Luận văn, khóa luận tốt nghiệp, báo cáo là sản phẩm kiến thức, là công trình khoa học đầu tay của sinh viên, đúc kết những kiến thức của cả quá trình nghiên cứu và học tập một chuyên đề, chuyên ngành cụ thể. Tổng hợp các đồ án, khóa luận, tiểu luận, chuyên đề và luận văn tốt nghiệp đại học về các chuyên ngành: Kinh tế, Tài Chính & Ngân Hàng, Công nghệ thông tin, Khoa học kỹ thuật, Khoa học xã hội, Y dược, Nông - Lâm - Ngữ... dành cho sinh viên tham khảo. Kho đề tài hay và mới lạ giúp sinh viên chuyên ngành định hướng và lựa chọn cho mình một đề tài phù hợp, thực hiện viết báo cáo luận văn và bảo vệ thành công đồ án của mình
Trang 1Đồ án tỗt nghiệp
MỤC LỤC CÁC THUAT NGU VIET TAT
DANH MUC BANG BIEU VA HiN LỜI NÓI ĐẦU -©22 52ccccccee
CHUONG 1 TONG QUAN VE CHÁT LƯỢNG DỊCH VỤ QOS 7 1.1.CHÁT LƯỢNG DỊCH VỤ QoS VÀ CÁC THAM SÓ Qo6 7 1.1.1 Các vấn đề chung của chất lượng dịch vụ QoS
1.1.2 Cấp độ dịch vụ GoS (Grade of Service)
1.1.3 Kiểu dịch vụ ToS và lớp dịch vụ CoS
1.1.4 Các tham số chất lượng dịch VỤ - xxx nh ninh nến 12 1.2 CÁC YÊU CÀU CHÁT LƯỢNG DỊCH VỤ -2¿ ©5252 14 1.3 CAC VAN ĐÈ ĐẺ ĐẢM BẢO QoS
1.3.1 Cung cấp QoS -c-+scce2 "
1.3.2 Điều khiển QoS - 2 c Sẻ Stx2 E1 E231 112111121111111111111111111 111116 16
“mo áo
CHƯƠNG 2 KỸ THUẬT ĐÁM BẢO CHÁT LƯC 2.1 GIOI THIEU TONG QUAN VE QOS IP
2.1.1 Lịch sử phát triển các mô hình QoS cho mạng IP
2.1.2 Các tham số chất lượng dịch vụ ÏP - - 5c ssxs*sssvesrxrrrsrrsrree
2.1.3 Một số tham số cơ bản ảnh hưởng tới QoS IP thực tế 2.2 CAC YEU CAU CHUC NANG CHUNG CUA IP QOS
2.3 CAC KY THUAT DAM BAO CHAT LUONG DICH VU IP
2.3.1 K¥ thuat do luu luong va mau hoa lu long eee eeeeeeeeeeeeeeeeeeees 28
2.3.2 Kỹ thuật quản lý hang doi tich CUC 2.0 eee eeeeeeeeeteceteeeeeceeeeeeeeeeeeeeeaeens 32 2.3.3 Kỹ thuật lập lịch cho gói tin
2.3.4 Kỹ thuật chia cắt lưu lượng we
CHƯƠNG 3 MƠ HÌNH ỨNG DỤNG ĐÁM BÁO QøS IP - 5+: 39 3.1 MƠ HÌNH TÍCH HỢP DỊCH VỤ INTSERV 2-2252 39
3.1.1 Các yêu cầu chức năng chung của IntServ 3.1.2 Giao thức dành trước tài nguyên RSVP
3.2 MO HINH PHAN BIET DICH VU DIFFSERV
3.2.1 Téng quan vé kién tric DiffServ c.cccccecceseessessessessessesesseesessessessessesseesees 3.2.2 Mién phan biét dich vu DS va diém ma phan biét dich vu DSCP 3.2.3 Cac phương pháp xử lý gói trong DiffServ
Trang 2Đồ án tốt nghiệp Từ viết tắt AF AL AQM ATM BA B-ISDN CBR CBS CIR CoS DiffServ DLL DS DSCP ECN EF ETSI FIFO FLOWSPEC FQ GoS IETF IntServ IPLR IPTD IPER ISO ITU-T MF MoS MPLS NL NNI PBS PHB PIR
CAC THUAT NGU VIET TAT
Giải nghĩa tiếng Anh Assured Forwarding
Application Layer
Active Queue Management
Asychronous Transfer Mode
Behavior Aggressive Broadband ISDN Constant Bit Rate Committed Burst Size Committed Information Rate Class of Service
Differential Service
Data Link Layer Different Service
Differential Service Code Point
Explicit Congestion Notification Expedited Forwarding European Telecommunications Standards Institute First In First Out Flow Specification Fair Queueing Grade of Seviche Internet Engineering Task Force Intergrated Service IP Loss Rate IP Packet Transfer Delay IP Error Rate
International Standard Organization International Telecommunication Union Multi Fields
Mean of Score
Multi Protocol Label Switching Network Layer
Network Node Interface Packet Burst Size Per Hop Behavior Peak Information Rate
Giải nghĩa tiếng Việt Chuyên tiếp đảm bảo
Lớp ứng dụng
Quản lý hàng đợi hoạt động
Phương thức truyền tải không đồng bộ Kêt hợp hành vi Mạng tích hợp đa dịch vụ băng rộng Tốc độ bit có định Kích thước bùng nỗ cam kết Tốc độ thông tin cam kết Lớp dịch vụ Dịch vụ phân biệt Lớp liên kết dữ liệu Dịch vụ phân biệt
Điểm mã dịch vụ phân biệt Thông báo tắc nghẽn hiện
Chuyên tiếp nhanh
Viện tiêu chuẩn viễn thông châu âu Hàng đợi vào trước ra trước Đặc tính luồng Hàng đợi cân bằng Cấp độ dịch vụ Uỷ ban thực thi kỹ thuật Internet Dịch vụ tích hợp Tỷ lệ tốn thất gói IP Trễ truyền tải gói tin IP
Tỷ lệ lỗi gói tin IP
Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế
Hiệp hội viễn thông quốc tế
Đa trường
Trang 3Đồ án tốt nghiệp PQ QoS RED RFC RSVP SE SLA srTCM TCA TL ToS trTCM Priority Queueing Quality of Service Random Early Discarding Request For Comments Resource reservation protocol Shared Explicit
Service Level Argreement Single rate Three Color Marker Traffic Conditioning Agreement Transmission Layer
Type of Service
Single rate Three Color Marker
Undefined Bit rate
User Network Interface
Variable Bit Rate Wildcard Filter
Weighted Fair Queueing
Weighted Random Early Discarding
Weighted Round Robin
Hàng đợi ưu tiên Chất lượng dịch vụ Loại bỏ gói sớm Các yêu cầu cần trả lời
Giao thức dành trước tài nguyên Chia sẻ hiện
Thoa thuận mức dịch vụ
Bộ đánh dấu 3 màu tốc độ đơn
Thoả thuận điều kiện lưu lượng
Lớp truyền dẫn
Kiểu dịch vụ
Bộ đánh dấu 3 màu hai tốc độ
Trang 4Đồ án tốt nghiệp
DANH MUC BANG BIEU VA HiNH VE
Hình 1.1: Các khía cạnh của chất lượng dich VỤ 5á SH HH như
Hình 1.2: Trường kiểu dịch vụ trong tiêu đề IPv4
Hình 1.3: Các thành phần trong cơ cấu đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS
Hình 2.1: Các bước phát triển của mô hình QoS
Hình 2.2: Tích hợp dịch vụ IntServ và phân biệt dịch vụ DiffServ Hình 2.3: Băng thông khả dụng
Hình 2.4: Trễ tích luỹ từ đầu cuối tới đầu cud Hình 2.5: Trễ xử lý va hang doi
Hình 2.6: Tổn thất gói vì hiện tượng tràn bộ đệm đầu ra
Hình 2.7: Các yêu cầu chức năng cơ bản của một bộ định tuyến IP Hình 2.8: Phương pháp phân loại gói đa trường chức năng Hình 2.9: Phương pháp phân loại gói theo hành vi kết hợp BA Hình 2.10: Nguyên lý quản lý hàng đợi thụ động
Hình 2.11: Sơ đồ nguyên lý của lập lịch gói tin IP
Hình 2.12: Khoảng thời gian CIR và CBS
Hình 2.13: Gáo C, gáo E và chế độ mù màu srTCM Hình 2.14: Chế độ hoạt động rõ màu srTCM
Hình 2.15: Gáo rò C, P và chế độ hoạt động mù màu trTCM
Hình 2.16: Chế độ hoạt động rõ màu trTCM
Hình 2.17: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của RED Hình 2.18: Hoạt động thông báo tắc nghẽn hiện EC Hình 2.19: Hàng đợi ưu tiên PQ
Hình 2.20: Hàng đợi công bằng FQ
Hình 2.21: Hàng đợi quay vòng theo trọng số WRR Hình 2.22: Chia cắt lưu lượng thuần
Hình 2.23: Chia cắt lưu lượng bùng nỗ kiểu gáo rò
Hình 3.1: Mô hình tích hợp dịch vụ Intserv Hình 3.2: Nguyên lý hoạt động của RSVP Hình 3.3: Các kiều dành trước tài nguyên
Hình 3.4: Khuôn dạng bản tin RSVP và tiêu đề chung RSVP Hình 3.5: Khuôn dạng bản tin đối tượng RSVP
Hình 3.6: Khuôn đạng đối tượng kiểu
Hình 3.7: Cầu trúc bản tin Path va Resv trong RSVP Hình 3.8: Mô hình các bước phân biệt dịch vụ DiffServ Hình 3.9: Xử lý gói trong mô hình DiffServ
Hình 3.10: Miền phân biệt dịch vụ DS
Hình 3.11: Cấu trúc của trường phân biệt dịch vụ DS
Hình 3.12: Xử lý chuyển tiếp nhanh EF PHB
Hình 3.13: Các phân lớp chuyên tiếp dam bao AF PHB
Hình 3.14: Dịch vụ phân biệt với PHB và TCA
Hình 3.15: Thực hiện phân bổ nhãn qua RSVP-TE
Hình 3.16: Cấu trúc bản tin RSVP-TE
Trang 5Đồ án tỗt nghiệp
Bảng I.4: Các vùng dịch vụ của B-ISDN Bang 1.5: Phân vùng dịch vụ theo diễn đàn ATM Bang 3.1: Các bit sử dụng cho điều khién chia sé
Bảng 3.2: Các bit sử dụng cho điều khiển lựa chọn máy gửi
Trang 6Đồ án tỗt nghiệp Tổng quan về chất lượng dịch vụ
LỜI NÓI ĐÀU
Chất lượng dịch vụ mạng luôn là một vấn đề quan tâm của cả người sử dụng dịch vụ và nhà cung cấp dịch vụ Cùng với sự phát triển bùng nổ các dịch vụ trên nền IP 1a
hàng loạt các yêu cầu và giải pháp kỹ thuật nhằm cái thiện chất lượng dịch vu IP Sy phát triển mạnh mẽ của các giải pháp đã làm thay đổi rất lớn trong lĩnh vực này thậm chí cả những vấn đề khái niệm và định nghĩa
Cuốn đồ án này gồm 3 chương với nội dung như sau:
Chương 1 : Tổng quan về chất lượng dịch vụ QoS
Chương 2 : Kỹ thuật đảm bảo chất lượng dịch vụ IP Chương 3 : Mô hình ứng dụng đảm bảo QoS IP
Nội dung chính của 3 chương tập trung vào các khía cạnh cơ bản của vấn đề QoS IP.Tiếp cận hướng từ những khái niệm và cấu hình chung nhất tới những giải pháp kỹ thuật thường sử dụng trong mạng IP hiện nay Các mô hình và xu hướng cải thiện chất lượng dịch vụ IP cũng sẽ được trình bày nhằm giúp người đọc thâu tóm các đặc điểm
cơ bản, ưu nhược điểm của một số giải pháp hiện thời.!
