Chất lượng dịch vụ trong các mạng IP tốc độ cao

HỒNG MINH CHÍNH – NGÀNH CƠNG NGHỆ THƠNG TIN – KHÓA 2003 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG CÁC MẠNG IP TỐC ĐỘ CAO NGÀNH: CƠNG NGHỆ THƠNG TIN HỒNG MINH CHÍNH HÀ NỘI - 2005 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG CÁC MẠNG IP TỐC ĐỘ CAO NGÀNH: CƠNG NGHỆ THƠNG TIN HỒNG MINH CHÍNH Người hướng dẫn khoa học: TS PHẠM HUY HOÀNG HÀ NỘI - 2005 Mở đầu Chất lượng dịch vụ mạng IP tốc độ cao Mở đầu Trong vòng 20 năm trở lại đây, phát triển bùng nổ Internet mạng máy tính mở kỷ ngun thơng tin cơng nghệ thơng tin truyền thơng có ảnh hưởng lớn đến đời sống người Những dịch vụ mạng máy tính Internet đem lại ngày nhiều đa dạng làm thay đổi thói quen sinh hoạt, trao đổi thông tin “cư dân giới số” Khơng phủ nhận lợi ích mà dịch vụ thư điện tử, dịch vụ web, thương mại điện tử, … mạng lại cho sống người Nhưng kèm theo thách thức không nhỏ đặt với nhà cung cấp dịch vụ, để đáp ứng tốt yêu cầu dịch vụ ngày khắt khe người dùng, từ dịch vụ đơn giản thư điện tử dịch vụ phức tạp đòi hỏi cao truyền hình theo yêu cầu, hội nghị từ xa, … Những thách thức đặt yêu cầu phải có mơ hình, chế để đảm bảo chất lượng dịch vụ cung cấp mạng cho người dùng cuối, đặc biệt dịch vụ cung cấp khác yêu cầu tài nguyên, đối tượng phục vụ Xu hướng hội tụ số năm gần chứng kiến nhà cung cấp có chiều hướng cung cấp tất dịch vụ hệ thống mạng IP Xu hướng hội tụ mang tính hiệu kinh tế cơng nghệ, nhà cung cấp tập trung nguồn lực tài để phát triển hạ tầng truyền thơng nhất, đồng thời cung cấp nhiều loại hình dịch vụ khác đó, đồng thời đặt nhiều yêu cầu khắt khe chất lượng dịch vụ mạng QoS (Quality of Service) đời để giải vấn đề đó, nói, phát triển nhanh chóng dịch vụ Internet truyền thơng có phần đóng góp khơng nhỏ QoS Mục tiêu luận văn sâu nghiên cứu phương pháp đảm bảo chất lượng dịch vụ mạng IP, đặc biệt nhấn mạnh đến việc đảm bảo chất lượng dịch vụ mạng MPLS, công nghệ thu hút nhiều ý năm gần Những vấn đề luận văn trình bày từ tổng quan đến chi tiết, mô đánh giá thực nhờ cơng cụ NS-2 Cấu trúc luận văn gồm phần với chương sau: Phần 1: Trình bày tổng quan chất lượng dịch vụ, phần gồm có chương: Chương 1: Giới thiệu chung cần thiết việc đảm bảo chất lượng dịch vụ, nêu định nghĩa chất lượng dịch vụ số chế phục vụ cho việc đảm bảo chất lượng dịch vụ hay dùng mạng IP truyền thống Chương 2: Trình bày mơ hình đảm bảo chất lượng dịch vụ hay sử dụng mạng IP truyền thống, mơ hình Integrated Service (IntServ), đề cập đến giao thức đặt trước tài nguyên RSVP ưu, nhược điểm mô hình Luận văn cao học Ngành Cơng nghệ thơng tin 2003 – Đại học Bách Khoa Hà Nội i Mở đầu Chất lượng dịch vụ mạng IP tốc độ cao Chương 3: Trình bày mơ hình đảm bảo chất lượng dịch vụ Differentiated Service (DiffServ), mô hình có nhiều ưu điểm IntServ ngày sử dụng rộng rãi Trong chương nêu khái niệm quan trọng với DiffServ ưu điểm DiffServ so với IntServ Phần 2: Trình bày việc đảm bảo chất lượng mạng chuyển mạch nhãn, bao gồm chương: Chương 4: Đề cập đến khái niệm mạng chuyển mạch nhãn MPLS, chế đảm bảo chất lượng dịch vụ thích ứng với cơng nghệ Chương 5: Trình bày đánh giá hiệu số dịch vụ liệu hay gặp mạng MPLS thông qua kịch mô phỏng, đồng thời bước đầu đề xuất phương pháp đảm bảo chất lượng dịch vụ cho số loại liệu mạng MPLS Do khuôn khổ thời gian thực luận văn kinh nghiệm thân có hạn, đạt luận văn kết bước đầu, chắn không tránh khỏi thiếu sót, tơi mong nhận ý kiến đóng góp q báu thầy cơ, đồng nghiệp quan tâm Tôi xin chân thành cảm ơn thầy, cô Khoa Công nghệ thông tin, Trung tâm Đào tạo sau đại học, Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội đặc biệt TS Phạm Huy Hồng, người nhiệt tình giúp đỡ tơi q trình thực luận văn Tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bạn bè, đồng nghiệp công ty Hệ thống thông tin FPT, người động viên, khích lệ ln bên suốt thời gian qua Hà Nội, tháng 11, năm 2005 Luận văn cao học Ngành Công nghệ thông tin 2003 – Đại học Bách Khoa Hà Nội ii Mục lục Chất lượng dịch vụ mạng IP tốc độ cao Mục lục Mục lục hình vẽ vii Mục lục bảng viii Danh mục thuật ngữ viết tắt ix