DiffServ dựa trên một khung kiến trúc nhận dạng các thực thể liên quan tới việc đảm bảo dịch vụ trên mạng IP. Mục đích của việc đưa ra dịch vụ Diffserv để nhằm đạt được tính linh động do kiến trúc ở trên gặp khó khăn khi chỉ áp dụng được cho những mạng có số các luồng dữ liệu là nhỏ. Mô hình được hướng tới dịch vụ biên-biên ngang qua một vùng với mức thỏa thuận dịch
vụ thích hợp giả thiết đặt chúng ở đúng biên của vùng. Các mức phân biệt dịch vụ sẽ yêu cầu hợp đồng giữa các nhà cung cấp gần kề.
Các mạng IP chuyển giao các gói với loại dịch vụ được biết đến như là “Best – Effort”. Không có sự định lượng cố định trong định nghĩa của nó và các gói có cùng độ trễ xử lý khi truyền qua mạng. Sự phát triển của lưu lượng gói tiếng nói và video truyền qua mạng yêu cầu các mức dịch vụ khác nhau cho lưu lượng gói. Gần đây các nguyên nhân kinh tế làm nảy sinh nhu cầu phân biệt lưu lượng và một số phương pháp thực hiện phân biệt lưu lượng trong các mạng IP
Điều khiển tài nguyên QoS
QoS cung cấp phương thức để một số gói được xử lý tốt hơn các gói khác. Điều này dẫn tới việc thực thể nào quyết định các mức QoS được nhận. Một khả năng là cho phép người dùng cuối đánh dấu các gói của họ để quyết định gói nào nhận QoS tốt nhất. Mặc dù điều này có lợi thế là người dùng biết được gói nào là “quan trọng nhất”, nhưng rõ ràng không thể thực hiện được khi sự mong muốn của người dùng không phản ánh mong muốn của thực thể thanh toán chi phí, và người dùng cuối không biết được mô hình mạng hiện tại có thể thêm vào các gói của mức QoS hay không. Hơn nữa, một người dùng cuối có thể không biết loại QoS nào là thích hợp cho cuộc gọi thoại hay truyền file.
QoS phải được cấp phát linh hoạt chính sách và quyền ưu tiên. Mỗi yêu cầu mới đối với QoS phải được đánh giá cả trên phương diện chính sách lẫn sự cấp phát hiện tại.
Mục tiêu của QoS trên mạng IP
QoS không thể tạo ra thêm băng thông. Mục tiêu của QoS là chất lượng xử lý tùy thuộc vào mỗi gói truyền qua mạng. Vì vậy khi một vài gói nhận được xử lý tốt hơn thì các gói khác sẽ nhận được xử lý xấu hơn. Một kiến trúc QoS phù hợp phải cung cấp các phương tiện để chỉ rõ các mục tiêu thực hiện đối với các loại gói khác nhau.
Trong mạng Internet hiện nay các nhà cung cấp dịch vụ đưa ra một hợp đồng mức dịch vụ bao gồm mức chất lượng mà khách hàng có thể nhận được đối với loại lưu lượng (hoặc “Best-Effort”) mà họ hiện sử dụng.
Kỹ thuật điện thoại gói làm việc tốt với các mức dịch vụ khác nhau, một yêu cầu băng thông nhỏ nhưng mức độ biến động trễ điều khiển lớn là thiết thực khi xảy ra tắc nghẽn.
Cơ chế cơ bản cho đƣờng dẫn chuyển tiếp
Cơ sở hạ tầng mạng phải có khả năng phân biệt các gói thông qua phương thức phân loại thì mới đưa ra được các xử lý khác nhau đối với các gói khác nhau. Các gói riêng lẻ được sắp xếp vào hàng các như là kết quả của sự phân loại, quản lý việc xử lý khác nhau, cũng như cung cấp phương tiện đo đạc, giám sát và quy định lưu lượng để đạt được các yêu cầu mức QoS khác nhau. Tất cả điều này có thể được thực thi thông qua các cơ chế trong đường chuyển tiếp gói. Có nhiều luồng gói yêu cầu xử lý QoS khác nhau, nhưng số lượng cách thức mà một gói có thể được xử lý trong đường chuyển tiếp là giới hạn, tổng số các luồng riêng tùy thuộc vào xử lý chuyển tiếp gói; dẫn tới giảm bớt trạng thái và độ phức tạp.
