Phần này sẽ giới thiệu qua về cỏc thụng số của QoS. Sỏu thụng số chung về chất lượng dịch vụ: - Băng thụng. - Độ trễ (delay). - Jitter (biến động trễ). - Mất gúi. - Tớnh sẵn sàng (tin cậy). - Bảo mật.
Cỏc giỏ trị vớ dụ, được liệt kờ trong Bảng 2.1. Bởi vỡ danh sỏch này bao gồm cả cỏc thụng số khụng thường thấy trong nhiều thảo luận về QoS, đặc biệt là thụng số bảo mật, nờn cú thể cú thờm một vài chỳ thớch.
Thụng số QoS Cỏc giỏ trị vớ dụ
Băng thụng (nhỏ nhất) 64 kb/s, 1.5 Mb/s, 45 Mb/s Trễ (lớn nhất) 50 ms trễ vũng, 150 ms trễ vũng Jitter (biến động trễ) 10% của trễ lớn nhất, 5 ms biến động Mất thụng tin (ảnh hưởng của lỗi) 1 trong 1000 gúi chưa chuyển giao Tớnh sẵn sàng (tin cậy) 99.99%
Bảo mật Mó hoỏ và nhận thực trờn tất cả cỏc luồng lưu lượng
Bảng 2.1. Sỏu thụng số của QoS
2.2.1 Băng thụng
Băng thụng là một thụng số quan trọng nhất, nếu chỳng ta cú băng thụng dựng rộng rói thỡ mọi vấn đề coi như khụng cần phải quan tõm đến, như nghẽn, kỹ thuật lập lịch, phõn loại, trễ….Nhưng đú khụng phải là điều chỳng ta núi ở đõy vỡ điều này hiện này là khụng tưởng. Thực tế phần nhiều vấn đề về QoS đều bắt đầu và kết thỳc với băng thụng. Trong nhiều phần của mạng, băng thụng vẫn là "mặt hàng xa xỉ", mặc dự cú cỏc hứa hẹn "băng thụng gần như khụng giới hạn" trờn sợi quang. Khụng may rằng, những thất vọng với cỏc cuộc thử nghiệm hầu như khụng cú sự tham gia của điện đó tạo ra cỏc hoài nghi về khả năng sớm đạt được băng thụng như yờu cầu.
Băng thụng chỉ đơn giản là thước đo số lượng bit trờn giõy mà mạng sẵn sàng cung cấp cho cỏc ứng dụng. Cỏc ứng dụng bựng nổ (bursty) trờn mạng chuyển mạch gúi cú thể chiếm tất cả băng thụng của mạng nếu khụng cú ứng dụng nào khỏc cựng bựng nổ với nú. Khi điều này xảy ra, cỏc bựng nổ phải được đệm lại và xếp hàng chờ truyền đi, do đú tạo ra trễ trờn mạng. Để giải quyết sự hạn chế băng thụng này mà nhiều giải phỏp tiết kiệm, hay khắc phục băng thụng được đưa ra.
Khi được sử dụng như là một thụng số QoS, băng thụng là yếu tố tối thiểu mà một ứng dụng cần để hoạt động. Vớ dụ, thoại PCM 64 kb/s cần băng thụng là 64 kb/s. Điều này khụng tạo ra khỏc biệt khi mạng xương sống cú kết nối 45 Mb/s giữa cỏc nỳt mạng lớn. Băng thụng cần thiết được xỏc định bởi băng thụng nhỏ nhất sẵn cú trờn mạng. Nếu truy nhập mạng thụng qua một MODEM V.34 hỗ trợ chỉ 33.6 kb/s, thỡ mạng xương sống
45 Mb/s sẽ làm cho ứng dụng thoại 64 kb/s khụng hoạt động được. Băng thụng QoS nhỏ nhất phải sẵn sàng tại tất cả cỏc điểm giữa cỏc người sử dụng. Cỏc ứng dụng dữ liệu được lợi nhất từ việc đạt được băng thụng cao hơn. Điều này được gọi là cỏc “ứng dụng giới hạn băng thụng”, bởi vỡ hiệu quả của ứng dụng dữ liệu trực tiếp liờn quan tới lượng nhỏ nhất của băng thụng sẵn sàng trờn mạng. Mặt khỏc, cỏc ứng dụng thoại như thoại PCM 64 kb/s được gọi là cỏc “ứng dụng giới hạn trễ”. Thoại PCM 64 kb/s này sẽ khụng hoạt động tốt hơn chỳt nào nếu cú băng thụng 128 kb/s. Loại thoại này phụ thuộc hoàn toàn vào thụng số QoS trễ của mạng để cú thể hoạt động đỳng đắn.
