LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Những nội dung đồ án tốt nghiệp em thực hướng dẫn trực tiếp thầy giáo: ThS Trần Duy Minh Mọi tham khảo dùng đồ án tốt nghiệp trích dẫn rõ ràng tên tác giả, tên công trình, thời gian, địa điểm công bố Mọi chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian trá em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm Sinh viên Phan Thị Phương LỜI CẢM ƠN Qua 16 tuần thực đồ án với giúp đỡ tạo điều kiện môn: Mạng truyền thông – Khoa Công nghệ Thông tin – Trường Đại học Công nghệ Thông tin & Truyền thông – Đại học Thái Nguyên, hướng dẫn trực tiếp, bảo tận tình thầy giáo: ThS Trần Duy Minh em hoàn thành đồ án với báo cáo thời gian quy định Với khả thời gian có hạn nên không tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận quan tâm, giúp đỡ, tạo điều kiện thầy cô để em hoàn thiện đồ án tốt nghiệp thời gian tới Một lần em xin chân thành cảm ơn tất thầy cô môn: Mạng Truyền thông – Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Công nghệ Thông tin & Truyền thông – Đại học Thái Nguyên Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo: ThS Trần Duy Minh hướng dẫn em suốt trình làm đồ án, hỗ trợ dạy em hoàn thành tốt chương trình báo cáo Em xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 10 TỔNG QUAN MẠNG IP .10 1.1 Tổng quan đề tài 10 1.1.1 Mục đích lý chọn đề tài 10 1.1.2 Ý nghĩa đề tài 11 1.1.3 Phương pháp nghiên cứu 11 1.2 Tổng quan mạng ip 11 1.3 Mô hình OSI 12 1.3.1 Nguyên lý hoạt động OSI 15 1.3.2 TCP/IP mô hình OSI 17 1.4 Ưu nhược điểm mạng IP 19 1.4.1 Ưu điểm 19 1.4.2 Nhược điểm 19 CHƯƠNG .21 CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG IP VÀ CÁC THÀNH PHẦN QOS TRONG MẠNG IP 21 2.1 Khái niệm chất lượng dịch vụ 21 2.2 Các thông số QoS 22 2.2.1 Băng thông 23 2.2.2 Độ Trễ 24 2.2.3 Biến động trễ(Jitter) 25 2.2.4 Mất gói 27 2.2.5 Tính sẵn sàng (Độ tin cậy) 27 2.2.6 Bảo mật 28 2.3 Các thành phần QoS mạng ip 29 2.3.1 Cách thức xử lý theo chặng dự báo trước .29 2.3.2 Báo hiệu 33 2.3.3 Lập sách, nhận thực toán 36 CHƯƠNG .39 MỘT SỐ KỸ THUẬT NÂNG CAO QOS TRONG MẠNG IP 39 3.1 Vấn đề định tuyến hoá QoS 39 3.2 Phân loại 41 3.2.1 ToS, traffic Class (IPv4, IPv6) 41 3.2.2 Phân loại đa trường 42 3.3 Quản lý hàng đợi 43 3.3.1 Giảm thời gian chiếm đóng hàng đợi 43 3.3.2 Tìm kiếm ngẫu nhiên sớm 44 3.4 Lập lịch 47 3.5 Dịch vụ tích hợp 47 3.5.1 Khái niệm 47 3.5.2 Một số mô hình dịch vụ tích hợp 50 3.6 Dịch vụ khác biệt 51 3.6.1 Khái niệm dịch vụ DiffServ 51 3.6.2 Mô hình DiffServ 52 CHƯƠNG .54 XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG .54 4.1 Khái quát chung NS-2 54 4.2 Các phần mền dùng kết hợp với ns2 56 4.2.1 Công cụ đồ hoạ NAM 56 4.2.2 Cửa sổ minh hoạ NAM 57 4.3 Bộ phân tích file Trace Data Analyzers 60 4.3.1 Đồ thị XGRAPH 60 4.3.2 Các chức XGRAPH giao diện đồ họa người dùng 61 4.4 Mô hình kết mô 62 4.4.1 kịch 62 4.4.3 Nhận xét 70 KẾT LUẬN 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO .77 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1:Mô hình tham khảo OSI .13 Hình 1.2: Qúa trình gửi liệu 17 Hình 1.3: Cấu trúc TCP/IP 18 24 Hình 2.1 (a) băng thông , (b) trễ 24 Hình 2.2: Hàng đợi FIFO