Đánh giá hiệu năng đảm bảo chất lượng dịch vụ trên nền mạng IP qua mô hình Diffserv

Trường 6 bit này được biết như là trường dịch vụ phân biệt (trường DS) và được đánh dấu với một mẫu bit đặc biệt gọi là DSCP dùng để chỉ ra cách thức mỗi bộ định tuyến cần xử lý gói..[r]

(1)

Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn | 74

ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRÊN NỀN MẠNG IP QUA MƠ HÌNH DIFFSERV

Nguyễn Thị Phương Nhung1*, Lê Đình Thanh2

, Hồ Sĩ Đàm2 1Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – ĐH Thái Nguyên, 2Trường Đại học Công nghệ - ĐH Quốc gia Hà Nội

TÓM TẮT

Chất lượng dịch vụ (QoS) thành phần quan trọng mạng gói đa dịch vụ Các mạng hỗ trợ QoS cung cấp đồng thời loại dịch vụ khác cách xử lý hợp lý lưu lượng điểm tắc nghẽn DiffServ trở thành kiến trúc QoS phổ biến mạng gói IP

Bài viết giới thiệu cách thức hoạt động mơ hình DiffServ, cách thức xử lý gói loại lưu lượng ánh xạ tới PHB (Per-Hop Behavior) Các PHB thực định tuyến cách xếp hàng quản lý điểm tắc nghẽn Vì vậy, cách ánh xạ loại lưu lượng tới PHB khác nhau, định tuyến đảm bảo chất lượng dịch vụ mạng

Ngày nay, với bùng nổ Internet, việc sử dụng Internet đa dạng phong phú, vậy, tầm quan trọng việc đảm bảo chất lượng dịch vụ cho mạng IP ngày tăng Bài viết đưa lợi DiffServ kiến trúc IP đánh giá hiệu mơ hình DiffServ qua mơ

Từ khóa:Mơ hình DiffServ, QoS 

ĐẶT VẤN ĐỀ

Ngày nay, Internet trở thành công nghệ tiêu chuẩn, kết nối mở hệ thống tính tốn mạng thơng tin khơng đồng Với đời nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP - Internet Service Provider), việc ổn định “chất lượng Internet” cần phải đảm bảo Điều có nghĩa nhà cung cấp Internet tạo cho người dùng dịch vụ đa dạng, phong phú cốt yếu phải đảm bảo chất lượng dịch vụ

Mạng Internet cung cấp dịch vụ sở phục vụ theo khả tối đa BE (Best-Effort), tức khơng có cam kết đưa từ phía nhà khai thác chất lượng dịch vụ Thay vào đó, tùy thuộc vào trạng thái cụ thể mạng, mạng chủ thực khả tốt để phục vụ lưu lượng dịch vụ Đây nguyên nhân chủ yếu thúc đẩy nghiên cứu mạnh mẽ QoS mạng IP năm gần

Trước có ba phương pháp thường sử dụng để đảm bảo chất lượng dịch vụ cho mạng IP Nhưng thực tế, mơ hình



Tel: 0983829123, Email: nhungktpm@gmail.com

này không thực đảm bảo QoS xuyên suốt (end-to-end)

Đã có nhiều cố gắng để thay đổi điều nhằm đạt mức QoS cao cho mạng IP cố gắng đời mơ hình dịch vụ phân biệt

(DiffServ - Differentiated Services)

DiffServ sử dụng việc đánh dấu gói xếp hàng theo loại để hỗ trợ dịch vụ ưu tiên qua mạng IP

Một số tham số đặc trưng QoS xác định:

-Độ trễ thực kết nối mạng;

-Lưu lượng đường truyền liệu;

-Tỉ suất lỗi;

-Xác suất hủy bỏ kết nối…

Việc đánh giá hiệu mạng máy tính thực thông qua đánh giá tập hợp đặc trưng nói Tuy nhiên tập hợp mở, chúng liên tục bổ sung điều chỉnh, phụ thuộc vào mơ hình cụ thể ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRÊN NỀN MẠNG IP – QOS IP

(2)

Nguyễn Thị Phương Nhung và cs Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ 74(12): 74 - 79

lưu lượng [5] QoS bao trùm phân loại hóa dịch vụ hiệu tổng thể mạng cho loại dịch vụ

