3.2.4.1 Đặt vấn đề
Đối với mạng Internet truyền thống, các kết nối được xử lý như nhau trong mạng. Đây là điểm trái ngược với các khái niệm khác, như mạng ATM (chế độ truyền không đồng bộ), có thể đáp ứng yêu cầu chất lượng dịch vụ đối với các kết nối ở mức cao hơn về xử lý và báo hiệu liên quan tới việc chấp nhận các kết nối mới và duy trì các kết nối đang
BB1 BB2 BB3
USER
AS1 AS2 AS3
Liên kết mạng
Liên kết người sử dụng BB Trao đổi SLA
Liên kết trong mạng
có. Mặt khác, vì tài nguyên mạng bị giới hạn nên việc đảm bảo hiệu suất yêu cầu phải từ chối các kết nối mới nếu tài nguyên không có sẵn. Điều này chính là điểm tương phản so với đặc tính Best-Effort của mạng Internet ngày nay.
Hiện tại người ta đã nhìn nhận tầm quan trọng của việc phân biệt giữa các lớp kết nối và khả năng cấp phát tài nguyên cho các kết nối theo lớp của chúng, vì lý do này mà mô hình phân biệt DiffServ được đưa ra. Mô hình DiffServ hoạt động dựa trên việc đánh dấu các gói tin bắt đầu đi vào mạng theo mức hiệu suất cần cung cấp. Sau đó theo dấu này, các gói tin sẽ được xử lý khác nhau tại các nút mạng.
Cách phổ biến để phân biệt gói tin là dùng bộ đệm RED, tức là dùng các tham số khác nhau cho các gói tin khác nhau.
3.2.4.2 Các phương pháp xử lý gói trong DiffServ
Quy tắc ứng xử theo từng chặng là sự mô tả bề ngoài của ứng xử chuyển tiếp một nút DS được áp dụng cho một tập ứng xử DS cụ thể. Để tạo ra các hành vi chuyển tiếp gói được định nghĩa theo quy tắc ứng xử từng chặng PHB, các cơ cấu kỹ thuật đảm bảo QoS như AQM và lập lịch gói được ứng dụng.
Nhóm làm việc về DiffServ của IETF định nghĩa hai loại PHB trong RFC 2598 [14], RFC 3246 và RFC 2597 [14]: Chuyển tiếp nhanh EF (Expedited Forwarding) và Chuyển tiếp đảm bảo AF (Assured Forwarding).
3.2.4.2.1 Chuyển tiếp nhanh EF PHB
Chuyển tiếp nhanh được yêu cầu đưa ra các dịch vụ với khả năng tổn hao thấp, trễ thấp, thay đổi trễ thấp và đảm bảo băng thông. Một bộ định tuyến EF phải đảm bảo lưu lượng EF được đưa đến những bộ nhớ đệm nhỏ vì rung pha và trễ gây nên bởi thời gian mà gói sử dụng trong bộ nhớ đệm và hàng đợi.
Khi xảy ra hiện tượng quá tải, nút biên miền DS không cho phép lưu lượng dạng này đi vào trong miền vì nó là nguyên nhân gây tắc nghẽn tại các bộ định tuyến trong miền DS. Vấn đề này được điều chỉnh bởi thỏa thuận mức dịch vụ SLA và xác định lưu lượng truyền có điều kiện.
Chuyển thiếp nhanh EF PHB khả thi nếu băng thông đầu ra và kích thước bộ nhớ đệm đủ để các luồng lưu lượng ra với tốc độ phục vụ µ. Tốc độ phục vụ µ luôn lớn hơn tốc độ đầu vào λ tại các bộ đệm EF.
