Giao diện vật lý Ethernet

CHƯƠNG II : DỊCH VỤ ETHERNET

2.3 Các thuộc tính dịch vụ Ethernet

2.3.1 Giao diện vật lý Ethernet

Tại UNI, các giao diện vật lý Ethernet có các thuộc tính dịch vụ sau:

- Môi trường vật lý: như các giao diện vật lý được định nghĩa bởi IEEE 802.3 như các chuẩn 10BaseT, 100BaseT, 1000BaseT sử dụng cáp đồng xoắn đôi UTP; 10BaseF, 100BaseF, 1000BaseLX, 1000BaseSX sử dụng cáp quang …

- Tốc độ: Tốc độ Ethernet bao gồm các chuẩn tốc độ 10Mbps, 100Mbps, 1Gbps, 10Gbps và 40Gbps, 100Gbps trong tương lai.

- Phương thức: cho biết UNI hỗ trợ song công hoặc bán song công. - Lớp MAC: cho biết lớp MAC được hỗ trợ.

2.3.2 Đặc tính băng thông

MEF định nghĩa thuộc tính đặc tính băng thông dịch vụ có thể áp dụng tại UNI hoặc EVC. Đặc tính băng thông là giới hạn về tốc độ khung Ethernet đi qua UNI. Có thể tách biệt đặc tính băng thông cho các khung đầu vào và đầu ra. MEF định nghĩa ba loại đặc tính băng thông và gồm có bốn tham số lưu lượng. Các tham số này ảnh hưởng đến băng thông hoặc lưu lượng truyền của dịch vụ.

- CIR (Committed Information Rate – Tốc độ thông tin qui định) - CBS (Committed Burst Size – Kích thước khối qui định)

- EIR (Excess Information Rate – Tốc độ thông tin vượt quá) - EBS (Excess Burst Size – Kích thước khối vượt quá)

Bộ bốn tham số trên tạo thành thuộc tính băng thông dịch vụ. Kiểu thuộc tính băng thông có thể được áp dụng cho từng UNI, cho từng EVC tại UNI hoặc cho nhận dạng CoS.

MEF đưa ra khái niệm về các cấp độ “màu” của khung dịch vụ. “Màu” của khung dịch vụ được dùng để xác định thuộc tính băng thông phù hợp với khung dịch vụ cụ thể. Một dịch vụ có thể có một hoặc nhiều “màu” tùy thuộc vào cấu hình các tham số lưu lượng. Một khung dịch vụ được đánh dấu là màu xanh lục nếu nó phù hợp với CIR và CBS có nghĩa là tốc độ khung trung bình và kích thước khung lớn nhất nhỏ hơn hoặc bằng CIR và CBS. Trường hợp này gọi chung là thỏa mãn CIR. Một khung dịch vụ sẽ được đánh dấu là màu vàng nếu không thỏa mãn CIR nhưng thỏa mãn EIR và EBS. Có nghĩa là tốc độ khung trung bình lớn hơn CIR nhưng nhỏ hơn EIR và kích thước khung lớn nhất lơn hơn CBS nhưng nhỏ hơn EBS. Gọi chung là thỏa mãn EIR. Một khung dịch vụ sẽ được đánh dấu màu đỏ và bị hủy bỏ nếu không thỏa mãn cả CIR và EIR.

Hình 2.12: Thuộc tính màu của khung dịch vụ

CIR là tốc độ trung bình lớn nhất mà các khung dịch vụ được chuyển đi thỏa mãn các mục tiêu về trễ, suy hao… CIR là tốc độ trung bình bởi vì toàn bộ các khung dịch vụ được phát đi với tốc độ của UNI (ví dụ 10Mbps) chứ không phải tại tốc độ CIR (giả sử 2Mbps). CBS là kích thước lớn nhất của khung dịch vụ có thể được gửi đi và thỏa mãn CIR. Các khung dịch vụ phát đi với tốc độ trung bình lớn hơn CIR hoặc kích

