Giao thức dành trước tài nguyên RSVP là một giao thức thiết lập tài nguyên dự phòng QoS IP, RSVP hỗ trợ cả IPv4 và IPv6 cũng như ứng dụng cả hai phương thức chuyển phát tin đơn phát và đa phát (Unicast, multicast).
RSVP không phải là giao thức định tuyến mà là giao thức báo hiệu, các bản tin RSVP được chuyển đi trên cùng đường định tuyến với các gói tin sẽ được chuyển và được xác định bởi bảng định tuyến trong bộ định tuyến IP.
RSVP được phát triển để chống lại tắc nghẽn mạng bằng cách cho phép các bộ định tuyến quyết định ở mức cao. Tại mức này, các bộ định tuyến có thể đáp ứng các yêu cầu của một luồng ứng dụng và dự trữ tài nguyên mong muốn (ngay cả khi mặt bằng chuyển tiếp gói không xử lý được). Giao thức RSVP dựa trên xử lý đặc biệt, mang bản tin báo hiệu tới các nút dọc tuyến đường qua mạng theo luồng thực tế, quản lý trạng thái mềm, trao đổi bản tin, dự phòng tài nguyên và tách báo hiệu QoS khỏi chức năng định tuyến.
Một số đặc tính cơ bản của RSVP là:
RSVP là giao thức báo hiệu để dành trước tài nguyên trong đường định tuyến từ nguồn tới đích.
RSVP báo hiệu tới tất cả các thiết bị mạng về yêu cầu QoS của ứng dụng.
RSVP yêu cầu các ứng dụng khởi tạo yêu cầu.
RSVP hoạt động liên điều hành với các kỹ thuật QoS khác để cải thiện độ đảm bảo cho các tài nguyên dành trước.
Giao thức dành trước tài nguyên RSVP thường được sử dụng cho các ứng dụng yêu cầu đảm bảo các tham số băng thông và độ trễ. Một đặc điểm quan trọng của RSVP là việc giành tài nguyên được thực hiện bởi “trạng thái mềm”, có nghĩa là trạng thái dành tài nguyên có liên quan tới một bộ định thời (timer), và khi bộ định thời hết hạn, việc dành trước tài nguyên được loại bỏ. Nếu nơi nhận muốn lưu lại trạng thái dành tài nguyên nào, nó phải đều đặn gửi các thông điệp dành tài nguyên. Nơi gửi cũng phải thường xuyên gửi thông điệp này. Các ứng dụng mạng hiện nay sử dụng RSVP như là giao thức báo hiệu gồm các ứng dụng cho VoIP (Voice over IP) và kỹ thuật lưu lượng MPLS (Multi Protocol Label Switching).
3.1.2.1 Hoạt động của RSVP
Một phiên làm việc của giao thức RSVP thường sử dụng 3 tham số sau:
Địa chỉ đích
Cổng đích
Hình 3.2. Cấu trúc mạng IntServ
Nguyên lý hoạt động của RSVP [23]:
Giao thức báo hiệu RSVP sẽ đưa ra quyết định luồng IP từ nút H1 đến nút H2 (Hình 3.2) có thể được mạng IntServ phục vụ hay không. Trước tiên, RSVP xác định và xây dựng đường định tuyến cho luồng IP bằng tin PATH. Đường định tuyến này đi qua các bộ định tuyến R1, R2, R3. Tiếp đó dung lượng sẽ được chiếm giữ cho đường định tuyến theo chiều từ nút nhận ngược trở lại nút gửi. Sự chiếm giữ được thực hiện bằng tin RESV của giao thức RSVP. Nếu sự chiếm giữ thành công tại tại tất cả các nút R3, R2, R1, luồng IP bắt đầu được phục vụ. Nếu tại bất cứ bộ định tuyến nào, sự chiếm giữ không thực hiện được do thiếu dung lượng cần thiết, giao thức RSVP sẽ dựa vào kết quả này để chặn luồng IP.
