Giải pháp đảm bảo chất lượng dịch vụ trên mạng ip đánh giá và so sánh hiệu quả đảm bảo qos của diffserv và intserv

4 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU 11 Chƣơng TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ 13 1.1 CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ (QoS) VÀ CÁC THAM SỐ QoS 13 1.1.1 Giới thiệu chung QoS 13 1.1.2 Các thành phần thực QoS 17 1.1.3 Các tham số QoS đặc trƣng 20 1.2 CÁC YÊU CẦU ĐẢM BẢO CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ 22 1.3 CÁC VẤN ĐỀ ĐẢM BẢO QoS 23 1.3.1 Cung cấp QoS 24 1.3.2 Điều khiển QoS 24 1.3.3 Quản lý QoS 25 Chƣơng ĐẢM BẢO CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ CHO MẠNG IP 26 2.1 GIAO THỨC LIÊN MẠNG (IP – INTERNET PROTOCOL) 26 2.1.1 Phần tiêu đề gói IP 27 2.1.2 Địa IP 28 2.1.3 Các giao thức định tuyến 29 2.1.4 Các chế truyền tải 30 2.2 TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ CHO MẠNG IP (QoS IP) 30 2.2.1 Lịch sử phát triển mô hình QoS IP 30 2.2.2 Các tham số ảnh hƣởng tới QoS IP thực tế 32 2.3 CÁC CHỨC NĂNG CHUNG CỦA QoS IP 35 2.4 CÁC KỸ THUẬT ĐẢM BẢO QoS IP 38 2.4.1 Kỹ thuật đo lƣu lƣợng màu hóa lƣu lƣợng 38 2.4.2 Kỹ thuật quản lý hàng đợi tích cực 42 2.4.3 Kỹ thuật lập lịch cho gói tin 43 2.4.4 Kỹ thuật cắt lƣu lƣợng 46 2.5 KẾT LUẬN 48 Chƣơng 3: MỘT SỐ MƠ HÌNH ĐẢM BẢO QoS IP 49 3.1 MƠ HÌNH DỊCH VỤ TÍCH HỢP - INTSERV 49 3.1.1 Giới thiệu chung 49 3.1.2 Giao thức dành trƣớc tài nguyên RSVP 53 3.2 MƠ HÌNH DỊCH VỤ PHÂN BIỆT - DIFFSERV 60 3.2.1 Tổng quan mơ hình DiffServ 60 3.2.2 Miền dịch vụ phân biệt điểm mã dịch vụ phân biệt 62 3.2.4 Xử lý gói tin DiffServ 64 3.3 KHUYẾN NGHỊ TRIỂN KHAI QoS TRÊN MẠNG IP 69 3.4 KẾT LUẬN 69 Chƣơng ĐÁNH GIÁ MƠ HÌNH ĐẢM BẢO QoS IP QUA MƠ PHỎNG 70 4.1 ĐÁNH GIÁ CHUNG 70 4.2 MÔ PHỎNG VÀ KIỂM TRA QoS 71 4.2.1 Tổng quan chƣơng trình mô mạng NS2 71 4.2.2 Mơ mơ hình DiffServ 75 KẾT LUẬN 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO 85 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt AF AL AQM ATM Assured Forwarding Application Layer Active Queue Management Asychronous Transfer Mode Chuyển tiếp đảm bảo Tầng ứng dụng Quản lý hàng đợi tích cực Chế độ truyền tải không đồng ACS AF BA BB BE Access Control System Assured Forward Behavior Aggressive Bandwith Broker Best-Effort Hệ thống điều khiển truy nhập Chuyển tiếp đảm bảo Kết hợp hành vi Phân bổ băng thông Cố gắng tối đa B-ISDN CBR CBS CIR Broadband ISDN Constant Bit Rate Committed Burst Size Committed Information Rate Mạng tích hợp đa dịch vụ băng rộng Tốc độ bit cố định Kích thƣớc bùng nổ cam kết Tốc độ thông tin cam kết CoS CR DiffServ DLL DS DSCP ECN EF ER ETSI Class of Service Core Router Differentiated Services Data Link Layer Differentiated Server Differentiated Services Code Point Explicit Congestion Notification Expedited Forwarding Edge Router European Telecommunications Lớp dịch vụ Bộ định tuyến lõi Dịch vụ phân biệt Tầng liên kết liệu Server phân biệt Điểm mã dịch vụ phân biệt Thông báo tắc nghẽn tƣờng minh Chuyển tiếp nhanh Bộ định tuyến biên Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu Standards Institute FIFO First In First Out FLOWSPEC Flow Specification FQ Fair Queueing Vào trƣớc trƣớc Đặc tả luồng Hàng đợi công FSI GoS GS IETF IntServ Flow State Information Grade of Sevice Guaranteed Service Internet Engineering Task Force Intergrated Service Thông tin trạng thái luồng Cấp độ dịch vụ Dịch vụ đảm bảo Uỷ ban thực thi kỹ thuật Internet Dịch vụ tích hợp IPLR IPTD IPER ISO IP Loss Rate IP Packet Transfer Delay IP Error Rate International Standard Organization Tỷ lệ gói IP Trễ truyền tải gói tin IP Tỷ lệ lỗi gói tin IP Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế IPv4 IPv6 ITU-T MF MPLS NL NNI NP PBS PHB PIR PQ QoS Internet Protocol version Internet Protocol version International Telecommunication Union Multi Fields