Một mô hình dịch vụ còn được gọi là một mức dịch vụ mô tả khả năng thiết lập từđầu cuối đến đầu cuối của QoS, đầu cuối đến đầu cuối QoS là khả
năng của mạng có thể phục vụ các yêu cầu đặc biệt tới mạng khác. Kỹ thuật
QoS cung cấp 3 kiểu mô hình dịch vụ là: Best effort, Integrated và
Chúng ta cần quan tâm đến những dữ kiện sau khi xác định kỹ thuật QoS sẽđược triển khai trong mạng:
Các ứng dụng hoặc vấn đề bạn đang cố gắng giải quyết.
Những khả năng bạn muốn cho phân chia tài nguyên.
Phân tích những lợi ích về giá, Vd giá thành cần thiết cho các phương tiện và triển khai dịch vụ Differentiated services chắc chắn là đắt hơn rất nhiều so với dịch vụ Best effort.
Các kỹ thuật Qos được mô tả trong hình 2.1
Hình 2.1 Các kỹ thuật QoS trong mạng IP
Không phải tất cả các công nghệ QoS đều phù hợp cho tất cả các mạng
định tuyến. Bởi vì định tuyến cho các nhánh và đường trục trong một mạng không cần thiết thực hiện giống nhau. QoS có thể thực hiện tốt các nhiệm vụ
khác nhau. Vd cấu hình lưu lượng thoại thời gian thực cho một mạng IP bạn cần cân nhắc các chức năng định tuyến của cảđường trục và đường nhánh trong mạng, sau đó lựa chọn các tính chất QoS cho phù hợp.
2.2.1 Dịch vụ cố gắng tối đa (Best Effort)
Best Effort là một mô hình dịch vụđơn và phổ biến trên mạng Internet hay mạng IP nói chung, cho phép ứng dụng gửi dữ liệu bất cứ khi nào với bất cứ
khối lượng nào nó có thể thực hiện và không đòi hỏi sự cho phép hoặc thông tin cơ sở mạng, nghĩa là mạng phân phối dữ liệu nếu nó có thể mà không cần sựđảm bảo vềđộ tin cậy, độ trễ hoặc khả năng thông mạng.
QoS đặc tả dịch vụ Best Effort là xếp hàng đợi: firt - in, firt – out (FIFO). Dịch vụ Best Effort rất phù hợp cho những ứng dụng của mạng dải rộng như
truyền file hoặc email. Cho đến thời điểm này đa phần các dịch vụ được cung cấp bởi mạng Internet vẫn sử dụng mô hình dịch vụ này.
2.2.2 Dịch vụ tích hợp (Integrated Service)
Đứng trước nhu cầu ngày càng tăng trong việc cung cấp dịch vụ thời gian thực (Thoại, Video,...) và băng thông cao (đa phương tiện), dịch vụ tích hợp IntServ đã ra đời (xem hình 2.2). Đây là sự phát triển của mạng IP nhằm đồng thời cung cấp dịch vụ truyền thống Best Effort và các dịch vụ thời gian thực. Sau đây là những động lực thúc đẩy sự ra đời của mô hình này:
Dịch vụ cố gắng tối đa không còn đủđáp ứng nữa: ngày càng có nhiều
ứng dụng khác nhau, các yêu cầu khác nhau vềđặc tính lưu lượng được triển khai, đồng thời người sử dụng cũng yêu cầu chất lượng dịch vụ
ngày càng cao hơn.
Các ứng dụng đa phương tiện ngày càng xuất hiện nhiều: mạng IP phải có khả năng hỗ trợ không chỉ đơn dịch vụ mà còn hỗ trợ đa dịch vụ của nhiều loại lưu lượng khác nhau từ thoại, số liệu đến video.
Tối ưu hóa hiệu suất sử dụng mạng và tài nguyên mạng: đảm bảo hiệu quả sử dụng và đầu tư. Tài nguyên mạng sẽđược dự trữ cho lưu lượng có độưu tiên cao hơn.
Cung cấp dịch vụ tốt nhất: mô hình IntServ cho phép nhà cung cấp mạng tung ra những dịch vụ tốt nhất, khác biệt với các đối thủ cạnh tranh khác. Appl Classifier Setup Sheduler Setup Classifier Các giao thức định tuyến / Database Sheduler Điều khiển chấp nhận/cưỡng bức Các bản tin Setup đặt trước Data IP Data Hình 2.2 Mô hình dịch vụ IntServ Một số thành phần trong mô hình 2.2 như:
Giao thức thiết lập Setup: cho phép các máy chủ và các router dự trữ động tài nguyên mạng để xử lý các yêu cầu của các luồng lưu lượng
riêng. RSVP (Resource Reservation Protocol), Q2391 là một trong
những giao thức đó.
