Đang tải... (xem toàn văn)
Nội dung bài viết trình bày đo lường, phân tích và đánh giá băng thông của giao thức đa đường TCP. Để hiểu rõ hơn, mời các bạn tham khảo chi tiết nội dung bài viết.
KHOA HỌC CƠNG NGHỆ ĐO LƢỜNG, PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ BĂNG THÔNG CỦA GIAO THỨC ĐA ĐƢỜNG TCP Phạm Nguyễn Huy Phƣơng1, Đặng Lê Nam1, Từ Minh Mận2, Nguyễn Thị Mai Trang3 1Khoa CNTT – Tr ờng ĐH Công nghiệp Thực phẩm TP.HCM 2Đại học quốc gia TP.Hồ Chí Minh 3Đại học Pierre and Marie Curie (Paris 6) TÓM TẮT Ng y n y mạng Internet trở th nh m t ph ơng tiện gi o tiếp tiện lợi ho ả ng ời dùng ố nh v không dây Y u ầu truyền liệu ũng nh ải thiện h t l ợng truyền tải ợ tăng l n C nhiều giải pháp ể giải v n ề truyền liệu l tăng tố ờng truyền mạng, tăng tố x l ủ CPU l u trữ M dù, hầu hết thiết th ờng ợ tr ng nh t h i rd mạng (ví dụ: ard ethernet card wifi, rd wifi v rd 3G v v…), nh ng hỉ m t rd mạng ợ họn v s dụng ể truyền liệu ho t t ả ứng dụng Nếu rd mạng n y thể s dụng ồng thời, tố ủ việ truyền tải ợ tăng l n C m t giải pháp m i ể tăng tố truyền tải nữ l : Multip th TCP (MPTCP) - m t huẩn mở r ng ủ Transmission Control Protocol (TCP) - ợ thiết lập ởi nh m nghi n ứu Internet Engineering T sk For e (IETF) ho mụ í h n y Trong i áo n y, h ng o l ờng v phân tí h tổng hợp tính hi tiết ủ MPTCP Từ khóa:Đa giao thức TCP tổng hợp băng thông thông lượng MPTCP BANDWIDTH AGGREGATION EVALUATION AND ANALYSIS ABSTRACT Today, the Internet has become one of the most convenient means of communication for both fixed and mobile users The requirements of data transfer and transmission speed are increasing There are many solutions to solve this problem such as: increase the speed of network, increase speed of CPU's server Although most terminals are usually equipped with at least two interfaces (e.g Ethernet and Wi-Fi, Wi-Fi and 3G, etc.), only one interface is selected and used for data transmission of all applications If these interfaces could be used concurrently, the transmission speed would be increased Has a new solution to solve this problem, there is Multipath TCP (MPTCP), an extension of Transmission Control Protocol (TCP), has been defined by the Internet Engineering Task Force (IETF) for this purpose In this paper, we evaluate and analyze the bandwidth aggregation feature of MPTCP Keywords: Multipath TCP, bandwidth aggregation, thoughput Giới thiệu Ng y n y mạng máy tính n i v mạng Internet n i ri ng ng ợ s dụng phổ iến nh t lĩnh vự ủ ời sống x h i V i thiết dạng v r ời ủ thiết di ng, số l ợng ng ời dùng v nh ầu l u l ợng ng y ng tăng M dù hầu hết thiết ầu uối ợ tr ng nh t l rd mạng (ví dụ: mạng Ethernet Wifi, Wifi v 3G, ) v hỉ m t rd mạng ợ họn s dụng ho t t ả ứng dụng Nếu rd mạng ợ s dụng ồng thời, tố truyền tải ợ tăng l n Transmission Control Protocol (TCP) l m t gi o thứ ợ s dụng r ng r i tr n Internet v hầu hết mạng máy tính tr n gi i Hầu hết ứng dụng nh d h vụ world wide we , truyền tải tập tin v hệ thống ph ơng tiện ều