Bài giảng Thiết kế hạ tầng máy tính - Chương 4: Đặc tính hóa lưu lượng mạng - Nguyễn Hồng Sơn

1Chương 4 ĐẶC TÍNH HÓA LƯU LƯỢNG MẠNG TS. Nguyễn Hồng Sơn Bộ Môn Mạng MT & TSL Học Viện CN BC VT 2NỘI DUNG
ĐẶC TÍNH HÓA LUỒNG LƯU LƯỢNG
ĐẶC TÍNH HÓA TRAFFIC LOAD
ĐẶC TÍNH HÓA TRAFFIC BEHAVIOUR
ĐẶC TÍNH HÓA CÁC NHU CẦU QoS
CHECKLIST 3Đặc tính luồng H ư ớ n g d i c h u y ể n ĐẶC TÍNH HÓA LUỒNG LƯU LƯỢNG
Nhận diện nguồn và đích của lưu lượng mạng
Phân tích về hướng di chuyển và tính đối xứng của luồng data giữa các nguồn và đích Tính đối xứng 4Nhận diện các nguồn lưu lượng và kho dữ liệu quan trọng
Cộng đồng người dùng, kho dữ liệu
Lập bảng thông tin Các ứng dụng sẽ dùng Vị tríSố lượng người dùng Tên cộng đồng người dùng Được dùng bởi cộng đồng người dùng Các ứng dụng Vị tríTên kho dữ liệu 5Ghi nhận luồng lưu lượng hiện tại
Đo lường số byte trong một đơn vị thời gian giữa các thực thể truyền thông
Có thể dùng bộ phân tích giao thức hay hệ thống quản lý mạng để ghi lại lượng tải giữa các nguồn và đích trọng yếu
Dùng dạng bảng sau để ghi lại những thông tin về hướng và độ lớn của luồng. 6 7Đặc tính hóa các loại luồng lưu lượng cho các ứng dụng mới
Phân loại các ứng dụng theo sự hỗ trợ loại nào trong các loại luồng lưu lượng thông thường sau: – Terminal/host traffic flow – Client/server traffic flow – Peer-to-peer traffic flow – Server/server traffic flow – Distributed computing traffic flow 8Ghi nhận luồng lưu lượng cho các ứng dụng cũ và mới
Ghi nhận lưu lượng cho các ứng dụng mạng cả cũ lẫn mới là ghi lại loại luồng cho mỗi ứng dụng và liệt kê các cộng đồng người dùng và kho dữ liệu liên hệ với ứng dụng đó Các yêu cầu QoS Nhu cầu băng thông xấp xỉ cho ứng dụng Các kho dữ liệu (Servers, Hosts) Cộng đồng người dùng Các giao thức được dùng bởi ứng dụng Loại luồng lưu lượng Tên ứng dụng Đặc tính hóa lưu lượng của các ứng dụng mạng 9Đặc tính hóa các loại lưu lượng
Phân loại các ứng dụng: – Terminal/host traffic flow – Client/server traffic flow – P2P traffic flow – Server/server traffic flow – Distributed computing traffic flow 10 Terminal/host traffic flow
Bidirectional, asymmetric
Telnet
Nhỏ hơn so với các loại khác 11 Client/server traffic flow (1/2)
Được dùng phổ biến
Bidirectional, asymmetric
Tùy vào frame size có thể có từ 64 đến 1500 byte đáp ứng từ server cho mỗi yêu cầu của client
Các client/server protocol: server message block, network file system, apple filing protocol, netware core protocol. 12 Client/server traffic flow(2/2)
Nhiều ứng ứng dụng trên môi trường TCP/IP theo kiểu client/server như FTP, HTTP
Mạng CDN (content delivery network) phân phối các trang web đến user dựa vào vị trí địa lý
Khái niệm thin client traffic flow: phần cứng và phần mềm đựơc thiết kế đơn giản và làm việc trên môi trường server-based computing 13 P2P traffic flow
Bidirectinal, symmetric
Môi trường P2P là tập các host, các user thiết lập các phiên FTP, Telnet, HTTP và NFS giữa các host này để trao đổi thông tin.
