Differentiated Service là một mô hình đa dịch vụ, chúng có thể làm thỏa
mãn các yêu cầu QoS khác nhau. Dẫu sao nó không giống mô hình dịch vụ
Integrated, một ứng dụng sử dụng mô hình dịch vụ Differentiated không cần xác định rõ ràng tín hiệu tới bộđịnh tuyến trước khi gửi dữ liệu.
Bởi vì đối với dịch vụ Differentiated, mạng cố gắng phân loại dịch vụ dựa trên lý thuyết QoS cho mỗi gói tin. Đặc điểm kỹ thuật này có thể thực hiện bằng nhiều cách khác nhau, Vd sử dụng IP Precedence bit thiết lập trong gói IP hoặc địa chỉ nguồn và đích, mạng sử dụng đặc điểm kỹ thuật QoS để phân loại, đánh dấu, sửa dạng và chính sách điều khiển lưu lượng nhằm xếp hàng
đợi thông minh.
Mô hình dịch vụ Differentiated được sử dụng dành cho những ứng dụng
đặc biệt và để cung cấp đầu cuối tới đầu cuối QoS. Tiêu biểu cho loại hình dịch vụ này phù hợp cho việc tập trung lưu lượng, bởi vì nó thực hiện việc phân loại lưu lượng ở cấp độ thô.
QoS cung cấp các mô hình dịch vụ Differentiated sau:
Committed access rate (CAR), loại hình này thực hiện phân loại gói
thông qua IP Precedence và thiết lập nhóm QoS. CAR thực hiện đo và
điều khiển lưu lượng, quản lý độ rộng băng thông.
Xếp hàng đợi thông minh như WRED và WFQ và những đặc tính
Processor (VIP) gọi là VIP – Distributed WRED và VIP – Distributed WFQ. Những đặc điểm này có thểđược sử dụng với CAR để phân phối các dịch vụ Differentiated.
2.2.4 So sánh hai mô hình kiến trúc QoS chính
Integrated Services (IntServ)
Differentiated Serviecs (DiffServ)
Vậy giữa chúng có những đặc điểm gì khác nhau. Bảng 2-2 So sánh đặc điểm cơ bản của hai mô hình trên:
DiffServ IntServ Có ít phần tử mạng Có nhiều phần tử mạng Tỉ lệứng dụng lớn, được các nhà cung cấp dịch vụ ngày nay ưu dùng Tỉ lệứng dụng nhỏ, phù hợp với một vài đặc tính mạng vd admission control Không có trạng thái bảo dưỡng trong
mạng
Trạng thái mềm dẻo bảo dưỡng ở
bất kỳ nút mạng nào Không có điều khiển quản trị nguồn tài
nguyên
Điều khiển quản trị nguồn tài nguyên
Không có điều khiển quản trị chính sách Điều khiển quản trị chính sách Bảng 2-2 So sánh đặc điểm cơ bản của hai mô hình QoS
Trong tương lai để cung cấp một giải pháp đầy đủ đầu cuối tới đầu cuối cần có sự kết hợp cả 2 mô hình kiến trúc trên.
2.3 Các giao thức và cơ chế báo hiệu trong kỹ thuật QoS
Bên cạnh các đặc tính về xử lý lưu lượng, báo hiệu cũng là một thành phần khá quan trọng của QoS. Cũng như các dạng báo hiệu khác, báo hiệu QoS là một dạng của mạng thông tin mà cho phép các phần tử nút mạng, các trạm
Một mạng QoS end-to-end yêu cầu mỗi phần tử trong mạng, Router, Switch, Firewall, Host..., đóng vai trò như là một phần của QoS và tất cả các thành phần này được phối hợp liên kết bởi báo hiệu QoS.
Có nhất nhiều giải pháp báo hiệu QoS được áp dụng trong mạng, tuy nhiên chúng thường bị giới hạn bởi phạm vi hoạt động của mạng.
Đối với mạng ứng dụng trên nền IP đưa ra các tính năng cho phép ứng dụng báo hiệu QoS trên cơ sở của các mạng không đồng nhất. Đó là các giải
pháp báo hiệu QoS lớp 2 của RSVP (Resource Reservation Protocol) và (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
phương thức báo hiệu QoS IP lớp 3 dựa trên đặc tính về quyền ưu tiên IP. Tương ứng là cơ chế báo hiệu trong băng (IP precedence) và báo hiệu
ngoài băng (RSVP). Báo hiệu IP Precedence phân biệt QoS, còn báo hiệu
RSVP nhằm đảm bảo QoS.