Cho đến chưa có khái niệm hoàn chỉnh chất lượng dịch vụ, ta hiểu chất lượng dịch vụ điều kiện để việc cung cấp dịch vụ truyền liệu mạng phù hợp với ứng dụng đảm bảo sự nhận biết người dùng Chất lượng dịch vụ bao gồm tập hợp tiêu chí đặc trưng cho yêu cầu loại lưu lượng cụ thể

mạng độ trễ, jitter (sự thay đổi độ trễ), tỉ

lệ gói

Hình vẽ sau biểu diễn mơ hình QoS tổng qt:

` AP AP `

QoS

Mạng Mạng

NP NP NP

Hình 1. Mơ hình QoS IP tổng qt Mơ hình dịch vụ phân biệt - DiffServ

Nhóm làm việc IETF phát triển mơ hình DiffServ để hỗ trợ cho ứng dụng thời gian thực mạng Internet [8]

Cách tiếp cận DiffServ không xử lý theo luồng lưu lượng riêng biệt mà ghép chúng vào số lượng hạn chế lớp lưu lượng DiffServ hướng tới xử lý dịch vụ phân biệt thay xử lý từ đầu cuối tới đầu cuối mơ hình IntServ

Hình 2. Tổng quan mơ hình DiffServ

Đối với loại dịch vụ, DiffServ định nghĩa cách thức xử lý gói IP định tuyến lõi Gói IP dịch vụ ưu tiên nhận cách

xử lý chuyển tiếp nhanh (EF-PHB - Expedited Forwarding-Per Hop Behaviour), gói IP dịch vụ đảm bảo nhận cách xử lý chuyển tiếp đảm bảo (AF-PHB - Assured Forwarding-Per Hop Behaviour) [6], [8]

Nguyên lý hoạt động DiffServ

Khi bắt đầu vào mạng DiffServ định tuyến biên, gói tin IP phân loại Bộ định tuyến biên thực việc phân loại cách kiểm tra mã DSCP (DiffServ Code Point) chứa chủng loại dịch vụ nằm phần đầu gói với số liệu khác liên quan tới luồng vi mơ gói IP

Các gói tin đến định tuyến đánh dấu chưa đánh dấu, định tuyến xác định điểm mã điều khiển dịch vụ DSCP góitin phân loại gói tin theo phương pháp phân loại kết hợp hành vi BA (Behavior Aggressive) Các gói tin phân loại thành lớp BA chuyển hành vi chuyển theo chặng PHB (Per Hop Behavior) định nghĩa trước cho BA Mỗi PHB thể giá trị DSCP xử lý giống gói tin lớp BA

Hình 3. Mơ hình bước DiffServ

Sau chủng loại gói IP xác định, định tuyến biên áp dụng số giải pháp điều chỉnh cho gói tin cần thiết Tùy thuộc vào mức độ tuân thủ cụ thể gói IP mức độ chặt chẽ DiffServ, giải pháp định tuyến biên sử dụng đánh dấu gói, điều chỉnh gói (loại bỏ gói làm trễ gói thời gian định trước chuyển tiếp)

(3)

Nguyễn Thị Phương Nhung và cs Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 74(12): 74 - 79

loại gói IP chuyển tiếp gói tin IP theo cách gói tin nhận, bao gồm định tuyến cho gói, xếp gói vào đệm thích hợp cần thiết

Mặc dù khắc phục nhược điểm tính áp dụng rộng IntServ mơ hình DiffServ có khả đảm bảo QoS cho luồng IP tổng Hiện nay, mơ hình DiffServ chưa nhà cung cấp dịch vụ triển khai mạng họ nguyên nhân cần thiết phải đầu tư nâng cấp mạng, thiếu động lực triển khai tính tiện lợi cung ứng thừa dung lượng lý giải cho trạng

Các phương pháp xử lý gói DiffServ

Nhóm làm việc DiffServ IETF định nghĩa hai loại PHB RFC 2598 [6], RFC 3246 RFC 2597 [6]: Chuyển tiếp nhanh EF (Expedited Forwarding) Chuyển tiếp đảm bảo AF (Assured Forwarding)

Chuyển tiếp nhanh EF PHB

Chuyển tiếp nhanh yêu cầu đưa dịch vụ với khả tổn hao thấp, trễ thấp, thay đổi trễ thấp đảm bảo băng thông Một định tuyến EF phải đảm bảo lưu lượng EF đưa đến nhớ đệm nhỏ rung pha trễ gây nên thời gian mà gói sử dụng nhớ đệm hàng đợi

