Đồ án đánh giá mô hình intserv & diffserv trong mạng IP

Đánh giá mô hình IntServ & DiffServ trong mạng IP Ngô Thế Tùng  47PM2 1       ! 2.1. Khái quát về IntSert 9 2.2. Thành phần & nguyên tắc hoạt động của IntServ 9 2.2.1. Các thành phần chính trong mô hình IntServ . 10 2.2.2. Nguyên lý hoạt động IntServ . 11 2.3. Đặc tính lưu lượng 11 2.3.1. Các ứng dụng thời gian thực . 12 2.3.2. Các ứng dụng không phải thời gian thực 12 2.4. Các mô hình dịch vụ cung cấp bởi IntServ 12 2.5. Giao thức giữ trước tài nguyên RSVP . 14 2.5.1. Các đặc tính của RSVP . 15 2.5.2. Hoạt động của RSVP . 16 2.5.3. Nội dung các bản tin RSVP 16 2.5.4. Mô hình bảo lưu 17 2.5.5. Các kỹ thuật sử dụng trong RSVP 19 2.6. RSVP và IntServ 21 2.7. Ưu điểm & Nhược điểm của IntServ /RSVP . 23 2.7.1. Ưu điểm 23 2.7.2. Nhược điểm . 23 2.8. Kết luận 24 " #$%&&' 3.1. Nguyên tắc cơ bản của DiffServ 25 3.1.1. Lợi thế của DiffServ so với IntServ . 25 3.1.2. Nguyên lý hoạt động . 25 3.1.3. Giải pháp QoS theo mô hình DiffServ . 26 3.2. Các mức chất lượngdịch vụ cung cấp bởi DiffServ . 27 3.2.1. Dịch vụ có đảm bảo 27 3.2.2. Dịch vụ ưu tiên 28 3.3. Khả năng linh hoạt của DiffServ 29 Đánh giá mô hình IntServ & DiffServ trong mạng IP Ngô Thế Tùng  47PM2 2 3.4. Mô hình của DiffServ . 29 3.5. Tác động từng chặng 30 3.5.1. Chuyển tiếp nhanh EF – PHB 31 3.5.2. Chuyển tiếp đảm bảo AF  PHB . 32 3.6. Vùng mạng dịch vụ phân biệt 33 3.7. Phân bổ băng thông 35 3.8. Ưu điểm & Nhược điểm của DiffServ . 35 3.8.1. Ưu điểm 35 3.8.2. Nhược điểm . 36 3.9. Kết luận 36 ' () &&" 4.1. So sánh giữa hai mô hình IntServ & DiffServ . 36 4.2. IntServ over DiffServ . 37 4.3. Khả năng tích hợp DiffServ và RSVP 38 4.4. Mô hình cấu trúc tích hợp 39 4.5. Thủ tục điều khiển chấp nhận đơn giản . 41 4.6. Phân tích khả năng linh hoạt của mô hình . 43 4.6.1. Phân tích dung lượng bộ nhớ 43 4.6.2. So sánh Router lõi của mô hình RSVP và DiffServ với ACSRA 45 4.7. Tổng quan về QoS 49 4.7.1. Các khái niệm cơ bản 49 4.7.2. Các nguồn gây ra trễ . 51 4.8. Các tham số IP QoS . 51 4.9. Các dịch vụ hướng tới QoS của IP . 51 4.9.1. Dịch vụ cố gắng tối đa 52 4.9.2. Dịch vụ khác biệt DiffServ . 52 4.9.3. Dịch vụ tích hợp IntServ . 55 4.10. Kết luận . 57 * +#,-./0$12  344567*8 5.1. Tổng quan về NS2 58 5.2. Cấu trúc và hoạt động trong NS2 58 5.2.1. Cấu trúc NS2 . 58 Đánh giá mô hình IntServ & DiffServ trong mạng IP Ngô Thế Tùng  47PM2 3 5.2.2. Hoạt động của phần mềm NS2 59 5.3. Thành phần và cấu hình mạng mô phỏng trong NS 2 59 5.3.1. Các thành phần trong NS2 . 59 5.3.2. Áp dụng NS để thiết lập cấu hình mạng cần mô phỏng . 62 5.3.3. Các Module của mô hình kiến trúc DiffServ hỗ trợ trong NS2 63 5.3.4. Topology mạng mô phỏng 65 5.3.5. Mô hình lưu lượng dùng trong quá trình mô phỏng . 66 5.4. Mục tiêu cần đo, thời gian thực hiện mô phỏng . 67 5.5. Mô tả mã nguồn của chương trình mô phỏng 68 5.6. Thông số đánh giá mô hình hỗ trợ chất lượng dịch vụ 68 5.6.1. Lượng gói tin bị rớt của dữ liệu truyền trong mạng 68 5.6.2. Độ trễ trung bình từ đầu cuối đến đầu cuối của gói dữ liệu . 69 5.7. Phân tích kết quả mô phỏng . 69 5.7.1. Kết quả mô phỏng dạng hình ảnh . 