3.1.2.2 Các kiểu dành trước tài nguyên của RSVP
Trong RFC 2205 [10] định nghĩa 3 kiểu dành trước tài nguyên:
Bảng 3.1. Các kiểu dành trước tài nguyên
Dành trước tài nguyên Lựa chọn
máy gửi Phân biệt Chia sẻ
Tường minh FF SE
Wildcard Không định nghĩa WF
Bảng 3.1 có 4 khả năng được tổ hợp từ các cách thức điều khiển chia sẻ tài nguyên và lựa chọn máy gửi gồm 1 kiểu không được định nghĩa; 1 kiểu bộ lọc cố định FF (Fixed Filter) 1 kiểu chia sẻ tường minh SE (Shared Explicit) và kiểu bộ lọc Wildcard WF (Wildcard – Filter).
Hai kiểu điều khiển máy gửi được định nghĩa:
Kiểu lựa chọn tường minh: liệt kê toàn bộ các máy gửi
Điều khiển chia sẻ lưu lượng thực hiện điều khiển các ứng xử dành trước tài nguyên cho các máy gửi khác nhau trong cùng một phiên. Có 2 kiểu điều khiển chia sẻ lưu lượng được định nghĩa:
Kiểu dành trước tài nguyên riêng biệt dành trước tài nguyên được tạo ra cho từng máy gửi.
Kiểu dành trước tài nguyên chia sẻ dành trước tài nguyên chung cho các máy gửi trong phiên.
3.1.2.3 Các dạng bản tin của RSVP
Khuôn dạng bản tin RSVP có cấu trúc gồm một tiêu đề chung và các trường chức năng thể hiện các đối tượng như chỉ ra trên Hình 3.3 (a). Mỗi một đối tượng được cấu trúc bởi tiêu đề đối tượng và nội dung đối tượng.
Khuôn dạng tiêu đề chung được chỉ ra trên Hình 3.3 (b) có tổng độ dài là 8 bytes. Nó gồm 4 bit cho số hiệu phiên bản RSVP, 4 bit cờ, 8 bit sử dụng cho kiểu bản tin RSVP; 16 bit tổng kiểm tra, 8 bit sử dụng cho thời gian sống TTL của gói tin IP, 8 bit dự phòng và trường hiện thị độ dài bản tin gồm 16 bit.
Hình 3.3. Khuôn dạng bản tin RSVP và tiêu đề chung RSVP
Nếu trường tổng kiểm tra độ dài chứa toàn bộ giá trị 0, điều đó thể hiện không cần kiểm tra các dữ liệu truyền đi. Độ dài bản tin RSVP bao gồm cả tiêu đề và các đối tượng trong bản tin. RSVP định nghĩa các kiểu bản tin sắp xếp theo thứ tự kiểu bản tin:
1. Path - Sử dụng để yêu cầu tài nguyên dành trước.
2. Resv - Gửi đáp ứng bản tin đường để thiết lập và duy trì dự trữ tài nguyên. 3. PathTear - Sử dụng để xoá dự trữ tài nguyên khỏi mạng theo hướng đi. 4. ResvTear - Sử dụng để xoá bỏ tài nguyên khỏi mạng theo hướng về. 5. PathErr - Thông báo lỗi bản tin PATH.
6. ResvErr - Thông báo lỗi bản tin RESV.
7. ResvConf - Là một bản tin tuỳ chọn, gửi ngược lại tới phía gửi của bản tin Resv để xác nhận rằng tài nguyên dự trữ xác định thực sự đã được cài đặt.
8. ResvTearConf - Sử dụng để xác nhận dự trữ tài nguyên xác định đã bị xoá khỏi mạng.
Khuôn dạng đối tượng RSVP được chỉ ra trên hình 3.4 dưới đây gồm 32 bit tiêu đề đối tượng và các nội dung đối tượng có độ dài thay đổỉ. Một đối tượng độ dài có 32 bit định nghĩa độ dài tối đa cho phép của đối tượng RSVP là 65,528 byte. Các đối tượng RSVP được tổ chức thành lớp đối tượng và kiểu đối tượng
Hình 3.4. Khuôn dạng bản tin đối tượng RSVP
Trường chức năng “Class Num” định nghĩa lớp đối tượng và trường chức năng “C-Type” định nghĩa đối tượng trong lớp. Các trường chức năng này tổ chức thành một cặp để mô tả các đối tượng trong RSVP. Các lớp đối tượng sau được định nghĩa trong RFC 2205:
NULL - Mô tả trạng thái của phiên. SESSION - Mô tả phiên.
