Nghiên cứu chất lượng dịch vụ trong mạng IP

Tài liệu tham khảo đồ án tốt nghiệp ngành viễn thông Nghiên cứu chất lượng dịch vụ trong mạng IP

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ iii

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT iii

LỜI NÓI ĐẦU 6

CHƯƠNG I 7

TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH TCP/IP 7

1.1 Mô hình TCP/IP 7

1.1.1 Khái niệm và lịch sử ra đời của bộ giao thức 7

1.1.2 Kiến trúc của TCP/IP 8

1.2 Một số giao thức cơ bản trong mô hình TCP/IP 10

2.5.1 Cơ chế cung cấp QoS 39

2.5.2 Các cơ chế điều khiển QoS 39

2.5.3 Các cơ chế quản lý QoS 41

3.2 Cách thức xử lý theo từng chặng dự báo trước 47

3.2.1 Nghẽn tạm thời, trễ , biến động trễ và mất gói 47

3.2.2 Sự phân loại , hàng đợi và lập lịch 49

3.2.3 Chất lượng dịch vụ mức liên kết 50

3.3 Cách thức biên tới biên dự đoán trước 51

3.3.1 Những mô hình biên tới lõi 52

3.3.2 Định tuyến biên- tới- biên 56

3.4 Báo hiệu 61

3.5 Lập chính sách, nhận thực và quyết toán 63

Kết luận chương III 65

CHƯƠNG IV 66

MỘT SỐ KỸ THUẬT NÂNG CAO QoS TRONG MẠNG IP 66

4.1 Vấn đề định tuyến hoá và QoS 66

4.2 Phân loại 69

4.2.1 Những quy tắc 69

4.2.2 ToS, traffic Class (IPv4, IPv6) 70

4.2.3 Diffirent Services Fied (trường dịch vụ khác biệt) 71

4.2.4 Phân loại đa trường 72

4.4.2 Giảm thời gian chiếm đóng hàng đợi 81

4.4.2.1 Thông báo nghẽn tường minh 82

4.4.2.2 Sự loại bỏ phía trước 82

4.4.4.3 Khi nào thực hiện? 83

4.4.3 Tìm kiếm ngẫu nhiên sớm 83

4.8.1 Khái niệm về dịch vụ DiffServ 105

4.8.2 Một số nguyên tắc cơ bản của DiffServ như sau 105

4.8.3 Mô hình DiffServ 106

4.8.4 Một số vấn đề liên quan 108

Kết luận chương 112

KẾT LUẬN 112

DANH MỤC HÌNH VẼDANH MỤC HÌNH VẼ iii

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT iii

LỜI NÓI ĐẦU 6

CHƯƠNG I 7

TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH TCP/IP 7

1.1 Mô hình TCP/IP 7

1.1.1 Khái niệm và lịch sử ra đời của bộ giao thức 7

1.1.2 Kiến trúc của TCP/IP 8

Hình 1.1: Mô hình tham chiếu TCP/IP 8

Hình 1.2: Mô tả đóng gói dữ liệu theo kiến trúc TCP/IP 9

Hình 1.3: Sự tương quan giữa hai mô hình TCP/IP và OSI 10

1.2 Một số giao thức cơ bản trong mô hình TCP/IP 10

Hình1.4: Mô hình phân lớp bộ giao thức TCP/IP 10

Hình 1.9 Hoạt động của ARP 22

Hình 1.10 Hoạt động của RARP 23

2.5.1 Cơ chế cung cấp QoS 39

2.5.2 Các cơ chế điều khiển QoS 39

2.5.3 Các cơ chế quản lý QoS 41

Hình 3.2: Mạng biên -tới- biên của một mức là một kết nối mức khác 46

3.2 Cách thức xử lý theo từng chặng dự báo trước 47

3.2.1 Nghẽn tạm thời, trễ , biến động trễ và mất gói 47

3.2.2 Sự phân loại , hàng đợi và lập lịch 49

3.2.3 Chất lượng dịch vụ mức liên kết 50

Hình 3.5: Sự phân đoạn trước lập lịch cải tiến việc chèn trên kết nối tốc độ thấp 51

3.3 Cách thức biên tới biên dự đoán trước 51

3.3.1 Những mô hình biên tới lõi 52

Hình 3.6: Những yêu cầu định hình lập lịch thời gian nhỏ 53

nhất trên những router xác định 53

3.3.2 Định tuyến biên- tới- biên 56

Hình 3.11: Kỹ thuật truyền dẫn với định tuyến đường chuyển mạch nhãn 61

3.4 Báo hiệu 61

3.5 Lập chính sách, nhận thực và quyết toán 63

Kết luận chương III 65

CHƯƠNG IV 66

MỘT SỐ KỸ THUẬT NÂNG CAO QoS TRONG MẠNG IP 66

4.1 Vấn đề định tuyến hoá và QoS 66

Hình 4.1: Bộ định tuyến IP hỗi trợ tối đa thông thường 67

Hình 4.2: Sự phân loại từng chặng điều khiển chặng kế tiếp, hàng đợi và lập lịch 68

4.2 Phân loại 69

4.2.1 Những quy tắc 69

4.2.2 ToS, traffic Class (IPv4, IPv6) 70

Hình 4.3 Trường ToS trong Ipv4 70

4.2.3 Diffirent Services Fied (trường dịch vụ khác biệt) 71

Hình 4.6: Các token Bucket cung cấp chức năng đo đơn giản 77

Hình 4.7: Minh hoạ hoạt động của một token Bucket 77

Hình 4.8 Lựa chọn token Bucket thực hiện chức năng đo 78

4.3.2 Tiered profiles 78

4.3.3 Bảo vệ mạng 79

4.4 Quản lý hàng đợi 79

4.4.1 Tránh ghi lại 80

4.4.2 Giảm thời gian chiếm đóng hàng đợi 81

4.4.2.1 Thông báo nghẽn tường minh 82

4.4.2.2 Sự loại bỏ phía trước 82

4.4.4.3 Khi nào thực hiện? 83

4.4.3 Tìm kiếm ngẫu nhiên sớm 83

Hình 4.9: khả năng loại bỏ biến thay đổi với thời gian chiếm dụng hàng đợi 84

4.4.3.1 RED theo trọng số 85

hình 4.10: Đánh dấu gói có thể thay đổi chức năng loại bỏ 86

4.4.3.2 RED với vào ra 86

4.5.2.1 Ưu tiên tuyệt đối 91

Hình 4.12 Nhiều hàng đợi cho một bộ lập lịch 91

4.5.2.2 Round-Robin 92

4.5.3 Lập lịch tương thích 93

4.6 Sắp xếp đường liên kết phân cấp 94

Hình 4.13:Lưu lượng có thể có sự phận cấp trong quan hệ nội bộ 94

Hình 4.14 Bộ lập lịch phân cấp được yêu cầu 95

4.7 Dịch vụ tích hợp 96

Hình 4.15 : Mô hình dịch vụ tích hợp 98

4.7.1 Một số mô hình của dịch vụ tích hợp 98

4.7.2 Một số vấn đề liên quan trong Inserv 101

Hình 4.16: leaky and token bucket 102

Hình 4.17: Đồ thị lưu lượng trong token bucket 102

Hình 4.18: Node dịch vụ tích hợp 103

Hình 4.19: Bộ lập lịch trọng số phù hợp 104

4.8 Dịch vụ khác biệt 105

4.8.1 Khái niệm về dịch vụ DiffServ 105

4.8.2 Một số nguyên tắc cơ bản của DiffServ như sau 105

4.8.3 Mô hình DiffServ 106

Hình 4.20: Dịch vụ khác biệt tập trung đơn giản sự phức tạp định tuyến lõi 107

Hình 4.21: Kiến trúc dịch vụ khác biệt 108

4.8.4 Một số vấn đề liên quan 108

Hình 4.22 : Điều khiển lưu lượng ở một node dịch vụ khác biệt 109

Hình 4.23 Hàng đợi cơ sở phân loại 110

Kết luận chương 112

KẾT LUẬN 112

BGP Border Gateway Protocol

CBQ Class Base Queuing Hàng đợi cơ sở lớpCBR Contant Bitrate Rate tốc độ bit cố định CL controlled Load Tải điều khiểnCPU Center Processor Unit Khối xử lí trung tâm

CQS Classify Queue Shedule Lập lịch hàng đợi phân loạiCAC Call Adminission Contron Điều khiến xác nhận cuộc gọiCE Congestion Experience Nghẽn trải qua

DFF Drop from Front Loại bỏ phía trướcDiffServ Differentiated Service Dịch vụ khác biệtDNS Domain Name System Hệ thống tên miềnDOD Deparment of Defense thuộc bộ quốc phòng MĩDRR Deficit Round Robin

DSCP Difserv Code-Point Điểm mã dịch vụ khác biệt ECN explicit congestion notification thông báo nghẽn cụ thểFBI forwarding information base Khối chuyển tiếp

FIFO first in first out Hàng đợi theo nguyên tắc vào trước ra trước

FRED Flow Random Early Detection Tìm kiếm ngẫu nhiên sớm theo luồng

FTP File Transfer Protocol Giao thức truyền fileGS guaranteed Service Dịch vụ đảm bảo vụ

ICMP Internet Control Message Protocol Giao thức tín hiệu điều khiển internet

IHL Identifed Header Length Trường xác nhận độ dài tiêu đề Intserv Intergrated Service Dịch vụ tích hợp

IP internet Protocol Giao thức Internet

LSP Label-switching Paths Đường dẫn chuyển mạch nhãn

MPLS Multi protocol lable Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thứcMTU Maximum Transfer Unit Đơn vị truyền tối đa

OSI Open Systems Interconection Mô hình tham chiếu “liên kết hệ thống mở”

OSPF Open Sortest Path First Đường dẫn đầu tiên ngắn nhất

PNNI Private network Node Interface Giao diện node mạng riêngPQ Priority Queue Hàng đợi ưu tiên

QoS Quality of service Chất lượng dịch vụ

RAP Resource Allocation Protocol Giao thức phân phát tài nguyênRARP Reverse Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ

SLA Service level agreement Thỏa thuận mức dịch vụ

SMTP Simple Mail Transfer Protocol Giao thức truyền thư điện tử đơn giản

TCP Tranmission Control Protocol Gíao thức điều khiển truyền dẫnTelnet Terminal NETwork Mạng đầu cuối

TOS Type Of Service Loại dịch vụ

UDP User Datagram protocol Giao thức người sử dụng VCI Virtual circuit Identify Nhận biết kênh ảo

VPI Virtual Path Identify Nhận biết đường ảoVPN IP virtual private Network IP virtual private Network WRED Weight Random Early Detection Tìm kiếm ngẫu nhiên sớm theo

trọng số

WRED Weighted Random Early Detection Tìm kiếm sớm ngẫu nhiên theo trọng số

Phó Tiến Dũng - D2001VTv

LỜI NÓI ĐẦU

Trong xu hướng phát triển bùng nổ thông tin ngày này, các nhu cầu về thông tin liên lạc ngày càng mở rộng Nó đi đôi với nhu cầu đòi hỏi cao về chất lượng dịch vụ Đối với nhà khai thác mạng nâng cao chất lượng dịch vụ đồng nghĩa với khả năng tăng khả năng cạnh tranh Điều đó được ví như một điều tất yếu mà một nhà khai thác phải làm tốt để tồn tại.