thước lớn hơn CBS sẽ không thỏa mãn CIR và có thể bị hủy bỏ hoặc đánh dấu màu vàng tùy thuộc vào các khung dịch vụ đó có thỏa mãn EIR hay không. CIR có thể nhỏ hơn hoặc bằng với tốc độ của UNI. Nếu có nhiều thuộc tính băng thông được áp dụng tại cùng một UNI thì tổng của các CIR phải nhỏ hơn hoặc bằng với tốc độ của UNI. Trường hợp CIR bằng không có nghĩa là dịch vụ được cung cấp không có cam kết về hiệu năng hay nói khác dịch vụ được cung cấp với nỗ lực tối đa.

EIR là tốc độ lớn nhất lớn hơn hoặc bằng với CIR tại đó các khung được chuyển đi không có mục tiêu về hiệu năng. Cũng tương tự như CIR thì EIR cũng chỉ là tốc độ trung bình vì các khung phát đi với tốc độ của UNI. EBS là kích thước lớn nhất mà khung dịch vụ có thể được gửi đi và không hỏa mãn EIR. Các khung dịch vụ với tốc độ trung bình lớn hơn EIR hoặc kích thước lớn hơn EBS được coi là không thỏa mãn EIR và có thể bị loại bỏ hoặc đánh dấu mà đỏ tùy thuộc vào dịch vụ đang được cung cấp. EIR nhỏ hơn hoặc bằng với tốc độ UNI. Khi EIR khác không, EIR lớn hơn hoặc bằng CIR.

MEF mới chỉ đưa ra khái niệm trên lý thuyết chứ chưa thực hiện trên các thiết bị của các hãng khác nhau. Trên thực tế có rất nhiều thiết bị phần cứng của các hãng khác nhau với các dịch vụ mạng lớp 2 cho tới các đường điểm - điểm đơn giản. Sự phức tạp càng trở thành vấn đề lớn khi dịch vụ được thực hiện trên nhiều nhà mạng khác nhau. Vì thế các nhà cung cấp dịch vụ phải thực hiện kiểm tra thuộc tính băng thông để đưa ra các cam kết về cấp độ dịch vụ (SLA) cho khách hàng.

2.3.3 Các tham số hiệu năng

MEF đã định nghĩa các tham số để đánh giá hiệu năng chất lượng dịch vụ. Bao gồm bốn tham số là độ khả dụng, trễ khung, Jitter và tỉ lệ mất khung

- Độ khả dụng: Độ khả dụng được diễn tả thông qua một số thuộc tính dịch vụ như sau:

 Thời gian kích hoạt dịch vụ tại UNI: là thời gian tính từ lúc bắt đầu có yêu cầu một dịch vụ mới hoặc sửa đổi dịch vụ cho tới lúc được đáp ứng đưa vào sử dụng dịch vụ đó. Thời gian kích hoạt dịch vụ Ethernet trung bình chỉ mất vài giờ, ngắn hơn rất nhiều so với vài ngày hoặc vài tháng với các dịch vụ truyền thống khác.

 Thời gian trung bình để phục hồi UNI: Là thời gian trôi qua tính từ lúc UNI không hoạt động (có thể do sự cố xảy ra) tới lúc được phục hồi và trở lại hoạt động bình thường.

 Thời gian kích hoạt dịch vụ trên EVC: Là thời gian tính từ lúc bắt đầu có yêu cầu một dịch vụ mới hoặc sửa đổi dịch vụ cho tới lúc dịch vụ được kích hoạt và đưa vào sử dụng. Hay cụ thể hơn, khoảng thời gian này được tính từ lúc bắt đầu có yêu cầu một dịch vụ mới hoặc sửa đổi dịch vụ cho tới khi tất cả các UNI trên EVC đều được kích hoạt. Với một EVC đa điểm, dịch vụ được coi là sẵn sàng được truyền khi mà tất cả các UNI thuộc về EVC đó được kích hoạt và hoạt động. Tất cả các dịch vụ Ethernet đều được cung cấp cho khách hàng thông qua các EVC.

