CÁC KỸ THUẬT ĐẢM BẢO CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG IP

CÁC KỸ THUẬT ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG IP

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 0 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGUYỄN TƢ KHOA CÁC KỸ THUẬT ĐẢM BẢO CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG IP Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 60.48.01 Lớp Cao học K6 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN GIA HIỂU Thái Nguyên - 2009 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 1 LỜI CẢM ƠN Trƣớc hết tôi xin gửi lời cảm ơn đặc biệt nhất tới Thầy giáo PGS.TS Nguyễn Gia Hiểu, Viện Công Nghệ Thông Tin, ngƣời đã định hƣớng đề tài và tận tình hƣớng dẫn chỉ bảo trong suốt quá trình thực hiện luận văn cao học. Tôi xin đƣợc cảm ơn tới các Thầy cô trong Viện Công Nghệ Thông Tin và Khoa Công Nghệ Thông Tin - Đại học Thái Nguyên đã tận tình giảng dạy và truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt 2 năm học Cao học. Cuối cùng tôi xin dành một tình cảm biết ơn tới gia đình và bạn bè, những ngƣời đã luôn luôn ở bên cạnh tôi, động viên, chia sẻ cùng tôi trong suốt thời gian học Cao học cũng nhƣ quá trình thực hiện luận văn này. Thái Nguyên, ngày 04 tháng 11 năm 2009 Học viên: Nguyễn Tƣ Khoa Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi, có sự hỗ trợ của Thầy hƣớng dẫn và những ngƣời tôi đã cám ơn. Các nội dung nghiên cứu và kết quả trong đề tài này là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất cứ công trình nào. Thái Nguyên, ngày 04 tháng 11 năm 2009 Học viên: Nguyễn Tƣ Khoa Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN 1 LỜI CAM ĐOAN 2 MỤC LỤC . 3 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 6 DANH SÁCH HÌNH VẼ . 9 ĐẶT VẤN ĐỀ . 12 CHƢƠNG I: 13 CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG TRUYỀN THÔNG 13 Nhập đề: 13 1.1 Khái niệm về chất lƣợng dịch vụ . 14 1.2 Các thông số QoS . 15 1.2.1 Băng thông 16 1.2.2 Trễ . 16 1.2.3 Jitter (Biến động trễ) . 17 1.2.4 Mất gói . 18 1.2.5 Tính sẵn sàng (Độ tin cậy) . 19 1.2.6 Bảo mật 19 1.3 Yêu cầu QoS đối với các dịch vụ khác nhau . 20 1.3.1 Ứng dụng E-mail, FTP 20 1.3.2 Ứng dụng Streaming, âm thanh hình ảnh lưu trước 21 1.3.3 Ứng dụng Streaming cho âm thanh, hình ảnh sống 22 1.3.4 Ứng dụng Hình ảnh âm thanh tương tác thời gian thực . 22 1.3.5 Ví dụ về điện thoại VOIP: 23 1.3.6 Các lớp dịch vụ 30 1.4 Một số kỹ thuật hỗ trợ chất lƣợng dịch vụ 32 Kết luận chƣơng . 34 CHƢƠNG II: . 35 CÁC KỸ THUẬT ĐẢM BẢO CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ 35 Nhập đề: 35 2.1 Kỹ thuật đo lƣu lƣợng và mầu hóa lƣu lƣợng 35 2.1.1 Đánh dấu ba mầu tốc độ đơn . 35 2.1.2 Đánh dấu ba mầu hai tốc độ 37 2.2 Kỹ thuật quản lý hàng đợi tích cực . 39 2.2.1 Kỹ thuật loại bỏ gói ngẫu nhiên sớm RED 39 2.2.2 Kỹ thuật loại bỏ gói sớm theo trọng số WRED 40 2.2.3 Thông báo tắc nghẽn hiện ECN 40 2.3 Lập lịch gói 41 2.3.1 FIFO . 42 2.3.2 Hàng đợi ưu tiên PQ 42 2.3.3 Hàng đợi công bằng FQ 43 2.3.4 Vòng quay trọng số Robin (WRR) 44 2.3.5 Hàng đợi công bằng có trọng số WFQ . 45 2.3.6 Hàng đợi công bằng có trọng số dựa trên cơ sở lớp (CB WFQ) . 47 2.4 Trafic Shaping 48 2.4.1 Bộ định dạng lưu lượng thường . 48 2.4.2 Bộ định dạng lưu lượng gáo rò 49 Kết luận chƣơng . 51 CHƢƠNG 3: 52 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 4 CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG IP . 