NGUYÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG CHƯƠNG TRÌNH LẬP LỊCH TRONG MẠNG IP CHƯƠNG 2_2 doc

ĐỒ ÁN HỆ THỐNG MẠNG Đề tài: NGUYÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG CHƯƠNG TRÌNH LẬP LỊCH TRONG MẠNG IP CHƯƠNG 2 KIẾN TRÚC CQS 1. Mô hình Hình 2. 10 : Mô hình dịch vụ tích hợp Động lực thúc đẩy mô hình này chủ yếu do những lý do cơ bản sau: Ứng dụng Setup Phân loại Lập lịch Setup Giao thức định tuyến/Database Điều khiển chấp nhận/cưỡng bức Phân loại Lập lịch Các bản tin setup cài đặt trước Data IP data  Dịch vụ nỗ lực tối đa không còn đủ tốt nữa : ngày càng có nhiều ứng dụng khác nhau về đặc tính lưu lượng được triển khai đồng thời người sử dụng ngày càng yêu cầu cao hơn về chất lượng dịch vụ.  Các dịch vụ đa phương tiện cả gói ngày càng xuất hiện nhiều : mạng IP phải có khả năng hỗ trợ không chỉ đơn dịch vụ mà còn phải hỗ trợ tích hợp đa dịch vụ của nhiều loại lưu lượng khác nhau từ thoại, số liệu đến video.  Tối ưu hoá hiệu xuất sử dụng mạng và tài nguyên mạng : đảm bảo hiệu quả sử dụng và đầu tư. Tài nguyên mạng sẽ được dự trữ cho lưu lượng có độ ưu tiên cao hơn, phần còn lại sẽ dành cho số liệu nỗ lực tối đa.  Cung cấp dịch vụ tốt nhất : mô hình dịch vụ IntServ cho phép nhà cung cấp mạng cung cấp được dịch vụ tốt nhất khác biệt với các nhà cung cấp cạnh tranh khác.  Mô hình này bao gồm các thành phần:  Giao thức thiết lập : Setup cho phép các máy chủ và các router dự trữ động tài nguyên trong mạng để xử lý các yêu cầu của các luồng lưu lượng riêng, RSVP, Q. 2931 là một trong những giao thức đó.  Đặc tính luồng : Xác định chất lượng dịch vụ QoS sẽ cung cấp cho luồng riêng biệt. Luồng được định nghĩa như một luồng các gói từ nguồn tới đích có cùng yêu cầu về QoS . Về nguyên tắc có thể hiểu đặc tính luồng như băng tần tối thiểu mà mạng bắt buộc phải cung cấp để đảm bảo QoS cho luồng yêu cầu.  Điều khiển lưu lượng : trong các thiết bị mạng (máy chủ, router, chuyển mạch) có thành phần điều khiển và quản lý tài nguyên mạng cần thiết để hỗ trợ QoS theo yêu cầu. Các thành phần điều khiển lưu lượng này có thể được khai báo bởi giao thức báo hiệu như RSVP hay nhân công. Thành phần điều khiển lưu lượng bao gồm:  Điều khiển chấp nhận : xác định thiết bị mạng có khả năng hỗ trợ QoS theo yêu cầu hay không.  Thiết bị phân loại (Classifier) : nhận dạng và lựa chọn lớp dịch vụ dựa trên nội dung của một số trường nhất định trong phần tiêu đề gói.  Thiết bị lập lịch (Scheduler) : cung cấp các mức chất lượng dịch vụ QoS trên kênh ra của thiết bị mạng.  Các mức chất lượng dịch vụ cung cấp bởi IntServ bao gồm:  Dịch vụ bảo đảm GS: băng tần dành riêng, trễ có giới hạn và không bị thất thoát gói tin trong hàng. Các ứng dụng cung cấp thuộc loại này có thể kể đến : hội nghị truyền hình chất lượng cao, thanh toán tài chính thời gian thực, …  Dịch vụ kiểm soát tải CL : không đảm bảo về băng tần hay trễ nhưng khác nỗ lực tối đa ở điểm không giảm chất lượng một cách đáng kể khi tải mạng tăng lên. Phù hợp cho các ứng dụng không nhạy cảm lắm với độ trễ hay mất gói như truyền multicast audio/video chất lượng trung bình.  