RSVP đƣợc định nghĩa trong chuẩn RFC 2205. RSVP là một giao thức thiết lập dành riêng cho IP QoS. Nó hỗ trợ cả IPv4 và IPv6 và thích hợp cho cả multicast và unicast IP. Trong RSVP, tài nguyên đƣợc dành riêng cho mỗi một định hƣớng cụ thể.
Các trạm nguồn và đích trao đổi bản tin RSVP để thành lập phân lớp dịch vụ và trạng thái chuyển tiếp tại mỗi nút. Nguồn khởi tạo yêu cầu dành riêng nhƣng việc xác định các tài nguyên sẵn sàng và sự dành riêng thực tế bắt đầu từ đầu cuối thu. Trạng thái của tài nguyên dành riêng tại các node RSVP không cố định và đƣợc thay đổi một cách định kỳ.
RSVP không phải là một giao thức định tuyến. Các bản tin RSVP có hƣớng giống với hƣớng các gói IP đƣợc xác định bởi các bảng định tuyến trong các router IP. RSVP cung cấp một vài kiểu dành riêng. RSVP là một giao thức phức tạp. Do mỗi một nút trên tuyến phải giữ trạng thái dành riêng, với các mạng lớn, RSVP trở thành không thực tế, bởi khả năng mở rộng.
3.2.2 Hoạt động của RSVP
Một phiên RSVP thƣờng đƣợc định nghĩa bởi ba tham số sau: - Địa chỉ đích
- Nhận dạng giao thức - Cổng đích
Mạng InterSer IP
Host nguồn Host đích
PATH PATH PATH PATH
RESV RESV RESV RESV
Data Data Data Data
Hình 3.1: Hoạt động của RSVP
Hình 3.1 chỉ ra hoạt động của RSVP. Phía trạm phát gửi đi một bản tin PATH tới trạm đích với một luồng hay một “phiên”. Bản tin PATH bao gồm một chỉ thị luồng xác định cho luồng đó Khi bản tin PATH đi qua các router trên một tuyến, các router đăng ký nhận dạng luồng và chỉ thị luồng này, khi bản tin RESV tƣơng ứng tới từ trạm thu, các router tạo sự tƣơng ứng thích hợp giữa thông tin đƣợc chứa trong các bản tin PATH và RESV. Khi trạm thu nhận bản tin PATH, nó gửi một bản tin RESV. Bản tin RESV mang thông tin nguồn dành riêng. Các gói IP của luồng gửi đi theo hƣớng của bản tin PATH.
3.2.3 Các kiểu RSVP dành riêng
Có ba loại kiểu dành riêng đƣợc định nghĩa trong chuẩn RFC 2205 nhƣ đã chỉ ra trong hình 3.2. Điều khiển ngƣời gửi sẽ điều khiển lựa chọn những ngƣời gửi. Hai kiểu điều khiển ngƣời gửi đã đƣợc định nghĩa. Trong kiểu lựa chọn cụ thể, một dãy “ cụ thể” tất cả những ngƣời gửi đƣợc lựa chọn đƣợc chỉ ra. Trong lựa chọn bất kỳ, tất cả những ngƣời gửi đến phiên đều đƣợc lựa chọn.
Điều khiển chia sẻ điều khiển việc xử lý dành riêng cho những ngƣời gửi khác nhau trong cùng một phiên. Hai kiểu điều khiển chia sẻ đƣợc định nghĩa. Trong kiểu dành riêng riêng biệt, việc dành riêng đƣợc thực hiện cho mỗi đƣờng lên của ngƣời gửi. Trong kiểu dành riêng đƣợc chia sẻ, tài nguyên dành riêng đƣợc chia sẻ bởi nhiều đƣờng lên của các ngƣời gửi.
