(Luận văn thạc sĩ) nâng cao chất lượng dịch vụ mạng internet

 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Trần Anh Tuấn NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ MẠNG INTERNET Ngành: Công Nghệ Điện tử - Viễn thông Chuyên ngành: Kỹ thuật vô tuyến điện tử thông tin liên lạc Mã số: 2.07.00 LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Cảnh Tuấn Hà Nội – 2007 iii MỤC LỤC CHỮ VIẾT TẮT……………………………………………………………………… vi DANH MỤC BẢNG………………………………………………………………… vii DANH MỤC HÌNH VẼ viii MỞ ĐẦU……………………………………………………………………………… x CHƢƠNG 1: SỰ PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG INTERNET VÀ YÊU CẦU VỀ CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ - CÁC MƠ HÌNH CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ (QoS) 1.1 Giới thiệu mạng Internet chất lƣợng dịch vụ IP (IP QoS) 1.2 Lịch sử chất lƣợng dịch vụ giao thức Internet (IP QoS) 1.3 Các thƣớc đo thông số vận hành 1.3.1 Dải thông 1.3.2 Trễ Trƣợt gói tin 1.3.3 Mất gói 1.4 Các chức QoS 1.4.1 Đánh dấu phân loại gói tin 1.4.2 Quản lý tốc độ lƣu lƣợng 1.4.3 Cấp phát tài nguyên 1.4.4 Chính sách tránh tắc nghẽn loại bỏ gói 1.4.5 Giao thức báo hiệu QoS 1.4.6 Chuyển mạch 1.4.7 Định tuyến 10 1.5 Các mức độ chất lƣợng dịch vụ (QoS) 10 1.5.1 Dịch vụ Nỗ lực cao (Best-effort service) 10 1.5.2 Dịch vụ có phân loại 11 1.5.3 Dịch vụ có bảo đảm 11 1.6 Dịch vụ có bảo đảm (Intergrated Service): Giao thức dành trƣớc tài nguyên (RSVP) 12 1.6.1 Giao thức dành trƣớc tài nguyên (RSVP) 13 1.6.1.1 Vận hành RSVP 13 1.6.1.2 Các thành phần RSVP 16 1.6.1.3 Các tin RSVP 17 1.6.2 Các kiểu dành trƣớc 19 1.6.2.1 Dành riêng riêng biệt 19 1.6.2.2 Dành riêng chia xẻ 19 1.6.3 Kiểu dịch vụ 21 1.6.3.1 Tải kiểm soát 21 1.6.3.2 Tốc độ Bit bảo đảm 21 1.6.4 Tính quy mơ RSVP 22 1.7 Cấu trúc dịch vụ có phân loại (Differentiated Services Architecture) 23 1.7.1 Cấu trúc diffserv 23 1.7.2 Điểm mã dịch vụ có phân loại (DSCP) 26 1.7.3 Khối điều hoà lƣu lƣợng biên mạng 27 1.7.4 Đặc tính truyền theo chặng (PHB) 28 1.7.5 Chính sách phân bổ tài nguyên 31 CHƢƠNG 2: CÁC CƠ CHẾ THỰC HIỆN INTSERV VÀ DIFFSERV ÁP DỤNG CHO THIẾT BI ĐỊNH TUYẾN CỦA CISCO 34 iv 2.1 Bộ điều hoà lƣu lƣợng biên mạng: thiết bị phân loại, đánh dấu quản lý tốc độ lƣu lƣợng 34 2.1.1 Sự phân loại gói 35 2.1.2 Đánh dấu gói 35 2.1.3 Sự cần thiết việc quản lý tốc độ lƣu lƣợng 38 2.1.3.1 Khống chế lƣu lƣợng: sử dụng Tốc độ truy cập cam kết (CAR) 40 2.1.3.2 Chỉ tiêu phù hợp lƣu lƣợng 41 2.1.3.3 Thiết bị đo lƣu lƣợng 41 2.1.3.4 Chính sách hành động 45 2.1.4 Định dạng lƣu lƣợng 45 2.1.4.1 Thiết bị đo lƣu lƣợng dùng cho định dạng lƣu lƣợng 46 2.1.4.2 Định dạng lƣu lƣợng chung (GTS) Định dạng lƣu lƣợng phân bố (DTS) 47 2.2 Các chế xếp lịch cho gói tin 48 2.2.1 Xếp hàng Vào trƣớc trƣớc (FIFO) 50 2.2.2 Nguyên lý cấp phát chia xẻ công Max-Min 51 2.2.3 Xếp hàng cơng (FQ) Xếp hàng cơng có trọng số (WFQ) dựa tính tốn số thứ tự 54 2.2.4 Xếp hàng cơng có trọng số theo luồng 58 2.2.5 WFQ phân tán theo luồng (FlowBased Distributed WFQ-DWFQ) 61 2.2.6 WFQ theo loại (Class-Based WFQ) 62 2.2.7 Các chế xếp hàng WFQ khác 63 2.2.7.1 Xếp hàng cơng có trọng số phân tán DWFQ theo ToS 63 2.2.7.2 Xếp hàng cơng có trọng số phân tán DWFQ theo nhóm QoS 63 2.2.8 Xếp hàng ƣu tiên (Priority Queuing – PQ) 63 2.2.9 Xếp hàng tuỳ biến (Custom Queuing-CQ) 64 2.2.10 Các chế xếp lịch cho lƣu lƣợng thoại 66 2.2.10.1 WFQ theo loại với hàng đợi ƣu tiên (PQ-CBWFQ) 66 