Đặc tính luồng: xác định chất lượng dịch vụ QoS sẽ cung cấp cho các luồng xác định, luồng ở đây được định nghĩa như một luồng các gói từ
nguồn đến đích có cùng yêu cầu về QoS như băng tần tối thiểu mà mạng bắt buộc phải cung cấp đểđảm bảo QoS cho các luồng yêu cầu.
Điều khiển lưu lượng: 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 lưu lượng này có thểđược khai báo bởi giao thức báo hiệu RSVP hay nhân công. Thành phần điều khiển lưu lượng bao gồm: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
• Điều khiển chấp nhận: Xác định các thiết bị mạng có khả năng hỗ
trợ QoS theo yêu cầu hay không.
• Thiết bị phân lớp (Classifier): Nhận dạng và chọn lựa lớp dịch vụ
trên nội dung của một số trường nhất định trong mào đầu gói.
• Thiết bị lập lịch và phân phối (Scheduler): Cung cấp các mức chất lượng dịch vụ (QoS) ở kênh đầu ra của thiết bị.
Các mức QoS cung cấp bởi IntServ gồm:
Dịch vụ Best Effort
Dịch vụđảm bảo GS (Guaranteed Service)
Dịch vụ kiểm soát tải CL (Controlled Load)
Sau đây chúng ta sẽ phân tích các dịch vụđược cung cấp bởi IntServ.
2.2.2.1 Dịch vụđảm bảo GS (Guaranteed Service)
GS cung cấp các dịch vụ chất lượng cao như: Dành riêng băng thông, giới hạn độ trễ tối đa và không bị mất gói tin trong hàng đợi. Các ứng dụng có thể
kể đến: Hội nghị truyền hình chất lượng cao, thanh toán tài chính thời gian thực,....
2.2.2.2 Dịch vụ kiểm soát tải CL (Controlled Load)
CL không đảm bảo về băng tần hay trễ, nhưng khác với Best Effort ở điểm không giảm chất lượng một cách đáng kể khi tải mạng tăng lên. Dịch vụ này phù hợp cho các ứng dụng không nhạy cảm lắm với độ trễ hay mất gói như
truyền hình multicast audio/video chất lượng trung bình.
2.2.2.3 Kết luận
Mô hình dịch IntServ có thể sử dụng giao thức báo hiệu RSVP cung cấp nhiều loại hình dịch vụ khác nhau:
Guaranteed Rate Service loại hình này cho phép dành sẵn độ rông băng thông
để phù hợp với những yêu cầu của chúng, Vd ứng dụng VoIP có thể dành 32 Mbps từ đầu cuối đến đầu cuối sử dụng loại hình dịch vụ này. QoS sử dụng
xếp hàng cân bằng trọng số (WFQ) kết hợp với giao thức dành sẵn tài nguyên (RSVP) để cung cấp loại hình dịch vụ này.
Controlled Load Service, loại hình này cho phép các ứng dụng có độ trễ
thấp và tốc độ lưu lượng cao thậm trí ngay cả khi tắc nghẽn. Vd các ứng dụng không nhạy cảm với thời gian thực như khi phát lại băng ghi âm cuộc hội thoại có thể sử dụng loại hình dịch vụ này. QoS sử dụng RSVP kết hợp với Weighted Random early Detect (WRED) cung cấp loại hình dịch vụ này.
2.2.3 Mô hình Differentiated Service
Việc đưa ra mô hình IntServ có vẻ như giải quyết được nhiều vấn đề liên quan đến QoS trong mạng IP. Tuy nhiên trong thực tế mô hình này đã không
đảm bảo được QoS xuyên suốt (end to end). Đã có nhiều cố gắng nhằm thay
đổi điều này nhằm đạt một mức QoS cao hơn cho mạng IP, và một trong những cố gắng đó là sự ra đời của DiffServ (xem hình 2.3).
DiffServ sử dụng việc đánh dấu gói và xếp hàng theo loại để hỗ trợ dịch vụ ưu tiên qua mạng IP. Hiện tại IETF đã có một nhóm nghiên cứu DiffServ để đưa ra các khuyến cáo RFC về DiffServ.
Nguyên tắc cơ bản của DiffServ như sau:
Phân loại và đánh dấu các gói riêng biệt tại biên của mạng vào các lớp dịch vụ. Việc phân loại có thể dựa trên nhiều cách thức như sửa dạng lưu lượng, loại bỏ gói tin, và cuối cùng là đánh dấu trường DS (DiffServ) trong mào đầu gói tin để chỉ thị lớp dịch vụ cho gói tin. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Điều chỉnh lưu lượng này tại biên mạng. DS là mô hình có sự phân biệt dịch vụ trong mạng có nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm cả lưu lượng thời gian thực có thểđược đáp ứng mức dịch vụ của chúng trong khi vẫn có khả năng mở rộng các hoạt động trong mạng IP lớn. Khả
năng mở rộng có thểđạt được bằng:
• Ánh xạ nhiều ứng dụng vào trong các lớp dịch vụ này trên biên mạng. Chức năng ánh xạ này đựơc gọi là phân loại (classification) và điều hoà (conditioning) lưu lượng.
