b) Chế độ hoạt động tế bào MPLS
3.5.1 Khái niệm về chất lợng dịch vụ
Khuyến nghị của CCITT là E800 đa ra một tính chất chung của QoS: ” Hiệu ứng chung của đặc tính chất lợng dịch vụ là xác định mức độ hài lòng của ngời sử dụng đối với dịch vụ”.
Khuyến nghị ETR300 003 của ETSI chia và cải tiến định nghĩa của ITU thành các định nghĩa nhỏ hơn, nó phù hợp với các yêu cầu và quan điểm của các nhóm khác nhau trong viễn thông. Các định nghĩa đó là:
o Yêu cầu QoS của ngời sử dụng/khách hàng.
o Đề nghị QoS của nhà cung cấp dịch vụ.
o Việc thực hiện QoS bởi các nhà cung cấp dịch vụ.
o Sự cảm nhận QoS của nguời sử dụng/khách hàng.
o Yêu cầu QoS của nhà cung cấp dịch vụ.
Nh vậy một cách tổng quát QoS mang ý nghĩa là “khả năng của mạng đảm bảo và duy trì các mức thực hiện nhất định cho mỗi ứng dụng theo nh các yêu cầu đã đợc chỉ rõ của mỗi ngời sử dụng”. Một ý trong định nghĩa này chính là chìa khoá để hiểu đợc QoS là gì từ góc nhìn của nhà cung cấp dịch vụ mạng. Nhà cung cấp dịch vụ mạng đảm bảo QoS cung cấp cho ngời sử dụng, và thực hiện các biện pháp để duy trì mức QoS khi điều kiện mạng bị thay đổi vì các nguyên nhân nh nghẽn, hỏng hóc thiết bị hay lỗi liên kết, v..v. QoS cần đợc cung cấp cho mỗi ứng dụng để ngời sử dụng có thể chạy ứng dụng đó, và mức QoS mà ứng dụng đòi hỏi chỉ có thể đợc xác định bởi ngời sử dụng, bởi vì chỉ ngời sử dụng mới có thể biết đợc chính xác ứng dụng của mình cần gì để hoạt động tốt. Tuy nhiên, không phải ngời sử dụng tự động biết đợc mạng cần phải cung cấp những gì cần thiết cho ứng dụng, họ phải tìm hiểu các thông tin cung cấp từ ngời quản trị mạng và chắc chắn rằng, mạng không thể tự động đặt ra QoS cần thiết cho một ứng dụng của ngời sử dụng.
Các nhà cung cấp dịch vụ mạng đa ra thông tin đặc tả về giá trị thực tế của các thông số QoS theo một trong hai cách sau. Với môi trờng kênh ảo cố định (PVC: Permanent Virtual Circuit), các giá trị của các tham số QoS có thể chỉ đơn giản đợc ghi bằng văn bản và trao lại cho đại diện của nhà cung cấp dịch vụ mạng. và khách hàng với nhà cung cấp dịch vụ thoả thuân với nhau về cách thức sử dụng. QoS có hiệu lực trên PVC khi PVC sẵn sàng. Với môi trờng kênh ảo chuyển mạch (SVC: Switched Virtual Circuit), các giá trị của thông số QoS đợc gửi cho nhà cung cấp dịch vụ trong bản tin báo hiệu thiết lập cuộc gọi, nó là một phần của giao thức báo hiệu đợc sử dụng để cung cấp dịch vụ chuyển mạch trên mạng. Cả hai phơng pháp đều đợc sử dụng trong mạng. Phơng pháp PVC cho phép QoS đợc cung cấp trong một miền lớn hơn, trong khi phơng pháp SVC đòi hỏi QoS trên một kết nối cho trớc và đợc thiết lập liên tục.
Nếu một mạng đợc tối u hoàn toàn cho một loại dịch vụ, thì ngời sử dụng ít phải xác định chi tiết các thông số QoS. Ví dụ, với mạng PSTN, đợc tối u cho thoại, không cần phải xác định băng thông hay trễ cần cho một cuộc gọi. Tất cả các cuộc gọi đều đợc đảm bảo QoS nh đã đợc quy định trong các chuẩn liên quan cho điện thoại. Đảm bảo chất lợng mạng trong một môi trờng dịch vụ hợp đồng thờng đợc biểu hiện theo hình thức thoả thuận mức dịch vụ (SLA: Service Level Agreement) đợc thiết lập giữa khách hàng và nhà cung cấp dịch vụ. SLA có thể là một phần của hợp đồng dịch vụ hay là một tài liệu độc lập hoàn toàn. SLA đa ra các yêu cầu của khách hàng và các hình phạt đối với nhà cung cấp trong trờng hợp xảy ra sự cố. SLA cũng cung cấp một phơng pháp thuận tiện cho khách hàng để so sánh các dịch vụ do các nhà cung cấp dịch vụ khác nhau đa ra.