Do hạn chế về thời gian và kiến thức , đồ án tốt nghiệp của Em còn nhiều thiếu
sót Kính mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các Thầy Cô và các Bạn để đề tài
của Em được hoàn thiện hơn
Để hoàn thành được đồ án tốt nghiệp này Em xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô trong trường Đại Học Dân Lập Phương Đông cũng như các trường đại học khác đã giảng dạy và chỉ bảo Em suốt những năm qua đề Em có kiến thức hoàn thành đồ án tốt nghiệp này
Qua đây , Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Th.S Nguyễn Đức Minh đã tận tình chỉ bảo , giúp đỡ Em hiểu rõ hơn về van đề QoS trong mang IP Em cũng xin cam
Trang 7Đồ án tỗt nghiệp Tổng quan về chất lượng dịch vụ
CHƯƠNG 1
TỎNG QUAN VÈ CHÁT LƯỢNG DỊCH VỤ QoS
Chương đâu tiên của cuồn đồ án này giới thiệu các vấn đề tổng quan về chất lượng dịch vụ QoS, phương pháp tiếp cận trong chương này đi từ các thuật ngữ, định nghĩa,
yêu câu và các vấn đề cơ bản của chất lượng dịch vụ tới các mô hình và cơ cấu khung
làm việc của chất lượng dịch vụ QoS trong mạng chuyển mạch gói nói chung, các vấn dé chung sẽ được chỉ tiết hoá trong các chương tiếp theo
1.1 CHAT LUQNG DICH VU QoS VA CAC THAM SO QoS
1.1.1 Các vấn đề chung của chất lượng dịch vụ QoS
Chất lượng dịch vụ QoS là một khái niệm rộng và có thể tiếp cận theo nhiều hướng
khác nhau Theo khuyến nghị E 800 ITU-T chat lượng dich vu la “M6t tap cdc khia
canh cua hiéu nang dich vu nhằm xác định cấp độ thoả mãn của người sử dụng đối với dịch vụ ” ISO 9000 định nghĩa chất lượng là “cáp độ của một tập các đặc tính vốn có
đáp ứng đây đủ các yêu cầu” 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 hoá dịch vụ và hiệu năng tông thê của mạng cho mỗi loại dịch vụ
Một tính chất chung của chất lượng dịch vụ là: “Hiệu ứng chung của đặc tính chất lượng dịch vụ là xác định mức độ hài lòng của người sử dụng đối với dich vu” Ngoài
ra, QoS mang một ý nghĩa 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
su dung” Chat lượng dịch vụ QoS được nhìn nhận từ hai khía cạnh: phía người sử
dụng dịch vụ và phía mạng
Từ khía cạnh người sử dụng dịch vụ, 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) 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 chỉ có thể được xác định bởi người sử dụng, bởi vì chỉ người sử dụng mới có thé biết được chính xác ứng dụng của
mình cần gì đề hoạt động tốt Tuy nhiên, không phải người sử dụng tự động biết được
mạng cần phải cung cấp những gì cần thiết cho ứng dụng, họ phải tìm hiểu các thông tin cũng cấp từ người quản trị mạng và chắc chắn rằng, mạng không thể tự động đặt ra
QoS can thiét cho một ứng dụng của người sử dụng MOS dao động từ mức (1-tôi) đến
mức (5- xuất sắc) và các nhà cung cấp dịch vụ dựa vào mức MOS này đề đưa ra mức
chất lượng dịch vụ phù hợp cho dịch vụ của mình
Khuyến nghị ITU-T G107 phát triển mô hình E để đánh giá chất lượng dịch vụ
thoại qua IP là một mô hình ưu việt trong phát triển kế hoạch truyền dẫn, kết quả của
Trang 8Đồ án tốt nghiệp Tổng quan về chất lượng dịch vụ mô hình E là một giá trị truyền dẫn chung gọi là nhân tố tốc độ truyền dẫn R (Transmission Rating Factor) thé hiện chất lượng đàm thoại giữa người nói và người nghe R dao động từ 1 đến 100 tuỳ thuộc vào các sơ đồ mạng cụ thể Giá trị R càng lớn thì mức chất lượng dịch vụ càng cao Đối với dịch vụ thoại qua IP, mô hình E là một
công cụ đắc lực để đánh giá chất lượng dịch vụ Mô hình E có thể được sử dụng để
hiểu các đặc điểm của mạng và thiết bị ảnh hưởng như thế nào đến chất lượng thoại trong mang VoIP Cac yéu t6 anh huong dén sự suy giảm R là loại mã hoá, độ trễ, tiếng đội, mất gói, và thuật toán mã hoá thông tin Giá trị đầu ra của mô hình E có thể chuyển thành giá trị MOS tương ứng đề đánh giá chất lượng dịch vụ [1]
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 kiều năng lực mạng để cung cấp chất lượng dịch vụ trong mạng chuyên mạch gói
" Thứ nhất, mạng chuyền mạch gói phải có khả năng phân biệt các lớp dịch vụ
" Thứ hai, một khi mạng có các lớp dịch khác nhau, mạng phải có cơ chế ứng xử khác nhau với các lớp bằng cách cung cấp các đám báo tài nguyên và phân biệt
dịch vụ trong mạng
Hình 1.1 dưới đây chỉ ra các đặc điểm cơ bản của chất lượng dịch vụ
Người sử dụng đầu cuối Mạng chuyển mạch gói Người sử dụng đầu cuối <> Mức độ chấp nhận 1 Khả năng phân lớp dịch vụ dich vu 2 Khả năng cung cấp dịch vu theo lớp ¥ m Phân tích Kiểm tra m Mô hình hố và mơ phồng m Ðo kiểm Các tham số mạng Ỷ @ Mất gói ® Độ trễ MOS - E Model AMA | e Trượt thời gian ® Khả năng tắc nghẽn
Hình 1.1: Các khía cạnh của chất lượng dịch vụ
Các phương pháp cơ bản để xác định chất lượng dịch vụ mạng bao gồm quá trình
phân tích lưu lượng và các điều kiện của mạng, thông qua các bài tốn được mơ hình hố hoặc đo kiểm trực tiếp các thông số mạng để đánh giá các tiêu chuẩn khách quan Mức độ chấp nhận dịch vụ từ phía người sử dụng có thể được kiểm tra qua các thông
Trang 9Đồ án tốt nghiệp Tổng quan về chất lượng dịch vụ số mạng như khả năng tốn thất gói, độ trễ, trượt và xác suất tắc nghẽn Số lượng và đặc tính các tham số chất lượng phụ thuộc rất lớn vào cơ cấu mạng cung cấp dịch vụ
Một khung làm việc chung của kiến trúc chất lượng dịch vụ QoS được nhìn từ khía
cạnh mạng gồm có:
"Các phương pháp đề yêu cầu và nhận các mức của dịch vụ qua các hình thức thỏa thuận mức dịch vụ SLA (Service Level Agreements) Một SLA là định dạng yêu
cầu mức dịch vụ gồm có các tham số QoS như băng thông, độ trễ Các thỏa thuận này
là một hình thức giao kèo dịch vụ giữa khách hàng và nhà cung cấp dịch vụ Các nhà cung cấp dịch vụ cần SLA đề hướng lưu lượng đầu vào của khách hàng tới mạng phù hợp, còn người sử dụng cần SLA để hiểu các ứng dụng của mình nhận được các mức
địch vụ như thế nào
" 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 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.Phân
loại lưu lượng có thể sử dụng ở lớp liên kết, lớp mạng, truyền tải hoặc các lớp khác cao hơn Phương pháp sắp xếp cho luồng lưu lượng qua mạng trong một chừng mực nào đó mà có thể đảm bảo thoả thuận các mức dịch vụ sử dụng, bằng các phương pháp định tuyến trên nền tảng QoS
" Các 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 bat loi anh hưởng tới mức dịch vụ Quản lý tắc nghẽn cho phép các thành phần mang dé điều khiển tắc nghẽn bằng cách xác định thứ tự trong các gói được truyền đi dựa vào các quyền ưu tiên hoặc là các mức dịch vụ gán cho các gói tin đó Nó cần tạo ra hàng đợi, chỉ định các gói tin tới hàng đợi và thiết lập các gói tin trong hàng đợi 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 Cắt giảm và dò tìm ngẫu nghiên RED (Random Early Detection) là một trong các kỹ thuật để ngăn ngừa tắc nghẽn Thuật toán RED tận dụng các tính năng tác động ngược của TCP và rất phù hợp tới mạng TCP/IP Các tác động ngược cho phép cắt giảm lưu lượng cấp phát vào mạng khi tốc độ đường truyền chậm Tận dụng các tính năng này, thuật toán RED thực hiện cắt giảm các gói tin ngẫu nhiên thậm chí trước khi sự tắc nghẽn xảy ra
" 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
Trang 10
Đồ án tốt nghiệp Tổng quan về chất lượng dịch vụ quan các hoạt động của thiết bị xử lý gói tin và hiện trạng của mạng từ đó sẽ quyết
định hình thức thỏa thuận mức dịch vụ
Một các tiếp cận khác về QoS được nhìn nhận từ phía mạng là tiếp cận theo
mô hình phân lớp trong mô hình tham chiếu hệ thống mở OSI (Open System
Interconnection), QoS được đánh giá trong một số lớp sau:
" Lớp ứng dụng AL (Application Layer): Chất lượng dịch vụ QoS được nhận
thức là “mức độ dịch vụ” Khái niệm này rất khó được định lượng chính xác, chủ yếu dựa vào đánh giá của con người, mức độ hài lòng đối với dịch vụ đó
" Lớp truyền tai TL (Transport Layer): Chat lượng dịch vụ được thực hiện bởi
kiến trúc logic của mạng, các cơ chế định tuyến và báo hiệu đảm bảo chất lượng dịch
vụ
" Lớp mạng NL (Network Layer): Chất lượng dịch vụ được thể hiện qua các
tham số lớp mạng tương đối gần với các tham số chúng ta thường gặp, được biêu diễn thông qua các đại lượng toán học như: 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): Chat lượng dịch vụ được thể hiện qua các tham số truyền dẫn, tỉ lệ lỗi thông tin, các hiện tượng tắc nghẽn và hỏng hóc của các tuyến liên kết
Như vậy, chất lượng dịch vụ QoS tại các mức cao của mô hình hướng về phía người sử dụng dịch vụ liên quan tới các hệ thống giao thức và phần mềm điều khiển, trong khi các mức thấp hướng về các đặc tính của hệ thống mạng truyền thông chủ yếu liên quan tới cấu trúc mạng, tài nguyên sử dụng trong các nút và liên kết
1.1.2 Cấp độ dịch vụ GoS (Grade of Service)
Một khía cạnh kỹ thuật của chất lượng dịch vụ thường được nhìn nhận như là cấp
độ dịch vụ GoS, GoS thường được sử dụng trong công nghiệp viễn thông để chỉ ra các thành phần bồ sung chất lượng dịch vụ tông thể của người sử dụng nhận được Rất nhiều các thành phần gồm cả phía kỹ thuật mạng và người sử dụng được đánh giá qua
cấp độ dịch vụ, chủ yếu là các thành phần kỹ thuật có thể đo được như (băng thông, trễ) Cấp độ dịch vụ được định nghĩa dưới đây:
Nếu có một sự kiện lỗi xảy ra trong một mạng, hoặc một phần của mạng thì lưu
lượng sẽ tăng lên rất nhanh vượt quá giới hạn xử lý của mạng, và kết quả là có hiện tượng tắc nghẽn xảy ra, hoặc kiến trúc của các thành phần chuyền tiếp thông tin tạo ra giới hạn độ thông qua Các giới hạn này ánh hưởng tới dịch vụ cung cấp tới khách hàng, và cấp độ của các giới hạn này được giải thích bằng các tham số GoS thích hợp
(ví dụ như xác suất mất gói, trễ trung bình, tỉ lệ lỗi, v v) Vì vậy, cấp độ dịch vụ liên
quan tới các khía cạnh thông tin cung cấp trên luồng lưu lượng của chất lượng dịch vụ
QoS
Trang 11
Đồ án tốt nghiệp Tổng quan về chất lượng dịch vụ GoS được sử dụng lần đầu trong các ứng dụng chuyên mạch kênh, GoS xác định khả năng tắc nghẽn hoặc trễ của các cuộc gọi trong một khoảng thời gian và thường được biều diễn dưới dạng phần trăm (%) Khả năng tắc nghẽn cuộc gọi hay còn gọi là