MultiProtocol Label Switching Network Layer Network Node Interface Net Performance Packet Burst Size Per-Hop forwarding Behaviour Peak Information Rate Priority Queueing Quality of Service Giao thức Internet phiên Giao thức Internet phiên Hiệp hội viễn thông quốc tế Đa trƣờng Chuyển mạch nhãn đa giao thức Tầng mạng Giao diện nút mạng Hiệu mạng Kích thƣớc bùng nổ gói Hành vi chuyển chặng Tốc độ thông tin đỉnh Hàng đợi ƣu tiên Chất lƣợng dịch vụ RA RED RFC RSVP SACP Resource Allocation Random Early Detection and Discard Request For Comments Resource Reservation Protocol Simple Acceptance Control Protocol Cấp phát tài nguyên Phát loại bỏ sớm ngẫu nhiên Các yêu cầu cần trả lời Giao thức dành trƣớc tài nguyên Giao thức điều khiển chấp nhận đơn giản SE SLA SNMP srTCM Shared Explicit Service Level Argreement Simple Network Management Protocol Single rate Three Color Marker Chia sẻ tƣờng minh Thoả thuận mức dịch vụ Giao thức quản lý mạng đơn giản Bộ đánh dấu màu tốc độ đơn TCA TL ToS trTCM UBR UNI VBR VoIP VPN WF Traffic Conditioning Agreement Transmission Layer Type of Service Two rate Three Color Marker Undefined Bit rate User Network Interface Variable Bit Rate Voice over IP Virtual Private Network Wildcard Filter Thoả thuận điều kiện lƣu lƣợng Tầng truyền dẫn Kiểu dịch vụ Bộ đánh dấu màu hai tốc độ Tốc độ bit không xác định Giao diện ngƣời dùng mạng Tốc độ bit thay đổi Thoại qua IP Mạng riêng ảo Bộ lọc Wildcard WFQ WRED WRR Weighted Fair Queueing Weighted Random Early Discarding Weighted Round Robin Hàng đợi công theo trọng số Loại bỏ sớm ngẫu nhiên theo trọng số Quay vòng theo trọng số DANH MỤC CÁC BẢNG Tên bảng Trang Bảng 1.1 Các đặc tính phân lớp QoS cho mạng IP theo ITU-T 22 Bảng 1.2 Phân lớp QoS theo quan điểm ETSI 22 Bảng 1.3 Các vùng dịch vụ B-ISDN 23 Bảng 1.4 Phân vùng dịch vụ theo diễn đàn ATM 23 Bảng 3.1: Các kiểu dành trƣớc tài nguyên 54 Bảng 3.2 Các bit sử dụng cho điều khiển chia sẻ 57 Bảng 3.3 Các bít sử dụng cho điều khiển lựa chọn máy gửi 57 Bảng 3.4 Các tham số đối tƣợng CL khác 59 Bảng 3.5 Các tham số dịch vụ cam kết Rspec 59 Bảng 3.6 Các khối điểm mã dịch vụ phân biệt DSCP 63 Bảng 3.7 Chi tiết phân lớp chuyển tiếp đảm bảo AF PHB 66 Bảng 4.1 So sánh mơ hình IntServ DiffServ 71 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Tên hình Trang Hình 1.1 Mơ hình QoS tổng qt 13 Hình 1.2 Kiến trúc QoS 14 Hình 1.3 Các mức chất lƣợng dịch vụ đầu cuối-đầu cuối 15 Hình 1.4 Các đặc điểm chất lƣợng dịch vụ 16 Hình 1.5 Hàng đợi vào trƣớc trƣớc router 18 Hình 1.6 Classify, Queue Schedule router 19 Hình 1.7 Cơ chế traffic shaping router 19 Hình 1.8 Các thành phần cấu đảm bảo chất lƣợng dịch vụ 24 Hình 2.1 Chồng giao thức TCP/IP 26 Hình 2.2 Khn dạng phần tiêu đề gói IP 27 Hình 2.3 Các lớp địa IP 29 Hình 2.4 Các bƣớc phát triển mơ hình QoS [12] 30 Hình 2.5 Dịch vụ Intserv dịch vụ Diffserv [19] 31 Hình 2.6 Băng thơng khả dụng 33 Hình 2.7 Trễ tích lũy từ đầu cuối tới đầu cuối 34 Hình 2.8 Trễ xử lý hàng đợi 34 Hình 2.9 Mất gói tƣợng tràn đệm đầu 35 Hình 2.10 Các chức đảm bảo QoS định tuyến IP 36 Hình 2.11 Phƣơng pháp phân loại gói đa trƣờng chức 36 Hình 2.12 Phƣơng pháp phân loại gói theo kết hợp hành vi 37 Hình 2.13 Khoảng thời gian CBS CIR tốc độ lƣu lƣợng đầu vào đơn 39 Hình 2.14 Chế độ mù màu srTCM với gáo C gáo E 39 Hình 2.15 Chế độ hoạt động rõ màu srTCM 40 Hình 2.16 Gáo rị C, P chế độ hoạt động mù màu trTCM 41 Hình 2.17 Chế độ hoạt động rõ màu trTCM 41 Hình 2.18 Sơ đồ nguyên lý hoạt động RED 42 Hình 2.19 Hoạt động thơng báo tắc nghẽn tƣờng minh ECN 43 Hình 2.20 Hàng đợi ƣu tiên PQ 44 Hình 2.21 Hàng đợi cân FQ 45 Hình 2.22 Hàng đợi quay vòng theo trọng số WRR 45 Hình 2.23: Chia cắt lƣu lƣợng 47 Hình 2.24: Chia cắt lƣu lƣợng bùng nổ kiểu gáo rị 47 Hình 3.1 Mơ hình dịch vụ tích hợp IntServ 50 10 Hình 3.2 Cấu trúc mạng IntServ 54 Hình 3.3 Khn dạng tin RSVP