router nỗ lực tối đa 30 Hình 2.3: Phân loại, hàng đợi lập lịch chặng cho phép hàng đợi lập lịch độc lập .32 Hình 2.4: Sự phân đoạn trước lập lịch cải tiến việc chèn kết nối tốc độ thấp 33 Hình 3.1: Bộ định tuyến IP hỗi trợ tối đa thông thường 40 Hình 3.2 Trường ToS Ipv4 41 Hình 3.4: Dịch vụ khác biệt tập trung đơn giản phức tạp định tuyến lõi 53 Hình 4.1: Cấu trúc node Unicast node Multicast 56 Hình 4.2: Mô tả công cụ NAM .58 Hình 4.3: Giao diện đồ họa người dùng Xgraph 62 Hình 4.5: sổ file nam kịch 64 Hinh 4.6 : thông lượng kịch 64 Hình 4.7: độ trễ kịch 65 Hình 4.8: gói kịch 66 Hình 4.9: cửa sổ file nam kịch 67 Hình 4.10: băng thông kịch 68 Hình 4.11: độ trễ kịch 69 Hình 4.12: tỷ lệ gói tin kịch .70 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ARED Adapted Random Early Detection Tìm kiếm sớm ngẫu nhiên thích ứng ARP Address Resolution Protocol Giao thức phân giai địa ARPA Advance Research Projects Agency trung tâm nghiên cứu cấp cao BB Bandwidth Brokering Thu hồi băng thông CBQ Class Base Queuing Hàng đợi sở lớp CBR Contant Bitrate Rate tốc độ bit cố định CL controlled Load Tải điều khiển CPU Center Processor Unit Khối xử lí trung tâm CQS Classify Queue Shedule Lập lịch hàng đợi phân loại CAC Call Adminission Contron Điều khiến xác nhận gọi DiffServ Differentiated Service Dịch vụ khác biệt DNS Domain Name System Hệ thống tên miền DSCP Difserv Code-Point Điểm mã dịch vụ khác biệt ECN explicit congestion notification thông báo nghẽn cụ thể FBI forwarding information base Khối chuyển tiếp FIFO first in first out Hàng đợi theo nguyên tắc vào FRED FTP GS HL IHL Intserv IP LSP MF MPLS MTU OSI OSPF PNNI PQ QoS RAP RED RSVP SDH SLA Flow Random Early Detection trước trước Tìm kiếm ngẫu nhiên sớm theo File Transfer Protocol guaranteed Service Header length Identifed Header Length Intergrated Service internet Protocol Label-switching Paths Multi field Multi protocol lable Switching Maximum Transfer Unit Open Systems Interconection luồng Giao thức truyền file Dịch vụ đảm bảo vụ Độ dài tiêu đề Trường xác nhận độ dài tiêu đề Dịch vụ tích hợp Giao thức Internet Đường dẫn chuyển mạch nhãn Đa trường Chuyển mạch nhãn đa giao thức Đơn vị truyền tối đa Mô hình tham chiếu “liên kết hệ Open Sortest Path First Private network Node Interface Priority Queue Quality of service Resource Allocation Protocol Random Early Detection Resource Reservation Protocol synchronous Digital Hiearachy Service level agreement thống mở” Đường dẫn ngắn mở Giao diện node mạng riêng Hàng đợi ưu tiên Chất lượng dịch vụ Giao thức phân phát tài nguyên Tìm kiếm ngẫu nhiên sớm Giao thức dành trước tài nguyên Phân cấp số đồng Thỏa thuận mức dịch vụ SMTP TCP Telnet TL TOS TTL UDP VCI VPI VPN Simple Mail Transfer Protocol Giao thức truyền thư điện tử đơn Tranmission Control Protocol Terminal NETwork Total length Type Of Service Time-to-live User Datagram protocol Virtual circuit Identify Virtual Path Identify IP virtual private Network giản Gíao thức điều khiển truyền dẫn Mạng đầu cuối Độ dài tổng Loại dịch vụ Thời gian sống Giao thức người sử dụng Nhận biết kênh ảo Nhận biết đường ảo IP virtual private Network LỜI NÓI ĐẦU Trong