Nghiên cứu phương pháp đánh giá và cải thiện hiệu năng giao thức TCP cho mạng máy tính

- NGHIÊN CỨU.
- PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ VÀ CẢI THIỆN HIỆU NĂNG GIAO THỨC TCP CHO MẠNG MÁY TÍNH.
- 1.3 Điều khiển lưu lượng và điều khiển tắc nghẽn.
- 1.3.1.2 Điều khiển lưu lượng theo cơ chế cửa sổ trượt.
- 1.3.1.3 Điều khiển tắc nghẽn.
- 1.3.2 Điều khiển lưu lượng trong giao thức TCP.
- 1.3.2.1 Giao thức TCP ban đầu.
- 1.3.2.4 Tính thời gian khứ hồi một cách thông minh.
- 1.4 Kết nối mạng không dây với Internet và các vấn đề nảy sinhError! Bookmark not defined..
- 1.4.1 Các mạng truyền thông không dây số hiện đại.
- CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG MẠNGError! Bookmark not defined..
- 2.1.1 Tầm quan trọng của việc đánh giá hiệu năng mạng máy tínhError! Bookmark not defined..
- 2.1.2 Các độ đo hiệu năng mạng.
- 2.1.3 Các phương pháp đánh giá hiệu năng mạng.
- 2.3 Mô phỏng mạng bằng chương trình máy tính.
- CHƯƠNG 3 ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG MẠNG BẰNG MÔ HÌNH HÀNG ĐỢIError!.
- 3.2 Hiệu năng của các cơ chế kiểm soát lỗi.
- 3.3 Hiệu năng của cơ chế điều khiển lưu lượng bằng cửa sổ trượtError! Bookmark not defined..
- 4.1 Các cải tiến đối với giao thức TCP cho mạng có dâyError! Bookmark not defined..
- 4.1.5 So sánh hiệu năng của Tahoe, Reno, New-Reno và SACK TCPError! Bookmark not defined..
- 4.2 Đặc tính lỗi của đường truyền không dây.
- 4.3 Ảnh hưởng của lỗi đường truyền không dây lên hiệu năng của TCPError! Bookmark not defined..
- 4.4 Các cơ chế cải thiện hiệu năng TCP trong mạng có đường truyền không dâyError!.
- 5.1 Phát lại cục bộ thông minh.
- 5.1.1 Thuật toán tính thời gian hết giờ để phát lại cục bộ.
- 5.1.2 Đồng hồ phát lại (Retransmission Timer.
- 5.2 Mô hình lỗi (Error Model) của đường truyền không dâyError! Bookmark not defined..
- 5.3 Snoop TCP.
- 5.3.3 Phát lại cục bộ thông minh trong Snoop TCP.
- 5.3.3.2 Chọn đơn vị thời gian đồng hồ phát lại (snoopTick) và cận dưới của rto.
- 5.4 Lập mô hình mạng mô phỏng để đánh giá hiệu năng của Snoop TCPError! Bookmark not defined..
- 5.5 Đánh giá hiệu năng của snoop TCP bằng mô phỏngError! Bookmark not defined..
- 5.5.1 Xác định thời gian mô phỏng cần thiết.
- 5.5.2 Đánh giá hiệu năng của Snoop TCP với các mức độ lỗi đường truyền khác nhauError!.
- 5.5.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của đồng hồ phát lại lên hiệu năng của Snoop TCP.
- 5.6 So sánh hiệu quả của snoop TCP với một số phương pháp khácError! Bookmark not defined..
- PHƯƠNG HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO.
- Trong mạng Internet, bộ giao thức TCP/IP đã được sử dụng ngay từ những ngày đầu tiên và giữ vai trò quyết định đối với sự hoạt động của mạng Internet.
- Giao thức TCP sử dụng cơ chế điều khiển lưu lượng, tắc nghẽn và lỗi từ hai đầu của kết nối để vận chuyển thông tin trên Internet một cách hiệu quả và tin cậy.
- Chính vì thế, TCP hoạt động rất tốt trong các mạng kiểu truyền thống: sử dụng các đường truyền có dây với tỉ suất lỗi bit thấp, tin cậy và các máy tính nối mạng cố định.
- Thực tế đòi hỏi phải mở rộng Internet, kết nối các mạng khác nhau vào Internet và sử dụng nhiều loại môi trường truyền với các đặc tính rất khác nhau về lỗi truyền, độ trễ lan truyền, tính cân xứng về dải thông của các đường truyền v.v.
- Thí dụ, kết nối các mạng không dây với các trạm làm việc có thể di động vào Internet.
- Đường truyền không dây có đặc trưng là tỉ suất lỗi bit cao, thất thường, đồng thời thỉnh thoảng bị đứt đoạn do sự chuyển cuộc gọi khi các máy tính di động.
- Giao thức TCP phản ứng với sự mất gói tin do chất lượng đường truyền xấu giống như phản ứng với hiện tượng tắc nghẽn, đó là giảm lưu lượng đưa vào mạng.
