giải pháp đảm bảo chất lượng dịch vụ (qos) trên mạng ip, đánh giá và so sánh hiệu quả đảm bảo qos của diffserv và intserv

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Core Router Differentiated Services Data Link Layer Differentiated Server Differentiated Services Code Point Explicit Congestion Notification Expedited

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN THỊ PHƯƠNG NHUNG

GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRÊN MẠNG IP, ĐÁNH GIÁ VÀ SO SÁNH HIỆU QUẢ ĐẢM BẢO QoS

CỦA DIFFSERV VÀ INTSERV

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội – 2010

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN THỊ PHƯƠNG NHUNG

GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRÊN MẠNG IP, ĐÁNH GIÁ VÀ SO SÁNH HIỆU QUẢ ĐẢM BẢO

QoS CỦA DIFFSERV VÀ INTSERV

Ngành: Công Nghệ Thông Tin Chuyên ngành: Truyền dữ liệu và Mạng máy tính

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân Các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn này là trung thực Những tư liệu được sử dụng trong luận văn

có nguồn gốc và trích dẫn rõ ràng, đầy đủ

Hà nội, tháng 9 năm 2010

Nguyễn Thị Phương Nhung

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và chân thành tới thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Hồ Sĩ Đàm người đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn tôi trong suốt quá trình làm luận văn Sự giúp đỡ quý báu của thầy giáo đã tạo điều kiện về mặt khoa học và là nguồn động viên tinh thần rất lớn giúp tôi hoàn thành luận văn của mình

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Ths Lê Đình Thanh, người đã tận tình giúp đỡ, hỗ trợ và đóng góp quý báu cho tôi thực hiện các mô phỏng kiểm chứng

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy cô giáo đã giảng dạy và truyền thụ kiến thức cho tôi trong quá trình học tập tại trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội

Cuối cùng, con xin được bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới bậc sinh thành, người đã dưỡng dục và động viên con trong suốt cuộc đời Tôi cảm ơn chồng và người thân trong gia đình đã là nguồn động viên tinh thần rất lớn đối với tôi

NGUYỄN THỊ PHƯƠNG NHUNG

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 2

LỜI CẢM ƠN 6

MỤC LỤC 7

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT 9

DANH MỤC CÁC BẢNG 11

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 12

MỞ ĐẦU 15

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ 17

1.1 CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ (QoS) VÀ CÁC THAM SỐ QoS 17

1.1.1 Giới thiệu chung về QoS 17

1.1.2 Các thành phần thực hiện QoS 21

1.1.3 Các tham số QoS đặc trưng 24

1.2 CÁC YÊU CẦU ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ 26

1.3 CÁC VẤN ĐỀ ĐẢM BẢO QoS 27

1.3.1 Cung cấp QoS 28

1.3.2 Điều khiển QoS 28

1.3.3 Quản lý QoS 29

Chương 2 ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ CHO MẠNG IP 30

2.1 GIAO THỨC LIÊN MẠNG (IP – INTERNET PROTOCOL) 30

2.1.1 Phần tiêu đề gói IP 31

2.1.2 Địa chỉ IP 32

2.1.3 Các giao thức định tuyến 33

2.1.4 Các cơ chế truyền tải 34

2.2 TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ CHO MẠNG IP (QoS IP) 34

2.2.1 Lịch sử phát triển các mô hình QoS IP 34

2.2.2 Các tham số cơ bản ảnh hưởng tới QoS IP thực tế 36

2.3 CÁC CHỨC NĂNG CHUNG CỦA QoS IP 39

2.4 CÁC KỸ THUẬT ĐẢM BẢO QoS IP 42

2.4.1 Kỹ thuật đo lưu lượng và màu hóa lưu lượng 42

2.4.2 Kỹ thuật quản lý hàng đợi tích cực 46

2.4.3 Kỹ thuật lập lịch cho gói tin 47

2.4.4 Kỹ thuật cắt lưu lượng 50

2.5 KẾT LUẬN 52

Chương 3: MỘT SỐ MÔ HÌNH ĐẢM BẢO QoS IP 53

3.1 MÔ HÌNH DỊCH VỤ TÍCH HỢP - INTSERV 53

3.1.1 Giới thiệu chung 53

3.1.2 Giao thức dành trước tài nguyên RSVP 57

3.2 MÔ HÌNH DỊCH VỤ PHÂN BIỆT - DIFFSERV 64

3.2.1 Tổng quan về mô hình DiffServ 64

3.2.2 Miền dịch vụ phân biệt và điểm mã dịch vụ phân biệt 66

3.2.4 Xử lý gói tin trong DiffServ 68

3.3 KHUYẾN NGHỊ TRIỂN KHAI QoS TRÊN MẠNG IP 73

3.4 KẾT LUẬN 73

Chương 4 ĐÁNH GIÁ MÔ HÌNH ĐẢM BẢO QoS IP QUA MÔ PHỎNG 74

4.1 ĐÁNH GIÁ CHUNG 74

4.2 MÔ PHỎNG VÀ KIỂM TRA QoS 75

4.2.1 Tổng quan chương trình mô phỏng mạng NS2 75

4.2.2 Mô phỏng mô hình DiffServ 79

KẾT LUẬN 88

TÀI LIỆU THAM KHẢO 89

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

Core Router Differentiated Services Data Link Layer Differentiated Server Differentiated Services Code Point Explicit Congestion Notification Expedited Forwarding

Edge Router European Telecommunications Standards Institute

First In First Out Flow Specification Fair Queueing Flow State Information Grade of Sevice Guaranteed Service Internet Engineering Task Force Intergrated Service

IP Loss Rate

IP Packet Transfer Delay

IP Error Rate International Standard Organization

Chuyển tiếp đảm bảo Tầng ứng dụng Quản lý hàng đợi tích cực Chế độ truyền tải không đồng bộ

Hệ thống điều khiển truy nhập Chuyển tiếp đảm bảo

Kết hợp hành vi Phân bổ băng thông

Cố gắng tối đa Mạng tích hợp đa dịch vụ băng rộng Tốc độ bit cố định

Kích thước bùng nổ cam kết Tốc độ thông tin cam kết Lớp dịch vụ

Bộ định tuyến lõi Dịch vụ phân biệt Tầng liên kết dữ liệu Server phân biệt Điểm mã dịch vụ phân biệt Thông báo tắc nghẽn tường minh Chuyển tiếp nhanh

Bộ định tuyến biên Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu

Vào trước ra trước Đặc tả luồng Hàng đợi công bằng Thông tin trạng thái luồng Cấp độ dịch vụ

Dịch vụ đảm bảo

Uỷ ban thực thi kỹ thuật Internet Dịch vụ tích hợp

Tỷ lệ mất gói IP Trễ truyền tải gói tin IP

Tỷ lệ lỗi gói tin IP

Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế

MultiProtocol Label Switching Network Layer

Network Node Interface Net Performance Packet Burst Size Per-Hop forwarding Behaviour Peak Information Rate

Priority Queueing Quality of Service Resource Allocation Random Early Detection and Discard Request For Comments

Resource Reservation Protocol Simple Acceptance Control Protocol Shared Explicit

Service Level Argreement Simple Network Management Protocol Single rate Three Color Marker

Traffic Conditioning Agreement Transmission Layer

Type of Service Two rate Three Color Marker Undefined Bit rate

User Network Interface Variable Bit Rate Voice over IP Virtual Private Network Wildcard Filter

Weighted Fair Queueing Weighted Random Early Discarding Weighted Round Robin

Giao thức Internet phiên bản 4 Giao thức Internet phiên bản 6 Hiệp hội viễn thông quốc tế

Đa trường Chuyển mạch nhãn đa giao thức Tầng mạng

Giao diện nút mạng Hiệu năng mạng Kích thước bùng nổ gói Hành vi chuyển tiếp theo từng chặng Tốc độ thông tin đỉnh

Hàng đợi ưu tiên Chất lượng dịch vụ Cấp phát tài nguyên Phát hiện và loại bỏ sớm ngẫu nhiên Các yêu cầu cần trả lời

Giao thức dành trước tài nguyên Giao thức điều khiển chấp nhận đơn giản Chia sẻ tường minh

Thoả thuận mức dịch vụ Giao thức quản lý mạng đơn giản

Bộ đánh dấu 3 màu tốc độ đơn Thoả thuận điều kiện lưu lượng Tầng truyền dẫn

Kiểu dịch vụ

Bộ đánh dấu 3 màu hai tốc độ Tốc độ bit không xác định Giao diện người dùng mạng Tốc độ bit thay đổi

Thoại qua IP Mạng riêng ảo

Bộ lọc Wildcard Hàng đợi công bằng theo trọng số Loại bỏ sớm ngẫu nhiên theo trọng số Quay vòng theo trọng số

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Các đặc tính phân lớp QoS cho mạng IP theo ITU-T 26

