Sự phát triển như vũ bão của các công nghệ mạng trong những năm gần đây đã làm bùng nổ các ứng dụng mới trên Internet như truyền dòng số liệu video, điện thoại IP, hội thảo từ xa, trò [r]
(1)ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ
NGUYỄN ĐỨC XN BÌNH
ĐÁNHGIÁVÀSOSÁNHHIỆUQUẢĐẢMBẢOQOSCHO
TRUYỀNTHƠNG ĐAPHƢƠNGTIỆNCỦAMƠHÌNHINTSERV
VÀDIFFSERV
Ngành : Công nghệ thông tin
Chuyên ngành : Truyền liệu Mạng máy tính Mã số : 60 48 15
LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN ĐÌNH VIỆT
(2)MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN Error! Bookmark not defined LỜI CẢM ƠN Error! Bookmark not defined
MỤC LỤC
CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
DANH SÁCH HÌNH VẼ
DANH MỤC CÁC BẢNG
MỞ ĐẦU 10
1 Mục đích ý nghĩa đề tài 10
2 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 10
3 Cấu trúc chương 11
CHƢƠNG TỔNG QUAN QoS CHO TRUYỀN THÔNG ĐA PHƢƠNG TIỆN 12
1.1 Tổng quan 12
1.2 Các ứng dụng truyền thông đa phương tiện 13
1.2.1 Truyền dịng số liệu âm hình ảnh lưu trữ trước (Streaming stored audio and video) 13
1.2.2 Truyền dòng số liệu âm hình ảnh thời gian thực từ nguồn đến nhiều đích 14
1.2.3 Truyền âm hình ảnh có tương tác thời gian thực (Real-time interactive audio and video) 15
1.3 Các tham số chất lượng dịch vụ 15
1.3.1 Băng thông 15 1.3.2 Độ trễ Error! Bookmark not defined. 1.3.3 Độ thăng giáng trễ Error! Bookmark not defined. 1.3.4 Sự mát gói tin Error! Bookmark not defined. 1.4 Các yêu cầu chất lượng dịch vụ Error! Bookmark not defined 1.5 Các mơ hình đảm bảo QoS Error! Bookmark not defined CHƢƠNG KIẾN TRÚC QoS Error! Bookmark not defined
2.1 Thành phần chung kiến trúc QoS Error! Bookmark not defined
(3)2.2 Các chức QoS Error! Bookmark not defined
2.2.1 Đánh dấu gói tin Error! Bookmark not defined. 2.2.2 Phân loại gói tin Error! Bookmark not defined. 2.2.3 Chính sách lưu lượng Error! Bookmark not defined. 2.2.4 Quản lý hàng đợi tích cực Error! Bookmark not defined.
2.2.4.1 Kỹ thuật loại bỏ gói ngẫu nhiên sớm REDError! Bookmark not defined.
2.2.4.2 Kỹ thuật loại bỏ sớm theo trọng số WREDError! Bookmark not defined.
2.2.5 Lập lịch gói tin Error! Bookmark not defined. 2.2.5.1 Hàng đợi FIFO Error! Bookmark not defined. 2.2.5.2 Hàng đợi có ưu tiên PQ Error! Bookmark not defined. 2.2.5.3 Hàng đợi công FQ Error! Bookmark not defined. 2.2.5.4 Hàng đợi quay vòng có trọng số WRR Error! Bookmark not defined.
2.2.5.5 Hàng đợi cơng có trọng số WFQ hàng đợi theo lớp cơng có trọng số CB-WFQ Error! Bookmark not defined. 2.2.6 Định dạng lưu lượng (Traffic Shaping)Error! Bookmark not defined.
2.2.6.1 Định dạng lưu lượng “thuần” (Pure traffic shaping) Error! Bookmark not defined.
2.2.6.2 Định dạng lưu lượng kiểu giỏ có sử dụng thẻ (Token bucket) Error! Bookmark not defined.
