Vần đề chất lượng dịch vụ trong mạng thế hệ mới và triển khai ứng dụng trên hạ tầng của công ty SPT

Vần đề chất lượng dịch vụ trong mạng thế hệ mới và triển khai ứng dụng trên hạ tầng của công ty SPT

-

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGÀNH: XỬ LÝ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

VẤN ĐỀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG THẾ HỆ MỚI VÀ TRIỂN KHAI ỨNG DỤNG TRÊN

HẠ TẦNG MẠNG CỦA CÔNG TY SPT

NGUYẾN VĂN NGOAN

HÀ NỘI 2006

1.3 Kiến trúc dịch vụ của mạng thế hệ mới 18

1.4 Các tham số đánh giá chất lượng mạng 22

2.2.2.1 Dịch vụ đảm bảo GS (Guaranteed Service) 30

2.2.2.2 Dịch vụ kiểm soát tải CL (Controlled Load) 30

2.2.2.3 Kết luận 30

2.2.3 Mô hình Differentiated Service 31

2.2.3.1 Trường DS của DiffServ 32

2.2.3.2 Per-hop Behavior trong DiffServ 32

2.2.3.3 Các cơ chế DiffServ 36

2.2.3.4 Ưu nhược điểm của mô hình DiffServ 37

2.2.3.5 Kết luận về DiffServ 38

2.2.4 So sánh 2 mô hình kiến trúc QoS chính 39

2.3 Các giao thức báo hiệu trong kỹ thuật QoS 39

2.3.1 Giao thức dành sẵn tài nguyên 40

2.3.2 Mô hình RSVP end-to-end 42

CHƯƠNG 3 PHÂN LOẠI, PHÂN MẢNH

VÀ NÉN GÓI DỮ LIỆU TRONG KỸ THUẬT QoS 44

3.1 Phân loại gói dữ liệu 44

3.1.1 Quyền ưu tiên IP 45

3.3.2.2 Nén tiêu đề giao thức thời gian thực (RTP) 53

CHƯƠNG 4 KỸ THUẬT QoS TRONG ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN 56

4.1 Tránh tắc nghẽn 56

4.1.1 Phương pháp bỏ đuôi 57

4.1.2 Phương pháp loại bỏ ngẫu nhiên 58

4.1.3 Phương pháp loại bỏ cân bằng ngẫu nhiên 59

4.1.4 Tốc độ truy nhập cam kết 61

4.1.4.1 Cơ chế hoạt động 61

4.1.4.2 Các chức năng của CAR 62

4.1.4.3 Mô hình chiếc thùng và thẻ bài 64

4.1.5 Sửa dạng lưu lượng (GTS) 65

4.1.5.1 Đặc điểm của GTS 65

4.1.5.2 Cơ chế hoạt động của GTS 66

4.1.5.3 Kết luận 67

4.2 Điều khiển tắc nghẽn 68

4.2.1 Hàng đợi vào trước ra trước (FIFO) 69

4.2.1.1 Các ưu nhược điểm của hàng đợi FIFO 69

4.2.1.2 Cấu hình FIFO 70

4.2.2 Hàng đợi tuần tự (CQ) 71

4.2.2.1 Cơ chế hoạt động 71

4.2.2.2 Những ưu nhược điểm của hàng đợi CQ 75

4.2.2.3 Cấu hình thực thi hàng đợi CQ 75

4.2.3 Hàng đợi ưu tiên (PQ) 77

4.2.3.1 Cơ chế hoạt động 77

4.2.3.2 Những ưu nhược điểm của hàng đợi PQ 78

4.2.3.3 Cấu hình thực thi hàng đợi ưu tiên 78

4.2.3.4 Kết luận 80

4.2.4 Hàng đợi cân bằng trọng số (WPQ) 81

4.2.4.1 Cơ chế hoạt động 81

4.2.4.2 Hàng đợi cân bằng trọng số phân loại lưu lượng 82

4.2.4.3 Hàng đợi cân bằng trọng số phân lớp lưu lượng 84

4.2.4.4 Hàng đợi cân bằng trọng số tốc độ cao 85

4.2.4.5 Các ưu nhược điểm của hàng đợi WFQ 87

5.3.2 Một số khái niệm trong chuyển mạch nhãn 92

5.3.2.1 Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC) 92

5.3.2.2 Router chuyển mạch nhãn (LSR) 92

5.3.2.3 Giao thức phân phối nhãn 94

5.3.2.4 Tuyến đường chuyển mạch nhãn 95

5.4 Thực hiện cơ chế QoS trong mạng MPLS 95

5.4.1 Cấu trúc trường MPLS EXP trong gói IP được gán nhãn 96

5.4.2 Gán nhãn tại biên mạng 98

5.4.3 Chuyển tiếp gói MPLS 99

5.5 Kết luận 99

CHƯƠNG 6 PHƯƠNG ÁN TRIỂN KHAI MPLS QoS

TRÊN HẠ TẦNG MẠNG CỦA CÔNG TY SPT 100

6.1 Hạ tầng mạng IP của công ty SPT 100

6.2 Phương án triển khai 101

6.2.1 Chia sẻ băng thông kênh liên tỉnh 101

6.2.1.1 Chính sách định tuyến 104

6.2.1.2 Địa chỉ IP cho các router 105

6.2.1.3 QoS và phân lớp dịch vụ (CoS) 106

6.2.2 Tích hợp dịch vụ 106

6.3 Cấu hình triển khai MPLS QoS trên mạng SPT 107

6.4 Kết luận 109

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 110

TÀI LIỆU THAM KHẢO 112

DANH SÁCH CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT A

API Application Program Interface

ATM Asynchronous Transfer Mode

CAR Commited Access Rate

CPE Customer Premise Equipment

CIR Committed Information Rate CATV Community Antenna Television

cRTP compressed Real-time Transport Protocol

CBWFQ Class-Based Weighted Fair Queuing CL Controlled Load

CS Class – Selector

CPU Central Processing Unit

CDT Congestive Discard Threshold

D

DWDM Dense Wavelength Division Multiplexing DWFQ Distributed Weighted Fair Queuing DiffServe Differentiated Service

DSCP Differentiated Service Code Point DoS Denial of Service

E

Edge-LSR Edge Label Switching Router

EXP Experimental Field EF Expedited Forwaring

F

FIFO First In First Out

FEC Forwarding Equivalence Class FTP File Transfer Protocol

FBWFQ Flow- Based WFQ

G

GRE Generic Route Encapsulation

GSM Global System for Mobile Communications GTS Generic Traffic Shaping

GS Guaranteed Service

H

HTML Hyper Text Mark Language HDLC Hyper level Data Link Control HQO Hold-queue

I

IPH IP Header

IETF Interrnet Engineering Task Force

IGP Interior Gateway Protocol

IS-IS Intermediate System - Intermediate System ISP Internet Service Provider

IXP Internet Exchange Point

ISDN Integrated Services Digital Network IP MTU IP Maximum Transfer Unit

ITU-T International Telecommunication Union - Telecommunication standardization sector IntServ Integrated Service

