Giao thức tầng liờn mạng trong bộ giao thức TCP/IP hiện nay là IPv4. IPv4 cung cấp truyền thụng trạm-tới-trạm giữa cỏc hệ thống trờn Internet. Cho dự IPv4 được thiết
kế tốt, nhưng nú vẫn cú một số hạn chế mà trở nờn khụng phự hợp với sự phỏt triển nhanh của Internet:
- IPv4 sử dụng 32 bớt để đỏnh địa chỉ và chia khoảng địa chỉ thành cỏc lớp A, B, C, D, E. Khoảng địa chỉ IPv4 là khụng đủ cho sự phỏt triển nhanh chúng của Internet. - Internet phải điều tiết truyền video và õm thanh thời gian thực. Cỏc kiểu truyền
này yờu cầu độ trễ tối thiểu và khả năng dành trước tài nguyờn. Những điều chưa được hỗ trợ trong IPv4.
- IPv4 khụng hỗ trợ mật mó và chứng thực.
Để vượt qua những hạn chế này, IPv6 đó được phỏt triển. Trong IPv6, giao thức IP được thay đổi để điều tiết sự thay đổi khụng thể đoỏn trước của Internet. Định dạng và chiều dài của địa chỉ IP được thay đổi cựng với định dạng gúi.
IPv6 cú một số ưu điểm so với IPv4:
- Khoảng địa chỉ lớn hơn. Địa chỉ IPv6 dài 128 bớt, nghĩa là gấp bốn lần chiều dài địa chỉ IPv4.
- Định dạng tiờu đề tốt hơn. IPv6 sử dụng định dạng tiờu đề mới, trong đú cỏc tựy chọn được tỏch khỏi phần tiờu đề cơ sở và nếu cần, được thờm vào giữa phần tiờu đề cơ sở và dữ liệu. Do vậy, làm đơn giản và tăng tốc độ xử lý định tuyến vỡ hầu hết cỏc tựy chọn đều khụng cần được router kiểm tra.
- Cỏc tựy chọn mới. IPv6 cú một số tựy chọn mới cho phộp cỏc chức năng bổ sung. - Cho phộp mở rộng. IPv6 được thiết kế để cho phộp mở rộng khi cú yờu cầu.
- Hỗ trợ cấp phỏt tài nguyờn. Trong IPv6, trường loại dịch vụ được bỏ đi, nhưng một cơ chế (được gọi là nhón luồng) được thờm vào để cho phộp nguồn yờu cầu xử lý gúi đặc biệt. Cơ chế này cú thể được sử dụng để hỗ trợ lưu lượng video hoặc õm thanh thời gian thực.
- Bảo mật hơn. Tựy chọn mật mó và chứng thực trong IPv6 cung cấp tớnh toàn vẹn và tớnh bảo mật của gúi.
Kết luận chương I:
TCP/IP là nền tảng cho mạng Internet, núi cỏch khỏc tỡm hiểu về mụ hỡnh TCP/IP chớnh là tỡm hiểu bản chất của mạng IP. ChươngI trỡnh bày sự ra đời, khỏi niệm, kiến trỳc, một số giao thức…của mụ hỡnh. Ngoài ra liờn quan tới gúi và địa chỉ mạng được trỡnh bày qua cấu trỳc và địa chỉ của gúi tin IP.
CHƯƠNG II
CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG IP 2.1 Khỏi niệm về chất lượng dịch vụ
Chất lượng dịch vụ là một vấn đề rất khú cho sự định nghĩa chớnh xỏc, bởi vỡ nhỡn từ gúc độ khỏc nhau ta cú quan điểm về chất lượng dịch vụ khỏc nhau. Vớ dụ như với người sử dụng dịch vụ thoại chất lượng dịch vụ cung cấp tốt khi thoại được rừ ràng, tức là chỳng ta phải đảm bảo tốt về giỏ trị tham số trễ, biến động trễ. Nhưng giỏ trị tham số mất gúi thụng tin về một tỉ lệ tổn thất nào đú cú thể chấp nhận được. Nhưng giả dụ, đối với khỏch hàng là người sử dụng trong truyền số liệu ở ngõn hàng thỡ điều tối quan trọng là độ tin cậy, họ cú thể chấp nhận trễ lớn, độ biến động trễ lớn, nhưng thụng số mất gúi, độ bảo mật kộm thỡ họ khụng thể chấp nhận được .v.v..