2.2.10.2 Xếp hàng tuỳ biến với hàng đợi ƣu tiên (PQ-CQ) 68 2.2.11 Xếp hàng sử dụng thuật toán Round-Robin 68 2.2.11.1 Round Robin theo trọng số cải tiến (Modified Weighted Round Robin - MWRR) 69 2.2.11.2 Round Robin khấu trừ cải tiến (Modified Deficit Round Robin MDRR) 73 2.3 Các chế tránh tắc nghẽn sách loại bỏ gói tin 77 2.3.1 Khởi động chậm giao thức kiểm soát truyền dẫn (TCP Slow Start) Loại trừ nghẽn 78 2.3.2 Hoạt động lƣu lƣợng TCP mơ hình loại bỏ cuối hàng (TailDrop) 79 2.3.3 Phát sớm ngẫu nhiên (RED): Quản lý hàng đợi tích cực để tránh nghẽn mạng 81 2.3.4 Phát sớm ngẫu nhiên có trọng số (WRED) 85 2.3.5 Phát sớm ngẫu nhiên có trọng số theo luồng (Flow WRED) 85 CHƢƠNG 3: ĐO KIỂM MỘT SỐ CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG CỦA DIFFERENTIATED SERVICE TRÊN THIẾT BỊ ĐỊNH TUYẾN CISCO 89 3.1 Kết đo thông số Diffserv 89 3.1.1 Bài đo Tốc độ truy cập cam kết (CAR) 89 v 3.1.2 Bài đo kích thƣớc bursts bình thƣờng vƣợt q 91 3.1.3 Bài đo chức Xếp hàng có trọng số theo loại (Class-Based Weighted Fair Queuing - CB-WFQ) 92 3.1.4 Bài đo WRED đƣờng truyền nghẽn nút cổ chai 94 3.1.5 Bài đo so sánh WFQ PQ hỗ trợ lƣu lƣợng EF 98 3.2 Áp dụng đo Chất lƣợng dịch vụ có phân loại tiêu biểu vào mạng thực tế Bƣu điện thành phố Hồ Chí Minh 101 3.2.1 Mạng IP Bƣu điện thành phố Hồ Chí Minh 101 3.2.2 Bài đo chế Tốc độ truy cập cam kết (CAR) 102 3.2.3 Bài đo chức Xếp hàng có trọng số theo loại (CB-WFQ) - Độ cách ly lƣu lƣợng (traffic isolation) 103 3.2.4 Bài đo WRED đƣờng truyền nghẽn nút cổ chai 104 3.2.5 Bài đo so sánh WFQ PQ hỗ trợ lƣu lƣợng EF 105 KẾT LUẬN 107 Tài liệu tham khảo 109 vi CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt ABR AF ATM BA BGP CAC CAR CBWFQ CIR DS DSCP DTR EF FRF GTS IP ITU-T LAN LLQ MCR PHB RSVP UDP VoIP WFQ WRED Tiếng Anh Available Bit Rate Assured Forwarding Asynchronous Transfer Mode Behavior Aggregate Border Gateway Protocol Connection Admission Control Committed Access Rate Class Based Weighted Fair Queuing Committed Information Rate Differentiated Services Differentiated Services Code Point data terminal ready Expedited Forwarding Frame-Relay Forum Generic Traffic Shaping Internet Protocol International Union for Telecommunications Local Area Network Low Latency Queuing Minimum Cell Rate Per-Hop Behavior Resource Reservation Protocol User Datagram Protocol Voice over IP Weighted Fair Queing Weighted Randomly Early Detected Tiếng Việt Tốc độ bít khả dụng Truyền tiếp có đảm bảo Truyền dẫn khơng đồng Tập hợp đặc tính truyền Giao thức cổng nối biên Kiểm soát quản lý kết nối Tốc độ truy cập cam kết Xếp hàng theo trọng số phân loại Tốc độ thơng tin cam kết Các dịch vụ có phân biệt Điểm mã dịch vụ có phân biệt Đầu cuối liệu sẵn sàng Chuyển tiếp nhanh Diễn đàn chuyển tiếp khung Định dạng lƣu lƣợng chung Giao thức Internet Liên minh viễn thông quốc tế Mạng nội Xếp hàng độ trễ thấp Tốc độ tế bào cực tiểu Đặc tính truyền theo chặng Giao thức dành trƣớc tài nguyên Giao thức tin ngƣời sử dụng Thoại IP Xếp hàng theo trọng số Phát sớm ngẫu nhiên theo trọng số vii DANH MỤC BẢNG Bảng 1-1Các mức dịch vụ chế thực QoS 11 Bảng 1-2 Các khối chức cấu trúc Diffserv 24 Bảng 1-3 IP precedence DSCP 26 Bảng 1-4 AF PHB 27 Bảng 2-1 Những giá trị tên ưu tiên IP 36 Bảng 2-2 Đánh dấu lưu lượng sử dụng mức ưu tiên IP, DSCP, nhóm QoS 37 Bảng 2-3 Sự so sánh chức khống chế chức định dạng 39 Bảng 2-4 Sự so sánh hai chế TS: GTS DTS 