Cung cấp các xử lý cố định cho mỗi lớp dịch vụ tại mỗi hop (được gọi là Per-hop behavior - PHB) tương ứng với các yêu cầu QoS của nó). PHB bao gồm hàng đợi, phân lịch, và các cơ chế loại bỏ gói tin.
Hình 2.3 Sơ đồ khối kiến trúc DiffServ
2.2.3.1 Trường DS của DiffServ
Trường DS là trường được quá trình điều hoà và phân loại lưu lượng sử
dụng tại biên mạng để mã hoá giá trị DSCP. Giá trị này được các router DiffServ sử dụng tại mỗi hop để lựa chọn PHB thích hợp cho mỗi gói tin.
DSCP là giá trị 6 bit, được mang trong trường ToS của mào đầu gói tin. Với 6 bit có thể tạo ra đến 64 lớp dịch vụ. Tuy nhiên, trong thực tế chỉ có một số lớp dịch vụ được triển khai. Giá trị IP Precedence (đạt được từ 3 bit có trọng số lớn nhất trong trường ToS) có thể được ánh xạ đến trường DSCP, vừa vặn với các bit trong trường này. Tập hợp các gói tin có cùng giá trị
DSCP, và di chuyển qua mạng theo cùng một hướng được gọi là tập hợp hành vi (Behavior Aggregate - BA). PHB sẽ thực hiện các chức năng của nó (hàng
đợi, phân lịch, đánh rớt) cho bất kì gói tin nào thuộc về một BA
2.2.3.2 Per-hop Behavior trong Diff Serv
mặc định), Class – selector PHB (PHB lựa chọn theo lớp), Expedited
Forwaring PHB (PHB chuyển tiếp ưu tiên nhất – EF PHB), Assured
forwarding PHB (PHB chuyển tiếp được đảm bảo – AF PHB). PHB không
đưa ra các cơ chế thực thi cụ thể cho gói tin. Để miêu tả cho một PHB cụ thể, nhà quản trị mạng kích hoạt, điều chỉnh, và kết hợp các cơ chế phân lịch gói tin thích hợp cũng như kích hoạt các cơ chế quản lý hàng đợi (như Priority
Queueing, Class-based Weight Fair Queue) hay các cơ chế tránh tắc nghẽn
như (WRED, CAR,...) được các router Diff-serv hỗ trợ.
Default PHB: Mặc định PHB tương ứng với tiến trình chuyển tiếp gói tin best-effort, nó là mặc định trên tất cả các router. Nó chỉ đơn giản phân phối càng nhiều gói tin càng tốt. PHB này không có sự cam kết về
chất lượng dịch vụ cho gói tin. Các gói tin được ánh xạđến PHB này sẽ
có giá trị DSCP là 0.
Class – selector PHB: Trong một vài triển khai IP QoS, giá trị IP
Precedence thường được sử dụng vì tính đơn giản và dễ sử dụng của nó. Do đó, để cho tương thích với các giá trị Precedence, các giá trị
DSCP được định nghĩa dưới dạng xxx000 (trong đó x có thể là 0 hay 1). Các giá trị đó được gọi là class – selector codepoint. Giá trị mặc
định là 0. PHB kết hợp với một class – selector codepoint được gọi là Class – selector PHB. Các PHB này sẽ có cùng kiểu chuyển tiếp như
các node sử dụng giá trị IP Precedence. Ví dụ, các gói tin có giá trị
DSCP là 101000 (IP Precedence là 101) sẽ có độ ưu tiên chuyển tiếp lớn hơn các gói tin có giá trị DSCP là 011000 (IP Precedence 011).
EF PHB: PHB chuyển phát nhanh EF PHB là PHB đáp ứng cho gói tin
các dịch vụ có việc mất gói tin thấp (low - loss), độ trễ thấp (low - delay), độ jitter thấp (low - jitter). EF PHB đảm bảo rằng lưu lượng của nó được phục vụ ở tốc độ ít nhất là bằng với tốc độ dịch vụ cam kết.
Các ứng dụng như VoIP, video, thương mại điện tửđược sử dụng PHB này. Bất kì lưu lượng nào vượt qúa hợp đông lưu lượng sẽ bị huỷ bỏ. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Giá trị DSCP (xem hình 2.4) cho EF là 101110.