tiêu đề chung RSVP 55 Hình 3.4 Khn dạng tin đối tƣợng RSVP 56 Hình 3.5 Khn dạng đối tƣợng kiểu 56 Hình 3.6 Cấu trúc tin Path Resv RSVP 57 Hình 3.7 Tổng quan mơ hình DiffServ 60 Hình 3.8 Mơ hình DiffServ biên lõi mạng 61 Hình 3.9 Mơ hình bƣớc dịch vụ phân biệt DiffServ 62 Hình 3.10 Miền dịch vụ phân biệt DS 63 Hình 3.11 Cấu trúc trƣờng phân biệt dịch vụ DS 63 Hình 3.12 Hoạt động BB 64 Hình 3.13 Xử lý chuyển tiếp nhanh EF PHB 65 Hình 3.14 Các phân lớp AF PHB 66 Hình 3.15 Cấu trúc byte TOS 67 Hình 4.1 Mơ hình NS2 đơn giản 72 Hình 4.2 Tƣơng ứng C++ Otcl 72 Hình 4.3 Kiến trúc NS 73 Hình 4.4 Sơ đồ hoạt động NS2 73 Hình 4.5 Các trƣờng tệp bám vết 74 Hình 4.6 Mơ hình khảo sát 81 Hình 4.7 Đồ thị mơ tả gói khoảng thời gian 120s 82 Hình 4.8 Đồ thị mơ tả thơng lƣợng khoảng thời gian 120s Error! Bookmark not defined Hình 4.9 Độ trễ hàng đợi lớp lƣu lƣợng Error! Bookmark not defined 11 MỞ ĐẦU CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI Ngày nay, với bùng nổ Internet, việc kết nối sử dụng Internet ngày đa dạng, phong phú, tầm quan trọng việc đảm bảo chất lƣợng dịch vụ (QoS) ngày tăng Với đời nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP), việc ổn định “chất lƣợng Internet” cần phải đƣợc đảm bảo Điều có nghĩa nhà cung cấp Internet tạo cho ngƣời dùng dịch vụ đa dạng, phong phú cốt yếu phải đảm bảo chất lƣợng dịch vụ Mạng Internet cung cấp dịch vụ sở phục vụ theo khả tối đa (best - effort), tức khơng có cam kết đƣợc đƣa từ phía nhà khai thác chất lƣợng dịch vụ Thay vào đó, tùy thuộc vào trạng thái cụ thể mạng, mạng chủ thực khả tốt để phục vụ lƣu lƣợng cho dịch vụ [9] Đây nguyên nhân chủ yếu thúc đẩy nghiên cứu mạnh mẽ QoS mạng IP năm gần Chất lƣợng dịch vụ thành phần quan trọng mạng gói đa dịch vụ Vấn đề chất lƣợng dịch vụ đánh giá chất lƣợng dịch vụ ln vấn đề đóng vai trị quan trọng tất loại hình dịch vụ viễn thơng Mỗi loại hình dịch vụ quan tâm tới QoS khía cạnh khác Việc tích hợp nhiều ứng dụng với yêu cầu QoS khác địi hỏi phải có mơ hình đảm bảo QoS cho dịch vụ Hƣớng tiếp cận QoS theo mơ hình IntServ DiffServ phù hợp với mạng gói IP [18] Cơng nghệ IP ứng dụng tạo nhiều hội thách thức cho nhà cung cấp dịch vụ viễn thơng Từ tính cấp thiết nêu trên, chọn đề tài “Giải pháp đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) mạng IP, đánh giá so sánh hiệu đảm bảo QoS DiffServ IntServ” Luận văn sâu tìm hiểu kiến thức chất lƣợng dịch vụ mạng IP nhƣ đặc điểm kỹ thuật, phân tích đánh giá chất lƣợng cho mạng IP qua mơ hình IntServ DiffServ; việc triển khai, hỗ trợ chất lƣợng dịch vụ mạng IP MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Luận văn tập trung nghiên cứu vấn đề sau: - Tập trung nghiên cứu đảm bảo chất lƣợng dịch vụ mạng IP - Phân tích, đánh giá hai mơ hình IntServ Diffserv QoS IP Sử dụng cơng cụ NS2 mơ mơ hình đảm bảo QoS: IntServ DiffServ, từ đƣa giải pháp cho việc đảm bảo chất lƣợng dịch vụ mạng IP 12 ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Đề tài tập trung nghiên cứu lý thuyết đảm bảo chất lƣợng dịch vụ Các mơ hình chế đảm bảo QoS mạng IP Đánh giá so sánh hiệu mơ hình Intserv DiffServ qua việc sử dụng công cụ mô NS2 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Thực nghiên cứu lý thuyết kiến trúc QoS Phân tích đánh giá qua mơ CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN Ngoài phần mở đầu kết luận, luận văn gồm chƣơng: Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ Các vấn đề yêu cầu đảm bảo chất lƣợng dịch vụ: a) Khái niệm QoS yếu tố liên quan: tham số phƣơng thức đánh giá chất lƣợng dịch vụ mạng b) Với dịch vụ mạng IP, tham số đặc trƣng khách quan đƣợc chuẩn hóa qua tham số nhƣ tỷ lệ gói, độ trễ gói, độ biến thiên trễ, c) Các thơng số QoS: Khi xem xét đến đảm bảo chất lƣợng cho dịch vụ mạng IP, cần định nghĩa cụ thể tập hợp tham số QoS khách quan phải đƣợc quan tâm với mơ hình phù hợp cho