QoS trong mạng IP NGHIÊN CỨU CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG IP CHƯƠNG 2_2 pdf

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG MẠNG Đề tài: NGHIÊN CỨU CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG IP CHƯƠNG II CÁC THÀNH PHẦN QoS TRONG MẠNG IP Marking & Recording Một node kiểm soát có thể chọn duy nhất các đánh dấu (hơn là thải hồi chúng ngay lập tức) nếu chúng vượt quá một lượng bùng nổ. Các router xa hơn dọc đường truyền nhận ra các gói được đánh dấu này như là có quyền ưu tiên thấp hơn các gói không bị đánh dấu. Nếu nghẽn tạm thời bắt đầu đầy hàng đợi trong một router lõi đường xuống thì thuật toán quản lý hàng đợi có thể bắt đầu loại bỏ các gói bị đánh dấu trước khi nó bắt đầu loại bỏ các gói không bị đánh dấu. Node kiểm soát truyền thông có thể thực hiện một thiết lập đảm bảo ngưỡng bùng nổ. Nếu một sự bùng nổ gói vượt quá ngưỡng dưới, các gói đến sau được đánh dấu và truyền dẫn, nếu sự bùng nổ tiếp tục và vượt quá giới hạn trên, các gói sẽ bị loại bỏ. Một cách lần lượt các node kiểm soát có thể thực hiện nhiều mức tốc độ gói đến trung bình cho phép – một tốc độ thấp hơn các gói chuyển tiếp không đánh dấu, một khoảng tốc độ trung gian trong các gói được đánh dấu và chuyển tiếp và ngưỡng trên các gói bị loại bỏ. Tác động trên lõi mạng mềm dẻo hơn có thể đạt được bằng cách kiểm soát đơn giản, bởi vì nhiều gói trong quá trình bùng nổ đã được đánh dấu thay vì bị loại bỏ. Ưu điểm của sơ đồ đó là trong sự vắng mặt của nghẽn mạng khác trong lõi, lớp lưu lượng đặc biệt này có thể giúp tăng thêm băng thông khả dụng. Nhà thiết kế mạng lập kế hoạch trên việc sử dụng đánh dấu lưu lượng biên cũng cần lựa chọn một cách cẩn thận router lõi của họ. Điểm chính cần quan tâm là khả năng sắp xếp lại của các gói được đánh dấu liên quan tới các gói không được đánh dấu trong một lớp lưu lượng. Tình huống này có thể xảy ra nếu router lõi sử dụng hai hàng đợi riêng biệt để phân biệt giữa các gói đánh dấu và không đánh dấu trong cùng một lớp lưu lượng ( xem hình 3.7). Bởi vì các gói được đánh dấu có mức ưu tiên thấp hơn, một sự thực hiện có thể chọn kết quả quyền ưu tiên tương đối này bằng cách ấn định nhiều băng thông bộ lập lịch tới hàng đợi của các gói không được đánh dấu hơn hàng đợi được đánh dấu. Một hệ quả là gói được đánh dấu đến trước một gói không được đánh dấu trên cùng lớp lưu lượng có thể tự tìm sự phân công để truyền dẫn sau các gói không bị đánh dấu. Việc thừa nhận các gói được đánh dấu tạo ra tất cả các con đường tới đầu cuối khác. Trong các mạng đánh dấu được dự định nhằm tăng khả năng loại bỏ gói, giải pháp là không quá khó. Các router lõi bắt đầu bỏ qua bộ đánh dấu kiểm soát các gói khi phân loại các gói vào hàng đợi, đảm bảo tất cả các gói trong một lớp lưu lượng được đặt trong một hàng đợi không kể quyền ưu tiên loại bỏ. Sau đó làm giảm ngưỡng loại bỏ gói cho hàng đợi đó trên cơ sở các gói được đánh dấu hay không. Hình 3.7 Hàng đợi thay đổi thứ tự sắp xếp lại cho những gói đã đánh dấu và không đánh dấu 3.3.2 Định tuyến biên- tới- biên Một “cơ chế định tuyến đường dẫn ngắn nhất của Internet” được dựa trên