2.2.2 Trễ
Trễ liờn quan chặt chẽ với băng thụng khi nú là một thụng số QoS. Với cỏc ứng dụng giới hạn băng thụng thỡ băng thụng càng lớn trễ sẽ càng nhỏ. Đối với cỏc ứng dụng giới hạn trễ, như là thoại PCM 64 kb/s, thụng số QoS trễ xỏc định trễ lớn nhất cỏc bit gặp phải khi truyền qua mạng. Tất nhiờn là cỏc bit cú thể đến với độ trễ nhỏ hơn.
n 6 5 4 3 2 1
1 1
bít cuối cùng ra bít đầu tiên ra
bít đầu tiên vào bít đầu tiên ra
X(bit) t2 t3 t2 t1 Hình (a) Hình (b) Hỡnh 2.1 (a) băng thụng , (b) trễ
Trễ được định nghĩa là khoảng thời gian chờnh lệch giữa hai thời điểm của cựng một bớt khi đi vào mạng (thời điểm bớt đầu tiờn vào với bớt đầu tiờn ra) .
Với băng thụng cú nhiều cỏch tớnh, giỏ trị băng thụng cú thể thường xuyờn thay đổi. Nhưng thụng thường giỏ trị băng thụng được định nghĩa là số bit của một khung chia cho thời gian trụi qua kể từ khi bit đầu tiờn rời khỏi mạng cho đến khi bit cuối cựng rời mạng.
Mối quan hệ giữa băng thụng và trễ trong mạng được chỉ ra trong hỡnh 2.1. Trong phần (b), t2 – t1 = số giõy trễ. Trong phần (a), X bit/ (t3 - t2) = bit/s băng thụng. Nhiều băng thụng hơn cú nghĩa là nhiều bit đến hơn trong một đơn vị thời gian, trễ tổng thể
nhỏ hơn. Đơn vị của mỗi thụng số, bit/s với băng thụng hay giõy với trễ, cho thấy mối quan hệ hiển nhiờn giữa băng thụng và trễ.
Cỏc mạng chuyển mạch gúi cung cấp cho cỏc ứng dụng cỏc băng thụng biến đổi phụ thuộc vào hoạt động và bựng nổ của ứng dụng. Băng thụng biến đổi này cú nghĩa là trễ cũng cú thể biến đổi trờn mạng. Cỏc nỳt mạng được nhúm với nhau cũng cú thể đúng gúp vào sự biến đổi của trễ. Tuy nhiờn, thụng số QoS trễ chỉ xỏc định trễ lớn nhất và khụng quan tõm tới bất kỳ giới hạn nhỏ hơn nào cho trễ của mạng. Nếu cần trễ ổn định, một thụng số QoS khỏc phải quan tõm đến yờu cầu này.
Một số nguyờn nhõn gõy ra trễ trong mạng IP:
Trễ do quỏ trỡnh truyền trờn mạng.
Trễ do xử lý gúi trờn đường truyền.
Trễ do xử lý hiện tượng jitter.
Trễ do việc xử lý sắp xếp lại gúi đến (xử lý tại đớch).
2.2.3 Jitter (Biến động trễ)
Biến động trễ là sự khỏc biệt về độ trễ của cỏc gúi khỏc nhau trong cựng một dũng lưu lượng. Biến động trễ cú tần số cao được gọi là jitter với tần số thấp gọi là eander. Nguyờn nhõn chủ yếu gõy ra hiện tượng jitter do sự sai khỏc trong thời gian xếp hàng của cỏc gúi liờn tiếp nhau trong một hàng gõy ra.Trong mạng IP jitter ảnh hưởng rất lớn tới chất lượng dịch vụ của tất cả cỏc dịch vụ. Thụng số QoS jitter thiết lập giới hạn lờn giỏ trị biến đổi của trễ mà một ứng dụng cú thể gặp trờn mạng. Jitter khụng đặt một giới hạn nào cho giỏ trị tuyệt đối của trễ, nú cú thể thể tương đối thấp hoặc cao phụ thuộc vào giỏ trị của thụng số trễ.