69 5.7.2. Kết quả dạng dữ liệu . 70 5.7.3. Phân tích lượng gói tin bị rớt 70 5.7.4. Độ trễ trung bình từ đầu cuối đến đầu cuối của gói dữ liệu . 71 5.8. Nhận xét . 73 KẾT LUẬN ……………………………………………………………………………….75 TÀI LIỆU THAM KHẢO ……………………………………………………………… .76           59%4:6;<=:  Đánh giá mô hình IntServ & DiffServ trong mạng IP Ngô Thế Tùng  47PM2 4 ACS Admission Control Server Máy chủ điều khiển chấp nhận AF PHB Assured Forward PHB Chuyển tiếp đảm bảo PHB AQ Assured Queue Hàng đợi đảm bảo BA Bahavious Aggregate Đồng tác động BB Bandwith Broker Phân bổ băng thông BE Best Effort Cố gắng tối đa BR Border Router Bộ định tuyến cổng CAC Connection Admission Control Thuật toán điều chỉnh đầu vào CR Core Router Bộ định tuyến lõi DS Differentiated Services Các dịch vụ phân biệt DSCP Differentiated Services Code Point Điểm mã dịch vụ phân biệt EF PHB Expedited Forwarding PHB Chuyển tiếp tiến hành ER Edge Router Bộ định tuyến biên FSI Flow State Information Thông tin trạng thái luồng IETF Internet Engineering Task Force Nhóm nghiên cứu chuẩn kỹ thuật cho Internet IPv4 Internet Protocol version 4 Giao thức Internet phiên bản 4 IPv6 Internet Protocol version 6 Giao thức Internet phiên bản 6 LSP Label Switched Path Đường truyền mạch nhãn MPLS MultiProtocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức PHB Per Hop Behavious Tác động từng chặng PQ Premium Queue Hàng đợi ưu tiên QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ Đánh giá mô hình IntServ & DiffServ trong mạng IP Ngô Thế Tùng  47PM2 5 RED Random Early Detection Phát hiện sớm, bỏ gói tin ngẫu nhiên RFC Request For Comment Yêu cầu cho ý kiến RPI Routing Path Information Thông tin đường định tuyến Rspec Reservation Specification Đặc tính giữ trước tài nguyên RSVP Resource ReSerVation Protocol Giao thức giữ trước tài nguyên RSVPTE Resource Reservation Protocol Traffic Enginerring Giao thức báo hiệu SACP Simple Admission Control Protocol Giao thức điều khiển chấp nhận đơn giản SLA Service Level Agreement Thoả thuận lớp dịch vụ TCA Traffic Condition Agreement Thoả thuận tình trạng lưu lượng TCP/IP Transmission Control Protocol / Internet Protocol Giao thức điều khiển truyền /Giao thức Internet. ToS Type of Service Loại dịch vụ TCL Tool Command Language Trình biên dịch của ngôn ngữ kịch bản Tspec Traffic Specification Đặc tính lưu lượng UDP User Datagram Protocol Thủ tục gói tin người sử dụng VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo WFQ Weight Fair Queuing Hàng đợi theo trọng số WRED Weighted RED Phát hiện, bỏ gói tin theo trọng số   >?3@ Đánh giá mô hình IntServ & DiffServ trong mạng IP Ngô Thế Tùng  47PM2 6 Ngày nay, với sự phát triển nghành công nghệ thông tin thì việc phát triển các công nghệ là rất đa dạng. Chúng ta đang sống trong kỷ nguyên khoa học kỹ thuật hiện đại. Sự bùng nổ của ngành công nghệ thông tin nói riêng đã mang lại những bước đột phá mà ngay cả những người phát minh ra chúng cũng không thể hình dung ra được. Bởi sự phát triển của nó không chỉ mang lại giá trị to lớn mà còn kéo theo hàng loạt sự bùng nổ của các ngành khoa học