L

LDP Label Distribution Protocol

LFIB Label Forwarding Information Base

LIB Label Information Base

LSP Label Switching Path LSR Label Switching Router

LFI Link Fragmentation and Interleaving LZ (LZV) Lempel – Ziv

LAPB Link Access Procedure Balanced

MTU Maximum Transfer Unit

MCML PPP Multi- Class Multilink Point-to-Point Protocol MLP Multiling PPP

MPPC Microsoft Point – to – point Compression MAC Medium Access Control

N

NH Next Hop

NLRI Network Layer Reachability Information

POP Point Of Presence

PVC Permanent Virtual Circuit PLMN Public Land Mobile Network PDH Plesiochronous Digital Hierarchy PQ Priority Queuing

POS Packet over SONET PHB Per-hop behavior

PPP Point – to – Point Protocol

SVC Switched virtual circuit

SONET Synchronous Optical Network SLA Service Level Agreement

STAC Stacker SQL Structured Query Language

VPN Virtual Private Network

VRF VPN Routing and Forwarding VoIP Voice over IP

VIP Versatile Interface Processor

W

WDM Wavelength Division Multiplexing WFQ Weighted Fair Queing

WAN Wide Area Network

WRED Weighted random early Drop/Detect WRR Weighted Round Robin

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1-1 So sánh công nghệ mạng hiện tại và tương lai 22

Bảng 1-2 Thống kê các loại trễ từ đầu cuối đến đầu cuối 25

Bảng 2-1 Giá trị IP Precedence và DSCP trong các PHB 35

Bảng 2-2 So sánh đặc điểm cơ bản của hai mô hình QoS 39

Bảng 3-1 Giá trị IP Precedence tương ứng với 3 bits ToS 46

Bảng 3-2 Phạm vi sử dụng của các giải thuật nén 51

Bảng 3-3 Hiệu quả nén tiêu đề TCP 53

Bảng 5-1 Chức năng của các kiểu LSR 94

Bảng 5-2 Mô tả mối liên hệ giữa giá trị IP DSCP và MPLS EXP 97

Bảng 6-1 Thống kê chính sách QoS 107

DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Nhu cầu tiến hóa mạng 19

Hình 1.2 Chiến lược phát triển 20

Hình 2.3 Sơ đồ khối kiến trúc DiffServ 32

Hình 2.4 Mô tả cấu trúc bit trong trường DSCP 34

Hình 2.5 Sơ đồ cơ chế phân loại và điều hoà lưu lượng 36

Hình 2.6 Mô hình mạng đầu cuối đến đầu cuối với RSVP 42

Hình 2.7 Mô hình mạng đầu cuối đến đầu cuối non-RSVP 43

Hình 3.1 Mô tả trường ToS trong gói IP 45

Hình 3.2 Nguyên lý hoạt động của LFI 49

Hình 3.3 Minh họa quá trình thực hiện thuật toán nén 51

Hình 3.4 Minh họa thuật toán nén tiêu đề 52

Hình 3.5 Minh họa hiệu quả nén TCP 53

Hình 3.6 Cơ chế nén tiêu đề RTP 54

Hình 4.1 Thuật toán RED 58

Hình 4.2 Cơ chế hoạt động của WRED 60

Hình 4.3 Sơ đồ khối của CAR 62

Hình 4.4 Lưu đồ chức năng của CAR 63

Hình 4.5 Mô hình chiếc thùng và thẻ bài 64

Hình 4.6 Sơ đồ các khối chức năng của GTS 67

Hình 4.8 Ví dụ cấu hình hàng đợi FIFO 70

Hình 4.9 Cơ chế hoạt động của CQ 72

Hình 4.10 Một trường hợp xấu nhất xảy ra đối với hàng đợi CQ 73

Hình 4.11 Minh họa tính toán băng thông và độ trễ tối đa 73

Hình 4.12 Ví dụ cấu hình hàng đợi CQ 76

Hình 4.13 Cơ chế hoạt động của PQ 77

Hình 4.14 Một Ví dụ cấu hình hàng đợi PQ 80

Hình 4.15 Cơ chế hoạt động của WFQ 82

Hình 4.16 Sự phân lớp WFQ dựa trên tiêu đề gói tin 85

Hình 5.1 Mạng IP chạy trên mạng trục ATM 89

Hình 5.2 Kiến trúc cơ bản của một node MPLS chạy trên nền IP 91

Hình 5.3 Kiến trúc của Edge-LSR 93

Hình 5.4 Cấu trúc nhãn (label) 97

Hình 5.5 Gán nhãn và chuyển tiếp gói tin trong mạng MPLS 99

Hình 6.1 Sơ đồ mạng kết nối HNI – HPG của SPT 101

Hình 6.2 Cấu trúc phân lớp mạng SPT 102

Hình 6.3 Mạng IP tích hợp nhiều kỹ thuật chuyển mạch khác nhau 104

LỜI NÓI ĐẦU

Môi trường kinh doanh ngày càng mang tính cạnh tranh và phức tạp hơn bao giờ hết Trong đó chất lượng dịch vụ là chìa khoá để có thể dẫn tới thành công Song song với xu thế này, công nghệ viễn thông và công nghệ thông tin phát triển cũng có nhiều ảnh hưởng đến mạng viễn thông, đòi hỏi mạng viễn thông phải hội tụ được nhiều loại hình dịch vụ khác nhau Để đáp ứng các yêu cầu này, một số nhà sản xuất thiết bị viễn thông và một số tổ chức nghiên cứu về viễn thông đã đưa ra các ý tưởng và mô hình về cấu trúc mạng thế hệ mới (Next Generation Network – NGN)

NGN không phải là mạng hoàn toàn mới, mạng này dựa trên cơ sở chuyển mạch và truyền dẫn gói IP và hướng tới là MPLS Tuy nhiên bên cạnh những ưu thế nổi bật, một yêu cầu đặt ra đối với mạng NGN là đảm bảo chất lượng truyền tải âm thanh và dữ liệu Đây thực sự là một thách thức khó khăn về mặt công nghệ, vì các dịch vụ khác nhau có các yêu cầu về chất lượng dịch vụ khác nhau Do vậy song song với tiến trình xây dựng mạng NGN thì việc triển khai các kỹ thuật QoS cũng phải được thực thi đồng thời nhằm đảm bảo các yêu cầu mà dịch vụ đưa ra

Luận văn tốt nghiệp cao học của tôi là “Vấn đề chất lượng dịch vụ trong mạng thế hệ mới và triển khai ứng dụng trên hạ tầng mạng của công ty SPT”

Nội dung gồm 6 chương:

Chương 1 – Mạng thế hệ mới (NGN)

Giới thiệu tổng quan về mạng thế hệ mới Tác giả phân tích xu thế phát triển của mạng viễn thông ngày nay Các đặc điểm về dịch vụ, công nghệ và kiến trúc mạng NGN triển khai trên hạ tầng các mạng riêng lẻ có sẵn Phân tích các tham số đánh giá chất lượng dịch vụ mạng và những yêu cầu cần được giải quyết

Chương 2 – Chất lượng dịch vụ (QoS)

Phân tích những yêu cầu cần thiết phải triển khai QoS trong mạng NGN, các khái niệm, các kỹ thuật triền khai và các giao thức báo hiệu trong QoS

Chương 3 – Phân loại, phân mảnh và nén gói dữ liệu trong kỹ thuật QoS Phân tích các cơ chế phân loại, phân mảnh và nén gói dữ liệu trong kỹ thuật QoS Các ưu, nhược điểm của những cơ chế này trong việc góp phần nâng cao chất lượng dịch vụ

