1.1.1. So sánh hai câu lệnh clock rate và bandwidth Khi chúng ta sử dụng router Cisco, có hai câu lệnh thường dùng liên quan đến băng thông. Thứ nhất là lệnh clock rate, lệnh này định nghĩa tỉ lệ bit lớp 1 thực sự. Câu lệnh được sử dụng khi router cung cấp xung đồng hồ, điển hình khi kết nối router sử dụng interface serial với một vài thiết bị lân cận(ví dụ như với router khác). Câu lệnh bandwidth thiết lập lượng băng thông sẵn có trên interface. Ví dụ: giao thức định tuyến EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol) lựa chọn các metric cho interface dựa theo câu lệnh bandwidth, không dựa theo câu lệnh clock rate. Nói tóm lại, băng thông chỉ thay đổi hoạt động của các tool trên interface nhưng không bao giờ thay đổi tốc độ gửi bit thật sự trên một interface. Một số tool QoS liên quan đến băng thông của interface, được định nghĩa bởi câu lệnh bandwidth. Các kỹ sư nên xem xét băng thông mặc định khi cho phép các yếu tố QoS. Đối với các interface serial của router Cisco, băng thông mặc định được thiết lập với tốc độ T1 - bất kể băng thông thực sự. Nếu sử dụng subinterface, chúng thừa hưởng băng thông được thiết lập cho interface vật lý tương ứng. Trong hình 1-2: R3 có thiết lập băng thông mặc định là 1544kbps chứ không phải là 128, 192 hay 256kbps(phụ thuộc vào việc người kỹ sư cấp cho như thế nào trong mạng). 1.1.2. Các tool QoS ảnh hưởng đến băng thông Nhiều yếu tố QoS có thể trợ giúp các vấn đề về băng thông. Tool QoS tốt nhất cho vấn đề này là tool giúp cung cấp băng thông nhiều hơn. Tuy nhiên, việc có băng thông nhiều hơn không giải quyết được tất cả vấn đề. Thực tế, trong những mạng hỗn hợp (mạng gồm thoại, video, và dữ liệu) việc thêm nhiều băng thông có thể che đậy các vấn đề về độ trễ được giải quyết triệt để thông qua các tool QoS hoặc qua các thiết kế QoS tốt hơn. Một số các tool QoS hiệu quả đường truyền (link-efficiency) cải tiến băng thông bằng cách giảm số lượng bit được yêu cầu để truyền dữ liệu. Hình 1-3 trình bày một cách đơn giản về ảnh hưởng của nén, giả sử tỉ lệ nén là 2:1. Nếu không có nén, với 80kbps lưu lượng và chỉ có một đường truyến point-to-point 64kbps, thì sẽ thiết lập hàng đợi. Cuối cùng khi hàng đợi đầy thì gói ở cuối hàng đợi sẽ bị - hành động này gọi là tail drop. Còn khi sử dụng nén với tỉ lệ 2:1 thì 80kbps sẽ chỉ cần gửi 40kbps, làm tăng gấp đôi dung lượng đường truyền một cách hiệu quả. Hình 1-3: So sánh nén tỉ lệ 2:1 với trường hợp không nén. Các tool Qos khác có ảnh hưởng trực tiếp đến băng thông là điều khiển chấp nhận kết nối(CAC). Các tool CAC quyết định xem mạng có thể chấp nhận các cuộc gọi thoại hay cuộc gọi video mới. Sự cho phép này dựa trên nhiều yếu tố, trong đó một vài yếu tố có liên quan đến băng thông đo được. Ví dụ như trong thiết kế đường truyền có thể thực hiện cùng lúc ba cuộc gọi VoIP theo chuẩn G.729A, khi có một cuộc gọi mới thì CAC được kích hoạt, và khi ba cuộc gọi này đã tồn tại, thì cuộc gọi thứ tư sẽ bị từ chối. (Nếu CAC chấp nhận cuộc gọi này thì đường truyền sẽ bị quá tải, và chất lượng của cả bốn cuộc gọi sẽ bị suy giảm). Khi CAC từ chối một thì cuộc gọi này sẽ được định tuyến lại dựa trên bảng quay số VoIP, ví dụ như định tuyến qua mạng PSTN. Các tool hàng đợi có thể ảnh hưởng đến lượng băng thông mỗi loại lưu lượng nhận được. Các tool này tạo ra nhiều hàng đợi, và lúc đó các gói được lấy ra khỏi hàng đợi dựa vào các thuật toán phục vụ hàng đợi. Thuật toán