khác. Với sự phát triển không ngừng của mạng Internet trên toàn thế giới, nhu cầu truyền dẫn dữ liệu và các dịch vụ dữ liệu của con người ngày càng tăng cao. Rất nhiều mong muốn được đưa ra trong việc xây dựng nên các mô hình hỗ trợ nâng cao chất lượng dịch vụ trong mạng để đáp ứng được nhu cầu trao đổi thông tin của con người. Trong số đó có mô hình dịch vụ tích hợp (IntServ) và mô hình dịch vụ phân biệt (DiffServ). Nội dung đồ án của em là tìm hiểu về IntServ & DiffServ xây dựng chương trình mô phỏng việc áp dụng mô hình dịch vụ IntServ & DifffServ để nâng cao chất lượng dịch vụ trong mạng IP. Đồ án được chia làm 5 chương như sau:  Chương 1: Tổng quan về mạng IP.  Chương 2: Dịch vụ tích hợp IntServ.  Chương 3: Dịch vụ phân biệt DiffServ.  Chương 4: Tích hợp cấu trúc dịch vụ IntServ & DiffServ.  Chương 5: Xây dựng chương trình mô phỏng với NS2 & Đánh giá kết quả .            Đánh giá mô hình IntServ & DiffServ trong mạng IP Ngô Thế Tùng  47PM2 7 Nhu cầu trao đổi và xử lý thông tin ngày càng cao. Mạng máy tính hiện nay trở nên quá quen thuộc đối với chúng ta, trong mọi lĩnh vực như khoa học, quân sự quốc phòng, thương mại, dịch vụ, giáo dục . Hiện nay ở nhiều nơi mạng đã trở thành một nhu cầu không thể thiếu được. Người ta thấy được việc kết nối các máy tính thành mạng cho chúng ta những khả năng mới to lớn như:   A BCDE FGHDE IJK DEHLMDN Những tài nguyên của mạng như: thiết bị chương trình, dữ liệu khi trở thành các tài nguyên chung thì mọi thành viên của mạng đều có thể tiếp cận được mà không quan tâm tới những tài nguyên đó ở đâu. ODEPQIKDFRLFSTGUIGVDEN Người ta có thể dễ dàng bảo trì máy móc và lưu trữ các dữ liệu chung và khi có trục trặc trong hệ thống thì chúng có thể được khôi phục nhanh chóng. Trong trường hợp có trục trặc trên một trạm làm việc thì người ta cũng có thể sử dụng những trạm khác thay thế. WDEFTXFGYIZ[\DE]JGKUH^H_`GTKIGaFIGbDEIKDN Khi thông tin có thể được sữ dụng chung thì nó mang lại cho người sử dụng khả năng tổ chức lại các công việc với những thay đổi về chất như: Ðáp ứng những nhu cầu của hệ thống ứng dụng kinh doanh hiện đại. Cung cấp sự thống nhất giữa các dữ liệu. Tăng cường năng lực xử lý nhờ kết hợp các bộ phận phân tán. Tăng cường truy nhập tới các dịch vụ mạng khác nhau đang được cung cấp trên thế giới. Với nhu cầu đòi hỏi ngày càng cao của xã hội nên vấn đề kỹ thuật trong mạng là mối quan tâm hàng đầu của các nhà tin học. Ví dụ như làm thế nào để truy xuất thông tin một cách nhanh chóng và tối ưu nhất, trong khi việc xử lý thông tin trên mạng quá nhiều đôi khi có thể làm tắc nghẽn trên mạng và gây ra mất thông tin trên mạng một cách đáng tiếc. Hiện nay, việc làm sao có được một hệ thống mạng chạy thật tốt, thật an toàn với lợi ích kinh tế cao đang rất được quan tâm. Một vấn đề đặt ra có rất nhiều giải pháp về công nghệ, một giải pháp có rất nhiều yếu tố cấu thành, trong mỗi yếu tố có nhiều cách lựa chọn. Như vậy để đưa ra một giải pháp hoàn chỉnh, phù hợp thì phải trải qua một quá trình chọn lọc dựa trên những ưu điểm của từng yếu tố, từng chi tiết dù là rất nhỏ. Ðể giải quyết một vấn đề phải dựa trên