L ỜI NểI ĐẦU
1. 4 1 Cỏc giao thức và thuật toỏn sử dụng để thờm QoS vào mạng IP
Hầu hết cỏc nhà quan sỏt Internet sẽ đồng ý rằng một trong cỏc cỏch sau sẽ trở thành phưong phỏp được chấp nhận để thờm QoS vào mạng IP. Tuy nhiờn, hiện nay khụng cú phưong phỏp nào nổi trội rừ ràng và chỳng cũng luụn thay đổi theo thời gian. Danh sỏch này khụng cú ý định đề cập tới tất cả cỏc khớa cạnh mà chỉ nờu đại diện cho cỏc cỏch tiếp cận đó được thớ nghiệm hay đề xuất trong những năm gần đõỵ
1. 4. 1. 1 Tốc độ truy nhập cam kết(CAR)
Phưong phỏp này là một chức năng của “bộ định tuyến chuyển mạch ”của Ciscọ Cỏch tiếp cận đặc trưng của nhà cung cấp thiết bị được đưa ra ởđõy khụng cú nhiều giới hạn như cảm giỏc đầu tiờn, bởi phần lớn cỏc bộđịnh tuyến trờn mạng đều của Ciscọ Tuy nhiờn khụng phải bộ định tuyến nào của Cisco cũng cú thể chạy được CAR. CAR giới hạn băng thụng sử dụng trờn một liờn kết cho bất kỡ một ứng dụng nàọ Theo đú, trờn một liờn kết 15-Mb/s, CAR cú thể giới hạn truy cập Web vào 50% của lượng này, để 50% cho cỏc ứng dụng khỏc vớ dụ như thoạị CAR khụng thờm QoS nhiều như giới hạn cạnh tranh cho băng thụng . CAR cú thể được bổ sung vào một bộđịnh tuyến truy nhập và cải thiện đỏng kể hoạt động của mạng thậm chớ ngay cả trong trường hợp cỏc bộđịnh tuyến khỏc khụng biết chỳt gỡ về hoạt động của CAR.
1. 4. 1. 2 Xếp hàng trờn cơ sở lớp(CBQ)
Phưong phỏp này là mộ kế hoạch cụng cộng-vựng được đề xuất bởi Network Research Group tại Lawrence Berkeley National Laboratorỵ Vỡ thế mọi người được tự do thực hiện cụng nghệ quản lý lưu lượng nàỵ CBQ nằm ở lớp 3 của bộđịnh tuyến kết nối truy nhập của mạng LAN và mạng WAN. CBQ chia lưu lượng của tất cả người sử dụng ra thành cỏc loại và ấn định băng thụng cho từng loạị Cỏc lớp cú thể là cỏc luồng riờng biệt cỏc gúi tin hay đại diện cho một loại tổng thể của ứng dụng, người sử dụng, hay mỏy chủ. Bản thõn cỏc lớp cú thểđược xỏc định bằng cỏch kết hợp địa chỉ IP, cỏc giao thức như TCP hay UDP và cỏc tổng thể đại diện cho cỏc ứng dụng như truyền tập tin, truy nhập Web…CBQ cú
thể làm giảm bớt hiệu ứng cổ chai giữa LAN và WAN, điều này rất linh động và khụng yờu cầu những thay đổi lớn đối với hạ tầng mạng Internet .
1. 4. 1. 3 Lớp dịch vụ(CoS)
Lớp dịch vụ cú ý nghĩa là một nhúm cuả một hay nhiều giỏ trị cỏc tham số QoS đại diện cho một loại ứng dụng chọn vẹn. Tuy nhiờn CoS cũng là một khỏi niệm LAN mới được định nghĩa trong tiờu chuẩn IEEE 802. 1p. Tiờu chuẩn này được sử dụng để tạo ra cỏc mạng LAN ảo(VLANs) cú thể mở rộng cỏc vựng kết nối trong một WAN song lại hoạt động như một mạng LAN đơn lẻ. CoS sử dụng 3 bit trong phần tiờu đề của một khung LAN. Cỏc mức CoS cú thể ỏnh xạ vào cỏc mức loại dịch vụ (ToS) của IP hay được hỗ trợ trong cỏc bộđịnh tuyến với một số cơ chế khỏc .