khả năng tốn thất cuộc gọi xảy ra khi không thể thiết lập một cuộc gọi từ một tuyến
đầu vào rỗi ra một tuyến đầu ra thích hợp Các yếu tố ảnh hưởng chính tới GoS trong trường hợp này là do cấu trúc trường chuyên mạch, kiến trúc điều khiển của hệ thống
chuyên mạch Khía cạnh trễ của các cuộc gọi trong chuyền mạch kênh là một tham số
đánh giá GoS bao gồm trễ thiết lập, trễ truyền và trễ giải phóng các kết nói cho cuộc
gọi [2]
Một cách tổng thể, cấp độ dịch vụ GoS phụ thuộc rất lớn vào kiến trúc chuyển mạch
trên cá phương diện phần cứng và phần mềm điều khiến, đồng thời phụ thuộc vào mẫu
lưu lượng đưa tới hệ thống Cùng với một kiến trúc xử lý với các mẫu lưu lượng khác nhau sẽ có các cấp độ dịch vụ khác nhau
1.1.3 Kiểu dịch vụ ToS và lớp dịch vụ CoS
Khái niệm kiểu dịch vụ ToS (Type of Service) và lớp dịch vụ CoS (Class of Service) thường được mô tả tường minh tại tiêu đề của các gói tin Đề dễ dàng nhận
thức các vấn dé này ta xem xét tại tiêu đề gói tin IP Lớp địch vụ chia lưu lượng mạng
thành các lớp khác nhau và cung cấp các dịch vụ cho từng gói tin theo lớp dịch vụ mà
gói tin thuộc vào đó Mỗi một lớp dịch vụ xác định một mức yêu cầu chất lượng dịch
vụ Đề nhận dạng một lớp dịch vụ, các thiết bi mạng xác định theo một số yếu tố gồm:
Trang 12Đồ án tốt nghiệp Tổng quan về chất lượng dịch vụ Giá trị ưu tiên (IP precedence) gồm 3 bit xác nhận mức độ ưu tiên, dựa vào đó các bộ định tuyến đưa ra các quyết định chuyển tiếp thông tin qua mạng Như chỉ ra trên
bảng 1.1, thứ tự ưu tiên cao nhất được gán cho các gói điều khiển mạng, điều đó đảm
bảo các gói liên quan tới điều khiển và tái cấu hình mạng luôn có cơ hội chuyển qua mạng cao nhất ngay cả trong những trường hợp tắc nghẽn cục bộ Các gói có thứ tự ưu tiên thấp nhất là các gói sẽ được bỏ khi có hiện tượng tắc nghẽn xảy ra Cùng với các
phân thứ tự ưu tiên cho các gói theo cách trên, ToS xác định thứ tự ưu tiên theo mục
tiêu chất lượng dịch vụ tương ứng với: Độ thông qua T (Throughput), trễ D (Delay) hoặc độ tin cậy R (Reliability) Các giá trị này đặt các bit T,D,R theo giá trị bit (0) cho giá trị bình thường và giá trị bit (1) cho các đặc tính ưu tiên tốt Một số bit trong trường chức năng ToS đề dự phòng trong tương lai
Lớp dịch vụ CoS khi kết hợp với mô hình phân biệt dịch vụ DiffServ
(Differentiated Service) sé thay thế 3 trường chức năng IP precedence bằng các giá trị
điểm mã dịch vụ được định nghĩa riêng bởi DiffServ để mô tả các thứ tự ưu tiên lưu
lượng Vấn đề này sẽ được trình bày trong chương 3 1.1.4 Các tham số chất lượng dịch vụ
Các yêu cầu chất lượng dịch vụ phải được biểu thị theo các tham số QoS đo được
Các tham số thông thường nhất thường được biết đến là các tham số: Băng thông, độ
trễ, trượt, giá và xác suất mắt gói Các tham số sử dụng để tính toán QoS có thể tuỳ thuộc vào kiểu mạng: Băng thông, độ trễ, giá và độ tin cậy là các tham số thường được
sit dung trong mang IP; sw biến đổi tốc độ tế bào, tỉ lệ mắt tế bào và trễ chuyên giao là
các tham số thường sử dụng trong mạng ATM; Trong khi đó đối với các mạng không dây, các tham số đo thường sử dụng là băng thông, nhiễu, suy hao và độ tin cậy Trong khung làm việc chung của QoS , ba dạng tham số đo tổng quát gồm:
"_ Các tham số tinh cộng (ví dụ như trễ, trượt, giá và số bước nhảy)
" _ Các tham số tính nhân (ví dụ như độ tin cậy) " _ Các tham số tính lõm (ví dụ như băng thông)
(i) Dé tin cậy
Để xác định độ ôn định của hệ thống, người ta thường xác định độ khả dụng của hệ thông, đông nghĩa với độ khả dụng của hệ thông và được nhìn nhận từ khía cạnh mạng là độ tin cậy của hệ thống Độ khả dụng của mạng càng cao nghĩa là độ tin cậy của
mạng càng lớn và độ ôn định của hệ thống càng lớn Độ khả dụng của mạng thường được tính trên cơ sở thời gian ngừng hoạt động và tông số thời gian hoạt động Ví dụ,
độ khả dụng của các hệ thống chuyền mạch gói hiện nay là 99,995% thì thời gian
ngừng hoạt động trong một năm vào khoảng 26 phút (i) Bang thong
Bang thong biểu thị tốc độ truyền dữ liệu cực đại có thể đạt được giữa hai điểm kết
cuối Có thê giải thích qua các phép tính toán như sau: Một mô hình trạng thái QoS
Trang 13Đồ án tốt nghiệp Tổng quan về chất lượng dịch vụ của mạng thường được biểu diễn đưới dạng một đồ thị G (V,E) Trong đó, V là các nút còn E các liên kết Lưu lượng vào mạng qua nút Vi và ra khỏi mạng ở nút Vị Mỗi liên
kết có 2 đặc tính: C(,j) là dung lượng liên kết, f(i,j) là lưu lượng thực tế Gọi R(¡j) là
băng thông dư Khi đó, nếu một kết nối có yêu cầu băng thông là Dy, thì kết nối được
gọi là khả dụng khi và chỉ khi R(,j)>D¿ Một kết nối mới có thể được chấp nhận nếu
tồn tại ít nhất một đường dẫn khả dụng giữa 2 nút V; và Vị Băng thông là tốc độ
truyền thông tin được tinh theo (bit/s)
(ii) Độ trễ
Là khoảng thời gian chênh lệch giữa các thiết bị phát và thiết bị thu Trễ tổng thé 1a
thời gian trễ từ đầu cuối phát tới đầu cuối thu tín hiệu (còn gọi là trễ tích luỹ) Mỗi
thành phần trong tuyến kết nối như thiết bị phát, truyền dẫn, thiết bị chuyển mạch và
định tuyến đều có thể gây ra trễ Các thành phần gây trễ chủ yếu gồm:
" Trế hàng đợi: 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, hay thời gian cần thiết phải đợi đề thực hiện quyết định định tuyến trong bộ định tuyến Nó có thể bằng 0 hoặc rất lớn vì phụ thuộc vào số gói có trong hàng đợi và tốc độ xử lý
« Tré truyén lan: Thdi gian cần thiết để môi trường vật lý truyền dữ liệu Ví dụ trễ
truyền lan trong các truyền dẫn quang thường nhỏ hơn trong môi trường vô tuyến " TrẾ chuyển tiếp: Thời gian sử dụng để chuyền gói tin từ một tuyến này sang tuyến khác, hay thời gian được yêu cầu đề xử lý các gói đã đến trong một nút Ví dụ,
thời gian dé kiểm tra tiêu đề gói và xác định nút tiếp theo dé gửi đi
" Trể truyền dân: Là thời gian được yêu cầu đề truyền tất cả các bit trong gói qua liên kết, trễ truyền dẫn được xác định trên thực tế của băng thông liên kết
(iii) Biến động trễ
Biến động trễ là sự khác biệt về thời gian truyền của các gói tin khác nhau cùng trong một luồng lưu lượng Biến động trễ phát sinh 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 van dé
quan trọng nhất của QoS Khi biến động trễ nằm vào khoảng dung sai định nghĩa trước thì nó không ảnh hưởng tới chất lượng dịch vụ Nếu biến động trễ quá lớn sẽ làm
cho kết nối trong mạng bị đứt quãng Các bộ đệm trễ thường được sử dụng đề giảm tác động “trồi /sụt” của mạng và tạo ra dòng gói đến đều đặn hơn ở máy thu Trong một số ứng dụng thời gian thực không thể chấp nhận biến động trễ lớn, ta có thể xử lý bằng
bộ đệm trễ, song chính các bộ đệm lại làm tăng trễ tổng thể nên lại nảy sinh các khó
khăn khác (iv) Ton thất gói
Tổn thất gói có thể xảy ra theo từng cụm hoặc theo chu kỳ do mạng bị tắc nghẽn liên tục, hoặc xảy ra trên chính các trường chuyên mạch gói Mắt gói theo chu kì ở khoảng 5-10% số gói phát ra có thể làm giảm chất lượng mạng xuống cấp đáng kể Từng gói bị mắt không thường xuyên cũng khiến kết nối gặp khó khăn Xác suất mắt gói là giá trị giá trị được nhân lên từ xác suất mất gói được kỳ vọng ở mỗi một trong
Trang 14Đồ án tốt nghiệp Tổng quan về chất lượng dịch vụ các nút trung gian giữa một cặp nguồn và đích Xác suất tổn thất gói là một đại lượng quan trọng của QoS với cả các ứng dụng dữ liệu hay các dịch vụ thời gian thực Khi kết nối yêu cầu truyền dữ liệu theo đúng thứ tự, thì tổn thất gói là nguyên nhân của quá trình truyền lại Điều này làm chậm lại quá trình xử lý truyền tin và làm giảm QoS
nhận được Với các ứng dụng thời gian thực, sự truyền lại gói thường không khả thi
1.2 CAC YEU CAU CHAT LUONG DICH VỤ
Tất cả các ứng dụng đều yêu cầu một mức chất lượng dịch vụ nào đó, mỗi một ứng dụng đều có một số đặc tính cơ bản khác nhau Đề nhận biết các yêu cầu chất lượng
dịch vụ, hệ thống thường nhận biết qua các lớp dịch vụ Theo quan điểm của ITU-T, khuyến nghị I-I541 các lớp dịch vụ được chia thành các vùng như trên bảng 1.2 dưới đây
Lớp QoS Các đặc tính QoS
Thời gian thực, nhạy cảm với jitter, twong tac cao Thời gian thực, nhạy cảm với jitter, tương tác Dữ liệu chuyền giao, tương tác cao
Dữ liệu chuyền giao, tương tác
Tén hao thấp (chuyển giao ngắn, dữ liệu bulk, video) Các ứng dụng nguyên thuỷ của mang IP ngâm định Bảng 1.2: Các đặc tính phân lớp QoS cho mang IP theo ITU-T
Như vậy, theo quan điểm của ITU các tham số thời gian thực và tương tác cao được {‹ + O2) bồ —C
đặt lên hàng đầu đối với mang IP, phan lớn các ứng dụng được thực hiện tốt trong các
mạng chuyên mạch hướng kết nối (chuyên mạch kênh và ATM) đáp ứng tốt được các yêu cầu này Trong khi đó, mạng IP nguyên thuỷ không hỗ trợ các đặc tính trên, hay nói cách khác mạng IP nguyên thuỷ không hỗ trợ QoS cho các dịch vụ thời gian thực
Dự án TIPHON của ETSI đề xuất định nghĩa phân lớp QoS được chỉ ra trên bảng 1.3 dưới đây:
Lớp QoS Thành phân Các đặc tính QoS
Hội thoại thời gian| Thoại, audio, Nhạy cảm với trễ và biến động
thực (thoại, video, hội | Video, đa phương | trễ, có giới hạn lôi và tôn thât, tôc
nghị) tiện độ bít thay đôi và cô định
Luồng thời gian thực |Audio, Video, đa Tré và biến động trễ có dung sai
(quảng ba) phương tiện nhât định, dung sai nhỏ đôi với
lỗi và tốn thất, tốc độ bit thay
đôi
Tương tác cận thời | Dữ liệu Nhạy cảm với trễ, biến động trễ
gian thực (Web và tôn thât, tôc độ bit thay đôi browsing)
Phi thời gian thực Dữ liệu Không nhạy cảm với trễ và biến
Trang 15Đồ án tốt nghiệp Tổng quan về chất lượng dịch vụ
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 thông dung như : Trễ, biến động trễ, tổn thất gói và đặc tính tốc độ bit
Liên quan tới 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 chỉ ra trên bảng 1.4 dưới đây
Vung dich vu Các ứng dụng (ví dụ)
Hội thoại Thoại và video hội nghị, truyền thông đa phương tiện
tốc độ cao (truyền file, âm thanh, hình ảnh)
Bản tin Email, chat
Khôi phục Truyền video, ảnh tĩnh, âm thanh và dữ liệu
