Bộ giáo dục đào tạo Tr-ờng đại học bách khoa hà nội - phạm lê việt số giải pháp nâng cao chất l-ợng dịch vụ thoại qua mạng ip Chuyên ngành: Điện Tử Viễn Thông Luận văn th¹c sÜ kü tht Ng-êi h-íng dÉn khoa häc TS Nguyễn Vũ Sơn Hà Nội 2004 danh mục bảng Trang Bảng 2.1: Bảng đánh giá chất l-ợng tín hiệu thoại 27 Bảng 3.1: Các tham số dịch vụ Tải đ-ợc kiểm soát 42 Bảng 3.2: Phân nhóm giá trị DSCP 50 Bảng 3.3: Các loại AF 54 Bảng 4.1: Các chế độ hoạt động MDRR 78 Bảng 5.1: L-u l-ợng gộp dung l-ợng đ-ờng truyền (MDRR_ALT) 91 Bảng 5.2: L-u l-ợng gộp cao dung l-ợng đ-ờng truyền (MDRR_ALT) 95 Bảng 5.3: L-u l-ợng gộp thấp dung l-ợng đ-ờng truyền (MDRR_STR) 99 Bảng 5.4: L-u l-ợng gộp dung l-ợng đ-ờng truyền (MDRR_STR) 103 Bảng 5.5: L-u l-ợng gộp cao dung l-ợng đ-ờng truyền (MDRR_STR) 107 Danh mục hình vẽ, đồ thị Trang Hình 1.1: Kiến trúc họ giao thức TCP/IP 13 Hình 1.2: Định dạng tiếp gói IPv4 14 Hình 1.3: Cấu trúc tr-ờng Type of Service tiếp đầu gãi IPv4 14 H×nh 1.4: CÊu tróc tr-êng Flags tiếp đầu gói IPv4 15 Hình 1.5: Định dạng tiếp đầu gói IPv6 16 Hình 1.6: Định dạng tiếp đầu đơn vị liệu TCP 18 Hình 1.7: Định dạng tiếp đầu đơn vị liệu UDP 20 Hình 1.8: Định dạng tiếp đầu đơn vị liệu RTP 21 Hình 1.9: Báo cáo RTCP bên gửi 24 Hình 1.10: Báo cáo RTCP bên nhận 25 Hình 3.1: Mô hình RSVP chuẩn 36 Hình 3.2: Tiến trình trao đổi tin RSVP 39 Hình 3.3: Tiến trình trao đổi tin RSVP cho dịch vụ đảm bảo 46 Hình 3.4: Cấu trúc định tuyến DiffServ 49 Hình 3.5: Cấu hình mạng tham chiếu 59 Hình 4.1: Cấu trúc định tuyến hỗ trợ QoS 67 Hình 4.2: Thứ tự phục vụ gói hệ thống GPS, WFQ WF2Q 72 Hình 4.3: Kỹ thuật xếp hàng quay vòng 74 Hình 4.4: Hoạt động xếp chuyển DRR 76 Hình 4.5: Kỹ thuật xếp hàng theo loại 79 Hình 4.6: Biểu diễn hàm xác suất loại gói RED 82 Hình 4.7: Biễu diễn hàm xác suất loại gói WRED 84 Hình 5.1: Cấu hình mạng mô 89 Hình 5.2a: Kích th-ớc hàng đợi (-u tiên) 92 Hình 5.2b: Kích th-ớc hàng đợi 93 Hình 5.2c: Kích th-ớc hàng đợi 94 Hình 5.3a: Kích th-ớc hàng đợi (-u tiên) 96 Hình 5.3b: Kích th-ớc hàng đợi 97 Hình 5.3c: Kích th-ớc hàng đợi 98 Hình 5.4a: Kích th-ớc hàng đợi (-u tiên) 100 Hình 5.4b: Kích th-ớc hàng đợi 101 Hình 5.4c: Kích th-ớc hàng đợi 102 Hình 5.5a: Kích th-ớc hàng đợi (-u tiên) 104 Hình 5.5b: Kích th-ớc hàng đợi 105 Hình 5.5c: Kích th-ớc hàng đợi 106 Hình 5.6a: Kích th-ớc hàng đợi (-u tiên) 108 Hình 5.6b: Kích th-ớc hàng đợi 109 Hình 5.6c: Kích th-ớc hàng đợi 110 13 ch-¬ng