Jitter theo lý thuyết cú thể là một giỏ trị thụng số QoS mạng tương đối hay tuyệt đối. Vớ dụ, nếu trễ mạng cho một ứng dụng được thiết lập là 100 ms, jitter cú thể đặt là cộng hay trừ 10 phần trăm của giỏ trị này. Theo đú, nếu mạng cú trễ trong khoảng 90 đến 110 ms thỡ vẫn đạt được yờu cầu về jitter (trong trường hợp này, rừ ràng là trễ khụng phải là lớn nhất). Nếu trễ là 200 ms, thỡ 10 phần trăm giỏ trị jitter sẽ cho phộp bất kỳ trễ nào trong khoảng 180 đến 220 ms. Mặt khỏc, jitter tuyệt đối giới hạn cộng trừ 5 ms sẽ giới hạn jitter trong cỏc vớ dụ trờn trong khoảng từ 95 tới 105 ms và từ 195 tới 205 ms.
Cỏc ứng dụng nhạy cảm nhất đối với giới hạn của jitter là cỏc ứng dụng thời gian thực như thoại hay video. Nhưng đối với cỏc trang Web hay với truyền tập tin qua mạng thỡ lại ớt quan tõm hơn đến jitter. Internet, là gốc của mạng dữ liệu, cú ớt khuyến nghị về jitter. Cỏc biến đổi của trễ tiếp tục là vấn đề gõy bực mỡnh nhất gặp phải đối với cỏc ứng dụng video và thoại dựa trờn Internet.
2.2.4 Mất gúi
Mất thụng tin là một thụng số QoS khụng được đề cập thường xuyờn như là băng thụng và trễ, đặc biệt đối với mạng Internet. Đú bởi vỡ bản chất tự nhiờn được thừa nhận của mạng Internet là "cố gắng tối đa". Nếu cỏc gúi IP khụng đến được đớch thỡ Internet khụng hề bị đổ lỗi vỡ đó làm mất chỳng. Điều này khụng cú nghĩa là ứng dụng sẽ tất yếu bị lỗi, bởi vỡ đối với những dịch vụ khỏc nhau đều đặt ra giỏ trị ngưỡng của riờng mỡnh. Nếu cỏc thụng tin bị mất vẫn cần thiết đối với ứng dụng thỡ nú sẽ yờu cầu bờn gửi gửi lại bản sao của thụng tin bị mất. Bản thõn mạng khụng quan tõm giỳp đỡ vấn đề này, bởi vỡ bản sao của thụng tin bị mất khụng được lưu lại tại bất cứ nỳt nào của mạng.
Thực ra Internet là mạng của cỏc mạng và khụng cú cơ chế giỏm sỏt đầy đủ nào đảm bảo chất lượng thụng tin truyền. Hiện tượng mất gúi tin là kết quả của rất nhiều nguyờn nhõn :
• Quỏ tải lượng người truy nhập cựng lỳc mà tài nguyờn mạng cũn hạn chế. • Hiện tượng xung đột trờn mạng LAN.
• Lỗi do cỏc thiết bị vật lý và cỏc liờn kết truy nhập mạng.
Cho một vớ dụ nếu một kết nối bị hỏng, thỡ tất cả cỏc bit đang truyền trờn liờn kết này sẽ khụng, và khụng thể, tới được đớch. Nếu một nỳt mạng vớ dụ như bộ định tuyến hỏng, thỡ tất cả cỏc bit hiện đang ở trong bộ đệm và đang được xử lý bởi nỳt đú sẽ biến mất khụng để lại dấu vết. Do những loại hư hỏng này trờn mạng cú thể xảy ra bất cứ lỳc nào, nờn việc một vài thụng tin bị mất do lỗi trờn mạng là khụng thể trỏnh khỏi.