Các ứng dụng P2P như upload/download nhạc, video hay phần mềm
Nhiều enterprice hay campus không cho phép P2P vì vấn đề về lưu lượng và bản quyền 14 Server/server traffic flow
Server  Server – Directory service – Broadcast service – Cache – Load balancing – backup
Server  ứng ụng quản lý – Áp đặt chính sách an ninh – Cập nhật thông tin quản lý 15 Distributed computing traffic flow
Yêu cầu nhiều node cùng thực hiện một công việc
Ví dụ thiết kế chip, mô phỏng
Data di chuyển giữa máy quản lý và node thực thi hay giữa các node thực thi – Cộng tác chặt: trao đổi data thường xuyên – Cộng tác lỏng: trao đổi data không thường xuyên
Công cụ: protocol analyzer, network simulator 16 VoIP traffic flow
Nhiều luồng
Luồng voice tách biệt với luồng báo hiệu
Voice flow được vận chuyển qua RTP (connectionless)
H323, SGCP, MGCP, SIP
P2P flow hay client/server flow 17 NỘI DUNG
ĐẶC TÍNH HÓA LUỒNG LƯU LƯỢNG
ĐẶC TÍNH HÓA TRAFFIC LOAD
ĐẶC TÍNH HÓA TRAFFIC BEHAVIOUR
ĐẶC TÍNH HÓA CÁC NHU CẦU QoS
CHECKLIST 18 ĐẶC TÍNH HÓA TRAFFIC LOAD
Là tổng số data mà các node mạng sẵn sàng truyền tại một thời điểm
Dung lượng liên kết mạng phải lớn hơn traffic load 19 Tính toán traffic load theo lý thuyết
Tham số tính: – Số trạm – Tốc độ truyền frame – Kích thước frame – Phân bố thời gian nghỉ
Total load = số trạm x flow traffic load Flow traffic load 20 Ước lượng nhu cầu băng thông trên từng ứng dụng
Số user
Tần suất phiên (phiên/ngày, tuần, tháng...)
Khoảng thời gian trung bình của phiên
Số user đồng thời
Có thể giả sử số user đồng thời = số user của ứng dụng
Xét ở tình trạng xấu nhất là tất cả các ứng dụng đều được dùng mọi lúc
Giả sử mỗi user mở một phiên kéo dài cả ngày 21 Điều chỉnh các ước lượng traffic load phát sinh bởi các ứng dụng
Xác định kích thước của các đối tượng dữ liệu được truyền bởi ứng dụng, overhead, tải phát sinh do khởi động.
Bảng ước lượng kích thước một vài đối tượng dữ liệu 1000 000Database 100 000Đối tượng multimedia 50 000Ảnh có độ phân giải cao 2000Tài liệu trình chiếu 200Văn bản (ví dụ .doc) 100Bảng tính (ví dụ .exel) 50Web page (bao gồm các ảnh .gif hay .jpeg) 10Email message KbyteLoại đối tượng 22 Điều chỉnh các ước lượng traffic load phát sinh bởi các ứng dụng (tt)
Ước lượng overhead của giao thức khác nhau 13Header sizeAppleTalk DDP 30Header sizeNovel IPX 20Header sizeTCP 20Header size IP 10Flag=2 byte, address=2 byte, control =1 hay 2 byte, CRC = 4 byteHDLC 36Preamble = 8byte, staring delimiter = 1byte, header=13byte, LLC=3 hay 4 byte, SNAP =5byte, CRC=4byte, ending delimiter=1byte, frame status=1byte FDDI 29Staring delimiter = 1byte, header=14byte, LLC=3 hay 4 byte, SNAP =5byte CRC=4byte, ending delimiter=1byte, frame status=1byte IEEE 802.5 46Preamble = 8byte, header=14byte, LLC=3hay 4 byte, SNAP (nếu có) =5 byte, CRC=4byte, interframe gap=12byte IEEE 802.3 38Preamble = 8byte, header=14byte,CRC=4byte, interframe gap=12byte Ethernet V.II Total bytesOverheadGiao thức 23 Ước lượng tải phát sinh do các giao thức định tuyến 1488321041490IP IGRP 53232252030IP RIP Kích thước toàn bộ gói Update overhead (byte) Số route cho phép trên mỗi gói Kích thước một mục (byte) Định thời cập nhật mặc định (giây) Giao thức định tuyến Bảng thông tin dùng bởi các giao thức định tuyến theo distance-vector OSPF gửi các gói đồng bộ cơ sở dữ liệu mỗi 30 phút EIGRP gửi hello packet mỗi 5 giây, chỉ gửi cập nhật tuyến khi có thay đổi 24 NỘI DUNG
ĐẶC TÍNH HÓA LUỒNG LƯU LƯỢNG
ĐẶC TÍNH HÓA TRAFFIC LOAD
ĐẶC TÍNH HÓA TRAFFIC BEHAVIOUR
ĐẶC TÍNH HÓA CÁC NHU CẦU QoS
CHECKLIST 25 ĐẶC TÍNH HÓA TRAFFIC BEHAVIOR
Động thái của ứng dụng và giao thức (ví dụ mức lưu lượng quảng bá,..