Chương 4 – Kỹ thuật QoS trong phòng tránh và điều khiển tắc nghẽn Phân tích các cơ chế hàng đợi và các cơ chế loại bỏ gói dữ liệu, cũng như ảnh hưởng của các cơ chế đó như thế nào trong việc đảm bảo QoS

Chương 5 – Kỹ thuật QoS trong mạng IP/MPLS

Phân tích những mặt hạn chế của công nghệ IP và miêu tả kiến trúc của chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS Giới thiệu cách thực hiện MPLS QoS

Chương 6 – Đề xuất phương án triển khai MPLS QoS

Phân tích các giải pháp xây dựng mạng MPLS QoS trên cơ sở hạ tầng mạng của công ty SPT để giải quyết một yêu cầu cụ thể

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô bạn bè và đồng nghiệp đã tận tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn Tôi xin đặc biệt chân

thành cảm ơn thầy giáo GSTS Nguyễn Thúc Hải đã nhiệt tình hướng dẫn và

chỉ bảo để tôi hoàn thành bản luận văn này

Do thời gian nghiên cứu có hạn, nên bản luận văn chắc chắn không tránh khỏi sơ suất cả về nội dung và hình thức Kính mong nhận được sự góp ý của thầy cô, bạn bè và đồng nghiệp

NGƯỜI THỰC HIỆN

KS Nguyễn Văn Ngoan

CHƯƠNG 1 MẠNG THẾ HỆ MỚI (NGN)

Trong những năm gần đây, công nghệ mạng và các dịch vụ viễn thông phát triển hết sức nhanh chóng, trong đó lưu lượng các dịch vụ dữ liệu đã vượt qua lưu lượng thoại Sự phát triển nhanh của các dịch vụ dữ liệu đòi hỏi có một sự chuyển biến trong việc xây dựng, quản lý và khai thác mạng Có thể nói sự ra đời của mạng thế hệ mới NGN (Next Generation Network) sẽ thoả mãn được yêu cầu tăng trưởng nhanh của lưu lượng dữ liệu và cả lưu lượng thoại trong thời gian tới Trong chương này tác giả sẽ phân tích tổng quan về các đặc điểm và kiến trúc mạng NGN cũng như các tham số đánh giá chất lượng dịch vụ mạng

1.1 Khái niệm

Cho tới nay, đã có rất nhiều các tổ chức viễn thông quốc tế cũng như các nhà cung cấp thiết bị viễn thông trên thế giới đều quan tâm và nghiên cứu về chiến lược phát triển mạng NGN nhưng vẫn chưa có một định nghĩa chính xác và thống nhất nào cho mạng NGN Sau đây là những khái niệm tương đối chung nhất khi đề cập đến NGN

ƒ Mạng hội tụ (hỗ trợ cho cả lưu lượng thoại và dữ liệu, cấu trúc mạng hội tụ)

ƒ Mạng phân phối (phân phối tính thông minh cho mọi phần tử trong mạng)

ƒ Mạng đa dịch vụ (cung cấp nhiều loại dịch vụ khác nhau)

ƒ Mạng nhiều lớp (mạng được phân phối ra nhiều lớp mạng có chức năng độc lập nhưng hỗ trợ nhau thay vì một khối thống nhất như trong mạng TDM - Time Division Multiplex)

1.2 Các đặc điểm của mạng NGN

Sự phát triển của các dịch vụ truyền thông hiện nay sẽ hướng đến việc các nhà cung cấp dịch vụ sẽ phải có sự mềm dẻo để có thể phục vụ được cả thị trường lớn và nhỏ Các quyết định về việc cung cấp dịch vụ của họ có thể có nhiều vấn đề phải quyết như giá cả, việc đóng gói, tiếp thị và sự thuận tiện như là các dịch vụ thực tế họ cung cấp Khi có nhiều phương tiện truyền tin, nhà cung cấp dịch vụ, nhà cung cấp thiết bị và các doanh nghiệp thương mại khác, tất cả phối hợp để cung cấp các dịch vụ cho người sử dụng

Dưới đây là trình bày một số đặc trưng dịch vụ quan trọng trong môi trường NGN:

ƒ Liên lạc thông tin rộng khắp, thời gian thực, đa phương tiện - đảm bảo độ tin cậy, thân thiện trong việc liên kết mọi người, truy nhập tốc độ cao và truyền tải thông tin với bất kỳ phương tiện nào, bất kỳ thời gian nào, bất kỳ đâu, và trong bất kỳ kích cỡ nào

ƒ Sử dụng công nghệ chuyển mạch mềm (SoftSwitch) thay thế các thiết bị tổng đài chuyển mạch phần cứng cồng kềnh Các mạng của từng dịch vụ riêng rẽ được kết nối với nhau thông qua sự điều khiển của một thiết bị tổng đài duy nhất, thiết bị tổng đài này dựa trên công nghệ chuyển mạch mềm

ƒ Nhiều mạng thông minh (network intelligence) được phân bố trên toàn mạng Nó bao gồm các ứng dụng cho phép truy nhập và điều khiển các dịch vụ mạng độc lập với lớp truyền tải và lớp truy nhập của mạng thông qua cổng giao diện lập trình ứng dụng (API - Application Program Interface) Nó cũng có thể thực hiện các chức năng cụ thể thay mặt cho nhà cung cấp dịch vụ hoặc mạng Ta có thể hiểu nó như một tác tử quản lý (management agents) mà nó có thể giám sát tài nguyên

mạng, tập hợp các số liệu hay sử dụng, cung cấp việc gỡ rối, hoặc môi giới các dịch vụ mới từ các nhà cung cấp khác,.…

ƒ Dễ dàng sử dụng Đó là việc làm trong suốt đối với người sử dụng về tính phức tạp của thu thập, xử lý, chế tạo và truyền thông tin Nó cho phép dễ dàng sử dụng và truy nhập các dịch vụ mạng, bao gồm giao diện người sử dụng cho phép tương tác giữa người và mạng một cách tự nhiên, cung cấp các thông tin, trợ giúp, lựa chọn động theo ngữ cảnh (nhạy ngữ cảnh), quản lý một cách trong suốt các tương tác đa dịch vụ, cung cấp các menu khác nhau cho những người chưa có kinh nghiệm ngược lại với những người đã có kinh nghiệm, và cung cấp môi trường thống nhất cho tất cả các dạng truyền thông

ƒ Quản lý và chế tạo các dịch vụ cá nhân: Nó bao gồm khả năng của người sử dụng để quản lý các thông tin cá nhân của họ, các dịch vụ mạng cung cấp, giám sát thông tin sử dụng và tính cước

ƒ Quản lý thông tin thông minh: Nó giúp người sử dụng quản lý tình trạng quá tải thông tin bằng việc đưa khả năng tìm kiếm, sắp xếp, và lọc các bản tin hoặc dữ liệu

1.3 Kiến trúc dịch vụ của mạng thế hệ mới

Mạng thế hệ mới ra đời cùng với việc tái kiến trúc mạng, tận dụng tất cả các ưu thế về công nghệ tiên tiến để phát triển, kiến trúc mạng NGN dựa trên mạng chuyển mạch gói và cung cấp nhiều dịch vụ mới