52 Nhập đề: 52 3.1 Các dịch vụ tích hợp . 52 3.2 Giao thức dành riêng tài nguyên (RSVP) 52 3.2.1 Tổng quan về RSVP . 52 3.2.2 Hoạt động của RSVP . 53 3.2.3 Các kiểu RSVP dành riêng . 53 3.2.4 Các ví dụ về IntSer 54 3.2 Các dịch vụ phân biệt . 57 3.2.1 Tổng quan DiffServ 57 3.2.2 Cấu trúc DiffServ . 58 3.2.3 Cư sử từng chặng (PHB) . 63 3.2.4 Ví dụ về Differentiated Services . 66 Kết luận chƣơng . 68 CHƢƠNG IV: 69 CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG ATM 69 Nhập đề: 69 4.1 Nền tảng về ATM . 69 4.1.1 Nguồn gốc của ATM 69 4.1.2 Giao diện mạng ATM . 69 4.2 Giao thức ATM 70 4.2.1 Lớp tế bào ATM . 71 4.2.2 Lớp tương thích ATM . 72 4.3 Các kết nối ảo ATM . 72 4.3.1 Kênh ảo và đường ảo . 72 4.3.2 Liên kết ảo . 73 4.3.3 Kết nối ảo (Virtual Connection) . 75 4.3.4 Kết nối chuyển mạch ảo (SVC) 76 4.4 Các loại dịch vụ ATM 77 4.4.1 Các loại dịch vụ ATM 77 4.4.2 Miêu tả lưu lượng 78 4.4.3 Các kiểu AAL . 79 Kết luận chƣơng: 80 CHƢƠNG 5: 81 QOS TRONG GIAO THỨC CHUYỂN MẠCH NHÃN MPLS 81 Đặt vấn đề: . 81 5.1 Cơ sở lý thuyết của MPLS 81 5.1.1 Sự chuyển tiếp gói IP thông thường . 81 5.1.2 Các cải tiến của MPLS 82 5.1.3 Kiến trúc MPLS . 83 5.2 Mã hóa nhãn . 83 5.2.1 MPLS shim header 83 5.2.2 Mã hóa nhãn qua mạng ATM . 84 5.3 Hoạt động của MPLS . 85 5.3.1 Ánh xạ nhãn . 85 5.3.2 Một ví dụ về các đường hầm phân cấp MPLS 87 5.4 MPLS hỗ trợ DiffServ 88 5.4.1 E-LSP 88 5.4.2 L-LSP 90 Kết luận chƣơng . 91 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 5 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN . 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO 93 PHỤ LỤC 94 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 6 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ARED Adapted Random Early Detection Tìm kiếm sớm ngẫu nhiên thích ứng ARP Address Resolution Protocol Giao thức phân giai địa chỉ ARPA Advance Research Projects Agency Trung tâm nghiên cứu cấp cao ATM Assyschronous Tranfer Mode Chế độ truyền bất đồng bộ AF Assured Forwarding Chuyển tiếp đảm bảo BB Bandwidth Brokering Thu hồi băng thông BGP Border Gateway Protocol Giao thức định tuyến ngòai CBQ Class Base Queuing Hàng đợi cơ sở lớp CBR Contant Bitrate Rate tốc độ bit cố định CL Controlled Load Tải điều khiển CPU Center Processor Unit Khối xử lí trung tâm CQS Classify Queue Shedule Lập lịch hàng đợi phân loại CAC Call Adminission Contron Điều khiến xác nhận cuộc gọi CE Congestion Experience Nghẽn trải qua DFF Drop from Front Loại bỏ phía trƣớc DiffServ Differentiated Service Dịch vụ khác biệt DNS Domain Name System Hệ thống tên miền DOD Deparment of Defense thuộc bộ quốc phòng Mĩ DRR Deficit Round Robin DSCP Difserv Code-Point Điểm mã dịch vụ khác biệt ECN Explicit congestion notification Thông báo nghẽn cụ thể EF Expedited Forwarding Chuyển tiếp ngay FBI Forwarding information base Khối chuyển tiếp FIFO First in first out Hàng đợi theo nguyên tắc vào trƣớc ra trƣớc FRED Flow Random Early Detection Tìm kiếm ngẫu nhiên sớm theo luồng FTP File Transfer Protocol Giao thức truyền file Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 7 GS Guaranteed Service Dịch vụ đảm bảo vụ HL Header length Độ dài tiêu đề ICMP Internet Control Message Protocol Giao thức tín hiệu điều khiển Internet IHL Identifed Header Length Trƣờng xác nhận độ dài tiêu đề Intserv Intergrated Service Dịch vụ tích hợp IP Internet Protocol Giao thức Internet LSP Label-switching Paths