Dịch vụ nỗ lực tối đa. 2. Yêu cầu QoS đối với dịch vụ IntServ Kiểu dịch vụ mạng lõi liên quan phần lớn tới thời gian truyền gói. Hiệu năng dịch vụ phụ thuộc vào độ trễ thấp biến đổi trong khoảng rộng. Các ứng dụng thời gian thực là một loại ứng dụng yêu cầu thời gian khắt khe, chỉ cần gói thời gian thực đến muộn hơn thời gian cho phép là gói đó không còn giá trị và có thể bị loại bỏ. Còn các ứng dụng đàn hồi thì luôn chờ cho các gói đến.  Các ứng dụng thời gian thực: Chia các ứng dụng thời gian thực thành 2 nhóm:  Ứng dụng thời gian thực có độ trễ không chấp nhận: có hiệu năng cao nếu đưa ra đường biên trễ cao hơn đáng tin cậy. Để hỗ trợ các ứng dụng thời gian thực khắt khe này thì phải đảm bảo một đường biên trễ đáng tin cậy.  Ứng dụng thời gian thực tương thích trễ (có độ trễ chấp nhận được): không yêu cầu một đường biên trễ đáng tin cậy. Nó có thể chỉnh sửa để phù hợp với sự thay đổi của độ trễ. Các ứng dụng này được gọi là các ứng dụng tương thích. Dựa trên các ứng dụng này ta có thể chia ra thành 2 loại:  Dịch vụ được đảm bảo : đưa ra các dịch vụ có đường biên trễ đáng tin cậy cao trong các độ trễ . Dịch vụ này không chỉ cung cấp đảm bảo cho độ trễ đầu cuối mà còn cả băng thông. Để mô tả một luồng sử dụng thuật toán gáo rò. Dựa vào việc mô tả các luông mạng có thể tính toán các tham số thay đổi, mô tả cách nó xử lý như thế nào đối với một luồng, và phối hợp các tham số, tính toán được giá trị trễ lớn nhất của một gói. Độ trễ của một gói bao gồm hai thành phần : trễ cố định và trễ hàng đợi. Trễ cố định là chức năng của đường được chọn bao gồm cả trễ truyến dẫn, nó được quyết định dựa vào cơ cấu thiết lập. Trễ hàng đợi được quyết định bởi các dịch vụ đảm bảo, nó là một chức năng của hai tham số : tốc độ gáo rò và tốc độ dữ liệu mà các ứng dụng yêu cầu. Dịch vụ đảm bảo không điều khiển trễ trung bình hay trễ nhỏ nhất của datagram mà chỉ điều khiển trễ hàng đợi. Dịch vụ này đảm bảo rằng gói tin sẽ đến trong thời gian truyền yêu cầu và không bị loại bỏ khi hàng đợi bị đầy, cung cấp các lưu lượng của luồng giới hạn bởi các tham sô lưu lượng trên lý thuyết. Một đặc điểm của dịch vụ này là không tối thiểu hoá trễ jitter nhưng điều khiển trễ hàng đợi lớn nhất. Từ khi đường biên trễ được đảm bảo thì độ yêu cầu về độ trễ đủ thoả mãn cả những hàng đợi dài nhất.  Dịch vụ tải được điều khiển: cung cấp độ tin cậy công bằng cho mọi độ trễ tuy nhiên không hoàn toàn là tin cậy. Các dịch vụ này không cố gắng giới hạn độ trễ của mỗi gói, nhưng lại quan tâm tới sự phân bố trễ. Nó cung cấp hiệu năng tốt hơn so với các dịch vụ best effort. Nó gần giống như hoạt động đầu cuối được cung cấp cho các dịch vụ best effort trong trường hợp dưới mức phi tải. Lý thuyết cho rằng bên dưới điều kiện phi tải thì tỉ lệ các gói được truyền đến phía đầu cuối bên kia là