Tỏc động của mất thụng tin là tuỳ thuộc và ứng dụng. Điều khiển lỗi trờn mạng là một quỏ trỡnh gồm hai bước, mà bước đầu tiờn là xỏc định lỗi. Bước thứ hai là khắc phục lỗi, nú cú thể đơn giản là bờn gửi truyền lại đơn vị bị mất thụng tin. Một vài ứng dụng, đặc biệt là cỏc ứng dụng thời gian thực, khụng thể đạt hiệu quả khắc phục lỗi bằng cỏch gửi lại đơn vị tin bị lỗi. Cỏc ứng dụng khụng phải thời gian thực thỡ thớch hợp hơn đối với cỏch truyền lại thụng tin bị lỗi, tuy nhiờn cũng cú một số ngoại lệ (vớ dụ như
cỏc hệ thống quõn sự tấn cụng mục tiờu trờn khụng thể sử dụng hiệu quả với cỏch khắc phục lỗi bằng truyền lại).
Vỡ những lý do này, thụng số QoS mất thụng tin khụng những nờn định rừ một giới hạn trờn đối với ảnh hưởng của lỗi mà cũn nờn cho phộp người sử dụng xỏc định xem cú lựa chọn cỏch sửa lỗi bằng truyền lại hay khụng. Tuy nhiờn, hầu hết cỏc mạng (đặc biệt là mạng IP) chỉ cung cấp phương tiện vận chuyển thụ động, cũn xỏc định lỗi, khắc phục lỗi thường được để lại cho ứng dụng (hay người sử dụng).
2.2.5 Tớnh sẵn sàng (Độ tin cậy)
Là tỉ lệ thời gian mạng hoạt động để cung cấp dịch vụ. Yếu tố này bất kỳ nhà cung cấp dịch vụ nào tối thiểu cũng phải cú. Tổn thất khi mạng bị ngưng trệ là rất lớn. Tuy nhiờn, để đảm bảo được tớnh sẵn sàng chỳng ta cần phải cú một chiến lược đỳng đắn, vớ dụ như: định kỳ tạm thời tỏch cỏc thiết bị ra khỏi mạng để thực hiện cỏc cụng việc bảo dưỡng, trong trường hợp mạng lỗi phải chuẩn đoỏn trong một khoảng thời gian ngắn nhất cú thể để giảm thời gian ngừng hoạt động của mạng. Tất nhiờn, thậm chớ với một biệt phỏp bảo dưỡng hoàn hảo nhất cũng khụng thể trỏnh được cỏc lỗi khụng thể tiờn đoỏn trước.
Đối với mạng PSTN vỡ là mạng thoại nờn điều này luụn luụn chiếm một vị trớ quan trọng. Mạng đảm bảo hoạt động 24/24 trong ngày , tất cả những ngày lễ, kỉ niệm, khi nhu cầu lớn hay ngay cả khi nhu cầu giảm xuống rất thấp. Thụng thường tỉ lệ thời gian hoạt động là99,999% hay 5,25’/ năm.
Mạng dữ liệu thực hiện cụng việc đú dễ hơn. Hầu hết mạng dữ liệu dành cho kinh doanh, và do đú hoạt động trong những giờ kinh doanh, thường là từ 8 giờ sỏng đến 5 giờ chiều, từ thứ Hai đến thứ Sỏu. Hoạt động bổ trợ cú thể thực hiện "ngoài giờ", và một tập kiểm tra đầy đủ với mục đớch phỏt hiện ra cỏc vấn đề cú thể chạy trong ngày nghỉ.
Internet và Web đó thay đổi tất cả. Mọi mạng toàn cầu phải giải quyết vấn đề rằng thực sự cú một số người luụn cố gắng truy nhập vào mạng tại một số địa điểm. Và thậm chớ Internet cú thể thậm chớ cú ớch ở nhà vào 10 giờ tối hơn là ở cơ quan vào 2 giờ chiều.
Tuy nhiờn, nếu người sử dụng nhận thức rừ rằng họ khụng thể cú mạng như mong muốn trong tất cả thời gian
Tuy nhiờn thụng số QoS khả dụng thường được quy cho mỗi vị trớ hoặc liờn kết riờng lẻ.