Phân bổ Phân bổ nội dung video, quảng bá TV
Bang 1.4: Các vùng dịch vụ của B-ISDN
Từ các phân vùng dịch vụ của B-ISDN, diễn đàn ATM đưa ra các phân lớp dịch vụ ATM, các đặc tính ứng dụng cũng như đặc tính chất lượng dịch vụ được chỉ ra trong bảng 15 dưới đây: Vùng dịch vụ ATM Ứng dụng Các đặc tính QoS Tốc độ bit có định (CBR) Mô phỏng kênh | Biến động trễ tế bào thấp, tồn thất thấp Tốc độ bit thay đôi- thời gian | Video theo yêu | Biến động trễ bình thường, thực (rt- VBR) cầu tồn thất thấp Tốc độ bit thay đổi- phi thời | Lưu lượng gói | Ton thất bình thường gian thực (nrt- VBR) Tốc độ bit khả dụng (ABR) Tương thích tốc | Tổn that thấp độ nguồn
Tốc độ bit không định nghĩa | Lưu lượng nỗ lực | Không yêu cầu
(UBR) tối đa
Bảng 1.5: Phân vùng dịch vụ theo diễn đàn ATM
1.3 CÁC VẤN ĐÈ ĐÉ ĐẢM BẢO QOS
Để nhận thức rõ các vấn đề cơ bản nhằm đảm bảo các yêu cầu chất lượng dịch vụ trên đây đã trình bày, ta xem xét một khung làm việc của cơ chế đảm bảo chất lượng dịch vụ chung Một cơ cấu đảm báo chất lượng dịch vụ QoS chung nhất gồm 3 phần chính: Cung cấp QoS, điều khiển QoS và quản lý QoS như chỉ ra trên hình 1.2 dưới
đây [3]
Trang 16
Đồ án tốt nghiệp Tổng quan về chất lượng dịch vụ " Cung cấp QoS đưa ra hàng loạt các kỹ thuật nhằm thiết lập luồng và các giai đoạn thoả thuận tài nguyên nhằm đảm bảo QoS từ đầu cuối tới đầu cuối
" Điều khiển QoS đưa ra hàng loạt các hành vi điều khiển như lập lịch, chia gói lập chính sách và điều khiến luồng
" Quán lý QoS nhằm giám sát, điều đình lại tài nguyên và duy trì các điều kiện đảm bảo QoS
1.3.1 Cung cấp QoS
Cơ câu cung cấp QoS bao gồm ánh xạ QoS, kiểm tra quản ly và dành trước tài nguyên
" Module ánh xạ QoS thực hiện các chức năng biên dịch giữa các thể hiện QoS sang các mức hệ thống khác nhau, người sử dụng có thể định rõ chất lượng dịch vụ
thông qua các tham số trừu tượng như tốc độ trung bình, băng thông khả dụng, trễ, mat
gói tin và các yêu cầu về trễ; một thực thê sẽ biên dịch chúng thành các lớp dịch vụ để
sử dụng cho mục đích dành trước tài nguyên
“ Module kiểm tra quản lý QoS chịu trách nhiệm kiểm tra độ kha dụng của nguồn tài nguyên so với các yêu cầu và ra quyết định có cho phép các yêu cầu mới hoặc không Một khi yêu cầu đảm bảo QoS từ đầu cuối tới đầu cuối cần tài nguyên tổng thé, các nguồn tài nguyên được phục vụ dựa trên quyết định điều khiển quản lý nhưng chúng được cam kết khi kiểm tra điều khiển quản lý thành công
1 ánh xạ QoS 1 Lập lịch luồng
2 Kiểm tra quản lý 2 Chia lưu lượng 2 Độ khả dụng QoS
3 Dành trước tài nguyên 3 Chính sách luồng 3 Giảm cấp QoS
4 Điều khiển luồng 4 Duy trì QoS
5 Đồng bộ luồng, 5 Mở rộng QoS
Hình 1.3: Các thành phân trong cơ cấu đảm bảo chất lugng dich vu QoS " Module báo hiệu và đành 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 các dịch vụ này để xác nhận các kiểm tra điều khiển quản lý thành công hoặc không Module ánh xạ QoS can phai 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 khiến QoS
Thành phần điều khiển QoS hoạt động theo thước đo thời gian tại các tốc độ truyền
thông tin, thành phần này cung cấp điều khiển lưu lượng thời gian thực dựa trên các yêu cầu mức QoS từ giai đoạn cung cấp QoS Thành phần này gồm các module sau:
Trang 17Đồ án tốt nghiệp Tổng quan về chất lượng dịch vụ " Module lập lịch luồng quản lý các luồng chuyên tiếp theo cùng một cách thức ở cả hệ thống kết cuối và mạng Các luồng có đặc tính riêng tại hệ thống kết cuối sẽ tập
hợp và liên kết trong lưu đồ được lập lịch bởi mạng
" Module định hướng luồng điều chỉnh các luồng lưu lượng dựa trên các mức yêu
cầu QoS, nó bao gồm các thuật toán dé phân tích và định hướng các luồng tổ hợp tại
biên mạng và lập lịch trong mạng đề cung cấp hiệu năng cao nhất
" Module chính sách thường sử dụng trong điều kiện lưu lượng người dùng chuyển qua vùng biên quản lý và cần loại bỏ giám sát Chính sách được sử dụng đề theo dõi khi nào nhà cung cấp duy trì các điều kiện QoS hoặc không
" Module đồng bộ luồng được yêu cầu để điều khiển các sự kiện tương tác đa phương tiện theo trình tự và thời gian chính xác
1.3.3 Quản lý QoS
Các thành phần quản lý QoS là để duy trì các mức QoS thoả thuận gồm các module
sau:
=Module kiểm tra QoS là phương tiện để theo dõi các mức QoS đầu ra sẽ được
cung cấp hoặc sẽ được sử dụng, nó là cơ sở của thực thề quản lý mạng tính toán tối ưu
hiệu năng mạng
=Module khả dụng QoS cho phép ứng dụng chỉ rõ các tham số QoS giam sát và
phản hồi để nhận ra hiệu năng cần thiết
=Module quản lý QoS cho phép so sánh mức QoS kiểm tra với hiệu năng mong
muốn và điều khiển tối ưu để đưa ra mức chất lượng dịch vụ Module này cũng đảm trách các vấn đề liên quan tới xử lý và khôi phục lỗi trên liên kết và tại các node Để
duy trì các mức QoS cung cấp cần sử dụng các phương pháp đo lưu lượng nhằm giám
sát và điều khiển lưu lượng mạng
“Modlue phân mức QoS gồm các phép đo đề gia tăng sự phân mức cho kiến trúc
QoS, các ứng dụng đa phương tiện cần có các phân mức nhằm thoả mãn các yêu cầu
băng thông dòi hỏi khác nhau Module này gồm các thành phannhu bộ loc QoS, tap
hợp và kiến trúc phân lớp QoS
Tóm tắt chương 1:
Chương này đã trình bày một số vấn đề cơ bản về chất lượng dịch vụ như: Các
định nghĩa, thuật ngữ, các mô hình và tham số cơ bản 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 nhằm giúp người đọc nhận thức các hướng tiếp cận khác
nhau đối với vấn đề chất lượng dịch vụ
Trang 18
Đồ án tỗt nghiệp Kỹ thuật đám bảo chất lượng dịch vụ IP
CHƯƠNG 2
KY THUAT DAM BẢO CHÁT LƯỢNG DỊCH VỤ IP
Các kỹ thuật đảm bảo chất lượng dịch vụ IP sẽ được trình bày trong chương này theo hướng tiếp cận từ đơn giản tới chỉ tiết Các mô hình chung của QoS IP được trình bày qua tiến trình lịch sử phát triển, các tham số ảnh hưởng tới chất lượng dịch vụ IP trong thực tế được trình bày đơn giản qua các hình thái đơn giản nhất của mạng nhằm hướng người đọc dân tới các vấn đề kỹ thuật trong các bài toán đảm bảo chất lượng địch vụ IP.Chương 2 tập trung vào các giải pháp kỹ thuật được trình bày từ góc độ bộ định tuyến IP, đây là các nội dụng quan trọng nhất thể hiện trong các mô hình đảm
bảo chất lượng dịch vụ IP
2.1 GIỚI THIỆU TONG QUAN VE QoS IP
2.1.1 Lịch sử phát triển các mô hình QoS cho mạng IP
Các mạng IP vào khoảng giữa thập kỷ 1990 là các mạng nỗ lực tối đa giống như mang internet hién nay Các hệ théng mạng doanh nghiệp va các mạng cung cấp dịch
vụ đã phát triển từ các mô hình nỗ lực tối đa thành các mô hình dịch vụ phân biệt phức
tạp Điều đó có nghĩa là mạng chung phải đưa ra nhiều các ứng dụng với nhiều mức dịch vụ khác nhau Hình 2.1 dưới đây chỉ ra các bước phát triển của khái niệm QoS từ khoảng giữa thập kỳ 1990 tới đây QoS la céng cu bao mat Biéu khién QoS thông minh, tự động Kỹ thuât lưu lương và VPN QoS Mô hình phân biệt dịch vụ Mô hình tích hợp dịch vụ Mô hình IP nỗ lực tối đa fs 1996 1998 2000 2002 2004 thời gian Các mô hình, phiên bản >
Hình 2.1: Các bước phát triển cua mé hinh QoS
Nỗ lực tiêu chuẩn hoá chất lượng dịch vụ IP lần đầu tiên khi IETF phát hanh RFC 1633 vào tháng 6 năm 1994 RFC 1633 đưa ra mô hình dịch vu tích hợp IntServ
(Integrated Sevices) và tập trung vào giao thức dành trước tài nguyên RSVP (Resource
Trang 19
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật đám bảo chất lượng dịch vụ IP
Reservation Protocol) RSVP báo hiệu các yêu cầu về trễ và băng thông cho các phiên riêng biệt tới từng nút đọc theo tuyến đường dẫn mà gói đi qua Tại thời điểm khởi tạo,
RSVP yêu cầu các nút dự trữ tài nguyên, điều này gặp phải trở ngại rất lớn khi hoạt
động trong các môi trường không gian lớn như Internet, vì số lượng các bộ định tuyến, máy chủ, thiết bị chuyển mạch lớn và đa dạng
Để giải quyết thách thức này, một tập tiêu chuẩn của mô hình phân biệt dịch vụ
được đưa ra như một tiêu chuẩn thứ hai về chất lượng dịch vụ IP Mô hình Diffesrv
(Difrentiated Services) mô tả các hành vi khác nhau được đưa ra bởi mỗi nút Các nút có thể sử dụng các đặc tính có sẵn (đặc tính chung hoặc riêng) được lựa chọn bởi các nhà cung cấp thiết bị cho phù hợp với đặc tính luồng lưu lượng Mô hình Diffserv định nghĩa các kỹ thuật đánh dấu gói, như thứ tự ưu tiên IPP (IP precendence) va nut 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
Hai mô hình tích hợp dịch vụ IntServ và DiffServ cùng được phát triển và bổ sung các tính năng cần thiết cho người sử dụng Cá hai mô hình 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 miễn rộng các lưu lượng và kiểu ứng dụng
Các dịch vụ tích hợp Theo trang thái luông Giao thức báo hiệu RSVP
Các dịch vụ phân biệt
Không trang thai, không giao thức
Hành vi bước kết tiếp
Hình 2.2: Tích hợp dich vu IntServ và phân biét dich vu DiffServ
IntServ sử dụng khái niệm dựa trên luồng cùng với giao thức báo hiệu dọc theo đường dẫn gói tin Giao thức báo hiệu đảm bảo các nguồn tài nguyên thoả mãn yêu cầu dịch vụ được cung cấp tại mỗi nút cho các luồng lưu lượng trước khi nó được
truyền trên mạng 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 trong
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 Mặc dù tính mềm dẻo lớn, nhưng DifServ không cung cấp đảm bảo băng thông cho các gói trong cùng một luồng lưu lượng Các phân tích kỹ lưỡng hơn về hai mô hình này sẽ được trình bày trong chương 3
Trang 20
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật đám bảo chất lượng dịch vụ IP
Vào cuối những năm 1990, các kỹ thuật QoS được chú trọng nhiều hơn và trở thành
van dé quan trong khi tương thích với các công nghệ mạng tiên tiến như: Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS (Multiprotocol Label Switching) và các công nghệ mạng riêng ảo VPN (Virtual Private Network) Các chiến lược phát triển mô hình chất lượng dịch vụ IP trong các khoảng thời gian gần đây 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 Các công nghệ QoS ngày càng đưa ra các mục tiêu quản lý chất lượng dịch vụ rộng và chỉ tiết hơn, có thể giải quyết được các vấn đề chất lượng dịch vụ IP ở những cấu