Phần một: Tổng quan chất lượng dịch vụ mạng IP Chương Giới thiệu chung Chất lượng dịch vụ (QoS) 1.1 Sự cần thiết phải có QoS 1.2 Định nghĩa QoS .4 1.3 Một số phương pháp kiểm soát QoS 1.3.1 Đánh dấu gói tin .7 1.3.2 Phân loại gói tin 1.3.3 Điều hồ thơng lượng 1.3.3.2 Tốc độ liệu 1.3.3.3 Đo đạc thông lượng đánh dấu màu 10 1.3.4 Quản lý hàng đợi 13 1.3.4.1 Phương thức Tail drop 13 1.3.4.2 Loại bỏ sớm ngẫu nhiên (RED) .14 1.3.4.3 Loại bỏ sớm dựa trọng số (WRED) 16 1.3.4.4 Thông báo tắc nghẽn tường minh (ECN) 17 1.3.5 Sắp xếp gói tin 20 1.3.5.2 Vào trước trước (FIFO) .22 1.3.5.3 Xếp hàng ưu tiên (PQ) 22 1.3.5.4 Xếp hàng công (FQ) .23 1.3.5.5 Xếp hàng theo vịng trịn có trọng số (WRR) 24 1.3.5.6 Xếp hàng công có trọng số (WFQ) 25 1.3.5.7 Xếp hàng cơng có trọng số theo lớp (CB WFQ) 26 1.3.6 Điều tiết thông lượng 27 1.3.6.1 Điều tiết thông lượng tuý .28 1.3.6.2 Điều tiết thông lượng ống thẻ 28 Chương Mơ hình Integrated Service 30 2.1 Tổng quan mơ hình Integrated Service 30 2.1.1 Những yêu cầu QoS 30 2.1.1.1 Các ứng dụng thời gian thực 30 2.1.1.2 Các ứng dụng mềm dẻo 31 2.1.2 Loại bỏ gói tin 31 2.1.3 Mơ hình đặt trước 31 2.2 Những yêu cầu IntServ 32 Luận văn cao học Ngành Công nghệ thông tin 2003 – Đại học Bách Khoa Hà Nội iii Mục lục Chất lượng dịch vụ mạng IP tốc độ cao 2.3 Giao thức đặt trước tài nguyên (RSVP) 32 2.3.1 Tổng quan RSVP .32 2.3.2 Hoạt động RSVP .33 2.3.3 Cấu trúc tin RSVP 33 2.3.4 Bản tin PATH 37 2.3.5 Bản tin RESV 38 2.4 Các kịch sử dụng IntServ thường gặp 38 2.5 Ưu điểm nhược điểm mơ hình 39 Chương Mơ hình Differentiated Service 41 3.1 Tổng quan mơ hình Differentiated Service (DiffServ) .41 3.2 Thoả thuận mức dịch vụ (SLA) Thoả thuận Điều hồ thơng lượng (TCA) 41 3.3 Mơ hình Differentiated Service 42 3.3.1 Miền Differentiated Service (DS) 42 3.3.2 Vùng Differentiated Service 44 3.3.3 Đánh dấu gói tin DiffServ 45 3.3.3.1 Đánh dấu gói tin định tuyến thông thường .46 3.3.3.2 Trường DiffServ (DS) 47 3.3.3.3 DSCP .47 3.3.4 Phân loại điều hồ thơng lượng 48 3.3.5 Hành vi chuyển tiếp (PHB) .49 3.3.5.2 Hành vi mặc định 51 3.3.5.3 Lựa chọn lớp 51 3.3.5.4 Chuyển tiếp đảm bảo (AF) 51 3.3.5.5 Chuyển tiếp thực thi (EF) 52 3.3.5.6 Thực PHB xếp gói tin 52 3.3.6 Mơ hình khái niệm 54 3.3.6.2 Giao diện cấu hình quản lý .54 3.3.6.3 Các module đảm bảo chất lượng dịch vụ .55 3.3.6.4 Chức DiffServ giao diện vào 55 3.3.6.5 Điều tiết điều hoà 55 3.3.6.6 Phân loại thông lượng .55 3.3.7 Các đo đạc 56 3.3.8 Các thành phần hành động 56 3.3.9 Các thành phần hàng đợi .57 3.3.10 Các khối điều hồ thơng lượng 57 3.4 Ưu điểm mơ hình DiffServ so với IntServ 57 Phần hai: Đảm bảo chất lượng dịch vụ mạng chuyển mạch nhãn 59 Chương Mạng chuyển mạch nhãn MPLS 59 4.1 Tại nên sử dụng MPLS 59 4.1.1 Chuyển tiếp gói tin IP thơng thường 60 Luận văn cao học Ngành Công nghệ thông tin 2003 – Đại học Bách Khoa Hà Nội iv Mục lục Chất lượng dịch vụ mạng IP tốc độ cao 4.1.2 Những ưu điểm MPLS 61 4.2 Kiến trúc MPLS 62 4.2.2 Nhãn gán nhãn 63 4.2.3 Chồng nhãn 63 4.2.3.1 Mã hoá chồng nhãn .63 4.2.3.2 Hoạt động chồng nhãn 65 4.2.4 Lựa chọn đường .66 4.2.5 Xử lý node áp chót chồng .66 4.2.6 Đường hầm LSP 67 4.2.7 Phần tử chuyển nhãn 67 4.3 Phân phối nhãn 68 4.3.1 Phân phối xi dịng tự nguyện xi dịng theo u cầu 69 4.3.2 Các chế độ chặn nhãn: tự bảo thủ .69 4.3.3 Kiểm soát LSP: có thứ tự độc lập .69 4.3.4 Phân phối nhãn ngang hàng phân cấp .70 4.3.5 Lựa chọn giao thức phân phối nhãn 71 4.3.5.1 Giao thức phân phối đường biên (BGP) 71 4.3.5.2 RSVP .72 4.3.5.3 Gán nhãn cho LSP tường minh 72 4.4 MPLS hỗ trợ Differentiated Service 73 4.5 Mơ hình Gửi nhãn cho định tuyến hỗ trợ MPLS mơ hình DiffServ .75 4.5.1 Xác định PHB tới 75 4.5.2 Xác định PHB dựa theo Điều hồ thơng lượng 75 4.5.3 Chuyển tiếp nhãn 75 4.5.4 Mã hố thơng tin DiffServ vào gói tin 76 4.6 Ứng dụng MPLS 76 4.6.1 Kiểm sốt, điều hồ thơng lượng 77 4.6.1.1 Ví dụ điều hồ thông lượng 77 4.6.1.2 Định tuyến dựa ràng buộc 80 4.6.1.3 Link-State IGP nâng cấp 81 4.6.1.4 Giải pháp điều hồ thơng lượng 81 4.6.2 Mạng riêng ảo (VPN) 83 4.6.2.1 Thuật ngữ 84 4.6.2.2 Mơ hình thiết lập VPN dựa MPLS 85 4.6.2.3 