- phản ứng như vậy rõ ràng là không thích hợp, làm cho hiệu năng của TCP bị giảm rất trầm trọng..
- Để cải thiện hiệu năng của TCP, người ta đã đề xuất và áp dụng nhiều phương pháp khác nhau.
- Loại giải pháp thứ nhất: thực hiện che giấu sự mất gói số liệu không phải do tắc nghẽn, làm cho các đường truyền chất lượng kém thể hiện ra trước bên gửi như các đường truyền có chất lượng cao hơn, nhưng có dải thông nhỏ hơn.
- Theo các phương pháp thuộc loại này, nói chung, bên gửi của kết nối TCP chỉ phát hiện được sự mất gói số liệu gây ra do.
- tắc nghẽn, do đó không cần phải sửa đổi các giao thức đã được cài đặt tại bên gửi.
- Một số trong các công trình nghiên cứu đầu tiên theo hướng này là .
- Loại giải pháp thứ hai: thực hiện cải tiến giao thức TCP bằng một số cơ chế, làm cho bên gửi của kết nối TCP có khả năng phân biệt được nguyên nhân gây ra mất gói số liệu, nhờ đó tránh được sai lầm dẫn đến làm giảm hiệu năng TCP rất trầm trọng, đó là thực hiện thuật toán tránh tắc nghẽn khi không xảy ra tắc nghẽn.
- Các phương pháp thuộc loại này đều đòi hỏi phải sửa đổi giao thức TCP trên các máy tính kết nối Internet, kể cả các thiết bị định tuyến (router).
- Luận án đi sâu nghiên cứu loại giải pháp thứ nhất, không đòi hỏi phải thay đổi giao thức TCP trên mạng Internet truyền thống..
- Theo phương pháp I-TCP kết nối TCP được chia làm hai kết nối tại trạm cơ sở, là cửa ngõ nối mạng Internet với mạng không dây.
- một kết nối đi qua chặng không dây.
- Phương pháp I-TCP cải thiện được hiệu năng TCP, ưu điểm chính của nó là tính đơn giản.
- Phương pháp được đề xuất trong [48] là phát lại nhanh trong trường hợp kết nối bị gián đoạn do sự chuyển cuộc gọi, nó cải thiện đáng kể hiệu năng của TCP.
- ngoài ra giao thức TCP trên các máy tính đầu cuối cũng phải sửa đổi..
- Chúng tôi chọn phương pháp snoop TCP được đề xuất trong thuộc loại giải pháp thứ nhất, nhằm cải thiện hiệu năng của giao thức TCP trong mạng có đường truyền không dây là chặng cuối cùng của kết nối giữa người gửi và người nhận.
- Giải pháp này có hai ưu điểm nổi bật là: không đòi hỏi phải thay đổi các cơ chế điều khiển đầu cuối - đầu cuối của TCP và không cần phải sửa đổi bộ giao thức TCP/IP đã được cài đặt trên các máy tính của mạng Internet.
- không dây.
- Agent này sẽ giám sát các gói số liệu và biên nhận của kết nối TCP đi qua nó, để thực hiện phát lại một cách thông minh các gói số liệu bị mất trên chặng đường truyền không dây.
- Chúng tôi đã nghiên cứu kỹ các thuật toán ước lượng thời gian khứ hồi thông minh.
- đã nghiên cứu kỹ các đặc điểm lỗi của đường truyền không dây và ảnh hưởng của nó lên hiệu năng TCP.
- Dựa trên các kết quả nghiên cứu đó, chúng tôi đã nêu các đề xuất có tính phương pháp luận để tính ước lượng thời gian khứ hồi thông minh cho chặng không dây.
- Các đề xuất cụ thể của chúng tôi gồm có: 1/ Chọn đơn vị thời gian của đồng hồ phát lại của snoop agent bằng 2 lần thời gian khứ hồi trên chặng không dây khi đường truyền tốt.
- 2/ Chọn cận dưới của thời gian hết giờ để phát lại (rto) đúng bằng đơn vị thời gian của đồng hồ.
- 3/ Chọn cận trên của thời gian hết giờ để phát lại bằng cách giới hạn số lần rút lui (backoff)..
- Hiệu năng của Snoop TCP có áp dụng đề xuất cải tiến của chúng tôi được so sánh với Snoop TCP chưa cải tiến cũng như TCP thông thường.
- Chúng tôi đánh giá hiệu năng bằng phương pháp mô phỏng, sử dụng phần mềm mô phỏng mạng NS, đó là bộ mô phỏng mạng được sử dụng rất phổ biến, đặc biệt là trong các trường đại học và viện nghiên cứu ở Mỹ cũng như ở nhiều quốc gia khác.
- Kết quả nghiên cứu bằng mô phỏng của chúng tôi đã chỉ ra rằng, so với TCP thông thường, Snoop TCP (chưa cải tiến) có thể cải thiện thông lượng đến hơn 400%, trong trường hợp mạng WAN có đường truyền không dây.
