Cơ chế đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) trong mạng IP
MỤC LỤC
Mô hình TCP/IP
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. 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….
Các thông số QoS
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. 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.
Các nguyên tắc QoS Các nguyên tắc QoS bao gồm
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. nhớ, thiết bị đa phương tiện, mạng..) tại mỗi lớp từ thiết bị truyền thông nguồn, đi xuống ngăn xếp giao thức nguồn, đi xuyên qua mạng, đi lên ngăn xếp giao thức phía thu và tới thiết bị bên ngoài. Nguyên tắc thực thi: gộp rất nhiều các quy tắc bổ sung vào các hệ thống truyền thông được thực hiện bởi QoS được công nhận rộng rãi mà các hệ thống đó hướng dẫn sự phân chia chức năng trong việc cấu trúc nên các giao thức truyền thông để có hiệu quả cao tuỳ theo các nguyên lý thiết kế hệ thống, tránh phải ghép kênh, khuyến nghị cho việc cấu trúc nên các giao thức truyền thông, và sử dụng các trợ giúp phần cứng cho quá trình xử lý giao thức có hiệu quả.
Đặc tính kỹ thuật của QoS
Đây là việc bắt buộc nó phản ánh trực tiếp tính chính xác thời gian gốc, việc bắt buộc theo thời gian gốc là hoạt động song song cùng với các hoạt động quản lý nguồn (ví dụ như lập lịch, quản lý luồng, định tuyến, quản lý QoS..) trong môi trường truyền thông phân tán. Bằng việc cân bằng giữa chất lượng không gian và thời gian với băng thông có sẵn, hoặc báo hiệu thời gian đã hết của truyền thông liên tục để đáp lại sự thay đổi của trễ, các luồng âm thanh và video có thể hiện diện tại thiết bị người dùng với nhiễu âm thanh nhỏ nhất.
Các cơ chế QoS
Để làm được như vậy, thì giao thức dự trữ tài nguyên tương tác với việc định tuyến dựa trên QoS để thiết lập một đường xuyên qua mạng trong trường hợp đầu tiên và sau đó, dựa vào QoS mapping và việc điều khiển đầu vào tại mỗi module tài nguyên nội tại được truyền qua (ví dụ CPU, bộ nhớ, thiết bị vào/ra, chuyển mạch, các bộ định tuyến..) tài nguyên từ đầu cuối đến đầu cuối mới được cấp phát. Chính sách luồng: có thể xem như hai công việc giám sát: công việc giám sát sau - thường được kết hợp với quản lý QoS - để xem QoS được thoả thuận bởi một nhà cung cấp có đang được duy trì hay không, trong khi đó thì công việc giám sát đầu tiên xem QoS được thoả thuận bởi người dùng có đang được tôn trọng hay không.
Một số kỹ thuật hỗ trợ chất lượng dịch vụ
Cho ví dụ ở hình 2.1 mô tả chất lượng dịch vụ (QoS) thoại ở bên trong mạng LAN chỉ phụ thuộc vào chính mạng LAN, tuy nhiên với QoS của ứng dụng điện thoại trong vùng mở rộng cho ta thấy chúng phụ thuộc vào phía đầu cuối mạng LAN, phía đầu cuối nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) và mạng đường trục IP ở giữa. • Báo hiệu và sự cung cấp: QoS từng chặng và chuyển tiếp đường dẫn không ngắn nhất, khả năng điều khiển này rất ít được sử dụng nếu khả năng quản lý là không dễ dàng.Giải pháp thực tế yêu cầu một vài mức độ phân phối tự động tham số QoS hoặc kỹ thuật lưu thông cưỡng chế cho tất cả những node trong mạng.
Phân cấp mạng
Một gợi ý đặc biệt trên mô hình mạng Internet tiên tiến bởi vì một số đường dẫn end - to - end được sử dụng không bao hàm tất cả trong mạng IP đơn – chúng có khả năng cho sự mở rộng số lượng của mạng IP quản lý độc lập (ví dụ như LAN,nhà cung cấp dịch vụ và nhà vận hành đường trục, chỉ ra trong hình 3.2), mỗi một mạng có những đặc tính chất lượng dịch vụ (QoS) và chính sách lập lịch định tuyến riêng của nó. QoS đạt được từ một đầu cuối của một mạng tới đầu cuối mạng khác được xây dựng từ sự kết nối chuỗi các mạng khác nhau với những khả năng QoS edge – to – edge của chính nó, và mỗi một đường dẫn nội của mạng này thì được xây dựng từ các đường liên kết của nó, hay có thể nói nó đựoc mô tả bởi chất lượng dịch vụ edge – to – edge riêng.