47 Bảng 2-5 WFQ theo luồng 59 Bảng 2-6: Phân loại theo ToS 63 Bảng 2-7 Các trọng số hàng đợi 70 Bảng 2-8 Hàng đợi 0-2 với giá trị trọng số định mức 75 Bảng 3-1 Ảnh hưởng exceed action CAR khác lên lưu lượng UDP (thông lượng không bao gồm overhead) 90 Bảng 3-2 Thông lượng kết nối TCP tăng giá trị kích thước burst bình thường vượt 92 Bảng 3-3 Kết test CAR WFQ với sơ lượng khác dịng TCP ưu tiên cao TCP best-effort 94 viii DANH MỤC HÌNH VẼ HỠNH 1-1 CỎC THàNH PHầN TRễ CủA GÚI 1500 BYTE TRỜN đườNG TRUYềN XUYỜN LụC địA NướC Mỹ VớI DảI THỤNG TăNG DầN HỠNH 1-2 THỤNG TIN LUồNG Dữ LIệU Và đIềU KHIểN CủA ROUTER Và MỎY TRạM Sử DụNG RSVP 14 HỠNH 1-3 Cơ CHế THIếT LậP DàNH TRướC RSVP 16 HỠNH 1-4 VỚ Dụ Về BA KIểU Bộ LọC DàNH RIỜNG 20 HỠNH 1-5 TổNG QUAN Về DIFFSERV 24 HỠNH 1-6 MỤ HỠNH HOạT độNG QOS TổNG QUỎT 25 HỠNH 1-7 BYTE TOS THEO RFC 1349 27 HỠNH 1-8 BYTE DS 27 HỠNH 1-9 TỚN HIệU RSVP QUA MộT MạNG DIFFSERV 31 HỠNH 2-1 THUậT TOỎN GIớI HạN TốC độ 40 HỠNH 2-2 TOKEN BUCKET CHUẩN CHO CAR 42 HỠNH 2-3 NHữNG HàNH độNG DựA VàO GIỎ TRị Bộ đếM BURST 44 HỠNH 2-4 XỎC SUấT LOạI Bỏ GÚI TIN CAR 44 HỠNH 2-5 QUỎ TRỠNH địNH DạNG LưU LượNG 45 HỠNH 2-6 NGUYỜN LÝ TOKEN BUCKET CHO CHứC NăNG địNH DạNG LưU LượNG 46 HỠNH 2-7 XếP HàNG FIFO 51 HỠNH 2-8 CấP PHỎT TàI NGUYỜN CHO NGườI DỰNG A Và B 52 HỠNH 2-9 CấP PHỎT TàI NGUYỜN CHO NGườI DỰNG C 53 HỠNH 2-10 CấP PHỎT TàI NGUYỜN CHO NGườI DỰNG D Và E 53 HỠNH 2-11: MộT VỚ Dụ MINH HOạ Sự MỤ PHỏNG Bộ XếP LịCH GPS ROUNDROBIN THEO TừNG BYTE CHO FQ 56 HỠNH 2-12 MINH HọA CHO CỎCH LàM CủA Bộ XếP LịCH FQ; GÚI D1 đếN SAU GÚI A1 đượC XếP LịCH 57 HỠNH 2-13 WFQ THEO TừNG LUồNG 59 HỠNH 2-14 WFQ THEO TừNG LUồNG.(TIếP) 59 HỠNH 2-15 CỎC HàNG đợI WRR VớI CỎC Bộ đếM KHấU TRừ TRướC KHI BắT đầU PHụC Vụ 70 HỠNH 2-16 MWRR SAU KHI PHụC Vụ HàNG đợI TRONG LượT đầU TIỜN 71 HỠNH 2-17 MWRR SAU KHI PHụC Vụ HàNG đợI TRONG LượT đầU TIỜN 71 HỠNH 2-18 MWRR SAU KHI PHụC Vụ HàNG đợI TRONG LượT đầU TIỜN 72 HỠNH 2-19 CỎC HàNG đợI – 2, CỰNG VớI CỎC Bộ đếM KHấU TRừ CủA CHỲNG 74 HỠNH 2-20 MDRR SAU KHI PHụC Vụ HàNG đợI 2, LượT đầU TIỜN 75 HỠNH 2-21 MDRR SAU KHI PHụC Vụ HàNG đợI 0, LượT đầU TIỜN 76 HỠNH 2-22 MDRR SAU KHI PHụC Vụ HàNG đợI 2, LượT THứ 77 HỠNH 2-23 MỤ Tả CửA Sổ NGHẽN MạNG TCP KHởI độNG CHậM Và CỎC HOạT độNG TRỎNH NGHẽN MạNG 79 HỠNH 2-24 ĐồNG Bộ TOàN CụC 80 HỠNH 2-25 XỎC SUấT LOạI Bỏ GÚI TIN RED 84 HỠNH 2-26: XỎC SUấT LOạI Bỏ GÚI TIN BằNG Cơ CHế FLOW WRED 87 HỠNH 3-1 CấU HỠNH đO TốC độ TRUY CậP CAM KếT 89 HỠNH 3-2 CấU HỠNH đO KỚCH THướC BURSTS BỠNH THườNG Và VượT QUỎ91 ix HỠNH 3-3 CấU HỠNH đO CHứC NăNG XếP HàNG CÚ TRọNG Số THEO LOạI (CLASS-BASED WEIGHTED FAIR QUEUING - CB-WFQ) 93 HỠNH 3-4 CấU HỠNH đO WRED đốI VớI đườNG TRUYềN NGHẽN NỲT Cổ CHAI 95 HỠNH 3-5 MỤ Tả BàI đO THEO LOGIC Và MẫU LưU LượNG 96 HỠNH 3-6 KếT QUả CHIA Xẻ DảI THỤNG KHI NGưỡNG TốI THIểU THAY đổI 96 HỠNH 3-7 PHầN DảI THỤNG PHB AF11 đạT đượC KHI Số LượNG LUồNG CủA MỗI LOạI THAY đổI 97 HỠNH 3-8 CấU HỠNH đO SO SỎNH WFQ Và PQ KHI Hỗ TRợ LưU LượNG EF 98 HỠNH 3-9 TRễ MộT HướNG TRUNG BỠNH KHI DỰNG CỎC KỚCH THướC KHUNG EF KHỎC NHAU, VớI PQ Và WFQ (8 HàNG đợI) 100 HỠNH 3-10 IPDV TRUNG BỠNH VớI PQ Và WFQ (8 HàNG đợI) 100 HỠNH 3-11 CấU HỠNH đO Cơ CHế TốC độ TRUY CậP CAM KếT (CAR) 102 HỠNH 3-12 CấU HỠNH đO CHứC NăNG XếP HàNG CÚ TRọNG Số THEO LOạI (CB-WFQ) - Độ CỎCH LY LưU LượNG (TRAFFIC ISOLATION) 104 HỠNH 3-13 CấU HỠNH đO WRED đốI VớI đườNG TRUYềN NGHẽN NỲT Cổ CHAI 105 HỠNH 3-14 CấU HỠNH đO WFQ Và