Bảng 1.2 Phân lớp QoS theo quan điểm của ETSI 26

Bảng 1.3 Các vùng dịch vụ của B-ISDN 27

Bảng 1.4 Phân vùng dịch vụ theo diễn đàn ATM 27

Bảng 3.1: Các kiểu dành trước tài nguyên 58

Bảng 3.2 Các bit sử dụng cho điều khiển chia sẻ 61

Bảng 3.3 Các bít sử dụng cho điều khiển lựa chọn máy gửi 61

Bảng 3.4 Các tham số của các đối tượng CL khác nhau 63

Bảng 3.5 Các tham số của dịch vụ cam kết Rspec 63

Bảng 3.6 Các khối điểm mã dịch vụ phân biệt DSCP 67

Bảng 3.7 Chi tiết các phân lớp chuyển tiếp đảm bảo AF PHB 70

Bảng 4.1 So sánh mô hình IntServ và DiffServ 75

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Mô hình QoS tổng quát 17

Hình 1.2 Kiến trúc cơ bản của QoS 18

Hình 1.3 Các mức của chất lượng dịch vụ đầu cuối-đầu cuối 19

Hình 1.4 Các đặc điểm cơ bản của chất lượng dịch vụ 20

Hình 1.5 Hàng đợi vào trước ra trước trong router 22

Hình 1.6 Classify, Queue và Schedule trong router 23

Hình 1.7 Cơ chế traffic shaping trong router 23

Hình 1.8 Các thành phần trong cơ cấu đảm bảo chất lượng dịch vụ 28

Hình 2.1 Chồng giao thức TCP/IP 30

Hình 2.2 Khuôn dạng phần tiêu đề gói IP 31

Hình 2.3 Các lớp địa chỉ IP 33

Hình 2.4 Các bước phát triển của mô hình QoS [12] 34

Hình 2.5 Dịch vụ Intserv và dịch vụ Diffserv [19] 35

Hình 2.6 Băng thông khả dụng 37

Hình 2.7 Trễ tích lũy từ đầu cuối tới đầu cuối 38

Hình 2.8 Trễ xử lý và hàng đợi 38

Hình 2.9 Mất gói vì hiện tượng tràn bộ đệm đầu ra 39

Hình 2.10 Các chức năng đảm bảo QoS của bộ định tuyến IP 40

Hình 2.11 Phương pháp phân loại gói đa trường chức năng 40

Hình 2.12 Phương pháp phân loại gói theo kết hợp hành vi 41

Hình 2.13 Khoảng thời gian CBS trong CIR của tốc độ lưu lượng đầu vào đơn 43

Hình 2.14 Chế độ mù màu srTCM với gáo C và gáo E 43

Hình 2.15 Chế độ hoạt động rõ màu srTCM 44

Hình 2.16 Gáo rò C, P và chế độ hoạt động mù màu của trTCM 45

Hình 2.17 Chế độ hoạt động rõ màu của trTCM 45

Hình 2.18 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của RED 46

Hình 2.19 Hoạt động thông báo tắc nghẽn tường minh ECN 47

Hình 2.20 Hàng đợi ưu tiên PQ 48

Hình 2.21 Hàng đợi cân bằng FQ 49

Hình 2.22 Hàng đợi quay vòng theo trọng số WRR 49

Hình 2.23: Chia cắt lưu lượng thuần 51

Hình 2.24: Chia cắt lưu lượng bùng nổ kiểu gáo rò 51

Hình 3.1 Mô hình dịch vụ tích hợp IntServ 54

Hình 3.2 Cấu trúc mạng IntServ 58

Hình 3.3 Khuôn dạng bản tin RSVP và tiêu đề chung RSVP 59

Hình 3.4 Khuôn dạng bản tin đối tượng RSVP 60

Hình 3.5 Khuôn dạng đối tượng kiểu 60

Hình 3.6 Cấu trúc bản tin Path và Resv trong RSVP 61

Hình 3.7 Tổng quan mô hình DiffServ 64

Hình 3.8 Mô hình DiffServ tại biên và lõi của mạng 65

Hình 3.9 Mô hình các bước dịch vụ phân biệt DiffServ 66

Hình 3.10 Miền dịch vụ phân biệt DS 67

Hình 3.11 Cấu trúc của trường phân biệt dịch vụ DS 67

Hình 3.12 Hoạt động của BB 68

Hình 3.13 Xử lý chuyển tiếp nhanh EF PHB 69

Hình 3.14 Các phân lớp AF PHB 70

Hình 3.15 Cấu trúc của byte TOS 71

Hình 4.1 Mô hình NS2 đơn giản 76

Hình 4.2 Tương ứng C++ và Otcl 76

Hình 4.3 Kiến trúc của NS 77

Hình 4.4 Sơ đồ hoạt động của NS2 77

Hình 4.5 Các trường của tệp bám vết 78

Hình 4.6 Mô hình khảo sát 85

Hình 4.7 Đồ thị mô tả mất gói trong khoảng thời gian 120s 86

Hình 4.8 Đồ thị mô tả thông lượng trong khoảng thời gian 120s Error! Bookmark

not defined

Hình 4.9 Độ trễ hàng đợi của lớp lưu lượng Error! Bookmark not defined

MỞ ĐẦU

1 CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

Ngày nay, với sự bùng nổ của Internet, việc kết nối và sử dụng Internet ngày càng đa dạng, phong phú, chính vì vậy tầm quan trọng của việc đảm bảo chất lượng

dịch vụ (QoS) ngày càng tăng Với sự ra đời của các nhà cung cấp dịch vụ Internet

(ISP), việc ổn định “chất lượng của Internet” cần phải được đảm bảo Điều đó có nghĩa là các nhà cung cấp Internet tạo ra cho người dùng những dịch vụ đa dạng, phong phú và cốt yếu là phải đảm bảo chất lượng dịch vụ đó

Mạng Internet hiện nay cung cấp dịch vụ trên cơ sở phục vụ theo khả năng tối

đa (best - effort), tức là không có bất cứ một cam kết nào được đưa ra từ phía nhà khai thác về chất lượng dịch vụ Thay vào đó, tùy thuộc vào trạng thái cụ thể của mạng, mạng chủ sẽ thực hiện những khả năng tốt nhất của mình để phục vụ lưu lượng cho dịch vụ [9] Đây là nguyên nhân chủ yếu thúc đẩy nghiên cứu mạnh mẽ về QoS trên nền mạng IP trong những năm gần đây

Chất lượng dịch vụ là một thành phần quan trọng của các mạng gói đa dịch vụ Vấn đề chất lượng dịch vụ và đánh giá chất lượng dịch vụ luôn là vấn đề đóng vai trò quan trọng đối với tất cả các loại hình dịch vụ viễn thông Mỗi loại hình dịch vụ sẽ quan tâm tới QoS ở những khía cạnh khác nhau

Việc tích hợp nhiều ứng dụng với các yêu cầu về QoS khác nhau đòi hỏi phải

có một mô hình đảm bảo QoS cho các dịch vụ này Hướng tiếp cận QoS theo mô hình IntServ và DiffServ rất phù hợp với mạng gói IP [18] Công nghệ IP và các ứng dụng của nó đã và đang tạo ra nhiều cơ hội và thách thức mới cho các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông

Từ tính cấp thiết nêu trên, chúng tôi chọn đề tài “Giải pháp đảm bảo chất

lượng dịch vụ (QoS) trên mạng IP, đánh giá và so sánh hiệu quả đảm bảo QoS của DiffServ và IntServ” Luận văn sẽ đi sâu tìm hiểu những kiến thức cơ bản về chất

lượng dịch vụ trên nền mạng IP như đặc điểm kỹ thuật, phân tích và đánh giá chất lượng cho mạng IP qua mô hình IntServ và DiffServ; việc triển khai, hỗ trợ chất lượng dịch vụ trên nền mạng IP

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Luận văn tập trung nghiên cứu những vấn đề sau:

- Tập trung nghiên cứu về đảm bảo chất lượng dịch vụ trên mạng IP

- Phân tích, đánh giá hai mô hình IntServ và Diffserv đối với QoS IP

- Sử dụng công cụ NS2 mô phỏng mô hình đảm bảo QoS: IntServ và DiffServ, từ đó đưa ra giải pháp cho việc đảm bảo chất lượng dịch vụ trên nền mạng IP

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Đề tài tập trung nghiên cứu lý thuyết về đảm bảo chất lượng dịch vụ Các mô hình và cơ chế đảm bảo QoS trên nền mạng IP

Đánh giá và so sánh hiệu năng của 2 mô hình Intserv và DiffServ qua việc sử dụng công cụ mô phỏng NS2

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Thực hiện nghiên cứu lý thuyết về các kiến trúc QoS

Phân tích và đánh giá qua mô phỏng

5 CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN

Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn gồm 4 chương:

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ

Các vấn đề và yêu cầu đảm bảo chất lượng dịch vụ:

a) Khái niệm về QoS và những yếu tố liên quan: tham số và phương thức đánh giá chất lượng dịch vụ mạng

b) Với các dịch vụ trên nền mạng IP, những tham số đặc trưng khách quan được chuẩn hóa qua các tham số như tỷ lệ mất gói, độ trễ gói, độ biến thiên trễ, c) Các thông số QoS: Khi xem xét đến đảm bảo chất lượng cho một dịch

vụ trên nền mạng IP, cần định nghĩa cụ thể tập hợp những tham số QoS khách quan phải được quan tâm cùng với mô hình phù hợp cho sự ràng buộc của các tham số đó

Chương 2 ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ CHO MẠNG IP

 Khái quát về mạng IP, các loại mạng, các giao thức liên mạng và định tuyến, các cơ chế truyền tải trong mạng IP Nghiên cứu các yếu tố chính có ảnh hưởng tới mạng IP

 Tìm hiểu lịch sử phát triển QoS IP cùng với các tham số ảnh hưởng trực tiếp tới QoS IP trên thực tế

 Các kỹ thuật và công nghệ đảm bảo QoS IP: quản lý hàng đợi, lưu lượng, lập lịch cho gói tin

Chương 3 MỘT SỐ MÔ HÌNH ĐẢM BẢO QoS IP

 Đi sâu nghiên cứu mô hình hỗ trợ chất lượng dịch vụ trong mạng IP, so sánh lợi thế của mỗi mô hình dịch vụ đối với mạng IP

 Nghiên cứu và rút ra những giải pháp của hai mô hình IntServ và DiffServ

Chương 4 ĐÁNH GIÁ MÔ HÌNH ĐẢM BẢO QoS IP QUA MÔ PHỎNG

 Đánh giá chung về DiffServ và IntServ, rút ra ưu – nhược điểm của hai mô hình trong thực tế

 Luận văn thực hiện mô phỏng bằng NS2 nhằm đánh giá mô hình đảm bảo QoS trên mạng IP