Việt Nam được đánh giá là một quốc gia có nhu cầu về thông tin lớn Hệ thống viễn thông mạng Việt Nam rất đa rạng, phong phú, trong đó công nghệ mạng trên nền chuyển mạch gói là rất phổ biến Song song với việc cung cấp nhiều loại hình dịch vụ mục tiêu nâng cao chất lượng dịch vụ đang là một vấn đề trọng tâm của các nhà cung cấp đặt ra.

Mạng hiện thời đang tồn tại ở Việt Nam so với một số nước trong khu vực còn chưa thật sự ổn định, vẫn còn nhiều hiện tượng nghẽn mạng hay tốc độ truy cập mạng còn thấp Ngoài biên pháp cải thiện băng thông (rất tốn kém), chưa thể đáp ứng ngay thì chúng ta cần phải cải thiện chất lượng dịch vụ theo một số hướng khác Bản đồ án này tìm hiểu về QoS trong mạng IP và một số giải pháp nâng cao QoS phổ biến đang được áp dụng.

Được sự hướng dẫn và giúp đỡ nhiệt tình của Thầy giáo Nguyễn Tiến Ban, bản đồ án với đề tài “Nghiên cứu chất lượng dịch vụ trong mạng IP” đã đề cập đến những vấn đề cơ bản về chất lượng dịch vụ trong mạng IP Sau một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu bản đồ án đã hoàn thành với những nội dung chính sau đây:

Chương 1: Tổng quan về mô hình TCP/IP.Chương 2: Chất lượng dịch vụ trong mạng IP Chương 3: Các thành phần QoS trong mạng IP.

Chương 4: Một số kỹ thuật hỗi trợ QoS trong mạng IP.

Do nội dung kiến thức của đề tài tương đối mới mẻ, khả năng còn hạn chế và kiến thức thực tế chưa nhiều nên bản đồ án này chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được sự chỉ bảo của các thầy cô giáo và các bạn để bản đồ án được chính xác, đầy đủ và hoàn thiện hơn.

Hà Nội, ngày 26 / 10 / 2005

Sinh viên: Phó Tiến Dũng

1.1.1 Khái niệm và lịch sử ra đời của bộ giao thức

Sự ra đời của bộ giao thức TCP/IP:Vào cuối những năm 1960 và 1970, trung tâm nghiên cứu cấp cao (Advance Research Projects Agency –ARPA) thuộc bộ quốc phòng Mĩ (Deparment of Defense – DoD) được giao trách nhiệm phát triển mạng APARNET Mạng này kết nối các văn phòng quân đội , các tổ chức giáo dục, các tổ chức nghiên cứu, các trường đại học Ngày nay ARPA được gọi là DARPA Năm 1980, một bộ giao thức mới được đưa ra làm bộ giao thức chuẩn cho mạng ARPANET và các? của DoD mang tên DARPA, nó còn được gọi là bộ giao thức TCP/IP, và ngày nay thường được dùng với tên này.

Khái niệm: Như vậy TCP/IP là bộ giao thức phân cấp từ các khối tương tác, mỗi

khối cung cấp những chức năng riêng nhưng các khối không nhất thiết phải phụ thuộc lẫn nhau Trong khi mô hình OSI định nghĩa chức năng nào thuộc về lớp nào thì các lớp trong bộ giao thức TCP/IP lại chứa các giao thức khá độc lập với nhau, chúng có thể trộn lẫn và phối hợp với nhau tuỳ theo yêu cầu của hệ thống Thuật ngữ phân cấp có nghĩa là một giao thức lớp trên được một hay nhiều giao thức lớp dưới hỗi trợ.

Việc phân tầng (hay phân cấp ) phải đảm bảo một số nguyên tắc sau: Một lớp được tạo ra khi cần đến mức trừu tượng hoá tương ứng. Mỗi lớp cần thực hiện những chức năng được định nghĩa rõ ràng.

 Việc chọn chức năng cho mỗi lớp cần chú ý tới việc định nghĩa các quy tắc chuẩn hoá quốc tế.

 Ranh giới các mức cần chọn sao cho thông tin đi qua là ít nhất

 Số mức phải đủ lớn để các chức năng tách biệt không nằm trong cùng một lớp và đủ nhỏ để mô hình không quá phức tạp.

 Một mức có thể phân thành các lớp nhỏ nếu cần thiết. Các mức con có thể bị loại bỏ.

 Hai hệ thống khác nhau có thể truyền cho nhau nếu chúng đảm bảo thoả mãn nguyên tắc chung (cùng một giao thức truyền thông).

1.1.2 Kiến trúc của TCP/IP

Hình 1.1: Mô hình tham chiếu TCP/IP

Theo cách nhìn từ lớp vật lý về phía ứng dụng thì như sau: bộ giao thức được chia ra làm bốn lớp:

1. Network Access Layer / Network Interface and Hardware (lớp truy nhập đôi khi còn gọi là lớp giao diện mạng) nó cung cấp các giao tiếp với mạng vật lý bao gồm các thiết bị hệ thống vận hành, các cạc giao diện mạng tương ứng…Lớp này thực hiện nhiệm vụ các chi tiết phần cứng hoặc các giao tiếp vật lý với cáp Ngoài ra thực hiện việc kiểm soát lỗi dữ liệu phân bổ trên mạng vật lý Lớp này không định nghĩa một giao thức riêng nào, nó hỗi trợ tất cả các giao thức chuẩn và độc quyền ví dụ như Ethenet, Token Ring, Wireless, IP…Lớp này thực tế cũng quyết định khá nhiều tới chất lượng cung cấp dịch vụ của mạng, tuy nhiên việc cải tiến trên là khó khăn , do vậy người ta thường cải thiện theo hướng nâng cấp phần mềm.2 Internet Layer (lớp internet hay còn gọi là lớp mạng): cung cấp chức năng đánh

địa chỉ, độc lập với phần cứng , nhờ đó dữ liệu có thể truyền độc lập giữa cấc

Application

layerTransport Layer

Network Access Layer

lớp ứng dụng

lớp vận chyển

lớp mạng

lớp truy nh mạng

3. mạng có mô hình vật lý khác nhau Lớp này chịu trách nhiệm truyền các gói qua mạng, hỗi trợ các giao thức liên mạng IP, định tuyến các gói trong liên mạng.

4. Transpost Layer (lớp vận chuyển): chịu trách nhiệm truyền thông điệp từ một tiến trình tới một tiến trình khác, (tiến trình là một chương trình đang chạy) Nó có hai giao thức rất khác nhau là: giao thức điều khiển truyền dẫn (TCP) và giao thức người sử dụng (UDP)

5. Applycation Layer (lớp ứng dụng): điều khiển từng ứng dụng cụ thể Nó tương ứng với các lớp ứng dụng, và phiên trong mô hình OSI Nghĩa là nó cũng bao gồm các giao thức mức cao, mã hóa điều khiển hội thoại…hiện nay có hàng chăm thậm chí đến hàng nghìn giao thức thuộc lớp này.

Sự hoạt động mô tả theo mô hình TCP/IP

Cũng giống như trong mô hình tham chiếu OSI , dữ liệu gửi từ tầng ứng dụng đi xuống , và khi qua mỗi tầng nó được định nghĩa riêng về dữ liệu mà nó sử dụng.

Hình 1.2: Mô tả đóng gói dữ liệu theo kiến trúc TCP/IP

Tại nơi gửi, mỗi tầng nó coi gói tin từ tầng trên gửi xuống như là dữ liệu của nó và thêm vào gói tin các thông tin điều khiển của mình, sau đó nó lại chuyển tiếp xuống tầng dưới Tại nơi nhận thì quá trình lại ngược lại, tại mỗi tầng nó tách thông tin điều khiển của mình ra , tiếp đó nó chuyển tiếp lên tầng trên.

Sự tương quan giữa hai mô hình TCP/IP với mô hình OSI:

Mô hình TCP/IP ra đời trước mô hình OSI lên nó hoàn toàn không hề phụ thuộc vào mô hình chuẩn này Tuy nhiên do hai mô hình đều có mục tiêu như nhau do đó nên có sự tương quan giữa hai mô hình

Hình 1.3: Sự tương quan giữa hai mô hình TCP/IP và OSI

1.2 Một số giao thức cơ bản trong mô hình TCP/IP

Network Access layer

Media (physical)

Hình1.4: Mô hình phân lớp bộ giao thức TCP/IP

Bản thân TCP/IP là tập hợp nhiều giao thức với nhau: được chia ra nằm trong các lớp khác nhau, có chức năng khác nhau như (SMTP, FTP,SNMP… ; TCP, UDP; IP)

ứng dụng Trình diễnphiênGiao v nậM ng ạ

vật lý

Ứng dụngMô hình OSI

Ứng dụng Trình diễnPhiên Giao vậnMạng

Mô hình TCP/IP

Giao vậnMạng

Truy nhậpLiên kết

1.2.1 Tầng ứng dụng

Tầng ứng dụng cung cấp các dịch vụ dưới dạng các giao thức cho ứng dụng của người dùng Một số giao thức tiêu biểu tại tầng này như:

 SMTP: Giao thức truyền thư điện tử giữa các máy tính Đây là dạng đặc biệt của

truyền tệp được sử dụng để gửi các thông báo tới một máy chủ qua thư hoặc giữa các máy với nhau Nó được sử dụng rất phổ biến trên Internet ,dùng để gửi các message “email” dựa trên địa chỉ của email.

 FTP: Đây là một dịch vụ hướng kết nối và tin cậy, sử dụng TCP để cung cấp

truyền tệp giữa các hệ thống hỗ trợ FTP.

 Telnet: Cho phép các phiên đăng nhập từ xa giữa các máy tính Do Telnet hỗ trợ

chế độ văn bản nên giao diện người dùng thường ở dạng dấu nhắc lệnh tương tác Chúng ta có thể đánh lệnh và các thông báo trả lời sẽ được hiển thị.