những yêu cầu đặt ra và dựa trên công nghệ để giải quyết. Nhưng công nghệ cao nhất chưa chắc là công nghệ tốt nhất, mà công nghệ tốt nhất là công nghệ phù hợp nhất. Công nghệ IP và các ứng dụng của nó đã có những bước phát triển đột phá trên phạm vi toàn thế giới. Mạng IP truyền thống dựa trên cơ chế cố gắng tối đa BE (Best Effort) và nguyên tắc xếp hàng vào trước ra trước FIFO, các gói thông tin được lưu giữ, chuyển đi không được đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS. Công nghệ IP đang được xây dựng như một hạ tầng cơ sở cho thế giứo Web, được dự đoán sẽ đóng vai trò quan trọng và có thể là chủ đạo trong tiến trình phát triển của mạng công cộng và các mạng riêng . Sự chuyển dịch lưu lượng mạng kinh doanh vào các mạng IP công cộng, bao gồm các mạng riêng ảo (VPN) đã đem lại nhiều lợi ích Đánh giá mô hình IntServ & DiffServ trong mạng IP Ngô Thế Tùng  47PM2 8 cho các khách hàng kinh doanh như giảm các chi phí, độ phức tạp trong công tác điều hành và các rủi ro về đầu tư. Tuy nhiên, sự phát triển nhanh chóng của mạng IP đã đưa đến một số tồn tại đó là:  Sự tích hợp các lưu lượng đa phương tiện trên mạng IP nảy sinh các yêu cầu quan trọng về chất lượng dịch vụ (QoS). Tất cả các các ứng dụng nhạy cảm thời gian thực đòi hỏi một mạng có QoS cao hơn mạng IP QoS truyền thống dựa trên cơ chế cố gắng tối đa BE.  Trên thực tế, mạng Internet ngày nay chưa cung cấp được các dịch vụ tin cậy, các dịch vụ ứng dụng được cam kết mà các ứng dụng này có thể đo, dự báo được. Hơn nữa, trong qua trình phát triển nhanh của mạng Internet, sự cạnh tranh gay gắt đã đẩy giá cước tới mức quá thấp trên thị trường các dịch vụ IP truyền thống. Vì thế quá trình nâng cấp mạng bị chậm lại do yêu cầu đầu tư quá lớn. Trong vòng 25 năm qua, Internet đã phát triển từ mạng liên kết các nhà nghiên cứu thành mạng quốc tế, thương mại toàn cầu. Triển khai dịch vụ thoại dựa trên công nghệ IP là một cơ hội lớn cho các nhà cung cấp dịch vụ trong những năm gần đây. Yêu cầu chính để thu hút các khách hàng kinh doanh là đưa ra các dịch vụ có cam kết QoS. Khi triển khai các giải pháp IP QoS, các nhà cung cấp dịch vụ có thể:  Tăng lợi nhuận: Tăng doanh thu bằng cách thu hút các khách hàng mới và giữ được các khách hàng truyền thống. Cung cấp các dịch vụ chất lượng cao trong khi giảm chi phí qua việc sử dụng băng thông hiệu quả.  Nâng cao sức cạnh tranh bằng cách đưa ra nhiều dịch vụ tốt hơn dịch vụ “cố gắng tối đa” và các giải pháp theo yêu cầu riêng của khách hàng. Hiện tại giới khoa học và các tổ chức IETF, ITU, RFC đang tập trung nghiên cứu phát triển các cấu trúc, giao thức và công nghệ mới theo hướng ấn định tài nguyên mạng như IntServ, DiffServ nhằm nâng cao khả năng hỗ trợ chất lượng dịch vụ cho các mạng hiện có để đáp ứng yêu cầu của người sử dụng .  