PQ KHI Hỗ TRợ LưU LượNG EF 106 x MỞ ĐẦU Mạng viễn thông đại ngày phát triển cách mạnh mẽ quy mô nhƣ công nghệ Ở Việt Nam, với mức độ tăng trƣởng chóng mặt thuê bao điện thoại tỷ lệ ngƣời dùng Internet băng thơng rộng Làm việc giải trí, giao tiếp mơi trƣờng mạng Internet nói riêng mạng IP nói chung hình thức giao tiếp hiệu thuận tiện Xu hƣớng hội tụ tất dịch vụ viễn thông lên tảng IP đƣợc dự đoán đƣợc kiểm chứng Việt Nam Các dịch vụ IP đa dạng: từ gửi thƣ điện tử, truy cập web, thƣơng mại điện tử đến truyền file, mạng riêng ảo, thoại VOIP, truyền hình trực tuyến, truyền hình hội nghị Trƣớc bùng nổ số lƣợng chủng loại dịch vụ thông tin mạng IP, nhà sản xuất cung cấp mạng ngày phải ý đến chất lƣợng dịch vụ Ngoài việc tăng cƣờng đầu tƣ thiết bị để cung cấp dịch vụ, việc cần thiết sử dụng hạ tầng mạng cách hiệu Các kỹ thuật Chất lƣợng dịch vụ QoS đƣợc đƣa nhằm mục đích Thực kỹ thuật khái niêm IP QoS xuất từ lâu nhƣng phải đến năm gần đƣợc thực ý đến Lý ban đầu, lƣu lƣợng mạng Internet ít, gồm dịch vụ nhƣ email, truyền file truy cập web Đây dịch vụ băng hẹp, dùng dải thơng khơng phải dịch vụ thời gian thực Ngày nay, số lƣợng dịch vụ tăng lên nhiều, bao gồm dịch vụ truyền thống dịch vụ đòi hỏi thời gian thực nhƣ VOIP hội nghị truyền hình Các nhà cung cấp dịch vụ phải tìm cách thoả mãn khách hàng lƣu lƣợng thông tin chất lƣợng thơng tin Các kỹ thuật QoS đảm nhiệm việc đảm bảo chất lƣợng thông tin nhƣ sử dụng hiệu băng thông mạng Một mạng dù đƣợc trang bị băng thông lớn cần phải có sách QoS thích hợp để cân nhu cầu loại dịch vụ Trƣớc nhu cầu thực tế khai thác vận hành mạng nhƣ vậy, đăng ký đề tài nghiên cứu kỹ thuật đảm bảo chất lƣợng dịch vụ QoS Nội dung đề tài tìm hiểu mơ hình xi QoS mạng IP ứng dụng mạng Viễn Thơng Việt Nam, mơ hình Nỗ lực cao (Best effort), mơ hình Dịch vụ có bảo đảm (Integrated Service) mơ hình Dịch vụ phân biệt (Diffrentiated Service) Đặc biệt ý đến mơ hình Dịch vụ phân biệt đáp ứng chất lƣợng dịch vụ quy mô lớn Mục tiêu đề tài là: Tìm hiểu tất kỹ thuật mơ hình Dịch vụ có phân loại để ứng dụng mơ hình cách tốt mạng lƣới Việt Nam Trên sở hiểu biết QoS, đề tài đề cập đến số đo chất lƣợng dịch vụ tảng Dịch vụ phân biệt cho mạng IP Bƣu điện thành phố Hồ Chí Minh Do thời gian nghiên cứu hạn chế nên số vấn đề chƣa đƣợc đề cập chi tiết , luận văn khó tránh khỏi thiếu sót Tơi mong nhận đƣợc quan tâm đóng góp ý kiến thầy, cô bạn đồng nghiệp để hoàn thiện đề tài Xin cám ơn 96 Trường hợp 1: loại TCP có số lƣợng luồng, gọi trƣờng hợp “lƣu lƣợng cân bằng” Trƣờng hợp dùng để khảo sát ảnh hƣởng phân biệt dải thông ba loại TCP thay đổi ngƣỡng tối thiểu Trong tất phép đo, ngƣỡng tối đa đƣợc đặt giá trị lần ngƣỡng tối thiểu, xác suất rớt tối đa đƣợc đặt lần lƣợt 10% (AF11 rớt ít), 20% (AF12 rớt trung bình), 50% (AF13 rớt nhiều) tuỳ theo tầm quan trọng loại Hình 3-5 Mô tả đo theo logic mẫu lƣu lƣợng Hình 3-6 trình bày kết chia xẻ dải thơng ngƣỡng tối thiểu thay đổi Sự phân biệt rõ loại xảy khoảng hai đƣờng thẳng đứng Đối với giá trị ngƣỡng tối thiểu lớn đƣờng thẳng thứ hai, dải thông hội tụ giá trị 33%, giá trị lớn, chế rớt chọn lọc không xảy Hình 3-6 Kết chia xẻ dải thơng ngng ti thiu thay i Ghi chú: giá trị tính theo băng thông tổng cộng tất PHB AFi 97 Hình 3-7 Phần dải thơng PHB AF11 đạt đƣợc số lƣợng luồng loại thay i Cân Không cân Số luồng TCP Tăng số luồng cho PHB AF13 Tăng số luồng cho PHB AF12 Tăng số luồng cho PHB AF11 Trng