Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục MỤC LỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT .iii LỜI NÓI ĐẦU .5 CHƯƠNG I - MỘT SỐ VẤN ĐỀ TỔNG QUAN VỀ MẠNG IP2 1.1 Khái niệm về mạng IP .2 1.2 Mô hình phân lớp TCP/IP .2 1.3 Cấu trúc tiêu đề IPv4 và IPv6 .6 1.4 Các mức QoS end – to – end .12 CHƯƠNG II - CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG IP.17 2.1 Khái niệm QoS .17 2.2 Trễ .19 2.3 Nghẽn .19 2.4 Jitter 20 2.5 Mất gói .21 CHƯƠNG III - KIẾN TRÚC CQS 22 3.1 Vấn đề định tuyến trong mạng IP .22 3.2 Cấu trúc router .33 3.3 Kiến trúc CQS 36 CHƯƠNG IV - ỨNG DỤNG KIẾN TRÚC CQS CHO QUẢN LÝ NGHẼN TRONG MẠNG IP 40 4.1 Tại sao phải quản lý nghẽn 40 4.2 Các chiến lược quản lý nghẽn sử dụng kiến trúc CQS .41 KẾT LUẬN 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 Nguyễn Hữu Liêm, Lớp D2001VT i Đồ án tốt nghiệp Đại học Thuật ngữ viết tắt THUẬT NGỮ VIẾT TẮT AVB Available Bit Rate Tốc độ bít khả dụng BGP4 Border Gateway Protocol version 4 Giao thức cổng biên phiên bản 4 CIDR Classess Inter Domain Routing Định truyến liên vùng không phân lớp CL Controlled Load Điểu khiển truyền tải CQS Classification, Queuing, Sheduling Phân loại, hàng đợi, lập lịch DCEF Distributed Cisco Express Forwarding Chuyển tiếp phân phối nhanh của Cisco DiffServ Differentiated Servervice Dịch vụ khác biệt DWFQ VIP-Distributed Weighted Fair Queuing Hàng đợi cân bằng trọng số phân phối theo VIP FIFO First In, First Out Vào trước ra trước FIP Forwarding Information Base Cơ sở thông tin chuyển tiếp GS Guaranteed Service Dịch vụ đảm bảo IGRP Interior Gateway Routing Protocol Giao thức điều khiển cổng bên trong LLC Logical Link Control Điều khiển liên kết logic LLQ Low Laytency Queuing Hàng đợi trễ thấp LSA Link State Advertisements Thông báo trạng thái liên kết MTU Maximum Transmission Unit Khối truyền dẫn lớn nhất NCP Network Control Protocol Giao thức điểu khiển mạng NP Net Performance Hiệu năng mạng OSPF Open Sortest Path First Thuật toán tìm đường ngắn nhất đầu tiên PVC Permanent Virtual Circuit Kênh ảo cố định RED Random Early Detection Tách sớm ngẫu nhiên Nguyễn Hữu Liêm, Lớp D2001VT iii Đồ án tốt nghiệp Đại học Thuật ngữ viết tắt RTP Real-Time Transport Protocol Giao thức truyền tải thời gian thực SLA Service Level Agreement Hợp đồng mức dịch vụ SVC Switched Virtual Circuit Kênh ảo chuyển mạch TCP/IP Transfer Control Protocol/Internet Protocol Giao thức điều khiển truyền tải / Giao thức liên mạng VBR Variable Bit Rate Tốc độ bít biến thiên VIP Versatile Interface Procesor Bộ xử lý giao diện đa năng WFQ Weighted Fair Queuing Hàng đợi cân bằng trọng số Nguyễn Hữu Liêm, Lớp D2001VT iv Đồ án tốt nghiệp Đại học Lời nói đầu LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay mạng lưới viễn thông đã và đang ngày càng phát triển mạnh mẽ và rộng khắp trên thế giới. Điều đó đặt ra một bài toán đó là quản lý mạng viễn thông như thế nào để nó hoạt động một cách hiệu quả và đảm bảo được chất lượng dịch vụ của mạng. Đối với mạng Internet trước đây do nhu cầu khách hàng chưa cao, chủ yếu là sử dụng các dịch vụ truyền thống như truyền file, thư điện tử, dịch vụ telnet v.v . Do vậy mà dịch vụ Best Effort là rất hiệu quả và đảm bảo được chất lượng dịch vụ. Nhưng hiện nay với nhu cầu truyền đa phương tiện đang ngày càng phát triển nhanh chóng, điều đó đã làm xuất hiện các dịch vụ Intergrated Service và Differentiated Service. Khi các dịch vụ này ra đời thì yêu cầu về vấn đề định tuyến và tốc độ các router cũng phải được nâng cao. Điều đó cần thiết phải có một cơ chế quản lý mới và một kiến trúc mới để quản lý router tốt hơn. Để đáp ứng yêu cầu đó, “Kiến trúc CQS” đã ra đời và được ứng dụng trong mạng Internet ngày nay. Nội dung đồ án sẽ nghiên cứu đến kiến trúc mới này và một số “Ứng dụng của kiến trúc CQS trong vấn đề quản lý nghẽn trong mạng IP”. Đồ án cũng thực hiện lập trình mô phỏng xác định lượng băng thông cung cấp cho các luồng lưu lượng IP ưu tiên sử dụng thuật toán WFQ. Bố cục của Đồ án gồm năm chương như