việc thừa nhận rằng cấu hình mạng là ít khi cố định và phải tìm kiếm một cách linh động. Trong một số mạng thực tế mỗi router có thể có nhiều hơn một giao diện đầu ra mà qua đó nó có thể gửi gói. Nhiệm vụ của giao thức định tuyến là thiết lập một giao diện đơn qua đó gói phải được gửi đi. Để làm cho việc tính toán dễ dàng hơn việc lựa chọn giao diện phù hợp chủ yếu được đưa đến một thuật toán sử dụng duy nhất, một phép đo đơn để xác định đường dẫn ngắn nhất. Tuy nhiên hai vấn đề nổi cộm đã xuất hiện với tiếp cận này khi tiến tới QoS cung cấp. Điều đáng bàn luận đầu tiên là một phép đo đơn có thể không thích hợp cho tất cả mọi lưu lượng nằm trên vùng đặc biệt của mạng. Điều thứ hai là mô hình chuyển tiếp dựa trên cơ sở đích tự gây khó khăn hơn trong việc bắt buộc tập con của lưu lượng khả dụng đi vào các đường dẫn ngắn nhất sau khi lựa chọn qua một vài đồ hình (topology) mạng cho trước. Định tuyến trên cơ sở QoS Giao thức định tuyến trên cơ sở QoS cố gắng tạo nhiều phép đo vào tài nguyên khi xây dựng bảng chuyển tiếp của mạng. Một thông số có thể được xem là một loại giá trị và mỗi kết nối (chặng) có một giá trị tương ứng. Giao thức định tuyến nỗ lực tìm kiếm những đường dẫn với tổng giá trị của tất cả các kết nối từ nguồn đến đích có thể là nhỏ nhất. Tuy nhiên giá trị này không thể là đại diện cần thiết cho tất cả các loại lưu lượng. Phải chăng nó đại diện cho trễ của đường liên kết, băng thông, khả năng mất gói hoặc có thể là chi phí hiện tại cho việc gởi gói qua đường liên kết đó. Chọn lựa một trong số đó chúng ta sẽ có một số lựa chọn phù hợp. Chẳng hạn, một mạng xem trễ là một thông số. Đường dẫn ngắn nhất lúc này phù hợp với các ứng dụng có yêu cầu thời gian thực chặt chẽ, nhưng chúng không đơn lẻ. Mạng cũng hoàn toàn có thể được sử dụng các ứng dụng dữ liệu bùng nổ truyền thống mà sự quan tâm tới nó ít hơn là trễ. Lưu lượng từ các ứng dụng khác này cũng đi theo các đường dẫn ngắn nhất với trễ nhỏ nhất, thêm tải trọng vào các router nỗ lực tối đa dọc theo đường dẫn. Một tác động không thuận lợi là lưu lượng bùng nổ chiếm cùng không gian hàng đợi được sử dụng bởi lưu lượng thời gian thực, sự tăng lên của jitter và trễ trung bình bởi tất cả các lưu lượng qua các router. Cách tiếp cận này cũng gây ảnh hưởng đến sự chính xác của giá trị trễ mà giao thức định tuyến sử dụng để quyết định đường dẫn ngắn nhất. Định tuyến trên cơ sở QoS tạo nhiều cây đường dẫn ngắn nhất bao gồm đồ hình hiện thời của các router và các đường liên kết với mỗi cây sử dụng một tổ hợp tham số khác nhau như đơn vị kết nối. Mục tiêu là giảm thiểu sự cùng tồn tại không cần thiết trong router của lưu lượng với yêu cầu QoS mở rộng khác. Các gói với yêu cầu trễ nghiêm ngặt sau đó được chuyển tiếp bằng cách sử dụng cây được xây dựng với trễ như là một thông số. Các gói không yêu cầu thời gian thực có thể xây dựng cây theo kiểu khác ( chẳng hạn như giảm giá trị cuối cùng của đường dẫn tới mức cực tiểu). Điều khiển đường dẫn tường minh Các cấu hình nội bộ của nhiều mạng như vậy thì sẽ có nhiều đường dẫn để có thể đến hầu hết các điểm. Hạn chế chủ yếu của chuyển tiếp IP quy ước là