Vậy trong tất cả những điều đã nêu về phân cấp QoS, đảm bảo chất lợng và SLA, điều nào phải đợc thực hiện các dịch vụ thời gian thực trên môi trờng IP ví dụ nh VoIP? Vấn đề là bản chất định hớng 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 đợc quản lý . Thuật ngữ đợc quản lý ở đây là bất cứ cái gì mà nhà cung cấp dịch vụ quản lý thay mặt cho khách hàng.
3.5.2 Dịch vụ tích hợp (IntServ)
Đứng trớc nhu cầu ngày càng tăng trong việc cung cấp các dịch vụ thời gian thực (thoại, Video) và băng thông cao (đa phơng tiện) dịch vụ tích hợp IntServ đã ra đời. Đây là sự phát triển của mạng IP nhằm đồng thời cung cấp dịch vụ truyền thống nỗ lực tối đa và các dịch vụ thời gian thực (minh hoạ trên hình 3.37). Động lực thúc đẩy mô hình này chủ yếu do những lý do cơ bản sau đây:
o Dịch vụ nỗ lực tối đa không còn đủ tốt nữa: ngày càng có nhiều ứng
dụng khác nhau có những yêu cầu khác nhau về đặc tính lu lợng đợc triển khai, đồng thời ngời sử dụng ngày càng yêu cầu cao hơn về chất l- ợng dịch vụ.
o Các ứng dụng đa phơng tiện cả gói ngày càng xuất hiện nhiều: mạng IP
phải có khả năng hỗ trợ không chỉ đơn dịch vụ mà phải hỗ trợ tích hợp đa dịch vụ của nhiều loại lu lợng khác nhau từ thoại, số liệu đến Video.
o Tối u hoá hiệu xuất sử dụng mạng và tài nguyên mạng: đảm bảo hiệu
quả sử dụng và đầu t. Tài nguyên mạng sẽ đợc dự trữ cho lu lợng có độ u tiên cao hơn, phần còn lại sẽ dành cho số liệu nỗ lực tối đa.
o Cung cấp dịch vụ tốt nhất: mô hình dịch vụ IntServ cho phép nhà cung
cấp mạng cung cấp đợc dịch vụ tốt nhất khác biệt với các nhà cung cấp cạnh tranh khác.
Hình 3.37 : Mô hình dịch vụ tích hợp
Trong mô hình này có một số thành phần tham gia nh sau:
o Giao thức thiết lập: Setup cho phép các máy chủ và các router dự trữ
động tài nguyên trong mạng để xử lý các yêu cầu của các luồng lu lợng riêng, RSVP, Q.2931 là một trong những giao thức đó.
o Đặc tính luồng: xác định chất lợng dịch vụ QoS sẽ cung cấp cho luồng
riêng biệt. Luồng đợc định nghĩa nh một luồng các gói từ nguồn đến đích có cùng yêu cầu về QoS. Về nguyên tắc có thể hiểu đặc tính luồng nh băng tần tối thiểu mà mạng bắt buộc phải cung cấp để đảm bảo QoS cho luồng yêu cầu.
o Điều khiển lu lợng: trong các thiết bị mạng (máy chủ, router, chuyển
mạch) có thành phần điều khiển và quản lý tài nguyên mạng cần thiết để hỗ trợ QoS theo yêu cầu. Các thành phần điều khiển lu lợng này có thể đợc khai báo bởi giao thức báo hiệu nh RSVP hay nhân công. Thành phần điều khiển lu lợng bao gồm:
Điều khiển chấp nhận: xác định thiết bị mạng có khả năng hỗ trợ
QoS theo yêu cầu hay không;
Thiết bị phân loại (Classifier): nhận dạng và lựa chọn lớp dịch vụ dựa
trên nội dung của một số trờng nhất định trong mào đầu gói;
Thiết bị lập lịch (Scheduler): cung cấp các mức chất lợng dịch vụ
QoS trên kênh ra của thiết bị mạng.
Các mức chất lợng dịch vụ cung cấp bởi IntServ bao gồm:
o Dịch vụ bảo đảm GS: băng tần dành riêng, trễ có giới hạn và không bị
thất thoát gói tin trong hàng. Các ứng dụng cung cấp thuộc loại này có thể kể đến: hội nghị truyền hình chất lợng cao, thanh toán tài chính thời gian thực,... ứng dụng Phân loại Lập lịch Setup Data Setup Phân loại Lập lịch Giao thức định tuyến/Databa se Điều khiển chấp nhận/cư ỡng bức IP Data
o Dịch vụ kiểm soát tải CL: không đảm bảo về băng tần hay trễ nhng khác nỗ lực tối đa ở điểm không giảm chất lợng một cách đáng kể khi tải mạng tăng lên. Phù hợp cho các ứng dụng không nhạy cảm lắm với độ trễ hay mất gói nh truyền multicast audio/video chất lợng trung bình.
o Dịch vụ nỗ lực tối đa.