giao thøc internet (ip) 1.1 Giao thức Internet 1.1.1 Sơ l-ợc họ giao thức TCP/IP TCP/IP họ giao thức cung cấp ph-ơng tiện truyền thông liên mạng Hình 1.1 biểu diễn kiến tróc cđa hä giao thøc TCP/IP cã so s¸nh víi mô hình chuẩn OSI Mô hình OSI Mô hình kiến tróc TCP/IP Application Application: Presentation Telnet, FTP, SMTP, DNS, SNMP Session Transport Transport: TCP, UDP Network Network: Internet + ICMP Data Link Local Network Protocol: Physical FTP: SMTP: DNS: SNMP: TCP: UDP: ICMP: FDDI: Ethernet, Token Ring, Token Bus, FDDI File Transfer Protocol Simple Mail Transfer Protocol Domain Name System Simple Network Management Protocol Transmission Control Protocol User Datagram Protocol Internet Control Message Protocol Fiber Distributed Data Interface H×nh 1.1: KiÕn tróc hä giao thøc TCP/IP 14 1.1.2 Giao thức IPv4 Giao thức IPv4 đ-ợc mô tả chi tiết [Post81b] Giao thức IP đ-ợc sử dụng để kết nối mạng truyền số liệu Vai trò IP t-ơng tự nh- vai trò giao thức tầng mạng mô hình chuẩn OSI Đây giao thức kiểu không liên kết theo việc chuyển khối liệu gọi datagram từ nguồn tới đích không cần phải thiết lập tr-ớc liên kết Khuôn dạng datagram IPv4 đ-ợc biểu diễn hình 1.2 VER IHL 15 16 Type of Service Total Length Identification Time to live 31 Flags Protocol Fragment Offset Header Checksum Source Address Destination Address Options + Padding Data Hình 1.2: Định dạng gói IPv4 Phần tiếp đầu IP chứa tr-ờng sau: VER (4 bit): ChØ version hiƯn t¹i cđa IP ➢ IHL (4 bit): Chỉ độ dài phần tiếp đầu datagram tính theo đơn vị từ 32 bit Độ dài tối thiểu từ Type of Service: Chứa tham số dịch vụ, có dạng cụ thể h×nh 1.3 Precedence D T R Reserved H×nh 1.3: CÊu trúc tr-ờng Type of Service tiếp đầu gói IPv4 15 Precedence (3 bit): Tham sè chØ thÞ møc -u tiên gửi datagram D (1 bit): 0: Trễ bình th-ờng, 1: Trễ thấp T (1 bit): 0: Thông l-ợng bình th-ờng, 1: Thông l-ợng cao R (1 bit): 0: Độ tin cậy bình th-ờng, 1: Độ tin cậy cao Total Length (16 bit): Chỉ độ dài toàn datagram, kể phần tiếp đầu, tính theo byte Identification (16 bit): Giá trị bên gửi ấn định để bên thu nhận dạng, phục vụ cho việc tái hợp phân đoạn datagram Flags (3 bit): DF MF H×nh 1.4: CÊu tróc tr-êng Flags tiếp đầu gói IPv4 DF: Cho phép chia nhá datagram, - Kh«ng cho phÐp chia nhá MF: - Phân đoạn cuối, - Vẫn phân ®o¹n tiÕp theo ➢ Time to live (8 bit): ChØ thời gian tồn tối đa mạng datagram tính theo giây Khi giá trị gãi bÞ hủ ➢ Protocol (8 