CHƢƠNG MƠ HÌNH DỊCH VỤ TÍCH HỢP INTSERVError! Bookmark not
defined
3.1 Tổng quan IntServ Error! Bookmark not defined 3.2 Kiến trúc IntServ Error! Bookmark not defined
3.2.1 Điều khiển chấp nhận Error! Bookmark not defined. 3.2.2 Phân loại Error! Bookmark not defined. 3.2.3 Lập lịch Error! Bookmark not defined. 3.2.4 Các dịch vụ IntServ Error! Bookmark not defined. 3.3 Giao thức dành trước tài nguyên - RSVP (Resource Reservation
Protocol) Error! Bookmark not defined
3.3.1 Giới thiệu chung Error! Bookmark not defined. 3.3.2 Hoạt động RSVP Error! Bookmark not defined. 3.3.3 Các kiểu dành trước tài nguyên RSVPError! Bookmark not defined. 3.3.4 Định dạng thông báo RSVP Error! Bookmark not defined. 3.3.5 Thông báo PATH Error! Bookmark not defined. 3.3.6 Thông báo RESV Error! Bookmark not defined.
CHƢƠNG MƠ HÌNH DỊCH VỤ KHÁC BIỆT DIFFSERVError! Bookmark
not defined
(4)4.2 Kiến trúc DiffServ Error! Bookmark not defined
4.2.1 Miền DS (Different Service) Error! Bookmark not defined. 4.2.2 Vùng DS Error! Bookmark not defined. 4.3 Định nghĩa trường DiffServ Error! Bookmark not defined
4.3.1 Đánh dấu gói tin định tuyến thông thườngError! Bookmark not defined.
4.3.2 Cấu trúc trường DS Error! Bookmark not defined. 4.3.3 Các mã phân biệt dịch vụ DSCP Error! Bookmark not defined. 4.4 Phân loại điều hoà lưu lượng Error! Bookmark not defined 4.5 Hành vi theo chặng PHB (Per-Hop Behaviors) Error! Bookmark not
defined
4.5.1 Chuyển tiếp nhanh EF PHB Error! Bookmark not defined. 4.5.2 Chuyển tiếp đảm bảo AF PHB Error! Bookmark not defined.
CHƢƠNG THỰC NGHIỆM MÔ PHỎNG Error! Bookmark not defined
5.1 Hệ mô NS2 Error! Bookmark not defined
5.1.1 Giới thiệu Error! Bookmark not defined. 5.1.2 Kiến trúc NS2 Error! Bookmark not defined. 5.1.3 Các nguồn sinh lưu lượng NS-2Error! Bookmark not defined. 5.2 Thực nghiệm mơ mơ hình IntServError! Bookmark not defined
5.2.1 Thực nghiệm 1: Mô mạng IP không hỗ trợ RSVP_TE Error! Bookmark not defined.
5.2.1.1 Thiết lập cấu hình mơ Error! Bookmark not defined. 5.2.1.2 Thực phân tích kết mơ 1Error! Bookmark not defined.
5.2.2 Thực nghiệm 2: Mơ mạng IP có hỗ trợ việc đặt trước tài nguyên Error! Bookmark not defined. 5.2.2.1 Thiết lập cấu hình mơ Error! Bookmark not defined. 5.2.2.2 Thực phân tích kết mơ 2Error! Bookmark not defined.
5.2.3 Thực nghiệm 3: Mô hoạt động tự khôi phục kết nối đường truyền bị “đứt” Error! Bookmark not defined. 5.2.3.1 Thiết lập cấu hình mơ Error! Bookmark not defined. 5.2.3.2 Thực phân tích kết mơ 3Error! Bookmark not defined.