 DNS (Domain Name System): Chuyển đổi tên miền thành địa chỉ IP Giao thức

này thường được các ứng dụng sử dụng khi người dùng ứng dụng này dùng tên chứ không dùng địa chỉ IP.

1.2.2 Tầng giao vận

Một giao thức tầng giao vận thường có nhiều chức năng Một trong số đó là tạo một truyền thông tiến trình-tới-tiến trình Để thực hiện điều này, TCP sử dụng cổng Một chức năng khác của giao thức tầng giao vận là tạo một cơ chế điều khiển luồng và điều khiển lỗi ở mức giao vận TCP sử dụng giao thức cửa sổ trượt để thực hiện điều khiển luồng Nó sử dụng gói xác nhận, thời gian chờ và truyền lại để thực hiện điều khiển lỗi.

1.2.2.1 Giao thức TCP

TCP là một giao thức hướng kết nối Nó có trách nhiệm thiết lập một kết nối với phía nhận, chia luồng dữ liệu thành các đơn vị có thể vận chuyển, đánh số chúng và sau đó gửi chúng lần lượt.

• Truyền thông tiến trình-tới-tiến trình

IP có trách nhiệm truyền thông ở mức máy tính (truyền thông trạm-tới-trạm) Là một giao thức tầng mạng, IP chỉ có thể chuyển phát các thông báo tới máy đích Tuy nhiên, đây chưa phải là một chuyển phát hoàn chỉnh Thông báo cần được xử lý bởi đúng chương trình ứng dụng Trách nhiệm chuyển thông báo tới chương trình ứng dụng thích hợp là chức năng của TCP.

• Địa chỉ cổng

Mặc dù có một số cách để thực hiện truyền thông tiến trình-tới-tiến trình, nhưng cách thông dụng nhất là thực hiện thông qua mô hình khách-chủ (client-server) Một tiến trình trên máy cục bộ, được gọi là khách, cần một dịch vụ từ một ứng dụng trên trạm ở xa, được gọi là chủ.

Cả hai tiến trình (khách, chủ) có cùng một tên Ví dụ, để lấy thời gian và ngày tháng từ một máy chủ ở xa, chúng ta cần một tiến trình khách Daytime chạy trên máy cục bộ và một tiến trình chủ Daytime chạy trên máy ở xa.

Các hệ điều hành hiện nay hỗ trợ cả môi trường đa người dùng và đa chương trình Một máy ở xa có thể chạy nhiều chương trình ứng dụng cùng lúc, giống như nhiều máy cục bộ có thể chạy một hoặc nhiều chương trình khách cùng lúc.

Trạm cục bộ và trạm ở xa được xác định sử dụng địa chỉ IP Để xác định các tiến

trình, chúng ta cần một số hiệu nhận dạng thứ hai, đó là số cổng Trong TCP/IP, số cổng

là một số nguyên nằm trong khoảng từ 0 đến 65535 (số 2 byte).

Chương trình khách tự xác định nó bằng một số cổng được chọn ngẫu nhiên Cổng này được gọi là cổng ngẫu nhiên.

Chương trình chủ cũng phải tự xác định bằng một số cổng Tuy nhiên, cổng này không thể được chọn ngẫu nhiên Nếu máy chủ ở xa chạy một tiến trình chủ và lấy một số ngẫu nhiên là số cổng, thì ứng dụng ở máy khách muốn truy nhập và sử dụng dịch vụ trên máy chủ đó sẽ không biết được số cổng cần sử dụng Tất nhiên, một giải pháp có thể là gửi một gói đặc biệt để yêu cầu số cổng của một ứng dụng chủ cụ thể, tuy nhiên cách này làm tăng lưu lượng mạng TCP/IP đã chọn cách sử dụng các số cổng thông dụng cho các ứng dụng chủ Mọi tiến trình khách phải biết số cổng của tiến trình chủ tương ứng.

Bây giờ, chúng ta đã biết rằng địa chỉ IP và số cổng đóng vai trò khác nhau trong việc chọn đích cuối cùng của dữ liệu Địa chỉ IP đích xác định trạm trong số nhiều trạm khác nhau Sau khi trạm đã được chọn, số cổng xác định một tiến trình trên trạm cụ thể đó.

Các số cổng được chia thành ba vùng: thông dụng, đăng ký và động.

- Cổng thông dụng: Các cổng nằm trong khoảng từ 0 đến 1023 là các cổng thông

dụng Những cổng này được gán và giám sát bởi IANA.

- Cổng đăng ký: Các cổng nằm trong khoảng từ 1024 đến 49151 không do IANA

gán và điều khiển Chúng chỉ có thể được đăng ký với IANA để tránh trùng lặp.- Cổng động: Các cổng nằm trong khoảng từ 49152 đến 65535 có thể được sử dụng

bởi mọi tiến trình Chúng còn được gọi là các cổng ngẫu nhiên.

Để thiết lập kết nối, TCP cần hai số hiệu nhận dạng: địa chỉ IP và số cổng Sự kết hợp địa chỉ IP và số cổng được gọi là địa chỉ socket Để sử dụng dịch vụ TCP, chúng ta cần một cặp địa chỉ socket: địa chỉ socket khách và địa chỉ socket chủ Địa chỉ socket khách để định danh duy nhất ứng dụng khách Địa chỉ socket chủ để định danh duy nhất ứng dụng chủ Bốn thông tin này là một phần của tiêu đề IP và tiêu đề TCP Tiêu đề IP chứa địa chỉ IP; tiêu đề TCP chứa địa chỉ cổng.

Dịch vụ dữ liệu luồng:

TCP được xem như một dịch vụ luồng tầng giao vận, nghĩa là TCP gửi chấp nhận một luồng ký tự từ chương trình ứng dụng gửi, tạo gói (được gọi là phân đoạn) có kích thước thích hợp được trích ra từ luồng dữ liệu, và gửi chúng qua mạng TCP nhận nhận các phân đoạn, trích phần dữ liệu, sắp xếp thứ tự nếu chúng đến không đúng thứ tự, và chuyển chúng dưới dạng một luồng ký tự tới chương trình ứng dụng nhận.

Để chuyển phát theo luồng, TCP phía gửi và phía nhận sử dụng các bộ đệm TCP gửi sử dụng một bộ đệm gửi để lưu dữ liệu đến từ chương trình ứng dụng gửi TCP nhận lưu các phân đoạn nhận được ở bộ đệm nhận.

Dịch vụ song công:

TCP cung cấp dịch vụ song công, nghĩa là dữ liệu có thể chảy theo hai hướng

cùng lúc Sau khi hai chương trình ứng dụng được kết nối với nhau, chúng có thể gửi và nhận dữ liệu Một kết nối TCP có thể mang dữ liệu từ ứng dụng A đến ứng dụng B cùng lúc với dữ liệu từ ứng dụng B đến ứng dụng A Khi gói được gửi từ A đến B, nó có thể mang thông tin xác nhận về các gói mà A đã nhận được của B và ngược lại Nghĩa là dữ liệu có thể được gửi kèm xác nhận Tất nhiên, nếu một phía không có dữ liệu để gửi, nó có thể chỉ gửi xác nhận mà không có dữ liệu.

Dịch vụ tin cậy

TCP là một giao thức giao vận tin cậy Nó sử dụng cơ chế xác nhận để kiểm tra sự an

toàn và sự đến của dữ liệu.

Phần tiêu đề có chiều dài từ 20 byte đến 60 byte, theo sau là dữ liệu từ chương trình ứng dụng Tiêu đề có chiều dài 20 byte nếu nó không chứa tùy chọn và có chiều dài tối đa 60 byte nếu nó chứa một số tùy chọn.

Data

headerTCP SegmentCRC

Hình 1.5 Phần tiêu đề TCP

Các trường của phần tiêu đề:

- Cổng nguồn (Source Port): Trường 16 bít này xác định số cổng của chương trình

- Dự phòng: Trường 6 bít này được dùng cho tương lai.

- Các cờ: Trường này xác định 6 bít điều khiển khác nhau Một hoặc nhiều bít này

có thể được đặt tại cùng thời điểm

- Kích thước cửa sổ (Window Size): Trường 16 bít này xác định kích thước của cửa

số (tính theo byte) mà phía kia phải duy trì.

- Tổng kiểm tra (Checksum): Trường 16 bít này chứa mã kiểm tra lỗi (theo phương

pháp CRC) cho toàn bộ phân đoạn (cả tiêu đề và dữ liệu).

- Con trỏ khẩn (Urgent Pointer): Trường 16 bít này chỉ hợp lệ khi cờ URG được đặt

Nó xác định số phải cộng với số trình tự để lấy được số hiệu của byte khẩn cuối cùng trong phần dữ liệu.

- Tùy chọn (option): Trường có chiểu dài tối đa 40 byte này chứa các thông tin tùy chọn

- Điều khiển luồng (flow control)

Điều khiển luồng định nghĩa lượng dữ liệu mà nguồn có thể gửi trước khi nhận một xác nhận từ đích Trong trường hợp đặc biệt, giao thức tầng giao vận gửi một byte dữ liệu và đợi xác nhận trước khi gửi byte tiếp theo Làm như vậy, quá trình gửi sẽ diễn ra rất chậm Nếu dữ liệu phải đi qua đoạn đường dài thì nguồn sẽ ở trạng thái rỗi trong khi đợi xác nhận.

Trong một trường hợp đặc biệt khác, giao thức tầng giao vận có thể gửi tất cả dữ liệu nó có mà không quan tâm tới xác nhận Làm như vậy sẽ tăng tốc độ truyền, nhưng có thể làm tràn ngập trạm đích (trạm đích không xử lý kịp) Bên cạnh đó, nếu một phần dữ liệu bị mất, bị nhân đôi, sai thứ tự hoặc bị hỏng thì trạm nguồn sẽ không biết.

TCP sử dụng một giải pháp nằm giữa hai trường hợp đặc biệt này Nó định nghĩa một cửa sổ, đặt cửa sổ này lên bộ đệm gửi và chỉ gửi lượng dữ liệu bằng kích thước cửa sổ.

- Cửa sổ trượt (sliding window)

Để thực hiện điều khiển luồng, TCP sử dụng giao thức cửa sổ trượt Hai trạm ở hai đầu kết nối TCP đều sử dụng một cửa sổ trượt Cửa sổ này bao phủ phần dữ liệu trong bộ đệm mà một trạm có thể gửi trước khi quan tâm tới xác nhận từ trạm kia Nó được gọi là cửa sổ trượt do có thể trượt trên bộ đệm khi trạm gửi nhận được xác nhận.