ràng buộc tham số Chương ĐẢM BẢO CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ CHO MẠNG IP  Khái quát mạng IP, loại mạng, giao thức liên mạng định tuyến, chế truyền tải mạng IP Nghiên cứu yếu tố có ảnh hƣởng tới mạng IP  Tìm hiểu lịch sử phát triển QoS IP với tham số ảnh hƣởng trực tiếp tới QoS IP thực tế  Các kỹ thuật công nghệ đảm bảo QoS IP: quản lý hàng đợi, lƣu lƣợng, lập lịch cho gói tin Chương MỘT SỐ MƠ HÌNH ĐẢM BẢO QoS IP  Đi sâu nghiên cứu mô hình hỗ trợ chất lƣợng dịch vụ mạng IP, so sánh lợi mơ hình dịch vụ mạng IP  Nghiên cứu rút giải pháp hai mơ hình IntServ DiffServ Chương ĐÁNH GIÁ MƠ HÌNH ĐẢM BẢO QoS IP QUA MÔ PHỎNG  Đánh giá chung DiffServ IntServ, rút ƣu – nhƣợc điểm hai mô hình thực tế  Luận văn thực mơ NS2 nhằm đánh giá mơ hình đảm bảo QoS mạng IP 13 Chƣơng TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ 1.1 CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ (QoS) VÀ CÁC THAM SỐ QoS 1.1.1 Giới thiệu chung QoS Chất lƣợng dịch vụ (Quality of Service – QoS) khái niệm rộng đƣợc tiếp cận theo nhiều hƣớng khác nhau, QoS liên quan tới khả cung cấp dịch vụ tốt mạng lƣu lƣợng mạng chọn với công nghệ khác bao gồm Frame Relay, ATM, Ethernet mạng 802.1, SONET, IP Chất lƣợng đƣợc định nghĩa ISO 9000 “cấp độ tập đặc tính vốn có đáp ứng đầy đủ yêu cầu” Theo khuyến nghị E800 ITU-T, chất lƣợng dịch vụ “Một tập khía cạnh hiệu dịch vụ nhằm xác định cấp độ thỏa mãn người sử dụng dịch vụ” Trong IETF [ETSI - TR102] nhìn nhận QoS khả phân biệt luồng lƣu lƣợng để mạng có ứng xử phân biệt kiểu luồng lƣu lƣợng, QoS bao trùm phân loại hóa dịch vụ hiệu tổng thể mạng cho loại dịch vụ [10] Cho đến chƣa thực có khái niệm hoàn chỉnh chất lƣợng dịch vụ, ta hiểu chất lƣợng dịch vụ điều kiện để việc cung cấp dịch vụ truyền liệu mạng phù hợp với ứng dụng đảm bảo nhận biết người dùng Chất lƣợng dịch vụ bao gồm tập hợp tiêu chí đặc trƣng cho yêu cầu loại lƣu lƣợng cụ thể mạng nhƣ độ trễ, jitter (sự thay đổi độ trễ), tỉ lệ gói,…[16] Các tiêu chí có liên quan chặt chẽ tới băng thơng dành cho lƣu lƣợng Hình vẽ sau biểu diễn mơ hình QoS tổng qt: ` Mạng Mạng AP NP NP AP ` NP QoS Hình 1.1 Mơ hình QoS tổng qt Trong hình vẽ, NP (Net Performance) lực hiệu mạng cụ thể Nó bao gồm khả ứng xử, tính hiệu mạng chất lƣợng phục vụ mà mạng cung cấp AP (Access Point) điểm truy nhập mạng Việc thực đảm bảo chất lƣợng dịch vụ bao gồm ba thành tố sau: 72 truyền thông chúng Đây công cụ có ích để tìm lỗi mã nguồn giao thức Trong thí nghiệm mơ luận văn, sử dụng công cụ NS2 phiên NS - 2.34 4.2.1.2 Mơ hình NS2 Dƣới góc độ ngƣời dùng, hệ thống mô NS2 đƣợc mô hình hóa nhƣ sau: Hình 4.1 Mơ hình NS2 đơn giản Từ mơ hình thấy, NS2 sử dụng ngôn ngữ Otcl với thƣ viện bao gồm đối tƣợng: Bộ lập lịch kiện; thƣ viện đối tƣợng thành phần mạng modul thiết lập mạng Nói cách khác, để sử dụng NS2, ta phải lập trình ngơn ngữ Otcl Để cài đặt chạy chƣơng trình mơ mạng NS, ta phải viết Script ngôn ngữ Otcl, lập lịch cho kiện, thiết lập cấu hình mạng (topo mạng) cách sử dụng đối tƣợng thành phần mạng, triệu gọi hàm thƣ viện, báo cho nguồn liệu biết bắt đầu kết thúc việc truyền gói tin mạng Khi muốn tạo đối tƣợng mạng mới, viết đối tƣợng cách liên kết đối tƣợng mạng có sẵn thƣ viện Việc gắn kết đối tƣợng tạo nên đối tƣợng điểm mạnh NS2 NS2 sử dụng ngôn ngữ C++ ngôn ngữ Otcl NS2 hỗ trợ cấu trúc lớp kiểu phân cấp C++ (đƣợc gọi cấu trúc lớp biên dịch), cấu trúc lớp tƣơng tự ngôn ngữ Otcl (gọi cấu trúc lớp thông dịch) Hai cấu trúc lớp phân cấp có quan hệ chặt chẽ với nhau, dƣới góc độ ngƣời sử dụng (khơng phải ngƣời lập trình phát triển NS), có tƣơng ứng 1-1 lớp cấu trúc lớp biên dịch lớp cấu trúc lớp thông dịch Sơ đồ sau ví dụ phân cấp C++ Otcl: Hình 4.2 Tương ứng C++ Otcl 73 Mỗi ngơn ngữ đƣợc sử dụng với mục đích riêng Otcl đƣợc sử dụng: - Trong việc cấu hình, cài đặt cơng việc thực “một lần” - Chỉnh