Mạng thế hệ sau được tổ chức dựa trên các nguyên tắc cơ bản sau:

ƒ Đáp ứng nhu cầu cung cấp các loại hình dịch vụ viễn thông phong phú, đa dạng, đa dịch vụ, đa phương tiện

ƒ Mạng có cấu trúc đơn giản

ƒ Nâng cao hiệu quả sử dụng chất lượng mạng lưới và giảm thiểu chi phí khai thác và bảo dưỡng

ƒ Dễ dàng mở rộng dung lượng, phát triển các dịch vụ mới ƒ Độ linh hoạt và tính sẵn sàng cao của mạng

Sau đây chúng ta xem xét quá trình tiến hóa về cấu trúc từ mạng hiện có lên cấu trúc mạng NGN hình 1.1

Hình 1.1 Nhu cầu tiến hóa mạng

Như hình vẽ 1.1, chúng ta nhận thấy mạng viễn thông hiện tại gồm nhiều mạng riêng lẻ kết hợp lại với nhau thành một mạng “hỗn hợp”, chỉ được xây dựng ở cấp quốc gia, nhằm đáp ứng được nhiều loại dịch vụ khác nhau Ví dụ xét mạng Internet, đó là một mạng đơn lớn, có tính chất toàn cầu, thường được đề cập theo một loạt các giao thức truyền dẫn hơn là theo một kiến trúc đặc trưng Internet hiện tại không hỗ trợ QoS cũng như các dịch vụ có tính thời gian thực (như thoại truyền thống)

Do đó, việc xây dựng mạng thế hệ mới NGN cần tuân theo các chỉ tiêu:

ƒ NGN phải có khả năng hỗ trợ cả cho các dịch vụ của mạng Internet và của mạng hiện hành

ƒ Một kiến trúc NGN khả thi phải hỗ trợ dịch qua nhiều nhà cung cấp khác nhau Mỗi nhà cung cấp mạng hay dịch vụ là một thực thể riêng lẻ với mục tiêu kinh doanh và cung cấp dịch vụ khác nhau, và có thể sử dụng những kỹ thuật và giao thức khác nhau, nhưng tất cả đều phải được truyền qua mạng một cách thông suốt từ đầu cuối đến đầu cuối ƒ Một mạng tương lai phải hỗ trợ tất cả các loại kết nối, thiết lập đường

truyền trong suốt cả cho hữu tuyến cũng như vô tuyến Vì vậy, mạng NGN sẽ tiến hóa lên từ mạng truyền dẫn hiện tại (phát triển thêm chuyển mạch gói) và từ mạng Internet công cộng (hỗ trợ thêm chất lượng dịch vụ QoS) Chiến lược phát triển mạng xem hình 1.2

Hình 1.2 Chiến lược phát triển

Để thực hiện việc chuyển dịch một cách thuận lợi từ mạng viễn thông hiện có sang mạng thế hệ mới, việc chuyển dịch phải phân ra làm ba mức (kể cả kết nối và chuyển mạch)

Thứ nhất là chuyển dịch ở lớp truy nhập và truyền dẫn Hai lớp này bao gồm lớp vật lý, lớp 2 và lớp 3 nếu chọn công nghệ IP làm nền cho mạng thế hệ mới Trong đó:

ƒ Công nghệ ghép kênh bước sóng quang DWDM sẽ chiếm lĩnh ở lớp vật lý

ƒ IP/MPLS làm nền cho lớp 3

ƒ Công nghệ ở lớp 2 phải thỏa mãn các điều kiện như: Đơn giản, tối ưu hóa truyền tải gói dữ liệu, có khả năng giám sát chất lượng, giám sát lỗi và bảo vệ, khôi phục mạng khi có sự cố Hiện tại công nghệ RPT (Resilient Packet Transport) đang phát triển nhằm đáp ứng các chỉ tiêu này

Thứ 2 là chuyển dịch mạng đường dài (mạng truyền dẫn): Tín hiệu từ các cổng trung kế tích hợp hoặc độc lập được chuyển đến mạng IP hoặc ATM (Asynchronous Transfer Mode), rồi sử dụng chuyển mạch mềm để điều khiển luồng và cung cấp dịch vụ Sử dụng phương thức này có thể giải quyết được vấn đề tắc nghẽn trong chuyển mạch kênh (Xem hình 1.3)

Content Mạng lõi IP

Hiện tại các mạng dịch vụ riêng lẻTương lai mạng đa dịch vụ

Media Gateway

Các mạng truy nhập, truyền dẫn,

CellularPLMNPSTN/

Bảng 1-1 dưới đây so sánh công nghệ mạng hiện tại và tương lai

Thành phần mạng Công nghệ hiện tại Công nghệ tương lai

Cáp xoắn băng hẹp Cáp xoắn băng hẹp Truyền hình cáp số

và tương tự chuyên dụng

Truyền hình cáp số và tương tự chuyên dụng

GSM không dây GSM không dây Cáp quang Cáp quang

Chuyển mạch ATM Chuyển mạch quang Chuyển mạch Frame

Relay Chuyển mạch và định

tuyến

Định tuyến IP

PDH DWDM Mạng truyền dẫn

Bảng 1-1 So sánh công nghệ mạng hiện tại và tương lai

1.4 Các tham số đánh giá chất lượng mạng

Như đã phân tích ở trên, mạng NGN là mạng hạ tầng thông tin dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, nên việc đánh giá chất lượng mạng chủ yếu dựa trên 4 tham số cơ bản là: băng thông, độ trễ gói, trượt (jitter) và tỉ lệ mất gói

1.4.1 Băng thông

Thuật ngữ băng thông được sử dụng để chỉ khả năng truyền một lượng dữ liệu của một giao thức, phương tiện hoặc của một kết nối Nói chung, kết nối của các dịch vụ được đảm bảo sẽ có các yêu cầu đối với mạng để cấp phát một lượng băng thông tối thiểu

Ví dụ một mạng có kiến trúc đa truy nhập ví dụ như Frame Relay, ATM Băng thông thực tế đạt được dựa trên thỏa thuận kết nối dịch vụ giữa nhà cung cấp với khách hàng hay giữa các nhà cung cấp khác nhau

Hình 1.4 Băng thông trong mạng đa truy nhập

Có vẻ như cách tốt nhất để giải quyết vấn đề băng thông là dành càng nhiều băng thông cho các kết nối càng tốt Tuy nhiên thực tế để tăng băng thông, ngoài chi phí phát triển mạng lưới còn phát sinh các vấn đề trễ như trong các mạng hội tụ nhiều dịch vụ

1.4.2 Trễ

Tất cả các gói tin trong mạng đều trải qua một vài khoảng trễ nhất định trước khi tới được đích, hay nói cách khác trễ có rất nhiều loại, ở đây chỉ nêu ra một số loại cơ bản sau:

ƒ Trễ lan truyền (Propagation Delay): Được định nghĩa là khoảng thời gian cần thiết để truyền 1 bit thông tin từ nơi gửi đến đích trên một liên kết môi trường vật lý