5.3 Thực nghiệm mô mơ hình DiffServ Error! Bookmark not defined
(5)KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined
CÁC HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Error! Bookmark not defined
(6)CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt Nghĩa tiếng Anh
AF Assured Forwarding
AL Application Layer
AQM Active Queue Management
ATM Asynchronous Transfer Mode
BA Behavior Aggressive
B-ISDN Broadband ISDN CBR Constant Bit Rate CBS Committed Burst Size
CIR Committed Information Rate
CoS Class of Service
DiffServ Differential Service
DLL Data Link Layer
DS Different Service
DSCP Differential Service Code Point ECN Explicit Congestion Notification
EF Expedited Forwarding
ETSI European Telecommunications Standards Institute FIFO First In First Out
FLOWSPEC Flow Specification
FQ Fair Queuing
GoS Grade of Service
IESG Internet Engineering Steering Group IETF Internet Engineering Task Force IntServ Integrated Service
IPLR IP Loss Rate
IPTD IP Packet Transfer Delay
IPER IP Error Rate
ISO International Standard Organization ITU International Telecommunication Union
MF Multi Fields
(7)MPLS Multi Protocol Label Switching
NL Network Layer
NNI Network Node Interface PBS Packet Burst Size
PHB Per Hop Behavior
PIR Peak Information Rate
PQ Priority Queuing
QoS Quality of Service
RED Random Early Discarding
RFC Request For Comments
RSVP Resource reservation protocol
SE Shared Explicit
SLA Service Level Agreement
TCA Traffic Conditioning Agreement
TL Transmission Layer
ToS Type of Service
UBR Undefined Bit rate UNI User Network Interface VBR Variable Bit Rate
WF Wildcard Filter
WFQ Weighted Fair Queuing
WRED Weighted Random Early Discarding
(8)DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 1.1: Băng thơng liên kết Error! Bookmark not defined Hình 2.1: Các thành phần chế đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS Error! Bookmark not defined
Hình 2.2: Các yêu cầu chức định tuyếnError! Bookmark not defined
Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý hoạt động RED Error! Bookmark not defined Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý lập lịch gói tin Error! Bookmark not defined Hình 2.5: Hàng đợi ưu tiên PQ Error! Bookmark not defined Hình 2.6: Hàng đợi cơng FQ Error! Bookmark not defined Hình 2.7: Hàng đợi quay vịng có trọng số WRR.Error! Bookmark not defined Hình 2.8: Định dạng lưu lượng Error! Bookmark not defined Hình 2.9: Định dạng lưu lượng bùng nổ kiểu giỏ có sử dụng thẻ Error! Bookmark not defined
Hình 3.1: Mơ hình hoạt động dịch vụ tích hợp IntServ Error! Bookmark not defined
Hình 3.2: Nguyên lý hoạt động RSVP Error! Bookmark not defined Hình 3.3: Các kiểu dành trước tài nguyên Error! Bookmark not defined Hình 3.4: Khn dạng tin RSVP tiêu đề chung RSVP Error! Bookmark not defined
Hình 3.5: Khn dạng tin đối tượng RSVP Error! Bookmark not defined Hình 3.6: Class-Num C-Type Error! Bookmark not defined Hình 3.7: Đối tượng kiểu Error! Bookmark not defined Hình 3.8: Định dạng thơng báo RSVP PATH Error! Bookmark not defined Hình 3.9: Định dạng thơng báo RSVP RESV Error! Bookmark not defined Hình 4.1: Mơ hình bước dịch vụ phân biệt DiffServ Error! Bookmark not defined