sau: Chương I: Một số vấn đề tổng quan về mạng IP – Trình bày mô hình giao thức TCP/IP và các dịch vụ Best Effort, Intergrated Service, Differentiated Service. Chương II: Chất lượng dịch vụ trong mạng IP – Trình bày các thông số chất lượng dịch vụ như: trễ, nghẽn, jitter, mất gói. Chương III: Kiến trúc CQS – Trình bày vấn đề định tuyến trong mạng IP và kiến trúc CQS trong router. Chương IV: Ứng dụng kiến trúc CQS cho quản lý nghẽn trong mạng IP – Trình bày các phương pháp quản lý nghẽn có sử dụng kiến trúc CQS. Ngoài ra Đồ án cũng thực hiện lập trình mô phỏng xác định lượng băng thông cung cấp cho các luồng lưu lượng ưu tiên IP sử dụng thuật toán WFQ. Phần này không được đưa vào nội dung Đồ án mà được đưa ra ở một phần riêng. Nguyễn Hữu Liêm, Lớp D2001VT 5 Đồ án tốt nghiệp Đại học Lời nói đầu Trong quá trình thực hiện Đồ án, với năng lực có hạn nên chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo, của các độc giả quan tâm tới vấn đề được trình bày trong Đồ án để Đồ án được hoàn chỉnh hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo Thạc sỹ Nguyễn Văn Đát đã hết sức tận tình giúp đỡ và hướng dẫn tôi trong quá trình thực hiện Đồ án. Nguyễn Hữu Liêm, Lớp D2001VT Hà nội 10/2005 Sinh viên Nguyễn Hữu Liêm 6 Đồ án tốt nghiệp Đại học Một số vấn đề tổng quan về mạng IP CHƯƠNG I - MỘT SỐ VẤN ĐỀ TỔNG QUAN VỀ MẠNG IP 1.1 Khái niệm về mạng IP Tiền thân của mạng Internet là mạng ARPANET của Bộ quốc phòng Mỹ. Mạng ARPANET ra đời với mục đích là kết nối các trung tâm nghiên cứu của một số Viện nghiên cứu và trường đại học nhằm chia sẻ, trao đổi tài nguyên thông tin. Ban đầu giao thức truyền thông được sử dụng là NCP (Network Control Protocol) nhưng sau đó được thay thế bởi bộ giao thức TCP/IP (Transfer Control Protocol/ Internet Protocol). Bộ giao thức TCP/IP gồm một tập hợp các chuẩn của mạng, đặc tả chi tiết cách thức cho các máy tính thông tin liên lạc với nhau, cũng như quy ước cho đấu nối liên mạng và định tuyến cho mạng. Trước đây, người ta định nghĩa “Internet là mạng của tất cả các mạng sử dụng giao thức IP”. Nhưng hiện nay điều đó không còn chính xác nữa vì nhiều mạng có kiến trúc khác nhau nhưng nhờ các cầu nối giao thức nên vẫn có thể kết nối vào Internet và vẫn có thể sử dụng đầy đủ các dịch vụ Internet. Internet không chỉ là một tập hợp các mạng được liên kết với nhau, Internetworking còn có nghĩa là các mạng được liên kết với nhau trên cơ sở cùng đồng ý với nhau về các quy ước mà cho phép các máy tính liên lạc với nhau, cho dù con đường liên lạc sẽ đi qua những mạng mà chúng không được đấu nối trực tiếp tới. Như vậy, kỹ thuật Internet che dấu chi tiết phần cứng của mạng, và cho phép các hệ thống máy tính trao đổi thông tin độc lập với những liên kết mạng vật lý của chúng. 1.2 Mô hình phân lớp TCP/IP TCP/IP là một bộ giao thức được phát triển bởi cục các dự án nghiên cứu cấp cao (ARPA) của bộ quốc phòng Mỹ. Ban đầu nó được sử dụng trong mạng ARPANET. Khi công nghệ mạng cục bộ phát triển, TCP/IP được tích hợp vào môi trường điều hành UNIX và sử dụng chuẩn Ethernet để kết nối các trạm làm việc với nhau. Đến khi xuất hiện các máy PC, TCP/IP lại được chuyển sang môi trường PC, cho phép các máy PC chạy DOS và các trạm làm việc chạy UNIX có thể liên tác trên cùng một mạng. Hiện nay TCP/IP được sử dụng rất phổ biến trong mạng máy tính, mà điển hình là mạng Internet. TCP/IP được phát triển trước mô hình OSI, do đó các tầng trong TCP/IP không tương ứng hoàn toàn với các tầng trong mô hình OSI. Chồng giao thức TCP/IP được chia thành bốn tầng: giao diện mạng (network interface), liên mạng (internet), giao vận (transport) và ứng dụng (application) được cho như hình vẽ 1.1: Nguyễn Hữu Liêm, Lớp D2001VT 2 . nghẽn, jitter, mất gói. Chương III: Kiến trúc CQS – Trình bày vấn đề định tuyến trong mạng IP và kiến trúc CQS trong router. Chương IV: Ứng dụng kiến trúc. nghiên cứu đến kiến trúc mới này và một số Ứng dụng của kiến trúc CQS trong vấn đề quản lý nghẽn trong mạng IP . Đồ án cũng thực hiện lập trình mô phỏng