cây đường dẫn ngắn nhất (thông số đơn) chỉ sử dụng một đường dẫn có khả năng chuyển tiếp một số đích cho trước. Khả năng giới hạn có thể xuất hiện của mạng cung cấp đầy đủ dịch vụ. Sau khi tải trọng trung bình trên các router điểm nóng tăng lên thì khả năng mất gói ngẫu nhiên và jitter cũng tăng lên. Mặc dù với nhận xét rằng hầu như đối với các mạng chứa các router nỗ lực tối đa, nó cũng đúng (dù cấp thấp hơn) khi mạng bao gồm các router nhiều hàng đợi. Để chống lại vấn đề này, một nhà quản lý có hai sự lựa chọn: - Nâng cấp router và đường kết nối để hoạt động nhanh hơn. - Sử dụng cơ chế chuyển tiếp gói truyền thống cho phép lưu lượng tách các đường dẫn khác (một vài đường dẫn có thể chỉ ngắn bằng hay dài hơn đường dẫn tốt nhất tuỳ theo thông số chiếm ưu thế). Khi mạng được xây dựng từ công nghệ băng thông ở giữa thấp và rẻ tiền thì phương cách cũ là hoàn toán phù hợp. Trong đó lưu lượng tăng lên vượt quá công nghệ được triển khai và một công nghệ tiếp theo dễ dàng triển khai (ví dụ một môi trường Ethernet 10 Mbps trong đó cập nhật tới giải pháp 100 Mbps hay 1 Gbsp là khả dụng). Mạng IP backbone khả năng thực hiện cao khi có vấn đề xảy ra các router thường xuyên đẩy mạnh sự hỗi trợ để chịu được giao diện tốc độ OC - 12 và OC - 48, và tải cung cấp các mạch qua vật mang truyền thống ngày nay cho một vấn đề quan trọng. Sự lựa chọn ưa dùng hơn để xây dựng khả năng tương đương sơ đồ IP đầy đủ trong router tương đương và đường kết nối tốc độ thấp mà toàn bộ tải trọng có thể phân phối. Định tuyến ưu tiên theo đường dẫn ngắn nhất, thêm vào đó là sử dụng tốt nhất cơ cấu của router và kêt nối thường được tham khảo như là một kĩ thuật truyền tải. Hình 3.8 là một ví dụ đơn giản. Hình 3.8: Định tuyến cho cân bằng tải trọng Các mạng truy nhập A1 và A2 có hai nguồn lưu lượng truyền tới đích D, chúng thực hiện thông qua mạng truy nhập A3. A3 có hai điểm kết nối vào mạng backbone thông qua R5 và R6. Quy định chuyển tiếp IP sẽ dẫn các gói từ A1 và A2 tới hội tụ vào cùng 1 đường chuyển tiếp tại router nội bộ/lõi R3 và được chuyển tiếp tới R6 (bởi vì đường dẫn này ngắn hơn R3 -> R4 -> R5). Một cách rất tốt để giảm tải trọng trung bình trên R6 là bắt buộc phần tải trọng (chẳng hạn các gói đến từ mạng A1) đi theo đường R3 -> R4 -> R5. Người điều hành mạng có thể cùng muốn ưu tiên đường dẫn ngắn nhất chuyển tiếp vì lí do kiểm soát . Kĩ thuật truyền tải thông qua điều khiển đường dẫn cụ thể là một phần quan trọng của giải pháp cung cấp QoS, mặc dù tác động cơ bản là trên toàn bộ khả năng của mạng hơn là tác động trực tiếp trên đầu cuối người sử dụng. Sự tiếp cận này cũng xuất hiện một câu hỏi định tuyến là có loại bỏ thông tin được cung cấp bởi giao thức định tuyến IP đang tồn tại. Nhà điều hành mạng cần đáp ứng một nguồn thông tin bên ngoài để điều khiển kĩ thuật truyền tải định tuyến trong mạng của họ. Điều khiển đường đẫn cụ thể có thể đạt được bằng một số cách, hoặc là tránh hoặc thay đổi quyết định chuyển tiếp trên cơ sở đích quy ước của mọi router. Các phương pháp khả dụng tại mức IP thêm vào là:  Các tuỳ chọn định tuyến nguồn chặt và lỏng.  