 Thời gian trung bình để phục hồi EVC: Là thời gian trôi qua tính từ lúc mà EVC không hoạt động (có thể do sự cố xảy ra) tới lúc nó được phục hồi và trở lại hoạt động bình thường.

Hình 2.13: Sự phân chia độ trễ khung

- Độ trễ khung: Là thời gian kể từ thời điểm bit đầu tiên của khung dịch vụ đi vào UNI đầu vào, cho tới lúc bit cuối cùng của khung được nhận xong tại UNI đầu ra. Đây là một tham số quyết định và có tác động quan trọng đối với chất lượng dịch vụ đặc biệt đối với các ứng dụng thời gian thực như thoại, video. Thời gian trễ khung được phân thành ba phần A, B, C như hình 2.13. Độ trễ A và B phụ thuộc vào tốc độ luồng dữ liệu tại UNI, và kích cỡ khung dịch vụ Ethernet. Ví dụ, nếu như tốc độ dữ liệu qui định tại UNI bằng 10 Mbit/s và kích cỡ khung là 1518 bytes thì cả A và B đều bằng 1.214 ms tại cả hai đầu thiết bị khách hàng CE. C là lượng trễ truyền tải dữ liệu qua mạng Metro Ethernet. Nó được nhà cung cấp mạng mô tả theo kiểu thống kê đều đặn sau từng khoảng thời gian. Xem xét cho trường hợp truyền khung giữa hai UNI với tốc độ 10Mbit/s, trong khoảng thời gian 5 phút có

1000 khung được truyền và độ trễ lớn nhất trường hợp này là 15ms, hay nói cách khác C = 15ms. Độ trễ khung bằng tổng của A, B và C. Theo giả thuyết ở trên, với tốc độ tại hai UNI là 10Mbit/s, thì A = B = 1.214ms. Như vậy độ trễ khung tổng cộng là 17. 43ms.

- Biến động trễ (Jitter): là một tham số quyết định cho các ứng dụng thời gian thực như điện thoại, video IP. Các ứng dụng thời gian thực này yêu cầu độ trễ thấp và được giới hạn để đảm bảo chất lượng. Với các ứng dụng dữ liệu, Jitter cũng có những ảnh hưởng nhất định. Biến động trễ được định nghĩa là sự hay đổi độ trễ của một tập các khung dịch vụ. Biến động trễ có thể được áp dụng cho tất cả các khung dịch vụ được truyền thành công trong khoảng thời gian T tương ứng với môt lớp dịch vụ xác định của EVC điểm – điểm. Biến động trễ có thể được tính toán trong khi đo độ trễ khung. Trong quá trình tính toán độ trễ khung, ta phải sử dụng các mẫu trễ khung và giá trị biến động trễ được xác định bằng phép trừ giữa khung có độ trễ lớn nhất trong số các khung lấy mẫu (hay nói cách khác là giá trị độ trễ khung) và khung có độ trễ nhỏ nhất. Mô tả ngắn gọn việc tính toán biến động trễ bằng công thức dưới đây: Độ trôi khung = Độ trễ khung – độ trễ nhỏ nhất trong số các độ trễ của các khung lấy mẫu. Ta lấy ngay ví dụ đã tính toán ở trên cho hai giao diện 10Mbps, với giả sử trong số các khung lấy mẫu, giá trị độ trễ nhỏ nhất tính toán được là 13ms. Như vậy biến động trễ là: 17.43-13 = 2.43 ms.