3.2.4.2.2 Nhóm chuyển tiếp đảm bảo AF PHB
DiffServ được thực hiện trong NS2 theo nhóm chuyển tiếp đảm bảo. Một gói tin phụ thuộc vào một luồng có thể nhận 3 mức ưu tiên cùng với luồng đó, được dùng để cung cấp xác suất mất gói thấp hơn cho các gói tin đồng bộ trong kết nối TCP. Do không giống các gói tin khác, việc các gói tin đồng bộ bị mất có thể gây gián đoạn liên lạc (thời gian time-out) rất dài. Ngoài việc phân biệt mỗi luồng, thì tất cả các luồng được phân thành các lớp (tối đa là 4 lớp) và các lớp khác nhau sẽ nhận được mức độ xử lý khác nhau. Chuyển tiếp đảm bảo với đặc điểm phân phối dữ liệu đảm bảo với khả năng mất gói thấp là điều kiện tốt nhất khi sử dụng các giao thức không thực hiện xử lý sửa lỗi hoặc không có giải pháp truyền lại gói.
AF PHB bao gồm 4 lớp chuyển tiếp và mỗi lớp chuyển tiếp có 3 mức ưu tiên loại bỏ gói tin, mỗi lớp được gán một băng thông và khoảng nhớ đệm xác định. Nếu một gói phải bị loại bỏ, bộ định tuyến có cách nhận biết gói nào bị loại bỏ đầu tiên. Ngoài ra, mỗi lớp chuyển tiếp được phân bổ một số lượng cực nhỏ băng thông và bộ nhớ đệm. Nếu bộ nhớ đệm đầy, thì quá trình loại bỏ gói sẽ bắt đầu theo trật tự loại bỏ theo mức ưu tiên. Các phân loại AF được thể hiện trên hình 3.14 và trên bảng 3.7:
Hình 3.14. Các phân lớp AF PHB
Bảng 3.7. Chi tiết các phân lớp chuyển tiếp đảm bảo AF PHB
Lớp PHB Phân lớp Dự đoán mất gói DSCP
AF4 AF41 AF42 AF43 Thấp Trung bình Cao 100010 100100 100111 AF3 AF31 Thấp 011010
AF32 AF33 Trung bình Cao 011100 100010 AF2 AF21 AF22 AF23 Thấp Trung bình Cao 010010 010100 010110 AF1 AF11 AF12 AF13 Thấp Trung bình Cao 001010 001100 001110
Thực hiện đánh dấu gói:
Mỗi gói IP mang một byte gọi là octet ToS (Type of Service). Byte này chiếm một vài phần trăm của lưu lượng hiện nay, và được thiết lập bằng 0. Rõ ràng đó là một đặc tính sử dụng không trọn vẹn của IP. Trong IPv6, có một byte tương đương gọi là byte loại lưu lượng. Nhiệm vụ đầu tiên của nhóm làm việc DiffServ là xác định lại byte này, định nghĩa giống nhau cho IPv4 và IPv6. Trường 6 bit này được biết như là trường dịch vụ phân biệt (trường DS) và được đánh dấu với một mẫu bit đặc biệt gọi là DSCP dùng để chỉ ra cách thức mỗi bộ định tuyến cần xử lý gói. Các gói DiffServ phải có một giá trị phù hợp trong trường DSCP. Để nhấn mạnh việc không có thông tin về phiên cần cất giữ, việc xử lý này được biết như là một PHB. ToS định nghĩa như trong hình 3.15:
Hình 3.15. Cấu trúc của byte TOS
Trường DS 6 bit có thể bao gồm tới 64 giá trị khác nhau. Nói chung, 64 PHBs khác nhau là cần thiết, nên một số codepoint dùng để dự trữ. Sự đánh dấu có thể xuất hiện trong hai vị trí:
Nguồn gốc phát sinh lưu lượng (ví dụ Web Server hoặc Gateway của hệ thống điện thoại IP) thực hiện đánh dấu lưu lượng. Điều này có được lợi thế là thực thể phân loại có thể biết rõ về ứng dụng nên đánh dấu các gói theo ứng dụng.