Hình 1.6 minh hoạ một cửa sổ trượt có kích thước là 10 Trước khi nhận xác nhận từ đích, nguồn có thể gửi tối đa 10 byte Tuy nhiên, nếu nó chỉ nhận được xác nhận về 3 byte đầu tiên, thì nó sẽ trượt sang phải 3 byte Điều này có nghĩa nó có thể gửi 10 byte nữa trước khi quan tâm tới xác nhận

Hình 1.6 Cửa sổ trượt

Cửa sổ chúng ta thấy ở ví dụ trên có kích thước cố định Tuy nhiên, kích thước của cửa sổ trượt có thể thay đổi Trong mỗi xác nhận, đích có thể định nghĩa kích thước của cửa sổ

• Điều khiển lỗi

TCP là một giao thức giao vận tin cậy Ngoài điều khiển luồng, TCP còn điều khiển lỗi Điều khiển lỗi gồm các cơ chế phát hiện phân đoạn bị hỏng, bị mất, sai thứ tự hoặc nhân đôi Nó cũng gồm cơ chế sửa lỗi sau khi chúng được phát hiện.

Phát hiện lỗi trong TCP được thực hiện thông qua việc sử dụng ba công cụ đơn giản: tổng kiểm tra, xác nhận và thời gian chờ (time-out) Mỗi phân đoạn có chứa một trường tổng kiểm tra để phát hiện phân đoạn lỗi Nếu phân đoạn lỗi, nó sẽ bị TCP nhận bỏ đi TCP sử dụng phương pháp xác nhận để thông báo sự nhận các gói đã tới đích mà không hỏng Không có xác nhận phủ định (xác nhận gói hỏng) trong TCP Nếu một phân đoạn không được xác nhận trước khi hết giờ thì nó được xem như bị hỏng hoặc bị mất trên đường đi.

Cơ chế sửa lỗi trong TCP cũng rất đơn giản TCP nguồn đặt một bộ định thời cho mỗi phân đoạn được gửi đi Bộ định thời được kiểm tra định kỳ Khi nó tắt, phân đoạn tương ứng được xem như bị hỏng hoặc bị mất và nó sẽ được truyền lại.

• Bộ định thời

Để hỗ trợ hoạt động, TCP sử dụng bốn bộ định thời sau:

Bộ định thời truyền lại

Khi TCP gửi một phân đoạn, nó tạo một bộ định thời truyền lại cho phân đoạn đó Khi đó hai trường hợp có thể xảy ra:

- Nếu xác nhận của phân đoạn này được nhận trước khi bộ định thời tắt thì bộ định thời mất hiệu lực.

- Nếu bộ định thời tắt trước khi xác nhận đến, phân đoạn sẽ được truyền lại và bộ định thời được đặt lại.

Bộ định thời kiên nhẫn

Để giải quyết các quảng cáo thông báo kích thước cửa sổ bằng 0, TCP sử dụng một bộ định thời khác Giả sử TCP nhận thông báo một kích thước cửa sổ bằng 0 TCP gửi sẽ ngừng truyền cho tới khi bên nhận gửi xác nhận thông báo kích thước cửa số lớn hơn xác nhận cho một xác nhận Nếu xác nhận đó mất, thì hai bên TCP đợi nhau vô hạn

Để giải quyết vấn đề này, TCP sử dụng một bộ định thời kiên nhẫn cho mỗi kết nối Khi bên gửi nhận được một xác nhận thông báo kích thước của sổ bằng 0, nó khởi động bộ định thời kiên nhẫn Khi bộ định thời kiên nhẫn tắt, TCP bên gửi gửi một phân đoạn

đặc biệt, được gọi là thăm dò (probe) Phân đoạn này chỉ chứa một byte dữ liệu Nó

cũng có số trình tự, nhưng số trình tự của nó không bao giờ được xác nhận Phân đoạn

probe cảnh báo cho bên nhận biết xác nhận đã bị mất và cần gửi lại

Giá trị của bộ định thời kiên nhẫn được đặt bằng giá trị của thời gian truyền lại Tuy

nhiên, nếu không nhận được trả lời nào từ bên nhận, một phân đoạn probe nữa lại được

gửi, giá trị của bộ định thời kiên nhẫn được nhân đôi và được thiết lập lại Bên gửi sẽ

tiếp tục gửi các phân đoạn probe, nhân đôi và thiết lập lại bộ định thời kiên nhẫn cho

đến khi đạt tới một ngưỡng (thường là 60 giây) Sau đó, cứ 60 giây, bên gửi gửi một

phân đoạn probe cho đến khi cửa sổ được mở lại.Bộ định thời còn tồn tại

Bộ định thời này dùng vào mục đích tránh tình trạng kết nối giữa hai trạm rỗi quá lâu Giả sử kết nối giữa hai máy đang ở trạng thái rỗi, trong trường hợp này kết nối có thể được mở mãi mãi Để giải quyết tình trạng này người ta thiết lập bộ định thời còn tồn tại Mỗi khi máy chủ nghe thấy từ một khách, nó đặt lại bộ định thời này (thường là 2 tiếng) Nếu trong hai tiếng đồng hồ, máy chủ không nghe thấy gì từ máy khách, nó gửi

một phân đoạn probe Nếu không có trả lời sau 10 probe (cứ 75 giây gửi một probe), nó

cho rằng máy khách không hoạt động và sẽ kết thúc kết nối.

Bộ định thời thời gian đợi (time-waited)

Bộ định thời thời gian đợi được sử dụng trong giai đoạn kết thúc kết nối Khi TCP đóng một kết nối, nó không xem kết nối đã thực sự đóng Kết nối được giữ trong tình trạng lấp lửng trong khoảng thời gian đợi Như thế, các phân đoạn FIN sao y tới đích được bỏ đi Giá trị của bộ định thời này thường được đặt bằng hai lần thời gian tồn tại của một phân đoạn.

1.2.2.2 Giao thức UDP

UDP là một giao thức truyền thông không phi kết nối và không tin cậy, được dùng thay thế cho TCP ở trên IP theo yêu cầu của ứng dụng UDP có trách nhiệm truyền các thông báo từ tiến trình-tới-tiến trình, nhưng không cung cấp các cơ chế giám sát và quản lý.

UDP cũng cung cấp cơ chế gán và quản lý các số cổng để định danh duy nhất cho các ứng dụng chạy trên một trạm của mạng Do ít chức năng phức tạp nên UDP có xu thế hoạt động nhanh hơn so với TCP Nó thường được dùng cho các ứng dụng không đòi hỏi độ tin cậy cao trong giao vận Khuôn dạng của UDP datagram được mô tả trong hình 1.7, với các vùng tham số đơn giản hơn nhiều so với phân đoạn TCP.

Hình 1.7 Định dạng của UDP datagram

Các trường trong tiêu đề UDP datagram gồm:

 Cổng nguồn: Trường 16 bít này xác định số cổng của chương trình ứng dụng gửi. Cổng đích: Trường 16 bít này xác định số cổng của chương trình ứng dụng nhận. Độ dài tổng: Trường 16 bít này xác định độ dài tổng (cả tiêu đề và dữ liệu) của

UDP datagram.

 Tổng kiểm tra: Trường 16 bít này chứa mã kiểm tra lỗi (theo phương pháp CRC) cho toàn bộ phân đoạn(cả tiêu đề và dữ liệu).

1.2.2.3 So sánh giữa hai bộ giao thức TCP với UDP

Ta so sánh về các phương diện: kết nối độ tin cậy và ứng dụng

Kết nối: giao thức TCP kết nối theo kiểu hướng kết nối , tức là trước khi truyền gói đi nó

thiết lập một đường kết nối trước khi truyền, theo ba bước thiết lập, truyền, giải phóng kết nối Còn UDP kết nối theo kiểu vô hướng, nó chỉ có pha truyền thông dữ liệu

Độ tin cậy: độ tin cậy nghĩa là gói tin truyền đi tới đích đúng địa chỉ, không xảy ra

mất mát , trùng lặp… TCP truyền dẫn có độ tin cậy cao hơn UDP

Ứng dụng: TCP cung cấp những ứng dụng có độ tin cậy cao nó thích hợp với truyền

file dữ liệu lớn quan trọng, cần an toàn: như thoại, truyền hình hội nghị… Với UDP thích hợp với truyền file dữ liệu nhỏ, dùng cho truyền file yêu cầu độ tin cậy thấp, và đặc biệt nó có lợi thế về truyền thông quảng bá, truyền file trong khoảng cách gần…

1.2.3 Tầng liên mạng1.2.3.1 Giao thức IP

IP là một giao thức phi kết nối và không tin cậy Nó cung cấp dịch vụ chuyển gói nỗ lực nhất Nỗ lực nhất ở đây có nghĩa IP không cung cấp chức năng theo dõi và kiểm tra lỗi Nó chỉ cố gắng chuyển gói tới đích chứ không có sự đảm bảo Nếu độ tin cậy là yếu tố quan trọng, IP phải hoạt động với một giao thức tầng trên tin cậy, chẳng hạn TCP.

IP cũng là một dịch vụ phi kết nối, được thiết kế cho một mạng chuyển mạch gói Phi kết nối có nghĩa mỗi datagram được xử lý độc lập, mỗi gói có thể đi tới đích trên một đường đi khác nhau, chúng có thể đến sai thứ tự Một số datagram có thể bị mất, bị hỏng trong khi truyền IP dựa vào một giao thức tầng cao hơn để xử lý những vấn đề này.

• Datagram: Các gói dữ liệu tại tầng IP được gọi là datagram Hình 1.8 cho thấy

định dạng datagram Một datagram có chiều dài biến thiên, gồm hai phần: tiêu đề và dữ liệu Phần tiêu đề có chiều dài từ 20 đến 60 byte, chứa các thông tin cần thiết cho định tuyến và chuyển phát dữ liệu.

Hình 1.8 Tiêu đề IP datagram

 Phiên bản (Version): Trường 4 bít này cho biết phiên bản IP tạo phần tiêu đề này Phiên bản hiện tại là 4 Tuy nhiên phiên bản IPv6 sẽ thay thế IPv4 trong tương lai. Chiều dài tiêu đề (HL): Trường 4 bít này cho biết chiều dài của phần tiêu đề IP

Datagram, tính theo đơn vị từ (32 bít) Trường này là cần thiết vì chiều dài của phần tiêu đề thay đổi (từ 20 đến 60 byte) Khi không có phần tuỳ chọn (option), chiều dài phần tiêu đề là 20 byte và giá trị của trường này là 5 (5 x 4 = 20) Khi phần tuỳ chọn có kích thước tối đa thì giá trị của trường là 15 (15 x 4 = 60).

 Độ ưu tiên (Precedence): Trường này có chiều dài 3 byte, giá trị nằm trong khoảng từ 0 (000) đến 7 (111) Nó chỉ rõ độ ưu tiên của datagram trong trường hợp mạng có tắc nghẽn.

