Giao thức TCP/IP
Vào những năm 1970 Bộ giao thức TCP/IP ít được thông dụng nhưng ngày nay nó đã được sử dụng rộng rãi.
TCP là giao thức giao vận được sử dụng nhiều nhất trên Internet. TCP là giao thức hướng kết nối có độ tin cậy cao.
Tắt nghẽn
Sự nghẽn mạch là một trạng thái mà sự trì hoãn là rất cao gây ra bởi sự quá tải của Datagram tại một hay nhiều điểm (ví dụ tại bộ định tuyến).
Khi sự nghẽn mạch xãy ra, độ trì hoãn gia tăng và bộ định tuyến bắt đầu xếp hàng các Datagram cho đến khi nó có thể chuyển chúng đi nhưng vì khả năng lưu trữ của máy là có giới hạn và các Datagram phải cạnh tranh nhau để vào đó. Khi các Datagram đã sắp xếp đầy bộ đệm, thì các Datagram đến sau sẽ bị hủy bỏ.
Khi nào xảy ra tắt nghẽn
Khi có quá nhiều gói tin trong mạng hay một phần của mạng làm cho hiệu xuất của mạng giảm đi vì các nút mạng không còn đủ khả năng lưu trữ, xử lý, gửi đi và chúng bắt đầu bị mất các gói tin. Hiện tượng này gọi là sự tắc nghẽn trong mạng.
Nguyên nhân:
Hàng đợi bị đầy (phải lưu tệp, phải tạo các bảng ...), nếu khả năng xử lí của nút yếu.
Hàng đợi bị đầy khi thông tin vào nhiều hơn khả năng của đường ra, mặc dù tốc độ xử lí của nút nhanh.
TCP Fast
FAST TCP là một giải pháp tránh tắt nghẽn TCP mới với mục tiêu đạt được tốc độ cao, khoảng các kết nối xa,.
Được phát triển tại phòng thí nghiệm của Viện công nghệ thông tin California mà hai nhà phát minh đáng được ghi nhận là Steven Low và Cheng Jin.
Giải pháp này có khả năng tương thích với giao thức TCP hiện đang được sử dụng, chỉ đòi hỏi phải chỉnh sửa ở máy tính dùng để gửi dữ liệu.

Trong mạng Internet hiện nay, TCP là một trong số ít giao thức truyền có các cơ chế kiểm soát tắt nghẽn. Cơ chế chính là Slow Start (Bắt đầu chậm) [1,2].
Cơ chế này hoạt động bằng cách theo dõi tỉ lệ mà các gói tin mới được đưa vào mạng. Nhưng giao thức truyền TCP hiện tại chỉ phát hiện tắt nghẽn sau khi một gói tin bị rơi tại gateway, có nghĩa là nguồn sẽ không biết tình trạng tại gateway cho đến khi tắt nghẽn xảy ra.
Có một cơ chế làm trễ ACK tại các nốt bị nghẽn trong [3,4,5], trong đó sử dụng các liên kết hoặc chiếm bộ đệm để thông báo tắt nghẽn. Cơ chế này được gọi là chính sách kiểm soát lưu lượng TCP-Fast.
Một số thử nghiệm và mô phỏng đã được thực hiện để chứng minh hiệu quả của chính sách này và kết quả thực hiện cho thấy nó có hiệu quả tốt hơn trong một vài trường hợp.
Ý tưởng cơ bản của kiểm soát lưu lượng TCP-F là làm trễ các ACK được truyền từ đích đến nguồn để thông báo cho nguồn rằng mạng sẽ bị nghẽn và chỉ thị TCP nguồn giảm tốc độ đầu ra.
Điều này có thể được thực hiện tại cùng một nốt mạng mà tại đó tắt nghẽn được phát hiện hoặc một nốt mạng được phát hiện quá tải có thể chỉ thị nốt mạng khác làm trễ ACK.
TCP-Fast đơn giản
TCP-Fast gián tiếp định hình cho lưu lượng TCP qua việc làm trễ ACK chứ không phải là sửa đổi việc thực hiện của TCP gởi như trong chính sách khác, ví dụ như giao thức kiểm soát tin trên internet (ICMP) ngẫu nhiên phát hiện sớm (RED) và thông báo rõ tắt nghẽn.
Vì vậy, TCP-Fast dễ dàng ứng dụng trong mạng bằng cách nâng cấp router mà không phải sửa đổi một số lượng lớn TCP thực thi tại người dùng cuối.
Ý tưởng chính của TCP-Fast cho các dịch vụ phân biệt cũng giống như ý tưởng của TCP-Fast đơn giản. Có hai vấn đề cần được xem xét.