Bảng chuyển tiếp với việc tìm kiếm trên địa chỉ đích và các trường khác trong tiêu đề gói tin IP.  Đường hầm IP  Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS. Phương pháp tuỳ chọn: Về nguyên lý, một gói tin IP có thể có trường tiêu đề tuỳ chọn được thêm vào để chỉ rõ trình tự các router mà gói đã đi qua trên đường tới đích. Tuy nhiên hầu hết các router không có khả năng xử lý các gói mang trường tiêu đề tuỳ chọn. Các gói có tiêu đề tuỳ chọn được xử lý trong một “đường dẫn chậm” trong mạng - tạo ra sự lựa chọn không phù hợp nếu điều khiến QoS nhất quán như mong muốn. Bảng chuyển tiếp: Một phương pháp khả thi hơn cho bảng chuyển tiếp được xây dựng với sự cân nhắc không chỉ cho nơi mà gói sẽ đi qua mà còn cho những nơi mà gói sẽ đến. Với cách này nó trở nên có khả năng trả về thông tin chặng kế tiếp theo cho cùng địa chỉ đích bằng cách đưa địa chỉ nguồn vào tài khoản. Tuy nhiên công việc tiếp cận này chỉ làm việc cho thiết lập các đồ hình rất miễn cưỡng và các biến cố trong tương lai của kĩ thuật truyền dẫn. Nhược điểm của nó là tốn kém không gian nhớ trong bảng chuyển tiếp. Kĩ thuật truyền dẫn với đường hầm IP: IP áp đặt mô hình truyền tải mong muốn thông qua việc sử dụng các đường kết nối logic. Một gói tin IP tạo đường hầm bằng cách đặt nó vào tải trọng của gói IP khác (việc xuyên hầm gói được biểu diễn trên hình 3.9), và sau đó được truyền dẫn tới điểm cuối hầm mong muốn. Khi việc xuyên hầm gói tới đích của nó thì điểm cuối đường hầm rút các gói ra và chuyển nó đi như là nó đến qua một giao diện phù hợp. Hình 3.9: Quá trình đóng gói dữ liệu cho tạo ống IP Hình 3.10:Kỹ thuật đường hầm trong IP Lấy mạng trong hình 3.8 làm ví dụ, R1 sẽ là cấu hình để đóng gói lưu lượng cho D bên trong đường hầm các gói tin được đánh địa chỉ tới R6. Hình 3.10 biểu diễn sơ đồ có hiệu quả được rút ra từ sự sắp xếp này. Hình 3.10 Kĩ thuật truyền tải với đường hầm IP-IP. Một số vấn đề còn tồn tại trong giải pháp này là:  Các router không cần thiết phải thực hiện việc đóng gói và mở gói tunneling trong “đường dẫn nhanh” của chúng - điều này có thể là cách thực hiện chủ yếu tại các điểm cuối đường hầm.  Sự đóng gói tunneling (giới thiệu trong hình 3.9) thêm vào mỗi đầu gói, việc giảm MTU có thể được cung cấp bởi kết nối ảo miêu tả bởi đường hầm nếu sự phân mảnh trong đường hầm được tránh đi.  Kĩ thuật truyền tải có hiệu quả thì rất thô - một đường hầm IP-IP chỉ cho phép điều khiển qua đích cuối cùng của gói tin được tạo hầm (quyền vào ra router R5, R6 trong ví dụ). Gói tin tunneling tạo đường dẫn ngắn nhất qua mạng backbone tới R5 hoặc R6 thích hợp. Kĩ thuật truyền dẫn với đường dẫn chuyển mạch nhãn: Chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS) được miêu tả chi tiết trong phần sau cuốn sách này, nhưng điều đáng chú ý ở đây là vai trò của chuyển mạch nhãn đối với nhà cung cấp dịch vụ. MPLS là một dạng kết nối có hướng của mạng IP - các gói có nhãn thêm vào và được chuyển tiếp dọc theo đường dẫn chuyển mạch nhãn (LSPs) bởi các router giảm khung chuyển mạch MPLS. LSP có thể bắt chước đường hầm IP-IP trong hình 3.10 - một LSP giữa R1 và R5 và một LSP giữa R2 và R6 sẽ cấu