 Loại dịch vụ (TOS): Trường 5 bít này đặc tả các tham số về dịch vụ.

 Độ dài tổng (Total Length IP): Trường 16 bít này cho biết chiều dài tính theo byte của cả datagram.

 Số hiệu datagram (Datagram ID): Trường 16 bít này cùng với các trường khác khác (như địa chỉ nguồn và địa chỉ đích) dùng để định danh duy nhất cho một datagram trong khoảng thời gian nó vẫn tồn tại trên liên mạng Giá trị này được tăng lên 1 đơn vị mỗi khi có datagram được trạm gửi đi Do vậy giá trị này sẽ quay lại 0 mỗi khi trạm đã gửi 65535 datagram.

 Phân mảnh (Fragmentation): Trường 16 bít này được sử dụng khi datagram được phân mảnh.

 Thời gian sống (Time to Live): Trường 8 bít này qui định thời gian tồn tại (tính bằng giây) của datagram trong liên mạng để tránh tình trạng datagram bị chuyển vòng quanh trên liên mạng Thời gian này do trạm gửi đặt và bị giảm đi 1 mỗi khi datagram qua một router trên liên mạng.

 Giao thức (Protocol): Trường 8 bít này cho biết giao thức tầng trên sử dụng dịch vụ của tầng IP IP datagram có thể đóng gói dữ liệu từ nhiều giao thức tầng trên, chẳng hạn TCP, UDP và ICMP Trường này chỉ rõ giao thức đích cuối cùng mà IP datagram phải chuyển.

 Tổng kiểm tra (Checksum): Trường 16 bít này chứa mã kiểm tra lỗi theo phương pháp CRC (chỉ kiểm tra phần tiêu đề).

 Địa chỉ nguồn (Source Address): Trường 32 bít này chứa địa chỉ IP của trạm nguồn.

 Địa chỉ đích (Destination Address): Trường 32 bít này chứa địa chỉ IP của trạm đích.

Trên đường tới đích, một datagram có thể đi qua nhiều mạng khác nhau Mỗi router mở gói IP datagram từ khung nó nhận được, xử lý, và sau đó đóng gói datagram trong một khung khác Định dạng và kích thước của khung nhận được phụ thuộc vào giao thức của mạng vật lý mà khung vừa đi qua.

Đơn vị truyền tối đa (MTU)

Mỗi giao thức tầng liên kết dữ liệu có định dạng khung riêng Một trong các trường được định nghĩa trong định dạng khung là kích thước tối đa của trường dữ liệu Nói cách khác, khi một datagram được đóng gói trong một khung, kích thước tổng của datagram phải nhỏ hơn kích thước tối đa này (được xác định do sự hạn chế về phần cứng và phần mềm sử dụng trong mạng).Giá trị của đơn vị truyền tối đa (MTU) khác nhau đối với các giao thức mạng vật lý khác nhau.

Để giao thức IP không phụ thuộc vào mạng vật lý, các nhà thiết kế đã quyết định lấy chiều dài tối đa của một IP datagram bằng MTU lớn nhất được định nghĩa tại thời điểm đó (65535 byte) Do vậy, việc truyền dẫn sẽ hiệu quả hơn nếu chúng ta sử dụng một giao thức với kích thước MTU như vậy Tuy nhiên, đối với các mạng vật lý khác, chúng ta phải chia nhỏ datagram để nó có thể chuyển qua các mạng này Việc chia nhỏ các datagram được gọi là phân mảnh (fragmentation).

1.2.3.2 Giao thức ICMP

Như đã trình bày ở trên, IP là giao thức chuyển gói phi kết nối và không tin cậy Nó được thiết kế nhằm mục đích sử dụng có hiệu quả tài nguyên mạng IP cung cấp dịch vụ chuyển gói nỗ lực nhất Tuy nhiên nó có hai thiếu hụt: thiếu điều khiển lỗi và thiếu các cơ chế hỗ trợ.

Giao thức IP không có cơ chế thông báo lỗi và sửa lỗi Điều gì xảy ra nếu router phải

bỏ một datagram do không tìm thấy bước nhảy tiếp theo cho datagram đó, hoặc khi giá trị trường thời gian sống bằng 0? Điều gì xảy ra nếu trạm đích phải bỏ tất cả các mảnh

của datagram do không nhận được đủ các các mảnh trong một khoảng thời gian định trước? Đấy là những ví dụ về tình trạng xảy ra lỗi, nhưng IP không có những cơ chế được xây dựng sẵn để thông báo lỗi cho trạm nguồn.

IP cũng thiếu cơ chế truy vấn Một trạm đụi khi cần xỏc định xem router hoặc một trạm khỏc cú hoạt động khụng Một người quản lý mạng đụi khi cần thụng tin từ một trạm hoặc router khỏc Giao thức thụng bỏo điều khiển liờn mạng (ICMP – Internet Control Message Protocol) được thiết kế để bự đắp hai thiếu hụt trờn Nú được đi kốm với giao thức IP.

1.2.3.3 Giao thức ARP và RARP

Trạm và router được nhận dạng tại tầng mạng bằng địa chỉ lụgic (địa chỉ IP) Địa chỉ lụgic là địa chỉ chung, nú phải là duy nhất trong toàn bộ liờn mạng Tuy nhiờn, ở mức vật lý, trạm và router được nhận dạng bởi địa chỉ vật lý (địa chỉ MAC.

Nghĩa là, để chuyển phỏt gúi tới một trạm hoặc một router, cần cú hai mức đỏnh địa chỉ: lụgic và vật lý Do vậy, chỳng ta cần cú thể ỏnh xạ giữa hai địa chỉ này Giao thức phõn giải địa chỉ (ARP – Address Resolution Protocol) chuyển đổi địa chỉ lụgic thành địa chỉ vật lý Giao thức phõn giải địa chỉ ngược (RARP – Reverse Address Resolution Protocol) chuyển đổi địa chỉ vật lý thành địa chỉ lụgic.

Yêu cầu ARP

Hệ thống BHệ thống A

a Yêu cầu ARP đợc quảng bá

Trả lời ARP

Hệ thống BHệ thống A

b Trả lời ARP đợc gửi trực tiếp (unicast)

Tôi đang tìm địa chỉ vật lý của nút có địa chỉ IP : 192.168.24.1

Tôi là nút b ạn đang tìm và địa chỉ vật lý của tôi là: aabbccdd 1122

Hỡnh 1.9 Hoạt động của ARP

Khi một trạm hoặc router cần tỡm địa chỉ vật lý của một trạm hoặc một router khỏc trờn mạng, nú gửi quảng bỏ gúi yờu cầu ARP Gúi này chứa địa chỉ vật lý và địa chỉ lụgic của nguồn và địa chỉ IP của đớch.

Trạm đớch nhận ra địa chỉ IP của nú và gửi trả lời ARP lại cho nguồn Gúi trả lời mang địa chỉ lụgic và địa chỉ vật lý của đớch Gúi trả lời này được gửi thẳng (gửi unicast) tới trạm yờu cầu (nguồn) sử dụng địa chỉ vật lý cú trong gúi yờu cầu ARP Hỡnh

1.9 minh họa hoạt động của ARP.

RARP là giao thức chuyển đổi từ địa chỉ vật lý thành địa chỉ lôgic Nó được sử dụng trong trường hợp một máy biết địa chỉ vật lý của mình nhưng lại không biết địa chỉ IP, chẳng hạn một máy không ổ cứng khởi động qua mạng.

Khi máy được bật, yêu cầu RARP được tạo ra và được gửi quảng bá trên mạng cục bộ Một máy khác trên mạng biết về mọi địa chỉ IP sẽ trả lời yêu cầu bằng bản tin trả lời RARP Máy yêu cầu RARP phải chạy chương trình RARP khách và máy trả lời RARP phải chạy chương trình RARP chủ.

Trong hình 1.10, khi trạm không ổ cứng khởi động, yêu cầu RARP được tạo ra và được quảng bá tới mọi máy trên mạng Mọi trạm trong mạng cục bộ đều nhận được gói này, nhưng chỉ máy chủ RARP trả lời yêu cầu Gói trả lời có chứa địa chỉ IP của máy yêu cầu.

Yªu cÇu RARP

M¸y chñ RARPTr¹m kh«ng

 Version: Chỉ ra phiên bản của giao thức hiện hành IPv4, được sử dụng để máy

gửi, máy nhận, các bộ định tuyến cùng thống nhất về định dạng lược đồ dữ liệu. IHL (Identifed Header Length) Trường xác nhận độ dài tiêu đề cung cấp thông tin

về độ dài tiêu đề của gói tin, thông thường tiêu đề có độ dài 20 octets.

Source Address Destination Address

Source Port Destination Port

Hình 1.11 Tiêu đề IPv4

 TOS (Type Of Service): Trường kiểu phục vụ dài 8 bit nó gồm 2 phần Trường

ưu tiên và kiểu phục vụ Trường ưu tiên gồm 3 bit dùng để gán mức ưu tiên cho các gói tin, cung cấp cơ chế cho phép điều khiển các gói tin qua mạng Các bit còn lại dùng xác định kiểu lưu lượng gói tin khi nó chuyển qua mạng, như đặc tính trễ, độ thông qua và độ tin cậy Vào khoảng cuối năm 1990, IETF đã định nghĩa lại ý nghĩa của các bít trong trường TOS, để thể hiện một tập hợp các dịch vụ khác biệt Thông qua 6 bit đầu tiên thiết lập 64 điểm mã (codepoint) để ánh xạ vào một số dịch vụ cơ sở, 2 bit còn lại để trống Tuy nhiên trường dữ liệu này được sử dụng như thế nào? thì còn tuỳ thuộc rất nhiều vào kiến trúc mạng, vì chính bản thân mạng Internet không đảm bảo chất lượng phục vụ QoS, nên đây đơn thuần chỉ là tiêu chí yêu cầu chứ không phải là tiêu chí đòi hỏi đối với các bộ định tuyến.Ta sẽ đề cập đến việc sử dụng trường TOS trong các phần sau.

 TL (Total length): trường hiển thị tổng độ dài gói tin dài 16 bit, nó sử dụng để

xác định chiều dài của toàn bộ gói IP Chiều dài lớn nhất một gói IP cho phép là 65535 octets.