s dụng TCP ho việ truyền tải Để ho ph p s dụng rd mạng ồng thời sẵn, IETF ề xu t gi o thứ Multip th TCP, nh l m t gi o thứ mở r ng ủ TCP [1,2] Trong i áo n y, h ng o l ờng v phân tính hi tiết ăng thơng tổng hợp ủ MPTCP Ch ng s dụng phi n ản thự thi ủ MPTCP ợ phát triển ởi tr ờng ại họ Catholique de Louvain [3] Tổng hợp throughput ủ MPTCP ũng nh throughput ủ ờng ri ng lẻ (subflow) ợ ánh giá v so sánh v i throughput ủ TCP TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ & THỰC PHẨM – SỐ 03/2014 46 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ Phần lại củ i áo ợc tổ nh s u: phần tổng hợp chi tiết c u trúc MPTCP x lý giao thức MPTCP, phần trình bày th nghiệm Trong phần 4, o l ờng throughput trạng thái ợc trình bày phân tích; cuối cùng, phần ánh giá kết ạt ợc báo Giao thức đa đƣờng TCP MPTCP [1] m t chuẩn ản giao thức truyền tải, cho phép m t phiên làm việc TCP s dụng ồng thời nhiều ờng truyền sẵn có Các lợi ích giao thức MPTCP là: Để tăng khả phục hồi kết nối qua việ tr o ổi việc s dụng nhiều ờng Để tăng hiệu việc s dụng nguồn tài nguyên b ng h ồng thời s dụng nhiều ờng Khả t ơng thí h kiểu backward v i TCP ứng dụng Internet kiểu legacy m t tính m i MPTCP, ta nên phân biệt giao thức v i giao thức multi-homing candidate MPTCP phần mở r ng giao thức TCP phải tn theo mơ hình d ch vụ TCP, l thứ tự(in order), tin cậy (reli le), v h ng ối t ợng theo dạng byte (byte-oriented delivery) Để t ơng thí h v i Internet ứng dụng kiểu legacy, MPTCP giữ nguyên giao diện lập trình ừng dụng (API-Application Programming Interfaces) nh TCP, qu ợc thiết b trung gian (middle boxes), làm việc v i IPv4 IPv6, trở dạng TCP nh ình th ờng có khơng t ơng thí h xảy m t ờng TCP MPTCP phải chia sẻ ăng thông v i m t ờng ơn TCP tr ởng hợp thắt nút cổ chai, khơng tiêu thụ nhiều ăng thơng so v i s dụng TCP ơn việc chia sẻ thắt nút cổ chai Mơ hình tham chiếu củ MPTCP ợc trình bày Hình Hình So sánh giao thức TCP chuẩn giao thức MPTCP Kiến trúc giao thứ TCP IP ợc minh họa nh hình tr n ho h ng t th y tầng tr nsport ợc chia thành tầng nhỏ Mỗi ờng MPTCP m t ờng ơn TCP L p MPTCP n m ờng kiểm soát việc thiết l p ờng ũng nh liệu qu ờng on Để t ơng thí h v i TCP Internet kiểu legacy, MPTCP kết nối n ầu v i m t ờng [2] MPTCP khởi tạo kết nối b ng cách s dụng kiểu bắt t y c (three-way handshake), giống nh thiết l p kết nối giao thức TCP Tuy nhiên, gói SYN mang m t tùy chọn m i (tùy chọn MP_CAPABLE), r ng giao thức hỗ trợ MPTCP G i SYNACK ũng s dụng tùy chọn MP_CAPABLE ể chi có hỗ trợ MPTCP MPTCP trở dạng giao thức TCP phát không t ơng TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ & THỰC PHẨM – SỐ 03/2014 47 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ thí h Khi ờng thiết l p kết nối ờng on n y ầu phải hỗ trợ MPTCP, th m v o gi o thức MPCTP kết nối khia báo thêm tùy chọn MP_JOINT TCP L p MPTCP chia ứng dụng nhận ợc vào nhiều segment theo dạng byte l p l ch truyền tải chúng ờng on Để chia sẻ tài nguyên v i cân b ng v i ờng TCP khác có thắt nút