Khi xảy tượng tải, nút biên miền DS không cho phép lưu lượng dạng vào miền nguyên nhân gây tắc nghẽn định tuyến miền DS Vấn đề điều chỉnh thỏa thuận mức dịch vụ SLA (Service Level Argreement)

xác định lưu lượng truyền có điều kiện

Hình 4. Xử lý chuyển tiếp nhanh EF PHB

Chuyển thiếp nhanh EF PHB khả thi băng thông đầu kích thước nhớ đệm đủ để luồng lưu lượng với tốc độ phục vụ μ Tốc độ phục vụ μ lớn tốc độ đầu vào λ đệm EF

Nhóm chuyển tiếp đảm bảo AF PHB

Chuyển tiếp đảm bảo với đặc điểm phân phối liệu đảm bảo với khả gói thấp điều kiện tốt sử dụng giao thức không thực xử lý sửa lỗi khơng có giải pháp truyền lại gói

AF PHB bao gồm lớp chuyển tiếp lớp chuyển tiếp có mức ưu tiên loại bỏ gói tin, lớp gán băng thông khoảng nhớ đệm xác định Nếu gói phải bị loại bỏ, định tuyến có cách nhận biết gói bị loại bỏ Ngoài ra, lớp chuyển tiếp phân bổ số lượng cực nhỏ băng thông nhớ đệm Nếu nhớ đệm đầy, trình loại bỏ gói bắt đầu theo trật tự loại bỏ theo mức ưu tiên Các phân loại AF thể hình 5:

Hình Các phân lớp AF PHB

Thực đánh dấu gói:

(4)

được biết PHB ToS định nghĩa hình 6:

DSCP: Differentiated Services CodePoint CU: currently unused

Hình 6. Cấu trúc byte TOS

Trường DS bit bao gồm tới 64 giá trị khác Nói chung, 64 PHBs khác cần thiết, nên số codepoint dùng để dự trữ

Sử dụng đánh dấu:

Các PHB xác định theo giới hạn tài nguyên chúng (bộ đệm, băng thơng) có quan hệ ưu tiên với PHB khác, hay giới hạn đặc điểm lưu lượng tường minh (trễ, tổn thất) Các PHB dùng khối làm sẵn để cấp phát tài nguyên nên định rõ nhóm PHB chắn Các nhóm PHB thường chia sẻ áp dụng ràng buộc chung cho PHB phạm vi nhóm, sách lập lịch gói hay quản lý đệm

ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG MẠNG QUA MƠ PHỎNG MƠ HÌNH DIFFSERV

Về chương trình mô NS2

NS (Network Simulator) hệ thống mô mạng, đặc biệt giao thức điều khiển hoạt động mạng, Chi tiết chương trình mơ NS, xin tham khảo [4], [9]

Định nghĩa sách

Một bảng sách định nghĩa cho loại sách điểm mã khởi đầu hay hai điểm mã giảm mức Điểm mã khởi đầu thường gọi “green code” điểm mã giảm mức thấp “red” Nếu có điểm mã khác “yellow”

Kịch mơ

Mục đích việc mơ dùng mơ hình DiffServ để đánh dấu ưu tiên gói tin nhạy cảm mà khơng cần thơng tin lớp vận chuyển, đơn giản hóa việc thực đánh dấu ưu tiên gói

u cầu tốn

Mở đầu cho phân loại dịch vụ: Hai mức ưu tiên 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 trượt (chính sách: srTCM, trTCM ) Một tốc độ cho phép CIR định nghĩa cho router biên Trong phần mơ khoảng thời gian mơ 120s

Mơ hình khảo sát:

Mạng LAN khảo sát tơ-pơ cấu hình:

Hình 7. Mơ hình khảo sát

Trong mơ hình trên, S0 S2 nút mạng E1, E2 Egde xem switch, E2 E2 Core CBR nguồn sinh lưu lượng Null đích nguồn CBR

Kịch bản

Các thơng số kịch thí nghiệm:

Chính sách sử dụng srTCM

S1 -> D1 S2 ->D2 S3 ->D3

srTCM srTCM srTCM

CIR 900 900 900

CBS 10000 5000 20000

EBS 20000 15000 30000

PBS 10000 10000 10000

Kết mô phỏng:

Với mục đích thí nghiệm xác định vẽ đồ thị thay đổi theo thời gian mô hệ số sử dụng đường truyền kết nối UDP Kết thu sau:

S0

E1

S2

E2 D1

D2

D3 UDP

CBR

UDP CBR

Null

Null Core

S1 Null

(5)

Results S1

->D1

S2 -> D2

S3 ->

D3 E1 -> E2

Sent 23185 24201 28350 75742

Receive 23185 17661 9975 50821

Drop 6546 18375 24921

Các luồng có sách srTCM (Single rate Three Color Marker – đánh dấu màu tốc độ đơn) thay đổi tốc độ luồng ta nhận thấy:

S1 ->D1 tỷ thành công gói tin gửi 100%, ngược lại, S2 -> D2 với tốc độ lớn

(450) nên tỷ lệ thành công đạt  73%

S3 -> D3 tăng tốc độ lên 700 tỷ lệ thành cơng gói tin gửi đạt  35%

Hình 8. 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 khơng 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 0.19466 0.426573 0.16641

Luồng S1 -> D1 với lớp lưu lượng 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 với lớp lưu lượng BE có tỷ lệ gói lớn nên độ trễ biến thiên trễ cao hẳn so với luồng S1 -> D1, đường đồ thị màu xanh (blue) thể rõ nét độ trễ hàng đợi lớp lưu lượng BE

Mất gói: kiểm tra ảnh hưởng tốc độ đánh dấu CIR đến xác suất gói tin gói

tin liệu kết nối, ta thấy cần giảm việc gói tin cho hai để đạt tốc độ CIR 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 time-out Trong mạng tốc độ thấp việc loại trừ thời gian time-out không cần thiết

Thông lượng: luồng lưu lượng CBR0,

CBR1, CBR2 truyền liệu

khoảng thời gian thơng lượng trung bình khác Với đường truyền phù hợp hiệu suất thơng lượng độ trễ UDP đạt cao

KẾT LUẬN

Với phát triển bùng nổ Internet xu trở thành sở hạ tầng thống thơng tin máy tính nói riêng thơng tin liên lạc nói chung, u cầu tích hợp dịch vụ số liệu, tiếng nói hình ảnh Internet trở nên cấp bách hết Hiện nay, nhóm làm việc DiffServ IETF đưa khuyến nghị liên quan đến việc triển khai DiffsServ mạng IP, đồng thời DiffServ triển khai thực tế với mạng khoa học giáo dục quốc gia Hy Lạp (GRNET) Với ưu điểm vượt trội DiffServ xu hướng phát triển mạng viễn thông, DiffServ trở thành kiến trúc QoS phổ biến tương lai

HƯỚNG PHÁT TRIỂN

Phát triển xây dựng mơ hình đảm bảo chất lượng theo hướng tích hợp mơ hình ứng dụng vào hệ thống mạng thực tế nhằm tận dụng ưu điểm mà mơ hình mang lại

(6)

đề định tuyến dịch vụ tích hợp Nghiên cứu cơng nghệ Multimedia mạng IP

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Nguyễn Thị Phương Nhung, “Giải pháp đảm bảo chất lượng dịch vụ mạng IP, đánh giá, so sánh mơ hình IntServ DiffServ ”, Luận văn Thạc sỹ Công nghệ thông tin, Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội, 12/2009

[2] Trần Tuấn Hưng, “Phát triển triển khai giải pháp đảm bảo chất lượng dịch vụ mạng IP”

[3] Vũ Duy Lợi, Nguyễn Văn Vỵ, “Về đảm bảo chất lượng dịch vụ Internet”

[4] Eitan Altman & Tania Jimenez, "Ns simulator for beginners", 2003-2004

[5] I Gojmerac, F Hammer, F Ricciato, H T Tran, T Ziegler, (authors in alphabetical order), "Scalable QoS: state-of-the-art architectural solutions and developments", Technical report, FTW-TR-2004-003

[6] S Blake, D Black, M Carlson, E,Davies, Z Wang, W Weiss: “An Architecture for differentiated service”, RFC 2475, December 1998

7] R Braden, D Clark and S Shenker, "Integrated Services in the Internet Architecture: an Overview", RFC1633, June 1994

[8] The IETF Differentiated Services Working Grouphomepage,

http://www.ietf.org/html.charters/diffserv-charter.html

[9]http://www.isi.edu/nsnam

SUMMARY

PERFORMANCE EVALUATION THE GUARANTEED QUALITY OF SERVICE ON IP NETWORKS OF DIFFSERV MODEL

Nguyen Thi Phuong Nhung1, Le Dinh Thanh2, Ho Si Dam2

1Thai Nguyen University of Technology 2University of Technology - Hanoi National University

We present an overview about the model of differentiated services on the Internet according to the IETF recommendation In the first section, we analyze the requirements of guaranteed Quality of Services of applications in general and of real-time applications in particular

Presented an overview about assurance quality of services on the IP network Learning the model of differentiated services DS

(7)