hình nhãn cho tất cả lưu lượng cho D với nhãn phù hợp tới chặng đầu tiên của LSP từ R2 đến R6. Cấu hình khả thi như trong hình 3.11, giữa các bên giống hệt trong hình 3.10, nhưng khác nhau về phần giải pháp. Thứ nhất là phần tiêu đề của gói giảm ( tiêu đề của MPL là 4 byte trong khi tiêu đề của IP tunnel là 20 byte ). Thứ hai là đường dẫn hop – by – hop thực tế trong mạng backbone dưới sự điều khiển của nhà điều hành mạng khi LSP được thiết lập. Hình 3.11: Kỹ thuật truyền dẫn với định tuyến đường chuyển mạch nhãn. 3.4 Báo hiệu Thừa nhận rằng có thể cung cấp hàng đợi khác nhau và lập lịch trên từng chặng cơ sở và có khả năng điều khiển dành riêng dưới tầng liên kết, yêu cầu này trở thành thiết lập hay sửa đổi một trong những phương thức thực tế của mạng. Việc này đòi hỏi sự kết hợp các phương thức thực tế dọc theo mỗi đường dẫn. Thuật ngữ chung cho quá trình này gọi là báo hiệu. Hoạt động này thông báo cho mỗi chặng dọc theo đường dẫn làm thế nào để chấp nhận lưu lượng cho phương thức xử lý cụ thể nào được yêu cầu và loại yêu cầu xử lý nào. Báo hiệu có thể đạt bằng một số cách với mức độ thay đổi đặc tính thời gian một cách linh hoạt và sự can thiệp của con người. Tại một mức cực đại đặt báo hiệu edge – to – edge năng động nơi mà mạng được thông báo mỗi thời điểm một lớp lưu lượng yêu cầu xác minh rõ ràng. Mạng tự đáp ứng nhu cầu bằng cách thiết lập nội dung thông tin thêm vào (hoặc thay đổi thông tin đang tồn tại) tại mỗi chặng để đạt được phương thức edge – to – edge được yêu cầu. Ví dụ giao thức dành trước tài nguyên của IETF. Các công nghệ mạng mới thường không có đầy đủ các giao thức báo hiệu mạnh hoặc không hoàn chỉnh điều thực hiện tin cậy các giao thức báo hiệu tồn [...]... đo lường chính xác trong công việc và kết hợp các phép đo đáng tin cậy tới người dùng đặc biệt QoS trong mạng IP Kết luận Kết luận chương III Chất lượng dịch vụ có được là sự tổng hợp ảnh hưởng xử lý mạng trên cơ sở tài nguyên hiện có Nó có mối quan hệ mật thiết tới chất lượng dịch vụ mạng cung cấp Một gói khi vận chuyển trong mạng IP phải trải qua một số cách thức xử lý trong mạng, như sự xử lý từng... một dịch vụ, dịch vụ khác thường – mọi người khác cũng muốn nó Một số công nghệ mạng đưa ra các mức dịch vụ phân biệt cũng phải điều khiển cũng phải phân biệt các mức dịch vụ đặc biệt sử dụng đúng mục đích người dùng Nếu mọi người có một mức dịch vụ tốt nhất sử dụng đúng mục đích tại cùng một thời điểm, thì tài nguyên chạy bên ngoài mạng phải được thiết kế để xử lý Thông thường các tài nguyên mạng. .. tới cuối Chương III đề cập tới một số cách thức xử lý, báo hiệu, lập chính sách trong mạng IP Những cách thức xử lý này quyết định tới chất lượng dịch vụ, nó ảnh hưởng trực tiếp tới các thông số QoS như trễ, nghẽn , biến động trễ… QoS biên tới biên hay tử cuối tới cuối bị ảnh hưởng bởi các phần tử mạng như các cấu trúc hàng đợi, lập lịch, đánh dấu… cùng tham gia vào trong quá trình xử lý, chương sau... một số lượng thông tin trạng thái thêm vào các router phải mang, thông tin trạng thái các router cần để mô tả lưu lượng đặc biệt Ví dụ thông tin tiêu đề IP dùng để phân loại