RSVP_HOP - Thể hiện các bước nhảy của bản tin RSVP. TIME_VALUE - Mô tả giá trị thời gian chuyển tin. STYLE - Mô tả kiểu bản tin.
FLOWSPEC - Mô tả đặc tính luồng. FILTER_SPEC - Mô tả đặc tính bộ lọc.
SENDER_TEMPLATE - Mô tả khuôn dạng gói của đối tượng gửi.
Đối tượng FLOWSPEC chứa các tham số điều khiển lưu lượng gồm: tốc độ gáo rò token; kích thước gáo rò token, tốc độ đỉnh
Đối tượng kiểu bản tin (STYLE) được đặt trong “Class num=8”, lớp này chỉ có một đối tượng với C type -1. Đối tượng kiểu định nghĩa các kiểu dành trước tài nguyên.
Hình 3.5. Khuôn dạng đối tượng kiểu
Hình 3.5 chỉ ra khuôn dạng của đối tượng kiểu, kiểu dành trước tài nguyên được định nghĩa bởi 5 bit cuối cùng. Trong đó, 2 bit đầu định nghĩa kiểu điều khiển chia
sẻ tài nguyên và 3 bit điều khiển lựa chọn máy gửi. Ý nghĩa của các bit được thể hiện trong bảng 3.2 và bảng 3.3
Bảng 3.2. Các bit sử dụng cho điều khiển chia sẻ XX bit Điều khiển chia sẻ
00 Dự phòng
01 Tài nguyên phân biệt 10 Tài nguyên chia sẻ 11 Dự phòng
Bảng 3.3. Các bít sử dụng cho điều khiển lựa chọn máy gửi YYY bit Điều khiển lựa chọn máy gửi
000 Dự phòng
001 Lựa chọn Wildcard
010 Lựa chọn tường minh
011-111 Dự phòng
Bản tin PATH mô tả thông tin phiên truyền thông qua địa chỉ IP nguồn và địa chỉ IP đích, cùng với một số đặc tính của đường đi được phản ánh trong các đối tượng RSVP_HOP và TIME_VALUE. Khuôn dạng của gói tin sẽ được chuyển đi tương thích với các kiểu lọc được mô tả trong đối tượng SENDER_TEMPLATE, các đặc tính luồng của các ứng dụng từ máy gửi được mô tả trong đối tượng SENDER_TSPEC. Cấu trúc bản tin PATH được trình bày ở Hình 3.6 (a).
Hình 3.6 (b) mô tả cấu trúc chung của bản tin RESV, các đối tượng của bản tin RESV nhằm xác nhận và sửa đổi một số yêu cầu của bản tin PATH cho phù hợp với hiện trạng thực tế của mạng.
3.1.2.4 Trạng thái mềm
Phần lớn mạng IP sử dụng các giao thức linh hoạt, giống như nhiều giao thức định tuyến được sử dụng để duy trì các bảng định tuyến tại các Router. Lưu lượng sẽ được định tuyến lại nếu như liên kết bị sự cố. Giao thức RSVP dựa vào bảng định tuyến và nếu như bảng định tuyến thay đổi, tuyến luồng dữ liệu sẽ thay đổi và dẫn đến việc dành trước tài nguyên cũng thay đổi.
Giao thức RSVP sử dụng khái niệm trạng thái mềm để điều khiển sự thay đổi trên mạng. Trạng thái mềm RSVP được tạo ra và được làm mới lại theo chu kì bằng các bản tin PATH và RESV. Trạng thái này bị xóa nếu như không có các bản tin làm mới đến trước khoảng ngưỡng thời gian “xóa”. Trạng thái giữ trước tài nguyên cũng có thể bị xóa bằng bản tin “giải phóng” sau khi khoảng ngưỡng thời gian “làm mới lại” trôi qua và trạng thái thay đổi. RSVP quét trạng thái của nó để kiến tạo và chuyển các bản tin PATH và RESV mới tới chặng tiếp theo.