Cách thức xử lý theo từng chặng dự báo trước
Jitter :Rừ ràng một vấn đề ở đõy là cỏc router truyền thống chỉ cú một hàng đợi cho mỗi điểm nghẽn nội (trong ví dụ trong hình 3.3, một giao diện đầu ra đang thoát đi lưu lượng với tốc độ cho phép) và không có kỹ thuật tách các lớp hoặc các loại khác nhau từ luồng lưu lượng khác chuyển qua nó. Tuy nhiên tại biên của mạng Internet, nhiều kết nối đang vận hành tại tốc độ 1 Mbps hoặc thấp hơn – trong khoảng rộng từ 56 đến 128 Kbps cho mạng số dịch vụ tích hợp (ISDN) ở Bắc Mĩ và Châu Âu, và xuống tới 28,8 Kbps trong trường hợp kết nối modem dial-up.
Cách thức biên tới biên dự đoán trước
Trong thảo luận trước về điều khiển QoS từng chặng, các lớp lưu lượng riêng được cho phép để hoàn thành điều không thể dự đoán trước trên sự giả định mà chúng ta có thể kết hợp một cách chính xác và sự sắp xếp lại chúng tại mọi điểm nghẽn có khả năng. Một cách lần lượt các node kiểm soát có thể thực hiện nhiều mức tốc độ gói đến trung bình cho phép – một tốc độ thấp hơn các gói chuyển tiếp không đánh dấu, một khoảng tốc độ trung gian trong các gói được đánh dấu và chuyển tiếp và ngưỡng trên các gói bị loại bỏ.
Báo hiệu
Thông thường báo hiệu trong trường hợp IP có sự trù bị cho yêu cầu các hoạt động thêm vào được thiết lập QoS edge – to – edge đặc biệt và trên QoS nỗ lực tối đa ngầm định, quá trình này có thể bao gồm (các hoạt động năng động hay một số tổ hợp). Một số giải pháp thực tế cho mạng IP: phải giải quyết những đòi hỏi mâu thuẫn thường xuyên của đường dẫn, không gửi số lượng thông tin trạng thái tăng vọt, tối ưu hoá được một tài nguyên lắp vào một cách năng động thay đổi định tuyến và làm việc trong môi trường mà định tuyến và báo hiệu được tách riêng ra.
Lập chính sách, nhận thực và quyết toán
Thứ nhất là sự nhất trí trong sự khụng rừ ràng trờn sự hợp thành một thụng số thực tế sử dụng, là sự đếm gúi, sự bựng nổ, băng thông đỉnh …Thứ hai là sau khi chúng ta quyết định trên một đơn vị mà chúng ta nghĩ rằng khách hàng sẽ hiểu, chúng ta đối mặt với vấn đề đo lường chính xác trong công việc và kết hợp các phép đo đáng tin cậy tới người dùng đặc biệt. QoS biên tới biên hay tử cuối tới cuối bị ảnh hưởng bởi các phần tử mạng như các cấu trúc hàng đợi, lập lịch, đánh dấu… cùng tham gia vào trong quá trình xử lý, chương sau chúng ta sẽ đề cập cụ thể về những sự xử lý này để thấy được cách thức nâng cao QoS trong mạng.
Vấn đề định tuyến hoá và QoS
Mặc dù hầu hết tất cả “context” được sử dụng để thiết lập các thông số thao tác thời về thời gian (lập chính sách, đánh dấu, hàng đợi, lập lịch), một số “context” thêm vào có thể được dùng cho chuyển đổi một số quyết định chuyển tiếp. Ví dụ một router hiện đại có thể duy trì sử dụng nhiều FIB phức tạp (đại diện những cây đường dẫn ngắn nhất dựa trên cơ sở đơn vị khác nhau) và lựa chọn giữa chúng bằng cách sử dụng những thông tin khác nhau trong phần tiêu đề gói (như địa chỉ nguồn của gói).
Phân loại
Bằng cách sử dụng một khoá phân loại chỉ bao gồm các trường địa chỉ nguồn và nhãn luồng (tổng số là 148 bít) các bộ định tuyến dọc theo đường truyền có thể tách các gói ra khỏi mức luồng, tức là không kiểm tra trường địa chỉ đích và tìm kiếm các số hiệu cổng TCP/UDP. Bộ đệm này thậm chí có thể chấp nhận được nếu hoạt động phân loại ở một tỷ lệ thoả đáng của tốc độ đỉnh đầu vào (điều đó được đánh giá là việc sử dụng kích thước gói tin IP nhỏ nhất, của một router như đã thấy, lớn hơn kích cỡ gói IP trung bình lý tưởng, thường từ 250 đến 350 byte).
Đánh dấu và lập chính sách
Điểm cuối cùng là xem xét bộ đo sẽ đếm các gói như một đơn vị dữ liệu hay là số byte được truyền qua bộ đo (nếu đơn vị là gói, một gói là “in profile” bất cứ khi nào số token trong buket nhiều hơn số byte của gói). Kiểm soát và đánh dấu như là những công cụ bảo vệ phần luồng xuống mạng từ router tại đó sự kiểm soát và đánh dấu xảy ra một cách tích cực (thường thêm vào chính khung chuyển mạch của router và cơ cấu hàng đợi cũng như lập lịch đầu ra).
Quản lý hàng đợi
Chú ý: Khi một sự bùng nổ xảy ra trong khi độ chiếm dụng ở mức cao nhiều gói có thể bị loại bỏ đồng thời nếu sự loại bỏ ảnh hưởng tới nhiều luồng TCP cùng một lúc thì phương thức tránh nghẽn ở tất cả các luồng trở nên đồng bộ và một sự chia sẻ loại bỏ xảy ra trong sự thực hiện trung bình. Mục đích là chọn lựa một giá trị cho phép RED bỏ qua tạm thời ngắn hạn mà không gây mất gói khi truyền dẫn nhưng có tác dụng duy trì các mức độ chiếm dụng trước độ trễ của mọi tác động một cách vô hạn hoặc những luồng đồng bộ của việc tránh nghẽn của TCP chịu ảnh hưởng.
Lập lịch
Nếu sức chứa để dành luôn co hẹp lại, khách hàng sẽ nhận hoạt động edge – to – edge kết thúc tốc độ đảm bảo và giống như được nhận ra sự thay đổi này như một sự xác nhận xuống cấp, khi đó định hướng tốc độ có thể ưu tiên hơn cho các dịch vụ này. Nếu một vài hàng đợi rỗng, các hàng đợi còn lại sẽ được phục vụ nhiều hơn, trong một vài trường hợp, một lớp có thể nhận tất cả băng tần của tuyến nếu các hàng đợi khác rỗng (ví dụ, bộ lập lịch lấy các gói từ hàng đợi 3 cũng như tuyến cho phép nếu các hàng đợi 1, 2 và 4 không có bất kỳ lưu lượng nào).
Sắp xếp đường liên kết phân cấp
Ví dụ này gồm 4 hàng đợi, hai nhóm và mỗi nhóm dành cho mỗi công ty và một hàng đợi trong mỗi nhóm cách ly các gói UDP và TCP (hình 4.14 không chỉ ra kỹ thuật phân loại, nó phải có thông tin đầy đủ các gói phân biệt của cả hai công ty và loại giao thức). “Khối quản lý nguồn và chia sẻ liên kết cho mạng gói ” của Floyd và jacobson đã tập trung vào sử dụng hàng đợi phân loại cơ sở (CBQ) cho thực hiện chia sẻ phần nào liên kết.
Dịch vụ tích hợp
Cách thức end – to –end đã cung cấp cho ứng dụng bởi một chuỗi các phần tử mạng, sự cung cấp dịch vụ tải điều khiển chặt chẽ thấy được qua những ứng dụng dịch vụ hỗi trợ tối đa “dưới điều kiện không tải” từ chuỗi những phần tử mạng. Nó có thể thao tác riêng lẻ hoặc lọc định dạng luồng thiết lập một con đường dành trước tài nguyên gốc từ ngoài tiếp nhận; có hỗi trợ điểm đa điểm “multicash” và yêu cầu dành trước tài nguyên hợp lại hiệu quả cho cây phân loại điểm đa điểm.
Dịch vụ khác biệt
Những node lừi chỉ chuyển tiếp gúi, nú khụng tham gia vào phần tớn hiệu, kiến trúc này hoàn thành khả năng định lượng bởi sự thực hiện những chức năng phân loại và điều kiện phức tạp, chỉ ở biờn giới của mạng, và những bộ định tuyến lừi khụng lưu trữ thông tin về những luồng riêng biệt. Bên cạnh SLAs là một công nghệ rành riêng nó được gọi là mức dịch vụ đặc biệt ( SLS :service level speciffication ), chứa những khía cạnh khác như chi phí cho một số kỹ thuật, khoảng thời gian …Từ những điểm chính của công nghệ có lẽ phần quan trọng nhất của SLS là điều kiện riêng để lưu lượng qua (TCS : Traffic Condition Speciffication) nó tổng hợp chi tiết thông số mức dịch vụ như giá trị luồng vào mong đợi, tỉ lệ mất hay trễ; hồ sơ lưu lượng cho những.