Lựa chọn ngƣời gửi
Sự dành riêng
Riêng biệt Chia sẻ
Toàn bộ Kiểu bộ lọc cố
định (FF)
Kiểu chia sẻ toàn bộ (SE)
Lựa chọn Không định nghĩa Kiểu bộ lọc lựa
chọn (WF)
Hình 3.2: Các kiểu dành riêng của RSVP
Người nhận 1
Đường chia sẻ dành riêng
ROUTER Các yêu cầu
dành riêng Người nhận N
Hình 3.3: Các ống chia sẽ được dành riêng
Nhƣ đã chỉ ra trong hình 3.2, có bốn sự kết hợp chia sẻ điều khiển và điều khiển lựa chọn ngƣời gửi có thể xảy ra. Tuy nhiên, một trong bốn sự kết hợp này chƣa đƣợc định nghĩa. Ba kiểu còn lại là kiểu Fixed – Filter, kiểu Shared – Explicit (SE) và kiểu Wildcard – Filter (WF).
Hình 3.3 chỉ ra một băng thông “pipe” đƣợc dành riêng đƣợc chia sẻ bởi nhiều ngƣời gửi.
3.2.4 Các ví dụ về IntSer
Để làm rõ hoạt động của RSVP trong IntSer chúng ta sẽ nghiên cứu một ví dụ sau. Giả sử có một nguồn truyền video về một sự kiện thể thao lớn trên mạng Internet. Phiên này đƣợc gán một địa chỉ multicast, và nguồn sẽ gán nhãn tất cả các gói tin đi ra với địa chỉ multicast đó. Cũng giả sử rằng một giao thức định tuyến multicast đã đƣợc thành lập để tạo ra một cây multicast từ ngƣời gửi tới bốn đầu nhận nhƣ trong hình dƣới. Con số bên cạnh mỗi điểm là tốc độ mà nó muốn nhận dữ liệu. Cũng giả sử rằng video đƣợc phân lớp và mã hóa để cung cấp sự không đồng nhất của phía ngƣời gửi.
Và RSVP hoạt động nhƣ ví dụ dƣới đây. Mỗi ngƣời nhận gửi một bản tin dành riêng reservation message lêm cây multicast. Bản tin reservation message này xác định tốc độ của mà phía nhận muốn để nhận dữ liệu từ nguồn. Khi bản tin reservation message đến router, router điều chỉnh bộ lập lịch gói của nó để tạo ra sự dành riêng. Tiếp theo nó gửi một sự dành riêng đi lên. Tổng số băng thông sành riêng đi lên từ router này tùy thuộc vào băng thông đã dành riêng ở đƣờng xuống. Trong ví dụ này, phía nhận gồm có R1, R2, R3, và R4 dành 10Kbps, 100Kbps, 3Mbps, và 3Mbps. Do
vậy đƣờng xuống của router D yêu cầu tối đa 3Mbps. Do là truyền dẫn một tới nhiều, router D gửi một bản tin dành riêng tới router B yêu cầu router B dành riêng 3Mbps trên đƣờng link giữa hai router. Chú ý rằng 3Mbps đƣợc dành riêng mà không phải là 3+3=6Mbps; bởi lý do này phía nhận R3và R4 cùng xem một sự kiện thể thao nhƣ nhau, do vậy sự dành riêng có thể đƣợc gộp lại. Tƣơng tự, router C yêu cầu router B dành riêng 100Kbps trên đƣờng link giữa router B và C; mã hóa theo lớp đảm bảo rằng bộ nhận của R1 với tốc độ 20Kbps đã nằm trong đƣờng xuông 100Kbps. Router B nhận reservation message từ đƣờng xuống của nó và truyền reservation vào bộ lập lịch của nó, nó gửi một bản tin reservation message mới vào đƣờng lên của nó để tới router A. Bản tin này yêu cầu dành riêng 3Mbps băng thông giữa đƣờng link A và B,
đây cũng là băng thông tối đa của đƣờng dành riêng đi xuống.
R1: 20 Kbps ` Nguồn C ` R1: 100 Kbps ` A B D ` ` R1: 3 Kbps R1: 3 Kbps Hình 3.4: Ví dụ 1 về RSVP trong IntSer
Ở ví dụ trên loại RSVP sử dụng đƣợc gọi là receiver-oriented (hƣớng phía nhận), ở đó, phía nhận dữ liệu khởi tạo và duy trì tài nguyên dành riêng cho luồng đó. Chú ý rằng mỗi router nhận một reservation message từ đƣờng xuống của nó trong cây multicast và gửi đi chỉ một reservation message theo đƣờng lên.