sửa đối tƣợng C++ có sẵn Và sử dụng C++ cho: - Khi làm cơng việc địi hỏi xử lý gói tin luồng liệu - Khi phải thay đổi hành vi lớp C++ tồn Có thể hình dung tổ chức NS qua sơ đồ sau: Hình 4.3 Kiến trúc NS Sơ đồ kiến trúc NS, nói chung coi ngƣời dùng nhƣ đứng góc dƣới bên trái, thiết kế chạy hệ mô ngôn ngữ Tcl sử dụng đối tƣợng Otcl thƣ viện Bộ lập lịch kiện hầu hết đối tƣợng thành phần mạng đƣợc viết C++, triệu gọi từ Otcl thơng qua giao tiếp tclcl, hệ thống kết hợp lại thành NS Sơ đồ mơ hình NS đơn giản ra, kết thúc q trình mơ phỏng, ns sinh hay nhiều text file chứa số liệu chi tiết phục vụ cho việc phân tích q trình mơ phỏng, đầu vào cho hệ mơ đồ hoạ (Network Animator : NAM) Hình 4.4 mô tả hoạt động NS thông cua mức, nhƣ thấy có mức khung cảnh, mức Script cuối ngôn ngữ C++ Tất công việc NS thông qua Script NS để gọi hàm C++ mức dƣới Hình 4.4 Sơ đồ hoạt động NS2 74 4.2.1.3 Cấu trúc tệp bám vết Dữ liệu sau mô với NS-2 thƣờng đƣợc lƣu tệp, tệp đƣợc gọi tệp dấu vết (trace file) Tệp dấu vết chứa thông tin kiện gói tin xảy suốt thời gian mô theo tầng: tầng MAC, tầng mạng, tầng giao vận Khi bám vết tệp ASCII đầu ra, tệp bám vết có tên mở rộng tr đƣợc tổ chức thành 12 trƣờng Ý nghĩa trƣờng là: Hình 4.5 Các trường tệp bám vết Trƣờng kiểu kiện Đƣợc đƣa biểu tƣợng r, +, -, d lần lƣợt tƣơng ứng với nhận (ở đầu kênh truyền), xếp vào hàng, khỏi hàng bị loại Đƣa thời điểm xảy kiện Đƣa nút đầu vào kênh truyền mà kiện xảy Đƣa nút đầu kênh truyền mà kiện xảy Đƣa kiểu gói tin (nhƣ CBR hay TCP) Đƣa kích thƣớc gói tin Một vài cờ Đây mã nhận dạng luồng (fid) IPv6 mà ngƣời sử dụng đặt cho mơic dịng tập lệnh Otcl đầu vào Địa nguồn đƣa dƣới dạng “node.port” 10 Địa đích 11 Số thứ tự gói tin giao thức lớp mạng 12 Mã nhận dạng gói tin 4.2.1.4 Nguồn phát sinh lưu lượng NS hỗ trợ bốn loại nguồn phát sinh lƣu lƣợng [18]: EXPOO_Traffic: tạo lƣu lƣợng dựa vào phân phối On/Off theo hàm mũ Các gói tin đƣợc gửi với tốc độ xác định suốt qng thời gian on, khơng có gói tin đƣợc gửi khoảng thời gian off Khoảng thời gian on off đƣợc tạo theo phân phối hàm mũ Kích thƣớc gói tin khơng thay đổi POO_Traffic: tạo lƣu lƣợng dựa vào phân phối On/Off Pareto Loại tƣơng tự phân phối theo hàm mũ trừ khoảng thời gian on/off đƣợc thực theo phân phối pareto CBR_Traffic: tạo lƣu lƣợng với tốc độ khơng đổi đƣợc định sẵn Kích thƣớc gói tin cố định nhƣng chọn giá trị khác Ngoài ra, tạo số 75 ngẫu nhiên đƣợc kích hoạt, để thay đổi khoảng thời gian gói tin khởi hành phạm vi định TrafficTrace: nguồn lƣu lƣợng đƣợc ghi lại dƣới dạng vết nguồn lƣu lƣợng đến từ mạng thật 4.2.2 Mơ mơ hình DiffServ 4.2.2.1 Định nghĩa sách Tất luồng có địa nguồn đích lệ thuộc vào sách chung Chính sách quy định loại đo đƣợc dùng để đo tham số lƣu lƣợng đầu vào liên quan Một bảng sách đƣợc dùng NS2 để lƣu trữ loại sách luồng Bảng bao gồm: 1) Địa nút nguồn 2) 3) Địa nút đích Loại sách 4) 5) Loại thiết bị đo Điểm mã khởi đầu 6) CIR (tốc độ thông tin cho phép) 7) 8) 9) 10) CBS (kích thƣớc cụm cho phép) C bucket (kích thƣớc thời dung lƣợng cho phép) EBS (kích thƣớc cụm vƣợt mức) E bucket (kích thƣớc thời dung lƣợng vƣợt quá) 11) PIR (tốc độ thơng tin tối đa) 12) PBS (kích thƣớc cụm tối đa) 13) P bucket (kích thƣớc thời dung lƣợng tối đa) 14) Thời gian đến gói tin cuối 15) Tốc độ gửi tin trung bình 16) Độ dài cửa sổ TSW (TSW sách dựa tốc độ truyền trung bình lấy bình quân theo kích thƣớc cửa sổ liệu tính theo giây) Giá trị mặc định giây (1s) Mỗi loại sách sau định đo mà sử dụng: 1) TSW2CM (TSW2CMPolicer): Dùng CIR thứ tự ƣu tiên hủy gói 2) TSW3CM (TSW3CMPolicer): Dùng CIR, PIR thứ tự ƣu tiên hủy gói Mức ƣu tiên trung bình đƣợc dùng theo xác suất CIR vƣợt mức cho phép 3) Token Bucket (TokenBucketPolicer): Dùng CIR; CBS thứ tự ƣu tiên hủy gói 76 4) Single Rate Three Color Marker (srTCMPolicer): Dùng CIR, CBS, EBS 5) PBS để chọn từ drop precedences