này có thể chứa yếu tố đảm bảo lượng băng thông tối thiểu trên mỗi hàng đợi nào đó. Hình 1-4 trình bày một hệ thống hai hàng đợi. Hàng đợi thứ nhất nhận 25% băng thông đường truyền, hàng đợi thứ hai nhận 75%. Hình 1-4: Hàng đợi sử dụng băng thông dành riêng Các tool hàng đợi liên quan đến phần mềm Cisco IOS dành riêng băng thông, nếu cả hai hàng đợi đều có gói chờ, thuật toán lấy gói đảm bảo mỗi hàng đợi nhận được lượng băng thông đã cấu hình. Nếu chỉ có một hàng đợi có gói chờ thì hàng đợi đó sẽ nhận được nhiều hơn lượng băng thông đã cấu hình trong khoảng thời gian đó. Bảng 1-3: Các tool tóm tắt trong bảng này giúp sử dụng hiệu quả băng thông trên mạng. 1.2. Độ trễ (DELAY) Tất cả các gói trong mạng đều chịu độ trễ gói(thời gian từ lúc truyền đến lúc tới đích). Hình 1.5: Mô hình mạng dùng cho việc mô tả độ delay. Xem xét các loại delay sau đây: o Độ trễ đồng bộ(cố định). o Độ trễ lan truyền(cố định). o Độ trễ do hàng đợi(thay đổi). o Độ trễ chuyển tiếp/truy xuất(thay đổi). o Độ trễ nắn dạng(thay đổi) o Độ trễ mạng(thay đổi) o Độ trễ mã hoá(cố định). o Độ trễ nén(thay đổi). Các loại độ trễ này tạo nên các thành phần của độ trễ đầu cuối một gói phải chịu. 1.2.1. Độ trễ đồng bộ Độ trễ đồng bộ là thời gian tốn để mã hoá các bit của một gói lên interface vật lý. Nếu tốc độ đường truyền nhanh thì các bit có thể được mã hoá lên đường truyền nhanh chóng hơn và ngược lại. Tương tự như vậy, gói ngắn hơn sẽ mất thời gian đưa bit lên đường truyền ít hơn so với gói dài hơn. Sử dụng công thức sau đây để tính độ delay đồng bộ cho một gói: Ví dụ: Giả sử Hannah gửi gói có kích thước 125 byte tới server1. Hannah gửi gói trên Fast Ethernet tới switch. 125 byte = 1000 bit. Vì vậy, ở tốc độ Fast Ethernet cần tốn thời gian là 0.01ms (=1000bit/100,000,000 bps) để đồng bộ gói lên Fast Ethernet. Khi switch truyền frame tới R1 cũng chịu một độ delay đồng bộ là 0.01ms. (Trong ví dụ này ta không kể đến chiều dài header lớp data-link để dễ làm ví dụ cho công thức trên) Tiếp theo, Khi gói đó rời khỏi R1 trên đường truyền 56kbps tới R2, việc đồng bộ tốn thời gian bằng 17.85ms (=1000bit/56,000). Thành phần đồng bộ trên Fast Ethernet không đáng kể, ngược lại việc đồng bộ lại là một giá trị lớn trên các đường truyền serial tốc độ thấp hơn. Hình 1-6 trình bày những vị trí mà gói đi từ Hannah tới Server1 phải trải qua độ delay đồng bộ. Hình 1-6: Độ delay đồng bộ Như trình bày trên hình vẽ, độ delay đồng bộ xảy ra bất kỳ tại thời điểm nào một frame được truyền đi. Trên các link LAN, độ delay thì không đáng kể đối với hầu hết các ứng dụng. Từ bước 3 đến bước 6 trong hình vẽ, độ delay đồng bộ là 17.85ms, 7.8ms, 0.02ms và 0.65ms đối với gói 125 byte. Độ delay đồng bộ cũng xảy ra bên trong đám mây Frame Relay. Bảng 1-4: Ví dụ về các giá trị của độ delay đồng bộ 1.2.2. Độ trễ lan truyền Độ trễ lan truyền trong mạng định nghĩa thời gian để một bit đi từ đầu này tới đầu kia của đường truyền. Khi tín hiệu điện hoặc quang được đặt lên cáp, năng lượng không lan truyền tới đầu kia của của cáp một cách liên tục dẫn đến độ trễ. Tốc độ của năng lượng trên interface điện và quang gần bằng tốc độ ánh sáng. Biến duy nhất ảnh hưởng đến độ trễ lan truyền là chiều dài đường truyền. Sử dụng công thức sau đây để tính độ trễ lan truyền: chiều dài đường truyền (met)/0.0*108 m/s hoặc chiều dài đường truyền (met)/2.1*108 Trong đó 3.0 * 108 là vận tốc ánh sáng trong chân không. Nhiều người sử