Làm thế nào để phát hiện tắt nghẽn? Router là nốt đầu tiên trong mạng biết khi nào tắt nghẽn xảy ra. Khi thời gian chiếm bộ đệm vượt quá khả năng của router, tắt nghẽn sẽ xảy ra. Vì vậy, tắt nghẽn có thể được phát hiện bằng cách xem độ dài của hàng đợi và tỉ lệ tăng của nó. Nếu độ dài của hàng đợi vượt quá ngưỡng cho phép, chúng ta sẽ làm trễ ACK để thông báo cho nguồn làm giảm tỉ lệ đầu ra.
TCP-Fast cho các dịch vụ phân biệt
Thời gian trễ nên là bao nhiêu? Trong TCP truyền thống, biểu đồ bắt đầu chậm và biểu đồ tránh tắt nghẽn tăng kích thước cửa sổ bằng cách khác nhau.
Trong biểu đồ bắt đầu chậm, kích thước cửa sổ tăng một và hai gói tin sẽ được chuyển đi khi nhận một gói ACK, tỉ lệ này lớn hơn trong biểu đồ tránh tắt nghẽn.
Để tránh tắt nghẽn, ACK nên được đặt trong một khoản thời gian tối thiểu mà hai gói dữ liệu có thể đi qua liên kết bị nghẽn.
Mặt khác, có nhiều dịch vụ khác nhau trên internet, như dịch vụ HTTP, FTP, Telnet và nhiều dịch vụ khác nữa sử dụng TCP như là giao thức truyền nền tảng đáng tin cậy. Giao thức HTTP khác nhiều so với ứng dụng TCP truyền thống, trong đó yêu cầu nhiều kết nối ngắn hạn đồng thời để truyền mỗi thành phần của một trang nhằm giảm sự trễ của nguồn nhận. Giao thức HTTP là một trong những ứng dụng nhạy cảm với trễ nhất trên internet. Trong số các ứng dụng TCP truyền thống, FTP cần thời gian lưu thông cần thiết (Round Trip Time) ngắn để tăng khả năng thông qua và nâng cao hiệu suất.
Các ứng dụng như HTTP được thiết lập thời gian trễ ngắn nhất để đáp ứng đặc điểm nhạy cảm với trễ.
Dịch vụ FTP được thiết lập ở cấp trung bình cho yêu cầu độ trễ và khả năng thông qua
Các ứng dụng khác được thiết lập thời gian trễ dài nhất ngoài hai dịch vụ trên.
Ba cấp độ thời gian trễ của ACK ứng với mỗi dịch vụ
Q: dữ liệu chiếm dụng hàng đợi.
Th: ngưỡng thông báo tắt nghẽn.
D_http, D_Ftp, D_others: khoảng thời gian giữa gói ACK của dịch vụ HTTP (FTP hoặc các dịch vụ khác) và một gói ACK khác tại nút tắt nghẽn.
d: thời gian chênh lệch tối thiểu giữa hai gói dữ liệu trong liên kết tắt nghẽn.
a1: thời gian trễ chênh lệch giữa dịch vụ FTP và HTTP.
a2: thời gian trễ chênh lệch giữa dịch vụ khác và dịch vụ HTTP.
Các ký hiệu trong thuật toán làm trễ ACK
If Q < Th
D_http = d; D_Ftp = a1 * d;
D_others = a2 * d;
Else
D_http = 2d; D_Ftp = a1 * 2d;
D_others = a2 * 2d;
Thuật toán làm trễ ACK
Mô phỏng TCP-Fast
Trong ví dụ này, tốc độ chuyển tiếp gói tin IP của router là 1.500 gói/s; tốc độ chuyển tiếp liên kết dữ liệu từ máy chủ đến router (link1) là 44Mb/s; tốc độ chuyển tiếp dữ liệu từ router đến máy trạm (link2) là 1,5Mb/s; Khả năng chuyển tiếp của hàng đợi là 1Mbits.
Như vây, link2 là liên kết dễ xảy ra tắt nghẽn trong mạng và hàng đợi router sẽ dễ bị tràn. Ngưỡng thông báo tắt nghẽn của Fast-TCP là 400Kb/s. Độ trễ của link1 là 1ms và link2 là 10ms. Trong suốt quá trình mô phỏng, ta gán a1 = 1,1 và a2 = 1,2.
Hàng đợi chuyển tiếp dữ liệu trong router
Thời gian trễ giữa 2 nút
Khả năng thông qua của dữ liệu qua router
RTT của một kết nối HTTP
RTT của một kết nối FTP
Chính sách làm trễ ACK có thể làm giảm độ trễ tại các nút, tăng khả năng thông qua và chuyển tiếp dữ liệu của hàng đợi thông suốt hơn. Vì vậy, hệ thống có thể tránh được hầu hết hay tất cả tắt nghẽn.
Nếu thiết lập nhiều mức độ thời gian trễ và xử lý không công bằng đối với gói tin của các dịch vụ phân biệt trong router thì có thể đáp ứng yêu cầu hoạt động khác nhau của mỗi dịch vụ.
KẾT LUẬN