Broadcast/multicast behavior 26 Mức lưu lượng Broadcast/multicast
Khuyến nghị giới hạn số trạm trong một broadcast domain 200NetBIOS 200AppleTalk 300NetWare 500 (nếu người dùng chạy các ứng dụng truyền thông đa phương tiện với các yêu cầu băng thông cao và trễ thấp, mức độ quảng bá cao thì số lượng này giảm xuống còn 200) IP Số trạm tối đaProtocol Kích thước lớn nhất của một Broadcast Domain 27 Hiệu suất mạng
Đặc tính hóa động thái lưu lượng mạng yêu cầu biết rõ hiệu suất của các ứng dụng mạng mới. Hiệu suất đề cập đến khía cạnh các ứng dụng và giao thức dùng băng thông có hiệu quả hay không.
Kích thước frame
Điều khiển luồng theo phương pháp cửa sổ
ARQ 28 NỘI DUNG
ĐẶC TÍNH HÓA LUỒNG LƯU LƯỢNG
ĐẶC TÍNH HÓA TRAFFIC LOAD
ĐẶC TÍNH HÓA TRAFFIC BEHAVIOUR
ĐẶC TÍNH HÓA CÁC NHU CẦU QoS
CHECKLIST 29 ĐẶC TÍNH HÓA CÁC NHU CẦU QoS
Xác định dịch vụ mạng mà chủ đầu tư sẽ dùng
Dịch vụ theo kiến trúc QoS nào: ATM QoS, IntServ (controlled-load service, guaranteed service), DiffServ.
Xếp mỗi loại ứng dụng mạng vào một loại dịch vụ nào đó 30 Checklisk  Đã nhận biết các nguồn lưu lượng và kho dữ liệu, đã ghi lại các luồng lưu lượng giữa chúng  Đã phân loại luồng lưu lượng cho mỗi ứng dụng  Đã ước lượng băng thông yêu cầu của mỗi ứng dụng  Đã ước lượng băng thông yêu cầu cho các giao thức định tuyến  Đã đặc tính hóa lưu lượng mạng theo động học của luồng  Đã phân loại theo các nhu cầu QoS cho mỗi ứng dụng  Đã nêu bật các thách thức liên quan đến cài đặt end-to- end QoS 31 Ví dụ khảo sát thiết kế lại mạng cho một trường học
Một trường có khoảng 1000 sinh viên, có 50 giảng viên (20sv/giảng viên), có 5 khoa: Mỹ thuật, Kinh tế, Khoa học xã hội, Toán, Tin học, Vật lý, Y tế. Một số giảng viên cũng có công việc trong các doanh nghiệp, 25 giảng viên có phòng lab trong trường. Nhân sự thuộc lãnh đạo và phòng ban chức năng khác gồm 25 người.
Số sinh viên đã tăng gấp đôi trong hai năm gần đây và nhân sự cũng tăng gấp đôi. Riêng phòng IT vẫn còn nhỏ. Phòng IT có một người điều hành, một quản trị server, hai quản trị mạng và hai nhân viên phụ việc bán thời gian. 32 Ví dụ.....
Do gia tăng số lượng sinh viên và một số yếu tố khác khiến cho hệ thống mạng hiện tại có vấn đề. Các phàn nàn về mạng ngày càng gia tăng. Các khoa cho biết họ rất khó gửi thông tin cũng như liên lạc với đồng nghiệp ở xa, khó theo dõi các thông tin do các lỗi mạng. Sinh viên phàn nàn là không thể nộp bài và bị trễ.