- Với cùng mạng mô phỏng như vậy, Snoop TCP có áp dụng đề xuất cải tiến của chúng tôi có hiệu năng cao hơn nữa, đạt tới hơn 150% so với Snoop TCP chưa cải tiến..
- Mục đích chính của Luận án này là đóng góp vào các nghiên cứu phương pháp đánh giá và cải thiện hiệu năng giao thức TCP cho mạng máy tính có đường truyền không dây..
- Để thực hiện mục tiêu chính, chúng tôi còn nghiên cứu một số vấn đề khác có liên quan trực tiếp, hỗ trợ cho nó, đó là:.
- Các cơ chế điều khiển lưu lượng và tắc nghẽn trong giao thức TCP..
- Các cải tiến đối với cơ chế điều khiển lưu lượng và tắc nghẽn trong TCP..
- Đặc tính lỗi của đường truyền không dây và các Mô hình lỗi (Error Model)..
- Phương pháp đánh giá hiệu năng mạng bằng mô hình Giải tích và mô phỏng..
- Chương 1: Các vấn đề cơ bản về điều khiển lưu lượng và tắc nghẽn trong giao thức TCP.
- việc kết nối các mạng không dây với Internet và các vấn đề nảy sinh..
- Chương 2 trình bày tầm quan trọng của việc đánh giá hiệu năng mạng, các độ đo hiệu năng thông dụng và các phương pháp chính đánh giá hiệu năng mạng..
- Chương 3 trình bày phương pháp đánh giá hiệu năng mạng bằng mô hình hàng đợi..
- Trong mục 3.2, chúng tôi trình bày một kết quả nghiên cứu, sử dụng lý thuyết Hàng đợi để tính toán định lượng hiệu năng hai cơ chế kiểm soát lỗi đầu cuối - đầu cuối (end-to- end) và kiểm soát lỗi theo chặng (link-by-link).
- Chương 4 trình bày các cải tiến trong cơ chế điều khiển lưu lượng của giao thức TCP;.
- đặc tính lỗi của đường truyền không dây và ảnh hưởng của nó lên hiệu năng của TCP..
- Nội dung chương 4 là cơ sở trực tiếp cho các nghiên cứu ở chương 5..
- Chương 5 trình bày các nghiên cứu sâu về giải pháp phát lại cục bộ thông minh và snoop TCP.
- Tác giả luận án cũng trình bày các đề xuất về tính ước lượng thời gian khứ hồi trên chặng không dây và đánh giá hiệu quả của chúng bằng mô phỏng.
- Ba kết quả nghiên cứu bằng mô phỏng là: 1/ Xác định thời gian mô phỏng cần thiết đối với mạng mô phỏng Snoop TCP.
- 2/ Đánh giá hiệu năng của Snoop TCP ứng với các mức độ lỗi khác nhau của đường truyền không dây.
- 3/ Nghiên cứu ảnh hưởng của đồng hồ phát lại lên hiệu năng của Snoop TCP, xác định được giá trị tốt nhất của đơn vị thời gian của đồng hồ phát lại..
- Một số kết quả nghiên cứu của luận án đã được báo cáo tại Hội thảo Quốc gia “Các vấn đề chọn lọc của Công nghệ Thông tin” (Hải Phòng, 6/2001).
- Các kết quả nghiên cứu chính của luận án đã được công bố trong .
- Nguyễn Văn Hiệu, Chủ nhiệm Khoa Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội, đã tạo cơ hội tốt để tác giả được đến nghiên cứu khoa học tại một Đại học lớn của Hoa Kỳ trong thời gian đang thực hiện luận án, từ tháng 2 đến tháng 8 năm 2002..
- [1] Nguyễn Đình Việt (2002), “So sánh hiệu năng của các kế hoạch kiểm soát lỗi trong mạng truyền thông máy tính”, Tạp chí Tin học và Điều khiển học .
- [3] Vũ Duy Lợi, Nguyễn Đình Việt Đánh giá hiệu suất hoạt động của Snoop TCP trong mạng không đồng nhất bằng phương pháp mô phỏng", Kỷ yếu Hội thảo Khoa học Quốc gia lần thứ nhất về Nghiên cứu, Phát triển và Ứng dụng Công nghệ Thông tin và Truyền thông (ICT.rda), Hà nội NXB Khoa học Kỹ thuật..
- Badrinath (1997), “Implementation and Performance Evaluation of Indirect TCP”, IEEE Transaction on Computer, 46(3), March 1997..
- Padmanabhan (2001), “How Network Asymmetry Affects TCP”, IEEE Communication Magazine, Apr.
- Faner (2001), “Analysis of Snoop TCP protocol in GPRS system”, IEEE .
- Matta (1998), “Effect of Local Retransmission at Wireless Access Points on the Round Trip Time Estimation of TCP”, Proc