hình phức tạp Rất nhiều nhà quán trị mạng không muốn có các mức quản lý phức tạp và họ muốn xu hướng của quản lý QoS càng đơn giản càng tốt, thậm chí phát triển các công nghệ QoS theo hướng công cụ bảo mật cho hệ thống
2.1.2 Các tham số chất lượng dịch vụ IP
Theo khuyến nghị I.380 ITUT định nghĩa một só tham số đánh giá hiệu năng truyền
gói tin IP gồm:
“ Trễ truyền gói IP IPTD (P packet Transfer Delay): Đây là trễ cho một datagram hoặc phân đoạn cuối giữa hai điểm tham khảo Trễ này thường gọi là trễ đầu
cuối tới đầu cuối hoặc trễ mạng Trong trễ truyền gói IP còn được thể hiện qua trễ
truyền gói IP trung bình và biến động trễ gói tin IP
* Ty 16 16i gi tin IP IPER (IP packet Error Ratio): Đây là tham số tính theo tỷ lệ của các gói tin IP lỗi trên tổng số gói tin IP nhận được:
[PER = Am - (2.1)
Nerr + Nsuc
Trong đó:
Nerr: Số lượng gói tin IP lỗi
Nsuc: Số lượng gói tin IP truyền thành công
= Ty 1é ton thất gói IP IPLR (IP Loss Ratio): Tỷ số các gói tồn thất trên tổng số
các gói tin IP truyền
Nloss Ntran
IPLR= (2.2)
Trong đó:
Nloss: Số lượng gói tin tổn thất Ntran: Số lượng gói tin truyền
Tỷ lệ tốn thất gói ảnh hưởng bởi chất lượng kết nối, các ứng dụng trên IP thường tính trên 3 khía cạnh anh hưởng tỷ lệ mât gói: Giá trị ngưỡng của tỷ lệ mât gói, dung sai của tỷ lệ mât gói và ảnh hưởng của tỷ lệ mât gói đôi với hiệu năng ứng dụng
2.1.3 Một số tham số cơ bản ánh hướng tới QoS IP thực tế
Cùng với các ứng dụng mới được bồ sung vào mạng internet là các yêu cầu chất
lượng dịch vụ Một sô vân đê liên quan tới chât lượng dịch vụ IP được nhìn nhận từ
Trang 21
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật đám bảo chất lượng dịch vụ IP phía người sử dụng là: Một số ứng dụng chậm; các ứng dụng video có chất lượng thấp; các dịch vụ IP telephony có chất lượng không đảm bảo; thời gian chuyển giao và truyền tải lưu lượng lớn có thời gian dài Từ góc độ mạng, các vấn dé trên có thé định lượng qua các tham số QoS của mạng như: Băng thông, độ trễ, trượt mắt gói và điều
khiến quan ly [4]
(i) Bang thong
Băng thông là một trong những tham số quan trọng nhất của chất lượng dịch vụ IP Sự thiếu hụt băng thông trong mạng Internet thường xuyên xảy ra do rất nhiều nguyên nhân, bản thân nguồn tài nguyên mạng không đủ đáp ứng hoặc các luồng lưu lượng cùng tranh chấp một số nguồn tài nguyên Một thê hiện rõ nhất về băng thông khả dụng được chỉ ra trên các tài nguyên liên kết trong hình 2.3 dưới đây
Gói tin IP Gói tin IP 8 8 eB: p=] |5 10Mb/s » ‹ 256Kbis 50s ` 100Mbs BWmax= Min(10Mb/s, 256Kbis, 512Kbis, 100Mb/s)=256Kbis BW khadung = BWmax/luéng
Hình 2.3: Băng thông kha dung
Băng thông lớn nhất của tuyến liên kết bằng giá trị băng thông lớn nhất của một
đoạn liên kết Băng thông khả dụng được tính tương đối qua giá trị băng thông lớn nhất và lượng băng thông của luồng lưu lượng Tính toán băng thông khả dụng tương đối phức tạp vì tham số băng thông mang tính lõm (như chỉ ra trên mục 1.1.4 trên đây)
Một số giải pháp đã được đưa ra nhằm giải quyết vấn đề sử dụng băng thông không hiệu quả gồm:
“ Tiếp cận tốt nhất là tăng dung lượng liên kết dé phù hợp với tất cả các ứng dụng và người sử dụng với một số lượng băng thông dư Giải pháp này gặp phải một số điểm hạn chế thực tế như thời gian, tiền và đôi khi còn từ giới hạn của công nghệ trong quá trình nâng cấp hệ thống
" Một lựa chọn khác là sử dụng phân loại lưu lượng thành các lớp QoS và sắp xếp thứ tự ưu tiên các luồng lưu lượng quan trọng Đây là giải pháp thường sử dụng hiện nay với rất nhiều cơ cấu kỹ thuật thường được các nhà cung cấp thiết bị hỗ trợ trực tiếp trên hệ thống của họ
" Tối ưu đường liên kết bằng cách nén các khung tái tin nhằm tăng băng thông khả dụng của liên kết Nén dữ liệu có thể thực hiện bằng phần cứng hoặc phần mềm qua các thuật toán nén Vấn đề khó khăn nảy sinh 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
Trang 22Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật đám bảo chất lượng dịch vụ IP
“ Tối ưu đường liên kết bằng các kỹ thuật nén tiêu đề Kỹ thuật này đặc biệt hiệu
quả tại môi trường truyền thông có các gói tin có tỉ số tiêu đề / tải tin lớn Ví dụ điển hình của nén tiêu đề là nén tiêu đề giao thức truyền tải tin cậy TCP (Transfer Control Protocol) và giao thức thời gian thực RTP (Real Time Protocol)
(ii) Độ trễ
Độ trễ từ đầu cuối tới đầu cuối của một quá trình truyền tin IP được nhìn nhận đơn giản trên hình 2.4 chủ yếu gồm hai thành phần trễ: Trễ truyền lan và trễ xử lý, hàng đợi Trễ tích luỹ gồm tất cả các thành phần trễ trên và mang tính cộng Trễ truyền lan là tham số có giá trị cố định phụ thuộc và phương tiện truyền, trong khi đó tham số trễ xử lý và trễ hàng đợi trong các bộ định tuyến là các tham số có giá trị thay đổi do các
điều kiện thực tế của mạng Geitin tin IP Góitn tin IP Ta ved lan (P1) =e truyén lan (P2) Pl Trễ truyền lan (P3) ' truyền nhi (P4) Trễ xửlý (Q1) — Trễ xửlý (Q2) Trễ xử lý (Q3) Trễ tổng thể = P1 + Q1 +P2+Q2+ P3 + Q3 +P4
Hình 2.4: Trể tích luỹ từ đâu cuối tới đầu cuối
Trễ xử lý là khoảng thời gian cần thiết của một bộ định tuyến để chuyên một gói từ
giao điện đầu vào tới hàng đợi đầu ra và phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: Tốc độ xử lý, mức độ chiếm dụng CPU, phương thức chuyền mạch IP, kiến trúc bộ định tuyến
và các đặc tính cấu hình giao diện đầu vào và đầu ra
Hình 2.5: Trễ xử lý và hàng đợi
Trễ hàng đợi là khoảng thời gian của gói tin nằm chờ tại hàng đợi trong một bộ định
tuyến Tré hang doi phu thudc vao số lượng và kích thước các gói tin trong hàng đợi
và băng thông khả dụng trên liên kết đầu ra của bộ định tuyến Trễ hàng đợi còn phụ thuộc vào kỹ thuật xếp hàng
Trễ truyền lan là thời gian truyền một gói qua liên kết, trễ truyền lan thường chỉ phụ thuộc vào băng thông khả dụng của liên kết Các kỹ thuật truy nhập CSMA/CD cũng có thể gây thêm trễ vì xác suất tranh chấp tài nguyên trong trường hợp giao diện tiến gần tới trạng thái tắc nghẽn
Trang 23
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật đám bảo chất lượng dịch vụ IP
Một số giải pháp cải thiện thời gian trễ gồm có:
= Tang dung long liên kết, băng thông đủ sẽ khiến hàng đợi ngắn lại và các gói
không phải đợi trước khi truyền dẫn Tăng băng thông cũng đồng nghĩa làm giảm trễ
nối tiếp nhưng mặt khác, giải pháp này cũng làm tăng giá thành hệ thống khi phải nâng
cấp
" Một tiếp cận hiệu quả hơn khi sử dụng các hàng đợi hợp lý Các hàng đợi ưu tiên là một trong những thành phần chủ yếu trong tiếp cận này Các phân tích chỉ tiết sẽ được trình bày trong mục 2.3 dưới đây
" Phương pháp nén tải tin và nén tiêu đề gói tin là một tiếp cận có các ưu và nhược điểm trái ngược nhau cùng tồn tại Việc nén thông tin làm kích thước gói nhỏ đi đồng
nghĩa với thời gian trễ thấp đi, đồng thời các kỹ thuật nén sẽ làm gia tăng trễ vì chính kỹ thuật nén cần phải có thời gian thực hiện
(iii) Ton that gói
Thông thường, tổn thất gói xảy ra khi các bộ định tuyến tràn không gian đệm Hình
vẽ 2.6 dưới đây chỉ ra trong trường hợp hàng đợi đầu ra đầy và các gói tin mới đến bị loại bỏ
Hình 2.6: Tồn thất gói vì hiện tượng tràn bộ đệm đâu ra
Các bộ định tuyến IP thông thường loại bỏ gói vì một số lý do như: Loại bỏ gói tại
hàng đợi đầu vào vì bộ xử lý tắc nghẽn và không thê xử lý gói (hàng đợi đầu vào đầy),
các gói bị loại bỏ tại đầu ra vì bộ đệm đầu ra day, bộ định tuyến quá tải không thé chỉ
định được không gian đệm rỗi cho các gói đầu vào và một số hiện tượng lỗi khung truyền dẫn
Ngoài việc tăng dung lượng liên kết, một số tiếp cận sau được sử dụng để giảm độ
tốn thất gói:
= Dam bảo băng thông và tăng không gian đệm đề tương thích với các ứng dụng có độ bùng nỗ lưu lượng cao Một vài kỹ thuật hàng đợi thường sử dụng trong thực tế: Hàng đợi ưu tiên, hàng đợi theo yêu cầu, hàng đợi công bằng trọng số và hàng đợi phân lớp
" Chống tắc nghẽn bằng phương pháp loại bỏ gói sớm trước khi có hiện tượng tắc nghẽn xảy ra qua các kỹ thuật loại bỏ gói sớm
" Chia cắt lưu lượng và trễ lưu lượng thay vì loại bỏ gói, giải pháp này thường được sử dụng cùng với các hàng đợi phân lớp và có thứ tự ưu tiên
Trang 24
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật đám bảo chất lượng dịch vụ IP " Chính sách lưu lượng có thể giới hạn tốc độ của các gói tin it quan trong hon dé cung cấp chất lượng dich vụ tốt nhất cho các gói tin có yêu cầu cao (Tốc độ truy nhập cam kết và chính sách phân lớp)
(iv) Điều khiển quản lý
Nhằm quản lý và nâng cao chất lượng dịch vụ trong mạng IP, các chức năng quản
lý QoS thường được phân tại mức tong thé toàn mang va tai ting thiét bi mang cu thé
Trong các bộ định tuyến thường có các công cụ hỗ trợ quản lý tắc nghẽn, hàng đợi, hiệu năng liên kết và các chính sách phân chia lưu lượng Quản lý chất lượng dịch vụ tổng thể nhằm đặt ra các chính sách và mục tiêu quản lý chung liên quan tới lưu lượng tổng thể trên mạng, các kỹ thuật QoS được sử dụng và đánh giá hiệu quả của các phương pháp quản lý
2.2 CÁC YÊU CÂU CHUC NANG CHUNG CUA IP QoS
Như chương 1 đã trình bày, để cung cấp chất lượng dịch vụ QoS qua mạng IP,
mạng phải thực hiện hai nhiệm vụ cơ bản:
" (1) Phân biệt các luông lưu lượng hoặc các kiểu dịch vụ để người sử dụng đưa
các ứng dụng vào các lớp hoặc luông lưu lượng phân biệt với các ứng dụng khác; " (2) Phân biệt các lớp lưu lượng bằng các nguồn tài nguyên và ứng xử dịch vụ khác nhau trong m6t mang
Nhiệm vụ (1) thường được thực hiện tại giao diện người sử dụng và mạng UNI
(User Network Interface) Kha nang thực hiện nhiệm vụ (2) cua mang là sự khác biệt cơ bản của các công nghệ mạng, nó thể hiện các đặc điểm ưu việt và nhược điểm của
các giải pháp công nghệ khác nhau
Hình 2.7 dưới đây chỉ ra các yêu cầu chức năng được thực hiện trong bộ định tuyến
IP Bộ định tuyến IP trên hình vẽ thể hiện dưới góc độ các khối chức năng sắp xếp theo hướng đi của luồng dữ liệu từ đầu vào bộ định tuyến tới đầu ra bộ định tuyến Các