Một bộ định tuyến (như là bộ định tuyến đầu tiên mà lưu lượng gặp hoặc bộ định tuyến ở ranh giới khách hàng ISP) phân loại và đánh dấu lưu lượng. Điều này có lợi thế là không cần thay đổi Server, nhưng nó yêu cầu vài mở rộng “nhanh” trong bộ định tuyến. Rất may, nhiều bộ định tuyến đã có khả năng này, thay cho sử dụng IntServ/RSVP.
Một tuỳ chọn thứ ba, kết hợp lợi thế và bất lợi của cả hai, đối với Server sử dụng mô hình IntServ/RSVP để kết nối với bộ định tuyến biên, nhưng đối với bộ định tuyến biên dùng mô hình DiffServ cho sự liên lạc phạm vi rộng như Internet.
Sử dụng đánh dấu:
Các PHB được xác định theo các giới hạn về tài nguyên của chúng (bộ đệm, băng thông) có quan hệ ưu tiên với các PHB khác, hay trong các giới hạn về đặc điểm lưu lượng tường minh (trễ, tổn thất). Các PHB này có thể được dùng như là các khối làm sẵn để cấp phát các tài nguyên và nên được định rõ như một nhóm PHB chắc chắn. Các nhóm PHB thường chia sẻ áp dụng ràng buộc chung cho mỗi PHB trong phạm vi nhóm, như chính sách lập lịch gói hay quản lý bộ đệm.
Khi một gói đi vào bộ định tuyến, việc định tuyến lựa chọn hợp lý cổng ra của nó và giá trị DSCP được sử dụng để chuyển gói tới hàng đợi hoặc xử lý tại cổng đó. Việc tiến hành phụ thuộc vào định nghĩa của PHB tương ứng. PHB được cấu hình bằng cơ chế quản lý mạng thiết lập bảng QoS bên trong bộ định tuyến.
Nhóm làm việc DiffServ đã đưa ra phương pháp trong đó một vài PHB cơ sở cần sớm chuẩn hoá. Điều đó xuất phát từ kinh nghiệm (hầu hết từ việc triển khai giới hạn và thử nghiệm sử dụng trường mức ưu tiên IP để lựa chọn hoạt động chuyển tiếp. PHBs được chuẩn hoá như sau:
Hoạt động mặc định: giá trị DSCP là 0 và dịch vụ tương ứng là dịch vụ Internet mặc định hiện nay (không kiểm soát được hoàn toàn tắc nghẽn và mất mát).
Các hoạt động lựa chọn loại: 7 giá trị DSCP từ 001000 đến 111000 để lựa chọn 7 hoạt động, mỗi giá trị có xác suất chuyển tiếp cao hơn giá trị trước.
Chuyển tiếp nhanh (EF - Expedited Forwarding): Giá trị DSCP khuyến cáo là 101110 và hoạt động được định nghĩa như tốc độ chuyển hướng của lưu lượng EF phải bằng hoặc lớn hơn tốc độ cấu hình. EF dùng để tạo dịch vụ thời gian thực với một cấu hình tốc độ lưu lượng.
Chuyển tiếp đảm bảo (AF - Assured Forwarding): Trên thực tế, một hoạt động AF thật sự gồm có 3 hoạt động con. Để thuận tiện ta gọi chúng là AF1, AF2, AF3. Khi mạng bị tắc nghẽn, các gói được đánh dấu với DSCP cho AF1có xác suất bị loại bỏ bởi bất kỳ bộ định tuyến nào là thấp nhất, và các gói được đánh dấu AF3 có xác suất cao nhất. Vì vậy, trong phạm vi loại AF, có thể dùng các xác suất rớt khác nhau.
3.2.5 Kết luận
Việc triển khai DiffServ trên mạng không tạo ra băng thông rỗi mà ý tưởng cơ bản của nó là triển khai nhiều hàng đợi trên router để đảm bảo rằng các BA này được đảm bảo về chất lượng hơn các BA khác. Do đó cần phải đảm bảo năng lực mạng nhất định cho các bộ định tuyến.