Two Rate Three Color Marker (trTCMPolicer): Dùng CIR, CBS, EBS PBS để chọn từ drop precedences 6) NullPolicer: khơng rút ngắn gói tin Một bảng sách định nghĩa cho loại sách điểm mã khởi đầu nhƣ hay hai điểm mã giảm mức Điểm mã khởi đầu thƣờng đƣợc gọi “green code” điểm mã giảm mức thấp “red” Nếu có điểm mã khác “yellow” 4.2.2.2 Kịch mô Trong kết nối TCP, việc số đoạn gây ảnh hƣởng nhiều lên hiệu phiên kết nối so với đoạn khác Thực ƣu tiên dùng mơ hình DiffServ làm hiệu suất kết nối TCP đƣợc cải thiện đáng kể Mục đích việc mơ dùng mơ hình DiffServ để đánh dấu ƣu tiên gói tin nhạy cảm mà khơng cần thơng tin lớp vận chuyển, đơn giản hóa việc thực đánh dấu ƣu tiên gói TCP u cầu tốn Mở đầu cho phân loại dịch vụ: Hai mức ƣu tiên đƣợc định nghĩa Mức cao “gói tin vào” hay “green packets” mức thấp “gói tin ra” hay “red packets” Chúng ta tập chung vào sách đơn giản có sẵn NS: cửa sổ thời gian trƣợt (5 sách: TSW2CM, TSW3CM, ) Một tốc độ cho phép CIR đƣợc định nghĩa cho router biên Miễn tốc độ kết nối dƣới mức CIR tất gói tin đƣợc đánh dấu mức ƣu tiên cao Khi tốc độ vƣợt mức CIR gói tin đƣợc đánh dấu theo xác suất bình quân, mà tốc độ gói tin đƣợc đánh dấu với mức ƣu tiên cao với CIR Tốc độ truyền đƣợc tính theo tốc độ trung bình “cửa sổ TSW”; phần mơ khoảng thời gian cửa sổ 20 s Thời gian mô kéo dài 60s Thực việc thay đổi CIR nút biên nguồn nghiên cứu ảnh hƣởng đến hiệu suất Topo mạng đơn giản với nút thắt cổ chai đƣợc cấu hình nhƣ sau: S0 E0 S1 E1    Core Sn-1 En-1 Sn En E Hình 4.6 Mơ hình mạng D 77 Mỗi nút nguồn đƣợc kết nối tới nút biên tƣơng ứng nơi lƣu lƣợng đƣợc đánh dấu theo tham số đƣợc rõ dƣới Router biên đƣợc kết nối tới router lõi nút thắt cổ chai sau qua router khác để tới đích Topo khảo sát với 15 nút nguồn, nút nguồn tạo kết nối TCP Mô với mạng LAN (có trễ truyền dẫn nhỏ) với đƣờng truyền hoàn toàn đối xứng Đánh giá hiệu mạng DiffServ với tham số định trƣớc: - Đƣờng truyền nút biên nút nguồn tƣơng ứng có độ trễ 0.01ms băng thông 6Mbps - Đƣờng truyền nút biên nút đích tƣơng ứng có độ trễ 0.01ms băng thông 10Mbps - Đƣờng truyền nút trung tâm nút biên gắn với nút nguồn có độ trễ 0.1ms băng thơng 6Mbps - Đƣờng truyền nút trung tâm nút biên gắn với nút đích có độ trễ 1ms băng thơng 10Mbps Mơ hình lưu lượng: Một file đƣợc truyền có phân bố xác suất Pareto với tham số shape 1.25 kích thƣớc trung bình 10kbytes File đƣợc truyền đến nút nguồn theo tiến trình Poisson với tốc độ trung bình file/giây Nhiều phiên truyền từ nút nguồn đƣợc kích hoạt đồng thời Tham số quản lý việc xếp hàng: Hàng đợi đƣợc xây dựng router nút cổ chai, chọn kích thƣớc hàng đợi 100 gói tin Các tham số quản lý hàng đợi nút khác không ảnh hƣởng đến kết Trong hàng đợi thắt cổ chai nút trung tâm, quản lý hàng đợi multi-RED dùng phiên RIO-D (chọn tham số giống cho mức ƣu tiên) Chọn tham số giống với hai mức ƣu tiên mục đích để tạo điều kiện cho phép nghiên cứu ảnh hƣởng DiffServ giảm xác suất đoạn dễ bị tác động đến hiệu suất hoạt động đƣờng truyền TCP (độ trễ, thông lƣợng) set cir0 100000; set cir1 100000; # policing parameter # policing parameter Kích thƣớc hàng đợi trung bình đƣợc giám sát, với loại gói tin (dùng hàm mũ chuẩn lấy trung bình với tham số w q = 0.01) Các gói tin có màu cho trƣớc bắt đầu bị loại bỏ số hàng đợi trung bình gói tin vƣợt giá trị w (chọn minw = 15) Xác suất hủy gói tăng tuyến tính với kích thƣớc hàng đợi trung bình đạt tới giá trị maxw = 45, xác suất hủy gói lấy giá trị maxp = 0.5 Khi vƣợt giá trị xác suất hủy gói Tốc độ đến bít nút cổ chai là: 15*1.04*104 *8  5.672Mbps 0.22 78 Kết thu đƣợc nhƣ sau: Một gói tin kích thƣớc trung bình 1040 bytes 1000 bytes liệu 40 bytes mào đầu phụ Một file ftp trung bình 104 bytes liệu có nghĩa tổng kích thƣớc trung bình khoảng 1.04*10 4*8 bits Kết thu đƣợc nhân số nút nguồn chia cho thời gian trung bình file đến nút Kịch mô