Luận Văn Mạng IP và vấn đề quản lý bộ đệm

LỜI NÓI ĐẦU

Sự phát triển của các giao thức Internet khởi đầu từ những năm của thập niên 70 và tiếp tục phát triển vào những năm sau đó. Ngày nay, mạng IP đã thực sự bùng nổ cả về khối lượng lưu lượng cũng như các yêu cầu về chất lượng dịch vụ như: tốc độ truyền dẫn, băng thông, truyền dẫn đa phương tiện,

Công nghệ IP là sự kết hợp hài hòa của các giao thức điều khiển mềm dẻo với phần cứng chuyển mạch ATM. Công nghệ IP đã khắc phục được nhược điểm về tốc độ xử lý chậm của các bộ định tuyến và tính phức tạp của các giao thức báo hiệu trong chuyển mạch ATM.

Công nghệ IP đang là điểm tập trung nghiên cứu của các hãng viễn thông nổi tiếng trên thế giới như: Ipsilon, Toshiba, IBM, Cisco, Tuy nhiên, với lưu lượng IP cùng sự phức tạp trong các yêu cầu mà người sử dụng đòi hỏi, thì những bộ đệm IP đơn giản lại không đủ khả năng xử lý; và cần thiết phải cung cấp được chất lượng dịch vụ như người sử dụng mong muốn, từ đó dẫn đến yêu cầu cấp thiết là phải tìm ra các giải pháp để quản lý bộ đệm IP nhằm làm tăng hiệu năng của hệ thống.

Với mục đích gắn quá trình học tập và nghiên cứu để tìm hiểu một công nghệ mới tiên tiến trên cơ sở những kiến thức đã học và nghiên cứu những tài liệu mới. Em đã nhận đề tài đồ án tốt nghiệp của mình là “Mạng IP và vấn đề quản lý bộ đệm”. Đồ án của em gồm ba chương với nội dung chính như sau:
Chương 1: Tổng quan về IP
Chương 2: Điều khiển lưu lượng và kỹ thuật hàng đợi
Chương 3: Quản lý bộ đệm trong IP

Nghiên cứu đề tài đồ án em đã có dịp trình bày những hiểu biết của mình về một giải pháp tích cực giúp khắc phục các vấn đề với mạng IP. Tuy nhiên do năng lực còn hạn chế nên đồ án không tránh khỏi thiếu sót, em rất mong có được những đóng góp quý báu của thầy cô và toàn thể các bạn.

Em xin chân thành cảm ơn ThS Nguyễn Thị Thanh Kỳ người đã trực tiếp hướng dẫn hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. Em cũng xin cảm ơn các thầy cô trong học viện và các bạn đã tận tình giúp đỡ em trong quá trình học tập và nghiên cứu ở Học viện.

MỤC LỤC
THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT
LỜI NÓI ĐẦU
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ IP 1
1.1. KHÁI NIỆM IP 1
1.1.1. Đánh địa chỉ và phân phối 1
1.1.2. Giao thức Internet (IP – Internet Protocol) 2
1.1.3. Các trường tiêu đề IP 3
1.2. ĐỊA CHỈ IP 5
1.2.1. Khái niệm 5
1.2.2. Các lớp D và E 7
1.2.3. Các địa chỉ IP đặc biệt 7
1.2.4. Giao thức phân giải địa chỉ (ARP) 8
1.2.5. Giao thức phân giải địa chỉ ngược (RARP) 9
1.2.6. Phân mạng con trong IP 10
1.3. IP - MỘT HỆ THỐNG PHI KẾT NỐI 13
1.4. LƯU ĐỆM VÀ QUẢN LÝ BỘ ĐỆM TRONG IP 15
1.4.1. Lưu đệm trong các bộ định tuyến IP 15
1.4.2. Quản lý bộ đệm 15
Chương 2: ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG VÀ KỸ THUẬT HÀNG ĐỢI 17
2.1. ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG 17
2.2. CÁC VẤN ĐỀ VỚI MẠNG IP 18
2.2.1. Hiệu năng trễ và mất mát 18
2.2.2. Các yêu cầu đa dịch vụ: những hiệu năng khác nhau 18
2.2.3. Vấn đề nhiều loại hình lưu lượng 19
2.3. NGUYÊN TẮC XẾP HÀNG 20
2.3.1. Hệ thống ký hiệu 22
2.3.2. Những mối quan hệ cơ bản 22
2.3.3. Hàng đợi M/M/1 23
2.3.4. Hàng đợi M/D/1/K 26
2.3.5. Trễ trong các hệ thống xếp hàng M/M/1 và M/D/1 27
2.4. CÁC THÔNG SỐ LƯU LƯỢNG 30
2.4.1. Các mức hoạt động lưu lượng 30
2.4.2. Thông tin định thời trong các mẫu nguồn 31
2.4.3. Thời gian giữa những lần đi đến 32
2.4.4. Đếm số lần đi đến 35
2.4.5. Các tốc độ luồng 38
Chương 3: QUẢN LÝ BỘ ĐỆM TRONG IP 43
3.1. HOẠT ĐỘNG XẾP HÀNG CỦA CÁC GÓI TRONG
BỘ ĐỊNH TUYẾN IP 43
3.1.1. Những phương trình cân bằng cho lưu đệm gói: Geo/Geo/1 43
3.1.2. Phân tích tốc độ phân rã 47
3.1.3. Phân tích những phương trình cân bằng với lưu đệm gói:
phân tích xếp hàng tốc độ phụ 51
3.1.3.1. Hoạt động xếp hàng về mặt cụm 52
3.1.3.2. M/D/1 tốc độ phụ, với những ứng dụng vào voice-over-IP 55
3.1.3.3. Giải pháp tốc độ phụ cho lưu lượng nỗ lực tốt nhất 64
3.2. QUẢN LÝ BỘ ĐỆM TRONG IP 66
3.2.1. Lưu đệm theo thuật toán FIFO 66
3.2.2. Phát hiện sớm ngẫu nhiên - loại bỏ gói mang tính xác suất 67
3.2.3. Bộ đệm ảo và những thuật toán lập lịch 72
3.2.3.1. Xếp hàng theo quyền ưu tiên 72
3.2.3.2. Xếp hàng trọng số hợp lý 73
3.2.4. Phân vùng không gian bộ đệm 75
3.2.5. Phân tích bộ đệm chia sẻ 79
KẾT LUẬN 85
TÀI LIỆU THAM KHẢO 86