2.3.1 Giao thức dành sẵn tài nguyên (Resource Reservation Protocol)
RSVP là giao thức chuẩn cho phép cài đặt QoS đầu cuối đến đầu cuối trên một mạng hỗn hợp. RSVP chạy trên nền IP rất hữu hiệu trong dự trữ băng thông mạng. Sử dụng RSVP, các ứng dụng có thể yêu cầu mức QoS xác định cho một luồng dữ liệu vận chuyển qua mạng.
Trên các nền ứng dụng của QoS, RSVP có thể được khởi tạo thông qua RSVP proxy. RSVP cũng chỉ là một giao thức báo hiệu tiêu chuẩn được thiết kế để đảm bảo băng thông từ đầu cuối này đến đầu cuối kia trong mạng IP. Nếu 1 node mạng không hỗ trợ RSVP thì RSVP sẽ di chuyển đến node kế
tiếp. Một node mạng có tùy chọn là đồng ý hay từ chối sự dành riêng căn cứ
vào tải của giao tiếp mà dịch vụ yêu cầu.
RSVP không định tuyến chính nó và không hiệu chỉnh bảng định tuyến IP, thay vào đó nó sử dụng các giao thức định tuyến để xác định ở đâu cần gửi các yêu cầu dành riêng (reservation).
RSVP hoạt động trong mối liên kết với các cơ chế hàng đợi hiện thời. Chúng ta có thể sử dụng RSVP đểđiều khiển tải trọng và đảm bảo tốc độ dịch vụ.
RSVP là một đặc tính quan trọng của QoS nhưng nó không giải quyết tất cả các vấn đềđưa ra bởi QoS, Vd như thời gian cần để thiết lập một sự đăng ký dành riêng từ đầu cuối đến đầu cuối, khả năng phát triển, điều khiển chấp nhận (admission).
Các host và router phân phối các yêu cầu QoS tới các router trên suốt
đường truyền dữ liệu và duy trì trạng thái cung cấp dịch vụ được yêu cầu từ
trước, thông thường đó là băng thông và yếu tố trễ. RSVP sử dụng tốc độ
truyền dữ liệu trung bình (mean data rate - lượng dữ liệu lớn nhất mà router có thể lưu trữ trong hàng đợi) và tối thiểu hóa QoS (đảm bảo lượng băng thông được yêu cầu) để xác định lượng băng thông dành riêng.
Khi một Host dùng RSVP để yêu cầu một dịch vụ QoS nó sẽ gửi yêu cầu tới mạng trên một nửa của luồng truyền dữ liệu. Dịch vụ QoS được yêu cầu bởi RSVP, tuy nhiên nó để cho các cơ chế hàng đợi thực hiện sự dành riêng
đó.
RSVP chuyên trở yêu cầu xuyên xuốt tất cả các nút trong mạng ở trên
đường truyền dữ liệu. Tại đó yêu cầu dự trữ tài nghuyên cho luồng dữ liệu thông qua module điều khiển truy nhập của chính node đó.
Chú ý rằng với RSVP, một ứng dụng có thể được gửi với tốc độ lớn hơn yêu cầu đưa ra bởi QoS, tuy nhiên dịch vụđó chỉ được đảm bảo tại tốc độ yêu cầu tối thiểu. Nếu băng thông khả dụng lưu lượng sẽ được truyền đi với tốc
độ lớn hơn tốc độ yêu cầu, còn nếu như không đủ toàn bộ phần lưu lượng vượt quá sẽ bị rớt.
2.3.2 Mô hình RSVP end-to-end.
Nếu end-to-end được thiết kế trong mạng, tất cả thiết bị trong đường dẫn
đặt trước phải enable RSVP. Khi thiết bị nhận được bản tin RSVP, nó xác
định xem có đủ tài nguyên cho yêu cầu đặt trước ở mức nội tại. Một mạng từ đầu cuối đến đầu cuối cài đặt RSVP được mô tả như hình vẽ 2.6
Hình 2.6 Mô hình mạng đầu cuối đến đầu cuối với RSVP
Hai bản tin chính được dùng cho bản tin báo hiệu RSVP. Khi cần thiết một sự đặt trước, client gửi bản tin đường dẫn RSVP PATH trong mạng yêu cầu một băng thông xác định nào đó tới đích. Mục đích của bản tin PATH là
khám phát tất cả RSVP-enable trên các router. Khi phía thu end-node nhận
bản tin PATH, nó sẽ xác định lại sự đặt trước bằng cách reply với bản tin RSVP RESV. Bản tin RESV chuyển tiếp ngược về phía phát. Nếu bản tin
RESV đến phía phát thành công , mỗi hop trong kết nối end-to-end dành (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
trước tài nguyên và băng thông đặt trước được thiết lập end-to-end. Nếu nguồn tài nguyên không có khả năng đáp ứng thì sựđặt trước bị từ chối. Khi một phần của mạng không hỗ trợ RSVP, có nghĩa là khi bản tin RSVP không được xử lý bởi tất cả các hop ở giữa 2 ứng dụng endpoints, một vài cơ
chế khác có thể được áp dụng để cố gắng đạt được yêu cầu của ứng dụng
trong non-RSVP network được gọi là pass-through RSVP.
Hình 2.7 Mô hình mạng đầu cuối đến đầu cuối non-RSVP
Pass-through RSVP chỉ thực thi phân phát best-effort giữa 2 phần mạng RSVP-enable.
Một ứng dụng khác là áp dụng CoS để phân phát các gói trên phần mạng non-RSVP-enable. Trong trường hợp này, lưu lượng ứng dụng RSVP được
đánh dấu với các bộ đánh dấu lớp như IP Precedence hoặc bit DSCP ở trên thực thể non-RSVP.
Sự đánh dấu gói của IP Precedence và DSCP dựa vào byte ToS trong IP
header, nó sẽ nhận dạng các lớp lưu lượng trên mỗi hop. IP precedence và DSCP luôn được cấu hình ở phần biên của mạng, ở đó lưu lượng được đánh dấu và phân lớp.
RSVP được áp dụng cho các ứng dụng trong đó băng thông và trễ quan hệ đảm bảo với nhau là cần thiết. Các ứng dụng là VoIP, netmeeting, MPLS traffic Engineering,....
CHƯƠNG 3 PHÂN LOẠI, PHÂN MẢNH VÀ NÉN GÓI DỮ LIỆU TRONG KỸ THUẬT QoS
Phân loại gói là cơ sở để từ đó ta xây dụng các ứng dụng kỹ thuật QoS khác nhau. Tuy nhiên không phải lúc nào các gói dữ liệu đến cũng có kích thước phù hợp, vì vậy trước khi phân loại, các gói có kích thước lớn sẽđược phân mảnh thành các gói nhỏ hơn có kích thước phù hợp. Song song với việc phân loại và phân mảnh gói, cơ chế nén gói dữ liệu cũng được đề cập đến trong chương này. Có thể nói phân loại góp giúp chúng ta có thể áp dụng các kỹ thuật QoS, thì phân mảnh và nén dữ liệu rất hữu ích trong việc giảm trễ
chuyển tiếp và xử lý, trễ mạng cũng như các hiện tượng trượt phát sinh bởi trễ.
3.1 Phân loại gói dữ liệu
Dựa trên các đặc tính của lưu lượng được truyền tải, thực hiện phân loại các gói tin thành các nhóm riêng biệt mà có thể áp dụng các kỹ thuật QoS. Bằng việc phân loại gói, ta có thể phân chia lưu lượng truyền tải thành nhiều mức ưu tiên khác nhau hay nhiều lớp dịch vụ khác nhau.
Các phương thức phân loại gói trước đây bị giới hạn bởi số bít trong trường tiêu đề (header). Trong các phương thức gần đây đánh dấu gói kết hợp với phân loại gói cho phép ta có thể thiết lập giá trị trên các tiêu đề tại các lớp 2,3 hoặc có thể thiết lập trên tải trọng của gói.
Các router tại biên của mạng sử dụng chức năng phân loại gói để nhận dạng các gói thuộc về lớp lưu lượng nào trên mạng tuỳ theo một hoặc nhiều trường trong tiêu đề gói IP. Sau đó chức năng đánh dấu được sử dụng đểđánh dấu gói đó bằng cách thiết lập các bit trong trường IP Precedence hoặc trường DSCP (Differentiated Service Code Point).
3.1.1 Quyền ưu tiên IP
Trong mạng IP các gói được lưu chuyển từ nguồn đến đích với mức ưu tiên khác nhau. Để xác định IP Prececdence cho các gói tin người ta sử dụng 3 bits ToS, được mô tả như hình vẽ 3.1
Hình 3.1 Mô tả trường ToS trong gói IP
Trên cơ sở đó thiết lập các lớp dịch vụ khác nhau cho các gói tin. Với các lớp dịch vụ tùy theo các yêu cầu cụ thể mà thực hiện các phương pháp cấu hình tính năng QoS khác nhau để quản lý tắc nghẽn hay phân phối băng
thông. Chú ý rằng IP Precedence không phải là phương thức hàng đợi tuy
nhiên các phương thức hàng đợi như WFQ (Weighted Fair Queuing) hay
WRED (Weighted random early Drop/Detect) có thể sử dụng IP Precedence
để thiết lập thứ tựưu tiên cho các gói IP.
Bên cạnh đó thông qua việc thiết lập các mức ưu tiên cho các lưu lượng dữ
liệu đầu vào và tổ hợp với các đặc tính hàng đợi QoS để tạo ra các dịch vụ
khác nhau. Chúng ta cũng có thể sử dụng các đặc tính như định tuyến chính
sách (PBR - Policy-based routing) và tốc độ truy cập cam kết (CAR -
Committed Access Rate), để đặt thứ tự ưu tiên dựa trên mở rộng phân loại danh sách truy nhập. Ví dụ như chúng ta có thể gán thứ tự ưu tiên dựa trên (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Như đã nói ở trên việc gán thứ tự ưu tiên cho các gói thông qua tổ hợp 3 bits ToS trong địa chỉ mào đầu IP để tạo ra các lớp dịch vụ khác nhau. Về lý thuyết với 3 bits ToS có thể phân chia thành 8 loại CoS khác nhau. Tuy nhiên chỉ phân 6 lớp dịch vụ tương ứng với 6 giá trị ToS, 2 giá trị còn lại được dành cho sử dụng trong thông tin nội bộ mạng.
Giá trị IP Precedence tương ứng với 3 bits ToS được quy định trong bảng 3-1
IP precedence value IP precedence name
0 Routine 1 Priority 2 Immediate 3 Flash 4 Flash-override 5 Critical 6 Internet 7 Network Bảng 3-1 Giá trị IP Precedence tương ứng với 3 bits ToS
Trong chế độ mặc định các phần mềm thường không thiết lập các gía trị
của IP Precedence. Như vậy để có thể sử dụng các phần tử mạng cần thực hiện gán giá trị IP Precedence trong trường tiêu đề (header).
Chú ý rằng các gói đến từ các mạng khác có thểđã được gán giá trị ưu tiên do đó nên thực hiện thiết lập lại giá trị ưu tiên cho tất cả các gói được gửi tới. Bằng cách điều khiển giá trị IP Precedence chúng ta có thể ngăn chặn các người dùng không mong muốn hay lựa chọn các dịch vụ thích hợp hơn.
PBR (Policy-based routing) cung cấp cơ chếđịnh tuyến linh hoạt cho việc
định tuyến các gói tin dựa trên chính sách định tuyến cho các luồng lưu lượng. PBR làm tăng khả năng điều khiển định tuyến bằng cách mở rộng hay bổ sung các đặc tính của các giao thức định tuyến. Bên cạnh đó PBR cho phép thiết lập các giá trị IP Precedence, ưu tiên cho loại dữ liệu nào đó trên tuyến dành riêng.
3.1.2.1 Đặc điểm của PBR
Chúng ta có thể sử dụng PBR như một phương án định tuyến. Ví dụ như
chúng ta có thể cho phép hay từ chối các luồng dữ liệu dựa trên cơ sở nhận dạng một dạng đặc biệt của điểm kết cuối, một giao thức ứng dụng hay dựa trên cơ sở kích cỡ của các gói tin.
Nói chung PBR cung cấp các đặc tính sau:
Phân loại lưu lượng dựa trên cơ sở mở rộng danh sách truy nhập (ACL – Access List), sau đó các ACL thiết lập tiêu chuẩn thích hợp.
Thiết lập giá trị IP Precedence, trên cơ sở đó thành lập các lớp dịch vụ
khác nhau trên mạng.
Định tuyến các gói tin tới tuyến xác định.
Định tuyến chính sách có thể dựa trên địa chỉ IP, các cổng (port), các giao thức hay kích cỡ của các gói tin. Đối với các bài toán định tuyến đơn giản ta có thể chỉ cần sử dụng một trong các đặc tính ở trên tuy nhiên với các phương án định tuyến phức tạp chúng ta cũng có thể sử dụng tất cả các đặc tính đó.
3.1.2.2 Nguyên tắc hoạt động
Mỗi một PBR được xây dựng trên cơ sở thiết lập bảng định tuyến, các gói tin được chuyển đến trên một giao diện mà có sử dụng cơ chế PBR sẽ được chuyển tới bảng định tuyến từ đó xác định cơ chế chuyển tiếp đến đầu ra. Bảng định tuyến được xây dựng từ các trạng thái, các trạng thái này có thể
được xem như quyết định chấp nhận hay từ chối. Cụ thể chúng được quy định như sau:
Nếu các gói tin không phù hợp với bất cứ kỳ trạng thái nào của bảng
định tuyến thì tất cả các nguyên tắc định tuyến sẽđược áp dụng.
Nếu trạng thái từ chối thì các gói tin sẽđược gửi trở lại và cơ chếđịnh tuyến dựa trên cơ sở trạm đích (destination-based routting) sẽ được áp dụng.