bit): ChØ thÞ giao thức tầng liền kề phía Ví dụ t-¬ng øng víi giao thøc TCP, 17 t-¬ng øng víi giao thøc UDP ➢ Checksum (16 bit): M· kiĨm so¸t lỗi phần tiếp đầu datagram Source Address (32 bit): Địa IP trạm nguồn Destination Address (32 bit): Địa IP trạm đích Options (độ dài thay đổi): Phần xuất không xuất datagram bên gửi định có sử dụng hay không Padding (độ dài thay đổi): Dữ liệu đệm, đ-ợc dùng để độ dài phần tiếp đầu gói bội số 32 bit 16 Data (độ dài thay đổi): Dữ liệu, có ®é dµi lµ béi sè cđa byte 1.1.3 Giao thøc IPv6 Giao thøc Internet version - IPv6 [Deer98] lµ phiên giao thức Internet thiết kế cho mạng Internet hệ Nhiều chức IPv4 tiếp tục đ-ợc trì IPv6 Động lực thúc đẩy việc thiết kế IPv6 phát triển bùng nổ mạng Internet làm cho không gian địa mạng bị cạn kiệt IPv6 mở rộng khả đặt địa định tuyến, mở rộng định tuyến nhiều đích (multicast routing) cách bổ sung thêm tr-ờng Scope vào địa multicast, đơn giản hoá định dạng tiếp đầu datagram, hỗ trợ nâng cao tính lựa chọn, chất l-ợng dịch vụ, nhận thực an ninh Khuôn dạng tiếp đầu datagram IPv6 đ-ợc trình bày hình 1.5 VER 15 16 31 Traffic Class Payload Length Flow Label Next Header Hop Limit Source Address Destination Address H×nh 1.5: Định dạng tiếp đầu gói IPv6 VER (4 bit): Internet Protocol version (=6) ➢ Traffic Class (8 bit): Gi¸ trị bên gửi đặt để thị mức độ -u tiên gửi gói mà mong muốn Flow Label (24 bit): NhÃn luồng, đ-ợc bên gửi sử dụng để đánh dấu gói mà yêu cầu định tuyến IPv6 xử lý đặc biệt Payload Length (16 bit): Chiều dài tải tin, tính theo byte 17 ➢ Next Header (8 bit): Vai trß gièng nh- tr-êng Protocol IPv4 ➢ Hop Limit (8 bit): Giá trị bị trừ nút mạng mà qua Gói bị huỷ giá trị Source Address (128 bit): Địa IP trạm nguồn Destination Address (128 bit): Địa IP trạm đích 1.2 Giao thức TCP, UDP 1.2.1 Giao thøc TCP Giao thøc IP cung cÊp dÞch vơ cố gắng tối đa, không đảm bảo tất datagram đ-ợc truyền tới đích Nếu nút mạng xuất tắc nghẽn gói nằm hàng đợi bị loại bỏ; có lỗi đ-ờng truyền gói bị Các gói đến đích không theo thứ tự ban đầu TCP [Post81a] đà đ-ợc thiết kế để giải dạng lỗi nh- Định dạng tiếp đầu TCP đ-ợc trình bày hình 1.6 trang Source Port (16 bit): Sè hiƯu cỉng TCP ngn ➢ Destination Port (16 bit): Sè hiƯu cỉng TCP ®Ých ➢ Sequence Number (32 bit): Sè thø tù cđa byte d÷ liệu segment ngoại trừ tr-ờng hợp bit SYN đ-ợc thiết lập Nếu bit SYN đ-ợc thiết lập giá trị này số thứ tự khởi đầu (ISN) byte liệu có