Hình 4.2: Miền IP Error! Bookmark not defined Hình 4.3: Miền DS Error! Bookmark not defined Hình 4.4: Một miền DS mạng Error! Bookmark not defined Hình 4.5: Vùng DS Error! Bookmark not defined Hình 4.6: Tiêu đề gói tin IPv4 Error! Bookmark not defined Hình 4.7: Trường kiểu dịch vụ ToS tiêu đề IPv4 Error! Bookmark not defined
Hình 4.8: Tiêu đề gói tin IPv6 Error! Bookmark not defined Hình 4.9: Cấu trúc trường phân biệt dịch vụ DS Error! Bookmark not defined
(9)Hình 4.11: Các khối điều hồ lưu lượng DiffServ (TCB) Error! Bookmark not defined
Hình 4.12: Xử lý chuyển tiếp nhanh EF PHB Error! Bookmark not defined Hình 5.1: Sự tương đờng giữa C++ OTcl Error! Bookmark not defined Hình 5.2: Tổng quan NS từ góc nhìn người sử dụngError! Bookmark not defined
Hình 5.3: Mơ hình vật lý mạng thực mơ Error! Bookmark not defined
Hình 5.4: Cấu hình mạng mô thực nghiệm 1Error! Bookmark not defined Hình 5.5: Lưu lượng luồng thực nghiệm Error! Bookmark not defined
Hình 5.6: Hình ảnh hoạt động mạng thực nghiệm cửa sổ nam Error! Bookmark not defined Hình 5.7: Lưu lượng luồng thực nghiệm Error! Bookmark not defined
Hình 5.8: Cấu hình mạng mơ thực nghiệm 3Error! Bookmark not defined Hình 5.9: Hình ảnh hoạt động mạng thực nghiệm cửa sổ nam
Error! Bookmark not defined Hình 5.10: Lưu lượng luồng thực nghiệm 3Error! Bookmark not defined Hình 5.11: Biến thiên trễ luồng thực nghiệm Error! Bookmark not defined
Hình 5.12: Kiến trúc mơ hình mơ Error! Bookmark not defined Hình 5.13: Cấu hình mạng mơ DiffServ NS2 Error! Bookmark not defined
Hình 5.14: Tập tham số WRED trường hợp Error! Bookmark not defined
Hình 5.15: Biến thiên độ trễ gói tin nguồn voice Error! Bookmark not defined
Hình 5.16: Biến thiên độ trễ gói tin nguồn Video Error! Bookmark not defined
(10)DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Các đặc tính phân lớp QoS cho mạng IP theo ITU-T 19
Bảng 1.2: Phân lớp QoS theo quan điểm ETSI 20
Bảng 3.1: Các kiểu thông báo RSVP 46
Bảng 3.2: Các bit sử dụng cho điều khiển chia sẻ 49
Bảng 3.3: Các bit sử dụng cho điều khiển lựa chọn máy gửi 49
Bảng 4.1: Các mức hiệu DTR 58
Bảng 4.2: Các mã dịch vụ phân biệt DSCP 60
Bảng 4.3: Chi tiết phân lớp đảm bảo AF PHB 64
Bảng 5.1: TCS cho giao diện vào e1 80
Bảng 5.2: Ttập tham số WRED 83
(11)MỞ ĐẦU 1. Mục đích ý nghĩa đề tài
Mạng Internet truyền thống xây dựng theo nguyên tắc “cố gắng tối đa” (best effort), nghĩa khơng có đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) Truyền thông đa phương tiện (multimedia) đòi hỏi mạng phải đảm bảo chất lượng dịch vụ Để khắc phục nhược điểm mạng Internet truyền thống, người ta đề xuất số mơ hình đảm bảo chất lượng dịch vụ, có mơ hình IntServ DiffServ Mơ hình IntServ địi hỏi phải có đặt trước tài nguyên tất các router mà dịch vụ truyền thông đa phương tiện truyền lưu lượng qua nên khó thực có hiệu cao Mơ hình DiffServ khơng u cầu đặt trước tài nguyên nên tương đối đơn giản, hiệu bị hạn chế Người thiết kế mạng cần đánh giá ưu nhược điểm mô hình áp dụng tuỳ tình hình thực tế Đó lý thúc đẩy tơi chọn đề tài nghiên cứu
Trong phạm vi đề tài luận văn tốt nghiệp – “Đánh giá so sánh hiệu quả đảm bảo QoS cho truyền thông đa phương tiện mơ hình IntServ DiffServ ”, tơi nghiên cứu mơ hình IntServ DiffServ, thực mô mô mạng NS-2, từ đưa đánh giá, so sánh hiệu đảm bảo QoS hai mơ hình
2. Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu
(12)3. Cấu trúc chƣơng
Ngoài phần mở đầu kết luận, nội dung luận văn bố cục sau:
Chương 1: Tổng quan QoS cho truyền thông đa phương tiện
Chương 2: Kiến trúc QoS
Chương 3: Mơ hình dịch vụ tích hợp IntServ
Chương 4: Mơ hình dịch vụ khác biệt DiffServ
(13)CHƢƠNG TỔNG QUAN QoS CHO TRUYỀN THÔNG ĐA PHƢƠNG TIỆN
1.1 Tổng quan
Sự phát triển vũ bão công nghệ mạng năm gần làm bùng nổ ứng dụng Internet truyền dòng số liệu video, điện thoại IP, hội thảo từ xa, trò chơi tương tác, giới ảo…Những ứng dụng truyền thông đa phương tiện xem ứng dụng môi trường truyền thông liên tục có yêu cầu chất lượng dịch vụ khác với yêu cầu ứng dụng truyền thống như: Email, Web, Remote login… Chúng khác với ứng
dụng kiểu tải trước chạy (download-and-then-play)
Mỗi loại ứng dụng truyền thông đa phương tiện có địi hỏi QoS khác Mục đích việc đưa QoS đưa đảm bảo có tính định lượng băng thơng, độ trễ, độ thăng giáng trễ (jitter) tỉ lệ gói Để thực đảm bảo QoS, mạng truyền thơng cần có thành phần để đảm bảo QoS sau: thành phần cung cấp QoS, thành phần điều khiển QoS thành phần quản lý QoS Rất nhiều chế cho QoS đưa để đáp ứng cho yêu cầu ứng dụng người dùng để đạt hiệu sử dụng tài nguyên mạng mức cao với chi phí tối thiểu
(14)1.2 Các ứng dụng truyền thông đa phƣơng tiện
Các ứng dụng truyền thông đa phương tiện chủ yếu truyền liệu audio video, chất lượng ứng dụng thay đổi nhạy với độ trễ, độ thăng giáng trễ phụ thuộc vào số tham số mạng khác băng thông, tỉ suất lỗi v.v Nói chung, mát gói tin giới hạn định gây thực thi khơng ứng dụng phía người nhận liệu audio video mà người dùng khơng nhận thường che dấu phần hoàn toàn Điều hoàn toàn ngược lại với ứng dụng truyền thống, liệu tĩnh (text, image ) chấp nhận độ trễ độ thăng giáng trễ lớn không chấp nhận mát liệu
Các ứng dụng multimedia sử dụng Internet ngày đa dạng Ở đây, xem xét ba loại ứng dụng multimedia phổ biến để thấy đặc điểm bật truyền thông đa phương tiện
1.2.1 Truyền dịng số liệu âm hình ảnh đƣợc lƣu trữ trƣớc (Streaming stored audio and video)
Trong ứng dụng loại này, client yêu cầu nhận file audio video lưu trữ server lúc Các ứng dụng truyền thơng đa phương tiện loại có đặc trưng quan trọng:
1 Thông tin đa phương tiện lưu trữ trước (Stored media): Nội dung file
audio video lưu trữ server Vì thế, file audio video chạy người dùng thực hành động tương tác tạm dừng, tua đi, tua lại, nhảy tới phía trước phía sau file Thời gian đáp ứng hành động khoảng từ 10 giây
2 Gửi thành dòng (Streaming): Sau vài giây, client bắt đầu chạy file
(15)3 Chơi cách liên tục (Continuous playout): Khi bắt đầu chơi file
audio video, ứng dụng tiếp tục dựa thời gian ban đầu ghi (âm hình ảnh) Vì địi hỏi độ trễ end-to-end chặt chẽ so với ứng dụng truyền thống
Độ trễ từ người dùng tạo yêu cầu (ví dụ nghe file audio) hành động thực máy người dùng (bắt đầu nghe được) cần nằm khoảng từ tới 10 giây, người sử dụng chấp nhận Các yêu cầu độ trễ gói tin độ thăng giáng trễ ứng dụng multimedia nêu không nghiêm ngặt yêu cầu ứng dụng thời gian thực có tương tác, Internet telephony và realtime video conferencing
