LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp em nhận hướng dẫn, giúp đỡ bảo tận tình quý thầy cô trường Đại học Công Nghệ Thông Tin & Truyền Thông - Đại Học Thái Nguyên Lời em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo ThS Lê Khánh Dương – Phó trưởng môn Mạng & Truyền Thông Đại học Công Nghệ Thông Tin Truyền Thông Người tận tình hướng dẫn giúp đỡ em hoàn thành đồ án Em xin chân thành cảm ơn dẫn tận tâm tất giảng viên trực tiếp giảng dạy chúng em suốt thời gian học tập vừa qua đặc biệt quan tâm giúp đỡ tận tình quý thầy cô công tác môn Mạng & Truyền Thông Mặc dù cố gắng hoàn thiện đề tài tất nhiệt tình lực mình, nhiên tránh khỏi thiếu sót, mong nhận đóng góp quý báu thầy cô bạn! Thái Nguyên, tháng năm 2012 Sinh Viên Phạm Lê Tiệp LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan nội dung đồ án tốt nghiệp với tên đồ án "Nghiên cứu đánh giá chất lượng dịch vụ mạng IP phần mềm mô OPNET" sản phẩm riêng cá nhân em, không chép lại người khác Trong toàn nội dung đồ án, điều trình bày cá nhân em tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu tham khảo Tất tài liệu tham khảo có xuất xứ rõ ràng trích dẫn hợp pháp Em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm chịu hình thức kỷ luật theo quy định cho lời cam đoan Thái Nguyên, tháng năm 2012 Sinh Viên Phạm Lê Tiệp MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC MỤC LỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT LỜI NÓI ĐẦU .10 CHƯƠNG 11 TỔNG QUAN MẠNG IP 11 1.1 Tổng quan giao thức TCP/IP 11 1.1.1 Kiến trúc TCP/IP .11 1.1.2 Một số giao thức mô hình TCP/IP .13 1.2 Địa IP 19 1.2.1 Địa IPv4 19 1.2.2 Địa IPv6 20 1.3 Phần cứng thiết bị mạng IP 22 1.3.1 Card mạng (NIC-Network Interface Card) 22 1.3.2 Bộ chuyển tiếp - Repeater 23 1.3.3 Switch .23 1.3.4 Bộ định tuyến – Router 24 1.4 Phân loại mạng IP 25 1.4.1 Mạng cục LAN (Local Area Network) .25 1.4.2 Mạng diện rộng WAN (Wide Area Network) 26 1.4.3 Mạng internet 27 CHƯƠNG 28 CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG IP 28 2.1 Tổng quan chất lượng dịch vụ .28 2.1.1 Những tham số đánh giá chất lượng dịch vụ 29 2.1.2 Các nguyên tắc QoS .31 2.1.3 Các mô hình đảm bảo QoS .32 2.2 Chất lượng dịch vụ mạng IP 46 2.2.1 Sự cần thiết QoS mạng IP 46 2.2.2 Các yêu cầu chất lượng dịch vụ mạng IP .48 2.2.3 Phân lớp lưu lượng mạng IP 49 2.2.4 Điều khiển tắc nghẽn mạng IP 51 CHƯƠNG 62 XÂY DỰNG KỊCH BẢN MÔ PHỎNG ĐÁNH GIÁ QoS MẠNG IP 62 3.1 Phần mềm OPNET 62 3.1.1 Giới thiệu OPNET .62 3.1.2 Lý chọn OPNET 65 3.2 Xây dựng kịch mô đánh giá QoS mạng IP 66 3.2.1 Kịch mô 66 3.2.2 Các kết thu thực mô .69 KẾT LUẬN 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 MỤC LỤC HÌNH ẢNH 11 Hình 1.1- Mô hình tham chiếu TCP/IP 11 12 Hình 1.2 - Mô tả đóng gói liệu theo kiến trúc TCP/IP 12 13 Hình1.3 - Mô hình phân lớp giao thức TCP/IP 13 14 Hình 1.4 - Cấu trúc gói tin