gói tin IP đi vào từ các công đầu vào của bộ định tuyến tới các khối chức năng đánh dấu gói và phân loại gói, hai khối chức năng này của bộ định tuyến thực hiện nhiệm vụ (1) Các khối chức năng: Chính sách lưu lượng, quản lý hàng đợi tích cực, lập lịch gói
và chia cắt lưu lượng là các khối chức năng thực hiện nhiệm vụ (2)
Trang 25
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật đảm bảo chất lượng dịch vụ IP Bộ định tuyến IP =3 tà 0 Ú) Hình 2.7: Các yêu câu chức năng cơ bản của một bộ định tuyến IP (i) Danh ddu gói tin IP
Đánh dấu gói tin IP là chức năng đầu tiên mà các bộ định tuyến IP áp dụng vào các
luồng lưu lượng người sử dụng Chức năng đánh dấu gói đặt các bit nhị phân vào các
trường chức năng đặc biệt của của tiêu đề gói tin IP đề phân biệt kiểu của gói tin IP với các gói tin IP khác Một gói có thể phân biệt bởi địa chỉ nguồn, địa chỉ đích hoặc tô
hợp cả hai, hoặc giá trị DSCP của trường chức năng IP precedence, kỹ thuật đánh dấu
DSCP sẽ được trình bày trong mục sau Các gói tin IP đến một cổng đầu vào có thể được đánh dấu hoặc không Nếu gói tin đã được đánh dấu, nó có thể được đánh dấu lại nếu các giá trị đã được đánh dấu chỉ ra các đặc điểm vi phạm chính sách của bộ định tuyến đang thực hiện chuyển gói Nếu một gói chuyền qua nhiều vùng dịch vụ phân
biệt, các gói tin sẽ được đánh dấu theo cách phù hợp với các thoả thuận mức dịch vụ SLA giữa các vùng Các gói tin chưa được đánh dâu sẽ được đánh dấu đề nhận các giá
trị phụ hợp với chính sách của bộ định tuyến
(ii) Phân loại gói tin IP
Phân loại gói sử dụng đề nhóm các gói tin IP theo luật phân lớp dịch vụ Điểm khởi
tạo phân lớp lưu lượng có thể đặt tại thiết bị đầu cuối Trong mạng, các gói tin IP được
lựa chọn dựa trên các trường chức năng của tiêu dé IP sir dung cho đánh dấu gói tin IP
Hai phương pháp phân loại gói tin là: " Phân loại đa trường ME (Multi-Field)
" Phân loại kết hợp hanh vi BA (Behavior Aggregate)
Phương pháp phân loại đa trường chức năng được chỉ ra trên hình 2.8 dưới đây Các
gói được phân loại dựa trên tổ hợp các giá trị của một hoặc nhiều trường chức năng trong tiêu đều IP Thêm vào đó là các tham số khác như nhận dạng giao diện cổng vào cũng có thể sử dụng cho mục đích phân loại
Trang 26
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật đám bảo chất lượng dịch vụ IP m Địa chỉ nguồn m Địa chỉ đích m Trường DS Nhận dạng giao thức ‘Cac phân lớp gói = Céng nguén/dich m Giao diện đầu vào
Hình 2.8: Phương pháp phân loại gói đa trường chức năng
Phương pháp phân loại kết hợp hành vi BA thực hiện phân loại các gói dựa trên trường chức năng chứa giá trị điểm mã dịch vụ phân biệt DSCP Chi tiết kỹ thuật phân
loại này sẽ được trình bày trong mô hình phân biệt dịch vụ DiffServ trong chương 3
Hình vẽ 2.9 dưới đây mô tả đơn giản của phương pháp phân loại gói theo hành vi kết hợp Các gói in đến Hành vi kết hợp BA K:› ^ D§CP 1 DSCP 2 DSCP 3
Hình 2.9: Phương pháp phân loại gói theo hành vi kết hợp BA (ii) Chính sách lưu lượng
Chính sách lưu lượng được sử dụng đề 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 thoả thuận và xác định hay không Chính sách lưu lượng gồm bộ đo lưu lượng để xác định lưu lượng đầu vào và đầu ra, trên cơ sở đó áp dụng chính sách điều khiên tốc độ lưu lượng phù hợp với đầu ra bởi bộ đánh dấu gói Các gói tin có thể đánh dau lại hoặc bị loại bỏ nếu không phù hợp với lưu lượng đầu ra Thông thường chính sách lưu lượng kiểm tra tốc độ lưu lượng đầu vào theo một vài tham số lưu lượng như: Tốc độ
théng tin cam két CIR (Committed Information Rate); toc độ thông tin đỉnh PIR (Peak Information Rate); hoac mot số tham số phụ: Kích thước bùng nổ đỉnh PBS ( Peak Burst Size), kích thước bùng nổ cam kết CBS (Committed Burst Size) và kích thước bùng nồ vượt ngưỡng EBS (Excess Burst Size) [5]
(iv) Quản lý hàng đợi tích cực
Như đã đề cập trên đây, hàng đợi chủ yếu trong các bộ định tuyến IP truyền thống là phương pháp loại bỏ “đuôi”
động bị loại bỏ khi hàng đợi đầy Ưu điểm cơ bản nhất của phương pháp này là xử lý
lưu lượng Đây là kiểu hàng đợi thụ động, các gói tin tự
đơn giản, tuy nhiên phương pháp này có thể gây ra các hiện tượng xấu ảnh hưởng tới đồng bộ Hình 2.10 đưới đây chỉ ra mô hình của hàng đợi thụ động
Trang 27
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật đám bảo chất lượng dịch vụ IP
"1A 1n wo now Các gói tin IP đến Các gói tin IP di Bộ đệm đầy -> loại bd gói Tốc độ gói rò, r
TT Kích thước bộ đệm;
Chiều sâu gói, d
Hình 2.10: Nguyên lý quản lÿ hàng đợi thụ động
Kỹ thuật quản lý hàng đợi tích cực AQM (Active Queue Management) là một kỹ thuật điều khiển chống tắc nghẽn, ý tưởng chính của AQM là dự đoán trước khả năng
tắc nghẽn và đưa ra một số hoạt động điều khiến để chống lại hoặc giảm thiểu khả
năng tắc nghẽn Có 3 kỹ thuật cơ bản là: Kỹ thuật loại bỏ gói sớm ngẫu nhiên RED (Random Early Discarding); Kỹ thuật loại bỏ gói sớm ngẫu nhiên theo trọng số WRED (Weighted Random Early Discarding); Thông báo tắc nghẽn hiện ECN (Explicit Congestion Notification) Kỹ thuật RED và WRED liên quan tới các hoạt động của các gói loại bỏ trong hàng đợi và không liên quan trực tiếp tới thiết bị đầu cuối ECN đưa ra tiếp cận khác liên quan trực tiếp tới các thành viên của người sử dụng đầu cuối
() Lập lịch cho gói tin
Lập lịch cho các gói tin IP thể hiện cách thức thiết lập thứ tự cho các gói đi ra khỏi
các hàng đợi, dựa trên các đặc tính của các công đầu ra, các gói tin sẽ được phân bố và chuyên tới đầu ra theo luật Thông thường, kỹ thuật lập lịch không cần phải tiêu chuẩn hoá và phụ thuộc vào nhà cung cấp thiết bị 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
Hình 2.11 dưới đây chỉ ra sơ đồ nguyên lý của một dạng lập lịch, nó không đại diện
cho kỹ thuật trong thực tiễn Hàng đợi FIFO Bộ định tuyến IP Hình 2.11: Sơ đô nguyên lý của lập lịch gói tin IP
Như chỉ ra trên hình vẽ 2.11 lap lịch gói được ứng dụng trên từng công đầu ra Các gói đến tại các công vào (7-z) được định tuyến tới các cổng đầu ra (7-) theo đích và
Trang 28
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật đám bảo chất lượng dịch vụ IP được xác định bởi bảng định tuyến trong bộ định tuyến Tại mỗi công đầu ra, các gói được phân loại và xếp hàng Lập lịch được áp dụng cho các hàng đợi này kết cuối tại
một cổng đầu ra thực tế Một số kiểu hàng đợi lập lịch thường sử dụng gồm: Hàng đợi
vào trước ra trước FIFO (First In First Out); Hàng đợi ưu tiên PQ (Priority Queueing); Hàng đợi công bằng FQ (Fair Queuing); hàng đợi quay vòng trọng số WRR (Weighted Round Robin); Hàng đợi công bằng trọng số WFQ (Weighted Fair Queuing) và hàng đợi dựa theo lớp công bằng trọng số (Class — based WFQ)
(vi) Chia cắt lưu lượng
Chia cắt lưu lượng là đề thay đổi tốc độ luồng lưu lượng đến nhằm điều hoà lưu
lượng với đầu ra Nếu lưu lượng đầu vào có độ bùng nổ cao, luồng lưu lượng cần phải đệm để đầu ra bớt bùng nổ và mềm hơn Theo ý tưởng như vậy, các hành vi lưu lượng
được điều chỉnh theo các dạng lưu lượng đã xác định trước, ví dụ theo các thoả thuận mức dịch vụ SLA Việc điều chỉnh tốc độ lưu lượng giống như một quá trình dừng và đi, thời gian trễ tại bộ đệm sẽ làm các gói tại đầu ra được điều chỉnh theo yêu cầu Có
hai dạng chia cắt lưu lượng thường sử dụng là: chia cắt lưu lượng thuần và chia cắt lưu lượng gáo rò Các kỹ thuật này sẽ được trình bày trong mục 2.3 dưới đây
2.3 CÁC KỸ THUẬT ĐẢM BẢO CHÁT LƯỢNG DỊCH VỤ IP
Mục 2.2 trên đây đã chỉ ra các khối chức năng cơ bản của một bộ định tuyến IP được
nhìn dưới khía cạnh chất lượng dịch vụ, các kỹ thuật cơ bản sẽ được trình bày dưới
đây chỉ ra các giải pháp dam bảo QoS thường được áp dụng 2.3.1 Kỹ thuật đo lưu lượng và màu hoá lưu lượng
Để thực hiện hạn chế lưu lượng, bộ định tuyến sử dụng kỹ thuật đo lưu lượng nhằm
xác định tốc độ lưu lượng đầu vào có phù hợp với tốc độ thực tế hay không Các khối
đo lưu lượng thường sử dụng mô hình toán gọi là gáo rò token để xác định và hạn chế tốc độ lưu lượng Mô hình gáo rò token gồm hai thành phần: Token mang ý nghĩa về
sự cho phép một số lượng bit được đưa vào mạng; Gáo rò là nơi lưu trữ các token, độ
sâu của gáo thê hiện các kích thước của gói Có hai dạng đo lưu lượng và màu hoá lưu lượng: Đánh dấu 3 màu tốc độ đơn srTCM (single rate Three Color marker) và đánh dấu 3 màu hai tốc độ trTCM (two rate Three Color marker)
(Ù Đánh dấu 3 màu tốc độ đơn
Kỹ thuật đánh dấu 3 màu tốc độ đơn được định nghĩa trong REC 2696 [6], như tên
của nó đã ngụ ý, srTCM được sử dụng để đặt chính sách cho một luồng đơn tốc độ và
cùng CIR Nó đo tốc độ lưu lượng và dựa trên kết quả đo đánh dấu các gói theo 3 màu hoặc các cấp độ Ba màu là xanh, vàng và đỏ thê hiện cấp độ tương thích lưu lượng
theo thứ tự giảm dần
srTCM có hai chế độ điều hành: Chế độ mù màu và ché độ rõ màu Chế độ mù màu giả thiết các gói tin đến chưa được đánh dấu màu, trong khi chế độ rõ màu giả thiết các gói tin IP đến đã được đánh dấu màu từ thực thé phía trước
Mục tiêu của srTCM là đảm bảo tốc độ lưu lượng trung bình dài hạn của người sử
dụng trong tốc độ thông tin cam kết CIR Khoảng thời gian dài hạn không tương thích
Trang 29Đồ án tỗt nghiệp Kỹ thuật đám bảo chất lượng dịch vụ IP
với khoảng thời gian áp dụng chính sách vì mục tiêu của chính sách là xác định các luồng lưu lượng vi phạm các tốc độ thoả thuận trước và đánh dấu các gói tin để chuyền chúng đi Do đó các gói sẽ chuyền đi ngay mà không lưu tại bộ định tuyến một
thời gian dài để chờ CIR được xác định dựa trên thời gian dài hạn Vì vậy, áp dụng
chính sách phải dựa trên một khoảng thời gian ngắn, sử dụng hai tham số phụ là CBS va EBS thay cho CIR
Hình 2.12 dưới đây chỉ ra khoảng thời gian CBS trong CIR của tốc độ lưu lượng đầu vào đơn
ttt tttttt ttf H11 Thời gian
>:
Khoang thời gian CBS
Hình 2.12: Khoảng thời gian CIR và CBS
Đánh dấu 3 màu tốc độ đơn srTCM gồm hai kiểu gáo token, gáo token C và gáo token E như chỉ ra trên hình 2.13(a) Độ sâu của gáo C là kích thước bùng nổ cam kết CBS, gáo C được khởi tạo đầy với số luong token Tc=CBS D6 sau của gáo E là kích thước bùng nô quá hạn EBS Gáo E cũng được khởi tạo đầy với số lượng Te=EBS Cả