Người gửi/ Người nhận Người gửi/ Người nhận ` Người gửi/ Người nhận ` ` A B D Người gửi/ Người nhận `
Hình 3.5: Ví dụ 2 về RSVP trong IntSer
Xét ví dụ khác, giả sử rằng bốn ngƣời tham gia một hội nghị truyền hình. Mỗi ngƣời có ba cửa sổ trên màn hình để nhìn ba ngƣời khác. Giả sử rằng giao thức định tuyến đã thành lập cây multicast giữa bốn host nhƣ hinh dƣới đây. Mỗi ngƣời muốn nhìn thấy từng video ở tốc độ 3Mbps. Bởi vậy tại mỗi đƣờng link của cây multicast, RSVP sẽ dành 9Mbps theo một hƣớng và 3Mbps theo hƣớng ngƣợc lại. Ở đây RSVP không gộp các danh riêng trong ví dụ này, mỗi ngƣời muốn nhận ba luồng streaming riêng biệt.
Ví dụ về RSVP Reservation Style
Tiếp theo chúng ta sẽ xem xét cac vài ví dụ về ba loại dành riêng trong RSVP. Trong hình 3.6, một router có hai cổng vào, gán nhãn A và B và hai cổng ra gán nhãn C và D. Phiên multicast nhiều tới nhiều có ba sender – S1 và S2, và S3; có ba receiver
là R1, R2 và R3. Cổng D nối với một mạng LAN.
A C S1 R1 D S2,S3 R2 B R3 Hình 3.6: Ví dụ về RSVP Style
Giả sử tất cả các receiver đều sử dụng dàng riêng wildcard-filter. Nhƣ hình 3.7, các receiver R1, R2, R3 muốn dành 4b, 3b, và 2b với b là tốc độ bit. Trong trƣờng hợp này, router dành 4b cho cổng C và 3b cho cổng D. Bởi vì kiểu dành riêng wildcard-filter, hai dành riêng từ R2 và R3 gộp lại với nhau vào cổng D. Yêu cầu dành riêng nào lớn hơn sẽ đƣợc sử dụng mà không phải là tổng số của hai dành riêng. Khi đó router sẽ gửi một reservation message lên cổng A và reservation message còn lại lên cổng B; mỗi reservation message yêu cầu là 4b.
Phía gửi Phía nhận
A:4b B:4b 4b 4b 2b 3b 3b
Hình 3.7: Dành riêng Wildcard filter
Bây giờ giả sử rằng tất cả các receiver sử dụng dành riêng fixed-filter. Nhƣ hình 3.8, R1 muốn dành 4b cho S1 và 5b cho S2; cũng nhƣ trong hình là yêu cầu dành
riêng từ R2 và R3. Bởi vì theo kiểu fixed-filter, các router dành hai luồng mà băng thông không ghép đƣợc với nhau đi vào cổng C: một luồng là 4b cho S1 và luồng khác là 5b cho S2. Tƣơng tự router sẽ dành hai luồng riêng đi vào cổng D: một luồng là 3b cho S1 (giá trị lớn nhất giữa b và 3b) và một luồng b cho S3. Trên cổng A, router gửi một thông báo với một dành riêng là 4b cho S1 (giá trị lớn nhất giữa 3b và 4b). Trên cổng B, router gửi một thông báo với một thông báo dàng riêng 5b cho S2 và b cho S3.
Phía gửi Phía nhận
A:S1(4b) B:S2(5b), S3(b) S1(3b) S2(5b) S1(3b) S3(b) S1(4b), S2(5b) S1(3b), S3(b) S1(b)
Hình 3.8: Dành riêng fixed filter
Cuối cùng, giả sử tất cả các receiver sử dụng dành riêng shared-explicit. Nhƣ hình 3.9, R1 muốn một luồng 1b để chia sẻ giữa S1 và S2; R2 muốn một luồng 3b để chia sẻ giữa S1 và S3; R3 muốn một luồng 2b cho S2. Với shared-explicit, dành riêng từ R2 và R3 đƣợc ghép laị tại cổng D. Chỉ có một luồng dành riêng trên cổng D có tốc độ 3b. RSVP dành cho cổng B một luồng 3b để chia sẻ cho S2 và S3; chý ý rằng 3b là tốc độ xuồng lớn nhất dành riêng cho S2 và S3.