Ưu điểm VPN dựa MPLS 86 Chương Đánh giá chất lượng số dịch vụ liệu mạng MPLS 87 5.1 Đặc trưng MPLS tiêu chí đánh giá QoS 87 5.1.1 Lý chọn MPLS 87 5.1.2 Các tiêu chí đánh giá QoS .87 5.2 Thực mô đánh giá 88 5.2.1 Xây dựng môi trường mô 88 Luận văn cao học Ngành Công nghệ thông tin 2003 – Đại học Bách Khoa Hà Nội v Mục lục Chất lượng dịch vụ mạng IP tốc độ cao 5.2.2 Đánh giá QoS cho liệu thông thường .88 5.2.2.1 Mơ hình mô 89 5.2.2.2 Các kịch mô 90 5.2.2.3 Kết luận 96 5.2.3 Đánh giá QoS cho liệu tiếng nói VoIP 96 5.2.3.1 Mơ hình mơ 96 5.2.3.2 Các kịch mô 98 5.2.3.3 Kết luận 101 5.3 Mơ hình đề xuất cho việc đảm bảo chất lượng dịch vụ mạng MPLS .102 Kết luận hướng phát triển đề tài 104 Tài liệu tham khảo 105 Luận văn cao học Ngành Công nghệ thông tin 2003 – Đại học Bách Khoa Hà Nội vi Chất lượng dịch vụ mạng IP tốc độ cao Mục lục Mục lục hình vẽ Hình 1.1 Hình 1.2 Hình 1.3 Hình 1.4 Hình 1.5 Hình 1.6 Hình 1.7 Hình 1.8 Hình 1.9 Hình 1.10 Hình 1.11 Hình 1.12 Hình 1.13 Hình 1.14 Hình 1.15 Hình 1.16 Hình 1.17 Hình 1.18 Hình 1.19 Hình 1.20 Hình 1.21 Hình 1.22 Hình 1.23 Hình 1.24 Hình 1.25 Hình 1.26 Hình 2.1 Hình 2.2 Hình 2.3 Hình 2.4 Hình 2.5 Hình 2.6 Hình 2.7 Hình 2.8 Hình 3.1 Hình 3.2 Hình 3.3 Hình 3.4 Hình 3.5 Sự tiến hố truyền thơng mạng Định nghĩa QoS Những yêu cầu chức chung IP QoS Cấu trúc định tuyến IP Phân loại gói tin đa trường Phương pháp phân loại BA .8 Module điều hồ thơng lượng Cổng vào, cổng đường truyền tin Ống thẻ C ống thẻ E srTCM 11 Hoạt động srTCM chế độ không màu .11 Ống thẻ C ống thẻ P trTCM .12 Hoạt động trTCM chế độ không màu 13 Hoạt động RED .15 Profile loại bỏ gói tin RED 16 Khái niệm ECN 17 Trường DS .18 Thao tác bắt tay máy đầu cuối TCP 19 Hoạt động ECN .20 Mơ hình khái niệm xếp gói tin .21 Xếp hàng ưu tiên (PQ) 22 Xếp hàng công (FQ) .23 Xếp hàng theo vòng trịn có trọng số (WRR) 24 Xếp hàng cơng có trọng số (WFQ) .26 Xếp hàng cơng có trọng số theo lớp (CB WFQ) 27 Điều tiết thông lượng tuý .28 Điều tiết thông lượng ống thẻ .29 Hoạt động giao thức RSVP 33 Cấu trúc tin RSVP 34 Định dạng header chung RSVP .35 Định dạng đối tượng tin RSVP 36 Đối tượng Style 37 Định dạng tin RSVP PATH .37 Định dạng tin RSVP RESV .38 Các kịch sử dụng RSVP thường gặp .39 Miền DiffServ 43 Một miền DS mạng nhỏ bên .44 Vùng DS 45 Trường Loại dịch vụ (ToS) header IPv4 46 Trường DiffServ (DS) 47 Luận văn cao học Ngành Công nghệ thông tin 2003 – Đại học Bách Khoa Hà Nội vii Chất lượng dịch vụ mạng IP tốc độ cao Mục lục Hình 3.6 Hình 3.7 Hình 3.8 Hình 4.1 Hình 4.2 Hình 4.3 Hình 4.4 Hình 4.5 Hình 4.6 Hình 4.7 Hình 4.8 Hình 4.9 Hình 4.10 Hình 4.11 Hình 4.12 Hình 5.1 Hình 5.2 Hình 5.3 Hình 5.4 Hình 5.5 Hình 5.6 Hình 5.7 Hình 5.8 Hình 5.9 Hình 5.10 Hình 5.11 Hình 5.12 Phân loại gói tin điều hồ thơng lượng .48 Hành vi chuyển tiếp DiffServ 50 Những khối chức định tuyến DiffServ .54 Chức định tuyến IP thông thường 60 Kiến trúc MPLS 62 Thông tin nhãn MPLS .64 Nhãn MPLS .64 Các đường hầm LSP lồng 70 Phân phối nhãn giao thức RSVP 72 Tắc nghẽn xảy sử dụng phương pháp chọn đường ngắn 78 Giải pháp khắc phục tắc nghẽn cách điều tiết thông lượng 79 Định tuyến dựa ràng buộc 80 Tránh tắc nghẽn .82 Cân tải 83 Kiến trúc mạng riêng ảo dựa MPLS .85 Mối liên hệ luồng, trunk, LSP đường kết nối 89 Topo mạng mô TCP & UDP 90 Kịch sử dụng phương pháp định tuyến thông thường 91 Kịch sử dụng trunk, trunk có thơng lượng TCP UDP 92 Kịch sử dụng trunk khác cho luồng khác 94 Kịch không sử dụng trunk đầu cuối – đầu cuối 95 Topo mạng mô VoIP 97 Kịch sử dụng 15 nguồn phát, 15 nguồn nhận 98 Kịch có sử dụng nguồn FTP 99 Kịch sử dụng 18 nguồn tiếng nói 100 Kịch sử dụng 20 nguồn tiếng nói 101 Mơ hình đề xuất đảm bảo chất lượng dịch vụ .103 Mục lục bảng Bảng 2.1 Bảng 3.1 Bảng 3.2 Bảng 3.3 Bảng 3.4 Các loại tin RSVP .35 Các bit ưu tiên IP .46 Các thị hiệu .46 Các giá trị DSCP 47 Các giá trị mã AF khuyến cáo 51 Luận văn cao học Ngành Công nghệ thông tin 2003 – Đại học Bách Khoa Hà Nội viii Chương Đánh giá chất lượng số dịch vụ mạng MPLS Hồng Minh Chính nghẽn chịu ảnh hưởng lớn thông lượng liệu không nhạy cảm với tắc nghẽn gây Kịch 2: sử dụng trunk