cổ chai xảy ra, MPTCP s dụng couple congestion control [4] ể ảm bảo r ng tổng số ăng thông l không ổi Các đánh giá MPTCP Để o l ờng phân tích chi tiết tổng hợp ăng thơng MPTCP, chúng tơi xây dựng m t q trình ánh giá v i PC, laptop v i hai công nghệ truy cập mạng Ethernet WiFi Cả hai kết nối trực tiếp v i (ho c kết nối qu ess point) v môi tr ờng mạng LAN Mụ í h việ ánh giá l hiểu ợc thành phần MPTCP thông qua chia sẻ tổng hợp ăng thông Ch ng s dụng thiết l p MPTCP Linux kernel ợc phát triển nhóm nghiên cứu củ tr ờng Đại học Catholique de Louvain [3], phiên 0.5 T t máy s dụng Ubuntu 9.10 v i kernel Linux phiên 2.6.36 Iperf [5] ợc s dụng ể truyền tải l u l ợng tổng hợp ăng thông Chi tiết biểu throuhput-thông l ợng- ợc tổng hợp b ng h ơng trình Wireshark [6] Việ ánh giá tắc nghẽn (congestion windows) round-trip times (RTT) ợc tổng hợp b ng h ơng trình Tcptrace [7] phổ biến Dựa mơ hình mạng thực tế, h ng ề xu t ba ngữ cảnh ợ kh i áo ể phân tích v ánh giá ăng thông tổng hợp khác củ môi tr ờng MPTCP A Ngữ cảnh 192.168.2.0 Server Client 192.168.3.0 Hình Ngữ cảnh kết nối máy tính mạng Ethernet Trong ngữ cảnh này, có PC kết nối trực tiếp v i thông qua cáp ethernet V i interface Ethernet có thu c tính v i nhau, chúng tơi mong chờ MPTCP có throuhput g p ôi so v i giao thức TCP B Ngữ cảnh 192.168.2.0 Server 192.168 1.0 1.0 192.168 Client AP Hình Ngữ cảnh kết nối với thiết bị không dây Trong ngữ cảnh thứ này, thiết b l ptop ợc kết nối qua m t cáp Ethernet m t ờng kết nối qua wifi access point V i interface Ethernet wifi có thu c tính khác trễ ăng thơng v số bit lỗi, mong chờ MPTCP g i l u l ợng khơng giống TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ & THỰC PHẨM – SỐ 03/2014 48 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ nh u tr n h i ờng nh u ể tổng throughput khơng tệ so v i throughput ạt ợc g i liệu v i ờng TCP thông qu ờng Ethernet tốt nh t C Ngữ cảnh 10.20.21.0 10.20.21.0 Switch 10.20.2 Server 10.20.26 6.0 Client AP Hình Ngữ cảnh mô mạng Ethernet LAN Wi-Fi LAN Trong ngữ cảnh này, card giao tiếp mạng Ethernet WiFi l ptop ợc kết nối v i thông qua mạng cục b mạng WiFi củ T nh iều h nh Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh (Viet Nam National University) Việ ánh giá hiệu su t ợc thực thời iểm nh u ng y ể th y ợc MPTCP s dụng nhiều ờng nh u iều kiện khác mạng n i b Phân tích hiệu suất làm việc 4.1.Ngữ cảnh Trong ngữ cảnh này, s dụng Iperf ể g i 100 MB liệu tr n ờng ơn TCP MPTCP v i cáp Ethernet 100 Mbps Thực lần test - xem biểu hình Throughput MPCTP b ng g p ôi throughput ủ ờng ơn TCP Throughput ờng hầu nh l giống v i throughput thu ợc từ ờng ơn TCP, tải trọng ợc chia sẻ ều giữ h i ờng thời gian truyền ợc giảm m t n a Hình Đo lường hiệu suất băng thơng TCP MPTCP TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ & THỰC PHẨM – SỐ 03/2014 49 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Hình Tải trọng chia sẻ thời gian truyền ngữ cảnh Chi tiết họa throughput hình ờng lần ánh giá ầu ti n ợc