Phía gửi Phía nhận
A:S1(3b) B(S2,S3)(3b) (S1,S2) (4b) (S1,S2,S3) (3b) (S1,S2) (4b) (S1,S3) (3b) (S2)b (2b) Hình 3.9: Dành riêng Shared-explicit 3.2 Các dịch vụ phân biệt
Phần này trình bày các vấn đề sau:
- Kiến trúc các dịch vụ phân biệt (DiffServ) - Đánh dấu gói DiffServ
- Các điểm mã DiffServ (DSCP‟s) - Thực hiện theo từng chặng (PBH)
Ở DiffServ, các luồng lƣu lƣợng riêng biệt không đƣợc tách biệt mà đƣợc tổ hợp lại thành một số lớp lƣu lƣợng. Trong DiffServ, các băng thông và các tài nguyên mạng khác đƣợc cấp phát cho các lớp lƣu lƣợng đƣợc tổ hợp mà không dành cho các luồng riêng. Trọng tâm chính của DiffServ là dựa trên miền DS mà không phải là các đƣờng đi end to end của gói tin.
Thuật ngữ “DiffServ” mô tả toàn bộ xử lý lƣu lƣợng của khách hàng cùng với một mạng của nhà cung cấp dịch vụ và định nghĩa dịch vụ mà khách hàng có thể trông đợi từ nhà cung cấp dịch vụ, ví dụ một nhà cung cấp Internet (Internet Service Provider-ISP). Một dịch vụ DiffServ đƣợc định nghĩa dựa theo thỏa thuận mức dịch vụ (Service Level Agreement - SLA) giữa một khách hàng (ví dụ, một ứng dụng khách hàng có thể nhƣ VoIP, TCP, vv…) và một mạng của nhà cung cấp dịch vụ DiffServ.
Các gói của user SLA Hàng đợi PHB . . . . . . Cổng ra DSCP 3 DSCP 2 DSCP 1 Giao tiếp User-Network Phân loại gói BA . . . . . . . . . Lập lịch gói IP Router
Hình 3.10: Các bước của DiffServ
Một DiffServ đƣợc định nghĩa trong thuật ngữ của các tham số mà khách hàng hiểu nhƣ thỏa thuận điều kiện lƣu lƣợng (Traffic Condition Ageement - TCA), các hồ sơ lƣu lƣợng (ví dụ, các tham số gáo rò), thông số hiệu năng (ví dụ thông lƣợng, trễ, ƣu tiên rớt gói), bằng cách đó các gói không đƣợc cấu hình sẽ bị xử lý, và thêm vào đánh dấu và định dạng của lƣu lƣợng.
Hình 3.10 chỉ ra các bƣớc cơ bản trong việc cung cấp các dịch vụ DiffServ. Các gói khách hàng đến tại router có đánh dấu (hoặc không) DSCP. Router kiểm tra DSCP của các gói và phân lớp các gói bằng phƣơng thức Behavior Aggregation (BA).
3.2.2 Cấu trúc DiffServ
Nhìn chung, một miền trong mạng IP thƣờng tƣơng ứng với một khu vực địa lý có rang giới xung quanh và có một chính sách nhất định hoặc khả năng có thể thực hiện đƣợc. Một miền IP là một mạng IP mà chịu sự điều khiển của một nhà quản lý có thẩm quyền. Một miền IP có thể bao gồm một vài mạng, mà phân tán về mặt địa lý nhƣng cùng đƣợc quản lý bởi một nhà quản trị.
Miền IP
Miền không DS Miền không DS
Hình 3.11: Miền IP
Miền DS Mạng con
Mạng con
Mạng con
Hình 3.12: Một miền DS và các mạng con
Một mạng IP có thể coi là một DS, nếu nó có khả năng cung cấp DiffServ. Một miền IP có thể có một phần là DS và một phần không phải DS. Một miền DS là một phần có chức năng DS của miền IP. Hình 3.11 minh họa một miền IP mà bao gồm cả miền DS và không phải miền DS.