2.2.6 Bảo mật
Bảo mật là một thụng số mới trong danh sỏch QoS, nhưng lại là một thụng số quan trọng. Thực tế, trong một số trường hợp độ bảo mật cú thể được xột ngay sau băng thụng. Gần đõy, do sự đe doạ rộng rói của cỏc hacker và sự lan tràn của virus trờn mạng Internet toàn cầu đó làm cho bảo mật trở thành vấn đề hàng đầu.
Hầu hết vấn đề bảo mật liờn quan tới cỏc vấn đề như tớnh riờng tư, sự tin cẩn và xỏc nhận khỏch và chủ. Cỏc vấn đề liờn quan đến bảo mật thường được gắn với một vài hỡnh thức của phương phỏp mật mó, như mó hoỏ và giải mó. Cỏc phương phỏp mật mó cũng được sử dụng trờn mạng cho việc xỏc nhận (authentication), nhưng những phương phỏp này thường khụng liờn quan chỳt nào đến vấn đề giải mó.
Toàn bộ kiến trỳc đều xuất phỏt từ việc bổ sung thờm tớnh riờng tư hoặc bớ mật và sự xỏc nhận hoặc nhận thực cho mạng Internet. Giao thức bảo mật chớnh thức cho IP, gọi là IPSec, đang trở thành một kiến trỳc cơ bản để cung cấp thương mại điện tử trờn Internet và ngăn ngừa gian lận trong mụi trường VoIP. Thật trớ trờu là mạng Internet cụng cộng toàn cầu, thường xuyờn bị coi là thiếu bảo mật nhất, đó đưa vấn đề về bảo mật trở thành một phần của IP ngay từ khi bắt đầu. Một bit trong trường loại dịch vụ (ToS) trong phần tiờu để gúi IP được đặt riờng cho ứng dụng để cú thể bắt buộc bảo mật khi chuyển mạch gúi. Tuy nhiờn lại nảy sinh một vấn đề là khụng cú sự thống nhất giữa cỏc nhà sản xuất bộ định tuyến khi sử dụng trường ToS.
Người sử dụng và ứng dụng cú thể thờm phần bảo mật của riờng mỡnh vào mạng, và trong thực tế, cỏch này đó được thực hiện trong nhiều năm. Nếu cú chỳt nào bảo mật mạng, thỡ nú thường dưới dạng một mật khẩu truy nhập vào mạng. Cỏc mạng ngày nay cần một cơ chế bảo mật gắn liền với nú, chứ khụng phải thờm vào một cỏch bừa bói bởi cỏc ứng dụng.
Một thụng số QoS bảo mật điển hỡnh cú thể là "mó hoỏ và nhận thực đũi hỏi trờn tất cả cỏc luồng lưu lượng". Nếu cú lựa chọn, thỡ truyền dữ liệu cú thể chỉ cần mó hoỏ, và kết nối điện thoại Internet cú thể chỉ cần nhận thực để ngăn gian lận.
2.3 Cỏc nguyờn tắc QoS
Cỏc nguyờn tắc QoS bao gồm:
Nguyờn tắc tớch hợp: cho thấy rằng QoS phải cú khả năng cấu hỡnh được, cú thể dự đoỏn trước và duy trỡ được trờn toàn bộ cỏc lớp cấu trỳc để đỏp ứng QoS từ đầu cuối đến đầu cuối. Cỏc luồng di chuyển dọc theo cỏc module tài nguyờn (vớ dụ như CPU, bộ
nhớ, thiết bị đa phương tiện, mạng...) tại mỗi lớp từ thiết bị truyền thụng nguồn, đi xuống ngăn xếp giao thức nguồn, đi xuyờn qua mạng, đi lờn ngăn xếp giao thức phớa thu và tới thiết bị bờn ngoài. Mỗi module nguồn mà luồng đi qua phải cung cấp khả năng cấu hỡnh QoS (dựa trờn cỏc đặc tớnh kỹ thuật của QoS), sự đảm bảo nguồn (được cung cấp bởi cơ cấu điều khiển QoS) và duy trỡ cỏc luồng đang truyền.
Nguyờn tắc phõn tỏch: cho thấy cỏc việc truyền, điều khiển và quản lý là cỏc hoạt động cấu trỳc phõn biệt về chức năng. Nguyờn lý này cho thấy rằng cỏc ngăn xếp đú