MPLS Kịch sử dụng trunk MPLS để truyền liệu sau: - Trunk thứ dùng để truyền luồng UDP TCP1 LSP R1-R2-R3-R5R6 (đường truyền băng thông cao) - Trunk thứ hai dùng để truyền luồng TCP2 LSP R1-R2-R4-R5-R6 (đường truyền băng thông thấp) Trong kịch 2, tốc độ luồng UDP thay đổi đầu đầu cuối nhận tiến hành đo đạc thông lượng luồng liệu Kết đo đạc biểu diễn hình sau: Hình 5.4 Kịch sử dụng trunk, trunk có thơng lượng TCP UDP Nhận xét: - Khi tốc độ luồng UDP tăng dần, thông lượng luồng TCP1 giảm dần - Khi tốc độ luồng UDP đạt 45 Mbps, thông lượng luồng TCP1 giảm dần - Thông lượng luồng TCP2 không bị ảnh hưởng tốc độ luồng UDP Luận văn cao học Ngành Công nghệ thông tin 2003 – Đại học Bách Khoa Hà Nội 92 Chương Đánh giá chất lượng số dịch vụ mạng MPLS Hồng Minh Chính Đồ thị kết cho thấy thông lượng liệu luồng TCP2 cải thiện đáng kể số, điều TCP2 truyền đường truyền LSP khơng có liệu UDP, khơng chịu ảnh hưởng tắc nghẽn luồng UDP gây Trái lại, luồng TCP1 truyền trunk với luồng UDP nên chịu ảnh hưởng lớn thay đổi tốc độ luồng UDP Khi tốc độ luồng UDP tăng lên, tắc nghẽn xảy ra, luồng TCP1 tự động giảm tốc độ truyền tin để phản ứng lại Vì thế, ta kết luận việc chia thông lượng truyền trunk MPLS khác cải thiện hiệu hệ thống chưa đủ để đảm bảo chất lượng dịch vụ cho số ứng dụng định Để đảm bảo chất lượng dịch vụ cho luồng định, ta phải tách luồng UDP TCP truyền trunk khác để luồng UDP tăng tốc độ truyền tin không làm ảnh hưởng đến luồng TCP khác Kịch 3: sử dụng trunk riêng biệt cho luồng liệu Kịch sử dụng trunk riêng biệt cho luồng liệu sau: - Trunk thứ dùng cho luồng liệu UDP, truyền LSP R1-R2-R3-R5-R6 (đường truyền băng thông cao) - Trunk thứ hai dùng cho luồng liệu TCP1, truyền LSP R1-R2-R3-R5-R6 (đường truyền băng thông cao) - Trunk thứ ba dùng cho luồng liệu TCP2, truyền LSP R1-R2-R4-R5-R6 (đường truyền băng thông thấp) Để đảm bảo trunk LSP R1-R2-R3-R5-R6 xử lý độc lập, định tuyến sử dụng chế Hàng đợi dựa theo lớp (Class Based Queuing, CBQ) để cung cấp băng thông cho luồng liệu Bằng cách này, ta tách rời liệu luồng UDP với liệu luồng TCP Kết đo đạc biểu diễn hình sau: Luận văn cao học Ngành Cơng nghệ thông tin 2003 – Đại học Bách Khoa Hà Nội 93 Chương Đánh giá chất lượng số dịch vụ mạng MPLS nh 5.5 Hồng Minh Chính Kịch sử dụng trunk khác cho luồng khác Nhận xét: - Khi tốc độ luồng UDP tăng dần, thông lượng luồng TCP1 không bị ảnh hưởng - Thông lượng luồng TCP2 không bị ảnh hưởng tốc độ luồng UDP gần số Đồ thị kết cho thấy tốc độ luồng UDP không ảnh hưởng tới thông lượng luồng TCP1 TCP2, luồng có thơng lượng gần số Điều chứng tỏ cách cách ly luồng TCP UDP, đảm bảo mức chất lượng dịch vụ định cho nguồn phát nhạy cảm với tắc nghẽn Việc cách ly dẫn đến phải sử dụng thêm số hàng đợi định tuyến cho loại liệu khác (như chương trình bày) Tuy nhiên, hiệu đạt đáng kể Kịch 4: không sử dụng trunk đầu cuối – đầu cuối Kịch không sử dụng trunk từ đấu cuối đến đầu cuối, thay vào đó, việc thiết lập trunk thực từ định tuyến R2 Trong trường hợp này, luồng liệu ảnh hưởng tới định tuyến R1 không phân biệt loại liệu khác Việc thiết lập trunk thực sau: Luận văn cao học Ngành Công nghệ thông tin 2003 – Đại học Bách Khoa Hà Nội 94 Chương Đánh giá chất lượng số dịch vụ mạng MPLS Hồng Minh Chính - Trunk thứ dùng cho luồng liệu UDP, truyền LSP R2-R3-R5-R6 (đường truyền băng thông cao) - Trunk thứ hai dùng cho luồng liệu TCP1, truyền LSP R2-R3-R5-R6 (đường truyền băng thông cao) - Trunk thứ ba dùng cho luồng liệu TCP2, truyền LSP R2-R4-R5-R6 (đường truyền băng thông thấp) Kết đo đạc biểu diễn hình sau: Hình 5.6 Kịch khơng sử dụng trunk đầu cuối – đầu cuối Nhận xét: - Khi tốc độ luồng UDP tăng dần, thông lượng luồng TCP giảm dần - Khi tốc độ luồng UDP tằng đến 45 Mbps, thông lượng luồng TCP1 giảm dần - Luồng TCP2 truyền LSP khác với luồng UDP chịu ảnh hưởng luồng UDP Đồ thị kết cho thấy trường hợp hệ thống không đảm bảo băng thông dành cho luồng liệu Điều xảy định tuyến R1, luồng xử lý nhau, xảy tắc nghẽn, luồng TCP giảm Luận văn cao học Ngành Công nghệ thông tin 2003 – Đại học Bách Khoa Hà Nội 95 Chương Đánh giá chất lượng số dịch vụ mạng MPLS Hồng Minh Chính tốc độ truyền tin, dẫn tới giảm thông lượng cách đáng kể R2, luồng liệu phân tách xử lý cách độc lập 5.2.2.3 Kết luận Các kết giả lập cho thấy tổng thông lượng mạng tăng đáng kể có điều tiết thơng lượng cách hợp lý Những luồng liệu không nhạy cảm với tắc nghẽn (UDP) ảnh hưởng đến luồng liệu nhạy cảm với tắc nghẽn (TCP) tắc nghẽn xảy Vì thế, để đảm bảo chất lượng dịch vụ cần phải tách riêng luồng liệu khác trunk khác Các trunk phải thiết lập từ đầu cuối đến đầu cuối, không hiệu việc cách ly luồng liệu giảm đáng kể việc cách ly khơng có tác dụng 5.2.3 Đánh giá QoS cho liệu tiếng nói VoIP Trong phần này, luận văn trình bày số đánh giá bước đầu chất lượng dịch vụ tiếng nói VoIP truyền qua mạng MPLS dựa mô sử dụng công cụ NS-2 Không giống liệu thơng thường, liệu tiếng nói nhạy cảm với độ trễ độ gói tin, kênh truyền tiếng nói địi hỏi phải đặt trước tài nguyên băng thông đường truyền tin cho độ trễ phải nằm giới hạn cho phép Mạng MPLS mơ trường thích hợp để truyền tải liệu tiếng nói yếu tố sau: - MPLS sử dụng mơ hình IntServ DiffServ việc đảm bảo chất lượng dịch vụ mạng, đó, ứng dụng MPLS sử dụng giao thức đặt trước tài nguyên RSVP để đặt trước tài nguyên đường truyền, đồng thời dùng chế chuyển tiếp gói tin DiffServ (AF EF) để đảm bảo gói tin ưu tiên cao - MPLS cho phép định tuyến tường minh, yếu tố quan trọng việc đảm bảo chất lượng dịch vụ, với phương pháp định tuyến thông thường, đường gói tin luồng khác theo thời gian, khó đảm bảo chất lượng dịch vụ Đối với định tuyến tường minh, đường truyền liệu xác định bắt đầu truyền tin, việc đảm bảo chất lượng dịch vụ sau thực đường Với ưu điểm vậy, việc truyền liệu tiếng nói qua mạng MPLS có nhiều thuận lợi Đối với yêu cầu giảm độ trễ, dùng chế chuyển tiếp EF mơ hình DiffServ, chế sử dụng ít, khơng dùng hàng đợi nên làm giảm độ trễ truyền tin Ngoài ra, sử dụng giao thức đặt trước tài nguyên LSP truyền liệu tiếng nói xác định trước 5.2.3.1 Mơ hình mơ Mơ hình mơ mơ tả hình 5-7 sau: Luận văn cao học Ngành Công nghệ thông tin 2003 – Đại học Bách Khoa Hà Nội 96 Chương Đánh giá chất lượng số dịch vụ mạng MPLS Hình 5.7 Hồng Minh Chính Topo mạng mơ VoIP Mơ hình mạng mơ bao gồm thành phần sau: - nút thắt cổ chai gồm định tuyến R1, R2, R3 kết nối với đường truyền Mbps, độ trễ 1ms Những định tuyến tạo thành miền MPLS với định tuyến vào R1, định tuyến R3 - Tại đầu vào đấu miền MPLS, có n nguồn phát n nguồn nhận liệu, số lượng nguồn thay đổi theo kịch mô - Những nguồn phát kết nối với định tuyến vào R1 đường kết nối Mbps, độ trễ 1ms - Những nguồn nhận kết nối với định tuyến R3 đường kết nối Mbps, độ trễ 1ms - Định tuyến tường minh miền MPLS đường R1-R2-R3 Trên đường có số LSP khác Mỗi LSP mang liệu cho số nguồn phát định - Dữ liệu nguồn truyền từ nguồn đến đích cách sử dụng luồng EF (đã trình bày chương mơ hình DiffServ) - Những nguồn liệu tiếng nói mơ nguồn phát CBR (Constant Bit Rate) với tốc độ nguồn 64 kbps (bằng kênh tiếng nói thơng thường) Mơ hình mạng mơ sử dụng MPLS DiffServ, hiệu truyền tin tính độ trễ liệu, sau thử nghiệm, luồng lấy để đánh giá hiệu năng, thời gian đo đạc hiệu từ đến giây Các thông số Luận văn cao học Ngành Công nghệ thông tin 2003 – Đại học Bách Khoa Hà Nội 97 Chương Đánh giá chất lượng số dịch vụ mạng MPLS Hồng Minh Chính định tuyến thiết lập sau: độ dài hàng đợi cho liệu EF 90, độ dài hàng đợi cho liệu BE (Best Effort) 10; băng thông dành cho lớp liệu EF 1, băng thông dành cho lớp liệu BE Tại định tuyến sử dụng chế kiểm soát hàng đợi WRR 5.2.3.2 Các kịch mô Kịch 1: Trong kịch 1, thử nghiệm sử dụng 15 nguồn phát 15 nguồn nhận 15 nguồn phát với tốc độ 64 kbps cho băng thông tổng cộng gần băng thông đường truyền R1-R2-R3 (1 Mbps) Các thơng số đo đạc lấy từ luồng liệu từ nguồn phát S9 đến nguồn nhận D9 Kết đo đạc biểu diễn hình sau: Hình 5.8 Kịch sử dụng 15 nguồn phát, 15 nguồn nhận Nhận xét: - Trong khoảng thời gian thử nghiệm, độ trễ truyền tin không đổi, số - Độ trễ nhỏ, 0,02236 s Đồ thị kết cho thấy độ trễ truyền tin nhỏ số trình truyền, kết dự báo trước băng thơng tổng cộng luồng liệu chưa khả đường truyền MPLS