Đƣờng dẫn chuyển mạch nhãn MF Multi field Đa trƣờng MPLS Multi protocol lable Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức MTU Maximum Transfer Unit Đơn vị truyền tối đa NGN Next Generation Network Mạng thế hệ kế tiếp OSI Open Systems Interconection Mô hình tham chiếu “liên kết hệ thống mở” OSPF Open Sortest Path First Đƣờng dẫn đầu tiên ngắn nhất mở PHB Per-Hop Behavior Cƣ sử từng chặng PNNI Private network Node Interface Giao diện node mạng riêng PQ Priority Queue Hàng đợi ƣu tiên QoS Quality of service Chất lƣợng dịch vụ RAP Resource Allocation Protocol Giao thức phân phát tài nguyên RARP Reverse Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ ngƣợc RED Random Early Detection Tìm kiếm ngẫu nhiên sớm RIO RED With IN/ OUT Tìm kiếm ngẫu nhiên sớm theo vào ra RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức dành trƣớc tài nguyên SDH Synchronous Digital Hiearachy Phân cấp số đồng bộ SLA Service level agreement Thỏa thuận mức dịch vụ SMTP Simple Mail Transfer Protocol Giao thức truyền thƣ điện tử đơn giản TCP Tranmission Control Protocol Gíao thức điều khiển truyền dẫn Telnet Terminal NETwork Mạng đầu cuối Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 8 TL Total length Độ dài tổng TOS Type Of Service Loại dịch vụ TTL Time-to-live Thời gian sống UDP User Datagram protocol Giao thức ngƣời sử dụng VCI Virtual circuit Identify Nhận biết kênh ảo VPI Virtual Path Identify Nhận biết đƣờng ảo VPN IP virtual private Network IP virtual private Network WRED Weight Random Early Detection Tìm kiếm ngẫu nhiên sớm theo trọng số WRED Weighted Random Early Detection Tìm kiếm sớm ngẫu nhiên theo trọng số Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 9 DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình Nội dung Hình 1.1 Băng thông, trễ Hình 1.2 FTP truyền file giữa các hệ thống Hình 1.3 Phân loại các kỹ thuật sửa đổi dữ liệu phía ngƣời gửi Hình 1.4 Sửa đổi dữ liệu sử dụng FEC Hình 1.5 Sửa chữa sử dụng FEC phụ thuộc môi trƣờng Hình 1.6 Các khối đƣợc đan xen trong nhiều gói Hình 1.7 Phân loại các kỹ thuật che dấu lỗi Hình 2.1 Khoản thời gian đo CBS và CIR Hình 2.2(a) Gáo C và gáo E ở chế độ mù mầu Hình 2.2(b) srTCM ở chế độ mù mầu Hình 2.3 srTCM ở chế độ rõ mầu Hình 2.4(a) Gáo rò C và P trong trTCM Hình 2.4(b) trTCM ở chế độ mù mầu Hình 2.5 Chế độ rõ mầu với trTCM Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của RED Hình 2.7 Hồ sơ RED Hình 2.8 Khái niệm ECN Hình 2.9 Biểu đồ khái niệm của lập lịch gói Hình 2.10 FIFO Hình 2.11 Hàng đợi ƣu tiên PQ Hình 2.12 Ảnh hƣởng của kích thƣớc gói với phân bổ băng thông Hình 2.13 WRR Hình 2.14 Vòng quay Robin trọng số theo từng bit Hình 2.15 WFQ Hình 2.16 CB WFQ Hình 2.17 Bộ định dạng lƣu lƣợng thƣờng Hình 2.18 Gáo rò token traffic shaper [...]... lượng dịch vụ trong mạng IP đã đề cập đến những vấn đề cơ bản về chất lƣợng dịch vụ trong mạng IP Sau một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu bản luận văn đã hoàn thành với những nội dung chính sau đây: Chƣơng 1: Chất lƣợng dịch vụ trong mạng Viễn thông Chƣơng 2: Các kỹ thuật đảm bảo chất lƣợng dịch vụ trong mạng IP Chƣơng 3: Chất lƣợng dịch vụ trong mạng IP Chƣơng 4: Chất lƣợng dịch vụ trong mạng ATM... phân tích các yêu cầu khác nhau của chúng về chất lƣợng dịch vụ Ở các chƣơng sau sẽ trình bày chi tiết hơn những vấn đề trình trên Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 35 CHƢƠNG II: CÁC KỸ THUẬT ĐẢM BẢO CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ Nhập đề: Sau khi kết thúc chƣơng I chúng ta đã có cái nhìn tổng quan về các yêu cầu về chất lƣợng dịch vụ trong mạng IP khi mà mạng phải hỗ... lúc nhiều lại dịch vụ khác nhau Mỗi loại dịch vụ khác nhau đều có những đòi hỏi khác nhau về độ trễ, jitter, tỷ lệ mất gói và độ lƣu thoát Trong chƣơng II chúng ta sẽ nghiên cứu về những phƣơng pháp kỹ thuật đƣợc cài đặt trên các bộ định tuyến, đây là nội dung quan trọng nhất để thể hiện trong các mô hình đảm bảo chất lƣợng dịch vụ trong mạng IP 2.1 Kỹ thuật đo lƣu lƣợng và mầu hóa lƣu lƣợng Để thực... hƣớng IP là một mạng nỗ lực tối đa do đó “không tin cậy" khi yêu cầu nó đảm bảo về QoS Cách tiếp cận gần nhất để các nhà cung cấp dịch vụ IP có thể đạt tới đảm bảo QoS hay SLA giữa khách hàng và ISP là với dịch vụ mạng IP đƣợc quản lý Thuật ngữ đƣợc quản lý ở đây là bất cứ cái gì mà nhà cung cấp dịch vụ quản lý thay mặt cho khách hàng , điều đó cũng làm nâng cao đƣợc chất lƣợng dịch vụ 1.2 Các thông số... cho một lớp đặc biệt bằng cách đảm bảo rằng các gói đƣợc lấy ra khỏi hàng đợi có quan hệ với các lớp đó một cách thông thƣờng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 34 Kết luận chƣơng Chƣơng I nói về tổng quan chất lƣợng dịch vụ trong mạng IP Trình bày khái niệm chất lƣợng dịch vụ, với các thông số, các nguyên tắc với những đặc tính kỹ thuật cơ chế của nó Ngoài... chốt trong vấn đề phát triển mở rộng của mạng cũng nhƣ khả năng cung cấp các loại dịch vụ khác nhau trên cùng một hạ tầng mạng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 14 Những nghiên cứu dƣới đây sẽ đi vào những vấn đề mà mạng IP cần quan tâm đề đảm bảo chất lƣợng dịch vụ 1.1 Khái niệm về chất lƣợng dịch vụ Chất lƣợng dịch vụ là một vấn đề rất khó cho sự định nghĩa... hỏi cố định Đối với các loại giao dịch thì có Đối với các trao đổi dữ liệu thì không Tất cả các ứng dụng đều yêu cầu một mức chất lƣợng dịch vụ nhất định, mỗi úng dụng đều có một số đặc tính cơ bản khác nhau Để nhận biết các các yêu cầu chất lƣợng dịch vụ, hệ thống thƣờng nhận biết qua các lớp dịch vụ Theo quan điểm của ITU-T, khuyến nghị I-1541 các lớp dịch vụ đƣợc chia thành các mức nhƣ trên bảng... Chƣơng 5: QOS trong giao thức chuyển mạch nhãn MPLS Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 13 CHƢƠNG I: CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG TRUYỀN THÔNG Nhập đề: Trong những năm gần đây, tầm quan trọng của các công nghệ về chất lƣợng dịch vụ (QoS) đối với các mạng truyền thông đã tăng lên đáng kể, đặc biệt là trong các mạng chuyển mạch gói Trƣớc đây, các mạng ra đời với... liệu Và mạng này thƣờng đƣợc gọi mà mạng thế hệ mới Next-Generation-Network Mạng này đƣợc thiết kế chủ yế dựa trên nền mạng IP, nhƣng những nhƣợc điểm của mô hình best-effort của mạng IP không phù hợp với các loại dịch vụ âm thanh, hình ảnh, đa phƣơng tiện cần thời gian thực Để khắc phục những hạn chế này, các mô hình chất lƣợng dịch vụ trong mạng IP đã phát triển và đóng một vai trò then chốt trong. .. hành đầu đối với mạng IP, phần lớn các ứng dụng thực hiện tốt trong các mạng chuyển mạch hƣớng kết Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 32 nối (chuyển mạch kênh và ATM) đáp ứng tốt đƣợc các yêu cầu này Trong khi mạng IP truyền thống không hỗ trợ QoS cho các dịch vụ thời gian thực 1.4 Một số kỹ thuật hỗ trợ chất lƣợng dịch vụ Phân loại-Nhận dạng luồng: Để cung