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ

1.1 CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ (QoS) VÀ CÁC THAM SỐ QoS

1.1.1 Giới thiệu chung về QoS

Chất lượng dịch vụ (Quality of Service – QoS) là một khái niệm rộng và được tiếp cận theo nhiều hướng khác nhau, QoS liên quan tới khả năng cung cấp các dịch vụ tốt hơn của một mạng đối với một lưu lượng mạng đã chọn với những công nghệ khác nhau bao gồm Frame Relay, ATM, Ethernet và các mạng 802.1, SONET, IP

Chất lượng được định nghĩa trong ISO 9000 là “cấp độ của một tập các đặc

tính vốn có đáp ứng đầy đủ các yêu cầu” Theo khuyến nghị E800 ITU-T, chất lượng

dịch vụ là “Một tập các khía cạnh của hiệu năng dịch vụ nhằm xác định cấp độ thỏa

mãn của người sử dụng đối với dịch vụ” Trong khi IETF [ETSI - TR102] nhìn nhận QoS là khả năng phân biệt luồng lưu lượng để mạng có các ứng xử phân biệt đối với các kiểu luồng lưu lượng, QoS bao trùm cả phân loại hóa dịch vụ và hiệu năng tổng thể của mạng cho mỗi loại dịch vụ [10]

Cho đến nay vẫn chưa thực sự có một khái niệm hoàn chỉnh về chất lượng dịch

vụ, mặc dù vậy ta có thể hiểu chất lượng dịch vụ là điều kiện để việc cung cấp dịch vụ

truyền dữ liệu trên mạng phù hợp với các ứng dụng và đảm bảo sự nhận biết của người dùng Chất lượng dịch vụ bao gồm tập hợp các tiêu chí đặc trưng cho yêu cầu

của từng loại lưu lượng cụ thể trên mạng như độ trễ, jitter (sự thay đổi độ trễ), tỉ lệ

mất gói,…[16] Các tiêu chí trên có liên quan chặt chẽ tới băng thông dành cho lưu

lượng đó

Hình vẽ sau đây biểu diễn một mô hình QoS tổng quát:

Hình 1.1 Mô hình QoS tổng quát

Trong hình vẽ, NP (Net Performance) là năng lực và hiệu quả của một mạng cụ thể Nó bao gồm khả năng ứng xử, tính hiệu quả của mạng và chất lượng phục vụ mà mạng cung cấp AP (Access Point) là điểm truy nhập mạng

Việc thực hiện đảm bảo chất lượng dịch vụ bao gồm ba thành tố cơ bản sau:

 Các cơ chế đảm bảo chất lượng dịch vụ tại các nút mạng: thuật toán hàng đợi (queuing), cơ chế định hình lưu lượng (traffic shapping), các cơ chế tối ưu hóa đường truyền, các thuật toán dự đoán và tránh tắc nghẽn…

 Phương thức báo hiệu QoS giữa các nút mạng để phối hợp hoạt động đảm bảo chất lượng dịch vụ từ đầu cuối tới đầu cuối

 Chính sách QoS và các chức năng tính cước, quản lý để điều khiển và phân phát QoS cho các lưu lượng đi qua mạng

Hình 1.2 Kiến trúc cơ bản của QoS

Xét từ đầu cuối đến đầu cuối, chất lượng dịch vụ được chia ra một số loại sau:

 Best-Effort Service: Mô hình dịch vụ “tối đa”, có nghĩa là mạng sẽ khai thác hết khả năng trong giới hạn cho phép, nhưng không đảm bảo độ trễ và mất mát dữ liệu Vì vậy, khi có nhiều luồng lưu lượng truyền đi trong mạng và vượt quá khả năng của mạng, dịch vụ không bị từ chối nhưng chất lượng dịch vụ giảm: thời gian trễ tăng, tốc độ giảm và mất dữ liệu Với Best-Effort,

dữ liệu đi vào mạng đều tuân theo quy tắc FIFO Không có sự đối xử nào của QoS đối với dữ liệu

 Differrentiated Service (còn gọi là soft QoS): Một vài dòng lưu lượng của dịch

vụ được ưu tiên hơn những dòng lưu lượng còn lại (ví dụ như cam kết các dịch

vụ khác nhau như thoại, video sẽ có băng thông ổn định, được xử lý nhanh hơn,

tỉ lệ mất gói ít hơn, …)

 Guaranteed Service (còn gọi là hard QoS): dữ liệu đi vào mạng được phân loại thành các lớp khác nhau để phân loại cách đối xử của mạng đối với dữ liệu Thực hiện thông qua các tool QoS là PQ, CQ, WFQ và WRED Dịch vụ được đảm bảo tuyệt đối về tài nguyên mạng dành cho nó, với điều khoản cụ thể như băng thông, trễ, mất gói…

Hình 1.3 Các mức của chất lượng dịch vụ đầu cuối-đầu cuối

Tính chất chung của chất lượng dịch vụ: “Hiệu ứng chung của đặc tính chất

lượng dịch vụ là xác định mức độ hài lòng của người sử dụng đối với dịch vụ” Ngoài

ra, QoS còn là “khả năng của mạng đảm bảo và duy trì các mức thực hiện nhất định

cho mỗi ứng dụng theo như các yêu cầu đã được chỉ rõ của mỗi người sử dụng” Từ

đó, chất lượng dịch vụ QoS có thể được đánh giá theo hai cách: đánh giá chủ quan và đánh giá khách quan

Đối với người sử dụng dịch vụ, chất lượng dịch vụ phần lớn được đánh giá một cách chủ quan Ví dụ, khi truy cập một trang Web, yếu tố đầu tiên để người sử dụng đánh giá chất lượng dịch vụ truy cập là khả năng truy nhập thành công trang Web đó Một yếu

tố cũng không thể thiếu là đánh giá mức độ truy nhập nhanh hay chậm qua xem xét thời gian cần thiết để tải các dữ liệu từ trang Web Từ ý kiến đó, người sử dụng sẽ công nhận dịch vụ truy cập Internet là tốt nếu khả năng truy nhập cao (sự gián đoạn là hạn hữu và vận tốc truyền tải dữ liệu nhanh)

Dựa trên những đánh giá chủ quan, QoS được coi là mức độ chấp nhận dịch vụ của người sử dụng và thường được đánh giá trên thang điểm đánh giá trung bình MoS (Mean of Score), MoS dao động từ mức (1-tồi) đến mức (5- xuất sắc) QoS cần được cung cấp cho mỗi ứng dụng để người sử dụng có thể chạy ứng dụng đó và mức QoS mà ứng dụng đòi hỏi được xác định bởi người sử dụng Từ MoS, các nhà cung cấp dịch vụ đưa ra mức chất lượng dịch vụ phù hợp cho dịch vụ của mình

Điều cơ bản chung của cách đánh giá chủ quan là với người sử dụng, sự đánh giá phụ thuộc vào dịch vụ cụ thể họ đang dùng Vì những đánh giá này mang tính chủ quan nên chúng không được biểu hóa một cách thống nhất và rành mạch

Từ khía cạnh dịch vụ mạng, QoS liên quan tới năng lực cung cấp các yêu cầu chất lượng dịch vụ cho người sử dụng Có hai kiểu năng lực mạng để cung cấp chất lượng dịch vụ trong mạng chuyển mạch gói

a Mạng chuyển mạch gói phải có khả năng phân biệt các lớp dịch vụ

b Một khi mạng có các lớp dịch vụ khác nhau, mạng phải có cơ chế ứng xử khác nhau

với các lớp bằng cách cung cấp các đảm bảo tài nguyên và phân biệt dịch vụ trong mạng

Hình 1.4 Các đặc điểm cơ bản của chất lượng dịch vụ

Phương pháp cơ bản để xác định chất lượng dịch vụ mạng là quá trình phân tích lưu lượng và các điều kiện của mạng, thông qua các bài toán được mô hình hóa hoặc

đo kiểm trực tiếp các thông số mạng để đánh giá tiêu chuẩn khách quan

Nhìn từ khía cạnh mạng, một khung làm việc chung của kiến trúc QoS gồm có:

 Phương pháp để yêu cầu và nhận các mức của dịch vụ qua các hình thức thỏa thuận mức dịch vụ SLA (Service Level Agreements) Các thỏa thuận SLA gồm các tham số QoS như băng thông, độ trễ, là một hình thức giao kèo dịch vụ giữa khách hàng và nhà cung cấp dịch vụ Khách hàng cần SLA để hiểu các ứng dụng của họ nhận được mức dịch vụ như thế nào, còn các nhà cung cấp dịch vụ cần SLA để hướng lưu lượng đầu vào của người

sử dụng tới mạng phù hợp

 Báo hiệu, phân phối bộ đệm và quản lý bộ đệm cho phép đáp ứng yêu cầu mức dịch vụ thông qua các giao thức dành trước tài nguyên cho ứng dụng

 Điều khiển những ứng dụng có sai lệch trong việc thiết lập các mức dịch

vụ, thông qua quá trình phân loại loại lưu lượng, hướng tới chính sách quản lý và thực thi đối với từng luồng lưu lượng nhằm xác định kỹ thuật điều khiển lưu lượng phù hợp Phương pháp sắp xếp cho luồng lưu lượng qua mạng trong một chừng mực có thể đảm bảo thỏa thuận các mức dịch

vụ sử dụng, bằng các phương pháp định tuyến trên nền tảng QoS

 Phương pháp tránh tắc nghẽn, quản lý tắc nghẽn, hàng đợi, và thiết lập để ngăn chặn các điều kiện sự cố mạng gây ra những hậu quả bất lợi ảnh hưởng tới mức dịch vụ Quản lý tắc nghẽn không phải là cơ chế phòng ngừa, nhưng

là một cơ chế tác động ngược khi các điều kiện tắc nghẽn phát sinh trong mạng Phát hiện và loại bỏ sớm ngẫu nghiên RED (Random Early Detection and Discard) là một trong các kỹ thuật để ngăn ngừa tắc nghẽn