dụng 2.1 * 108 là vận tốc ánh sáng trên cáp đồng và quang khi cần giá trị đo chính xác. (70% vận tốc ánh sáng là quy luật được chấp nhận cho tốc độ của năng lượng trên cáp đồng). Độ trễ lan truyền xảy ra khi bit đi qua đường truyền vật lý. Ví dụ: Giả sử rằng đường truyền point-to-point giữa R1 và R2 là 1000km. Độ trễ lan truyền lúc đó là: Hình 1-7: Trình bày hai ví dụ về độ trễ đồng bộ và lan truyền Trong hình 1-7: chiều dài đường truyền ảnh hưởng đến độ trễ lan truyền, ngược lại kích thước của gói và tốc độ đường truyền ảnh hưởng đến độ trễ đồng bộ. Độ trễ đồng bộ lớn hơn đối với những gói lớn, nhưng độ trễ lan truyền giống nhau đối với tất cả những gói khác kích thước trên cùng đường truyền. Một quan niệm sai thường thấy là tốc độ đường truyền hay tốc độ xung có ảnh hưởng đến độ trễ lan truyền. Bảng 1-5: liệt kê độ trễ lan truyền và độ trễ đồng bộ khác nhau đối với hình 1-6. Nếu đường truyền từ Hannah tới SW1 là 100m thì độ trễ lan truyền là 100/ (2.1*108)=0.48ms. Tương tự với các giá trị còn lại. Chú ý: Độ trễ lan truyền không bị ảnh hưởng bởi tốc độ xung trên đường truyền. 1.2.3. Độ trễ hàng đợi Các gói bị trễ hàng đợi khi chúng phải đợi để truyền gói. Độ trễ hàng đợi gồm thời gian dùng trong các hàng đợi của thiết bị, điển hình chỉ trong hàng đợi đầu ra trên router, bởi vì hàng đợi vào trên router không đáng kể. Tuy nhiên, thời gian đợi có thể tương đối lớn, hàng trăm miligiây, hoặc nhiều hơn nữa. Xem ví dụ hình 1-8, trong đó R1 là hàng đợi cho bốn gói kích thước 1500 byte mà Hannah gứi tới Server 1. Hình 1-8: Các gói 1500 byte đợi truyền tại R1 Bởi vì cần mất khoảng thời gian là 1500*8/56,000=214ms để đồng bộ mỗi gói 1500 byte, các gói khác cần được lưu trong bộ nhớ hoặc bị loại bỏ. Vì vậy, router sử dụng bộ nhớ để giữ gói. Hình thức đơn giản nhất của hàng đợi là sử dụng một hàng đợi duy nhất, phục vụ theo nguyên tắc vào trước ra trước (FIFO). Sau 856 ms, cả bốn gói sẽ được truyền trên đường truyền serial. Giả sử đường không bị bận khi Hannah gửi bốn gói này, vậy mỗi gói chịu độ trễ hàng đợi là bao nhiêu. Gói đầu tiên không phải chịu độ trễ hàng đợi. Gói thứ hai đợi đầu tiên, mất 214ms. Gói thứ ba phải đợi 428ms. Và gói thứ tư phải đợi 642ms. Hàng đợi cung cấp một chức năng rất hữu dụng vì các gói thứ hai, ba và bốn sẽ bị hủy nếu không có hàng đợi. Tuy nhiên, việc có quá nhiều gói phải đợi cũng không phải là tốt. Giả sử Hannah phải gửi 100 gói có kích thước 1500 byte cùng một lúc. Nếu hàng đợi trong R1 đủ lớn thì R1 có hàng đợi lên đến 100 gói. Lúc đó độ trễ hàng đợi cho gói thứ 100 sẽ là 99*214ms=21s. Nếu Hannah sử dụng giao thức TCP thì lúc đó TCP có lẽ đã bị timeout, gói được truyền lại, gây ra nghẽn và độ trễ hàng đợi nhiều hơn. Hình 1-9 kết hợp các thành phần trễ mà ta đã khảo sát từ đầu đến giờ trong một sơ đồ nhỏ. Xem xét độ trễ gói thứ tư trong tổng số bốn gói 1500 byte mà Hannah truyền. Tổng độ trễ cho gói thứ tư này bằng tổng của bốn độ trễ từ đầu này đến đầu kia. Tại R1, khi tất cả bốn gói được nhận thì gói thứ tư chịu độ trễ tổng cộng là 860ms trước khi nó được nhận ở R2. Trong ví dụ này, độ end-to-end gồm độ trễ tại mỗi router(hàng đợi) và độ trễ trên đường truyền (đồng bộ và lan truyền) trong mạng. 1.2.4. Độ trễ chuyển tiếp Là thời gian cần để chuyển mạch gói trong router hay trong switch, hay nói đơn giản là thời gian cần để chuyển tiếp gói. Nó không bao gồm tất cả thời gian xử lý trong router hay switch. Chính xác