hp 2:mt loại lƣu lƣợng có số lƣợng luồng thay đổi từ đến 20, hai loại cịn lại có số luồng khơng đổi (3 luồng TCP cho loại) Trƣờng hợp gọi “lƣu lƣợng không cân bằng” Đối với phép đo này, sử dụng ngƣỡng tối thiểu = 15 ngƣỡng tối đa = 30, xác suất rớt tối đa giống nhƣ trƣờng hợp Nếu WRED khơng đƣợc kích hoạt, loại lƣu lƣợng chiếm phần dải thông trực tiếp tỷ lệ với số luồng loại Nếu WRED đƣợc kích hoạt cần phải tính đến thơng số khác Một cách tƣơng đối coi loại có phần dải thông tỷ lệ trực tiếp với số luồng loại tỷ lệ nghịch với xác suất rớt quy định cho loại (Giả định tất luồng có giá trị rtt) Hình 3-7 cho thấy kết phần dải thơng PHB AF11 (loại lƣu lƣợng có xác suất rớt thấp nhất) đạt đƣợc số lƣợng luồng loại thay đổi Ta nhận thấy dải thông PHB AF11 không xuống dƣới 20% tổng dải thông số luồng loại lƣu lƣợng có xác suất rớt trung bình lớn lần (20 so với 3) số luồng loại lƣu lƣợng có xác suất rớt thấp (PHB AF11) 98 *Nhận xét: Khi dùng chế WRED, luồng có mức ƣu tiên cao đƣợc gán xác suất rớt nhỏ ln đƣợc đảm bảo ƣu tiên dải thông so với luồng khác 3.1.5 Bài đo so sánh WFQ PQ hỗ trợ lƣu lƣợng EF Hình 3-8 Cấu hình đo so sánh WFQ PQ hỗ trợ lƣu lƣợng EF *Mục đích: So sánh chế WFQ PQ thông số trễ hƣớng (one-way delay) ipdv sử dụng hàng đợi WFQ *Cấu hình đo: nhƣ hình 3-8 Các thơng số: Kích thƣớc khung EF (bao gồm byte mào đầu lớp 2): [64, 1518] byte Xếp lịch EF: WFQ PQ Tổng cộng tám hàng đợi, đƣợc sử dụng Với PQ, hàng đợi hàng đợi ƣu tiên (EF), hàng lại hàng đợi WFQ, hàng ứng với giá trị mức ƣu tiên cụ thể 99 Trong trƣờng hợp hệ thống toàn WFQ, hàng đợi phù hợp với mức ƣu tiên đƣợc gọi hàng đợi EF, với tốc độ phát lớn gấp lần tốc độ nhận tối đa hàng đợi lại đƣợc xử lý phụ thuộc vào giá trị mức ƣu tiên nó, tốc độ phát với tốc độ nhận Matching: dựa theo địa nguồn IP, đích IP, theo cổng Chỉ tiêu dịng: EF: tải có tốc độ khơng đổi 100 Kbps, kích thƣớc gói thay đổi, dùng phát SmartBits Tốc độ > Mbps chặng BE (mức ƣu tiên 0): lƣu lƣợng BE đƣợc tạo gói vƣợt tốc độ đặt trƣớc giao diện hƣớng vào (ingress) Lƣu lƣợng có mức ƣu tiên đến 7: UDP Các điều kiện đo: Tốc độ khống chế Xếp hàng ƣu tiên (PQ) = 300Kbps Dải thông EF WFQ = 300Kbps PVC: dải thông Mbps *Kết quả: PQ tối thiểu trễ so với WFQ; Trƣợt EF với hàng đợi PQ + WFQ khơng đổi (khơng thay đổi kích thƣớc khung thay đổi) Hình 3-9 trình bày kết trễ hƣớng trung bình với PQ WPQ trƣờng hợp dùng hàng đợi Trễ với WPQ ln lớn trƣờng hợp tƣơng ứng với PQ Hình 3-10 kết đo ipdv, mô tả khác trƣợt trƣờng hợp hệ thống WFQ hàng đợi Với PQ, giá trị trƣợt không đổi thay đổi kích thƣớc gói tin *Nhận xét: 100 Khi kết hợp PQ WFQ, lƣu lƣợng ƣu tiên hàng đợi PQ đƣợc đảm bảo trễ trƣợt nhỏ Trễ PQ tăng chậm kích thƣớc gói tin tăng, cịn trƣợt khơng đổi Hình 3-9 Trễ hƣớng trung bình dùng kích thƣớc khung EF khác nhau, với PQ WFQ (8 hàng đợi) Trễ hƣớng (đơn vị trễ = 10,08 ms) Trễ hƣớng trung bình thay đổi theo kích thƣớc khung EF với WFQ (8 hàng đợi) PQ (tải EF = 100Kbps, tốc độ tới EF = 300Kbps, kích thƣớc hàng đợi EF = 10 gói, hàng đợi tx = phần, với nhiều dịng BE) Kích thƣớc khung EF (byte) Hình 3-10 IPDV trung bình với PQ WFQ (8 hàng đợi) 101 3.2 Áp dụng đo Chất lƣợng dịch vụ có phân loại tiêu biểu vào mạng thực tế Bƣu điện thành phố Hồ Chí Minh 3.2.1 Mạng IP Bƣu điện thành phố Hồ Chí Minh Đây mạng IP đƣợc xây dựng Mạng lõi 03 Router Cisco 7609 hỗ trợ đa dịch vụ, đa giao thức, khả chuyển mạch cao, lên tới 256Gbps Các