RSVP gửi các bản tin của nó giống như các IP datagram mà không có sự cải tiến về độ tin cậy. Việc truyền tin theo chu kì của các bản tin được làm mới từ Host và Router có thể hạn chế được tổn thất của bản tin RSVP. Cơ chế điều khiển lưu lượng mạng phải được đặt cấu hình cố định để cung cấp một số băng thông tối thiểu cho các bản tin RSVP nhằm bảo vệ các bản tin khỏi nghẽn.
Bản tin “giải phóng” của RSVP xóa tuyến hoặc xóa trạng thái giữ trước tài nguyên ngay lập tức. Có hai loại bản tin giải phóng RSVP là giải phóng Tuyến (Pathtear) và giải phóng Dành trước Tài nguyên (Resvtear).
3.1.2.5 Tổng kết về giao thức RSVP
Giao thức RSVP có các thuộc tính sau đây:
RSVP giữ trước tài nguyên cho cả các ứng dụng đơn hướng và đa hướng, tương thích linh hoạt với các tuyến thay đổi;
RSVP là đơn công, nghĩa là nó tạo giữ trước tài nguyên cho các luồng dữ liệu đơn hướng;
RSVP là cơ chế hướng về phía nhận, nghĩa là phía nhận dữ liệu khởi tạo và duy trì giữ trước tài nguyên sử dụng cho luồng dữ liệu đó;
RSVP duy trì “trạng thái mềm” tại Router và Host, hỗ trợ cho sự thay đổi linh hoạt về định tuyến;
RSVP chuyển tải và duy trì các tham số điều khiển lưu lượng và điều khiển chính sách;
RSVP cung cấp một số mô hình giữ trước tài nguyên để tương thích với các ứng dụng khác nhau;
RSVP hoạt động trong suốt với các router không hỗ trợ nó;
3.1.2.6 RSVP và IntServ
RSVP gần đồng nhất với IntServ [7], [23], vì hiện tại nó mới chỉ chuyển tải các tham số IntServ được chuẩn hóa. RSVP hỗ trợ hai loại dịch vụ mô hình IntServ đưa ra là dịch vụ tải có điều khiển và dịch vụ cam kết.
3.1.2.6.1 Dịch vụ tải có điều khiển
Các đối tượng xuất hiện trong bản tin PATH cho dịch vụ tải có điều khiển được mô tả sau đây:
Bảng 3.4. Các tham số của các đối tượng CL khác nhau
Đối tượng RSVP Tham số Mô tả Các đơn vị
Địa chỉ đích Địa chỉ IP đơn hướng/đa hướng - Cổng IP Giao thức IP như UDP hoặc TCP - Mẫu gửi
Cổng đích Số cổng đích -
R Tốc độ gầu thẻ bài Byte/giây
B Kích thước gầu thẻ bài Bytes
P Tốc độ đỉnh Byte/giây
m Đơn vị kiểm tra tối đa Bytes
Đặc tính lưu lượng phía gửi (Sender Tspec)
M Kích thước gói tối đa Bytes
Các đối tượng RSVP trong các bản tin RESV giống như các đối tượng trong bản tin PATH, nhưng giá trị của các tham số có thể khác. Dịch vụ tải có điều khiển (CL) không sử dụng Rspec trong các bản tin RESV.
Ba tham số đầu trong Tspec dùng để điều khiển thu nhận và kiểm soát.
3.1.2.6.2 Dịch vụ cam kết
Các đối tượng được xác định khi yêu cầu dịch vụ cam kết được đưa ra như dưới đây. Chúng giống như dịch vụ tải có điều khiển và bổ sung thêm tham số Rspec.
Bảng 3.5. Các tham số của dịch vụ cam kết Rspec
Đối tượng RSVP Tham số Mô tả Đơn vị
Rspec R Tốc độ Byte/giâp
S Stack term Ms
Ở đây, r liên quan tới đặc tính của lưu lượng còn R liên quan tới đặc tính của dành trước tài nguyên. Bằng cách chọn R>r chúng ta sẽ giảm được trễ hàng đợi. Tham số S biểu thị sự khác nhau giữa trễ mong muốn và trễ có được từ việc sử dụng dành trước thời gian.