đó là thời gian từ lúc kiểm tra frame/gói trên interface vào tới lúc đặt nó trên hàng đợi ở interface ra). Nói cách khác nó không chứa độ trễ hàng đợi. Nó không chứa tất cả những xử lý cần giữa thời gian mà một frame được nhận cho đến khi frame được đặt ở hàng đợi ra hay bắt đầu truyền ở interface ra. Hầu hết các thành phần trễ trong các switch LAN nhỏ, không đáng kể. Tuy nhiên, các switch phải chịu đỗ trễ chuyển tiếp. Một vài switch sử dụng store-and-forward, khi đó toàn bộ frame được nhận trước khi được chuyển tiếp đi. Tuy nhiên, một vài switch sử dụng phương pháp chuyển tiếp cut-through hay fragment-free, tức là bit đầu tiên của frame được chuyển tiếp trước khi nhận được bit cuối cùng. Về mặt kỹ thuật, nếu bạn định nghĩa độ trễ chuyển tiếp là thời gian từ lúc nhận được toàn bộ frame cho đến khi frame đó được đưa vào hàng đợi để truyền đi, một vài switch LAN thực sự có độ trễ chuyển tiếp âm. Độ trễ chuyển tiếp là một thành phần nhỏ có thể bỏ qua trong tính toán về trễ, vì vậy, cuốn sách này không bàn chi tiết về vấn đề này. 1.2.5. Độ trễ nắn dạng Định dạng lưu lượng tạo thêm độ trễ do phục vụ hàng đợi chậm hơn. Định dạng lưu lượng hỗ trợ làm cho phù hợp tốc độ chuyển tiếp lưu lượng tổng cộng khi nhà cung cấp hủy dữ liệu do tốc độ vượt quả tốc độ thỏa thuận. Vậy lựa chọn nào tốt hơn? o Gửi gói nhanh và cho phép hủy o Gửi gói chậm hơn nhưng không cho phép loại bỏ gói Câu trả lời đúng còn tùy thuộc vào nhiều yếu tố. Nếu bạn muốn truyền nhanh hơn nhưng vẫn hy vọng các gói không bị loại bỏ thì nắn dạng lưu lượng là một giải pháp. Nhà cung cấp mạng (carrier) có thể hủy frame và các gói trong mạng vì nhiều lý do. Một trong những lý do điển hình nhất là những router ở site trung tâm sử dụng đường truy cập nhanh với những site đầu xa sử dụng các đường truyền chậm hơn. Nếu site trung tâm sử dụng T1, mà site đầu xa sử dụng đường truyền 56 kbps, các frame có thể làm đầy hàng đợi trong mạng của nhà cung cấp dịch vụ và đợi để đi qua đường truyền 56 kbps. Nhiều sự kiện khác có thể gây ra việc nhà cung cấp mạng (carrier) hủy gói (sẽ được giải thích chi tiết trong chương 5, policing và nắn dạng lưu lượng). Để hiểu được ý tưởng chính về nắn dạng trong một router, xem xét hình 1-10, trong đó R2 có tốc độ truy cập 128 kbps và CIR là 64 kbps trên VC tới R3. Hình 1-10: Nắn dạng lưu lượng qua mạng Frame Relay Giả sử nhà cung cấp Frame Relay đồng ý CIR là 64 kbps trên VC đi từ R2 tới R3, nhà cung cấp mạng nói với bạn rằng họ hủy frame khi bạn truyền nhiều hơn 64kbps. Tốc độ truy cập là 128kbps. Vì vậy, bạn quyết định nắn dạng, có nghĩa là R2 muốn gửi ở tốc độ trung bình 64kbps. Trong ví dụ này, nếu R2 gửi gói trên VC này chỉ một nữa thời gian, tốc độ ra trung bình là 64 kbps. Các bit chỉ có thể được truyền ở tốc độ đường truyền vật lý, gọi là tốc độ truy cập trong Frame Relay. . cấp cho như thế nào trong mạng). 1.1.2. Các tool QoS ảnh hưởng đến băng thông Nhiều yếu tố QoS có thể trợ giúp các vấn đề về băng thông. Tool QoS tốt nhất cho vấn đề này là tool giúp cung cấp. nhiều băng thông có thể che đậy các vấn đề về độ trễ được giải quyết triệt để thông qua các tool QoS hoặc qua các thiết kế QoS tốt hơn. Một số các tool QoS hiệu quả đường truyền (link-efficiency). trong tổng số bốn gói 1500 byte mà Hannah truyền. Tổng độ trễ cho gói thứ tư này bằng tổng của bốn độ trễ từ đầu này đến đầu kia. Tại R1, khi tất cả bốn gói được nhận thì gói thứ tư chịu độ trễ tổng