3.5.3 Dịch vụ DiffServ
Việc đa ra mô hình IntServ đã có vẻ nh giải quyết đợc nhiều vấn đề liên quan đến QoS trong mạng IP. Tuy nhiên trên thực tế, mô hình này không thực sự đảm bảo đợc QoS xuyên suốt (End-to-end). Đã có nhiều cố gắng để thay đổi điều này nhằm đạt đợc một mức QoS cao hơn cho mạng IP và một trong những cố gắng đó là sự ra đời của DiffServ. DiffServ sử dụng việc đánh dấu gói và xếp hàng theo loại để hỗ trợ các dịch vụ u tiên qua mạng IP. Hiện tại IETF đã có một nhóm làm việc DiffServ để đa ra các tiêu chuẩn RFC về DiffServ.
Nguyên tắc cơ bản của DiffServ nh sau:
o Định nghĩa một số lợng nhỏ các lớp dịch vụ hay mức u tiên. Một lớp
dịch vụ có thể liên quan đến đặc tính lu lợng (băng tần min- max, kích cỡ burst, thời gian kéo dài burst..).
o Phân loại và đánh dấu các gói riêng biệt tại biên của mạng vào các lớp
dịch vụ.
o Các thiết bị chuyển mạch, router trong mạng lõi sẽ phục vụ các gói theo
nội dung của các bít đã đợc đánh dấu trong mào đầu của gói.
o Với nguyên tắc này, DiffServ có nhiều lợi thế hơn so với IntServ:
o Không yêu cầu báo hiệu cho từng luồng;
o Dịch vụ u tiên có thể áp dụng cho một số luồng riêng biệt cùng một lớp
dịch vụ. Điều này cho phép nhà cung cấp dịch vụ dễ dàng cung cấp một số lợng nhỏ các mức dịch vụ khác nhau cho khách hàng có nhu cầu;
o Không yêu cầu thay đổi tại các máy chủ hay các ứng dụng để hỗ trợ dịch
vụ u tiên. Đây là công việc của thiết bị biên;
o Hỗ trợ rất tốt dịch vụ VPN.
Tuy nhiên có thể nhận thấy DiffServ cần vợt qua một số vấn đề nh:
o Không có khả năng cung cấp băng tần và độ trễ đảm bảo nh GS của
IntServ hay ATM;
o Thiết bị biên vẫn yêu cầu bộ Classifier chất lợng cao cho từng gói giống
nh trong mô hình IntServ;
o Vấn đề quản lý trạng thái classifier của một số lợng lớn các thiết bị biên
o Chính sách khuyến khích khách hàng trên cơ sở giá cớc cho dịch vụ cung cấp cũng ảnh hởng đến giá trị của DiffServ.
Mô hình DiffServ tại biên và lõi đợc mô tả trong hình 3.38 sau đây.
Router biên
Router lõi
Hình 3.38 : Mô hình DiffServ tại biên và lõi của mạng
Mô hình DiffServ bao gồm một số thành phần nh sau:
o DS-Byte: byte xác định DiffServ là thành phần TOS của IPv4 và trờng
loại lu lợng IPv6. Các bít trong byte này thông báo gói tin đợc mong đợi nhận đợc thuộc dịch vụ nào.
o Các thiết bị biên (router biên): nằm tại lối vào hay lối ra của mạng cung
cấp DiffServ.
o Các thiết bị bên trong mạng DiffServ.
o Quản lý cỡng bức: các công cụ và nhà quản trị mạng giám sát và đo
kiểm đảm bảo SLA giữa mạng và ngời dùng.
3.5.4 Chất lợng dịch vụ MPLS
Khoảng vài năm gần đây, cùng với nỗ lực xây dựng chất lợng dịch vụ
cho MPLS, một hớng phát triển khác theo hớng mô hình dịch vụ phân biệt để cung cấp các lớp dịch vụ trên luồng IP. Dịch vụ phân biệt có thể xem nh là một cuộc cách mạng từ góc độ sử dụng kiểu dịch vụ trong tiêu đề gói tin IP. Nó đợc đề xuất hớng vào các giới hạn của mô hình dịch vụ tích hợp và giảm tiêu đề báo hiệu. Kiểu kiến trúc này hớng vào hoạt động chuyển gói, sử dụng chức năng phân loại gói và lu lợng. Trong khi quyết định chuyển gói đợc đặt vào mức gói, thì chỉ định tài nguyên và các hoạt động chính sách liên quan đợc tiến hành trên mức tổng thể. Nh vậy, kiến trúc dịch vụ phân biệt có thể cung cấp sự phân biệt định tính giữa các gói trong một luồng một cách đơn giản. Không có sự đảm bảo tuyệt đối nào của QoS tại mức luồng, và giới hạn ở đây là không thể
Phân loại đa
byte Chính sách Đánh dấu gói Hàng đợi, quản lý lập lịch Phân loại DS byte Hàng đợi, quản lý Lập lịch
đảm bảo cung cấp QoS cho các dịch vụ từ đầu cuối tới đầu cuối.