rất cao, và độ trễ truyền dẫn thì không chênh lệch nhiều so với độ trễ truyền nhỏ nhất. Dịch vụ tải điều khiển này có mục đích hỗ trợ cho các lớp dịch vụ thời gian thực tương thích với trễ. Các dịch vụ này làm việc tốt trong môi trường phi tải nhưng bị suy thoái nhanh chóng dưới điều kiện tràn tải. Mạng phải đảm bảo rằng tài nguyên băng thông và tiến trình xử lý gói phải có giá trị để xử lý các mức dịch vụ yêu cầu. Các dịch vụ tải được điều khiển không bắt buộc sử dụng các giá trị tham số cho mục đích đặc biệt như:độ trễ, độ mất gói. Việc chấp nhận dịch vụ tải được điều khiển chỉ đơn thuần là một cam kết để cung cấp các luồng có dịch vụ gần như tương đương với việc cung cấp cho lưu lượng không điều khỉên được bên dưới điều kiện có tải nhẹ. Luồng dịch vụ tải được điều khiển có thể có ít hoặc không có trễ hàng đợi gói trung bình.  Các ứng dụng đàn hồi: Các ứng dụng đàn hồi luôn luôn chờ các gói đến. Đặc điểm chính của các ứng dụng này là chúng sử dụng dữ liệu ngay lập tức chứ không để chờ trong bộ đệm, và luôn chờ gói đến để xử lý chứ không bắt đầu quá trình khi không có gói. Nhìn chung đối với việc phân phối trễ được đưa ra thì các ứng dụng này phụ thuộc nhiều vào độ trễ trung bình 2. 4. 2. 3 Dịch vụ DiffServ Việc đưa ra mô hình IntServ đã có vẻ như giải quyết được nhiều vấn đề liên quan đến QoS trong mạng IP. Tuy nhiên trên thực tế, mô hình này không thực sự đảm bảo được QoS xuyên suốt(End-to-end). Đã có nhiều cố gắng để thay đổi điều này nhằm đạt được một mức QoS cao hơn cho mạng IP và một trong những cố gắng đó là sự ra đời của DiffServ . DiffServ sử dụng việc đánh dấu gói và xếp hàng theo loại để hỗ trợ các dịch vụ ưu tiên qua mạng IP. Hiện tại IETF đã có một nhóm làm việc DiffServ để đưa ra các tiêu chuẩn RFC về DiffServ . 1. Khái niệm Từ các năm về trước, nền công nghiệp đã chuyển hướng sang kiểu dịch vụ phân biệt để cung cấp các cách đối xử với lớp dịch vụ của luồng IP. Dịch vụ phân biệt được xem như là sự phát triển của việc sử dụng các trường TOS trong các gói IP. Dịch vụ phân biệt là một kiểu CoS(lớp dịch vụ-Class of Service) nhằm nâng cao chất lượng của các dịch vụ best effort trong mạng Nó phân biệt lưu lượng bởi người sử dụng, các yêu cầu dịch vụ và các tiêu chuẩn khác nhau, sau đó nó đánh dấu các gói do vậy mà các node mạng có thể cung cấp các mức dịch vụ khác nhau thông qua hàng đợi ưu tiên hoặc phân phối băng tần, hay bằng việc chọn lựa các router chuyên dụng cho các luồng lưu lượng đặc biệt. Hệ thống quản lý hoạt động điều khiển việc phân phối dịch vụ. Kiểu dịch vụ best effort truyền thống của Internet không thể phân biệt giữa các luồng được tạo ra bởi các Host khác nhau. Khi các luồng thay đổi thì mạng cung cấp dịch vụ tốt nhất mà nó có thể nhưng không có sự điều khiển để bảo tồn các mức dịch vụ cao hơn cho một số luồng này mà không phải là các luồng khác. Dịch vụ DS đã làm gì để cung cấp các mức dịch vụ tốt hơn trong môi trường best effort. Dịch vụ DS mang đến