1.2.2 Truyền dòng số liệu âm hình ảnh thời gian thực từ nguồn đến nhiều đích
Ứng dụng tương tự việc phát sóng radio TV truyền thống, ngoại trừ việc phát thực Internet, cho phép người dùng nhận chương trình radio TV phát từ nơi giới Một đặc điểm loại ứng dụng có nhiều người dùng đồng thời nhận file audio video Khác với ứng dụng streaming stored audio and video, loại ứng
dụng đặc tính stored media và khơng thực hành động tương
tác được, người dùng dừng tua lại chương trình phát cho hàng trăm người nghe
Giống ứng dụng đa phương tiện khác, ứng dụng nàycũng có đặc tính
streaming, địi hỏi u cầu độ trễ độ thăng giáng trễ, không
nghiêm ngặt yêu cầu Internet telephony realtime video conferencing Độ trễ tối đa 10s từ người dùng kích hoạt liên kết
cho đến file audio video bắt đầu chạy Sự phân phối liệu real-time audio and video tới nhiều người nhận thực hiệu với phương thức
(16)1.2.3 Truyền âm hình ảnh có tƣơng tác thời gian thực (Real-time interactive audio and video)
Ứng dụng cho phép người dùng sử dụng audio video giao tiếp với người khác thời gian thực Thí dụ ứng dụng điện thoại Internet (Internet phone) Một thí dụ khác hội thảo truyền hình (Video conferencing), cho phép người giao tiếp âm hình ảnh với
một hay nhiều người khác theo phương thức thời gian thực Đây tương tác có cảm nhận, thành viên tham gia trao đổi với thơng qua tiếng nói hình ảnh thời gian thực Trong ứng dụng hội thảo truyền hình, người dùng nói di chuyển lúc họ muốn Độ trễ từ người dùng nói di chuyển hành động thực máy nhận phải nhỏ vài trăm mi-li-giây
1.3 Các tham số chất lƣợng dịch vụ
Các yêu cầu chất lượng dịch vụ phải biểu thị theo tham số QoS đo Các tham số thông thường biết đến là: băng thông, độ trễ, độ thăng giáng trễ mát gói tin
1.3.1 Băng thông
(17)(18)TÀI LIỆU THAM KHẢO A Tài liệu Tiếng Việt
[1] Nguyễn Đình Việt (2008), giảng “Đánh giá hiệu mạng máy tính”, cho lớp cao học chuyên ngành mạng truyền thông
[2] Nguyễn Đình Việt, Vũ Duy Lợi, Vũ Đức Trung (2005), “Đảm bảo chất lượng dịch vụ cho truyền thông đa phương tiện theo chuẩn kiến trúc DiffServ”, Hội thảo FAIR 2005
B Tài liệu Tiếng Anh
[3] Eitan Altman, Tania Jimenez (2003-2004), Lecture notes “NS Simulator for beginners”
[4] Jae Chung and Mark Claypool, “NS by Example”
[5] Juliet Bates, Chris Gallon, Matthew Bocci, Stuart Walker, Tom Taylor (2006), Converged Multimedia Networks, John Wiley & Sons Ltd, The Atrium, Southern Gate, Chichester, West Sussex PO19 8SQ, England
[6] Junseok Hwang (1996), A Market-Based Model for the Bandwidth Management of IntServ-DiffServ QoS Interconnection: A Network Economic Approach, M.S University of Colorado
[7] Giovanni Perbellini (2005), “An Introduction to NS-2” [8] http://www.ietf.org/rfc/
[9] http://www.isi.edu/nsnam [10] http://www.isi.edu/vint [11] http://www.google.com [12] http://sourceforge.net
[13] http://www-mash.cs.berkeley.edu/vint/xgraph [14] http://wwwtlc.iet.unipi.it/software/rsvp-te_ns/
(19)[16] Mario Marchese (2007), QoS over Heterogeneous Networks, John Wiley & Sons, England
[17] Marc Greis, “Tutorial for the Network Simulator”
[18] The IETF Differentiated Services Working Group homepage, http://www.ietf.org/html.charters/diffserv-charter.html