- Tỉ lệ mất khung: Tỷ lệ tổn thất khung được định nghĩa là tỷ lệ phần trăm số khung dịch vụ tuân thủ tốc độ thông tin thỏa thuận song không được truyền đi giữa các UNI trong một khoảng thời gian cho trước. Hiện nay MEF mới chỉ đưa ra định nghĩa về tỷ lệ tổn thất khung cho các kết nối EVC điểm - điểm. Tỷ lệ tổn thất khung cho EVC điểm - điểm được xác định theo công thức sau:

L = [1-a/b] x 100

Trong đó: L là tỷ lệ tổn thất khung, a là số khung được chuyển đến đích thành công và b là tổng số khung được gửi từ nguồn. Ví dụ, có 1000 khung dịch vụ được truyền từ UNI nguồn tới UNI đích trong khoảng thời gian 5 phút. Trong đó, có 990 số khung gửi đi là được truyền tới đích thành công, như vậy tỷ lệ tổn thất khung trong trường hợp này sẽ là: [1-990/1000]x100 = 1%.Tỷ lệ tổn thất khung có các tác động khác nhau tới chất lượng dịch vụ, phụ thuộc vào kiểu dịch vụ, vào các giao thức lớp cao hơn mà dịch vụ sử dụng. Tỷ lệ tổn thất 1% là chấp nhận được với dịch vụ thoại qua IP (VoIP), song nếu mất 3% thì không thể chấp nhận được. Các ứng dụng truyền theo luồng có thể cho phép nhiều mức tổn thất khác

nhau, và được bù lại bằng cách điều chỉnh tốc độ truyền dẫn khi phát hiện mất gói. Các ứng dụng dựa trên giao thức TCP như trình duyệt Web HTTP cho phép nhiều mức tổn thất vì nó truyền lại gói bị mất khi phát hiện ra có mất gói. Tuy nhiên, nếu như tỷ lệ mất gói lớn thì ảnh hưởng xấu đến chất lượng dịch vụ của khách hàng.

Hình 2.14: Ví dụ về mất khung trong EVC điểm-điểm.

2.3.4 Nhận dạng lớp dịch vụ

Các mạng MAN-E có thể đưa ra nhiều lớp dịch vụ khác nhau để nhận dạng thuê bao thông qua nhiều nhận dạng lớp dịch vụ (CoS ID) như: cổng vật lý, CE-VLAN CoS (802.1p), DiffServ/IP TOS. Nhà cung cấp dịch vụ sẽ phải chỉ ra các tham số lưu lượng (ví dụ CIR, EIR…) cho mỗi lớp dịch vụ. Mỗi lớp dịch vụ sẽ đưa ra các mức hiệu năng khác nhau như đã chỉ ra trong các tham số hiệu năng cho mỗi lớp dịch vụ (trễ, jitter và tỉ lệ mất gói). Nếu một nhà cung cấp dịch vụ hỗ trợ nhiều lớp dịch vụ giữa các UNI thì các tham số hiệu năng và lưu lượng phải được chỉ rõ cho mỗi lớp. Dưới đây là các nhận dạng lớp dịch vụ.

- Cổng vật lý: Trong trường hợp này một lớp dịch vụ đơn được cung cấp cho mỗi cổng. Tất cả lưu lượng vào và ra có cùng một CoS. Đây là trường hợp dễ triển khai nhất, tuy nhiên cũng ít linh hoạt nhất. Nếu khách hàng cần hỗ trợ nhiều lớp dịch vụ cho lưu lượng thì phải có các cổng vật lý riêng biệt, mỗi cổng cung cấp một CoS. Một bộ các tham số lưu lượng và hiệu năng được áp dụng cho triển khai dựa trên cổng vật lý, ví dụ một bộ CIR, CBS, EIR và EBS cho giao diện vật lý và trễ, Jitter và tổn thất khung cho dịch vụ.

- CE-VLAN CoS (8.2.1p): Là các bit ưu tiên trong nhãn IEEE 802.1Q thêm vào khung khung dịch vụ. Định dạng khung truyền tải của VLAN 802.1Q như hình 2.15.

Hình 2.15: Định dạng khung VLAN

Như vậy có thể có 8 lớp dịch vụ, nếu nhà cung cấp dịch vụ hỗ trợ VLAN CoS để xác định lớp dịch vụ thì nhà cung cấp phải chỉ rõ các tham số băng thông và thâm số hiệu năng cho mỗi CoS.