cách tiếp cận không trạng thái điều này tối thiểu hoá sự cần thiết của các node trong mạng Internet để nhớ bất kì điều gì về các luồng. Nó không tốt trong việc cung cấp QoS như trong cách tiếp cận có trạng thái nhưng nó thực tế hơn khi truyền trên mạng Internet. Các thiết bị DS tại biên của mạng đánh dấu các gói theo một cách nhờ đó có thể mô tả mức dịch vụ mà chúng nhận. Các thành phần của mạng đáp lại các đánh dấu một cách đơn giản mà không cần thương lượng đường dẫn hay nhớ các thông tin trạng thái cho mỗi luồng. Thêm vào đó các ứng dụng không cần yêu cầu mức dịch vụ đặc biệt hay cung cấp tính năng thông báo về hành trình của luồng. Một số đặc điểm của DS:  DS định nghĩa trường DS mơi trong tiêu đề của gói tin IP thay thế cho trường ToS. Các bit mẫu trong trường chỉ ra loại dịch vụ và cách cư xử tiếp theo trong các node mạng. Gồm hai trường DSCP (differentiated services codepoint-điểm mã dịch vụ phân biệt) và bit CU chỉ thị trạng thái sử dụng.  6 bit trong trường DSCP có thể định nghĩa lên đến 64 loại dịch vụ mạng phân biệt.  PBH (cách cư xử trên từng chặng) đề cập đến cách cư xử hướng đi ngoại lệ của các gói qua mạng DS. Giá trị của trường DSCP chỉ thị PHB sử dụng.  PHB có thể thoả mãn các yêu cầu băng thông đặc biệt (ví dụ như hỗ trợ các dịch vụ thoại thời gian thực) hoặc cung cấp một vài dịch vụ ưu tiên. Các đặc tính của dịch vụ có thể thiết kế để cait hiện khả năng thông qua, giảm độ trễ, jitter, và độ mất gói.  Các dịch vụ phân biệt có thể cung cấp các loại yêu cầu ứng dụng khác nhau và cho phép các nhà cung cấp dịch vụ đưa ra các giá dịch vụ theo đặc tính của chúng  Các dịch vụ DS được thiết kế để làm việc bên trong một vùng hay đầu cuối qua mạng Internet  Các luật lệ mà xác định dịch vụ là một bộ các lược đồ quản lý trên cơ sở các chính sách 2. Mô hình Mô hình DiffServ tại biên và lõi được mô tả như sau: Router biên Phân loại đa byte Chính sách Đánh dấu gói Hàng đợi , quản lý, lập lịch Phân loại DS byte H àng đ ợi , quản l ý, l ập l ịch Router lõi Hình 2. 11 Mô hình DiffServ tại biên và lõi của mạng  Mô hình DiffServ bao gồm một số thành phần như sau:  DS-Byte: byte xác định DiffServ là thành phần TOS của IPv4 và trường loại lưu lượng IPv6. Các bít trong byte này thông báo gói tin được mong đợi là nhận được thuộc dịch vụ nào.  Các thiết bị biên (router biên) : nằm tại lối vào hay lối ra của mạng cung cấp DiffServ .  Các thiết bị bên trong mạng DiffServ .  Quản lý cưỡng bức : các công cụ và nhà quản trị mạng giám sát và đo kiểm đảm bảo SLA giữa mạng và người dùng.  Nguyên tắc cơ bản của DiffServ như sau:  Định nghĩa một số lượng nhỏ các lớp dịch vụ hay mức ưu tiên. Một lớp dịch vụ có thể liên quan tới các dặc tính lưu lượng (băng tần min-max, kích cỡ burst, thời gian kéo dài burst…).  Phân loại và đánh dấu các gói riêng biệt tại biên của mạng vào các lớp dịch vụ.  Các thiết bị chuyển mạch, router trong mạng lõi sẽ phục vụ các gói theo nội dung của các bít đã được đánh dấu trong phần mào đầu của gói.  