Ý tưởng ban đầu của dịch vụ tích hợp là hỗ trợ việc dành trước tài nguyên cho các luồng lưu lượng, được thực hiện bởi việc thiết lập một tuyến dành trước tài nguyên trước khi gửi dữ liệu. Thực chất của mô hình IntServ là các bộ định tuyến và thiết bị mạng phải dành trước nguồn tài nguyên của nó để cung cấp các mức chất lượng dịch vụ cụ thể cho các gói mang lưu lượng người dùng.
IntServ đã định nghĩa những yêu cầu cho các quá trình QoS để thỏa mãn hai mục đích:
Phục vụ các ứng dụng thời gian thực
Hình 3.1. Mô hình dịch vụ tích hợp IntServ
Một số thành phần tham gia trong mô hình này như sau:
Giao thức thiết lập: Cho phép các máy chủ và các router dự trữ động tài nguyên trong mạng để xử lý các yêu cầu của các luồng lưu lượng riêng. RSVP – Q.2932 là một trong những giao thức đó.
Đặc tính luồng: Xác định chất lượng dịch vụ QoS sẽ cung cấp cho luồng riêng biệt. Luồng bao gồm các gói từ nguồn đến đích có cùng yêu cầu về QoS.
Điều khiển lưu lượng: Trong các thiết bị mạng 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 thể được khai báo bởi giao thức báo hiệu như RSVP. Thành phần điều khiển lưu lượng 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 trường nhất định trong tiêu đề gói.
Thiết bị lập lịch (Scheduler): Cung cấp các mức chất lượng dịch vụ QoS trên kênh ra của thiết bị mạng.
Mô hình dịch vụ tích hợp đề xuất hai lớp dịch vụ bổ sung cho các dịch vụ IP truyền thống là:
Dịch vụ bảo đảm (GS – Guaranteed Service) được định nghĩa trong RFC2212 [10], cho ứng dụng yêu cầu giới hạn trễ và băng thông. Dịch vụ GS có đặc tính băng tần dành riêng, trễ có giới hạn và không bị thất thoát gói tin. Các ứng dụng cung cấp thuộc loại này như hội nghị truyền hình chất lượng cao, thanh toán tài chính thời gian thực,…
Dịch vụ tải được điều khiển (CL – Control-Load service) được định nghĩa trong RFC2211 [10], cho ứng dụng yêu cầu độ mất gói thấp. Dịch vụ CL
không đảm bảo về băng tần hay trễ, phù hợp cho các ứng dụng không nhạy cảm lắm với độ trễ như truyền multicast audio/video chất lượng trung bình. Hai lớp dịch vụ GS và CL phải được cài đặt các đường định tuyến và dự trữ các tài nguyên.
Cốt lõi của mô hình IntServ là sự áp dụng các biện pháp đảm bảo QoS cho từng luồng IP vi mô. Luồng IP vi mô là một chuỗi gói IP có chung 5 tham số giống nhau. Cụ thể, một luồng IP vi mô được xác định bởi năm tham số sau:
Địa chỉ IP đầu gửi
Địa chỉ IP đầu nhận
Số thứ tự của cổng gửi
Số thứ tự của cổng nhận
Giao thức chuyển vận được sử dụng (TCP hay UDP) cho luồng IP đang xét. Định tuyến IP thường sử dụng các số đo như trễ, bước nhảy hay một số loại thông số khác để tính toán đường đi ngắn nhất. Vấn đề định tuyến có thể trở nên phức tạp hơn bởi một số ứng dụng có yêu cầu nhiều tham số QoS (băng thông và các yêu cầu về mất gói tin). Tìm kiếm đường định tuyến phù hợp trong nhiều điều kiện ràng buộc rất phức tạp. Vì lý đó, mô hình đảm bảo QoS IP đầu tiên không yêu cầu gắn các cơ chế định tuyến đảm bảo QoS trong mô hình IntServ.
Tài nguyên dành trước trong IntServ cần phải qua tất cả các nút trên đường định tuyến và thiết lập các yêu cầu dự phòng. Nó cũng phải truyền tải thông tin trong các phác thảo lưu lượng và các yêu cầu tài nguyên, do đó mỗi nút cần quyết định liệu có chấp nhận việc dành trước hay không, nhận dạng luồng như thế nào, lập lịch cho gói tin ra sao?