chính, mạng khơng xảy tượng tắc nghẽn mát gói tin Kịch 2: Kịch sử dụng thành phần sau: Luận văn cao học Ngành Công nghệ thông tin 2003 – Đại học Bách Khoa Hà Nội 98 Chương Đánh giá chất lượng số dịch vụ mạng MPLS Hồng Minh Chính - 15 nguồn phát 15 nguồn nhận tín hiệu tiếng nói với tốc độ 64 kbps cho băng thông tổng cộng 960 kbps - nguồn phát FTP tốc độ Mbps Các thông số đo đạc lấy từ luồng liệu từ nguồn phát S9 đến nguồn nhận D9 Kết đo đạc biểu diễn hình sau: Hình 5.9 Kịch có sử dụng nguồn FTP Nhận xét: - Băng thơng tổng cộng 15 nguồn tiếng nói nguồn FTP vượt băng thông đường truyền MPLS chính, xảy tượng tắc nghẽn - Độ trễ truyền tin luồng S9-D9 tương đối nhỏ - Khi bắt đầu thử nghiệm, độ trễ truyền tin lớn, sau giảm dần số mức tương tự kịch Đồ thị kết cho thấy kịch này, tác động nguồn phát FTP ảnh hưởng rõ đến nguồn tín hiệu tiếng nói thời điểm truyền tin ban đầu, sau tác động giảm dần, độ trễ truyền tin luồng tiếng nói dần ổn định số Điều thời điểm bắt đầu truyền tin, nguồn phát FTP tốc độ cao ảnh hưởng đến nguồn tiếng nói, mạng xảy tượng tắc nghẽn, sau đó, theo chế chống tắc nghẽn TCP, luồng FTP tự động giảm tốc độ xuống, ảnh hưởng lên nguồn liệu khác giảm dần Kịch 3: Kịch sử dụng thành phần sau: - 18 nguồn phát 18 nguồn nhận tín hiệu tiếng nói với tốc độ 64 kbps cho băng thơng tổng cộng 1,152 Mbps Luận văn cao học Ngành Công nghệ thông tin 2003 – Đại học Bách Khoa Hà Nội 99 Chương Đánh giá chất lượng số dịch vụ mạng MPLS Hồng Minh Chính Các thơng số đo đạc lấy từ luồng liệu từ nguồn phát S9 đến nguồn nhận D9 Kết đo đạc biểu diễn hình sau: Hình 5.10 Kịch sử dụng 18 nguồn tiếng nói Nhận xét: - Băng thơng tổng cộng 18 nguồn tiếng nói vượt q băng thơng đường truyền MPLS chính, xảy tượng tắc nghẽn - Khi bắt đầu thử nghiệm, độ trễ truyền tin lớn luồng S9-D9 nhỏ, sau tăng dần số mức xấp xỉ 0,16 s Đồ thị kết cho thấy giai đoạn đầu truyền tin, độ trễ gói tin nhỏ, sau độ trễ tăng nhanh ổn định mức tương đối cao so với kịch Điều tổng băng thông yêu cầu cho 18 luồng liệu vượt băng thơng đường truyền MPLS chính, định tuyến R1 xảy tượng gói tin Ở thời gian đầu truyền tin, hàng đợi R1 chưa đầy, độ trễ gói tin nhỏ, sau hàng đợi cho luồng EF đầy, gói tin bắt đầu bị loại bỏ, độ trễ tăng lên Thời điểm ổn định độ trễ hàng đợi định tuyến R1 đầy, đầu đầu vào R1 hoạt động tốc độ ổn định, lượng gói tin bị loại bỏ ổn định Kịch 4: Kịch sử dụng thành phần sau: - 20 nguồn phát 20 nguồn nhận tín hiệu tiếng nói với tốc độ 64 kbps cho băng thông tổng cộng 1,28 Mbps Các thông số đo đạc lấy từ luồng liệu từ nguồn phát S9 đến nguồn nhận D9 Kết đo đạc biểu diễn hình sau: Luận văn cao học Ngành Công nghệ thông tin 2003 – Đại học Bách Khoa Hà Nội 100 Chương Đánh giá chất lượng số dịch vụ mạng MPLS Hình 5.11 Hồng Minh Chính Kịch sử dụng 20 nguồn tiếng nói Nhận xét: - Băng thơng tổng cộng 20 nguồn tiếng nói vượt q băng thơng đường truyền MPLS chính, xảy tượng tắc nghẽn - Khi bắt đầu thử nghiệm, độ trễ truyền tin lớn luồng S9-D9 nhỏ, sau tăng dần ổn định mức 0,16 s Đồ thị kết cho thấy giai đoạn đầu truyền tin, độ trễ gói tin nhỏ, sau độ trễ tăng nhanh ổn định mức tương đối cao so với kịch 2, giống so với kịch Lý tương tự kịch 3, tổng băng thông yêu cầu cho 20 luồng liệu vượt băng thông đường truyền MPLS chính, định tuyến R1 xảy tượng tắc nghẽn Độ trễ gói tin tăng dần đạt ổn định đệm định tuyến R1 đầy Việc tăng số lượng nguồn phát làm giảm thời gian làm đầy đệm, tượng loại bỏ gói tin xảy nhanh Sau đệm đầy, định tuyến R1 bắt đầu loại bỏ gói tin luồng có mức ưu tiên thấp, việc khiến cho hệ thống mạng trở nên ổn định độ trễ dần tăng số 5.2.3.3 Kết luận Các kịch mô cho thấy miền MPLS đảm bảo chất lượng dịch vụ cho n luồng liệu tiếng nói truyền tin lúc tổng băng thông n luồng liệu nằm phạm vi đáp ứng miền MPLS Trong trường hợp này, liệu đầu vào không vượt q khả miền MPLS, khơng xảy tượng loại bỏ gói tin đệm vào, luồng EF ưu tiên đảm bảo chuyển tiếp với độ trễ nhỏ Trong trường hợp không thoả mãn điều kiện băng thông nêu trên, mạng xảy tượng tắc nghẽn, nguồn tiếng nói tiếp tục gửi liệu, định tuyến loại bỏ gói tin độ ưu tiên thấp, làm tăng