ƒ Trễ mạng (Network Delay): Đây là thời gian để một thiết bị nhận và chuyển một gói đi Khoảng thời gian này thường nhỏ hơn 10µs Tất cả

các gói trong một luồng không có cùng độ trễ trong mạng Độ trễ của mỗi gói biến đổi tuỳ theo điều kiện của từng chặng trên mạng Nếu mạng không bị tắc nghẽn, các router sẽ không cần có hàng đợi, do đó trễ chuyển gói sẽ không còn Điều này làm giảm rất nhiều độ trễ gói trong mạng Nếu mạng bị tắc nghẽn trễ hàng đợi sẽ ảnh hưởng rất lớn tới gói và gây ra sự biến đổi trễ của gói Sự biến đổi trễ của mỗi gói là khác nhau và điều này gọi là jitter Tóm lại trễ mạng là biến đổi và khó xác định trước nó phụ thuộc vào nhà cung cấp, trạng thái các tuyến trong mạng, vấn đề tắc nghẽn, Trong một số trường hợp nhà cung cấp có thể giới hạn trễ này tùy theo thỏa thuận mức dịch vụ giữa nhà cung cấp và khách hàng hay giữa các nhà cung cấp với nhau (xem hình 1.5) Ngoài ra còn có các trễ cố định có thể xác định được như: Trễ mã hóa, trễ hàng đợi, trễ sửa dạng và trễ nén

Hình 1.5 Một ví dụ về trễ mạng

ƒ Trễ chuyển tiếp và xử lý ( Forwading/ Processing Delay): Trễ xuất hiện do nguồn đẩy gói ra chậm so với tốc độ quy định Loại trễ này phụ thuộc vào băng thông của kết nối cũng như kích thước gói được đẩy ra

1.4.3 Trượt (Jitter)

Jitter được định nghĩa là sự biến đổi trễ xuyên qua mạng trong quá trình truyền tin Nguyên nhân chính của Jitter là thời gian trễ của các gói tin khi được phân phát từ nơi gửi đến đích là khác nhau Trong mạng chuyển mạch gói, với các thành phần có trễ biến đổi thì hiện tượng Jitter luôn xảy ra Bởi

vậy một vấn đề cần đặt ra là làm sao cho ảnh hưởng của Jitter không đủ để làm suy giảm chất lượng dịch vụ

1.4.4 Mất gói (Loss Packet)

Tỉ lệ mất gói chỉ ra số lượng gói bị mất trong mạng trong suốt quá trình truyền dẫn Mất gói do hai nguyên nhân chính: gói bị loại bỏ khi mạng bị tắc nghẽn nghiêm trọng hoặc gói bị mất khi đường kết nối bị lỗi Loại bỏ gói có thể xảy ra tại các điểm tắc nghẽn do kỹ thuật QoS khi số lượng gói đến vượt quá kích thước hàng đợi tại đầu ra

Kết luận: QoS có thể giúp giải quyết một số vấn đề như: mất gói, jitter, và xử lý trễ Nhưng một số vấn đề mà QoS không thể giải quyết được như là trễ lan truyền, trễ do mã hóa/ giải mã, trễ lấy mẫu và trễ do số hóa Điều quan trọng là phải biết phần nào không thể thay đổi và phần nào có thể điều khiển được theo như bảng 1-2 (trích tài liệu: Tiêu chuẩn G.114 “One-way transmission time”)

Trễ cố định Trễ thay đổi Trễ mã hóa G.729 (5 ms) 5 ms

Trễ mã hóa G.729 (10 ms/frame) 20 ms Trễ đóng gói bao gồm trong trễ mã hóa

Trễ xếp hàng trên trung kế 64 kbps 6 ms Trễ chuyển nối tiếp trên trung kế 64 kbps 3 ms

Trễ truyền lan (trên các dây riêng) 32 ms Trễ mạng (Vd Frame Relay)

Đệm loại bỏ Jitter 2-200ms Tổng cộng – Giả sử Jitter Buffer 50 ms 110 ms

Bảng 1-2 Thống kê các loại trễ từ đầu cuối đến đầu cuối

Khuyến nghị G.114 của ITU-T cho rằng trễ từ đầu cuối đến đầu cuối không vượt quá 150ms là duy trì được chất lượng thoại tốt

CHƯƠNG 2 CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ (QoS)

Một trong những vấn cần giải quyết trong mạng NGN là tránh sự va chạm giữa các dịch vụ và đảm bảo chất lượng dịch vụ của chúng ở mức người dùng có thể chấp nhận được Điều này khó có thể đảm bảo nếu mạng không áp dụng các kỹ thuật QoS

Thuật ngữ “kỹ thuật QoS” được tác giả đề cập đến xuyên suốt luận văn và được hiểu là kỹ thuật đảm bảo QoS cho phép mạng có thể ước lượng và dự đoán từng thay đổi của dịch vụ về các ứng dụng, lưu lượng và sử dụng nó để nâng cao các tính năng như điều khiển nguồn tài nguyên, dự trữ băng thông và đáp ứng các yêu cầu đặc biệt Ngoài ra QoS còn góp phần nâng cao độ an

toàn và tin cậy trong mạng và có thể mở rộng các dịch vụ trong tương lai Trong chương này tác giả giới thiệu khái niệm QoS, các kỹ thuật QoS và ứng

dụng Ngoài ra các giao thức báo hiệu trong QoS cũng được phân tích trong chương này.

2.1 Khái niệm

Chất lượng dịch vụ (QoS) là một thuật ngữ được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau Hiểu một cách đơn giản QoS là các cơ chế, công cụ đảm bảo cho các mức dịch vụ khác nhau thỏa mãn các tiêu chuẩn về băng thông và thời gian trễ cần thiết cho một ứng dụng đặc biệt nào đó

Có nhiều công cụ cho phép chúng ta thực hiện QoS Trong một vài trường hợp chúng ta có thể không dùng đến công cụ nào mà vẫn đạt được QoS.

2.2 Các kỹ thuật QoS (hay còn gọi là các mô hình dịch vụ QoS)

Một mô hình dịch vụ còn được gọi là một mức dịch vụ mô tả khả năng thiết lập từ đầu cuối đến đầu cuối của QoS, đầu cuối đến đầu cuối QoS là khả năng của mạng có thể phục vụ các yêu cầu đặc biệt tới mạng khác Kỹ thuật QoS cung cấp 3 kiểu mô hình dịch vụ là: Best effort, Integrated và Differentiated services

Chúng ta cần quan tâm đến những dữ kiện sau khi xác định kỹ thuật QoS sẽ được triển khai trong mạng:

ƒ Các ứng dụng hoặc vấn đề bạn đang cố gắng giải quyết ƒ Những khả năng bạn muốn cho phân chia tài nguyên

ƒ Phân tích những lợi ích về giá, Vd giá thành cần thiết cho các phương tiện và triển khai dịch vụ Differentiated services chắc chắn là đắt hơn rất nhiều so với dịch vụ Best effort

Các kỹ thuật Qos được mô tả trong hình 2.1

Hình 2.1 Các kỹ thuật QoS trong mạng IP

Không phải tất cả các công nghệ QoS đều phù hợp cho tất cả các mạng định tuyến Bởi vì định tuyến cho các nhánh và đường trục trong một mạng không cần thiết thực hiện giống nhau QoS có thể thực hiện tốt các nhiệm vụ khác nhau Vd cấu hình lưu lượng thoại thời gian thực cho một mạng IP bạn cần cân nhắc các chức năng định tuyến của cả đường trục và đường nhánh trong mạng, sau đó lựa chọn các tính chất QoS cho phù hợp