- Lớp dịch vụ có thể dựa trên ưu tiên phát hoặc chuyển tiếp, ví dụ các khung dịch vụ với CE-VLAN CoS 7 được chuyển tiếp trước các khung dịch vụ với CE-VLAN CoS 6. CoS cũng có thể được dùng phức tạp hơn với các chế độ DiffServ. Ví dụ CE-VLAN CoS 6 có chế độ DiffServ EF PHB, CE-VLAN CoS 5/4/3 có chế độ DiffServ AF PHB với CE-VLAN CoS 5 có khả năng bị hủy gói thấp hơn và CE- VLAN CoS 3 có khả năng bị hủy cao nhất. Ở trên, EF PHB và AF PHB là hai loại PHB (Per-Hop Behaviour), PHB là 6 bit giá trị được mã hóa thành 8 bit chứa trong trường DS (Differentiated Service – Phân hóa dịch vụ) trong tiêu đề của gói tin IP.

- Một dịch vụ Ethernet sử dụng CE-VLAN CoS để xác định lớp dịch vụ có thể bảo toàn hoặc không bảo toàn các bit CE-VLAN CoS của thuê bao tại UNI. Các dịch vụ cung cấp biên dịch nhãn VLAN có thể cung cấp một lớp dịch vụ với nhiều giá trị CE-VLAN CoS được gán cho cùng một lớp dịch vụ.

- Giá trị DiffServ/IP TOS: DiffServ hoặc IP TOS có thể được sử dụng để xác định lớp dịch vụ. IP TOS thường được sử dụng để cung cấp 8 lớp dịch vụ xác định độ ưu tiên của gói tin IP. Độ ưu tiên của gói tin IP tương tự như định nghĩa 802.1p trong 802.1Q khi CoS được cung cấp dựa trên ưu tiên chuyển tiếp hoặc phát. DiffServ định nghĩa các PHB cung cấp khả năng QoS thiết thực hơn khi so sánh với ưu tiên chuyển tiếp đơn giản của IP TOS và 802.1p. DiffServ và IP TOS sử dụng cùng trường (byte thứ 2) trong tiêu đề gói IP nhưng ý nghĩa của các bit là khác nhau. DiffServ cung cấp 64 giá trị khác nhau (gọi là các DSCP – DiffServ code point) có thể sử dụng để xác định lớp dịch vụ. DiffServ gồm EF PHB cho

dịch vụ trễ thấp, tổn thất gói thấp, AF PHB cho các dịch vụ không yêu cầu thời gian thực, CS (Class Selector – lựa chọn dịch vụ) cho phản hồi tương tích với IP TOS và chế độ mặc định DF (Default Forwarding) cho dịch vụ nỗ lực tối đa. Không giống như CE-VLAN CoS, DiffServ và IP TOS yêu cầu thiết bị mạng khách hàng và nhà cung cấp kiểm tra tiêu đề gói tin IP trong khung Ethernet để xác định giá trị DSCP hoặc TOS. Hầu hết các router và switch Ethernet hỗ trợ khả năng này ngoại trừ các thiết bị rẻ tiền. Nếu thiết bị không hỗ trợ kiểm tra DSCP trong tiêu đề gói tin thì chức năng ánh xạ giữa DiffServ, IP TOS và 802.1p phải được thực hiện bởi thiết bị có khả năng phân tích IP ở đầu hoặc cuối điểm dịch vụ để xác định CoS. Các switch chỉ cần có khả năng phân loại trường DiffServ/TOS trong tiêu đề gói tin IP. Có 64 tham số hiệu năng và lưu lượng có thể áp dụng cho thực hiện dựa trên DiffServ ví dụ các từng tham số CIR, CBS, EIR, EBS, trễ, jitter và tổn thất của 64 mức CoS được định nghĩa bởi các giá trị DiffServ. Thông thường 4 chuẩn DiffServ PHB có thể được thực hiện. Do đó có thể có 13 lớp dịch vụ (1 EF, 4AF, 7CS và 1 DF) được thực hiện. Giống như 802.1p, thực hiện dựa trên IP TOS có thể tạo ra 8 lớp dịch vụ.