TCP 14 15 Hình 1.5 - Cấu trúc gói tin UDP 15 16 Hình 1.6 - Tiêu đề IP datagram 16 18 Hình 1.7 - ARP ánh xạ địa IP vào địa vật lý .18 20 20 20 Hình 1.8 - Cấu trúc lớp địa IP 20 21 Hình 1.9 - Định dạng gói IPv6 .21 23 Hình 1.10 - Card mạng 23 26 Hình 1.11 - Mô hình mạng LAN 26 27 Hình 1.12 - Mô hình mạng WAN 27 33 Hình 2.1 - Các mô hình đảm bảo QoS 33 34 Hình 2.2 - Mô hình Best – Effort 34 35 Hình 2.3 - Mô hình IntServ 35 37 Hình 2.4 - Hoạt động mô hình mạng sử dụng RSVP 37 40 Hình 2.5 - Sơ đồ khối kiến trúc DiffServ 40 42 Hình 2.6 - Cấu trúc bit trường DSCP 42 44 Hình 2.7 - Cơ chế phân loại điều hòa đến lưu lượng 44 50 Hình 2.8 - Mô tả trường ToS gói IP 50 51 53 Hình 2.9 - Hàng đợi FIFO 53 54 Hình 2.10 - Cơ chế hoạt động hàng đợi CQ 54 56 Hình 2.11 - Cơ chế hoạt động hàng đợi PQ 56 57 Hình 2.12 - Cơ chế hoạt động hàng đợi WFQ 57 62 Hình 3.1 - Thứ tự xây dựng chương trình mô 62 63 Hình 3.2 - Một mô hình mạng cửa sổ Project Editor 63 64 Hình 3.3 - Giao diện chung OPNET 64 64 Hình 3.4 - Nút công cụ 64 66 Hình 3.5 - Kịch mô .66 67 Hình 3.6 - Application Attributes 67 67 Hình 3.7 - QoS Attribute 67 68 Hình 3.8 - Profile Config Attribute 68 68 Hình 3.9 - PC Attribute 68 69 Hình 3.10 - Hàng đợi PQ .69 70 Hình 3.11 - Hàng đợi CQ .70 71 Hình 3.12 - Hàng đợi WFQ 71 72 Hình 3.13 - Traffic Sent 72 72 Hình 3.14 - Traffic Received .72 73 Hình 3.15 - Packet End–to–End Delay 73 74 Hình 3.16 - Packet Delay Variation .74 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT TCP IP UDP SMTP Transmission Control Protocol Internet Protocol User Datagram Protocol Simple Mail Transfer Protocol FTP File Transfer Protocol DNS Domain Name System ACK Acknowledgement ARP Address Resolution Protocol RARP Reverse Address Resolution Protocol NIC Network Interface Card MAC Medium Access Control address LAN Local Area Network CSMA/CD Carier sense Multiple Access/ Collision Avoidance WAN Wide Area Network ISDN Integrated Services Digital Network DSL Digital Subscriber Line QoS Quality of Service RSVP IPP Resource Reservation Protocol IP Precedence FIFO First In First Out CQ Custom Queuing PQ Priority Queuing WFQ Weighted Fair Queuing 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 tăng khả cạnh tranh Điều ví điều tất yếu mà nhà khai thác phải làm tốt để tồn Bản đồ án với đề tài "Nghiên cứu đánh giá chất lượng dịch vụ mạng IP phần mềm mô OPNET" 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 Chương 3: Xây dựng kịch mô đánh giá chất lượng dịch vụ mạng IP Phần mô đánh giá chất lượng dịch vụ mạng IP em xây dựng phần mềm OPNET Đó phần mềm cung cấp khả quản lý mạng ứng dụng Bên cạnh phần mềm hay cho việc học tập mạng khả phân tích,lên kế hoạch giả lập môi trường mạng 10 CHƯƠNG XÂY DỰNG KỊCH BẢN MÔ PHỎNG ĐÁNH GIÁ QoS MẠNG IP 3.1 Phần mềm OPNET 3.1.1 Giới thiệu OPNET Phần mềm OPNET phát triển công ty OPNET Technologies, Inc