Mạng wireless trở thành điểm tranh chấp giữa bộ phận IT và các phòng ban khác. Các sinh viên thường đặt các access point trong các tòa nhà mà không được phép của phòng IT. Vì lo ngại về an ninh mạng nên phòng IT giao cho nhân viên bán thời gian tìm kiếm và cắt các access point bất hợp lệ. Sinh viên và các phòng ban khác không đồng ý muốn được phép gắn access point. 33 Mục tiêu sử dụng cần cải thiện
Tăng từ 1000 lên 1500 sinh viên trong hai năm tới
Giảm thất thoát từ 30 xuống 15% trong hai năm tới
Cải thiện điều kiện làm việc của các khoa và cho phép các khoa tham gia nhiều vào các dự án nghiên cứu với các đồng nghiệp ở nơi khác
Cải thiện điều kiện học tập của sinh viên, giải quyết các trở ngại về nộp bài qua mạng
Cho phép sinh viên truy xuất vào mạng campus và Internet từ laptop dùng wireless
Cho phép khách viếng campus có thể truy cập Internet bằng laptop dùng wireless
Bảo vệ mạng chống đột nhập 34 Mục tiêu kỹ thuật cần cải thiện (1/2) Sau khi khảo sát và tìm hiểu các nguyên nhân gây ra trở ngại về mạng, các mục tiêu kỹ thuật được đặt ra là:
Tạo mạng cho thời gian đáp ứng xấp xỉ 1/10 giây hay nhỏ hơn cho các ứng dụng tương tác
Tạo mạng campus khả dụng xấp xỉ 99,9% thời gian và có MTBF là 3000 giờ và MTTR là 3 giờ
Xây dựng hệ thống bảo đảm an ninh cho mạng nội bộ và kết nối Internet chống đột nhập
Dùng các công cụ quản lý mạng có thể tăng chất lượng và hiệu quả làm việc của bộ phận IT
Tạo tính khả triển cho mạng để trong tương lai có thể chạy các ứng dụng multimedia 35 Mục tiêu kỹ thuật cần cải thiện(2/2)
Thiết kế lại lược đồ địa chỉ IP
Tăng băng thông của kết nối Internet để hỗ trợ ứng dụng mới và mở rộng sử dụng các ứng dụng hiện hành
Tạo mạng wireless riêng, an ninh cho sinh viên truy cập vào mạng campus và Internet
Tạo một mạng wireless mở cho khách viếng truy cập Internet 36 Các ứng dụng (1/3)
Ứng dụng 1, bài tập: sinh viên viết các báo cáo, bài tập rồi lưu vào file server tại Computing Center và in trên các máy in đặt tại đây hay trong các tòa nhà khác
Ứng dụng 2, email : sinh viên, giáo viên và nhân viên sử dụng email rộng rãi
Ứng dụng 3, web: sinh viên, giáo viên và nhân viên dùng trình duyệt Firefox, IE để truy xuất thông tin, chat và các dịch vụ web phổ biến khác 37 Các ứng dụng (2/3)
Ứng dụng 4, danh mục thư viện: mọi người tra cứu danh mục thư viện online
Ứng dụng 5, mô phỏng: sinh viên và giảng viên tham gia nghiên cứu dự án riêng hay cộng tác với các trường khác có thực hiện mô phỏng
Ứng dụng 6, quan trắc: sinh viên và giảng viên thường download các file ảnh từ các nguồn ở xa 38 Các ứng dụng (3/3)
Ứng dụng 7, truyền ảnh: sinh viên và giảng viên gửi ảnh đến một nhà in bên ngoài trường để in các ảnh có kích thước lớn, ảnh được truyền qua Internet
Ứng dụng 8, đào tạo từ xa: Khoa công nghệ thông tin liên kết đào tạo từ xa với một viện khác. Viện này cho phép các sinh viên của trường đăng ký và nhận các luồng video bài giảng của họ. Sinh viên cũng có thể thực hiện chat room trong khi tham gia lớp
Ứng dụng 9, hệ thống quản lý: Phòng đào tạo dùng hệ thống quản lý để theo dõi việc đăng ký lớp và hồ sơ sinh viên 39 Cộng đồng người dùng 40 Data store 41 Mạng hiện hành 42 Đặc tính hóa lưu lượng ứng dụng Bên trong thư viện và trung tâm máy tính lưu lượng đến và đi từ các server: Application 1 96 Kbps Application 2 72 Kbps Application 3 240 Kbps Application 4 60 Kbps Total 468 Kbps 43 Đặc tính hóa lưu lượng ứng dụng
Lưu lượng đến và đi từ router nối campus với Internet Application 2 120 Kbps Application 3 740 Kbps Application 5 240 Kbps Application 6 200 Kbps Application 7 400 Kbps Application 8 600 Kbps Total 2300 Kbps 44 Lưu lượng xuyên qua campus 45 HẾT CHƯƠNG 4