 Chính sách quản lý cho phép thực hiện các luật áp dụng cho các gói tin qua mạng trên nền chính sách chung Mỗi lớp lưu lượng có một giới hạn nhất định số các gói tin được chấp nhận trong một khoảng thời gian nhất định Chính sách quản lý liên quan tới các hoạt động của thiết bị xử lý gói tin và hiện trạng của mạng từ đó quyết định hình thức thỏa thuận mức dịch vụ Tiếp cận theo mô hình phân lớp trong mô hình tham chiếu hệ thống mở OSI (Open System Interconnection) là cách tiếp cận khác về QoS được nhìn nhận từ phía mạng, QoS được đánh giá trong một số tầng:

 Tầng ứng dụng AL (Application Layer): QoS được nhận thức là “mức độ dịch vụ”

 Tầng truyền tải TL (Transport Layer): QoS được thực hiện bởi kiến trúc logic của mạng, các cơ chế định tuyến và báo hiệu

 Tầng mạng NL (Network layer): QoS thể hiện qua cac tham số lớp mạng:

Tỷ lệ lỗi, giá trị trung bình, giá trị lớn nhất của các tham số như băng thông, độ trễ và độ tin cậy của luồng lưu lượng

 Lớp liên kết dữ liệu DLL (Data link Layer): QoS được thể hiện qua các tham số truyền dẫn, tỷ lệ lỗi thông tin, các hiện tượng tắc nghẽn và hỏng hóc của các tuyến liên kết

Từ mô hình trên chúng ta nhận thấy, chất lượng dịch vụ tại các tầng cao của mô hình hướng về người sử dụng (liên quan tới giao thức và phần mềm điều khiển), trong khi các tầng thấp hướng về các đặc tính của hệ thống mạng truyền thông (như cấu trúc mạng, tài nguyên sử dụng trong các nút và liên kết)

1.1.2 Các thành phần thực hiện QoS

Mục đích chính của QoS là cung cấp thứ tự ưu tiên các dịch vụ giao nhận thông tin tin cậy cho những lớp hay loại lưu lượng nào đó bao gồm: cấp băng thông, điều khiển rung pha và trễ (cần thiết đối với các ứng dụng thời gian thực và lưu lượng tương tác), cung cấp sự ưu tiên cho một hay nhiều luồng mà không làm cho các luồng khác bị lỗi Vấn đề trước tiên phải quan tâm là quá trình lưu và chuyển gói tại các nút mạng diễn ra như thế nào, do tuyến đường mà gói đi qua để đến đích là một chuỗi các nút và liên kết mạng

1.1.2.1 Thực hiện QoS tại các nút mạng

Quyết định chuyển gói dựa trên địa chỉ đích của mỗi gói và thông tin trong bảng định tuyến của router Những router cần cho mạng có đảm bảo chất lượng dịch

vụ không thì cần phải quan tâm thời điểm gửi gói

Trong phần lớn các mạng, lưu lượng đến theo từng đợt thay đổi thất thường Trường hợp hay xảy ra là nhiều đợt gói tin đến từ các tuyến vào khác nhau và cùng một tuyến ra (bản thân tuyến ra chỉ có dung lượng hữu hạn) làm cho router nhận được

số gói vượt quá khả năng phân phát tức thời của nó Để đối phó với trường hợp này, tất cả các router đều có các bộ đệm bên trong (các hàng đợi – queues) để lưu trữ những gói thừa cho đến khi chúng có thể được chuyển Khi đó các gói này sẽ chịu thêm độ trễ, hay router chịu một sự ứ nghẽn nhất thời Trễ của gói từ nguồn tới đích bao gồm nhiều thành phần nhưng trễ do bộ đệm kể trên rất thất thường, nó thay đổi ngay cả giữa các gói tới cùng một đích

Mặt khác, gói đến sẽ bị hủy nếu hết dung lượng bộ đệm và tỷ lệ mất gói là một yếu tố không kiểm soát được Với các hàng đợi FIFO sẽ không có các cơ chế phân tách các loại lưu lượng khác nhau, lưu lượng này sẽ ảnh hưởng tới chất lượng dịch vụ của lưu lượng kia khi vượt qua cùng một hàng đợi

Hình 1.5 Hàng đợi vào trước ra trước trong router

Thay vì chỉ có một hàng đợi phục vụ cho mọi loại lưu lượng, người ta đưa ra cơ chế CQS (Classification-Queuing-Scheduling): sử dụng nhiều hàng đợi (với dung lượng và chính sách hủy gói khác nhau) phù hợp với yêu cầu chất lượng dịch vụ của từng lớp lưu lượng cần phục vụ Classification thực hiện phân loại gói và chỉ định hàng đợi phù hợp cho từng gói Các hàng đợi vẫn phải chia sẻ cùng một dung lượng tuyến ra (Output link) hữu hạn, cần một cơ chế đặt lịch phục vụ (Scheduling) từng hàng đợi Các router như vậy được gọi là có kiến trúc CQS

Hàng đợi FIFO

Cổng ra M Cổng 1

Cổng n

Chiều dài L gói

Phân loại (Classify)

Hình 1.6 Classify, Queue và Schedule trong router

Kiến trúc CQS cho phép chia tách, không cho các loại lưu lượng ảnh hưởng lẫn nhau, thực hiện ưu tiên với các loại lưu lượng cần chất lượng dịch vụ cao Thực tế cần đặt ra những giới hạn để các loại lưu lượng không được ưu tiên vẫn có được chất lượng dịch vụ tối thiểu cũng như đảm bảo băng thông cho những loại được ưu tiên

Một chức năng trong kiến trúc CQS là đặt ra các giới hạn băng thông cho một

lớp lưu lượng (được gọi là định hình lưu lượng (traffic shaping)) Nó kết hợp với

chức năng lập lịch (scheduling) để quy định mức tần suất phục vụ với từng hàng đợi hoặc khoảng thời gian giữa hai lần lấy gói ra ở cùng một hàng đợi Định hình lưu lượng cung cấp một cơ chế điều khiển lưu lượng tại một giao diện cụ thể Nó giới hạn lưu lượng thông tin đi ra khỏi giao diện để tránh làm mạng bị tắc nghẽn bằng các ràng buộc tốc độ thông tin đi ra ở một tốc độ bit cụ thể đối với từng loại lưu lượng tránh trường hợp tốc độ bit tăng đột ngột

Hình 1.7 Cơ chế traffic shaping trong router

Khi có quá nhiều gói đến trong một khoảng thời gian ngắn thì hủy gói là không tránh khỏi Việc hủy gói phải tuân theo một số chính sách (policy) Giống như định

Hàng đợi

Schedule

hình lưu lượng, policing cũng là công cụ giới hạn tốc độ bit (rate-limiting tool) do đó tạm dịch là kiểm soát lưu lượng Chính sách hủy gói có thể đơn giản như hủy những gói mới đến khi không còn chỗ trong hàng đợi

1.1.2.2 Báo hiệu QoS

Báo hiệu QoS cung cấp một cơ chế cho phép trạm cuối hoặc phần tử mạng đưa

ra yêu cầu về QoS với mạng Báo hiệu thực sự cần thiết để phối hợp giữa các nút

mạng với các kỹ thuật xử lý lưu lượng nhằm đảm bảo chất lượng dịch vụ “end to

end” Trong mạng IP chất lượng dịch vụ từ đầu cuối tới đầu cuối được xây dựng từ

chất lượng dịch vụ trên một chuỗi các chặng mà lưu lượng đi qua

Báo hiệu điều khiển QoS rất cần thiết cho việc sử dụng các cơ chế xử lý lưu

lượng Có 2 phương pháp hay dùng cho báo hiệu QoS là: Sử dụng quyền ưu tiên IP (IP

precendence) và sử dụng giao thức báo hiệu RSVP ( Resource Reservation Protocol) Chi tiết về hai phương pháp báo hiệu sẽ được trình bày trong các chương sau

1.1.3 Các tham số QoS đặc trưng

Yêu cầu chất lượng dịch vụ của các ứng dụng khác nhau có thể biểu diễn bằng một tập các tham số QoS đo được bao gồm băng thông, độ trễ, rung pha, xác xuất mất gói Các tham số sử dụng để tính toán QoS tùy thuộc vào kiểu mạng: Ví dụ thoại và các ứng dụng multimedia rất nhạy cảm với trễ và rung pha; với mạng IP các tham số thường được sử dụng là băng thông, độ trễ và độ tin cậy; trong khi đó mạng không dây thường sử dụng các tham số như băng thông, nhiễu, suy hao và độ tin cậy

Chúng ta sẽ xem xét các tham số đo tổng quát trong khung làm việc chung của QoS:

(i) Băng thông

Băng thông biểu thị tốc độ truyền dữ liệu cực đại có thể đạt được giữa hai điểm kết nối, được tính theo (bit/s) Có thể giải thích cụ thể như sau:

Biểu diễn mô hình trạng thái QoS của mạng dưới dạng một đồ thị G(V,E) (trong đó: V là các nút, E là các liên kết) Lưu lượng vào qua nút Vi và

ra khỏi mạng nút Vj Mỗi liên kết (i, j) có 2 đặc tính: C(i, j) là dung lượng liên kết, f(i,j) là lưu lượng thực tế Gọi R(i, j) = C(i, j) – f(i, j) là băng thông dư Khi

đó, nếu một kết nối yêu cầu băng thông là Dk thì một kết nối được gọi là khả dụng khi và chỉ khi R(i,j) ≥ Dk Một kết nối mới có thể được chấp nhận nếu tồn tại ít nhất một đường dẫn khả dụng giữa 2 nút Vi và Vj

(ii) Độ trễ

Trễ là khoảng thời gian một bản tin chiếm khi truyền từ điểm này đến điểm khác Trễ tổng thể (còn gọi là trễ tích lũy) là thời gian trễ từ đầu cuối phát tới đầu cuối thu tín hiệu Các thành phần trong tuyến kết nối gây ra trễ như thiết

bị phát, truyền dẫn, thiết bị chuyển mạch và định tuyến Trễ bao gồm một số thành phần như:

 Trễ hàng đợi: là thời gian tiêu tốn trong hàng đợi để thực hiện quyết định định tuyến trong bộ định tuyến hay là thời gian một gói phải trải qua trong một hàng đợi khi nó phải đợi để được truyền đi trong một liên kết khác

 Trễ lan truyền: là thời gian cần thiết để môi trường vật lý truyền dữ liệu Ví dụ trễ lan truyền trong các truyền dẫn quang thường nhỏ hơn môi trường vô tuyến

 Trễ chuyển tiếp: là thời gian cần thiết để thực hiện quyết định trong

bộ định tuyến hay thời gian được yêu cầu để xử lý các gói đã đến trong một nút Ví dụ, thời gian để kiểm tra tiêu đề gói và xác định nút tiếp theo để gửi đi

 Trễ truyền dẫn: là thời gian sử dụng để truyền tất cả các bit trong gói qua liên kết, trễ truyền dẫn được xác định trên thực tế của băng thông liên kết Thành phần có thể được quản lý là trễ hàng đợi Gói có ưu tiên cao hơn

sẽ được đưa ra để truyền trước và kỹ thuật hàng đợi như RED được áp dụng

(iii) Biến thiên trễ (Jitter)

Biến thiên trễ là sự khác biệt về trễ của các gói khác nhau cùng trong một luồng lưu lượng Biến thiên trễ chủ yếu do sự sai khác về thời gian xếp hàng của các gói liên tiếp trong một luồng gây ra và là một trong những vấn đề quan trọng của QoS Khi biến thiên nằm vào khoảng dung sai định nghĩa trước thì nó không ảnh hưởng tới chất lượng dịch vụ, ngược lại, nếu biến thiên trễ quá lớn sẽ làm cho kết nối mạng bị đứt quãng Trong một số ứng dụng, như ứng dụng thời gian thực không thể chấp nhận rung pha, biến thiên trễ lớn có thể được xử lý bằng bộ đệm, song nó lại làm tăng trễ

(iv) Độ tin cậy

Độ tin cậy xác định độ ổn định của hệ thống, đồng nghĩa với độ khả dụng của hệ thống Độ khả dụng của mạng càng cao nghĩa là độ tin cậy của mạng và độ ổn định của hệ thống càng lớn Độ khả dụng của mạng thường được tính trên cơ sở thời gian ngừng hoạt động và tổng số thời gian hoạt động

(v) Mất gói

Mất gói tin là trường hợp khi gói tin không tới được đích của nó trước thời gian timeout của bộ thu Trong mạng TCP/IP mất gói xảy ra do mạng bị nghẽn liên tục hoặc xảy ra trên chính các trường chuyển mạch gói, đây là nguyên nhân gây ra sự tràn bộ nhớ hoặc loại bỏ gói tin bởi các phương tiện quản lí lưu lượng Từng gói bị mất không thường xuyên cũng khiến kết nối gặp khó khăn Xác xuất mất gói là giá trị được nhân lên từ xác xuất mất gói được kỳ vọng ở mỗi một trong các nút trung gian giữa một cặp nguồn và đích Xác xuất

mất gói là một đại lượng quan trọng của QoS với các ứng dụng dữ liệu hay các dịch vụ thời gian thực

1.2 CÁC YÊU CẦU ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ

Để nhận biết các yêu cầu về chất lượng dịch vụ, hệ thống thường nhận biết qua các lớp dịch vụ Theo quan điểm của ITU-T, khuyến nghị I-1541 các lớp dịch vụ được chia thành các vùng như sau:

Bảng 1.1 Các đặc tính phân lớp QoS cho mạng IP theo ITU-T

Lớp QoS Các đặc tính QoS

0 Thời gian thực, nhạy cảm với jitter, tương tác cao

1 Thời gian thực, nhạy cảm với jitter, tương tác

2 Dữ liệu chuyển giao, tương tác cao

3 Dữ liệu chuyển giao, tương tác

5 Các ứng dụng nguyên thủy của mạng IP ngầm định

Theo quan điểm này, các tham số thời gian thực và tương tác cao được đặt lên hàng đầu đối với mạng IP Trong khi đó, mạng IP nguyên thủy không hỗ trợ QoS cho các dịch vụ thời gian thực

Trong dự án TIPHON, ETSI đề xuất phân lớp QoS như sau:

Bảng 1.2 Phân lớp QoS theo quan điểm của ETSI

Nhạy cảm với trễ và biến động trễ, có giới hạn lỗi và tổn thất, tốc độ bít thay đổi và cố định

Luồng thời gian

Tương tác cận thời gian

Dữ liệu Không nhạy cảm với trễ và biến động

trễ, nhạy cảm với lỗi, nỗ lực tối đa

Hướng tiếp cận của ETSI tập trung vào các dịch vụ thường sử dụng trên mạng

IP để phân ra các loại dịch vụ yêu cầu thời gian thực và không yêu cầu thời gian thực Đối với các yêu cầu thời gian thực, ETSI-TR102 phân biệt dịch vụ qua các độ nhạy cảm với các tham số QoS: Trễ, biến động trễ, tổn thất gói và đặc tính tốc độ bít

Đối với mạng tích hợp đa dịch vụ băng rộng B-ISDN, ITU-T định nghĩa các vùng dịch vụ, theo hướng liên quan tới công nghệ lõi của B-ISDN là công nghệ ATM theo bảng dưới đây:

Bảng 1.3 Các vùng dịch vụ của B-ISDN

Vùng dịch vụ Các ứng dụng

Hội thoại Thoại, video hội nghị, truyền thông đa phương tiện tốc

độ cao (truyền file, âm thanh, hình ảnh)

Khôi phục Truyền video, ảnh tĩnh, âm thanh và dữ liệu

Theo các phân vùng dịch vụ của B-ISDN, diễn đàn ATM đưa ra các phân lớp dịch vụ ATM với các đặc tính ứng dụng và đặc tính QoS như sau:

Bảng 1.4 Phân vùng dịch vụ theo diễn đàn ATM

Vùng dịch vụ ATM Ứng dụng Các đặc tính QoS

Tốc độ bit cố định (CBR) Mô phỏng kênh Biến động trễ tế bào thấp, tổn

thất thấp Tốc độ bit thay đổi – thời

gian thực (rt – VBR)

Video theo yêu cầu Biến động trễ bình thường, tổn

thất thấp Tốc độ bit thay đổi – phi

thời gian thực (nrt – VBR)

Lưu lượng gói Tổn thất bình thường

Tốc độ bit khả dụng (ABR) Tương thích tốc độ

Không yêu cầu

Hình 1.8 Các thành phần trong cơ cấu đảm bảo chất lượng dịch vụ

1.3.1 Cung cấp QoS

Cơ cấu cung cấp QoS bao gồm ánh xạ QoS, kiểm tra quản lý và dành trước tài nguyên:

 Module ánh xạ QoS: thực hiện chức năng biên dịch giữa các thể hiện QoS sang các mức hệ thống khác nhau

 Module kiểm tra quản lý QoS: chịu trách nhiệm kiểm tra độ khả dụng của nguồn tài nguyên so với các yêu cầu và ra quyết định có cho phép các yêu cầu mới hoặc không

 Module báo hiệu và dành trước tài nguyên: sắp xếp các nguồn tài nguyên thích hợp với các đặc tính QoS của người sử dụng Module quản lý QoS cần dịch vụ này để xác nhận các kiểm tra điều khiển quản lý thành công hoặc không Module ánh xạ QoS cần phải quan tâm tới khả năng của các giao thức báo hiệu trước khi ghép các đặc tính QoS vào mức chất lượng mạng

1.3.2 Điều khiển QoS

Thành phần điều khiển QoS cung cấp điều khiển lưu lượng thời gian thực dựa trên các yêu cầu mức QoS từ giai đoạn cung cấp QoS bao gồm các module:

 Module lập lịch luồng quản lý các luồng chuyển tiếp theo cùng một cách thức ở cả hệ thống cuối và mạng

 Module chia lưu lượng điều chỉnh các luồng lưu lượng dựa trên các mức yêu cầu QoS bao gồm các thuật toán để phân tích và định hướng các luồng tại biên mạng và lập lịch trong mạng để cung cấp hiệu năng cao nhất

 Module chính sách luồng sử dụng trong điều kiện lưu lượng người dùng chuyển qua vùng biên quản lý và cần loại bỏ giám sát

 Module đồng bộ luồng điều khiển các sự kiện tương tác đa phương tiện theo trình tự và thời gian chính xác

Cơ cấu QoS

1 Ánh xạ QoS

2 Kiểm tra quản lý

3 Dành trước tài nguyên

1.3.3 Quản lý QoS

Quản lý QoS để duy trì các mức QoS thỏa thuận theo các module:

 Module kiểm tra QoS: theo dõi các mức QoS đầu ra sẽ được cung cấp hoặc sử dụng, nó chính là cơ sở của thực tế quản lý mạng tính toán tối ưu hiệu năng mạng

 Module khả dụng: cho phép ứng dụng chỉ rõ các tham số QoS giám sát và phản hồi để nhận ra hiệu năng cần thiết

 Module quản lý QoS: so sánh mức QoS kiểm tra với hiệu năng mong muốn và điều khiển tối ưu để đưa ra mức chất lượng dịch vụ Ngoài ra, nó còn đảm trách các vấn đề liên quan tới xử lý và khôi phục lỗi trên liên kết và các nút

 Module phân mức QoS: gồm các phép đo để gia tăng sự phân mức cho kiến trúc QoS, các thành phần trong module như bộ lọc QoS, tập hợp và kiến trúc phân lớp QoS

1.4 KẾT LUẬN

Trong chương này của luận văn tôi giới thiệu về khái niệm QoS, các vấn đề cơ bản và chung nhất về QoS bao gồm: các thành phần thực hiện QoS cũng như các mức QoS end-to-end, các tham số để đánh giá chất lượng dịch vụ QoS như băng thông, độ trễ, biến thiên trễ… và các yêu cầu chung nhất để đảm bảo QoS Khung làm việc chung của chất lượng dịch vụ được trình bày cùng với một số quan điểm nhìn nhận của các tổ chức viễn thông lớn trên thế giới