Là phần mềm cung cấp khả quản lý mạng ứng dụng Bên cạnh phần mềm hay cho việc học tập mạng khả phân tích,lên kế hoạch giả lập môi trường mạng Nó công cụ tốt cho nhà thiết kế mạng kiểm tra thực thi ổn định thiết kế trước vào triển khai thực tế Trình tự xử lý, không gian thiết kế (Workspace) công cụ OPNET tập trung quanh môi trường Project Editor Trên đó, người sử dụng tạo mô hình mạng, khai tham số cho đối tượng hay cho hệ thống, thưc mô xem kết Việc sử dụng môi trường Project Editor để xây dựng mạng minh họa sau Hình 3.1 - Thứ tự xây dựng chương trình mô 62 Cửa sổ Project Editor : Cửa sổ Project Editor có vùng chức tương tác với thủ tục khởi tạo chạy mô mô hình mạng.Các vùng chức minh họa hình Hình 3.2 - Một mô hình mạng cửa sổ Project Editor Thanh thực đơn: Thanh thực đơn nằm phía cửa sổ thiết kế.Thanh gồm thực đơn theo chủ đề chứa lệnh.Số thực đơn số lệnh thực đơn thay đổi tùy theo số modul gọi vào mô hình.Các lệnh phụ thuộc tình chọn nhấp phải chuột lên đối tượng lên không gian thiết kế 63 Hình 3.3 - Giao diện chung OPNET Các nút công cụ : Một số chức thường dùng thực đơn kích hoạch nhờ công cụ minh họa đây: Hình 3.4 - Nút công cụ Mở thư viện Object Palette Kiểm tra kết nối Đánh lỗi đối tượng chọn Khôi phục đối tượng chọn 5.Trở phân mạng bậc cao 64 Phóng to Thu nhỏ Cài đặt tham số chạy mô Xem kết 10 Mở/xóa đồ thị Không gian thiết kế: phần không gian nằm cửa sổ Editor, chứa biểu tượng mô hình mạng Có thể chọn, xê dịch biểu tượng, chọn lệnh phụ thuộc tình nhấp phải chuột lên phông không gian thiết kế Vùng thông báo: Vùng thông báo nằm cảu cửa sổ Editor cung cấp thông tin trạng thái công cụ.Để xem thông tin tiến trình làm việc, nhấp trái chuột lên biểu tượng bên cạnh vùng thông báo.Cửa sổ mở liệt kê thông báo xuất vùng thông báo.các thông tin trợ giúp,hướng dẫn người dùng trình xây dựng mô hình mô 3.1.2 Lý chọn OPNET Hiện có nhiều phần mềm giúp thực mô đánh giá hiệu mạng kể đến công cụ chủ yếu NS-2 OPNET So với NS-2 OPNET có số điểm đáng ý : - OPNET sử dụng 3000 trường đại học 85 quốc gia 500 công ty lớn, nhà cung cấp dịch vụ, tổ chức phủ toàn giới - OPNET cung cấp khả tạo mô hình từ liệu trực tiếp, thư viện mô hình chi tiết, giao diện đồ họa không ảnh hướng đến hiệu suất thời gian chạy mô - Mô hình phát triển linh hoạt, thực thiết kế mô xác linh hoạt với 400 chức 65 3.2 Xây dựng kịch mô đánh giá QoS mạng IP 3.2.1 Kịch mô Tạo kịch mô giống với thực tế bước trình thực mô Trong kịch mô em sử dụng phần mềm OPNET IT Guru để xây dựng mạng IP nhỏ Các ứng dựng thực thi mô yêu cầu đảm bảo QoS khác : Http, Email, Voice Application, Video Conference Để đưa đánh giá QoS mạng IP em xây dựng ba kịch mô tương ứng với ba loại hàng đợi PQ , CQ, WFQ sau phân tích, đánh giá hiệu suất mạng kết thu sau chạy kịch mô ứng dụng Video Conference Hình 3.5 - Kịch mô Trong kịch mô em sử dụng đối tượng: Pc, Router, Server, Application Config, QoS Attribute, Profile Config 66 Hình 3.6 - Application Attributes Đối tượng Application Config : Quy định loại dịch vụ khác cho kịch mô Trong kịch mô em sử dụng ứng dụng Http, Email, Voice, Video Conference Hình 3.7 - QoS Attribute 67 Đối tượng QoS Attribute : Mô tả thuộc tính cụ thể loại hàng đợi sử dụng kịch mô Trong em xây dựng kịch mô ứng với kiểu QoS khác PQ, CQ, WFQ Hình 3.8 - Profile Config Attribute Đối tượng Profile Config Attribute quy định loại dịch vụ cho Pc Hình 3.9 - PC Attribute 68 Đối tượng Pc: Là máy Client thực thi loại dịch vụ Http, Email, Voice, Video Conference 3.2.2 Các kết thu thực mô Hàng đợi PQ : Hình 3.10 - Hàng đợi PQ Phải khoảng thời gian sau thực mô bytes bắt được truyền nhận Các ứng dụng thực thi kịch bị ảnh hưởng trễ hàng đợi Trong khoảng thời gian bytes truyền tăng dần bắt đầu vào ổn định bytes nhận lại giảm dần dẫn tới tượng liệu Trong khoảng thời gian bytes bị ảnh hưởng trễ hàng đợi packet delay variation packet end-to-end delay Sau packet end-to-end delay packet delay variation vào ổn định Khi bytes bắt đầu truyền nhận ban đầu bytes bị ảnh hưởng trễ đường truyền 69 Hàng đợi CQ : Hình 3.11 - Hàng đợi CQ Hàng đợi CQ phải khoảng thời gian định sau thực mô để bytes bắt đầu truyền nhận Các ứng dụng thực thi kịch bị ảnh hưởng trễ hàng đợi Sau khoảng thời gian bytes truyền nhận tăng dần dần vào ổn đinh Tỉ lệ liệu thực mô hàng đợi CQ không đáng kể Trong khoảng thời gian bytes bị ảnh hưởng trễ hàng đợi packet delay variation packet end-to-end delay Packet end-to-end delay bytes gửi kết thúc thực mô Do tỉ lệ bytes truyền nhận ổn định nên packet delay variation giảm dần 70 Hàng đợi WFQ : Hình 3.12 - Hàng đợi WFQ Cũng giống hàng đợi PQ CQ hàng đợi WFQ phải khoảng thời gian ban đầu từ thực mô bytes bắt đầu truyền Các ứng dụng thực thi kịch bị ảnh hưởng trễ hàng đợi Trong khoảng thời gian bytes truyền tăng dần vào ổn định gói tin nhận tăng nhanh khoảng thời gian định giảm dần Điều dẫn tới liệu Trong khoảng thời gian bytes bị ảnh hưởng trễ hàng đợi packet delay variation packet end-to-end delay Sau packet end-to-end delay biến thiên nhanh ổn định Các ứng dụng thực thi kịch bị ảnh hưởng trễ hàng đợi Do bytes truyền tăng nhanh ổn định bytes nhận lại giảm dần nên packet delay variation tăng suốt trình gói tin bắt đầu truyền nhận Kết luận chung : 71 Hình 3.13 - Traffic Sent Đối với hàng đợi khác kịch mô số lượng gói tin gửi nhau.Và kết không với Video Conference mà với ứng dụng Http, Email Voice Application Hình 3.14 - Traffic Received 72 Số lượng gói tin nhận thay đổi loại hàng đợi khác Điều giải thích kích thước đệm loại hàng đợi khác gói tin gửi đến R2 số gói tin bị khác Theo vecto data Traffic Received CQ > Traffic Received > Traffic Received WFQ So sánh tỉ lệ gửi gói tin tỉ lệ nhận gói tin ta nhận thấy hàng đợi CQ hỗ trợ Video Conference