2.2.1 Dịch vụ cố gắng tối đa (Best Effort)

Best Effort là một mô hình dịch vụ đơn và phổ biến trên mạng Internet hay mạng IP nói chung, cho phép ứng dụng gửi dữ liệu bất cứ khi nào với bất cứ khối lượng nào nó có thể thực hiện và không đòi hỏi sự cho phép hoặc thông tin cơ sở mạng, nghĩa là mạng phân phối dữ liệu nếu nó có thể mà không cần sự đảm bảo về độ tin cậy, độ trễ hoặc khả năng thông mạng

QoS đặc tả dịch vụ Best Effort là xếp hàng đợi: firt - in, firt – out (FIFO) Dịch vụ Best Effort rất phù hợp cho những ứng dụng của mạng dải rộng như truyền file hoặc email Cho đến thời điểm này đa phần các dịch vụ được cung cấp bởi mạng Internet vẫn sử dụng mô hình dịch vụ này

2.2.2 Dịch vụ tích hợp (Integrated Service)

Đứng trước nhu cầu ngày càng tăng trong việc cung cấp dịch vụ thời gian thực (Thoại, Video, ) và băng thông cao (đa phương tiện), dịch vụ tích hợp IntServ đã ra đời (xem hình 2.2) Đây là sự phát triển của mạng IP nhằm đồng thời cung cấp dịch vụ truyền thống Best Effort và các dịch vụ thời gian thực Sau đây là những động lực thúc đẩy sự ra đời của mô hình này:

ƒ Dịch vụ cố gắng tối đa không còn đủ đáp ứng nữa: ngày càng có nhiều ứng dụng khác nhau, các yêu cầu khác nhau về đặc tính lưu lượng được triển khai, đồng thời người sử dụng cũng yêu cầu chất lượng dịch vụ ngày càng cao hơn

ƒ Các ứng dụng đa phương tiện ngày càng xuất hiện nhiều: mạng IP phải có khả năng hỗ trợ không chỉ đơn dịch vụ mà còn hỗ trợ đa dịch vụ của nhiều loại lưu lượng khác nhau từ thoại, số liệu đến video

ƒ Tối ưu hóa hiệu suất sử dụng mạng và tài nguyên mạng: đảm bảo hiệu quả sử dụng và đầu tư Tài nguyên mạng sẽ được dự trữ cho lưu lượng có độ ưu tiên cao hơn

ƒ Cung cấp dịch vụ tốt nhất: mô hình IntServ cho phép nhà cung cấp mạng tung ra những dịch vụ tốt nhất, khác biệt với các đối thủ cạnh tranh khác

ShedulerĐiều khiển chấp nhận/cưỡng bứcCác bản tin

Setup đặt trước

IP Data

Hình 2.2 Mô hình dịch vụ IntServ

Một số thành phần trong mô hình 2.2 như:

ƒ Giao thức thiết lập Setup: cho phép các máy chủ và các router dự trữ động tài nguyên mạng để xử lý các yêu cầu của các luồng lưu lượng riêng RSVP (Resource Reservation Protocol), Q2391 là một trong những giao thức đó

ƒ Đặc tính luồng: xác định chất lượng dịch vụ QoS sẽ cung cấp cho các luồng xác định, luồng ở đây được định nghĩa như một luồng các gói từ nguồn đến đích có cùng yêu cầu về QoS như băng tần tối thiểu mà mạng bắt buộc phải cung cấp để đảm bảo QoS cho các luồng yêu cầu ƒ Điều khiển lưu lượng: Trong các thiết bị mạng (máy chủ, router,

chuyển mạch) có thành phần điều khiển và quản lý tài nguyên mạng cần thiết để hỗ trợ QoS theo yêu cầu Các thành phần điều khiển lưu lượng này có thể được khai báo bởi giao thức báo hiệu RSVP hay nhân công Thành phần điều khiển lưu lượng bao gồm:

• Điều khiển chấp nhận: Xác định các thiết bị mạng có khả năng hỗ trợ QoS theo yêu cầu hay không

• Thiết bị phân lớp (Classifier): Nhận dạng và chọn lựa lớp dịch vụ trên nội dung của một số trường nhất định trong mào đầu gói

• Thiết bị lập lịch và phân phối (Scheduler): Cung cấp các mức chất lượng dịch vụ (QoS) ở kênh đầu ra của thiết bị

Các mức QoS cung cấp bởi IntServ gồm: ƒ Dịch vụ Best Effort

ƒ Dịch vụ đảm bảo GS (Guaranteed Service) ƒ Dịch vụ kiểm soát tải CL (Controlled Load)

Sau đây chúng ta sẽ phân tích các dịch vụ được cung cấp bởi IntServ

2.2.2.1 Dịch vụ đảm bảo GS (Guaranteed Service)

GS cung cấp các dịch vụ chất lượng cao như: Dành riêng băng thông, giới hạn độ trễ tối đa và không bị mất gói tin trong hàng đợi Các ứng dụng có thể kể đến: Hội nghị truyền hình chất lượng cao, thanh toán tài chính thời gian thực,

2.2.2.2 Dịch vụ kiểm soát tải CL (Controlled Load)

CL không đảm bảo về băng tần hay trễ, nhưng khác với Best Effort ở điểm không giảm chất lượng một cách đáng kể khi tải mạng tăng lên Dịch vụ này phù hợp cho các ứng dụng không nhạy cảm lắm với độ trễ hay mất gói như truyền hình multicast audio/video chất lượng trung bình

xếp hàng cân bằng trọng số (WFQ) kết hợp với giao thức dành sẵn tài nguyên (RSVP) để cung cấp loại hình dịch vụ này

Controlled Load Service, loại hình này cho phép các ứng dụng có độ trễ thấp và tốc độ lưu lượng cao thậm trí ngay cả khi tắc nghẽn Vd các ứng dụng không nhạy cảm với thời gian thực như khi phát lại băng ghi âm cuộc hội thoại có thể sử dụng loại hình dịch vụ này QoS sử dụng RSVP kết hợp với Weighted Random early Detect (WRED) cung cấp loại hình dịch vụ này

2.2.3 Mô hình Differentiated Service

Việc đưa ra mô hình IntServ có vẻ như giải quyết được nhiều vấn đề liên quan đến QoS trong mạng IP Tuy nhiên trong thực tế mô hình này đã không đảm bảo được QoS xuyên suốt (end to end) Đã có nhiều cố gắng nhằm thay đổi điều này nhằm đạt một mức QoS cao hơn cho mạng IP, và một trong những cố gắng đó là sự ra đời của DiffServ (xem hình 2.3)

DiffServ sử dụng việc đánh dấu gói và xếp hàng theo loại để hỗ trợ dịch vụ ưu tiên qua mạng IP Hiện tại IETF đã có một nhóm nghiên cứu DiffServ để đưa ra các khuyến cáo RFC về DiffServ

Nguyên tắc cơ bản của DiffServ như sau:

ƒ Phân loại và đánh dấu các gói riêng biệt tại biên của mạng vào các lớp dịch vụ Việc phân loại có thể dựa trên nhiều cách thức như sửa dạng lưu lượng, loại bỏ gói tin, và cuối cùng là đánh dấu trường DS (DiffServ) trong mào đầu gói tin để chỉ thị lớp dịch vụ cho gói tin ƒ Điều chỉnh lưu lượng này tại biên mạng DS là mô hình có sự phân biệt

dịch vụ trong mạng có nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm cả lưu lượng thời gian thực có thể được đáp ứng mức dịch vụ của chúng trong khi vẫn có khả năng mở rộng các hoạt động trong mạng IP lớn Khả năng mở rộng có thể đạt được bằng:

• Chia nhỏ lưu lượng ra thành nhiều lớp khác nhau

• Ánh xạ nhiều ứng dụng vào trong các lớp dịch vụ này trên biên mạng Chức năng ánh xạ này đựơc gọi là phân loại (classification) và điều hoà (conditioning) lưu lượng

ƒ Cung cấp các xử lý cố định cho mỗi lớp dịch vụ tại mỗi hop (được gọi là Per-hop behavior - PHB) tương ứng với các yêu cầu QoS của nó) PHB bao gồm hàng đợi, phân lịch, và các cơ chế loại bỏ gói tin

Hình 2.3 Sơ đồ khối kiến trúc DiffServ

2.2.3.1 Trường DS của DiffServ

Trường DS là trường được quá trình điều hoà và phân loại lưu lượng sử dụng tại biên mạng để mã hoá giá trị DSCP Giá trị này được các router DiffServ sử dụng tại mỗi hop để lựa chọn PHB thích hợp cho mỗi gói tin

DSCP là giá trị 6 bit, được mang trong trường ToS của mào đầu gói tin Với 6 bit có thể tạo ra đến 64 lớp dịch vụ Tuy nhiên, trong thực tế chỉ có một số lớp dịch vụ được triển khai Giá trị IP Precedence (đạt được từ 3 bit có trọng số lớn nhất trong trường ToS) có thể được ánh xạ đến trường DSCP, vừa vặn với các bit trong trường này Tập hợp các gói tin có cùng giá trị DSCP, và di chuyển qua mạng theo cùng một hướng được gọi là tập hợp hành vi (Behavior Aggregate - BA) PHB sẽ thực hiện các chức năng của nó (hàng đợi, phân lịch, đánh rớt) cho bất kì gói tin nào thuộc về một BA

2.2.3.2 Per-hop Behavior trong Diff Serv

Có 4 PHB quan trọng trong khi triển khai DiffServ là: Default PHB (PHB

mặc định), Class – selector PHB (PHB lựa chọn theo lớp), Expedited Forwaring PHB (PHB chuyển tiếp ưu tiên nhất – EF PHB), Assured forwarding PHB (PHB chuyển tiếp được đảm bảo – AF PHB) PHB không đưa ra các cơ chế thực thi cụ thể cho gói tin Để miêu tả cho một PHB cụ thể, nhà quản trị mạng kích hoạt, điều chỉnh, và kết hợp các cơ chế phân lịch gói tin thích hợp cũng như kích hoạt các cơ chế quản lý hàng đợi (như Priority Queueing, Class-based Weight Fair Queue) hay các cơ chế tránh tắc nghẽn như (WRED, CAR, ) được các router Diff-serv hỗ trợ

ƒ Default PHB: Mặc định PHB tương ứng với tiến trình chuyển tiếp gói tin best-effort, nó là mặc định trên tất cả các router Nó chỉ đơn giản phân phối càng nhiều gói tin càng tốt PHB này không có sự cam kết về chất lượng dịch vụ cho gói tin Các gói tin được ánh xạ đến PHB này sẽ có giá trị DSCP là 0

ƒ Class – selector PHB: Trong một vài triển khai IP QoS, giá trị IP Precedence thường được sử dụng vì tính đơn giản và dễ sử dụng của nó Do đó, để cho tương thích với các giá trị Precedence, các giá trị DSCP được định nghĩa dưới dạng xxx000 (trong đó x có thể là 0 hay 1) Các giá trị đó được gọi là class – selector codepoint Giá trị mặc định là 0 PHB kết hợp với một class – selector codepoint được gọi là Class – selector PHB Các PHB này sẽ có cùng kiểu chuyển tiếp như các node sử dụng giá trị IP Precedence Ví dụ, các gói tin có giá trị DSCP là 101000 (IP Precedence là 101) sẽ có độ ưu tiên chuyển tiếp lớn hơn các gói tin có giá trị DSCP là 011000 (IP Precedence 011) ƒ EF PHB: PHB chuyển phát nhanh EF PHB là PHB đáp ứng cho gói tin

các dịch vụ có việc mất gói tin thấp (low - loss), độ trễ thấp (low - delay), độ jitter thấp (low - jitter) EF PHB đảm bảo rằng lưu lượng của nó được phục vụ ở tốc độ ít nhất là bằng với tốc độ dịch vụ cam kết

Các ứng dụng như VoIP, video, thương mại điện tử được sử dụng PHB này Bất kì lưu lượng nào vượt qúa hợp đông lưu lượng sẽ bị huỷ bỏ Giá trị DSCP (xem hình 2.4) cho EF là 101110

ƒ AF PHB: PHB chuyển phát đảm bảo Đây là công cụ được sử dụng để đưa ra các mức dịch vụ đảm bảo chuyển tiếp cho gói tin của người dùng Có tất cả 4 lớp AF Trong mỗi lớp AF, một gói tin được đăng kí một trong 3 mức ưu tiên đánh rớt, tức là gói tin có 3 giá trị ưu tiên đánh rớt khác nhau trong cùng một lớp dịch vụ Mỗi PHB sẽ tương đương với một lớp khác nhau và được gọi là AFij, trong đó i là lớp AF, và j là độ ưu tiên đánh rớt Mỗi lớp AF được chỉ định với số lượng nguồn tài nguyên nhất định phụ thuộc vào hợp đồng mức dịch vụ SLA (Service Level Agreement) của khách hàng, gồm có băng thông và không gian bộ đệm Việc chuyển tiếp được thực hiện độc lập dọc mỗi lớp AF

Hình 2.4 Mô tả cấu trúc bit trong trường DSCP

Vì có 4 lớp nên các lớp có thể là AF1y, AF2y, AF3y, AF4y Trong mỗi lớp Afx, có đến 3 giá trị ưu tiên đánh rớt Nếu có nghẽn xảy ra trong mạng Diff-serv trên một kết nối nào đó, các gói tin thuộc về lớp AF nào đó sẽ bị đánh rớt Độ ưu tiên đánh rớt của các gói tin là như sau: dp(AFx1)<=dp(AFx2)<=dp(AFx3)<=dp(AFx4), trong đó dp(AFxy) là xác suất mà các gói tin của lớp Afxy bị đánh rớt

Ví dụ, AF23 sẽ bị đánh rớt trước AF22, AF22 sẽ bị đánh rớt trước AF21 Lớp AFx có thể được biểu diễn bằng giá trị DSCP xyzab0, trong đó xyz là 001, 010, 011, 100 và ab là bit ưu tiên đánh rớt

Bảng 2-1 là giá trị của IP Precedence và DSCP trong các PHB DSCP in Binary DSCP in Decimal Precedence PHB