router cung cấp nhiều giao diện WAN khác nhau, từ DS0 đến STM 16; giao diện LAN từ FE đến GE, 10-GE Kết nối đến mạng lõi BRAS (broadband remote access server) CISCO 10000, có nhiệm vụ chuyển lƣu lƣợng đến từ DSLAM (digital subscriber line access multiplexers) cho mạng nhà cung cấp dịch vụ Internet VDC Các switch Cisco ME4924 tập hợp lƣu lƣợng từ DSLAM BRAS để chuyển lên mạng lõi Các thiết bị hỗ trợ tính QoS mức độ khác Mạng lõi router hỗ trợ đầy đủ nhất, đặc biệt diffserv QoS với chế QoS trình bày chƣơng Để kiểm tra tình diffserv QoS thiết bị router mạng lõi, dựa đo trình bày phần trên, đề xuất xây dựng số đo cho mạng IP Bƣu điện thành phố Hồ Chí Minh nhƣ sau 102 SÕ ĐỒ MẠNG IP BƯU ĐIỆN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH VDC GDI 2,5Gbps HBT TBI BTQ TDU CHÚ THÍCH: C ME4924 C 7609 IP DSLAM C 10000 C SCE2200 3.2.2 Bài đo chế Tốc độ truy cập cam kết (CAR) *Mục đích: Xác nhận rằng, tốc độ lƣu lƣợng luồng vƣợt ngƣỡng thiết lập, lƣu lƣợng vƣợt ngƣỡng bị loại bỏ truyền tiếp mức ƣu tiên khác, tuỳ thuộc cài đặt Exceed action *Cấu hình đo: Hình 3-11 Cấu hình đo chế Tốc độ truy cập cam kết (CAR) 1-GE TBI CHÚ THÍCH: Máy đo SmartBits C 7609 2,5Gbps HB T 100M-FE C A R 103 Máy đo SmartBits có khả phát đồng thời nhiều loại lƣu lƣợng nhiều giao diện khác nhau, chí giao diện Dùng SmartBits để giả lập lƣu lƣợng đo thông số thu đƣợc Trường hợp 1: Tại HBT, phát luồng UDPvới tốc độ tổng 80 Mbps đến TBI Tốc độ max: 40Mbps Conform action: với mức ƣu tiên Exceed action: loại bỏ gói Trường hợp 2: Tại HBT, phát luồng UDPvới tốc độ tổng 90 Mbps đến TBI Tốc độ max: 60Mbps Conform action: với mức ƣu tiên Exceed action: đặt mức ƣu tiên *Yêu cầu đo: đánh giá thơng lƣợng phía thu Trƣờng hợp 1: tốc độ giới hạn max Trƣờng hợp 2: gần giá trị tốc độ phát 3.2.3 Bài đo chức Xếp hàng có trọng số theo loại (CB-WFQ) - Độ cách ly lƣu lƣợng (traffic isolation) *Mục đích: Khẳng định rằng, với CB-WFQ dịng có mức ƣu tiên cao đƣợc bảo vệ trƣớc lƣu lƣợng lớn dịng best-effort, khơng dịng bị chiếm hết tài nguyên *Cấu hình đo: Dùng máy đo SmartBits phát dòng lƣu lƣợng BE dịng lƣu lƣợng TCP có mức ƣu tiên khác từ HBT đến TBI Mỗi dịng TCP có tốc độ 10Mbps Đặt chế độ CAR giao diện hƣớng vào FE HBT làm nhiệm vụ phân loại đánh dấu, đặt CB-WFQ giao diện hƣớng FE TBI làm nhiệm vụ phân chia dải thông Đặt mức độ ƣu tiên cao (có tốc độ giới hạn theo Kbps) cho nhiều dòng, dòng lại best-effort (không bị giới hạn tốc độ) 104 Tăng dần số lƣợng dòng BE TCP Quan trắc thông lƣợng đầu giao diện FE TBI Hình 3-12 Cấu hình đo chức Xếp hàng có trọng số theo loại (CB-WFQ) - Độ cách ly lƣu lƣợng (traffic isolation) 100M-FE TBI 2,5Gbps 100M-FE HBT C A R CBWFQ CHÚ THÍCH: Máy đo SmartBits C 7609 *Yêu cầu đo: Các dịng TCP có mức ƣu tiên chiếm nhiều dải thơng hẳn dịng BE, tốc độ phát tổng cộng BE cao ngang so với tất dòng TCP thuộc nhiều mức ƣu tiên khác 3.2.4 Bài đo WRED đƣờng truyền nghẽn nút cổ chai *Mục đích: Xác thực chức WRED hiểu đƣợc tác động thơng số WRED Khi có tƣợng tắc nghẽn, WRED phân chia dải thông cho loại lƣu lƣợng khác nhau, loại đƣợc xác định giá trị mức ƣu tiên IP Những luồng có mức ƣu tiên cao bị loại bỏ gói với tỷ lệ thấp *Cấu hình đo: Dùng máy phát SmartBits phát hai nhóm lƣu lƣợng Nhóm luồng UDP, chiếm 25% dải thông khả dụng giao diện hƣớng 100M-FE trạm TBI Nhóm thứ hai bao gồm lƣu lƣợng TCP, có khả dùng tới 75% tổng dải thông Lƣu lƣợng TCP đƣợc hình thành từ ba loại