thể Hình Sơ đồ throughput đường thứ TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ & THỰC PHẨM – SỐ 03/2014 50 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ Hình Sơ đồ throughput đường thứ hai Chúng ta th y r ng tổng throughput o ợc ngữ cảnh g p ôi so v i ờng ơn TCP ờng Ethernet có tốt v ùng dài dây d n ũng nh ùng thu c tính Bởi khơng có cách trực tiếp ể xá nh tắc nghẽn việc truyền tải TCP,dữ liệu không ợc thừa nhận ợc s dụng ể c tínhtắc nghẽn[7] Số liệu thống kêtắc nghẽn n c tínhcho th ycác tắc nghẽncủahai ờng conl nh u(hình 9).Số liệu thống k tr nRTT otr nh i ờngcon cho th yh i on ờng gần nh ùng m tRTTl khơng kể (~0ms) Hình Tắc nghẽn đường (ngữ cảnh 1) 4.2.Ngữ cảnh Trong ngữ cảnh 2, s dụng công cụ Iperf ể g i 100 MB liệu m t ờng ơn TCP thông qu mạng Ethernet s dụng MPTCP tr n ờng Ethernet WiFi Quá trình l p lại lần ánh giá Hình 10 ho th y tổng throughput o ợc MPTCP l so v i throughput ạt ợc từ TCP Throughput củ ờng thứ h i ( ờng kết nối b ng WiFi) th p so v i ờng thứ nh t khác biệt l n củ trễ hai ờng khác Hình 10 cho th y m t phần nhỏ củadữ liệu ợcg i qu ờngWi-Fi vàthời gian truyền ợcgiảm nhẹkhi s dụngMPTCP TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ & THỰC PHẨM – SỐ 03/2014 51 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Hình 10 Trạng thái throughput ngữ cảnh Hình 11 Chia tải vàsố liệu thống kêthời gian truyền ngữ cảnh Chi tiết sơ throughput củ ờng on ợc thể hình 12 13 Hình 12 Sơ đồ throughput đường TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ & THỰC PHẨM – SỐ 03/2014 52 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Hình 13 Sơ đồ throughput đường Trung ình tắc nghẽn củ ờng th y l n so v i ờng 2, ợc thể hình 14 Trung bình RTT củ ờng nhỏ ờng on v ợc thể tr n hình 15, v l l throughput củ ờng th p so v i ờng Hình 14 Trạng thái tắc nghẽn ngữ cảnh Hình 15 Trạng thái RTT ngữ cảnh TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ & THỰC PHẨM – SỐ 03/2014 53 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 4.3 Ngữ cảnh Trong ngữ ảnh n y, h ng tiếp tụ s dụng ông ụ Iperf ể g i 100 MB liệu tr n ờng ơn TCP thông qu Ethernet LAN v s dụng MPTCP tr n Ethernet L n v mạng WiFi ủ t nh Đại họ Quố gi Th nh phố Hồ Chí Minh Thự lần test: lần ầu ti n l l 3:00 p m (thời gi n ng l m việ ), lần test thứ l l 4:00 p m (thời gi n ng ng l m việ ) Hình 16 thể throughput thu ợ từ ờng ơn TCP thông qu Ethernet v từ MPTCP thông qu Ethernet v wifi Nh hình 16, tổng throughput thu ợ ủ lần test l 4:00 p.m gần giống v i TCP Throughput ủ ờng on thứ khơng ợ x t ể so sánh v i ờng on thứ Hình 17 thể hỉ m t phần nhỏ liệu truyền tải ợ g i tr n ờng wifi v thời gi n truyền tải s dụng MPTCP khơng tốt tr ờng hợp s dụng TCP tr n ờng Ethernet Hình 16 Trạng thái throughput ngữ cảnh Hình 17 Trạng thái chia tải thời gian truyền ngữ cảnh Sơ chi tiết throughput hình 18 19 ờng lần test thứ TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ & THỰC PHẨM – SỐ 03/2014 ợc thể 54 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Hình 