độ trễ độ gói tin, ảnh hưởng tới chất lượng thoại Mơ hình mơ cho thấy Luận văn cao học Ngành Công nghệ thông tin 2003 – Đại học Bách Khoa Hà Nội 101 Chương Đánh giá chất lượng số dịch vụ mạng MPLS Hồng Minh Chính thơng lượng TCP không làm ảnh hưởng tới hiệu luồng liệu tiếng nói, xảy tắc nghẽn, luồng TCP tự động giảm tốc độ truyền tin, thế, sau khoảng thời gian đầu độ trễ luồng tiếng nói giảm dần ổn định giai đoạn sau 5.3 Mơ hình đề xuất cho việc đảm bảo chất lượng dịch vụ mạng MPLS Như trình bày phần trước, việc đánh giá chất lượng dịch vụ hệ thống phụ thuộc nhiều yếu tố tuỳ thuộc vào loại liệu hệ thống cung cấp Trong phạm vi luận văn đề cập đến việc đánh giá số loại liệu phổ biến mạng MPLS, từ bước đầu đề xuất mơ hình đảm bảo chất lượng cho dịch vụ áp dụng cho mơ hình mạng MPLS, có sử dụng số phương pháp, giao thức đặc trưng MPLS Từ kết thử nghiệm liệu thông thường (mục 5.2) liệu tiếng nói VoIP (mục 5.3), để đảm bảo chất lượng dịch vụ cho dịch vụ TCP, UDP VoIP mạng MPSL, hệ thống cần đảm bảo yêu cầu sau: - Phân tách luồng liệu trunk khác nhau, đảm bảo luồng xử lý với mức ưu tiên thích hợp định tuyến miền MPLS Điều đảm bảo luồng liệu mạng tính chất khác khơng ảnh hưởng đến - Việc thiết lập trunk MPLS phải thực từ đầu cuối đến đầu cuối, không hiệu cách ly luồng liệu giảm đáng kể khơng cịn tác dụng - Dữ liệu tiếng nói truyền miền MPLS nên sử dụng luồng EF cho việc chuyển tiếp gói tin - Đối với liệu nhạy cảm thời gian, tổng thông lượng luồng liệu đầu vào miền MPLS phải nhỏ khả đáp ứng đường kết nối MPLS Ngược lại, chất lượng dịch vụ không đảm bảo Với nhận xét vậy, luận văn bước đầu đề xuất mơ hình đảm bảo chất lượng dịch vụ cho mạng MPLS hình sau: Luận văn cao học Ngành Công nghệ thông tin 2003 – Đại học Bách Khoa Hà Nội 102 Chương Đánh giá chất lượng số dịch vụ mạng MPLS Hình 5.12 Hồng Minh Chính Mơ hình đề xuất đảm bảo chất lượng dịch vụ Trong mơ hình này, luồng liệu mang đặc tính khác chuyển tiếp MPLS trunk khác từ đầu cuối đến đầu cuối nhằm đảm bảo chất lượng luồng, không ảnh hưởng đến hiệu luồng khác Đối với luồng liệu tiếng nói sử dụng luồng EF DiffServ, đông thời phải đảm bảo yêu cầu băng thông LSR vào miền MPLS Luận văn cao học Ngành Công nghệ thông tin 2003 – Đại học Bách Khoa Hà Nội 103 Kết luận hướng phát triển đề tài Hồng Minh Chính Kết luận hướng phát triển đề tài Trong chương, luận văn trình bày vấn đề quan trọng việc đảm bảo chất lượng dịch vụ cho mạng IP nói chung mạng MPLS nói riêng Các phương pháp kiểm soát chất lượng dịch vụ mạng IP kiểm sốt hàng đợi, xếp gói tin trình bày chương Chương đề cập đến mơ hình đảm bảo chất lượng dịch vụ truyền thống IntServ DiffServ Chương vào tìm hiểu chất lượng dịch vụ mạng MPLS, công nghệ mới, phát triển mạnh mẽ vài năm trở lại hứa hẹn nhiều tiềm năng, đặc biệt áp dụng hệ thống mạng nhà cung cấp dịch vụ vốn có u cầu cao việc kiểm sốt QoS Để có nhìn tồn diện, luận văn sâu vào đánh giá chất lượng số dịch vụ mạng MPLS với loại liệu tiêu biểu có yêu cầu khác chất lượng dịch vụ Các kết mô đưa gợi ý cho việc xây dựng mơ hình lựa chọn giải pháp cho việc đảm bảo chất lượng dịch vụ mạng chuyển mạch nhãn Phạm vi trình bày luận văn rộng, bao gồm nhiều vấn đề hệ thống mạng IP tại, thế, khn khổ thời gian phạm vi có hạn luận văn, tránh khỏi thiếu sót, số vấn đề chưa trình bày cách thấu đáo Tuy nhiên, cách tiếp cận diện rộng cho phép luận văn có nhìn tổng quát nhiều bình diện, với mong muốn kết đạt tảng vững cho nghiên cứu sau Trong giai đoạn tiếp theo, đề tài phát triển theo hướng sau: - Tiếp tục cài đặt thử nghiệm hệ thống phức tạp, gần với thực tế mạng MPLS, từ đưa đánh giá, nhận xét có sở thực tiễn - Dựa đánh giá, nhận xét, tiếp tục hồn thiện mơ hình, tập trung nghiên cứu đưa thông số cụ thể cho hệ thống đảm bảo chất lượng dịch vụ - Đi sâu vào việc đảm bảo chất lượng dịch vụ cho ứng dụng truyền thông đa phương tiện, đặc biệt âm hình ảnh - Nghiên cứu vấn đề đảm bảo chất lượng dịch vụ môi trường không đồng nhất, hệ thống mạng gồm nhiều thành phần khác sử dụng nhiều công nghệ khác công nghệ không dây, có dây, truyền thơng vệ tinh,… Luận văn cao học Ngành Công nghệ thông tin 2003 – Đại học Bách Khoa Hà Nội 104 Hồng Minh Chính Tài liệu tham khảo Tài liệu tham khảo [1] H Jonathan Chao, Xiaolei Guo, Quality of Service control in High-speed Networks, John Wiley & Sons, 2002 [2] Nguyễn Thúc Hải, Mạng máy tính hệ thống mở, Nhà xuất Giáo dục, 1999 [3] Kun I Park, QoS in Packet Network, Springer, 2005 [4] Srinivas Vegesna, IP Quality of Service, Cisco Press, 2001 [5] Dominique Gäiti, Sebastià Galmés, Ramon Puigjaner, Network control and Egineering for QoS, Security and Mobility, III, Springer, 2005 [6] Jitae, Daniel C Lee, C.