có server khi có cơ trễ thiết lập lớn hơn T, GOS tuân theo mô hình Erlang C [84]: AN Erlang B: GOS  N N! k ; A k=0 k! (N-A)T AN Erlang C: GOS= N-1 k e τ (1.1)  A A A N +N! 1-    N  k=0 k! Đối với liên kết lưu lượng, các tham số điển hình được sử dụng để đặc tính hóa nguồn lưu lượng như tốc độ dữ liệu đỉnh, tốc độ dữ liệu trung bình, lưu lượng bùng nổ được định nghĩa như sau: - Tốc độ dữ liệu đỉnh (Peak Data Rate) được biết đến là tốc độ dữ liệu lớn nhất có thể tạo ra bởi một nguồn lưu lượng trong khoảng thời gian điển hình.

- Tốc độ dữ liệu trung bình (Average Data Rate) được hiểu là số dữ liệu tạo ra từ nguồn trong một khoảng thời gian nhất định và đơn vị đo thường là bps (số byte per second) hoặc prs (packet per second). Việc tính toán đối với tốc độ dữ liệu trung bình thường được diễn ra trong khoảng thời gian dài. - Burstiness dùng để mô tả nguồn gửi lưu lượng không thường xuyên qua việc sử dụng biểu thức đơn giản để tính toán như sau: 4 PeakDataRate Burstiness  (1.2) AverageDataRate Nếu một nguồn gửi lưu lượng với tốc độ không đổi thì nguồn đó không đột biến và có burstiness bằng 1. Nguồn được coi là biến đổi rất lớn hay burstiness lớn hơn rất nhiều so với 1, nếu nguồn đó cho phép các khoảng thời gian lớn không gửi lưu lượng xen kẽ với những khoảng thời gian gửi với tốc độ gần bằng tốc độ đỉnh.

Tính đa dạng của dịch vụ băng rộng dẫn tới sự phân tán lớn của burstiness, về thời gian chiếm giữ và tốc độ đỉnh. Trong dịch vụ đa phương tiện, các ứng dụng cung cấp có thể nhóm thành bốn loại chính của các lớp dịch vụ như sau: - Lớp thoại (Conversational Class) bao gồm các dịch vụ thoại, hội nghị Video, Video-game … Yêu cầu quan trọng nhất đối với lớp dịch vụ này liên quan đến thời gian, bao gồm độ trễ thấp, biến đổi trễ thấp và duy trì tốc độ dữ liệu nguồn. Tỷ lệ tổn thất không phải là quá quan trọng. - Lớp luồng lưu lượng (Streaming Class) bao gồm các luồng lưu lượng Audio, Video.

Yêu cầu đối với lớp luông lưu lượng này là duy trì tương quan với thời gian để biến đổi trễ thấp, nhưng không quan trọng như yêu cầu độ trễ thấp đối với lớp thoại. Tỷ lệ tổn thất là không quan trọng. - Lớp tương tác (Interactive Class) bao gồm Web-browser, truy nhập cơ sở dữ liệu, truy nhập LAN từ xa. Đối với lớp tương tác, một tham số quan trọng đó là độ trễ toàn trình (round-trip delay) vì tham số này mô tả thời gian yêu cầu và đáp ứng.

Tỷ lệ tổn thất là rất quan trọng đối với các loại ứng dụng này. - Lớp nền (Background Class) gồm các ứng dụng phi thời gian thực như email, truyền file … không có hạn chế nào về thời gian hay độ trễ nhưng tỷ lệ tổn thất là rất quan trọng. Hiện nay chưa có định nghĩa thống nhất chuẩn hoá về luồng lưu lượng Internet (tùy mục đích nghiên cứu mà luồng lưu lượng được định nghĩa theo các cách khác nhau). Mục tiêu ở đây là xây dựng mô hình nhận biết lưu lượng trên mạng Internet trên cơ sở các kết quả phân tích đặc tính, biểu hiện hoạt động của luồng lưu lượng.

5 Vì vậy, cần sử dụng định nghĩa sao cho có thể cung cấp được nhiều thông số thống kê luồng lưu lượng và đồng nhất theo thời gian. Ở đây nghiên cứu sinh đã sử dụng phương pháp định nghĩa luồng lưu lượng gần giống phương pháp của RTFM, trong đó thuật ngữ "khoá" được sử dụng để chỉ tập các thuộc tính địa chỉ trên các lớp khác nhau của mô hình TCP/IP, gồm các thông số về địa chỉ IP nguồn, địa chỉ IP đích, cổng ứng dụng nguồn, cổng ứng dụng đích và chỉ số nhận dạng giao thức TCP. Cụ thể, Hai gói liên tiếp được xem là thuộc cùng một luồng nếu chúng không cách nhau quá một khoảng thời gian cho trước (gọi là thời gian time-out), nếu không một luồng mới sẽ được tạo ra. Để mô tả luồng lưu lượng, cần sử dụng các thuộc tính đặc trưng (tập thuộc tính) của luồng và phương pháp đo lường phù hợp.

Thuộc tính luồng có thể là các trường trong phần tiêu đề của gói (địa chỉ IP nguồn/đích, cổng ứng dụng nguồn/ đích, v.v…) hoặc các bộ đếm số lượng byte, số lượng gói chứa trong luồng hoặc các giá trị thống kê của các tham số trên (trị trung bình, trị trung tâm, hay độ lệch tiêu chuẩn). Để phản ánh đúng bản chất biến thiên và các biểu hiện hoạt động của luồng lưu lượng Internet, ngoài các thuộc tính đã nêu, cần khảo sát, tính toán thêm nhiều thuộc tính quan trọng khác kể cả những thông số của các phân bố rời rạc liên quan như: phân bố thời điểm đến của các luồng, phân bố kích thước các luồng, phân bố thời điểm đến của các gói thuộc luồng, phân bố kích thước các gói thuộc luồng, v.v… vào tập các thuộc tính mô tả luồng.