Chương 2 ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ CHO

MẠNG IP

Khi công nghệ chuyển mạch gói IP là phương thức duy nhất cho mạng Internet toàn cầu như hiện nay, các giải pháp của ngành Công nghệ - Viễn thông đã và đang được phát triển, ứng dụng thử nghiệm trong thời gian gần đây hướng tới mục đích phát triển các giải pháp đảm bảo chất lượng dịch vụ trên nền mạng IP

Mạng IP ở đây là các mạng dữ liệu sử dụng bộ giao thức TCP/IP, hoạt động dựa trên nguyên lý chuyển mạch gói Dữ liệu được truyền tải dưới dạng các gói IP ở tầng mạng (Network Layer)

Mạng IP có tính chất chuyển mạch không kết nối, tức là không có sự chiếm giữ đường truyền cố định dẫn đến việc đảm bảo chất lượng đường truyền trở nên không đơn giản Mạng Internet hiện nay cung cấp dịch vụ trên cơ sở phục vụ theo khả năng tối đa (Best-Effort), tức là mạng chủ sẽ thực hiện những khả năng tốt nhất của mình

mà không có bất cứ một cam kết nào từ phía nhà khai thác về chất lượng dịch vụ Đây chính là nguyên nhân chủ yếu thúc đẩy nghiên cứu mạnh mẽ về QoS IP trong những năm gần đây.[1] – [8]

2.1 GIAO THỨC LIÊN MẠNG (IP – INTERNET PROTOCOL)

Việc mở rộng phạm vi ứng dụng của giao thức TCP/IP hình thành lên các loại mạng IP như: mạng Internet toàn cầu, mạng Intranet, mạng riêng ảo dùng giao thức IP (IP VPN)… TCP/IP là một bộ giao thức trong đó IP là giao thức chủ chốt cung cấp khả năng kết nối các mạng con thành liên mạng để truyền thông tin Việc truyền thông tin trong mạng IP tồn tại dưới ba hình thức: Unicast, multicast và broadcast Vai trò của IP tương tự như tầng mạng trong mô hình ISO:

Hình 2.1 Chồng giao thức TCP/IP

Nhiệm vụ chính của IP là phân phát gói theo kiểu không kết nối (connectionless) và phân mảnh hoặc tái tạo các gói (datagram) để phù hợp với kích thước đơn vị truyền dẫn tối đa MTU (Maximum Transmission Unit) của tầng liên kết

Ethenet, Token-ring, FDDI, X.25, Wireless, Async, ATM, ,…

dữ liệu ở dưới Giao thức IP có tính phổ biến rộng khắp do nó thích ứng với mọi loại giao thức ở hai tầng dưới

Các gói dữ liệu IP được định nghĩa là các datagram Mỗi datagram có phần tiêu

đề (header) chứa các thông tin cần thiết để chuyển dữ liệu Thông tin tiêu đề cần thiết

để hiểu IP Precedence và các thông số QoS Tiêu đề gói IP như sau:

Hình 2.2 Khuôn dạng phần tiêu đề gói IP Vers (4-bit): Chỉ phiên bản hiện hành của IP được sử dụng Với IP thông

thường là IPv4 trên mạng, thế hệ IP tiếp theo là IPv6

Length (4-bit): Chỉ độ dài của phần tiêu đề gói IP tính theo đơn vị 32bit

Precedence (3-bit): Chỉ thị quyền ưu tiên gửi gói IP, trường này có giá trị từ 0

(mức ưu tiên bình thường) tới 7 (mức kiểm soát mạng) quy định việc gửi datagram

 D (delay) (1 bit) – Chỉ độ trễ yêu cầu: D = 1 khi yêu cầu trễ thấp, D = 0 khi

độ trễ bình thường

 T (throughput) (1 bit) – chỉ số thông lượng yêu cầu: T = 1 thông lượng cao,

T = 0 thông lượng bình thường

 R (reliability) (1 bit) – chỉ độ tin cậy yêu cầu: R = 1 độ tin cậy cao, R = 0 độ tin cậy bình thường

Type of Service (ToS ) (8-bit): Kiểu dịch vụ Là chỉ số chất lượng dịch vụ yêu

cầu cho IP datagram, tuy nhiên mạng IP phải có các cơ chế hỗ trợ thì yêu cầu mới được thực hiện Trường này bao gồm những thông tin sau:

Total Length (16-bit): xác định độ dài của gói IP gồm cả phần dữ liệu và phần

tiêu đề

Identification (16-bit): Nhận dạng các datagram được phân đoạn từ cùng một

datagram lớn hơn Nó kết hợp với địa chỉ IP nguồn để nhận dạng

Flags (3-bit): Liên quan đến sự phân mảnh của datagram Trong đó có 2 bit

cuối dùng cho việc phân mảnh các gói IP, chỉ ra gói đó có được phân mảnh hay không

và gói đó có phải là gói cuối cùng hay không Cụ thể như sau:

 0: chưa sử dụng và luôn bằng 0

 DF (Do not Fragment): bằng 0 có nghĩa là cho phép phân mảnh, bằng 1

là không cho phép phân mảnh

 MF (More Fragment): bằng 0 thì đây là đoạn phân mảnh cuối cùng (the last fragment) Bằng 1 đây là phân mảnh tiếp theo (more fragments)

Fragment Offset (13-bit): Chỉ ra vị trí của đoạn trong goid IP để có thể tái tạo

lại datagram gốc

Time to live (TTL – 8 bit): Quy định thời gian tồn tại (tính bằng giây) của gói

trên mạng để tránh tình trạng gói không đến được đích và cứ đi vòng quanh trên mạng Bắt đầu từ trạm gửi nó sẽ đặt giá trị = N (thường =16) cứ đi qua mỗi nút mạng giá trị của trường này sẽ giảm đi 1 Nếu giảm TTL = 0 mà nó vẫn chưa tới đích thì gói sẽ bị hủy tránh tình trạng đi quẩn trên mạng

Protocol (8 bit): Chỉ ra giao thức ở lớp bên trên (ví dụ TCP, EGP hoặc UDP) Checksum (16 bit): Kiểm tra lỗi theo mã dư vòng CRC, chỉ dùng cho phần tiêu

đề gói Trường này luôn được cập nhật khi một gói tin đi qua router trung gian

Source IP Address (32 bit): địa chỉ IP của trạm nguồn (trạm gửi)

Destination IP Address (32 bit): địa chỉ IP của trạm đích (trạm nhận)

IP Option (độ dài thay đổi): Khai báo các tùy chọn do nơi gửi yêu cầu Trường

option không bắt buộc phải có trong mọi datagram và chủ yếu dùng để kiểm tra lỗi trên mạng Option là một phần quan trọng của giao thức IP nên mọi tiêu chuẩn thực hiện dựa trên IP phải bao gồm tiến trình xử lý trường này Độ dài của trường option thay đổi tuỳ thuộc vào các tham số đi kèm Khi các option xuất hiện trong datagram,

nó sẽ kéo dài liên tục mà không có sự ngắt quãng

Padding: Vùng đệm, đảm bảo cho phần tiêu đề luôn kết thúc ở một mốc 32 bits

2.1.2 Địa chỉ IP

Địa chỉ IP chính là sơ đồ địa chỉ hóa để định danh các trạm (host) trong liên mạng Mỗi địa chỉ IP có độ dài 32 bits (đối với IPv4) được tách thành bốn phần (mỗi phần 1 byte) Cách viết phổ biến nhất là biểu diễn dưới dạng thập phân có dấu chấm

để tách giữa các phần Mục đích của địa chỉ IP là để định danh duy nhất cho một host bất kỳ trên liên mạng

Do tổ chức và độ lớn của các mạng con của liên mạng có thể khác nhau, người

ta chia các địa chỉ IP thành 5 lớp kí hiệu A, B, C, D, E với cấu trúc như sau:

Hình 2.3 Các lớp địa chỉ IP

Khuôn dạng địa chỉ IP: mỗi host trên mạng TCP/IP được định danh duy nhất bởi một địa chỉ có khuôn dạng:

<Network Number, Host Number>

- Network number: Phần định danh địa chỉ mạng

- Host number: Phần định danh địa chỉ các trạm làm việc trên mạng đó

2.1.3 Các giao thức định tuyến

Khi đã có địa chỉ IP của trạm nguồn và trạm đích thì gói IP còn phải tìm đường

để tới đích Ở từng chặng, các router làm nhiệm vụ chọn đường hay định tuyến cho các gói và router phải có thông tin về các tuyến, các chặng và tình trạng của mạng nói chung Các giao thức định tuyến được dùng để cập nhật những thông tin đó cho router

Đã có rất nhiều giao thức định tuyến được phát triển cho mạng IP, có thể chia làm hai loại chính:

 Định tuyến theo trạng thái liên kết (link-state routing)

 Định tuyến theo vecto khoảng cách (distance-vector routing)

Với các giao thức định tuyến, mạng có độ tin cậy cao có khả năng tự vượt qua các tắc nghẽn cục bộ và phản ứng nhanh với các tình huống xảy ra

Giao thức phân giải địa chỉ ARP(Address Resolution Protocol) được xây dựng

để chuyển đổi địa chỉ IP sang địa chỉ vật lý (địa chỉ MAC) khi cần thiết (tức là thực hiện ánh xạ giữa địa chỉ IP và địa chỉ MAC của một trạm) Giao thức phân giải địa chỉ ngược RARP (Reverse Address Resolution Protocol) được dùng trong trường hợp ngược lại

Giao thức thông báo điều khiển mạng Internet ICMP (Internet Control Message Protocol) thực hiện truyền thông báo điều khiển (về tình trạng lỗi trên mạng…) giữa các gateway hoặc trạm của liên mạng Một thông báo ICMP được tạo và chuyển cho trạm, trạm sẽ đọc thông báo đó với một IP header và chuyển đến cho router khác hoặc trạm đích