Điều khiển chấp nhận xử lý 2 nhiệm vụ cơ bản: chấp nhận hay từ chối các yêu cầu dành trước và giám sát việc sử dụng tài nguyên. Có hai hướng tiếp cận để quyết định tài nguyên nào là sẵn sàng:
Dựa trên đo đạc: điều khiển chấp nhận đo lưu lượng thực sự trong mạng và sử dụng các phương pháp thống kê để quyết định xem liệu tài nguyên nào là khả dụng. Ưu điểm của hướng tiếp cận này là tối ưu hóa việc sử dụng mạng cho dù nó không thể đảm bảo chặt chẽ các cam kết tài nguyên.
Dựa theo tham số: điều khiển chấp nhận sẽ tính toán các tài nguyên khả dụng dựa trên các chỉ tiêu kỹ thuật của yêu cầu dành trước tài nguyên hiện tại.
Nhận dạng luồng: RSVP sử dụng 5 trường trong tiêu đề gói IP để nhận dạng các gói tin thuộc về các luồng dành trước tài nguyên trong nút. Các trường này bao gồm địa chỉ IP nguồn, địa chỉ IP đích, cổng nguồn, cổng đích, giao thức chuyển vận.
Lập lịch gói tin: Là bước cuối cùng trong việc dành trước tài nguyên. Bộ lập lịch gói tin thực hiện việc cấp phát tài nguyên.
Mạng IntServ điển hình chứa bộ định tuyến biên và định tuyến lõi. Trước khi bắt đầu truyền dữ liệu của một luồng IP vi mô, đầu gửi thông báo một số số liệu liên quan tới lưu lượng sẽ được chuyển cho bộ định tuyến biên (tốc độ gửi lưu lượng trung bình của đầu gửi, độ lớn cho phép của những cụm bùng phát lưu lượng). Bên cạnh đó, đầu gửi cũng gửi cho bộ định tuyến biên yêu cầu QoS của luồng IP. Những số liệu lưu lượng và QoS sẽ được bộ định tuyến biên sử dụng để tính ra dung lượng cần thiết cho luồng IP đang quan tâm. Sau đó giao thức báo hiệu dành trước tài nguyên RSVP - giao thức dành trước tài nguyên - sẽ làm nhiệm vụ xác định đường định tuyến (kết hợp với giao thức định tuyến cài đặt tại các bộ định tuyến) và chiếm giữ dung lượng dọc đường truyền cho luồng IP.
Xây dựng đường định tuyến được thực hiện với gói tin PATH của giao thức RSVP. Sự chiếm giữ dung lượng, theo tính chất hoạt động của RSVP, được thực hiện với tin RESV, bắt đầu từ bộ định tuyến biên đầu nhận và chạy ngược trở lại dọc theo đường truyền cho tới bộ định tuyến biên đầu gửi.
Nếu sự chiếm giữ dung lượng tại tất cả các bộ định tuyến dọc đường truyền đều thành công, các gói của luồng IP bắt đầu được truyền tải từ đầu gửi đến đầu nhận. Trường hợp bất kỳ một liên kết nào dọc đường truyền không có đủ dung lượng cần thiết, quá trình chiếm giữ sẽ bị ngừng và thông tin về sự chiếm giữ không thành công sẽ được chuyển đến đầu gửi bằng một tin riêng của RSVP. Luồng IP vi mô sẽ bị chặn không được phục vụ.
Để thực hiện quá trình chiếm giữ dung lượng và kiểm tra trạng thái chiếm giữ
liên qua tới từng luồng IP vi mô, mỗi bộ định tuyến trong cơ chế IntServ cần phải lưu
trữ tất cả các dữ liệu về đặc tính cập nhật của tất cả các luồng gói vi mô đang tồn tại
trong mạng. Đồng thời tất cả các bộ định tuyến phải có chức năng hoạt động được
cùng với giao thức RSVP.
Thực tế là một bộ định tuyến bình thường trong mạng IP ngày nay phải xử lý cùng một lúc số lượng rất lớn các luồng IP vi mô và con số này có thể lên tới vài trăm nghìn, thậm chí hàng triệu. Do đó, mặc dù với ưu điểm của mô hình IntServ là đảm bảo chặt chẽ các yêu cầu QoS của từng luồng IP vi mô thì mô hình này cũng tồn tại nhược điểm lớn căn bản là không có tính mở rộng cao.
Việc lưu trữ, truyền tải và xử lý thông tin cho từng luồng IP vi mô tạo ra một lưu lượng báo hiệu khổng lồ, làm giảm đáng kể hiệu suất hoạt động của bộ định tuyến. Nhược điểm này lý giải vì sao mô hình IntServ chỉ có tính khả thi trong các mạng có tầm bao phủ nhỏ. Hiện nay, mạng IP trải rộng khắp toàn cầu như mạng Internet, trông đợi sự đầu tư và đưa vào hoạt động phổ biến của cấu trúc IntServ là không thực tế.