AF PHB: PHB chuyển phát đảm bảo Đây là công cụ được sử dụng để đưa ra các mức dịch vụ đảm bảo chuyển tiếp cho gói tin của người dùng. Có tất cả 4 lớp AF. Trong mỗi lớp AF, một gói tin được đăng kí một trong 3 mức ưu tiên đánh rớt, tức là gói tin có 3 giá trịưu tiên đánh rớt khác nhau trong cùng một lớp dịch vụ. Mỗi PHB sẽ tương đương với một lớp khác nhau và được gọi là AFij, trong đó i là lớp AF, và j là
độ ưu tiên đánh rớt. Mỗi lớp AF được chỉ định với số lượng nguồn tài nguyên nhất định phụ thuộc vào hợp đồng mức dịch vụ SLA (Service
Level Agreement) của khách hàng, gồm có băng thông và không gian
bộđệm. Việc chuyển tiếp được thực hiện độc lập dọc mỗi lớp AF.
Class Drop Precedence
0 1 1 1 0 1 DSCP EF CU 0 y y x x x DSCP AFxy CU
Hình 2.4 Mô tả cấu trúc bit trong trường DSCP
Vì có 4 lớp nên các lớp có thể là AF1y, AF2y, AF3y, AF4y. Trong mỗi
lớp Afx, có đến 3 giá trị ưu tiên đánh rớt. Nếu có nghẽn xảy ra trong mạng Diff-serv trên một kết nối nào đó, các gói tin thuộc về lớp AF nào đó sẽ bị
đánh rớt. Độ ưu tiên đánh rớt của các gói tin là như sau:
dp(AFx1)<=dp(AFx2)<=dp(AFx3)<=dp(AFx4), trong đó dp(AFxy) là xác
Ví dụ, AF23 sẽ bị đánh rớt trước AF22, AF22 sẽ bị đánh rớt trước AF21. Lớp AFx có thể được biểu diễn bằng giá trị DSCP xyzab0, trong đó xyz là 001, 010, 011, 100 và ab là bit ưu tiên đánh rớt.
Bảng 2-1 là giá trị của IP Precedence và DSCP trong các PHB
DSCP in Binary DSCP in Decimal Precedence PHB
000000 0 0 Default 001000 8 1 CS1 001010 10 1 AF11 001100 12 1 AF12 001110 14 1 AF13 010000 16 2 CS2 010010 18 2 AF21 010100 20 2 AF22 010110 22 2 AF23 011000 24 3 CS3 011010 26 3 AF31 011100 28 3 AF32 011110 30 3 AF33 100000 32 4 CS4 100010 34 4 AF41 100100 36 4 AF42 100110 38 4 AF43 101000 40 5 CS5 101110 46 5 EF 110000 48 6 CS6 111000 56 7 CS7
2.2.3.3 Các cơ chế DiffServ
Hai chức năng này được thực hiện tại biên mạng giữa khách hàng và nhà cung cấp dịch vụ hoặc giữa hai mạng nhà cung cấp dịch vụ với nhau. Nó được áp đặt trên mỗi gói tin đi vào và dùng nhận diện lưu lượng với nhiều dịch vụ
khác nhau (phân loại), sau đó áp đặt giá trị DS (DiffServ) cho mỗi lưu lượng
đó (điều hoà). Rõ ràng, chính sách phân loại và điều hoà lưu lượng đáp ứng yêu cầu của khách hàng các các lớp dịch vụ do nhà cung cấp đưa ra. Hình 2.5 mô tả sơđồ khối cơ chế phân loại và điều hòa lưu lượng.
Hình 2.5 Sơ đồ cơ chế phân loại và điều hoà đến lưu lượng Cơ chế phân loại gói:
Việc phân loại có thể dựa trên trường DS, có thể dựa trên các giao thức
được vận chuyển như SMTP, HTTP, hoặc là địa chỉ nguồn và đích. Phân loại lưu lượng được sử dụng để chuyển tiếp gói tin đến trạng thái điều hoà lưu lượng thích hợp. Bộ phân loại hoạt động ở hai chếđộ:
Bộ phân loại tổng hợp hành vi (BA) phân loại các gói tin chỉ dựa trên giá trị DSCP.
Bộ phân loại đa trường (multifield) phân loại các gói tin bởi nhiều trường trong gói, như là địa chỉ, số cổng,….
Cơ chếđiều hòa lưu lượng:
Điều hoà lưu lượng bao gồm các thành phần sau : hoạt động đo, hoạt động
Hoạt động đo (meter): Sau khi gói tin được phân loại, meter sẽ đo tốc
độ luồng lưu lượng.
Hoạt động đánh dấu thiết lập trường DS của mào đầu gói tin dựa vào kết quả có được từ bộđo. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hoạt động sửa dạng sẽ làm trễ vài gói tin trong luồng dữ liệu được phân loại, định hướng lưu lượng trước khi đi vào miền DiffServ.
Hoạt động đánh rớt sẽđánh rớt gói tin trong luồng dữ liệu đó (ví dụ các