2.1.4 Các cơ chế truyền tải

Hai giao thức ở tầng giao vận là TCP và UDP hoạt động trên IP, tuy nhiên, chúng có những đặc điểm khác nhau Nếu độ trễ được coi trọng hơn độ tin cậy thì sử dụng UDP, ngược lại, sự tin cậy quan trọng hơn thì dùng TCP

TCP (Transmission Control Protocol): là một giao thức “hướng kết nối”

(connection-oriented), nghĩa là cần thiết lập kết nối (logic) giữa một cặp thực thể TCP trước khi chúng trao đổi dữ liệu với nhau

TCP cung cấp khả năng truyền dữ liệu một cách an toàn giữa các máy trạm trong hệ thống các mạng Dữ liệu được truyền theo luồng liên tục, đảm bảo sắp xếp tuần tự các đoạn dữ liệu (segment) Nó cung cấp thêm các chức năng nhằm kiểm tra tính chính xác của dữ liệu khi đến và bao gồm cả việc gửi lại dữ liệu khi có lỗi xảy ra

Một tiến trình ứng dụng trong một host truy nhập vào các dịch vụ của TCP được cung cấp thông qua một cổng (port) Một cổng kết hợp với một địa chỉ IP tạo thành một socket duy nhất trên liên mạng để trao đổi thông tin

UDP (User Datagram Protocol): Ngược lại với TCP, UDP là giao thức kết nối

“không kết nối”, có phần tiêu để nhỏ hơn và ít chức năng hơn nên UDP có xu hướng hoạt động nhanh hơn TCP Ngoài ra, UDP có cơ chế gán và quản lý các số hiệu cổng

để định danh các ứng dụng

2.2 TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ CHO MẠNG IP (QoS IP)

2.2.1 Lịch sử phát triển các mô hình QoS IP

Vào khoảng giữa thập kỷ 1990, các mạng IP hoạt động theo mô hình “nỗ lực tối đa” giống như mạng Internet hiện nay và đang phát triển thành các mô hình dịch vụ phân biệt phức tạp Dưới đây là các bước phát triển của khái niệm QoS từ khoảng giữa thập kỷ 90 tới nay [19]:

Hình 2.4 Các bước phát triển của mô hình QoS [12]

Mô hình IP

nỗ lực tối đa

Mô hình dịch vụ tích hợp

Mô hình dịch vụ phân biệt

Kỹ thuật lưu lượng

và VPN QoS

Điều khiển QoS thông minh, tự động

QoS là công cụ bảo mật

Vào tháng 6 năm 1994, lần đầu tiên khi IETF phát hành RFC 1633 với nỗ lực tiêu chuẩn hóa chất lượng dịch vụ IP RFC 1633 đưa ra mô hình dịch vụ tích hợp IntServ (Integrated Sevices) và tập trung vào giao thức dành trước tài nguyên RSVP (Resource Reservation Protocol) [19] RSVP báo hiệu các yêu cầu về trễ và băng thông cho các phiên riêng biệt tới từng nút dọc theo tuyến đường mà gói đi qua Trong môi trường không gian lớn như Internet, điều gây trở ngại lớn khi hoạt động là tại thời điểm khởi tạo RSVP yêu cầu các nút dự trữ tài nguyên, vì số lượng các bộ định tuyến, thiết bị chuyển mạch lớn và đa dạng

Đứng trước những thách thức này, một tập tiêu chuẩn về chất lượng dịch vụ IP của

mô hình dịch vụ phân biệt được đưa ra Mô hình DiffServ (Differentiated Services) định nghĩa các kỹ thuật dấu gói như thứ tự ưu tiên IPP (IP Precendence) và nút kế tiếp của nó, các điểm mã dịch vụ phân biệt DSCP (Differentiated Services Code Points) phù hợp với các hành vi bước kế tiếp PHB (Per-Hop Behaviors) cho các kiểu lưu lượng

Cả hai mô hình IntServ và DiffServ đều đưa ra các giải pháp hoàn thiện và các thành phần của hai mô hình có thể tổ hợp để cung cấp các ứng dụng tổng quát nhất cho miền rộng các lưu lượng và kiểu ứng dụng [17], [19]:

Mô hình dịch vụ tích hợp Mô hình dịch vụ phân biệt

IntServ sử dụng khái niệm dựa trên

luồng cùng với giao thức báo hiệu

(RSVF) dọc theo đường dẫn gói tin

Trong giai đoạn đầu khởi tạo, mô

hình IntServ bị hạn chế bởi vấn đề mở

rộng vì rất nhiều luồng lưu lượng cần

phải quản lý trong mạng đặc biệt là

mạng đường trục

DiffServ sử dụng phương pháp đánh dấu gói để phân loại và ứng xử với từng gói theo các hành vi độc lập

Dù DiffServ có tính mềm dẻo lớn nhưng mô hình này không cung cấp đảm bảo băng thông cho các gói trong cùng một luồng lưu lượng

Hình 2.5 Dịch vụ IntServ và dịch vụ DiffServ [19]

Các dịch vụ tích hợp Theo trạng thái luồng Giao thức báo hiệu RSVF

Các dịch vụ phân biệt Không trạng thái, Hành vi bước kế tiếp

Các kỹ thuật QoS ngày càng được chú trọng nhiều hơn vào cuối những năm

1990 và trở thành vấn đề quan trọng khi tương thích với các công nghệ mạng tiên tiến

là công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS (Multiprotocol Label Switching)

và công nghệ mạng riêng ảo VPN (Virtual Private Network) [19]

Trong khoảng thời gian gần đây, các chiến lược phát triển mô hình chất lượng dịch vụ IP tập trung vào tính đơn giản và tự động, với mục tiêu cung cấp các kỹ thuật đảm bảo QoS thông minh trên mạng IP Công nghệ QoS ngày càng đưa ra các mục tiêu quản lý chất lượng chi tiết và rộng hơn, có thể giải quyết các vấn đề chất lượng dịch vụ

IP ở những cấu hình phức tạp Các nhà quản trị mạng muốn xu hướng quản lý QoS càng đơn giản càng tốt và phát triển QoS theo hướng công cụ bảo mật hệ thống [8]

2.2.2 Các tham số cơ bản ảnh hưởng tới QoS IP thực tế

Tiến tới một chuẩn mực chung cho việc đảm bảo chất lượng dịch vụ, chúng ta cần phải xây dựng cách đánh giá khách quan dựa trên những tham số đặc trưng khách quan liên quan tới các dịch vụ trên nền mạng IP Theo khuyến nghị của I.380 ITUT một số tham số đánh giá hiệu năng truyền gói IP như sau:

 Trễ truyền gói IP (IP Packet Transfer Delay – IPTD): Thường gọi là trễ mạng hoặc trễ đầu cuối tới đầu cuối Trễ cho một datagram hoặc phân đoạn cuối giữa hai điểm tham khảo Liên quan đến trễ truyền gói IP, hai tham số quan trọng cần được quan tâm là trễ trung bình và biến thiên trễ

 Tỷ lệ lỗi gói IP (IP Packet Error Ratio – IPER): Là tham số tính theo tỷ lệ của các gói tin IP lỗi trên tổng số gói tin IP nhận được:

errNerr + Nsuc

N IPER

Ntran

 (2.2) Trong đó:

Nloss: Số lượng gói tin bị mất Ntran: Số lượng gói tin được truyền

Các ứng dụng trên IP thường tính trên 3 khía cạnh ảnh hưởng tỷ lệ mất gói: Giá trị ngưỡng của tỷ lệ mất gói, dung sai và ảnh hưởng của tỷ lệ mất gói đối với hiệu năng ứng dụng

Một số vấn đề liên quan tới chất lượng dịch vụ IP được nhìn nhận từ phía người sử dụng là ứng dụng chậm, các ứng dụng video có chất lượng thấp, thời gian chuyển giao và truyền tải lưu lượng lớn có thời gian dài Nhìn từ góc độ mạng, những vấn đề nêu trên có thể định lượng qua các tham số QoS của mạng: Băng thông, mất gói, độ trễ gói và điều khiển quản lý

(i) Băng thông

Sự thiếu hụt băng thông trong mạng Internet thường xuyên xảy ra do nhiều nguyên nhân: Bản thân nguồn tài nguyên mạng không đủ đáp ứng hay các luồng lưu lượng cùng tranh cấp một số tài nguyên Băng thông của đường định tuyến bằng giá trị băng thông của liên kết trên đường định tuyến có băng thông nhỏ nhất Băng thông khả dụng bằng băng thông của đường định tuyến chia cho số luồng lưu lượng Hình 2.6 cho ta một ví dụ về cách tính băng thông đường định tuyến (BWmax) và băng thông khả dụng (BWavail)

BWmax = min(10Mbps, 256Kbps, 512Kbps, 100Mbps) = 256Kbps

BWavail = BWmax / Flows

Hình 2.6 Băng thông khả dụng

Một số giải pháp giải quyết vấn đề sử dụng băng thông:

 Tăng dung lượng liên kết để phù hợp với các ứng dụng và người sử dụng với một số lượng băng thông dư Hạn chế của giải pháp này là thời gian, tiền, giới hạn của công nghệ trong quá trình nâng cấp hệ thống

 Phân loại lưu lượng thành các lớp QoS và ưu tiên các luồng lưu lượng quan trọng

 Nén dữ liệu cần truyền Việc nén dữ liệu có thể thực hiện bằng phần cứng hoặc phần mềm qua các thuật toán nén Vấn đề khó khăn trong giải pháp này là quá trình nén và giải nén sẽ làm tăng thời gian trễ vì độ phức tạp của thuật toán nén

 Nén tiêu đề gói tin Giải pháp này đặc biệt hiệu quả tại môi trường truyền thông mà các gói tin có tỷ số kích thước tiêu đề/tải tin lớn TCP và RTP sử dụng phương pháp này