hai bộ đếm token Tc và Te được cập nhật tại tốc độ CIR, ví dụ tại các thời điểm 1/CIR giây Gáo C Gáo E (a) EBS! i iâ 1/CIR giây Đánh dấu các gói ra Các gói tin IP đến B bytes So sánh B với Tc và Te
Hình 2.13: Gao C, gáo E va ché d6 mit mau srTCM Thuật toán cập nhật của hai gáo như sau:
" Tại khoảng thời gian cập nhật, nếu gáo C không đầy (Tc<CBS) thì Tc sẽ tăng lên 1 (Tc:=Tc+I)
"Nếu gáo C đầy mà gáo E không đầy (Te= CBS và Te<EBS) thì Te không thay đổi và Te tăng lên 1 (Te:=Te+1)
Trang 30
Đồ án tỗt nghiệp Kỹ thuật đám bảo chất lượng dịch vụ IP
" Nếu cả hai gáo đầy thì không có gáo nào thay đổi trạng thái
Hình 2.13(b) chỉ ra phương pháp hoạt động của chế độ mù màu srTCM một gói
không đánh dấu có kích thước B byte đến tại thời điểm t
" Đầu tiên, bộ đếm so sánh kích thước B với token hiện thời của gáo C (Tc), Néu
gáo C đủ chỗ (B< Tc) thì gói được đánh dấu màu xanh, Tc sẽ giảm đi một lượng B (Tc:=Tc-B)
"Nếu không đủ chỗ trong C (B> Te) bộ đếm kiểm tra gáo thứ 2 (gáo E), nếu gáo E còn đủ chỗ (B<Te) gói sẽ được đánh dấu màu vàng và Te:=Te-B Khi đó gáo C không sử dụng nên Tc không thay đôi trạng thái
" Cuối cùng, nếu gáo E cũng không đủ chỗ (B>Te), gói sẽ được đánh dấu màu đỏ va cả Tc va Te khong thay đổi trạng thái
Hình 2.14 thể hiện chế độ hoạt động rõ màu của srTCM, nó tương tự như trong
chế độ mù màu Các gói màu xzzJ kích thước B bytes đến tại thời điểm t “ Vẫn giữ màu xznb nếu Tc> B và Tc:=Tc-B
" Được đánh dấu màu vàng nếu Te<B<Te và Te:=Te-B
" Đánh dấu màu đỏ nếu Te<B và không có sự thay đổi của Te và Tc Đánh dấu các gồi ra Các gói tin IP đến Đánh dấu =— trước Biivies 0 san ở với Te và Te › Hình 2.14: Chế độ hoạt động rõ màu srTCM
Các gói màu vàng có thể giữ nguyên màu vờng hoặc chuyển sang màu đỏ và không thể chuyển sang màu xznj Các gói màu đó luôn giữ màu đỏ và không bao giờ được chuyển lên cấp độ cao hơn ( màu xanh hoặc màu vàng)
(ii) Đánh dấu 3 màu hai tốc độ
Bộ đánh dấu 3 màu hai tốc độ được định nghĩa bởi RFC 2698 [6] trTCM được sử dụng cho cả tốc độ thông tin đỉnh PIR và tốc độ thông tin cam kết CIR Giống như srTCM, trTCM có hai chế độ hoạt động : Chế độ mù màu và chế độ rõ màu Đánh dấu 3 màu hai tốc độ được cấu hình bởi các chế độ hoạt động và các tham số PIR, CIR,
PBS và CBS
Bộ đánh dấu 3 màu hai tốc độ trTCM hoạt động với hai gáo rò: Gáo rò token C và gáo rò token P Gáo rò C được sử dụng để điều khiển CIR và gáo dò P điều khiển PIR
Gáo rò C trong trTCM tương tự như trong srTCM, gáo rò P có độ sâu công bằng VỚI
Trang 31
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật đám bảo chất lượng dịch vụ IP
kích thước bùng nồ đỉnh PBS và được cập nhật tại tốc độ PIR (ví dụ tại các thời điểm 1/PIR giây như trên hình 2.15(a)) Gao C Gao P 4 4 t Ho : CBS: PBS: ¡| =1 (a) ¡| ¬ ¡| 1 ¡| E¬ Ỷ v
re een > orn sssaneeeeaseeesnns >
+ — 4 giây ‡ + scenes] 4 giây ‡
1/CIR giây 1/PIR giây Các gói tin IP đến B bytes So sanh B So sanh B Tc<B với Tp với Tc Tc>B k (b) Đánh dấu các gói ra
Hình 2.15: Gáo rò C, P và chế độ hoạt động mù màu r'TCM
Chế độ hoạt động mù màu được mô tả trên hình 2.15 (b) Giả thiết các gói không màu có kích thước B đến tại thời điểm t Gói tin kích thước B sẽ so sánh với token trong gáo rò P = Néu gdo P không đủ chỗ (B> Tp), gói tin sẽ được đánh dấu màu đø bất kế C có đủ hay không " Nếu gáo P đủ chỗ (Tp>B), gói kích thước B được so sánh với bộ đếm token trong gáo C, Tc
Nếu (Tc> B), goi duge danh dau mau xanh va Tp:=Tp-B va Tc:=Tc-B Néu (Tc<B) g6i duge danh dau mau vang va Tp:=Tp-B
Ché độ hoạt động rõ màu chỉ ra trên hình 2.16 Giống như chế độ hoạt động của
srTCM, các gói đến không thẻ cải thiện cấp độ tốt hơn (luôn luôn bằng hoặc nhỏ hơn
cấp độ đưa tới) Giả thiết các gói đã được đánh dấu màu tới:
" Nếu gói đã được đánh dấu màu đó, gói sẽ được đánh dấu lại màu đỏ và các gáo
rò được bỏ qua
" Nếu gói đã được đánh dấu màu và»g, nó được đánh dấu màu đỏ khi B< Tp và
Tp:=Tp-B; được đánh dấu màu và»g nếu Tp>B
Trang 32Đồ án tỗt nghiệp Kỹ thuật đám bảo chất lượng dịch vụ IP Tp>B Tp<B Tc>B Tc<B
Hinh 2.16: Ché độ hoạt déng r6 mau trTCM
2.3.2 Kỹ thuật quan lý hàng đợi tích cực
Trong kỹ thuật quản lý hàng đợi tích cực gồm có 3 kiểu cơ bản: RED, WRED và ECN như đã trình bày trên mục 2.2 Dưới đây, chúng ta sẽ xem xét chỉ tiết các kiểu
hàng đợi này
(i) K¥ thuật loại bỏ gói ngẫu nhiên sớm RED
RED phát hiện trên tập tắc nghẽn và loại bỏ gói ngẫu nhiên từ bộ đệm Hình 2.16 thể hiện sơ đồ nguyên lý hoạt động của kỹ thuật loại bỏ gói ngẫu nhiên sớm Như chỉ
ra trên hình, RED chứa một thuật toán dự đoán tắc nghẽn và hồ sơ loại bỏ gói như là các thành phần trung tâm RED % bộ dem day, a Module du doan tac nghén a Hồ sơ loại bỏ gói Xác suất i loại bổ gói,p : _ Chiều dài hàng đợi N Loại bỏ gói Các gói tin IP đến v Các gói tin IP đi ¬E—¬ ono +n a KíCh thước bộ đệm, B
Hình 2.17: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của RED
Chức năng của module dự đoán tắc nghẽn là đánh giá hành vi lưu lượng trong bộ đệm theo thời gian và phát hiện khả năng tắc nghẽn
Trang 33
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật đám bảo chất lượng dịch vụ IP
Tiếp cận đơn giản nhất là dựa vào chiều dai hàng đợi (N) và xác định trạng thái tắc nghẽn dựa trên cơ sở hàng đợi đầy (so sánh với kích thước bộ đệm (B))
Một phương pháp khác sử dụng để dự đoán tắc nghẽn dựa trên thuật toán tính toán thời gian trung bình của hàng đợi, đầu ra của module dự đoán tắc nghẽn là chiều dài
hàng đợi trung bình trọng số (ny) Mae du no phan anh độ dài hàng đợi hiện thời,
nhưng (ny) không phái là chiều đài hàng đợi thực tế mà là phép đo cho hiện tượng tắc
nghẽn Gọi œ là phần tram (%) dién day bộ đệm được tính theo công thức sau:
ny
a=" (2.3)
Trong đó: B là kích thước bộ đệm
Hồ sơ loại bỏ gói là một phương pháp tham chiếu giữa % bộ đệm đầy và xác suất
loại bỏ gói, khi œ đạt một giá trị nào đó thì RED được kích hoạt, khi œ đạt giá trị lớn nhất (<100%) thì xác suất loại bỏ gói =1 Cơ chế loại bỏ gói chuyền sang theo phương
pháp cắt đuôi lưu lượng
(ii) Kỹ thuật loại bỏ gói sớm theo trọng số WRED
Kỹ thuật loại bỏ gói sớm theo trọng số WRED là kỹ thuật loại bỏ gói sớm RED với
nhiều hồ sơ loại bỏ gói Thay vì sử dụng một hồ sơ loại bỏ gói cho tất cả các hàng đợi, WRED sử dụng nhiều hồ sơ loại bỏ gói cho một hàng đợi (Ví dụ, 3 hồ sơ loại bỏ gói
khác nhau có thể sử dụng cho 3 màu của các gói) (iii) Thông báo tắc nghẽn hiện ECN
Phương pháp thông báo tắc nghẽn hiện ECN được ứng dụng cho các lưu lượng TCP,
ECN được đề xuất từ 1999 trong RFC 2481 [6] như là một bổ sung trong kiến tric IP
Trang 34Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật đám báo chất lượng dịch vụ IP
ECN yêu cầu đánh dấu trên cả hai tiêu đề IP và TCP ECN sử dụng hai bit dự phòng trong tiêu để TCP và hai bit dự phòng trong tiêu đề IP Hai bit dự phòng cuối cùng trong 8 bit của trường kiểu dich vụ ToS trong tiêu đề IPv4 và 8 bit trường phân lớp lưu lượng trong IPv6 sử dụng để đánh dấu ECN
2.3.3 Kỹ thuật lập lịch cho gói tin
Một số kỹ thuật lập lịch cơ bản sử dụng trong bộ định tuyến được trình bày trong
mục này gồm có: Hàng đợi FIFO; Hàng đợi ưu tiên PQ; hàng đợi công bằng FQ; hàng đợi quay vòng trọng số WRR; hàng đợi công bằng trọng số WFQ và hàng đợi dựa theo
lớp công bằng trọng số CBQ (i) Hang doi FIFO
Hàng đợi vào trước — ra trước FIFO là kỹ thuật hàng đợi ngầm định, các gói tin đến
được đưa vào trong một hàng đợi đơn và được gửi ra đầu ra theo đúng thứ tự FIFO là kiểu hàng đợi đơn giản nhất không cần sử dụng thuật toán điều khiến FIFO đối xử với
tất cả các gói theo cùng một cách, vì vậy nó rất thích hợp với mạng nỗ lực tối đa Mặt
khác FIFO không thể cung cấp các dịch vụ phân biệt và tất cả các luồng lưu lượng đều
bị suy giảm chất lượng khi có tắc nghẽn xảy ra (ii) Hàng đợi ưu tiên PO
Hàng đợi FIFO đặt tat cả các gói tin vào trong một hàng đợi đơn bat kế lớp lưu lượng
nào Một cách đơn giản dé tao ra sự phân biệt lớp lưu lượng là sử dụng hàng đợi ưu tiên PQ Trong PQ, N hàng đợi được tạo ra như trong hình 2.19 với các mức ưu tiên từ 1 tới N Thứ tự lập lịch được xác định bởi thứ tự ưu tiên và không phụ thuộc vào vị trí
của gói tin Các gói trong hàng đợi thứ j được xử lý khi không còn gói nào trong hàng đợi có thứ tự cao hơn (Các hàng đợi từ I tới (j-1)) Hàng đợi Ưu tiên 1 Bộ định tuyển IP Hình 2.19: Hàng đợi ưu tiên PO
Giống như FIFO, hàng đợi ưu tiên có ưu điểm là rất đơn giản: nó cung cấp phương tiện đơn giản nhất đề phân biệt lớp lưu lượng Nhược điềm của hàng đợi ưu tiên là PQ luôn hướng tới xử lý mức ưu tiên cao, nên các hàng đợi có mức ưu tiên thấp có thể
không có cơ hội dé gửi gói đi
(iii) Hàng đợi công bằng FQ
Hàng đợi công bằng còn được gọi là hàng đợi dựa trên luồng lưu lượng, trong FQ
các gói tin đến được phân loại thành N hàng đợi Mỗi một hàng đợi nhận 1/N bang
Trang 35Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật đám bảo chất lượng dịch vụ IP thông đầu ra Bộ lập lịch kiểm tra các hàng đợi theo chu kỳ và bỏ qua các hàng đợi
rỗng Mỗi khi bộ lập lịch tới một hàng đợi, một gói tin được truyền ra khỏi hàng đợi
Hàng đợi công bằng rất đơn giản, nó không yêu cầu một kỹ thuật chỉ định băng
thông phức tạp nào Nếu một hàng đợi mới được thêm vào N hàng đợi có trước đó, bộ lập lịch tự động đặt lại băng thông theo thực tế bằng 1/(N+1) Đơn giản chính là ưu
điểm của hàng đợi công bằng Hang doi 1 Thứ tự quay vòng có Lập lịch mm | céng ave Bộ định tuyến IP Hình 2.20: Hàng đợi công bằng FQ
Hàng đợi công bằng có hai nhược điểm chính Đầu tiên, khi bang thông đầu ra được
chia thành N hàng đợi 1/N, nếu các lớp lưu lượng đầu vào có yêu cầu băng thông khác
nhau, thì FQ không thể phân bó lại được băng thông của đầu ra để đáp ứng yêu cầu đầu vào Thứ hai, khi kích thước gói không được quan tâm trong FQ, kích thước các gói sẽ ảnh hưởng đến phân bố băng thông thực tế, thậm chí bộ lập lịch vẫn hoạt động đúng trên cơ sở công bằng, các hàng đợi có gói kích thước lớn sẽ chiếm nhiều băng thông hơn các hàng đợi khác