Từ gúc nhỡn của nhà cung cấp dịch vụ mạng. Nhà cung cấp dịch vụ mạng đảm bảo QoS cung cấp cho người sử dụng, và thực hiện cỏc biện phỏp để duy trỡ mức QoS khi điều kiện mạng bị thay đổi vỡ cỏc nguyờn nhõn như nghẽn, hỏng húc thiết bị hay lỗi liờn kết, v..v. QoS cần được cung cấp cho mỗi ứng.
Chất lượng dịch vụ chỉ cú thể được xỏc định bởi người sử dụng, vỡ chỉ người sử dụng mới cú thể biết được chớnh xỏc ứng dụng của mỡnh cần gỡ để hoạt động tốt. Tuy nhiờn, khụng phải người sử dụng tự động biết được mạng cần phải cung cấp những gỡ cần thiết cho ứng dụng, họ phải tỡm hiểu cỏc thụng tin cung cấp từ người quản trị mạng và chắc chắn rằng, mạng khụng thể tự động đặt ra QoS cần thiết cho một ứng dụng của người sử dụng. Để giải quyết vấn đề đú nhà cung cấp và khỏch hàng họ lập ra một bản cam kết, trong đú nhà cung cấp phải thực hiện đầy đủ cung cấp cỏc thụng số thoả món chi tiết bản cam kết đặt ra. Cũn phớa đối tỏc cũng phải thực hiện đầy đủ điều khoản của mỡnh.
Nếu một mạng được tối ưu hoàn toàn cho một loại dịch vụ, thỡ người sử dụng ớt phải xỏc định chi tiết cỏc thụng số QoS. Vớ dụ, với mạng PSTN, được tối ưu cho thoại, khụng cần phải xỏc định băng thụng hay trễ cần cho một cuộc gọi. Tất cả cỏc cuộc gọi đều được đảm bảo QoS như đó được quy định trong cỏc chuẩn liờn quan cho điện thoại.
Nếu nhỡn từ gúc độ mạng thỡ bất cứ một mạng nào cũng bao gồm: - Hosts (chẳng hạn như: Servers, PC…).
- Đường truyền dẫn.
Nếu nhỡn từ khớa cạnh thương mại:
- Băng thụng, độ trễ, jitter, mất gúi, tớnh sẵn sàng và bảo mật đều được coi là tài nguyờn của mạng. Do đú với người dựng cụ thể phải được đảm bảo sử dụng cỏc tài nguyờn một cỏch nhiều nhất.
- QoS là một cỏch quản lý tài nguyờn tiờn tiến của mạng để đảm bảo cú một chớnh sỏch ứng dụng đảm bảo.
Vậy sự định nghĩa chớnh xỏc QoS là rất khú khăn nhưng ta cú thể hiểu chỳng gần như là khả năng cung cấp dịch vụ (ở lớp phần tử mạng, vvv...) đưa ra cho khỏch hàng thụng qua những yờu cầu chớnh xỏc (trờn khả năng thực tế hay lý thuyết) cú thể đỏp ứng dựa trờn bản hợp đồng về thoả thuận lưu lượng. Sự định nghĩa khuụn dạng của nú kết thành chất lượng dịch vụ của lớp mạng do sự phõn phỏt chất lượng dịch vụ của peer-to- peer (cựng lớp) edge-to-edge (biờn tới biờn) hay end-to-end (đầu cuối tới đầu cuối). Lẽ tự nhiờn những yờu cầu này cú thể thay đổi từ phớa ứng dụng cho ứng dụng hay từ phõn phối dịch vụ.
Vậy trong tất cả những điều đó nờu về cấp QoS, đảm bảo chất lượng và SLA, để thoả món ta phải làm như thế nào? Vấn đề là bản chất định hướng IP là một mạng nỗ lực tối đa do đú “khụng tin cậy" khi yờu cầu nú đảm bảo về QoS. Cỏch tiếp cận gần nhất để cỏc nhà cung cấp dịch vụ IP cú thể đạt tới đảm bảo QoS hay SLA giữa khỏch hàng và ISP là với dịch vụ mạng IP được quản lý . Thuật ngữ được quản lý ở đõy là bất cứ cỏi gỡ mà nhà cung cấp dịch vụ quản lý thay mặt cho khỏch hàng , điều đú cũng làm nõng cao được chất lượng dịch vụ.
2.2 Cỏc thụng số QoS
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