Tất cả các cơ chế bên trong đường dẫn chuyển tiếp thực thi ở tốc độ cao là rất cần thiết cho nhu cầu đối với QoS trên các đường dẫn chuyển tiếp tốc độ cao. Hơn nữa các cơ chế của đường chuyển tiếp phải được tập hợp dễ dàng mà không làm phát sinh các vấn đề phụ.
Xây dựng dịch vụ đầu cuối-đầu cuối
Đối với mỗi mạng độc lập của Internet thì việc truy cập tới QoS phải được cấp phát ở mức độ cục bộ. Tuy nhiên, một vùng không thể cấp phát nguồn tài nguyên của vùng khác. Mục tiêu cuối cùng là cung cấp QoS đầu cuối-đầu cuối ngang qua vùng QoS.
Hướng kết nối hoặc hướng cuộc gọi là một phương pháp QoS đầu cuối- đầu cuối. Đối với hướng kết nối, một đường riêng được thiết lập giữa các điểm đầu cuối của một cuộc hội thoại và nguồn tài nguyên được dành trước dọc theo đường dẫn này. Nếu nguồn tài nguyên không sẵn có dọc theo toàn bộ đường dẫn, kết nối bị từ chối. Đây là phương pháp điện thoại chuyển mạch kênh áp dụng cho mạng IP. Các kết nối ràng buộc tài nguyên, yêu cầu trạng thái cho mỗi kết nối, có báo hiệu ở đầu cuối kết nối, và không tăng thêm khả năng triển khai và khả năng biến đổi. Điều này vi phạm rất nhiều nguyên tắc cơ bản mà mạng IP được xây dựng để dẫn đến thành công của nó. Đối với phương pháp hướng cuộc gọi, đưa ra mô hình đám mây. Khi quyết định cấp phát tài nguyên trong phạm vi mỗi đám mây, các vấn đề bên ngoài đám mây chỉ là hoạt động ngang qua ranh giới với các đám mây gần kề. Lưu lượng gói được phân loại thành lưu lượng tổng dựa trên các quy tắc cục bộ và đặc tính lưu lượng tổng được kiểm tra ở phần ranh giới mạng. Một số quy tắc cần thiết cho việc chấp nhận lưu lượng vào/ra khi ngang qua ranh giới. Nếu mỗi đám mây phân loại tất
cả các yêu cầu QoS của nó thành các tổng chuyển tiếp khác nhau, thì lưu lượng gói ngang qua ranh giới chỉ cần được phân loại, giám sát trên số lượng tổng này vì vậy chỉ cần một số lượng nhỏ trạng thái. Phương pháp này di chuyển hầu như tất cả công việc ranh giới đám mây và chỉ giữ trạng thái liên quan tới luồng gói giữa hai đám mây bất kỳ.
Ngược lại với Intserv là Diffserv dựa trên từng luồng dữ liệu, nó phân loại các gói thành một số lượng không lớn các tập (gọi là các lớp) và do đó đạt được hiệu quả cho các mạng lớn. Các chức năng đơn giản được thực hiên tại router lõi, trong khi các chức năng phức tạp được triển khai tại các router biên. Tính linh động rất là cần thiết vì dịch vụ mới có thể xuất hiện và một số dịch vụ trở lên lỗi thời. Do đó Diffserv không cần thiết phải xác định dịch vụ như Intserv, thay vào đó, nó cung cấp các thành phần chức năng mà trên đó dịch vụ có thể được xây dựng. Một gói được gửi đi và mạng mà không đề cập gì đến dịch vụ và mạng sẽ xác định luồng và cung cấp dịch vụ thích hợp. Việc thông tin giữa người dùng và dịch vụ sẽ nằm trong Bản Thỏa Thuận dịch vụ (SLA) và giàn xếp giữa một luồng xác định trước với Bản Thỏa Thuận về Lưu Lượng. Việc xác định SLA sẽ được cung cấp bao nhiêu tài nguyên sẽ được cấu hình tay. Kiến trúc Diffserv bao gồm hai tập các thành phần chức năng:
- Tại biên của mạng, việc phân loại và điều khiển lưu lượng được thực hiện và các gói được phân vào các lớp;
- Tại lõi, một cơ chế phân loại đơn giản được thực hiện. Cơ chế hàng đợi dựa trên lớp được áp dụng.