nhiều nguồn nguồn tạo nhiều phiên TCP chia sẻ đƣờng truyền nút cổ chai đích Thiết đặt tham số: set cir0 100000; #policing parameter set cir1 100000; #policing parameter set pktSize 1000 set NodeNb 15; # số nút nguồn set NumberFlows 360; # số luồng set sduration 60; # thời gian mô nút nguồn Định nghĩa thời gian bắt đầu truyền kích thƣớc gói tin đến sau tiến trình Poissoon: For {set i 1} {$iD3 srTCM srTCM srTCM CIR 400 400 400 CBS 10000 10000 20000 EBS 20000 15000 30000 PBS 10000 10000 10000 82 Kết mô phỏng: Với mục đích thí nghiệm xác định vẽ đồ thị thay đổi theo thời gian mô hệ số sử dụng đƣờng truyền kết nối UDP Kết thu đƣợc nhƣ sau: Results S1 ->D1 S2 -> D2 S3 -> D3 E1 -> E2 Sent 23185 24201 28350 75742 Receive 23185 17661 9975 50821 6546 18375 24921 Drop Các luồng có sách srTCM nhƣng thay đổi tốc độ luồng ta nhận thấy: S1 ->D1 tỷ thành công gói tin gửi 100%, ngƣợc lại, S2 -> D2 với tốc độ lớn 450 nên tỷ lệ thành công đạt đƣợc  73% S3 -> D3 tăng tốc độ lên 700 tỷ lệ thành cơng gói tin gửi đạt  35% Hình 4.7 Đồ thị mơ tả gói khoảng thời gian 120s Từ sơ đồ hình vẽ ta nhận thấy, khoảng thời gian 120s gói tin từ S1 -> D1 không bị mát trình truyền Tỷ lệ gói tin lớn nằm luồng E1 -> E2 tỷ lệ gói tăng theo thời gian mơ Kết tính độ trễ biến thiên trễ: Flow S1 -> D1 S2 -> D2 S3 -> D3 E1 -> E2 Delay 0.05579 0.194664 0.426573 0.166417 Jitter 0.001621 0.066632 0.260945 0.184243 Luồng S1 -> D1 với lớp lƣu lƣợng EF có độ trễ biến thiên trễ nhỏ khoảng thời gian 120s với độ trễ 0.05579, biến thiên trễ 0.001621 Luồng S3 -> D3 83 với lớp lƣu lƣợng BE có tỷ lệ gói lớn nên độ trễ biến thiên trễ cao hẳn so với luồng S1 -> D1, đƣờng đồ thị màu xanh (blue) thể rõ nét độ trễ hàng đợi lớp lƣu lƣợng BE Mất gói: kiểm tra ảnh hƣởng tốc độ đánh dấu CIR đến xác suất gói tin SYN gói tin liệu kết nối, ta thấy cần giảm việc gói tin cho hai để đạt đƣợc tốc độ CIR nhƣ mong muốn Những gói tin dễ bị cơng làm giảm hiệu suất đáng kể chúng gây thời gian gián đoạn dài Trong mạng tốc độ cao thời gian truyền file ngắn (tổng thời gian truyền ngắn nhiều thời gian time-out), ta mang muốn đạt hiệu suất cao cách loại trừ thời gian timeout Trong mạng tốc độ thấp việc loại trừ thời gian time-out không cần thiết Thông lƣợng: luồng lƣu lƣợng CBR0,CBR1,CBR2 truyền liệu khoảng thời gian nhƣ nhƣng thông lƣợng trung bình khác Với đƣờng truyền phù hợp hiệu suất thơng lƣợng độ trễ UDP đạt đƣợc cao 84 KẾT LUẬN Qua trình tìm hiểu nghiên cứu dƣới giúp đỡ nhiệt tình thầy giáo hƣớng dẫn PGS.TS Hồ Sĩ Đàm, tơi hồn thành luận văn: “Giải pháp đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) mạng IP; đánh giá, so sánh hiệu đảm bảo QoS DiffServ IntServ” Trong luận văn này, tơi tìm hiểu giới thiệu khái quát đảm bảo chất lƣợng dịch vụ, đánh giá chất lƣợng dịch vụ qua mạng IP Một số vấn đề cốt lõi kỹ thuật đảm bảo QoS IP tiêu chí đánh giá QoS thông qua việc đánh giá tham số đặc trƣng cho QoS IP Đi sâu vào việc khảo sát, đánh giá hai mơ hình IntServ DiffServ khía cạnh khác đảm bảo chất lƣợng dịch vụ cho mạng IP, từ rút đƣợc ƣu – nhƣợc điểm mơ hình Luận văn giới thiệu số chiến lƣợc quản lý nghẽn nhƣ: hàng đợi FIFO, hàng đợi cân trọng số, hàng đợi khách hàng, hàng đợi ƣu tiên nhƣ số phƣơng pháp tránh nghẽn nhƣ: RED, WRED, FRED, ARED Các phƣơng pháp đƣợc ứng dụng rộng rãi mạng viễn thông nhƣng giới hạn luận văn tập trung nghiên cứu chúng mạng dịch vụ tích hợp, dịch vụ khác biệt Luận văn thực lập trình mơ xác định lƣợng băng thông cung cấp cho luồng lƣu lƣợng nhằm đánh giá mơ hình DiffServ Đảm bảo chất lƣợng dịch vụ cho mạng IP vấn đề lớn nên khuôn khổ luận văn nghiên cứu đƣợc đầy đủ, chi tiết hết vấn đề kỹ thuật Để có đƣợc nhìn tổng quan đầy đủ giải pháp ứng dụng QoS cho mạng IP nhiều vấn đề cần nghiên cứu nhƣ:  Nghiên cứu kiến trúc CQS Kiến trúc có mạng dịch vụ tích hợp dịch vụ phân biệt Kiến trúc CQS giúp làm tăng khả