 Identification: Trường dữ liệu nhận dạng này dài 16 bit Trường này được máy

chủ dùng để phát hiện và nhóm các đoạn bị chia nhỏ ra của gói tin Các bộ định tuyến sẽ chia nhỏ các gói tin nếu như đơn vị truyền tin lớn nhất của gói tin MTU (Maximum Transmission Unit) lớn hơn MTU của môi trường truyền (Môi trường mà gói tin được truyền dẫn trên đó) MTU của môi trường truyền được định nghĩa

như là kích cỡ của gói IP lớn nhất mà nó có thể được mang đi trong một khung liên kết dữ liệu (Tầng liên kết dữ liệu truyền các khung thông tin được ghép kênh và thông tin này được chứa đựng trong các khe thời gian TS) Việc hợp lại các đoạn tin được thực hiện tại máy chủ đích.

 Sự chia cắt gói tin tạo thêm công việc cho các bộ định tuyến và các máy chủ đầu cuối Một kỹ thuật có tên là tìm tuyến đường cho đơn vị truyền gói tin lớn nhất (Path MTU Discovery) được đưa ra, tạo khả năng cho một máy chủ gửi tin có thể tìm ra một MTU rộng nhất có thể, theo con đường từ nguồn tới đích mà không cần bất kỳ quá trình chia cắt gói tin nào khác.

 Flags: Trường cờ chứa 3 bít được sử dụng cho quá trình điều khiển phân đoạn,bít

đầu tiên chỉ chị tới các bộ định tuyến cho phép hoặc không cho phép phân đoạn gói tin, 2 bít giá trị thấp được sử dụng điều khiển phân đoạn, kết hợp với trường nhận dạng, trường phân đoạn để xác định gói tin nhận được sau quá trình phân đoạn. Fragment Offset: Trường phân đoạn mang thông tin về số lần chia một gói tin,

kích thước của gói tin phụ thuộc vào mạng cơ sở truyền tin, tức là độ dài gói tin không thể vượt qua MTU của môi trường truyền.

 TTL (Time-to-live): Trường thời gian sống của gói tin được sử dụng để ngăn các

gói tin lặp vòng trên mạng Nó có vai trò như một bộ đếm ngược, tránh hiện tượng trễ gói tin quá lâu trên mạng TTL cũng sử dụng để xác định phạm vi điều khiển, qua việc xác định xem một gói có thể đi được bao xa trong mạng Bất kỳ gói tin nào có vùng TTL đạt giá trị bằng 0 thì gói tin đó sẽ bị bộ định tuyến huỷ bỏ và thông báo lỗi sẽ được gửi về trạm phát gói tin.

 Protocol : Trường này được dùng để xác nhận giao thức tầng kế tiếp mức cao hơn

đang sử dụng dịch vụ IP dưới dạng con số

 H-Check sum: trường kiểm tra tổng dài 16 bit, được tính toán trong tất cả các

trường của tiêu đề IPv4 (Tos, HL, TL ) Mỗi khi gói qua bộ định tuyến, các trường lựa chọn có thể bị thay đổi và trường TTL sẽ bị thay đổi Cho nên một gói tin khi qua các bộ định tuyến thì trường kiểm tra tổng thể cần phải được tính toán và cập nhật lại để đảm bảo độ tin cậy của thông tin định tuyến.

 Source Address- Destination Address: Trường địa chỉ nguồn và địa chỉ đích được

các bộ định tuyến và các gateway sử dụng để định tuyến các đơn vị số liệu, luôn luôn đi cùng với gói tin từ nguồn tới đích.

 Options và Padding: Có độ dài thay đổi, dùng để thêm thông tin chọn và chèn đầy

đảm bảo số liệu bắt đầu trong phạm vi 32 bit.

Ngoài ra, tiêu đề IP cũng có thể chứa các chức năng mà nó cần được xử lý trên mỗi bộ định tuyến dọc theo đường truyền Tuy nhiên, các chức năng này không được sử dụng quá nhiều bởi vì bất kể cái gì thêm vào phần tiêu đề của gói tin, đều yêu cầu một quá trình xử lý phụ đối với mỗi bộ định tuyến trung gian Thông thường, các bản ghi tuyến đường sẽ được thêm vào trong trường lựa chọn.

1.3.2 IPv6

Định dạng gói IPv6 được cho ở hình 1.12 Mỗi gói gồm hai phần: tiêu đề cơ sở và tải tin Tải tin lại gồm hai phần: các tiêu đề mở rộng tùy chọn và dữ liệu tầng trên Tiêu đề cơ sở chiếm 40 byte, trong khi tiêu đề mở rộng và dữ liệu có chiều dài tối đa 65535 byte.

Version Traffic class (8 bit) Flow Label

Source Address (128 bitss) Destination Address (128 bitss)

Hình 1.13: Định dạng gói IPv6

Các trường trong phần tiêu đề cơ sở như sau:

 Phiên bản (Version): Trường 4 bít này cho biết phiên bản của gói IP Đối với IPv6, giá trị trường này là 6.

 Độ ưu tiên (Priority): Trường 4 bít này định nghĩa độ ưu tiên của gói trong trường hợp có tắc nghẽn.

 Nhãn luồng (Flow label): Trường 24 bít này được thiết kế để cung cấp sự xử lý đặc biệt cho một luồng dữ liệu cụ thể Chúng ta sẽ thảo luận trường này ở phần sau. Chiều dài tải tin (payload length): Trường hai byte này định nghĩa chiều dài của gói

IP, không tính phần tiêu đề cơ sở.

 Tiêu đề tiếp theo (next header): Trường 8 bít này định nghĩa tiêu đề theo sau phần tiêu đề cơ sở Tiêu đề tiếp theo có thể là một tiêu đề mở rộng tùy chọn được IP sử dụng hoặc tiêu đề cho một giao thức tầng trên, chẳng hạn UDP hoặc TCP Mỗi tiêu đề mở rộng đều chứa trường này.

 Giới hạn bước nhảy (hop limit): Trường 8 bít này có tác dụng tương tự như trường TTL trong IPv4.

 Địa chỉ nguồn (source address): Trường 128 bít này nhận dạng nguồn của gói. Địa chỉ đích (destination address): Trường 128 bít này thường nhận dạng đích cuối

cùng của gói Tuy nhiên, nếu định tuyến nguồn được sử dụng, trường này chứa địa chỉ của router kế tiếp.

Địa chỉ IPv6 dài 128 bít và được biểu diễn dưới dạng hexa hai chấm Trong cách biểu diễn này, 128 bít được chia thành 8 phần, mỗi phần dài 2 byte Hai byte được biểu diễn bằng 4 số hexa Do đó, địa chỉ IP gồm 32 số hexa, cứ 4 số hexa có một dấu hai chấm để phân tách.

11111101111101100 ……… 1111111111111111128 bit = 16 byte = 32 sè hexa

Hình 1.14 Ví dụ về địa chỉ IPv6

1.3.3 So sánh IPv4 với IPv6

Giao thức tầng liên mạng trong bộ giao thức TCP/IP hiện nay là IPv4 IPv4 cung cấp truyền thông trạm-tới-trạm giữa các hệ thống trên Internet Cho dù IPv4 được thiết

kế tốt, nhưng nó vẫn có một số hạn chế mà trở nên không phù hợp với sự phát triển nhanh của Internet:

- IPv4 sử dụng 32 bít để đánh địa chỉ và chia khoảng địa chỉ thành các lớp A, B, C, D, E Khoảng địa chỉ IPv4 là không đủ cho sự phát triển nhanh chóng của Internet - Internet phải điều tiết truyền video và âm thanh thời gian thực Các kiểu truyền

này yêu cầu độ trễ tối thiểu và khả năng dành trước tài nguyên Những điều chưa được hỗ trợ trong IPv4.

- IPv4 không hỗ trợ mật mã và chứng thực.

Để vượt qua những hạn chế này, IPv6 đã được phát triển Trong IPv6, giao thức IP được thay đổi để điều tiết sự thay đổi không thể đoán trước của Internet Định dạng và chiều dài của địa chỉ IP được thay đổi cùng với định dạng gói

IPv6 có một số ưu điểm so với IPv4:

- Khoảng địa chỉ lớn hơn Địa chỉ IPv6 dài 128 bít, nghĩa là gấp bốn lần chiều dài địa chỉ IPv4.

- Định dạng tiêu đề tốt hơn IPv6 sử dụng định dạng tiêu đề mới, trong đó các tùy chọn được tách khỏi phần tiêu đề cơ sở và nếu cần, được thêm vào giữa phần tiêu đề cơ sở và dữ liệu Do vậy, làm đơn giản và tăng tốc độ xử lý định tuyến vì hầu hết các tùy chọn đều không cần được router kiểm tra.

- Các tùy chọn mới IPv6 có một số tùy chọn mới cho phép các chức năng bổ sung.- Cho phép mở rộng IPv6 được thiết kế để cho phép mở rộng khi có yêu cầu.

- Hỗ trợ cấp phát tài nguyên Trong IPv6, trường loại dịch vụ được bỏ đi, nhưng một cơ chế (được gọi là nhãn luồng) được thêm vào để cho phép nguồn yêu cầu xử lý gói đặc biệt Cơ chế này có thể được sử dụng để hỗ trợ lưu lượng video hoặc âm thanh thời gian thực.

- Bảo mật hơn Tùy chọn mật mã và chứng thực trong IPv6 cung cấp tính toàn vẹn và tính bảo mật của gói

Kết luận chương I:

TCP/IP là nền tảng cho mạng Internet, nói cách khác tìm hiểu về mô hình TCP/IP chính là tìm hiểu bản chất của mạng IP ChươngI trình bày sự ra đời, khái niệm, kiến trúc, một số giao thức…của mô hình Ngoài ra liên quan tới gói và địa chỉ mạng được trình bày qua cấu trúc và địa chỉ của gói tin IP

CHƯƠNG II

CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG IP2.1 Khái niệm về chất lượng dịch vụ

Chất lượng dịch vụ là một vấn đề rất khó cho sự định nghĩa chính xác, bởi vì nhìn từ góc độ khác nhau ta có quan điểm về chất lượng dịch vụ khác nhau Ví dụ như với người sử dụng dịch vụ thoại chất lượng dịch vụ cung cấp tốt khi thoại được rõ ràng, tức là chúng ta phải đảm bảo tốt về giá trị tham số trễ, biến động trễ Nhưng giá trị tham số mất gói thông tin về một tỉ lệ tổn thất nào đó có thể chấp nhận được Nhưng giả dụ, đối với khách hàng là người sử dụng trong truyền số liệu ở ngân hàng thì điều tối quan trọng là độ tin cậy, họ có thể chấp nhận trễ lớn, độ biến động trễ lớn, nhưng thông số mất gói, độ bảo mật kém thì họ không thể chấp nhận được v.v

Từ góc nhìn của nhà cung cấp dịch vụ mạng Nhà cung cấp dịch vụ mạng đảm bảo QoS cung cấp cho người sử dụng, và thực hiện các biện pháp để duy trì mức QoS khi điều kiện mạng bị thay đổi vì các nguyên nhân như nghẽn, hỏng hóc thiết bị hay lỗi liên kết, v v QoS cần được cung cấp cho mỗi ứng

Chất lượng dịch vụ chỉ có thể được xác định bởi người sử dụng, vì chỉ người sử dụng mới có thể biết được chính xác ứng dụng của mình cần gì để hoạt động tốt Tuy nhiên, không phải người sử dụng tự động biết được mạng cần phải cung cấp những gì cần thiết cho ứng dụng, họ phải tìm hiểu các thông tin cung cấp từ người quản trị mạng và chắc chắn rằng, mạng không thể tự động đặt ra QoS cần thiết cho một ứng dụng của người sử dụng Để giải quyết vấn đề đó nhà cung cấp và khách hàng họ lập ra một bản cam kết, trong đó nhà cung cấp phải thực hiện đầy đủ cung cấp các thông số thoả mãn chi tiết bản cam kết đặt ra Còn phía đối tác cũng phải thực hiện đầy đủ điều khoản của mình.