2.2.3.3 Các cơ chế DiffServ

Hai chức năng này được thực hiện tại biên mạng giữa khách hàng và nhà cung cấp dịch vụ hoặc giữa hai mạng nhà cung cấp dịch vụ với nhau Nó được áp đặt trên mỗi gói tin đi vào và dùng nhận diện lưu lượng với nhiều dịch vụ khác nhau (phân loại), sau đó áp đặt giá trị DS (DiffServ) cho mỗi lưu lượng đó (điều hoà) Rõ ràng, chính sách phân loại và điều hoà lưu lượng đáp ứng yêu cầu của khách hàng các các lớp dịch vụ do nhà cung cấp đưa ra Hình 2.5 mô tả sơ đồ khối cơ chế phân loại và điều hòa lưu lượng

Hình 2.5 Sơ đồ cơ chế phân loại và điều hoà đến lưu lượng Cơ chế phân loại gói:

Việc phân loại có thể dựa trên trường DS, có thể dựa trên các giao thức được vận chuyển như SMTP, HTTP, hoặc là địa chỉ nguồn và đích Phân loại lưu lượng được sử dụng để chuyển tiếp gói tin đến trạng thái điều hoà lưu lượng thích hợp Bộ phân loại hoạt động ở hai chế độ:

ƒ Bộ phân loại tổng hợp hành vi (BA) phân loại các gói tin chỉ dựa trên giá trị DSCP

ƒ Bộ phân loại đa trường (multifield) phân loại các gói tin bởi nhiều trường trong gói, như là địa chỉ, số cổng,…

Cơ chế điều hòa lưu lượng:

Điều hoà lưu lượng bao gồm các thành phần sau : hoạt động đo, hoạt động đánh dấu, hoạt động sửa dạng, và hoạt động đánh rớt gói tin

ƒ Hoạt động đo (meter): Sau khi gói tin được phân loại, meter sẽ đo tốc độ luồng lưu lượng

ƒ Hoạt động đánh dấu thiết lập trường DS của mào đầu gói tin dựa vào kết quả có được từ bộ đo

ƒ Hoạt động sửa dạng sẽ làm trễ vài gói tin trong luồng dữ liệu được phân loại, định hướng lưu lượng trước khi đi vào miền DiffServ

ƒ Hoạt động đánh rớt sẽ đánh rớt gói tin trong luồng dữ liệu đó (ví dụ các gói tin vượt quá profile được nhận diện trong bộ đo), tiến trình này được gọi là policing Nghĩa là các gói tin được đưa đến bộ điều hoà lưu lượng có thể là in-profile hoặc là out-of-profile Các gói in-profile là các gói tuân thủ theo hợp đồng mức dịch vụ giữa khách hàng và nhà cung cấp Các gói out-of-profile nằm bên ngoài hợp đồng SLA, hoặc do hành vi mạng mà các gói này đến bộ điều hoà, tại đây bộ điều hoà sẽ có những xử lý thích hợp

2.2.3.4 Ưu nhược điểm của mô hình DiffServ

Với nguyên tắc này, Diffserv có nhiều lợi thế hơn so với IntServ: ƒ Không yêu cầu báo hiệu cho từng luồng

ƒ Dịch vụ ưu tiên có thể áp dụng cho một số luồng riêng biệt cùng một lớp dịch vụ Điều này cho phép nhà cung cấp dịch vụ dễ dàng phân phối một số mức dịch vụ khác nhau cho khách hàng cho nhu cầu

ƒ Không yêu cầu thay đổi tại các máy chủ hay các ứng dụng để hỗ trợ dịch vụ ưu tiên Đây là nhiệm vụ của thiết bị biên

ƒ Hỗ trợ rất tốt dịch vụ VPN (Virtual Private Network)

Tuy nhiên có thể nhận thấy DiffServ cần vượt qua một số vấn đề như: ƒ Không có khả năng cung cấp băng tần và độ trễ đảm bảo như GS của

IntServ hay ATM (Asynchronous Transfer Mode)

ƒ Thiết bị biên vẫn yêu cầu bộ Classifier chất lượng cao cho từng gói giống như trong mô hình IntServ

ƒ Vấn đề quản lý trạng thái Classifier của một số lượng lớn các thiết bị biên là một vấn đề không nhỏ cần quan tâm

ƒ Chính sách khuyến khích khách hàng trên cơ sở giá cước cho dịch vụ cung cấp cũng ảnh hưởng đến giá trị của DiffServ

2.2.3.5 Kết luận về DiffServ

Differentiated Service là một mô hình đa dịch vụ, chúng có thể làm thỏa mãn các yêu cầu QoS khác nhau Dẫu sao nó không giống mô hình dịch vụ Integrated, một ứng dụng sử dụng mô hình dịch vụ Differentiated không cần xác định rõ ràng tín hiệu tới bộ định tuyến trước khi gửi dữ liệu

Bởi vì đối với dịch vụ Differentiated, mạng cố gắng phân loại dịch vụ dựa trên lý thuyết QoS cho mỗi gói tin Đặc điểm kỹ thuật này có thể thực hiện bằng nhiều cách khác nhau, Vd sử dụng IP Precedence bit thiết lập trong gói IP hoặc địa chỉ nguồn và đích, mạng sử dụng đặc điểm kỹ thuật QoS để phân loại, đánh dấu, sửa dạng và chính sách điều khiển lưu lượng nhằm xếp hàng đợi thông minh

Mô hình dịch vụ Differentiated được sử dụng dành cho những ứng dụng đặc biệt và để cung cấp đầu cuối tới đầu cuối QoS Tiêu biểu cho loại hình dịch vụ này phù hợp cho việc tập trung lưu lượng, bởi vì nó thực hiện việc phân loại lưu lượng ở cấp độ thô

QoS cung cấp các mô hình dịch vụ Differentiated sau:

ƒ Committed access rate (CAR), loại hình này thực hiện phân loại gói thông qua IP Precedence và thiết lập nhóm QoS CAR thực hiện đo và điều khiển lưu lượng, quản lý độ rộng băng thông

ƒ Xếp hàng đợi thông minh như WRED và WFQ và những đặc tính tương đương dựa trên bộ xử lý giao diện đa năng – Versatile Interface

Processor (VIP) gọi là VIP – Distributed WRED và VIP – Distributed WFQ Những đặc điểm này có thể được sử dụng với CAR để phân phối các dịch vụ Differentiated

2.2.4 So sánh hai mô hình kiến trúc QoS chính

ƒ Integrated Services (IntServ) ƒ Differentiated Serviecs (DiffServ)

Vậy giữa chúng có những đặc điểm gì khác nhau Bảng 2-2 So sánh đặc điểm cơ bản của hai mô hình trên:

DiffServ IntServ Có ít phần tử mạng Có nhiều phần tử mạng

Tỉ lệ ứng dụng lớn, được các nhà cung cấp dịch vụ ngày nay ưu dùng

Tỉ lệ ứng dụng nhỏ, phù hợp với một vài đặc tính mạng vd

admission control Không có trạng thái bảo dưỡng trong

2.3 Các giao thức và cơ chế báo hiệu trong kỹ thuật QoS

Bên cạnh các đặc tính về xử lý lưu lượng, báo hiệu cũng là một thành phần khá quan trọng của QoS Cũng như các dạng báo hiệu khác, báo hiệu QoS là một dạng của mạng thông tin mà cho phép các phần tử nút mạng, các trạm đầu xa bắt tay nhau để thực hiện quá trình truyền dữ liệu