Không yêu cầu báo hiệu cho từng luồng  Dịch vụ ưu tiên có thể áp dụng cho một số luồng riêng biệt cùng một lớp dịch vụ. Điều này cho phép nhà cung cấp dịch vụ dễ dàng cung cấp một số lượng nhỏ các mức dịch vụ khác nhau cho khách hàng có nhu cầu  Không yêu cầu thay đổi tại các máy chủ hay các ứng dụng để hỗ trợ dịch vụ ưu tiên. Đây là công việc của thiết bị biên  Hỗ trợ rất tốt dịch vụ VPN.  Tuy nhiên DiffServ vẫn còn một số vấn đề cần khắc phục như:  Không có khả năng cung cấp băng tần và độ trễ đảm bảo như GS của IntServ hay ATM.  Thiết bị biên vẫn yêu cầu bộ Classifier chất lượng cao cho từng gói giống như trong mô hình IntServ .  Vấn đề quản lý trạng thái Classifier của một số lượng lớn các thiết bị biên là một vấn đề lớn cần quan tâm.  Chính sách khuyến khích khách hàng trên cơ sở giá cước cho dịch vụ cung cấp cũng ảnh hưởng đến giá trị của DiffServ 3. Kiến trúc mạng DiffServ Mạng DS bao gồm rất nhiều thành phần mạng và một vài thuật ngữ đặc biệt. Tất cả các thành phần này và các cách cư xử liên quan được thiết kế để tách riêng quản lý lưu lượng và tính năng cung cấp dịch vụ từ các chức năng định hướng được thức hiện bên trong các node mạng lõi. [...]... hiện trong MPLS QoS tập trung vào việc hỗ trợ các đặc tính của IP QoS trong mạng Nói cách khác, mục tiêu là sự thiết lập giống nhau giữa các đặc tính QoS của IP và MPLS, chứ không phải là làm cho MPLS QoS có chất lượng cao hơn IP QoS Một trong những lý độ trễ để khẳng định MPLS không giống như IP là MPLS không phải là giao thức xuyên suốt, MPLS không chạy trong các máy chủ và trong tương lai nhiều mạng. .. luồng IP Dịch vụ phân biệt có thể xem như là một cuộc cách mạng từ góc độ sử dụng kiểu dịch vụ trong tiêu đề gói tin IP Nó được đề xuất hướng vào các giới hạn của mô hình dịch vụ tích hợp và giảm tiêu đề báo hiệu Kiểu kiến trúc này hướng vào các hoạt động chuyển gói, sử dụng chức năng phân loại gói và lưu lượng Trong khi quyết định chuyển gói được được đặt vào mức gói, thì chỉ định tài nguyên và các... điểm vào của tunnel Giá trị trường DSCP của tiêu đề đầu ra lại được copy vào trường DSCP của tiêu đề gói IP bên trong tại đầu ra tunnel  Mô hình “ống” (pipe), tunnel được coi là dịch vụ mạng với lý lịch QoS cho trược và trường DSCP của tiêu đề gói IP được phát triển trên vật mang này không được copy vào tiêu đề IP ngoài khi gửi đi (tương tự trường tiêu đề DSCP của tiêu đề IP ngoài không được copy vào... luồng lưu lượng và trạng thái của bộ đo có hiệu lực đối với các gói được đánh dấu, loại bỏ và định dạng Hình dưới mô tả các gói khi đi vào bộ phân loại Bộ đo sẽ đo luồng lưu lượng và chuyển thông tin tới các thành phần khởi sự một quá trình tương ứng Bộ đánh dấu sẽ thiết lập giá trị DSCP của gói Hình 2 13 Quá trình xử lý gói tin tại router biên của mạng DS Thiết lập các bit trong trường IP của các gói...  