gói để xử lý lưu lượng đặc Báo hiệu thêm vào cho QoS chỉ số lượng bảng sử dụng giá trị bộ nhớ trong router Một số giải pháp thực tế cho mạng IP: phải giải quyết những đòi hỏi mâu thuẫn thường xuyên của đường dẫn, không gửi số lượng. .. tại đang sử dụng mạng người dùng yêu cầu, trong suốt quá trình đàm phán việc sử dụng đúng mục đích loại truyền dẫn lưu lượng kế tiếp) Thứ ba là vấn đề thanh toán (khai thác lệ phí từ người dùng) nếu lệ phí được sử dụng để thiết lập việc sử dụng đúng mục đích Tất cả ba vấn đề trên được kết hợp chặt chẽ trong báo hiệu của mạng Bởi vì hệ thông báo hiệu của mạng phải thiết lập mức dịch vụ edge – to – edge... cho mức dịch vụ họ yêu cầu Nếu linh động, giao thức báo hiệu người dùng edge – to – edge ( như là RSVP ) được sử dụng trong môi trường chi tiêu - sử dụng giao thức này rõ ràng là cần cho kết hợp đầy đủ trường nhận thực người dùng Trong sự vắng mặt của những khả năng đặc biệt, người dùng và nhà cung cấp dịch vụ bắt buộc đưa vào kênh truyền thống hoặc kênh thực hiện bằng tay để dàn xếp mức dịch vụ (fax,... phát tài nguyên hoặc ưu tiên xử lý lưu lượng riêng dọc theo đường dẫn đó Thông thường báo hiệu trong trường hợp IP có sự trù bị cho yêu cầu các hoạt động thêm vào được thiết lập QoS edge – to – edge đặc biệt và trên QoS nỗ lực tối đa ngầm định, quá trình này có thể bao gồm (các hoạt động năng động hay một số tổ hợp) Trong tất cả trường hợp quá trình thiết lập QoS edge – to – edge mong muốn yêu cầu... tử mạng như các cấu trúc hàng đợi, lập lịch, đánh dấu… cùng tham gia vào trong quá trình xử lý, chương sau chúng ta sẽ đề cập cụ thể về những sự xử lý này để thấy được cách thức nâng cao QoS trong mạng QoS trong mạng IP Kết luận ... lắp vào một cách năng động thay đổi định tuyến và làm việc trong môi trường mà định tuyến và báo hiệu được tách riêng ra 3.5 Lập chính sách, nhận thực và quyết toán Trong tình kinh tế thị trường chúng ta đặt ra câu hỏi, cần lựa chọn những công nghệ gì?, nhưng rốt cuộc không ai từ chối dịch vụ tốt hơn nhưng giá cước của nó không cao hơn dịch vụ tốt nhất Tât nhiên, một vấn đề thực tế phát sinh ngay lập... cấp dịch vụ bắt buộc đưa vào kênh truyền thống hoặc kênh thực hiện bằng tay để dàn xếp mức dịch vụ (fax, phone và dịch vụ bưu điện) Có hai vấn đề phát triển nếu nhà cung cấp dịch vụ quyết định hợp nhất thành phần chi trả hợp lí Trong chi phí sử dụng đúng mục đích Thứ nhất là sự nhất trí trong sự không rõ ràng trên sự hợp thành một thông số thực tế sử dụng, là sự đếm gói, sự bùng nổ, băng thông đỉnh . ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG MẠNG Đề tài: NGHIÊN CỨU CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG IP CHƯƠNG II CÁC THÀNH PHẦN QoS TRONG MẠNG IP Marking & Recording Một node kiểm. xác trong công việc và kết hợp các phép đo đáng tin cậy tới người dùng đặc biệt. QoS trong mạng IP Kết luận Kết luận chương III Chất lượng dịch vụ có được là sự tổng hợp ảnh hưởng xử lý mạng. hiện có. Nó có mối quan hệ mật thiết tới chất lượng dịch vụ mạng cung cấp. Một gói khi vận chuyển trong mạng IP phải trải qua một số cách thức xử lý trong mạng, như sự xử lý từng chặng, xử lý