(iv) Hang doi quay vong theo trong số (WRR)
Hàng đợi quay vòng theo trọng số WRR được đưa ra nhằm giải quyết hai nhược điểm của hàng đợi công bằng FQ WRR chia băng thông cổng đầu ra với các lớp lưu lượng đầu vào phù hợp với băng thông yêu cầu Nguyên lý hoạt động của WRR được
chỉ ra trên hình 2.21 Các luồng lưu lượng đầu vào được nhóm thành z lớp tương ứng
với trọng số được xác định bởi băng thông yêu cầu Tổng các trọng số của các lớp
bằng 100%
m
> W, =100% (ct 2.4)
isl
Trong dé: m 1a sé lép luu lugng, W; la % trong số của lớp ¡
Với mỗi một lớp, các luồng lưu lượng riêng được lập lịch theo nguyên tắc hàng đợi công bằng FQ Đặt số lượng các hàng đợi FQ trong lớp i 1a Ni, tổng số hàng đợi FQ
trong lược đồ WRR được tính theo công thức 2.5 sau đây :
Trang 36
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật đám bảo chất lượng dịch vụ IP ToralFQ- WRR => N, (ct2.5) i=l Như chỉ ra trên hình 2.21, hàng đợi quay vòng theo trọng số WRR gồm hai lớp lập lịch quay vòng “ Bộ lập lịch quay vòng chỉ tới các lớp trong khoảng từ lớp 1 đến lớp z, đây được coi là lớp lập lịch thứ nhất " Khi bộ lập lịch dừng lại tại một lớp, bộ lập lịch quay vòng thứ hai sẽ quay vòng trong các hàng đợi FQ
Băng thông công đầu ra tính theo % được gán vào lớp ¡, trọng số của lớp ¡ (W)) thể
hiện lượng thời gian tiêu tốn của bộ lập lịch cho lớp 1 Ví dụ, W¡=20% có nghĩa là bộ
lập lịch sẽ tiêu tốn 20% chu kỳ thời gian quay vòng cho lớp ¡ Với các hàng đợi FQ trong lớp ¡, thời gian cho các hàng đợi là công bằng, vì vậy lượng thời gian cho một
hàng đợi trong Ni hàng đợi là (1/N,) Trọng số cho mỗi một hàng đợi FQ được tính như sau: Wi = Wi x (1/Ni) (ct 2.6) Trong do : Wj là trọng số của hàng đợi thứ j trong lớp 1; W; là trọng số lớp i Số lượng FQ om Cổng đầu Pio Céng dau vao Bộ định tuyến IP' Hình 2.21: Hàng đợi quay vòng theo trọng số WRR
Theo công thức 2.6 ta có thể viết lại thành W;= Wij x Nj hay:
Ni
W, = » W „ (ct2.7)
Trọng số của lớp ¡ sẽ được tinh bang tong các yêu cầu lưu lượng trong lớp i WRR sử dụng W; thay cho 1/m như trong trường hop FQ, tao ra m lớp lưu lượng khác nhau
Trang 37
Đồ án tỗt nghiệp Kỹ thuật đám bảo chất lượng dịch vụ IP
tại các công đầu ra Đây chính là cải thiện của WRR so với FQ nhằm tránh nhược điểm đầu của FQ
(v) Hàng đợi công bằng trọng số (WFQ) và Hàng đợi công bằng trọng số phân lóp CB-WFQ
Mặc dù WRR đã chỉ ra được cách khắc phục nhược điểm thứ nhất của hàng đợi
công bằng FQm nhưng WRR chưa giải quyết được ảnh hưởng của kích thước gói tin đối với băng thông chia sẻ Tiếp cận hàng đợi công bằng trọng số WFQ cũng nhằm cải
thiện nhược điểm thứ hai của hàng đợi FQ Giống như hàng đợi FQ, lưu lượng đầu vào
được nhóm ø hàng đợi Tuy nhiên, băng thông cổng đầu ra được phân bổ tới m hang đợi theo trọng số được xác định bởi các yêu cầu băng thông của lớp lưu lượng thay vì chia đều
Hàng đợi công bằng trọng số phân lớp CB-WFQ tương tự như hàng đợi quay vòng
theo trọng số WRR, sự khác biệt cơ bản của CB-WFQ so với WRR là cách sử dụng cơ
chế công bằng theo trọng số tại các lớp ¡ thay vì sử dụng cơ chế hàng đợi công bằng Tiếp cận này theo hướng mềm hoá hơn nữa đối với các yêu cầu băng thông không đồng nhát
2.3.4 Kỹ thuật chia cắt lưu lượng
Kỹ thuật chia cắt lưu lượng gồm hai kiểu: Chia cắt lưu lượng thuần và chia cắt lưu lượng kiểu gáo rò
( Chia cắt lưu lượng thuân
Hình 2.22 dưới đây chỉ ra nguyên lý chia cắt lưu lượng thuần Các gói tin đến được
đưa vào bộ đệm (gáo rò) có độ sâu đ, sau đó được gửi ra liên kết đầu ra tại tốc độ hằng
số, tốc độ hằng số này được gọi là tốc độ rò z Googe) Các gói vào bùng nổ lưu lượng a Ss : Độ sâu mẽ : của gáo rò d | c= _ EBm1ˆ 5 m Ỳ Tốc độ rò r Tốc độ gói đầu ra r ooo
Hình 2.22: Chia cắt lưu lượng thuần
Chia cắt lưu lượng thuần không cho phép bùng nô băng thông trên các liên kết đầu
ra Thông thường, tốc độ rò z luôn nhỏ hơn tốc độ liên kết C (r<C) Tuy nhiên, với chia
cắt lưu lượng thuần, tốc độ rò r được đặt tại tốc độ lớn nhất của tốc độ đầu ra vì không
Trang 38
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật đám bảo chất lượng dịch vụ IP
cho phép bùng nổ lưu lượng Nếu kích thước gói bùng nổ quá độ sâu của gáo rò ở thì
các gói sẽ bị loại bỏ
(ii) Chia cắt lưu lượng kiểu sáo rò
Hình 2.23 chỉ ra nguyên lý chia cắt lưu lượng gáo rò, gáo rò token được sử dụng trong mô hình này tương tự như gáo rò C sử dụng trong srTCM và trTCM Các token
được đưa vào gáo rò với tốc độ bằng hằng số, được gọi là tốc độ token z Tốc độ token tương tự với tốc độ thông tin cam kết CIR Độ sâu của gao rod thể hiện kích thước
bùng nỗ cam kết CBS Nếu gáo rò đầy, không một token nào có thể được đưa vào gáo
Mỗi một token cho phép bộ đệm lưu lượng đầu vào gửi ra một byte dữ liệu Khi
không còn gói nào trong bộ đệm gửi ra, đáy của gáo rò đóng lại và không một token
nào được lay ra Khi vẫn có các gói tin trong bộ đệm, các token được rút ra theo tốc độ
liên kết đầu ra (C) và các gói được chuyên tới đầu ra Nếu gáo rò xả hết các token, các gói trong bộ đệm phải đợi cho đến khi các token được đưa vào gáo rò fe d6 token, r a L®- F : | a =! š Độsâ | e | của gáo rò ở | @ |: ca + Tốc độ rò C Các gói vào Token khả dụng biingnéluulugng oe Tốc độ liên kết C > Tràn bộ đệm Kích thước bộ đệm, B cI co
Hình 2.23: Chia cắt lưu lượng bùng nổ kiểu gáo rò
Kết quả của hoạt động này là các gói được chuyển tới liên kết đầu ra tại tốc độ liên kết C Kích thước bùng nỗ được giới hạn bởi độ sâu của gáo d Khi cac token được đưa vào trong gáo rò tại tốc độ r, thì tốc độ trung bình dài hạn của các gói tại đầu ra sẽ
là r Vì vậy, kỹ thuật chia cắt lưu lượng gáo rò hoạt động giống hệt gáo rò C trong srTCM và trTCM, ngoại trừ gáo rò token được áp dụng tại đầu ra trong khi gáo rò C
được áp dụng tại đầu vào Tóm tắt chương 2:
Chương 2 tập trung vào các giải pháp kỹ thuật nhằm đảm bảo chất lượng dịch vụ
IP Từ các đặc điểm cơ bản của chất lượng dịch vụ IP, các yêu cau QoS IP da duoc thé hién qua mô hình bộ định tuyến dưới khía cạnh khối chức năng cơ bản Các giải
pháp kỹ thuật như phân lớp dịch vụ, chính sách loại bỏ gói, lập lich va chia cắt lưu
lượng được trình bày dựa trên mô hình chức năng bộ định tuyến IP
Trang 39
Đồ án tốt nghiệp Mô hình ứng dụng đám bảo QoS IP CHƯƠNG 3
MÔ HÌNH ỨNG DUNG DAM BAO QoS IP
Chương này sẽ giới thiệu hai mô hình ứng dụng đảm bảo QoŠ IP: Mô hình tích hợp dich vụ IntServ và mô hình phân biệt dịch vụ DiƒServ Các kỹ thuật trình bày trong chương 3 sẽ được thảo luận chỉ tiết hơn trong từng mô hình
3.1 ` MƠ HÌNH TÍCH HỢP DỊCH VỤ INTSERV
3.1.1 Các yêu cầu chức năng chung của IntServ
Mô hình dịch vụ tích hợp IntServ đề xuất hai lớp dịch vụ bổ sung cho các dịch vụ
IP truyền thống gồm:
" Dịch vụ bao dam GS cho tng dụng yêu cầu giới hạn trễ và băng thông
= Dich vu diéu khiển tải CL cho ứng dụng yêu cầu độ tồn thất gói thấp
Y tưởng ban đầu của các dịch vụ tích hợp là đề hỗ trợ việc dành trước tài nguyên
cho các luồng lưu lượng Trái ngược với kiến trúc chuyển phát datagram (các gói sẽ đi
qua các tuyến khác nhau tại mọi thời điểm chúng được gử!), dịch vụ tích hợp cho phép dành toàn bộ một tuyến cho luồng dữ liệu Điều đó được thực hiện bởi việc thiết lập
một tuyến dành trước tài nguyên trước khi gửi dữ liệu Thực chất của mô hình này là các bộ định tuyến và thiết bị mạng phải dành trước nguồn tài nguyên của nó đề cung cấp các mức chất lượng dịch vụ cụ thể cho các gói mang lưu lượng người dùng Điều này yêu cầu các bộ định tuyến phải có khả năng điều khiển các luồng lưu lượng
Trang 40Đồ án tốt nghiệp Mô hình ứng dụng đám bảo QoS IP
sé quyét định cho việc có cấp nguồn cho yêu cầu hay không Khi bộ định tuyến nhận được gói, bộ phân lớp sẽ thực hiện sự phân lớp đa trường và đưa gói vào hàng đợi đặc biệt dựa trên kết quả của sự phân lớp Cấu hình gói sau đó sẽ lên lịch trình cho gói để
đạt được yêu cầu chất lượng dịch vụ của nó
Ứng dụng sẽ mô tả lưu lượng và tài nguyên nào mà nó sẽ cần Sau đó, mạng sẽ sử dụng giao thức dành trước tài nguyên (RSVP) đề dành trước băng thông xác định
trong mỗi bộ định tuyến dọc theo đường đi Mỗi bộ định tuyến sẽ kiểm tra xem ở đó
nó có đảm bảo tài nguyên được yêu cầu và duy trì tuyến khi được yêu cầu bởi yêu cầu
dành trước tài nguyên Khi tất cả các bước nhảy đã được thiết lập, thiết bị gửi có thể
gửi dữ liệu
Mô hình tích hợp dich vu IntServ m6 ta cac tng dung QoS trong mang IP theo phương pháp nhận dạng luồng lưu lượng với 5 tham số cơ bản sau:
" Nhận dạng giao thức
Địa chỉ IP đích
" Địa chỉ công đích Địa chỉ IP nguồn " Địa chỉ công nguồn
Để dự trữ tài nguyên cho một luồng lưu lượng, ứng dụng nguồn cần phải cung cấp các đặc tính luồng Đặc tính luồng gồm các đặc tính lưu lượng và các yêu cầu chất
lượng dịch vụ cho luồng đó
" Đặc tính lưu lượng bao gồm tốc độ đỉnh, tốc độ trung bình, kích thước bùng nỗ
và các tham số của gáo rò
" Các yêu cầu dịch vụ gồm băng thông tối thiểu và các yêu cầu hiệu năng như trễ,
biến động trễ và tỷ lệ tổn thất gói
Các dịch vụ tích hợp có thể được chia thành hai mặt bằng: mặt bằng điều khiển và mặt bằng dữ liệu
" Mặt bằng điều khiển thiết lập việc dành trước tài nguyên = Mat bang dữ liệu thực hiện truyền dữ liệu
Để yêu cầu một dành trước tài nguyên IntServ, trước tiên ứng dụng phải đặc tính hoá được luồng lưu lượng của nó và tập hợp lại trong chỉ tiêu luồng lưu lượng Sau đó, yêu cầu thiết lập dự trữ tài nguyên có thể được gửi đến mạng Nếu có thể cam kết việc
dự phòng, luồng đó được đưa vào bảng dự phòng tài nguyên Khi gói tin đến, khối lượng nhận dạng luồng sẽ nhận dạng gói tin thuộc về luồng đặt trước và đặt chúng vào
trong hàng đợi phù hợp để nhận được dịch vụ yêu cầu
Việc lựa chọn đường dẫn phù hợp cho chặng kế tiếp tại một nút là một nhiệm vụ
khó khăn do các hạn chế trong việc định tuyến IP truyền thống Đường dẫn cần được