tốt ứng dụng chạy Video Conference router mạng nên cấu hình hàng đợi PQ Hình 3.15 - Packet End–to–End Delay Sau khoảng thời gian đầu bị ảnh hưởng trễ hàng đợi (packet end–to–end delay = 0) bytes truyền Trong suốt trình truyền hàng đợi CQ hỗ trợ packet end–to–end delay tốt sau đến hàng đợi PQ cuối hàng đợi WFQ 73 Hình 3.16 - Packet Delay Variation So với hàng đợi PQ CQ hàng đợi WFQ có packet delay variation cao Do với ứng dụng yêu cầu độ trễ thấp Video Conference hàng đợi CQ hỗ trợ tốt sau tới hàng đợi PQ 74 KẾT LUẬN Sau thời gian tìm hiểu đồ án "Nghiên cứu đánh giá chất lượng dịch vụ mạng IP phần mềm mô OPNET" hoàn thành với nội dụng sau đây: - Tìm hiểu tổng quan mạng IP - Tìm hiểu chung QoS - Nghiên cứu tổng quan chất lượng dịch vụ mạng IP Bản đồ án tìm hiểu QoS theo trình tự : Từ nhìn chung QoS đến quan điểm cụ thể QoS mạng IP, nhấn mạnh khía cạnh quản lý mạng Do kiến thức nhiều hạn chế thời gian có hạn, lĩnh vực nên đồ án tìm hiểu dạng tổng quan, không sâu vào nội dung cụ thể 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 Từ kết đạt đồ án em thấy NS2 sử dụng phổ biến để đánh giá hiệu mạng có thêm công cụ OPNET Điều làm tăng tính khách quan cho công trình nguyên cứu đánh giá sau Kịch mô dừng lại việc đánh giá QoS loại hàng đợi hỗ trợ mô hình đảm bảo DiffServ Để tăng tính khác quan đồ án cần thực nguyên cứu mô loại hàng đợi dựa mô hình Integrated service Từ đưa kết luận cuối QoS mạng IP Mặt khác đồ án dừng lại mức nguyên cứu vấn đề QoS mạng IPv4 Hướng phát triển đồ án nguyên cứu phát triển địa IPv6 75 thay địa IPv4 với mục đích tăng thêm số bit trường DSCP địa nhằm mở rộng ứng dụng QoS dựa bít TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Vinod Josheph and Brett Chapman, “Develoying QoS for Cisco IP and Next generation Networks”, 2009 [2] Mario Marchese, “QoS over heterogeneous networks”, 2007 [3] Hoàng Trọng Minh, “Chất lượng dịch vụ IP”, 2007 [4] IBM Corp, “TCP/IP Tutorial and Technical Overview”, December 2006 [5] Ph.D Kun I Park, “QoS in packet Networks”, 2005 [6] E Brent Kelly, “Quality of Service In Internet Protocol (IP) Networks”, 2002 [7] Syngress Publishing, “Administering Cisco QoS for IP Networks”, 2001 [8] TS Võ Thanh Tú, “Bài giảng Đánh giá hiệu mạng” [9] Kim Andrew, “OPNET Tutorial”, TECOMM LAB, March 2003 76 ... quan mạng IP Chương 2: Chất lượng dịch vụ mạng IP Chương 3: Xây dựng kịch mô đánh giá chất lượng dịch vụ mạng IP Phần mô đánh giá chất lượng dịch vụ mạng IP em xây dựng phần mềm OPNET Đó phần mềm. .. Bản đồ án với đề tài "Nghiên cứu đánh giá chất lượng dịch vụ mạng IP phần mềm mô OPNET" đề cập đến vấn đề chất lượng dịch vụ mạng IP Sau thời gian tìm hiểu nghiên cứu đồ án hoàn thành với nội... .32 2.2 Chất lượng dịch vụ mạng IP 46 2.2.1 Sự cần thiết QoS mạng IP 46 2.2.2 Các yêu cầu chất lượng dịch vụ mạng IP .48 2.2.3 Phân lớp lưu lượng mạng IP 49 2.2.4