Một PHB có độ trễ thấp, và các tham số mất gói Một PHB được thực hiện cùng với quản lí hàng đợi và cơ chế lập lịch Các router kiểm tra các trường DSCP, phân loại nó theo các quá trình đánh dấu và sau đó chuyển gói tới các hàng đợi tương ứng Một kết nối đầu ra đầu hàng đợi với các mức độ ưu tiên khác nhau Kĩ thuật lập lịch được sử dụng để chuyển các gói ra khỏi hàng đợi và chuyển tới chặng kế tiếp... node đường biên DS tồn tại ở biên của mạng DS cũng giống như các node lối vào và lối ra Các node lối vào là quan trọng nhất do nó có nhiệm vụ phân loại và đưa lưu lượng vào trong mạng Các node tại đường biên gồm các thành phần:  Bộ phân loại tiêu chuẩn: lựa chọn các gói trên cơ sở giá trị điểm mã DS Các gói được lựa chọn sau đó sẽ được truyền tương ứng hoặc tuỳ thuộc vào việc điều phối lưu lượng nếu cần... 2 12 Kiến trúc mạng Các tính năng nổi bật nhất của các mạng DS là các miền DS và các node biên DS Các miền DS có thể là các mạng Intranet riêng, nhưng điển hình là các mạng cung cấp dịch vụ tự trị có riêng các chính sách cung cấp dịch vụ và các nhận dạng PHB Các node bên trong DS biên dịch các giá trị DSCP và các gói hướng đi Chúng có thể thực hiện một số chức năng điều phối lưu lượng và có thể đánh... Điều này có thể quá tốn kém nếu chất lượng truyền tải chủ yếu là Best Effort và chỉ có một phần nhỏ đòi hỏi mức QoS cao Trong trường hợp này có thể nên sử dụng một mạng sử dụng bó các ống tunnel thay cho kết nối giữa các site bằng chỉ một tunnel Giải pháp này gần giống với giải pháp gói bọc trong suốt 2 4 2 5 QoS và MPLS Khoảng vài năm gần đây, cùng với nỗ lực xây dựng chất lượng dịch vụ cho MPLS, một... bán dịch vụ IP (hay dịch vụ Frame Relay hoặc các dịch vụ khác), và độ trễ đó, nếu họ đưa ra QoS thì họ phải đưa ra IP QoS (Frame Relay QoS, v v) chứ không phải là MPLS QoS Điều đó không có nghĩa là MPLS không có vai trò trong IP QoS Thứ nhất, MPLS có thể giúp nhà cung cấp đưa ra các dịch vụ IP QoS có hiệu quả hơn Thứ hai, hiện đang xuất hiện một số khả năng QoS mới hỗ trợ qua mạng sử dụng MPLS không... được xử lý tương xứng  Chất lượng dịch vụ QoS có thể được cung cấp bởi một LSP được thiết lập trên cơ sở báo hiệu ATM (trong trường hợp này MPLS là mạng ATM-LSR) Hai bộ giao thức chính được đề xuất để sử dụng trao đổi các nhãn MPLS với các mức dịch vụ phân biệt là RSVP mở rộng và CR-LDP Cả hai bộ giao thức này đều cung cấp khả năng điều khiển các nút trong đường dẫn chuyển mạch nhãn Và đây cũng là lý . ĐỒ ÁN HỆ THỐNG MẠNG Đề tài: NGUYÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG CHƯƠNG TRÌNH LẬP LỊCH TRONG MẠNG IP CHƯƠNG 2 KIẾN TRÚC CQS 1. Mô hình Hình 2. 10 : Mô hình dịch vụ tích hợp Động. không còn giá trị và có thể bị loại bỏ. Còn các ứng dụng đàn hồi thì luôn chờ cho các gói đến.  Các ứng dụng thời gian thực: Chia các ứng dụng thời gian thực thành 2 nhóm:  Ứng dụng thời gian. bình.  Các ứng dụng đàn hồi: Các ứng dụng đàn hồi luôn luôn chờ các gói đến. Đặc điểm chính của các ứng dụng này là chúng sử dụng dữ liệu ngay lập tức chứ không để chờ trong bộ đệm, và luôn chờ