Nếu một mạng được tối ưu hoàn toàn cho một loại dịch vụ, thì người sử dụng ít phải xác định chi tiết các thông số QoS Ví dụ, với mạng PSTN, được tối ưu cho thoại, không cần phải xác định băng thông hay trễ cần cho một cuộc gọi Tất cả các cuộc gọi đều được đảm bảo QoS như đã được quy định trong các chuẩn liên quan cho điện thoại

Nếu nhìn từ góc độ mạng thì bất cứ một mạng nào cũng bao gồm:- Hosts (chẳng hạn như: Servers, PC…).

- Các bộ định tuyến và các thiết bị chuyển mạch.

- Đường truyền dẫn

Nếu nhìn từ khía cạnh thương mại:

- Băng thông, độ trễ, jitter, mất gói, tính sẵn sàng và bảo mật đều được coi là tài nguyên của mạng Do đó với người dùng cụ thể phải được đảm bảo sử dụng các tài nguyên một cách nhiều nhất.

- QoS là một cách quản lý tài nguyên tiên tiến của mạng để đảm bảo có một chính sách ứng dụng đảm bảo

Vậy sự định nghĩa chính xác QoS là rất khó khăn nhưng ta có thể hiểu chúng gần như là khả năng cung cấp dịch vụ (ở lớp phần tử mạng, vvv ) đưa ra cho khách hàng thông qua những yêu cầu chính xác (trên khả năng thực tế hay lý thuyết) có thể đáp ứng dựa trên bản hợp đồng về thoả thuận lưu lượng Sự định nghĩa khuôn dạng của nó kết thành chất lượng dịch vụ của lớp mạng do sự phân phát chất lượng dịch vụ của peer-to-peer (cùng lớp) edge-to-edge (biên tới biên) hay end-to-end (đầu cuối tới đầu cuối) Lẽ tự nhiên những yêu cầu này có thể thay đổi từ phía ứng dụng cho ứng dụng hay từ phân phối dịch vụ

Vậy trong tất cả những điều đã nêu về cấp QoS, đảm bảo chất lượng và SLA, để thoả mãn ta phải làm như thế nào? Vấn đề là bản chất định hướng IP là một mạng nỗ lực tối đa do đó “không tin cậy" khi yêu cầu nó đảm bảo về QoS Cách tiếp cận gần nhất để các nhà cung cấp dịch vụ IP có thể đạt tới đảm bảo QoS hay SLA giữa khách hàng và ISP là với dịch vụ mạng IP được quản lý Thuật ngữ được quản lý ở đây là bất cứ cái gì mà nhà cung cấp dịch vụ quản lý thay mặt cho khách hàng , điều đó cũng làm nâng cao được chất lượng dịch vụ.

2.2 Các thông số QoS

Phần này sẽ giới thiệu qua về các thông số của QoS Sáu thông số chung về chất lượng dịch vụ:

- Băng thông - Độ trễ (delay) - Jitter (biến động trễ).- Mất gói.

- Tính sẵn sàng (tin cậy) - Bảo mật

Các giá trị ví dụ, được liệt kê trong Bảng 2.1 Bởi vì danh sách này bao gồm cả các thông số không thường thấy trong nhiều thảo luận về QoS, đặc biệt là thông số bảo mật, nên có thể có thêm một vài chú thích.

Thông số QoS Các giá trị ví dụ

Băng thông (nhỏ nhất) 64 kb/s, 1.5 Mb/s, 45 Mb/sTrễ (lớn nhất) 50 ms trễ vòng, 150 ms trễ vòngJitter (biến động trễ) 10% của trễ lớn nhất, 5 ms biến độngMất thông tin (ảnh hưởng của lỗi) 1 trong 1000 gói chưa chuyển giaoTính sẵn sàng (tin cậy) 99.99%

Bảo mật Mã hoá và nhận thực trên tất cả các luồng lưu lượng Bảng 2.1 Sáu thông số của QoS

2.2.1 Băng thông

Băng thông là một thông số quan trọng nhất, nếu chúng ta có băng thông dùng rộng rãi thì mọi vấn đề coi như không cần phải quan tâm đến, như nghẽn, kỹ thuật lập lịch, phân loại, trễ….Nhưng đó không phải là điều chúng ta nói ở đây vì điều này hiện này là không tưởng Thực tế phần nhiều vấn đề về QoS đều bắt đầu và kết thúc với băng thông Trong nhiều phần của mạng, băng thông vẫn là "mặt hàng xa xỉ", mặc dù có các hứa hẹn "băng thông gần như không giới hạn" trên sợi quang Không may rằng, những thất vọng với các cuộc thử nghiệm hầu như không có sự tham gia của điện đã tạo ra các hoài nghi về khả năng sớm đạt được băng thông như yêu cầu.

Băng thông chỉ đơn giản là thước đo số lượng bit trên giây mà mạng sẵn sàng cung cấp cho các ứng dụng Các ứng dụng bùng nổ (bursty) trên mạng chuyển mạch gói có thể chiếm tất cả băng thông của mạng nếu không có ứng dụng nào khác cùng bùng nổ với nó Khi điều này xảy ra, các bùng nổ phải được đệm lại và xếp hàng chờ truyền đi, do đó tạo ra trễ trên mạng Để giải quyết sự hạn chế băng thông này mà nhiều giải pháp tiết kiệm, hay khắc phục băng thông được đưa ra.

Khi được sử dụng như là một thông số QoS, băng thông là yếu tố tối thiểu mà một ứng dụng cần để hoạt động Ví dụ, thoại PCM 64 kb/s cần băng thông là 64 kb/s Điều này không tạo ra khác biệt khi mạng xương sống có kết nối 45 Mb/s giữa các nút mạng lớn Băng thông cần thiết được xác định bởi băng thông nhỏ nhất sẵn có trên mạng Nếu truy nhập mạng thông qua một MODEM V.34 hỗ trợ chỉ 33.6 kb/s, thì mạng xương sống

45 Mb/s sẽ làm cho ứng dụng thoại 64 kb/s không hoạt động được Băng thông QoS nhỏ nhất phải sẵn sàng tại tất cả các điểm giữa các người sử dụng Các ứng dụng dữ liệu được lợi nhất từ việc đạt được băng thông cao hơn Điều này được gọi là các “ứng dụng giới hạn băng thông”, bởi vì hiệu quả của ứng dụng dữ liệu trực tiếp liên quan tới lượng nhỏ nhất của băng thông sẵn sàng trên mạng Mặt khác, các ứng dụng thoại như thoại PCM 64 kb/s được gọi là các “ứng dụng giới hạn trễ” Thoại PCM 64 kb/s này sẽ không hoạt động tốt hơn chút nào nếu có băng thông 128 kb/s Loại thoại này phụ thuộc hoàn toàn vào thông số QoS trễ của mạng để có thể hoạt động đúng đắn.

2.2.2 Trễ

Trễ liên quan chặt chẽ với băng thông khi nó là một thông số QoS Với các ứng dụng giới hạn băng thông thì băng thông càng lớn trễ sẽ càng nhỏ Đối với các ứng dụng giới hạn trễ, như là thoại PCM 64 kb/s, thông số QoS trễ xác định trễ lớn nhất các bit gặp phải khi truyền qua mạng Tất nhiên là các bit có thể đến với độ trễ nhỏ hơn

bÝt cuèi cïng ra bÝt ®Çu tiªn ra

bÝt ®Çu tiªn vµobÝt ®Çu tiªn ra X(bit)

H×nh (a)

H×nh (b)

Hình 2.1 (a) băng thông , (b) trễ

Trễ được định nghĩa là khoảng thời gian chênh lệch giữa hai thời điểm của cùng một bít khi đi vào mạng (thời điểm bít đầu tiên vào với bít đầu tiên ra)

Với băng thông có nhiều cách tính, giá trị băng thông có thể thường xuyên thay đổi Nhưng thông thường giá trị băng thông được định nghĩa là số bit của một khung chia cho thời gian trôi qua kể từ khi bit đầu tiên rời khỏi mạng cho đến khi bit cuối cùng rời mạng

Mối quan hệ giữa băng thông và trễ trong mạng được chỉ ra trong hình 2.1 Trong phần (b), t2 – t1 = số giây trễ Trong phần (a), X bit/ (t3 - t2) = bit/s băng thông Nhiều băng thông hơn có nghĩa là nhiều bit đến hơn trong một đơn vị thời gian, trễ tổng thể

nhỏ hơn Đơn vị của mỗi thông số, bit/s với băng thông hay giây với trễ, cho thấy mối quan hệ hiển nhiên giữa băng thông và trễ

Các mạng chuyển mạch gói cung cấp cho các ứng dụng các băng thông biến đổi phụ thuộc vào hoạt động và bùng nổ của ứng dụng Băng thông biến đổi này có nghĩa là trễ cũng có thể biến đổi trên mạng Các nút mạng được nhóm với nhau cũng có thể đóng góp vào sự biến đổi của trễ Tuy nhiên, thông số QoS trễ chỉ xác định trễ lớn nhất và không quan tâm tới bất kỳ giới hạn nhỏ hơn nào cho trễ của mạng Nếu cần trễ ổn định, một thông số QoS khác phải quan tâm đến yêu cầu này.

Một số nguyên nhân gây ra trễ trong mạng IP: Trễ do quá trình truyền trên mạng.

 Trễ do xử lý gói trên đường truyền. Trễ do xử lý hiện tượng jitter.

 Trễ do việc xử lý sắp xếp lại gói đến (xử lý tại đích).