(ii) Độ trễ gói

Độ trễ gói, hay còn gọi là trễ từ đầu cuối tới đầu cuối, là thời gian từ khi bên gửi bắt đầu gửi gói tin đến khi bên nhận nhận được toàn bộ gói tin Trễ gói là tổng của các trễ lan truyền (thời gian truyền gói qua liên kết) trên các liên kết và trễ xử lý-đợi (thời gian chuyển gói tin

từ giao diện đầu vào tới giao diện đầu ra - thời gian gói tin nằm chờ tại hàng đợi) ở các bộ định tuyến trên đường định tuyến Ở ví dụ Hình 2.7, đường định tuyến bao gồm bốn liên kết với ba bộ định tuyến, trễ gói là tổng các trễ lan truyền trên bốn liên kết (P1, P2, P3, P4) và trễ xử lý-đợi của ba bộ định tuyến (Q1, Q2, Q3)

Delay = P1 + Q1 + P2 + Q2 + P3 + Q3 + P4 = X ms

Hình 2.7 Trễ tích lũy từ đầu cuối tới đầu cuối

Trễ lan truyền có giá trị cố định phụ thuộc vào phương tiện truyền trong khi trễ xử lý-đợi có giá trị thay đổi do các điều kiện thực tế của mạng Trễ lan truyền chỉ phụ thuộc vào băng thông khả dụng của liên kết Trễ xử lý phụ tuộc vào các yếu tố: Tốc độ xử lý, mức

độ chiếm dụng CPU, phương thức chuyển mạch IP, kiến trúc bộ định tuyến và các đặc tính cấu hình giao diện đầu vào và đầu ra Trễ hàng đợi phụ thuộc vào số lượng, kích thước các gói tin trong hàng đợi và băng thông khả dụng trên liên kết đầu ra của bộ định tuyến và còn phụ thuộc vào kỹ thuật quản lý hàng đợi

Hình 2.8 Trễ xử lý và hàng đợi

Một số giải pháp cải thiện thời gian trễ như:

 Tăng dung lượng liên kết để các gói không phải đợi trước khi truyền dẫn Tăng băng thông sẽ làm giảm trễ nối tiếp nhưng lại làm tăng giá thành hệ thống khi nâng cấp

 Sử dụng các hàng đợi ưu tiên Giải pháp này hiệu quả hơn

 Nén tải và nén tiêu đề gói tin là một giải pháp có ưu – nhược điểm trái ngược cùng tồn tại Nén tải làm kích thước gói nhỏ đi, thời gian trễ thấp, nhưng các kỹ thuật nén sẽ làm gia tăng trễ

(iii) Mất gói

Tham số này cho biết tỷ lệ phần trăm số gói IP bị mất trên tổng số toàn bộ gói IP đầu gửi đã chuyển vào mạng cho phía đầu nhận Mất gói thường xảy ra khi các bộ định tuyến tràn không gian đệm Gói có thể bị loại bỏ tại hàng đợi đầu vào vì bộ xử lý tắc nghẽn và hàng đợi đầu vào đầy, và bị loại bỏ tại đầu ra vì bộ đệm đầu ra đầy

Hình 2.9 Mất gói vì hiện tượng tràn bộ đệm đầu ra

Tăng dung lượng liên kết giúp giảm mất gói Ngoài ra, chúng ta có thể sử dụng một

số giải pháp sau đây cho việc giảm mất gói:

 Chống tắc nghẽn bằng phương pháp loại bỏ gói sớm trước khi có hiện tượng tắc nghẽn xảy ra

 Chia cắt lưu lượng và trễ lưu lượng thay vì loại bỏ gói (giải pháp này thường được sử dụng cùng các hàng đợi phân lớp và có thứ tự ưu tiên)

 Đảm bảo băng thông và tăng không gian đệm để tương thích với các ứng dụng có độ bùng nổ lưu lượng cao Các kỹ thuật hàng đợi thường sử dụng hiện nay là hàng đợi ưu tiên, hàng đợi theo yêu cầu, hàng đợi cân bằng trọng

số và hàng đợi phân lớp

 Chính sách lưu lượng có thể giới hạn tốc độ của các gói tin ít quan trọng hơn nhằm cung cấp chất lượng dịch vụ tốt nhất cho gói tin có yêu cầu cao Tóm lại, khi xem xét đến đảm bảo chất lượng cho một dịch vụ trên nền mạng

IP, chúng ta cần định nghĩa cụ thể tập hợp những tham số QoS khách quan cùng với phương thức phù hợp cho sự ràng buộc tham số đó Bên cạnh đó, mục tiêu đảm bảo chất lượng dịch vụ cũng cần làm rõ

2.3 CÁC CHỨC NĂNG CHUNG CỦA QoS IP

Để đảm bảo QoS, các bộ định tuyến IP cần có các chức năng được chỉ ra trong hình vẽ dưới đây sắp xếp theo hướng đi của luồng dữ liệu từ đầu vào tới đầu ra của bộ định tuyến

Hình 2.10 Các chức năng đảm bảo QoS của bộ định tuyến IP

Hai nhiệm vụ của bộ định tuyến là phân loại gói và xử lý gói theo loại đã được phân chia Nhiệm vụ thứ nhất bao gồm các khối chức năng đánh dấu gói và phân loại gói Nhiệm vụ thứ hai gồm các khối chức năng chính sách lưu lượng, quản lý hàng đợi tích cực, lập lịch gói và chia cắt lưu lượng

(i) Đánh dấu gói tin IP

Chức năng đánh dấu gói đặt các bít nhị phân vào trường chức năng đặc biệt của tiêu đề gói tin IP nhằm phân biệt kiểu của gói tin IP với các gói tin IP khác Các gói tin

đã được đánh dấu khi đến một cổng đầu vào vẫn có thể được đánh dấu lại nếu các giá trị đã được đánh dấu vi phạm chính sách của bộ định tuyến đang thực hiện chuyển gói

Ví dụ, nếu một gói được chuyển qua nhiều vùng dịch vụ phân biệt, các gói tin sẽ được đánh dấu nhiều lần để phù hợp với các thỏa thuận mức dịch vụ SLA giữa các vùng Trường hợp các gói tin chưa được đánh dấu sẽ được đánh dấu để nhận giá trị phù hợp với chính sách của bộ định tuyến

(ii) Phân loại gói tin IP

Phân loại gói được sử dụng để nhóm các gói IP theo luật phân lớp dịch vụ Các gói IP được lựa chọn trên các trường chức năng của tiêu đề IP sử dụng cho đánh dấu gói IP Phân loại gói tin IP thường sử dụng hai phương pháp:

 Phân loại đa trường MF (Multi-Field)

Trong phương pháp này, các gói tin được phân loại dựa trên tổ hợp các giá trị của một hoặc nhiều trường chức năng trong tiêu đề IP Bên cạnh đó, các tham số khác như nhận dạng giao diện cổng vào cũng có thể sử dụng cho mục đích phân loại

Hình 2.11 Phương pháp phân loại gói đa trường chức năng

 Phân loại kết hợp hành vi BA (Behavior Aggregate)

Phương pháp này thực hiện phân loại các gói dựa trên trường chức năng chứa giá trị điểm mã dịch vụ phân biệt DSCP

Hình 2.12 Phương pháp phân loại gói theo kết hợp hành vi

(iii) Chính sách lưu lượng

Chính sách lưu lượng được sử dụng nhằm kiểm tra các luồng lưu lượng gói tin

IP đến trên các cổng đầu vào của bộ định tuyến có phù hợp với các tốc độ lưu lượng

đã được thỏa thuận và xác định hay không

Chính sách lưu lượng kiểm tra tốc độ lưu lượng đầu vào theo tốc độ thông tin cam kết CIR (Committed Information Rate), tốc độ thông tin đỉnh PIR (Peak Information Rate) và một số tham số phụ như kích thước bùng nổ đỉnh PBS (Peak Burst Size), kích thước bùng nổ cam kết (Committed Burst Size), kích thước bùng nổ vượt ngưỡng EBS (Excess Burst Size)

(iv) Quản lý hàng đợi tích cực

Quản lý hàng đợi tích cực AQM (Active Queue Management) là một kỹ thuật điều khiển chống tắc nghẽn Ý tưởng chính của kỹ thuật này là dự đoán trước khả năng tắc nghẽn và đưa ra một số hoạt động điều khiển để chống lại hoặc giảm thiểu khả năng tắc nghẽn Ba kỹ thuật cơ bản thường áp dụng trong quản lý hàng đợi là loại

bỏ gói sớm ngẫu nhiên RED (Random Early Discarding), loại bỏ gói sớm ngẫu nhiên theo trọng số WRED (Weighted Random Early Discarding) và thông báo tắc nghẽn rõ ràng ECN (Explicit congestion Notification)

Hai kỹ thuật RED và WRED liên quan tới các hoạt động trong hàng đợi, không liên quan trực tiếp tới thiết bị đầu cuối ECN đưa ra cách tiếp cận liên quan trực tiếp tới thiết bị đầu cuối

(v) Lập lịch cho gói tin

Lập lịch cho gói tin IP thực hiện thiết lập thứ tự cho các gói ra khỏi hàng đợi, dựa trên đặc tính của cổng đầu ra, các gói tin sẽ được phân bố và chuyển tới đầu ra theo luật Kỹ thuật lập lịch là mấu chốt trung tâm của chất lượng dịch vụ và là thước

đo công nghệ giữa các nhà cung cấp khác nhau

Một số kiểu lập lịch thường sử dụng là vào trước ra trước FIFO (First in - First out), hàng đợi ưu tiên PQ (Priority Queuing), hàng đợi cân bằng FQ (Fair Queuing), hàng đợi quay vòng theo trọng số WRR (Weighted Round Robin), hàng đợi cân bằng

Phân loại kết hợp hành vi BA

Két hợp hành vi BA