Chất lợng dịch vụ QoS chính là yếu tố thúc đẩy MPLS. So sánh với các yếu tố khác, nh quản lý lu lợng và hỗ trợ VPN thì QoS không phải là lý do quan trọng nhất để triển khai MPLS. Nh chúng ta sẽ thấy dới đây, hầu hết các công việc đợc thực hiện trong MPLS QoS tập trung vào việc hỗ trợ các đặc tính của IP QoS trong mạng. Nói cách khác, mục tiêu là thiết lập sự giống nhau giữa các đặc tính QoS của IP và MPLS, chứ không phải là làm cho MPLS QoS có chất lợng cao hơn IP QoS.
Một trong những lý do để khẳng định MPLS là không giống nh IP, MPLS không phải là giao thức xuyên suốt. MPLS không chạy trong các máy chủ, và trong tơng lai nhiều mạng IP không sử dụng MPLS vẫn tồn tại. QoS mặt khác là đặc tính xuyên suốt của liên lạc giữa các LSR cùng cấp. Ví dụ, nếu một kênh kết nối trong tuyến xuyên suốt có độ trễ cao, độ tổn thất lớn, băng thông thấp sẽ giới hạn QoS có thể cung cấp dọc theo tuyến đó. Một cách nhìn nhận khác về vấn đề này là MPLS không thay đổi về căn bản mô hình dịch vụ IP. Các nhà cung cấp dịch vụ không bán dịch vụ MPLS, họ bán dịch vụ IP (hay dịch vụ Frame Relay hay các dịch vụ khác), và do đó, nếu họ đa ra QoS thì họ phải đa ra IP QoS (Frame Relay QoS, v.v..) chứ không phải là MPLS QoS.
Điều đó không có nghĩa là MPLS không có vai trò trong IP QoS. Thứ nhất, MPLS có thể giúp nhà cung cấp đa ra các dịch vụ IP QoS hiệu quả hơn. Thứ hai, hiện đang xuất hiện một số khả năng QoS mới hỗ trợ qua mạng sử dụng MPLS không thực sự xuyên suốt tuy nhiên có thể chứng tỏ là rất hữu ích, một trong số chúng là băng thông bảo đảm của LSP.
Tơng tự nh DiffServ, MPLS cũng hỗ trợ chất lợng dịch vụ trên cơ sở phân loại các luồng lu lợng theo các tiêu chí nh độ trễ, băng tần, .v..v. Đầu tiên tại biên của mạng, luồng lu lợng của ngời dùng đợc nhận dạng (bằng việc phân tích một số trờng trong mào đầu của gói) và chuyển các luồng lu lợng đó trong các LSP riêng với thuộc tính COS hay QoS của nó. MPLS có thể hỗ trợ các dịch vụ không định trớc qua LSP bằng việc sử dụng một trong các kỹ thuật sau:
o Bộ chỉ thị COS có thể đợc truyền hiện trong nhãn gắn liền với từng gói.
Bên cạnh việc chuyển mạch các nhãn tại từng nút LSR, mỗi gói có thể đ- ợc chuyển sang kênh ra dựa trên thuộc tính COS. Mào đầu đệm (Shim header) MPLS có chứa trờng COS .
o Trong trờng hợp nhãn không chứa chỉ thị COS hiện thì giá trị COS có thể
liên quan ngầm định với một LSP cụ thể. Điều đó đòi hỏi LDP hay RSVP gán giá trị COS không danh định cho LSP để các gói đợc xử lý t-
o Chất lợng dịch vụ QoS có thể đợc cung cấp bởi một LSP đợc thiết lập trên cơ sở báo hiệu ATM (trong trờng hợp này mạng MPLS là mạng ATM-LSR).
Hai bộ giao thức chính đợc đề xuất để sử dụng trao đổi các nhãn MPLS với các mức dịch vụ phân biệt là RSVP mở rộng và CR-LDP . Cả hai bộ giao thức này đều cung cấp khả năng điều khiển các nút trong đờng dẫn chuyển mạch nhãn. Và đây cũng là lý