2.2.3 Jitter (Biến động trễ)

Biến động trễ là sự khác biệt về độ trễ của các gói khác nhau trong cùng một dòng lưu lượng Biến động trễ có tần số cao được gọi là jitter với tần số thấp gọi là eander Nguyên nhân chủ yếu gây ra hiện tượng jitter do sự sai khác trong thời gian xếp hàng của các gói liên tiếp nhau trong một hàng gây ra.Trong mạng IP jitter ảnh hưởng rất lớn tới chất lượng dịch vụ của tất cả các dịch vụ Thông số QoS jitter thiết lập giới hạn lên giá trị biến đổi của trễ mà một ứng dụng có thể gặp trên mạng Jitter không đặt một giới hạn nào cho giá trị tuyệt đối của trễ, nó có thể thể tương đối thấp hoặc cao phụ thuộc vào giá trị của thông số trễ

Jitter theo lý thuyết có thể là một giá trị thông số QoS mạng tương đối hay tuyệt đối Ví dụ, nếu trễ mạng cho một ứng dụng được thiết lập là 100 ms, jitter có thể đặt là cộng hay trừ 10 phần trăm của giá trị này Theo đó, nếu mạng có trễ trong khoảng 90 đến 110 ms thì vẫn đạt được yêu cầu về jitter (trong trường hợp này, rõ ràng là trễ không phải là lớn nhất) Nếu trễ là 200 ms, thì 10 phần trăm giá trị jitter sẽ cho phép bất kỳ trễ nào trong khoảng 180 đến 220 ms Mặt khác, jitter tuyệt đối giới hạn cộng trừ 5 ms sẽ giới hạn jitter trong các ví dụ trên trong khoảng từ 95 tới 105 ms và từ 195 tới 205 ms.

Các ứng dụng nhạy cảm nhất đối với giới hạn của jitter là các ứng dụng thời gian thực như thoại hay video Nhưng đối với các trang Web hay với truyền tập tin qua mạng thì lại ít quan tâm hơn đến jitter Internet, là gốc của mạng dữ liệu, có ít khuyến nghị về jitter Các biến đổi của trễ tiếp tục là vấn đề gây bực mình nhất gặp phải đối với các ứng dụng video và thoại dựa trên Internet

2.2.4 Mất gói

Mất thông tin là một thông số QoS không được đề cập thường xuyên như là băng thông và trễ, đặc biệt đối với mạng Internet Đó bởi vì bản chất tự nhiên được thừa nhận của mạng Internet là "cố gắng tối đa" Nếu các gói IP không đến được đích thì Internet không hề bị đổ lỗi vì đã làm mất chúng Điều này không có nghĩa là ứng dụng sẽ tất yếu bị lỗi, bởi vì đối với những dịch vụ khác nhau đều đặt ra giá trị ngưỡng của riêng mình Nếu các thông tin bị mất vẫn cần thiết đối với ứng dụng thì nó sẽ yêu cầu bên gửi gửi lại bản sao của thông tin bị mất Bản thân mạng không quan tâm giúp đỡ vấn đề này, bởi vì bản sao của thông tin bị mất không được lưu lại tại bất cứ nút nào của mạng.

Thực ra Internet là mạng của các mạng và không có cơ chế giám sát đầy đủ nào đảm bảo chất lượng thông tin truyền Hiện tượng mất gói tin là kết quả của rất nhiều nguyên nhân :

• Quá tải lượng người truy nhập cùng lúc mà tài nguyên mạng còn hạn chế.

• Hiện tượng xung đột trên mạng LAN

• Lỗi do các thiết bị vật lý và các liên kết truy nhập mạng

Cho một ví dụ nếu một kết nối bị hỏng, thì tất cả các bit đang truyền trên liên kết này sẽ không, và không thể, tới được đích Nếu một nút mạng ví dụ như bộ định tuyến hỏng, thì tất cả các bit hiện đang ở trong bộ đệm và đang được xử lý bởi nút đó sẽ biến mất không để lại dấu vết Do những loại hư hỏng này trên mạng có thể xảy ra bất cứ lúc nào, nên việc một vài thông tin bị mất do lỗi trên mạng là không thể tránh khỏi.

Tác động của mất thông tin là tuỳ thuộc và ứng dụng Điều khiển lỗi trên mạng là một quá trình gồm hai bước, mà bước đầu tiên là xác định lỗi Bước thứ hai là khắc phục lỗi, nó có thể đơn giản là bên gửi truyền lại đơn vị bị mất thông tin Một vài ứng dụng, đặc biệt là các ứng dụng thời gian thực, không thể đạt hiệu quả khắc phục lỗi bằng cách gửi lại đơn vị tin bị lỗi Các ứng dụng không phải thời gian thực thì thích hợp hơn đối với cách truyền lại thông tin bị lỗi, tuy nhiên cũng có một số ngoại lệ (ví dụ như

các hệ thống quân sự tấn công mục tiêu trên không thể sử dụng hiệu quả với cách khắc phục lỗi bằng truyền lại).

Vì những lý do này, thông số QoS mất thông tin không những nên định rõ một giới hạn trên đối với ảnh hưởng của lỗi mà còn nên cho phép người sử dụng xác định xem có lựa chọn cách sửa lỗi bằng truyền lại hay không Tuy nhiên, hầu hết các mạng (đặc biệt là mạng IP) chỉ cung cấp phương tiện vận chuyển thụ động, còn xác định lỗi, khắc phục lỗi thường được để lại cho ứng dụng (hay người sử dụng)

2.2.5 Tính sẵn sàng (Độ tin cậy)

Là tỉ lệ thời gian mạng hoạt động để cung cấp dịch vụ Yếu tố này bất kỳ nhà cung cấp dịch vụ nào tối thiểu cũng phải có Tổn thất khi mạng bị ngưng trệ là rất lớn Tuy nhiên, để đảm bảo được tính sẵn sàng chúng ta cần phải có một chiến lược đúng đắn, ví dụ như: định kỳ tạm thời tách các thiết bị ra khỏi mạng để thực hiện các công việc bảo dưỡng, trong trường hợp mạng lỗi phải chuẩn đoán trong một khoảng thời gian ngắn nhất có thể để giảm thời gian ngừng hoạt động của mạng Tất nhiên, thậm chí với một biệt pháp bảo dưỡng hoàn hảo nhất cũng không thể tránh được các lỗi không thể tiên đoán trước.

Đối với mạng PSTN vì là mạng thoại nên điều này luôn luôn chiếm một vị trí quan trọng Mạng đảm bảo hoạt động 24/24 trong ngày , tất cả những ngày lễ, kỉ niệm, khi nhu cầu lớn hay ngay cả khi nhu cầu giảm xuống rất thấp Thông thường tỉ lệ thời gian hoạt động là99,999% hay 5,25’/ năm

Mạng dữ liệu thực hiện công việc đó dễ hơn Hầu hết mạng dữ liệu dành cho kinh doanh, và do đó hoạt động trong những giờ kinh doanh, thường là từ 8 giờ sáng đến 5 giờ chiều, từ thứ Hai đến thứ Sáu Hoạt động bổ trợ có thể thực hiện "ngoài giờ", và một tập kiểm tra đầy đủ với mục đích phát hiện ra các vấn đề có thể chạy trong ngày nghỉ

Internet và Web đã thay đổi tất cả Mọi mạng toàn cầu phải giải quyết vấn đề rằng thực sự có một số người luôn cố gắng truy nhập vào mạng tại một số địa điểm Và thậm chí Internet có thể thậm chí có ích ở nhà vào 10 giờ tối hơn là ở cơ quan vào 2 giờ chiều.

Tuy nhiên, nếu người sử dụng nhận thức rõ rằng họ không thể có mạng như mong muốn trong tất cả thời gian

Tuy nhiên thông số QoS khả dụng thường được quy cho mỗi vị trí hoặc liên kết riêng lẻ.

2.2.6 Bảo mật

Bảo mật là một thông số mới trong danh sách QoS, nhưng lại là một thông số quan trọng Thực tế, trong một số trường hợp độ bảo mật có thể được xét ngay sau băng thông Gần đây, do sự đe doạ rộng rãi của các hacker và sự lan tràn của virus trên mạng Internet toàn cầu đã làm cho bảo mật trở thành vấn đề hàng đầu.

Hầu hết vấn đề bảo mật liên quan tới các vấn đề như tính riêng tư, sự tin cẩn và xác nhận khách và chủ Các vấn đề liên quan đến bảo mật thường được gắn với một vài hình thức của phương pháp mật mã, như mã hoá và giải mã Các phương pháp mật mã cũng được sử dụng trên mạng cho việc xác nhận (authentication), nhưng những phương pháp này thường không liên quan chút nào đến vấn đề giải mã.

Toàn bộ kiến trúc đều xuất phát từ việc bổ sung thêm tính riêng tư hoặc bí mật và sự xác nhận hoặc nhận thực cho mạng Internet Giao thức bảo mật chính thức cho IP, gọi là IPSec, đang trở thành một kiến trúc cơ bản để cung cấp thương mại điện tử trên Internet và ngăn ngừa gian lận trong môi trường VoIP Thật trớ trêu là mạng Internet công cộng toàn cầu, thường xuyên bị coi là thiếu bảo mật nhất, đã đưa vấn đề về bảo mật trở thành một phần của IP ngay từ khi bắt đầu Một bit trong trường loại dịch vụ (ToS) trong phần tiêu để gói IP được đặt riêng cho ứng dụng để có thể bắt buộc bảo mật khi chuyển mạch gói Tuy nhiên lại nảy sinh một vấn đề là không có sự thống nhất giữa các nhà sản xuất bộ định tuyến khi sử dụng trường ToS.

Người sử dụng và ứng dụng có thể thêm phần bảo mật của riêng mình vào mạng, và trong thực tế, cách này đã được thực hiện trong nhiều năm Nếu có chút nào bảo mật mạng, thì nó thường dưới dạng một mật khẩu truy nhập vào mạng Các mạng ngày nay cần một cơ chế bảo mật gắn liền với nó, chứ không phải thêm vào một cách bừa bãi bởi các ứng dụng

Một thông số QoS bảo mật điển hình có thể là "mã hoá và nhận thực đòi hỏi trên tất cả các luồng lưu lượng" Nếu có lựa chọn, thì truyền dữ liệu có thể chỉ cần mã hoá, và kết nối điện thoại Internet có thể chỉ cần nhận thực để ngăn gian lận

2.3 Các nguyên tắc QoS

Các nguyên tắc QoS bao gồm:

Nguyên tắc tích hợp: cho thấy rằng QoS phải có khả năng cấu hình được, có thể dự

đoán trước và duy trì được trên toàn bộ các lớp cấu trúc để đáp ứng QoS từ đầu cuối đến đầu cuối Các luồng di chuyển dọc theo các module tài nguyên (ví dụ như CPU, bộ