số thø tù lµ lµ ISN+1 ➢ Acknowledgement Number (32 bit): Nếu bit điều khiển ACK đ-ợc thiết lập tr-ờng chứa giá trị số thứ tự segment mà trạm nguồn chờ để nhận với ngụ ý segment tr-ớc nhận đ-ợc tốt Khi kết nối đ-ợc thiết lập đ-ợc gửi Data Offset (4 bit): Chỉ thị số l-ợng từ 32 bit phần tiếp đầu TCP, nhờ xác định đ-ợc phần liệu đâu 18 15 16 Source Port 31 Destination Port Sequence Number Acknowledgement Number U A P R S F Offset Reserved R C S S Y I Window G K H T N N Checksum Urgent Pointer Options Padding Data Hình 1.6: Định dạng tiếp đầu đơn vị liệu TCP Reserved (6 bit): Dự trữ cho nhu cầu t-ơng lai Các bit điều khiển: URG: Đặt tr-ờng Urgent Pointer ACK: Đặt tr-ờng Acknowledgment PSH: Chức Push RST: Khởi động lại kết nối SYN: Đồng số hiệu FIN: Không liệu từ trạm nguồn Window (6 bit): Số byte liệu, bắt đầu byte đ-ợc thị tr-ờng Acknowledgement mà bên gửi segment sẵn sàng chấp nhận Checksum (16 bit): Mà kiểm soát lỗi cho toàn segment Urgent Pointer (16 bit): Trá tíi sè thø tù cđa octet ®i sau liệu khẩn, cho bên nhận biết đ-ợc độ dài liệu khẩn Vùng có giá trị bit URG 96 Hình 5.3a: Kích th-ớc hàng đợi (-u tiên) 97 Hình 5.3b: Kích th-ớc hàng đợi 98 Hình 5.3c: Kích th-ớc hàng đợi 99 5.2.2 M« pháng kü thuËt MDRR Strict Mode Trong kü thuật xếp chuyển MDRR Strict Mode, hàng đợi -u tiên tham số trọng l-ợng Các tham số trọng l-ợng có giá trị hàng đợi 5.2.2.1 L-u l-ợng gộp thấp dung l-ợng ®-êng trun L-u l-ỵng tõ s1 cã tèc ®é 1,8Mb/s, l-u l-ợng từ s2 1,8Mb/s s3 1,8Mb/s L-u l-ợng tổng cộng 5,4Mb/s Đặt tham số lọc thùng thẻ e1 2Mb/s cho s1, s2 s3 Kết thống kê: Bảng 5.3: L-u l-ợng gộp thấp dung l-ợng đ-ờng truyền (MDRR_STR) Code Số gói Số gói gửi thành Số gói bị Số gói bị loại theo gửi công nghẽn chế lo¹i sím Tỉng 13170 13170 0 10 4390 4390 0 20 4390 4390 0 30 4390 4390 0 Hình 5.4a, 5.4b 5.4c trình bày kết giám sát kích th-ớc hàng đợi với độ phân giải 0,05 giây Theo kết nhận đ-ợc, toàn l-u l-ợng truyền thành công tới đích Hàng đợi -u tiên (hàng đợi 0) có kích th-ớc hàng đợi thấp, hầu nh- có gói đ-ợc chuyển Hàng đợi có kích th-ớc lớn so với sử dụng gây trễ jitter nhiều nhiều so với hàng đợi Nếu so s¸nh víi kü tht xÕp chun MDRR Alternate Mode MDRR Strict Mode có kích th-ớc hàng đợi -u tiên thấp nhiều hàng đợi khác lại có kích th-ớc lớn có giới hạn jitter lớn 100 Hình 5.4a: Kích th-ớc hàng đợi (-u tiên) 101 Hình 5.4b: Kích th-ớc hàng đợi 102 Hình 5.4a: Kích th-ớc hàng ®ỵi 103 5.2.2.2 L-u