-C Jay Kuo, Quality of Service for Internet Multimedia, Prentice Hall, 2003 [7] Robert Lloyd-Evans, QoS in Integrated 3G Networks, Artech House, 2002 [8] Anand R Prasad, Neeli R Prasad, 802.11 WLANs and IP Networking, Security, QoS and Mobility, Artech House, 2005 [9] Tim Szigeti, End-to-End QoS Network Design, Cisco Press, 2004 [10] Daniel Minoli, Voive over MPLS, Planning and Designing Networks, McGraw-Hill, 2002 [11] Grenville Armitage, Quality of Service in IP Networks, New Riders Publishing, 2000 [12] The Network Simulator - ns-2, http://www.isi.edu/nsnam/ns [13] K.Fall, , The ns Manual, http://www.isi.edu/nsnam/ns/ns-documentation.html, 5/2003 [14] William C Hardy, QoS: Measurement and Evaluation of Telecomunications Quality of Service, John Wiley & Sons, 2001 [15] White paper: Quality of Service in Frame-Switched Networks, Nortel Networks, 2000 [16] White paper: Benefits of Quality of Service (QoS) in 3G Wireless Internet, Nortel Networks, 2001 [17] White paper: Overcoming Barriers to High-Quality Voice over IP Deployment, Intel, 2003 [18] Aura Ganz, Zvi Ganz, Kitti Wongthavarawat, Multimedia Wireless Networks: Technologies, Standards, and QoS, Prentice Hall, 2003 Luận văn cao học Ngành Công nghệ thông tin 2003 – Đại học Bách Khoa Hà Nội 105 Tài liệu tham khảo Hồng Minh Chính [19] Cisco AVVID Network Infrastructure Enterprise Quality of Service Design, Cisco Press, 2002 [20] Deploying Quality of Service for Converged Networks, Cisco Training, 2003 [21] Introduction to Traffic Management and Quality of Service Technology, Cisco Training, 2000 [22] R Braden, D Clark, S Shenker, Integrated Services in the Internet Architecture: an Overview, RFC 1633, 06/1994 [23] J Wroclawski, The Use of RSVP with IETF Integrated Services, RFC 2210, 09/1997 [24] S Blake, D Black, M Carlson, E Davies, Z Wang, W Weiss, An Architecture for Differentiated Services, RFC 2475, 12/1998 [25] E Rosen, A Viswanathan, R Callon, Multiprotocol Label Switching Architecture, RFC 3031, 01/2001 [26] D Awduche, Requirements for Traffic Engineering over MPLS, RFC 2702, 09/1999 [27] J Heinanen, R Guerin, A Single Rate Three Color Marker, RFC 2697, 09/1999 [28] J Heinanen, R Guerin, A Two Rate Three Color Marker, RFC 2698, 09/1999 [29] K Ramakrishnan, S Floyd, A Proposal to add Explicit Congestion Notification (ECN) to IP, RFC 2481, 01/1999 [30] R Braden, Ed., L Zhang, S Berson, S Herzog, S Jamin, Resource ReSerVation Protocol (RSVP), RFC 2205, 09/1997 [31] C Brown, A Malis, Multiprotocol Interconnect over Frame Relay, RFC 2427, 09/1998 [32] Website: IETF The Internet Engineering Task Force, http://www.ietf.org/ [33] Website: Quality of Service Task Force, http://archive.opengroup.org/tech/qos/ [34] Website: Wikipedia, the free encyclopedia, http://en.wikipedia.org/wiki/ Luận văn cao học Ngành Công nghệ thông tin 2003 – Đại học Bách Khoa Hà Nội 106 ... CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG CÁC MẠNG IP TỐC ĐỘ CAO NGÀNH: CÔNG NGHỆ THƠNG TIN HỒNG MINH CHÍNH Người hướng dẫn khoa học: TS PHẠM HUY HOÀNG HÀ NỘI - 2005 Mở đầu Chất lượng dịch vụ mạng IP tốc độ cao. .. quan chất lượng dịch vụ, phần gồm có chương: Chương 1: Giới thiệu chung cần thiết việc đảm bảo chất lượng dịch vụ, nêu định nghĩa chất lượng dịch vụ số chế phục vụ cho việc đảm bảo chất lượng dịch. .. hình Luận văn cao học Ngành Công nghệ thông tin 2003 – Đại học Bách Khoa Hà Nội i Mở đầu Chất lượng dịch vụ mạng IP tốc độ cao Chương 3: Trình bày mơ hình đảm bảo chất lượng dịch vụ Differentiated