Luồng lưu lượng
Miền DS
Node vào Node trong
Node
trong Node ra
Hình 3.13: Miền DiffServ
End to End Diffserv
Các luồng
lưu lượng Vùng DS
Miền DS 1 Miền DS 2
End User SLA
End User
Hình 3.14: Vùng DS
Hình 3.13 chỉ ra một miền DS và các phần tử chính của nó. Thuật ngữ khóa đƣợc sử dụng trong việc mô tả cấu trúc DS đã đƣợc định nghĩa trong chuẩn RFC
Version 4 bit IHL 4 bit Type of Service (TOS) 8bit Total length 16 bit Identification 16 bit Flags 4 bit Fragment Offset 12 bit
TTL (8 bit) Protocol (8bit) Header Checksum (16 bit)
Source addres (32 bit) Destination address (32 bit)
IP Option Tải Trọng
Nhƣ một miền IP có đƣờng bao, một miền DS phân ranh giới bởi một đƣờng bao DS. Một node DS mà đƣợc định vị tại đƣờng bao DS đƣợc đƣa ra nhƣ một node đƣờng bao DS; và một node DS ở bên trong miền DS, một node bên trong DS. Các node bao DS thực hiện các chức năng cụ thể tất nhiên đƣợc yêu cầu nhƣ giám sát lƣu lƣợng.
Hình 3.14 chỉ ra một vùng DS. Một vùng DS bao gồm một hoặc nhiều hơn các miền DS tiếp giáp phụ thuộc các quyền hạn hành chính khác. Vì thế, một vùng DS có thể cung cấp DiffServ qua các tuyến IP mở rộng qua các mạng dƣới nhiều quyền hạn.
Nhìn chung, các miền DS riêng biệt hoạt động với chính sự giám sát của chúng và PHB, mỗi miền DS có thể sử dụng DSCP của riêng nó. Để cung cấp DiffServ qua một vùng DS, các miền DS peering phải thiết lập một SLA tại giao diện giữa các miền DS.
3.2.3 Đánh dấu gói DiffServ
DiffServ sử dụng trƣờng Kiểu dịch vụ (ToS) của tiêu đề Ipv4 và trƣờng lớp lƣu lƣợng (TC) của tiêu đề IPv6 cho đánh dấu các gói. Khi các router IPv4 và IPv6 hoạt động theo một phƣơng thức thông thƣờng và không nhận ra DiffServ, trƣờng ToS và TC đƣợc sử dụng nhƣ mới đƣợc sử dụng lần đầu.
IP Header 24 byte
Hình 3.15: IPv4 Header 24 byte
Khi các router IPv4 và IPv6 giống nhau hỗ trợ DiffServ và hoạt động nhƣ một node DS, các trƣờng ToS và TC đƣợc ghi đè và đƣợc định nghĩa lại nhƣ các tiêu đề IP.
3.2.3.1 Đánh dấu gói trong các router thông thường
Hình 3.16 chỉ ra tiêu đề IPv4 mà bao gồm trƣờng 8 bit đƣợc đƣa ra nhƣ trƣờng ToS. Trong một router thông thƣờng (ví dụ nhƣ router non-DiffServ) 8 bit của trƣờng ToS đƣợc định nghĩa theo chuẩn RFC 791 nhƣ trong bảng 3.4 và 3.5. Ba bit đầu tiên (bit 0, 1, 2) của các trƣờng ToS đƣợc dành cho các bit ƣu tiên IP. Bảng 3.4 chỉ ra thiết lập bit ƣu tiên IP và các kiểu lƣu lƣợng tƣơng ứng.
RFC 791 chỉ rõ rằng việc thiết kế ƣu tiên điều khiển mạng („111‟) đƣợc sử dụng cùng với duy nhất một mạng riêng; và thiết kế điều khiển liên mạng („110‟) chỉ bằng những ngƣời khởi tạo điều khiển gateway.
Precedence 3 bit D 1 bit T 1 bit R 1 bit 0 1 bit 0 1 bit
Hình 3.16: Trường TOS trong IPv4 header
Version 4 bit Traffic Class 8 bit Flow Label 20 bit Payload Length 16 bit Next Header 8 bit Hop limit 8 bit Source Addess (128 bit)
Destination Addess (128 bit)
Hình 3.17: IPv6 Header 48 byte
Ba bit tiếp theo (bit 3, 4, 5) của trƣờng ToS định nghĩa các đặc điểm thực hiện