Đánh giá mô hình IntServ & DiffServ trong mạng IP Ngô Thế Tùng  47PM2 9     5GaK^HaI]cDIdeI Do nhu cầu ngày càng tăng trong việc cung cấp dịch vụ thời gian thực & băng thông cao như: Thoại, audio, đa phương tiện. Vào đầu những năm 1990 mô hình dịch vụ tích hợp IntServ (Integrated Service) đã ra đời. Mô hình này cho phép nhà cung cấp mạng tung ra những dịch vụ tốt nhất Dịch vụ IntServ dựa trên giao thức giữ trước tài nguyên RSVP. IntServ đưa ra khả năng cho các ứng dụng lựa chọn, trong nhiều khả năng các mức điều khiển dịch vụ cho các gói dữ liệu. IntServ là mô hình dịch vụ hỗ trợ QoS theo luồng. Nó yêu cầu kiến trúc phức hợp gồm phân loại, xếp hàng và định trình dọc treo một đường truyền bất kỳ từ biên đến biên. IntServ được phát triển dựa trên Best Effort Internet nhưng mở rộng cho các ứng dụng tương tác và thời gian thực. IntServ hỗ trợ cho hai lớp ứng dụng:  Các ứng dụng thời gian thực có yêu cầu chặt chẽ về băng thông và trễ, mà người sử dụng không có được ở mạng chỉ hỗ trợ các dịch vụ nỗ lực cao nhất BE.  Các ứng dụng truyền thống trong đó người sử dụng không phải quan tâm tới lưu lượng của những người sử dụng khác. Khi đó mạng được xem như một mạng Best effort có mức tải thấp. Cấu trúc dịch vụ tích hợp được xây dựng dựa trên hai nguyên tắc cơ bản sau đây:  Điều khiển và hướng tới cơ chế “Điều khiển chấp nhận” trong mạng.  Đảm bảo cơ chế “Giữ trước tài nguyên” để cung cấp các dịch vụ phân biệt. Những động lực thúc đẩy sự ra đời của mô hình dịch vụ tích hợp IntServ: ♦ Dịch vụ cố gắng tối đa không còn đủ đáp ứng nữa. ♦ Các ứng dụng đa phương tiện ngày càng xuất hiện nhiều. ♦ Tối ưu hoá hiệu suất sử dụng mạng và tài nguyên mạng. ♦ Cung cấp dịch vụ tốt nhất.  GJDGfGgD DEHLMDIhFGXiIPQDEFSTDIde] Trong mô hình IntServ, băng thông phải được quản lý rõ ràng để áp dụng các yêu cầu ứng dụng. Điều này nghĩa là “Giữ trước tài nguyên” và “Điều khiển chấp nhận ” là các khối kiến tạo dịch vụ quan trọng của dịch vụ IntServ. Mô hình dịch vụ tích hợp đưa ra các điều kiện mà các phần tử mạng phải đáp ứng để đảm bảo dịch vụ. Do đó, 4 chức năng điều khiển lưu lượng ở bộ định tuyến được đưa ra: Đánh giá mô hình IntServ & DiffServ trong mạng IP Ngô Thế Tùng  47PM2 10 + Lập lịch trình cho gói tin. + Phân loại gói tin. + Điều khiển chấp nhận. + Giữ trước tài nguyên .  aFIGJDGfGgDFGjDGIeXDEkbGlDGDIde]    KTXIGmFIGKnIZRfdIHf: Cho phép các máy chủ và các Router dự trữ động các tài nguyên mạng để xử lý các yêu cầu của các luồng lưu lượng riêng. RSVP.Q.2391 là một trong những giao thức đó .  3oFIjDGZHpDE: Xác định chất lượng dịch vụ QoS sẽ cung cấp cho các luồng xác định. Luồng được định nghĩa như một luồng các gói từ nguồn tới đích có cùng yêu cầu về QoS .  3KcH`GKqDZ[HZ[\DE: Trong các thiết bị mạng (máy chủ, router chuyển mạch) có thành phần điều khiển & quản lý tài nguyên mạng cần thiết để hỗ trợ QoS theo yêu cầu. Thành phần điều khiển lưu lượng bao gồm:  Điều khiển chấp nhận: Xác định các thiết bị mạng có hỗ trợ QoS theo yêu cầu hay không.  Thiết bị phân loại (Classifier): Nhận dạng và chọn lựa lớp dịch vụ trên nội dung của một số trường nhất định trong mỗi đầu gói.  Thiết bị phân phối (Scheduler): Cung cấp các mức chất lượng dịch vụ QoS qua kênh ra của thiết bị mạng. . trình mô phỏng với NS2 & Đánh giá kết quả .            Đánh giá mô hình IntServ & DiffServ trong mạng IP. yêu cầu. Đánh giá mô hình IntServ & DiffServ trong mạng IP Ngô Thế Tùng  47PM2 15 "#$%&'()*+',