DiffServ tiếp cận theo hướng xử lý QoS tại các hop (PHB) mà không phải dựa trên luồng như Intserv. Trong mô hình Diffserv, các gói đến từ các nguồn khác nhau thuộc cùng lớp (class) sẽ được phép đi chung trên một luồng, luồng này sẽ được đánh dấu mức ưu tiên dùng trường ToS trong IPV4 hay trường traffic-class trong IPV6. Diffserv được đề cập trong RFC 2474 và RFC 2475
Tại biên của mạng, các gói đi vào được đánh dấu thông qua một quá trình phân loại phức tạp (thông qua một số luật được định nghĩa trước trong TCA). Việc đánh dấu bao gồm thiết lập một vài bít còn được gọi là bít của “trường phân biệt dịch vụ” (Trường DS) của tiêu đề gói (của trường Type – Of – Service trong IP v4). Đánh dấu của một gói cũng được gọi là PHB (cách ứng xử tại mỗi nút). Trường DS được dùng thay cho các định nghĩa trước như ToS (loại dịch vụ trong IPv4) và trường lớp lớp lưu lượng của IPv6 . Trường DS là
6 bít cao nhất của những trường trên và bao gồm thành phần đánh dấu hay (mã dịch vụ DS DSCP).
Trường DSCP được mã hóa PHB và đưa vào gói. Sau khi được phân loại và đánh dấu, thành phần quy định lưu lượng được áp dụng, cũng tại biên của mạng. Chức năng đo cũng được thực hiện để đo tính chất thời gian của luồng được phân loại (hoặc thường là một tập) và thông qua so sánh với profile lưu lượng được thỏa thuận, xác định xem gói đó có thuộc profile hay không:
- Nếu như gói đó nằm ngoài profile sẽ được đặt trong hàng đợi cho đến khi nó nằm trong profile và sau đó được chuyển tiếp, hoặc chúng có thể bị hủy hay được đánh dấu lại…
- Nếu như gói nằm trong profile được chuyển tiếp mà không thay đổi nhưng trong một vài trường hợp, chúng có thể được đánh dấu lại (nếu chúng đi vào một vùng Diffserv sử dụng ánh xá PHB và DSCP khác).
Thiết bị đo lấy thông tin từ các thiết bị phân loại và hoạt động dựa gần đúng trên các thiết bị đánh dấu, hiệu chỉnh và hủy. Việc đánh dấu gói trong hay ngoài prffile, quyết định đánh dấu, loại bỏ, đánh dấu lại…không được quy định trong Diffserv, Diffserv chỉ cung cấp sườn và kiến trúc để linh động cung cấp tập các dịch vụ cho người dùng.
Cơ chế hàng đợi được áp dụng cho chức năng chính của thành phần lõi để cung cấp PHB thỏa thuận cho một lớp. Router thực hiện cơ chế phân loại đơn giản thông qua trường DSCP, sau đó nó được ánh xạ qua PHB. Ghi nhớ rằng PHB được áp dụng dựa trên đánh dấu và không quan tâm đến cặp trạng thái. PHB không liên quan tới bất kỳ cơ chế nào về bộ đệm, hay chính sách áp dụng cho một liên kết mà nó định nghĩa ứng xử hoặc dịch vụ trên mỗi nút. Diffserv không định nghĩa dịch vụ, chỉ có PHBs. Kết quả của việc áp dụng điều khiển lưu lượng tại router biên và PHBs qua các lớp trong lõi là dịch vụ cung cấp đầu cuối cho một luồng (hoặc một tập).