xu hướng phát triển bùng nổ thông tin ngày này, nhu cầu thông tin liên lạc ngày mở rộng Nó đôi với nhu cầu đòi hỏi cao chất lượng dịch vụ Đối với nhà khai thác mạng nâng cao chất lượng dịch vụ đồng nghĩa với khả tăng khả cạnh tranh Điều ví điều tất yếu mà nhà khai thác phải làm tốt để tồn Mạng thời tồn Việt Nam so với số nước khu vực chưa thật ổn định, nhiều tượng nghẽn mạng hay tốc độ truy cập mạng thấp Ngoài biên pháp cải thiện băng thông (rất tốn kém), chưa thể đáp ứng cần phải cải thiện chất lượng dịch vụ theo số hướng khác Bản đồ án tìm hiểu QoS mạng IP số giải pháp nâng cao QoS phổ biến áp dụng Được hướng dẫn giúp đỡ nhiệt tình Ths.Trần Duy Minh, đồ án với đề tài “Nghiên cứu xây dựng chương trình đánh giá chất lượng dịch vụ mạng IP” đề cập đến vấn đề chất lượng dịch vụ mạng IP Sau thời gian tìm hiểu nghiên cứu đồ án hoàn thành với nội dung sau đây: Chương 1: Tổng quan mạng IP Chương 2: Chất lượng dịch vụ mạng IP thành phần QoS mạng IP Chương 3: Một số kĩ thuật nâng cao QoS mạng IP Chương 4: Xây dựng chương trình mô Do nội dung kiến thức đề tài tương đối mẻ, khả hạn chế kiến thức thực tế chưa nhiều nên đồ án chắn không tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận bảo thầy cô giáo bạn để đồ án xác, đầy đủ hoàn thiện Thái Nguyên, ngày 19 tháng năm 2012 Sinh viên: Phan Thị Phương CHƯƠNG TỔNG QUAN MẠNG IP 1.1 Tổng quan đề tài 1.1.1 Mục đích lý chọn đề tài Nhu cầu trao đổi xử lý thông tin ngày cao Mạng máy tính trở nên quen thuộc chúng ta, lĩnh vực khoa học, quân quốc phòng, thương mại,dịch vụ, giáo dục Mục đích đề tài nghiêm cứu tìm hiểu tổng quan, đưa tham số chất lượng dịch vụ mạng ip.đưa ưu nhược điểm mạng ip.Nhằm tăng độ tin cậy hệ thống:Người ta dễ dàng bảo trì máy móc lưu trữ liệu chung có trục trặc hệ thống chúng khôi phục nhanh chóng Trong trường hợp có trục trặc trạm làm việc người ta sử dụng trạm khác thay Sử dụng chung tài nguyên: Những tài nguyên mạng như: thiết bị chương trình, liệu trở thành tài nguyên chung thành viên mạng tiếp cận mà không quan tâm tới tài nguyên đâu Nâng cao chất lượng hiệu khai thác thông tin: Khi thông tin sữ dụng chung mang lại cho người sử dụng khả tổ chức lại công việc với thay đổi chất như:mạng trở thành nhu cầu thiếu Ðáp ứng nhu cầu hệ thống ứng dụng kinh doanh đại Cung cấp thống liệu - Tăng cường lực sử lý nhờ kết hợp phận phân tán - Tăng cường truy nhập tới dịch vụ mạng khác giới Tìm hiểu nghiêm cứu mô ns2 từ mô đánh giá thông số chất lượng dịch vụ Lý chọn công cụ ns2 NS (phiên bản) phần mềm mô mạng điều khiển kiện riêng rẽ hướng đối tượng, phát triển UC Berkely, viết ngôn ngữ C++ OTcl NS hữu ích cho việc mô mạng diện rộng (WAN) mạng local (LAN) Bốn lợi ích lớn NS-2 phải kể đến là: - Khả kiểm tra tính ổn định giao thức mạng tồn 10 Hình 4.4: topo mô kịch 63 Kết Hình 4.5: sổ file nam kịch Băng thông: Hinh 4.6 : thông lượng kịch Thông lượng số lượng gói tin qua kênh đơn vị thời gian cụ thể Và thống kê bảng 4.1 64 Bảng 4.1 thông lượng theo thời gian kịch Thời gian(ms) 0,1-1 1.010160 Thông lượng (gói tin) 0.007812 2.199920 0.164062 2.451941 0.265625 2.787221 0.421875 Độ trễ Hình 4.7: độ trễ kịch - Công thức độ trễ gói tcp: Độ trễ gói = Thời điểm nhận – Thời điểm gửi Độ trễ gói tin bị ảnh hưởng việc khám phá tuyến, xếp hàng, quảng bá, thời gian tuyền, tỷ lệ gói tin upd Các đệm bị đầy nhanh nhiều thời gian gói tin liệu vùng đệm dài thời gian trước chúng gửi Độ trễ(s) 0.186667 s Gói tin 65 0.427333 s 9881 0.305946 s 9303 0.151866 s 9332 0.332613 s 9343 Mất gói Hình 4.8: gói kịch Công thức tính tỷ lệ gói tcp=số gói gửi – số gói nhận 66 Từ công thức tính tỷ lệ gói ta liệt kê tỷ lệ gói theo thời gian bảng 4.3 Thời gian(ms) 0.100000 Tỷ lệ gói(gói tin) 0.000000 1.581360 3.000000 2.058213 6.000000 2.222448 11.000000 2.667728 19.000000 4.4.2 kịch Sử dụng node mô Hình 4.9: cửa sổ file nam kịch 67 Kết Băng thông Hình 4.10: băng thông kịch Bảng 4.4: bảng liệt kê băng thông Thời gian (s) 0.500000 Băng thông (gói tin) 0.000000 1.005280 0.070312 2.188800 0.429688 2.453280 2.786400 0.492188 0.765625 Độ trễ 68 Hình 4.11: độ trễ kịch Bảng 4.5 độ trễ gói tin kịch Độ trễ(s) 0.301920 s Gói tin thứ i 1.029280 s 98 0.301920 s 171 0.101600 s 194 0.301920 s 129 69 Mất gói Hình 4.12: tỷ lệ gói tin kịch Bảng 4.6: độ gói tin kịch Thời gian(ms) 0.500000 Tỷ lệ gói(gói tin) 1.000000 1.578560 2.051360 3.000000 7.000000 2.230400 7.000000 2.661600 15.000000 4.4.3 Nhận xét Dựa vào kết mô ta rút nhận xét.Ở kịch thời gian mô 125s thông lượng tỷ lệ gói tăng theo thời gian Đồng thời độ trễ lớn với thời gian mô kịch 26s cac thông số ta thu ngược với kịch Do TCP không phân biệt lỗi truyền dẫn nên trường hợp lỗi lớn hiệu TCP giảm cách đáng kể 70 Đặc trưng công nghệ: TCP giao thức hướng nối (connection-eoriented), tin cậy (reliable): Vận chuyển end-to-end, tin cậy, thứ tự, thông qua “phương tiện”: – Dùng chế báo nhận (ACK) – Dùng số thứ tự gói tin (Sequence number) – Dùng phương pháp kiểm soát lỗi mã dư vòng (CRC) Điều khiển lưu lượng (flow control + congestion control) cửa sổ trượt có kích thước thay đổi 71 KẾT LUẬN Sau thời gian tìm hiểu đồ án”nghiên cứu xây dựng chương trình dánh giá chất lượng dịch vụ mạng IP” hoàn thành với nội dụng sau đây: Tìm hiểu tổng quan mô hình TCP/IP Tìm hiểu chung QoS Nghiên cứu tổng quan chất lượng dịch vụ mạngIP Nghiên cứu số kỹ thuật hỗi trợ chất lượng dịch vụ mạng IP Xây dựng chương trình mô QoS mạng IP Bài toán nâng cao chất lượng dịch vụ xét quan điểm nhà quản lý mạng, số quan điểm người sử dụng cụ thể, quan điểm nâng cao chất lượng phương pháp quản lý nhân lực…không trình bày Đưa hai mô hình intserv diffserv mô hình khác chưa nêu Từ kết đạt đồ án tiếp tục sâu nghiên cứu chi tiết giải pháp, giao thức, số mô hình dịch vụ mạng khác hỗi trợ QoS mạng IP Mặc dù cố gắng đồ án không tránh khỏi có thiếu sót Em xin tiếp tục tiếp thu ý kiến góp ý, sửa chữa thầy cô bạn để hoàn thiện đề tài sâu Để có kết ngày hôm nhờ công lao dạy dỗ thầy cô giáo, đặc biệt Ths.Trần Duy Minh hướng dẫn, giúp đỡ em công việc với giúp đỡ gia đình bạn Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thày cô giáo gia đình, bạn bè sát cánh với em, giúp đỡ em Xin chân thành cảm ơn ! Sv.Phan Thị Phương 72 PHỤ LỤC Mã chương trình set ns [new Simulator] #định màu cho liệu(for NAM) $ns color Blue $ns color Red #mở file trace set file1 [open ex1.tr w] set winfile [open WinFile w] $ns trace-all $file1 #mở file nam set file2 [open out.nam w] $ns namtrace-all $file2 #dịnh nghĩa thủ tục finish proc finish {} { global ns file1 file2 $ns flush-trace close $file1 close $file2 exec nam out.nam & exit } #tạo node set n0 [$ns node] set n1 [$ns node] 73 set n2 [$ns node] set n3 [$ns node] set n4 [$ns node] set n5 [$ns node] #tạo kết nối node $ns duplex-link $n0 $n2 2Mb 10ms DropTail $ns duplex-link $n1 $n2 2Mb 10ms DropTail $ns simplex-link $n2 $n3 0.3Mb 100ms DropTail $ns simplex-link $n3 $n2 0.3Mb 100ms DropTail $ns duplex-link $n3 $n4 0.5Mb 40ms DropTail $ns duplex-link $n3 $n5 0.5Mb 30ms DropTail #tạo vị trí node cho nam $ns duplex-link-op $n0 $n2 orient right-down $ns duplex-link-op $n1 $n2 orient right-up $ns simplex-link-op $n2 $n3 orient right $ns simplex-link-op $n3 $n2 orient left $ns duplex-link-op $n3 $n4 orient right-up $ns duplex-link-op $n3 $n5 orient right-down #tạo kich thước hàng đợi cho kết nối từ (n2-n3) tới 10 $ns queue-limit $n2 $n3 20 #tạo kết nối tcp set tcp [new Agent/TCP/Newreno] $ns attach-agent $n0 $tcp set sink [new Agent/TCPSink/DelAck] $ns attach-agent $n4 $sink $ns connect $tcp $sink 74 $tcp set fid_ $tcp set window_ 8000 $tcp set packetSize_ 552 #tạo ftp tcp set ftp [new Application/FTP] $ftp attach-agent $tcp $ftp set type_ FTP #Tạo kết nối udp set udp [new Agent/UDP] $ns attach-agent $n1 $udp set null [new Agent/Null] $ns attach-agent $n5 $null $ns connect $udp $null $udp set fid_ #tạo cbr udp set cbr [new Application/Traffic/CBR] $cbr attach-agent $udp $cbr set type_ CBR $cbr set packet_size_ 1000 $cbr set rate_ 0.01mb $cbr set random_ false $ns at 0.1 "$cbr start" $ns at 1.0 "$ftp start" $ns at 124.0 "$ftp stop" $ns at 124.5 "$cbr stop" 75 proc plotWindow {tcpSource file} { global ns set time 0.1 set now [$ns now] set cwnd [$tcpSource set cwnd_] set wnd [$tcpSource set window_] puts $file "$now $cwnd" $ns at [expr $now+$time] "plotWindow $tcpSource $file" } $ns at 0.1 "plotWindow $tcp $winfile" $ns at 125.0 "finish" $ns run 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Cisco Systems, Introduction: Quality of Service Overview, [2] D Grossman, New Terminology for DiffServ, IETF Internet Draft, draft-ietfDiffServ-new-terms-04.txt, March 2001 [3] IETF, “MPLS Architecture” –RFC 3031 [4] IETF, Differentiated Services (DiffServ), http://www.ietf.org/html.charters/DiffServ-charter.html (current 29 Apr 2001) [5] Ns-2, “The Network Simulator – ns-2”, http://www.isi.edu/nsnam [6] StarDust, Introduction: What is Quality of Service? 77 ... Nghiên cứu xây dựng chương trình đánh giá chất lượng dịch vụ mạng IP đề cập đến vấn đề chất lượng dịch vụ mạng IP Sau thời gian tìm hiểu nghiên cứu đồ án hoàn thành với nội dung sau đây: Chương. .. đây: Chương 1: Tổng quan mạng IP Chương 2: Chất lượng dịch vụ mạng IP thành phần QoS mạng IP Chương 3: Một số kĩ thuật nâng cao QoS mạng IP Chương 4: Xây dựng chương trình mô Do nội dung kiến... TRONG MẠNG IP 2.1 Khái niệm chất lượng dịch vụ Chất lượng dịch vụ vấn đề khó cho định nghĩa xác, nhìn từ góc độ khác ta có quan điểm chất lượng dịch vụ khác Ví dụ với người sử dụng dịch vụ thoại chất