khác nhau, loại đƣợc gán giá trị mức ƣu tiên IP riêng giao diện đầu vào (mức ƣu tiên từ đến 7) Mỗi loại lƣu lƣợng lại đƣợc hình thành từ số kết nối (3, 5, 10, 15, 20, …), kết nối hoạt động truyền file kích thƣớc 1000 kBytes Trong tất 105 phép đo, ngƣỡng tối đa đƣợc đặt giá trị lần ngƣỡng tối thiểu, xác suất rớt tối đa đƣợc đặt lần lƣợt 10% (mức ƣu tiên IP 7), 15% (mức ƣu tiên IP 6), 20% (mức ƣu tiên IP 5), 25% (mức ƣu tiên IP 4), 30% (mức ƣu tiên IP 3), 40% (mức ƣu tiên IP 2), 50% (mức ƣu tiên IP 1), tuỳ theo tầm quan trọng loại Hình 3-13 Cấu hình đo WRED đƣờng truyền nghẽn nút cổ chai Đặt mức ƣu tiên CB-WFQ WRED 100M-FE TBI 2,5Gbps HB T 100M-FE CHÚ THÍCH: Máy đo SmartBits C 7609 Khảo sát ảnh hƣởng thông số đến dải thông tổng loại lƣu lƣợng cách thay đỗi ngƣỡng rớt tối thiểu loại; thay đổi số luồng loại lƣu lƣợng, giữ nguyên thông số lƣu lƣợng lại *Yêu cầu đo: Khi dùng chế WRED, luồng có mức ƣu tiên cao đƣợc gán xác suất rớt nhỏ ln đƣợc đảm bảo ƣu tiên dải thông so với luồng khác 3.2.5 Bài đo so sánh WFQ PQ hỗ trợ lƣu lƣợng EF *Mục đích: So sánh chế WFQ PQ thông số trễ hƣớng (one-way delay) ipdv sử dụng hàng đợi WFQ *Cấu hình đo: Dùng máy phát SmartBits phát nhóm lƣu lƣợng sau: Nhóm lƣu lƣợng EF-PQ: mức ƣu tiên 7, đặt hàng đợi PQ Tốc độ tải: 10Mbps Dải thông cho phép cực đại: 30Mbps 106 Nhóm lƣu lƣợng EF-WFQ: mức ƣu tiên từ đến Tốc độ tải mức ƣu tiên: 10Mbps Dải thơng tồn nhóm cho phép cực đại: 30Mbps Nhóm lƣu lƣợng BE: mức ƣu tiên 0, làm lƣu lƣợng Tốc độ tải: >100Mbps Hƣớng vào giao diện 10-FE HBT đặt chế độ khống chế để phân loại đánh dấu lƣu lƣợng Hƣớng giao diện 10-FE TBI đặt chế độ xếp lịch ƣu tiên kết hợp với xếp hàng theo trọng số (PQ-WFQ) Hình 3-14 Cấu hình đo WFQ PQ hỗ trợ lƣu lƣợng EF Phân loại, Đánh dấu Xếp lịch PQ WFQ 100M-FE TBI 2,5Gbps HB T 100M-FE CHÚ THÍCH: Máy đo SmartBits C 7609 Thay đổi thơng số kích thƣớc khung để kiểm tra đáp ứng hệ thồng *Yêu cầu đo: Đo trễ trƣợt gói (jitter – ipdv) So sánh giá trị đo đƣợc nhóm lƣu lƣợng PQ WFQ Kiểm chứng kết hợp PQ WFQ vừa cho phép truyền lƣu lƣợng cần độ trễ trƣợt thấp (ví dụ VOIP), vừa đảm bảo truyền đƣợc loại lƣu lƣợng khác với tỷ lệ chia xẻ dải thông khác tuỳ theo mức ƣu tiên 107 KẾT LUẬN Các mơ hình chất lƣợng dịch vụ, đặc biệt mơ hình Diffserv có ý nghĩa khai thác mạng IP Nhờ có chế QoS, nhà cung cấp dịch vụ đem đến cho khách hàng dịch vụ có chất lƣợng đảm bảo, khai thác hiệu băng thông mạng Diffserv giải pháp trung gian mô hình Best- Effort mơ hình Intserv Diffserv cho chất lƣợng dịch vụ tốt khai thác mạng hiệu Best-Effort nhƣng có chi phí cao Diffserv lại cho chất lƣợng dịch vụ không đảm bảo có chi phí thấp Interserv Tuy nhiên Diffserv có khả triển khai quy mơ lớn, Interserv khơng thể làm đƣợc quản lý sở luồng, tuyến từ điểm đầu đến điểm cuối Mặc dù đem lại nhiều tác dụng cho khai thác mạng, ta cần phải xác định rõ vấn đề sau: - Diffserv hoạt động sở phân chia băng thông mạng cách hợp lý cho loại dịch vụ khác Khi xảy nghẽn mạng ƣu tiên cho lƣu lƣợng có mức độ quan trọng mức độ ƣu tiên cao hơn, hy sinh chất lƣợng dịch vụ lại Vấn đề Diffserv không tạo thêm băng thông nên đến mức độ khách hàng khơng chấp nhận đƣợc chất lƣợng dịch vụ nhà cung cấp Do ta cần phải quy hoạch mạng cách quy củ cho loại dịch vụ, cần phải tăng cƣờng thêm băng thông cho mạng lõi cho đáp ứng đƣợc băng thơng địi hỏi khách hàng - Trễ gói mạng có nguyên nhân: trễ chuyển mạch, trễ nối tiếp hóa trễ truyền lan Nếu ta trang bị router chất lƣợng cao ta cịn kiểm sốt đƣợc thành phần trễ xếp hàng trễ chuyển mạch Tuy nhiên quy hoạch tốt trễ xếp hàng phần nhỏ trễ truyền lan Do vậy, triển khai Diffserv không làm ảnh hƣởng tới trễ tổng hợp truyền xa - Diffserv muốn triển khai rộng khắp phải có phối hợp thống nhà cung cấp dịch vụ, vấn đề kinh doanh vấn đề kỹ thuật Từ lý kể trên, ta nhận thấy Diffserv tự thân khơng phải giải pháp hoàn hảo cho quản lý chất lƣợng dịch vụ Hƣớng nghiên cứu sâu đề 108 tài khả phối hợp Diffserv Intserv để tận dụng mạnh hai mơ hình Ngoài kết hợp Diffserv Chuyển mạch nhãn đa phƣơng thức (MPLS) giải pháp tốt MPLS hỗ trợ hội tụ hai phƣơng thức khác mạng liệu (datagram mạch ảo) [1] Điều khiển lƣu lƣợng MPLS làm giảm tắc nghẽn tối ƣu hoá việc sử dụng tài nguyên mạng sẵn có Nhờ MPLS ta quản lý tốt việc phân phối lƣu lƣợng mạng Hiểu biết sâu phƣơng thức kết hợp giúp ta chọn đƣợc phƣơng án tốt cho mạng lƣới 109 Tài liệu tham khảo F Faucheur (2001), “Mpls support of differentiated services”, Internet Draft, IETF Gilbert Held (2000), Managing TCP/IP network: techniques, tools, and security considerations, John Wiley & Sons H Jonathan Chao, Xiaolei Guo (2002), Quality of Service Control in HighSpeed Networks, John Wiley & Sons J Nagle (1984), RFC 896, "Congestion Control in IP/TCP Internetworks" J Postel (1981), RFC 791: "Internet Protocol Specification," K Nichols and others, RFC 2474, "Definition of the Differentiated Services Field (DS Field) in the IPv4 and IPv6 Headers" Peter Massam (2003), Managing service level quality across wireless and fixed networks, John Wiley & Sons S Shenker, C Partridge, and R Guerin (1997), RFC 2212, "Specification of Guaranteed Quality of Service" Vilho Raisanen (2003), Implementing Service Quality in IP Networks, John Wiley & Sons 10 Cisco.com, “Introduction to IP QoS” 11 Cisco.com, “DiffServ - The Scalable End-to-End QoS Mode” 12 Cisco.com, “Cisco IOS Quality of Service Solutions Configuration Guide” 13 www.Juniper.net, “Supporting differentiated service classes in large IP networks” 14 http://www.ietf.org/rfc/rfc1633.txt, “Integrated Services Architecture” 15 http://www.ietf.org/rfc/rfc2001.txt, "TCP Slow Start, Congestion Avoidance, Fast Recovery, and Fast Recovery Algorithms," 16 http://www.ie tf.org/rfc/rfc2210.txt, “The use of RSVP for Integrated Services” 17 http://www.ietf.org/rfc/rfc2475.txt, “An Architecture for Differentiated Services” 110 18 http://www.ietf.org/rfc/rfc2597.txt, “Assured Forwarding (AF) PHB” 19 http://www.ietf.org/rfc/rfc2598.txt, “An Expedited Forwarding per-hop behavior (PHB)” 20 http://www.cnaf.infn.it/~ferrari/tfng/ds/ ... TRIỂN CỦA MẠNG INTERNET VÀ YÊU CẦU VỀ CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ - CÁC MÔ HÌNH CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ (QoS) 1.1 Giới thiệu mạng Internet chất lƣợng dịch vụ IP (IP QoS) 1.2 Lịch sử chất lƣợng dịch vụ giao... VÀ YÊU CẦU VỀ CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ - CÁC MƠ HÌNH CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ (QoS) 1.1 Giới thiệu mạng Internet chất lƣợng dịch vụ IP (IP QoS) Mạng IP lớn mạng Internet toàn cầu Internet phát triển với tốc... hƣớng đến Internet ngày, vậy, Internet cần có chức để hỗ trợ c? ?chất lƣợng dịch vụ ứng dụng có nhƣ tƣơng lai Dịch vụ phổ biến mà Internet cung cấp dịch vụ “nỗ lực cao nhất” (best-effort) Dịch vụ best-effort