l-ỵng gép b»ng dung l-ỵng đ-ờng truyền L-u l-ợng từ s1, s2 s3 đặt 2Mb/s L-u l-ợng tổng cộng 6Mb/s Đặt tham số tốc độ lọc thùng thẻ e1 2Mb/s Kết thống kê: Bảng 5.4: L-u l-ợng gộp dung l-ợng đ-ờng truyền (MDRR_STR) Code Số gói Số gói gửi thành Số gói bị Số gói bị loại theo gửi công nghẽn chế lo¹i sím Tỉng 14640 11959 2471 210 10 4880 4880 0 20 4880 3539 1228 113 30 4880 3540 1243 97 Hình 5.5a, 5.5b 5.5c trình bày kết giám sát kích th-ớc hàng đợi với độ phân giải 0,05 giây Theo kết nhận đ-ợc, hàng đợi -u tiên chuyển thành công l-u l-ợng từ s1 víi thêi gian trƠ rÊt thÊp (trƠ tèi ®a b»ng thời gian truyền gói) Hàng đợi hàng đợi bị trễ lớn đà có số gói bị nghẽn loại sớm Qua sơ thấy việc dùng kỹ thuật xếp chuyển MDRR Strict Mode cã thĨ g©y mÊt gãi dung l-ợng lối vào dung l-ợng lối 104 Hình 5.5a: Kích th-ớc hàng đợi (-u tiên) 105 Hình 5.5b: Kích th-ớc hàng đợi 106 Hình 5.5c: Kích th-ớc hàng đợi 107 5.2.2.3 L-u l-ợng gộp cao dung l-ợng đ-ờng truyền L-u l-ợng từ s1 có tốc độ 3Mb/s, l-u l-ợng từ s2 4Mb/s s3 4Mb/s L-u l-ợng tổng cộng 10Mb/s lớn nhiều so với dung l-ợng kênh 6Mb/s Đặt tham số lọc thùng thẻ e1 3Mb/s cho s1, 4Mb/s cho l-u l-ợng từ s2 s3 Kết thống kê: Bảng 5.5: L-u l-ợng gộp cao dung l-ợng đ-ờng truyền (MDRR_STR) Code Số gói Số gói gửi thành Số gói bị Số gói bị loại theo gửi công nghÏn chÕ lo¹i sím Tỉng 26827 14618 11987 222 10 7317 7317 0 20 9755 3651 5987 117 30 9755 3650 6000 105 Hình 5.6a, 5.6b 5.6c trình bày kết giám sát kích th-ớc hàng đợi với độ phân giải 0,05 giây Kết cho thấy hàng đợi -u tiên không gây gói có độ chế tối thiểu thấp Các nguồn s2 s3 bị loại gói nhiều tràn nhớ hàng đợi áp dụng chế loại gói sớm Kích th-ớc hàng đợi phục vụ hai nguồn cao, gây trễ jitter lớn 108 Hình 5.6a: Kích th-ớc hàng đợi (-u tiên) 109 Hình 5.6b: Kích th-ớc hàng đợi 110 Hình 5.6c: Kích th-ớc hàng đợi ... ch-ơng chất l-ợng thoại qua mạng IP 2.1 Khái niệm chất l-ợng dịch vụ (QoS) ITU-T định nghĩa chất l-ợng dịch vụ nh- mô hình phân cấp cách cố gắng mô tả dịch vụ với số l-ợng đầy đủ tham số chất l-ợng... tiếng vọng 33 Ch-ơng hỗ trợ chất l-ợng dịch vụ mạng IP IETF đà đ-a hai giải pháp tầng mạng để giải vấn đề chất l-ợng dịch vụ Giải pháp thứ sử dụng mô hình dịch vụ tích hợp (Integrated Service... số chất l-ợng Chất l-ợng dịch vụ VoIP vấn đề phức tạp đặt nhiều thách thức Việc cung cấp chức chất l-ợng dịch vụ mạng IP nhiều hạn chế Hơn mạng phần kiến trúc VoIP Chất l-ợng dịch vụ từ điểm đầu