xử lý cho router vấn đề định tuyến dịch vụ tích hợp  Cơng nghệ Multimedia mạng IP  Nghiên cứu vấn đề kỹ thuật việc đảm bảo QoS IP khả giám sát chất lƣợng dịch vụ mạng IP V.v.v Trên hƣớng nghiên cứu hấp dẫn mà hi vọng có điều kiện tiếp tục nghiên cứu cơng trình dài Luận văn đƣa cách tổng quát QoS IP nhƣ đánh giá hai mơ hình đảm bảo chất lƣợng dịch vụ mà nghiên cứu thời gian qua Tuy cố gắng để hoàn thành luận văn nhƣng chắn không tránh khỏi thiếu sót Tơi mong đƣợc đóng góp ý kiến thầy cô bạn bè đồng nghiệp để luận văn đƣợc hoàn chỉnh tiếp tục đƣợc nghiên cứu tƣơng lai Tôi xin chân thành cảm ơn 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Trần Tuấn Hƣng, “Phát triển triển khai giải pháp đảm bảo chất lượng dịch vụ mạng IP” [2] Vũ Duy Lợi, Nguyễn Văn Vỵ, “Về đảm bảo chất lượng dịch vụ Internet” [3] Vũ Hồng Sơn, Nguyễn Văn Dũng, Ngô Quang Thuận, “Đảm bảo chất lượng dịch vụ mạng IP phương pháp Diffserv” [4] Nguyễn Đình Việt, giảng “Đánh giá hiệu mạng máy tính”, 2008 Tiếng Anh [5] [DSTE-PRO] F Le Faucheur, “Protocol Extensions for Support of DiffServ-aware MPLS Traffic Engineering” draft-ietf-tewg-diff-te-pro-03.txt, Feb 2002 [6] [E2E-QoS] V.FineBerg, “A Practical Architecture for Implementing End-to-End in an IP Network”, IEEE Communications Magazine, Jan 2002 [7] Eitan Altman & Tania Jimenez , "Ns simulator for beginners", 2003-2004 [8] Grenville Armitage, “Quality of Service in IP networks”, April 07, 2000 [9] http://www.cisco.com/en/US/docs/internetworking/technology/handbook/QoS.html [10] http://www.ietf.org/rfc/ [11] Jitae Shin, Daniel C Lee, C.-C Jay Kuo, “Quality of Service for Internet Multimedia”, July 24, 2003 [12] [MPLS-arch] Rosel et al “Multiprotocol Label Switching Architechture” work in progress (draft -ietf-mplsframework-05) March 2000 [13] [MPLS-DiffServ] F Le Faucheur, et al, “MPLS Support of Differentiated Services” RFC3270, May 2002 [14] Markus Peuhkuri, “IP Quality of Service”, Helsinki University of Technology, Laboratory of Telecommunications Technology, 2000 [15] Mario Marchese, “QoS over Heterogeneous Networks”, John Wiley & Sons, 2007 [16] Mike Flannagan CCIE No.7651, Richard Froom CCIE No.5102, Kevin Turek CCIE No.7284, “Cisco Catalust QoS: Quality of Service in Campus Networks”, June 06, 2003 [17] Quanlity of Service (QoS), http://www.cisco.com, Web Technology Document [18] The ns Manual, January 20, 2007, the VINT Project 86 [19] Tim Szigeti - CCIE No 9794, Christina Hattingh, “End-To-End QoS Network Design”, November 09, 2004 [20] WilliamC.Hardy, “QoS: Measurement and Evaluation of Telecommunications Quality of Service”, 2001 [21] The IETF Differentiated Services Working Group homepage, http://www.ietf.org/html.charters/diffserv-charter.html [22] http://www.isi.edu/nsnam [23] R Braden, D Clark and S Shenker, "Integrated Services in the Internet Architecture: an Overview", RFC1633, June 1994 [24] S Blake, D Black, M Carlson, E Davies, Z Wang and W Weiss, "An Architecture for Differentiated Services", RFC2475, December 1998 [25] V.P Kumar, T.V Lakshman, D Stiliadis, “Beyond Best Effort: Router Architectures for the Differentiated Services of Tomorrow’s Internet”, IEEE Communication Magazine, May 1998, pp 152-164 ... nhà cung cấp dịch vụ viễn thông Từ tính cấp thiết nêu trên, chúng tơi chọn đề tài ? ?Giải pháp đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) mạng IP, đánh giá so sánh hiệu đảm bảo QoS DiffServ IntServ? ?? Luận... cứu đảm bảo chất lƣợng dịch vụ mạng IP - Phân tích, đánh giá hai mơ hình IntServ Diffserv QoS IP Sử dụng công cụ NS2 mơ mơ hình đảm bảo QoS: IntServ DiffServ, từ đƣa giải pháp cho việc đảm bảo chất. .. dịch vụ mạng IP, so sánh lợi mơ hình dịch vụ mạng IP  Nghiên cứu rút giải pháp hai mơ hình IntServ DiffServ Chương ĐÁNH GIÁ MƠ HÌNH ĐẢM BẢO QoS IP QUA MƠ PHỎNG  Đánh giá chung DiffServ IntServ,