18 Sơ đồ throughput đường Hình 19 Sơ đồ throughput đường Nh h ng t th y hình 20 thể trung bình tắc nghẽn củ ờng nhỏ so v i ờng Và trung bình RTT củ ờng nhỏ ờng on v ợc thể hình 21 nh ng khác giữ chúng (0,1 ms 0,3 ms) nhỏ so v i khác RTT giữ ờng ngữ cảnh (l n 30ms) TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ & THỰC PHẨM – SỐ 03/2014 55 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Hình 20 Trạng thái tắc nghẽn ngữ cảnh Hình 21 Trạng thái RTT ngữ cảnh Lý chủ yếu throuhput th p ờng thứ l li n qu n ế khả h u tải củ ờng kết nối wireless v ũng li n qu n ến môi tr ờng, tồn nhiều h ng ngại vật vật cản t ờng, bảng, Kết luận Có thể nói ngày hơm nay, giao thức MPTCP phần mở r ng giao thức TCP, cung c p m t giải pháp ể tăng throughput truyền tải liệu b ng cách s dụng nhiều ờng giữ máy Trong i áo n y, h ng o l ờng v ánh giá tổng hợp chi tiết ăng thông MPTCP Thực test dành riêng cho Ethernet/wifi Ethernet/wifi Lan thể r ng MPTCP tăng g p throughput so v i TCP tr ờng hợp s dụng ờng Ethernet có thu c tính (ngữ cảnh 1) Trong tr ờng hợp s dụng mạng Ethernet v WiFi throughput ạt ợc từ MPTCP th y tốt s dụng m t ờng Ethernet tr ờng hợp ánh giá l t ởng s dụng mạng cục b access point chuyên biệt nh ng th p so v i tr ờng hợp s dụng mạng Ethernet WiFi LAN TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] A Ford, C Raiciu, M Handley, S Barre, J Iyengar,Architectural Guidelines for Multipath TCP Development, IETF RFC 6182, March 2011 [2] A Ford, C Raiciu, M Handley, O Bonaventure,TCP Extensions for Multipath Operation with Multiple Addresses, Internet-Draft, work in progress, March 2011 [3] S Barré, C Paasch and O Bonaventure, MultiPath TCP: From Theory to Practice, IFIP Networking, Valencia, Spain, May 2011 TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ & THỰC PHẨM – SỐ 03/2014 56 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ [4] C Raiciu, M Handley, D Wischik, Coupled Congestion Control for Multipath Transport Protocols, Internet-Draft, work in progress, June 16, 2011 [5] Iperf, http://iperf.sourceforge.net/ [6] Wireshark, http://www.wireshark.org/ [7] Tcptrace, http://www.tcptrace.org/ Phản biện khoa học: Lƣ Nhật Vinh Đơn vị công tác: Trƣờng ĐH Công nghiệp Thực phẩm TP.HCM SĐT: 0919 220 828- Email: lnvinh@cntp.edu.vn TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ & THỰC PHẨM – SỐ 03/2014 57 ... trúc MPTCP x lý giao thức MPTCP, phần trình bày th nghiệm Trong phần 4, o l ờng throughput trạng thái ợc trình bày phân tích; cuối cùng, phần ánh giá kết ạt ợc báo Giao thức đa đƣờng TCP MPTCP [1]... backward v i TCP ứng dụng Internet kiểu legacy m t tính m i MPTCP, ta nên phân biệt giao thức v i giao thức multi-homing candidate MPTCP phần mở r ng giao thức TCP phải tn theo mơ hình d ch vụ TCP, l... So sánh giao thức TCP chuẩn giao thức MPTCP Kiến trúc giao thứ TCP IP ợc minh họa nh hình tr n ho h ng t th y tầng tr nsport ợc chia thành tầng nhỏ Mỗi ờng MPTCP m t ờng ơn TCP L p MPTCP n m