1. 4. 1. 4 Cỏc dịch vụ phõn biệt (DiffServ)
Cỏc dịch vụ này gắn bú chặt chẽ với VoIP và điện thoại Internet . DiffServ định nghĩa lại 6 trong số 8 bit trong trường ToS của phần mào đầu trong gúi IP cho phộp cỏc bit ToS được sử dụng để phõn biệt cỏc ứng dụng . 6 bit này tổ hợp ra 64 lớp dịch vụ, nú đại diện cho cỏc loại ứng dụng khỏc nhau và sẽ được chuẩn hoỏ giữa tất cả cỏc ISP và cỏc bộ định tuyến . Chuẩn DiffServ rất hấp dẫn nhưng tất nhiờn là cỏc bộ định tuyến phải hiểu và tuõn theo cỏc loại QoS của DiffServ . DiffServ khụng cú cỏc bảo đảm thực hiện QoS hoàn toàn. Vớ dụ, DiffServ tốt nhất cú thể làm cho VoIP là đảm bảo cỏc gúi thoại được xếp hang đầu tiờn tới cổng rạ
1. 4. 1. 5 Quyền ưu tiờn IP
IP Precendence sử dụng 3 bit trong trường ToS của tiờu đề gúi tin IP để chỉ thị loại dịch vụ của mỗi gúị Cú thể chia lưu lượng trong mạng thành 6 lớp dịch vụ (hai lớp cũn lại được dành riờng cho mạng sử dụng ). Cỏc kỹ thuật xếp hàng trong toàn bộ mạng cú thể sử dụng bỏo hiệu này để thực hiện việc xử lý phự hợp cho từng loại gúị IP Header Data 3 bit Byte ToS Hỡnh 1. 8 IP Precendence
Quyền ưu tiờn IP cho phộp 3 bit trong trường ToS của phần mào đầu IP được đặt với giỏ trị từ 0 tới 7. Khoảng này xỏc định quyền ưu tiờn cao nhất. Theo đú, ISP tiếp theo cú thể xử lý gúi với quyền ưu tiờn đó được cho biết. Phưong phỏp này xung đột với phưong phỏp DiffServ do trường ToS khỏc nhau và đũi hỏi tất cả cỏc ISP phải hiểu cỏch sử dụng cỏc bit nàỵ Một trong những vấn đề với QoS trờn Internet là thường xuyờn cú nhiều ISP chỉ quan tõm đến truyền gúi IP từ nơi này đến nơi khỏc . Một ISP thường khụng cú một chỳt ý niệm nào rằng lưu lượng nào là quan trọng khi nú đến từ một ISP khỏc
1. 4. 1. 6 Chuyển mạch nhón đa giao thức MPLS
Phương phỏp này cũng là một chuẩn của IETF nhưng nú cú thể hoạt động dễ dàng với cỏch tiếp cận DiffServ. DiffServ đặt ra một cơ chế để nhận biết CoS của IP nhưng để lại một khoảng hoạt động cho nhà cung cấp dịch vụ . MPLS cung cấp một cơ chế như vậy bằng cỏch yờu cầu cỏc bộ định tuyến trở thành cỏc bộ chuyển mạch lớp 3. Cú nhiều cỏch để biến đổi một bộ định tuyến thành một bộ chuyển mạch lớp 3, và một cỏch trong số đú là gắn bộ định tuyến vào một mạng ATM và biến đổi một cỏch hiệu quả bộđịnh tuyến thầnh chuyển mạch ATM. Trờn cơ sở một phương phỏp của Cisco gọi là chuyển mạch cờ, MPLS đũi hỏi cỏc ISP xõy dựng một cơ sở hạ tầng MPLS mới để xử lý cỏc nhón và do đú giữđược tất cả cỏc đặc trưng của một bộ định tuyến IP và một bộ chuyển mạch ATM trờn một thiết bị . MPLS sẽ giải quyết được vấn đề riờng tư và khả năng mở rộng cũnh như sử dụng kờnh ảo(ATM là một mạng kờnh ảo) và cỏc bộ xử lý gúị
1. 4. 1. 7 Xếp hàng theo VC.
Cỏc bộ định tuyến thường được kết nối bởi cỏc mạng kờnh ảo (VC) như là Frame Relay hay ATM. Nhiều nhà cung cấp thiết bị chuyển mạch Frame Relay và ATM sử dụng một bộ đệm đầu ra đơn cho tất cả lưu lượng cho cựng một cổng rạ Xếp hàng theo VC sử dụng cỏc bộđệm riờng cho cỏc kờnh ảọ Mỗi bộđệm cú thể được cấp cho một mức ưu tiờn, do đú cỏc kờnh ảo thoại, vớ dụ, cú thể cú được quyền ưu tiờn hơn cỏc kờnh ảo mang dữ liệụ Phương phỏp này khụng thiết lập một quan hệ chắc chắn giữa cỏc lưu lượng IP và bản thõn cỏc số lượng kờnh ảo, do đú mức ưu tiờn lưu lượng cần được xỏc định bởi cỏc cơ chế khỏc.
1. 4. 1. 8 Định tuyến theo chớnh sỏch.
Đõy là một khỏi niệm đó được đề cập trong một khoảng thời gian và cũng được xõy dựng thành cỏc giao thức định tuyến như OSPF. Người quản lý mạng phải quyết định chọn lựa một hoặc nhiều chớnh sỏch để ỏp dụng khi cỏc bộ định tuyến xõy dựng cỏc bảng định tuyến cho chỳng. Lấy một vớ dụ, bảo mật cú thể là một chớnh sỏch định tuyến cú thể được sử dụng để chỉ dẫn bộ định tuyến chọn
tuyến đường bảo mật nhất đầu tiờn (vớ dụ như là liờn kết cú sử dụng mó hoỏ) và đặt tuyến đường ớt bảo mật nhất làm lựa chọn cuối cựng (như cỏc liờn kết trờn viba hay cỏc phương tiện quảng bỏ khỏc). Mỗi một chớnh sỏch yờu cầu một bảng định tuyến riờng và được duy trỡ bởi mỗi bộ định tuyến . Thường thỡ trường ToS trong phần mào đầu IP được sử dụng để quyết định bảng định tuyến được dung cho mỗi gúi cụ thể. Để cú hiệu quả cỏc chớnh sỏch phải được ứng dụng cho phự hợp trờn tất cả cỏc bộđịnh tuyến và sử dụng cựng một nguyờn tắc.
1. 4. 1. 9 Cỏc hàng QoS.
Cũng đươc gọi là cỏc hàng lớp dịch vụ (CoS Queues), theo phương phỏp này cỏc nhà cung cấp bộđịnh tuyến và bộ chuyển mạch thiết lập một số lượng nhỏ cỏc hàng đợi cho mỗi cổng ra và chia lưu lượng ra vào những hàng đợi trờn cơ sở QoS cần thiết. Đõy là một loại “Xếp hàng theo VC kụng cú cỏc VC”. Khụng cú VC để xỏc định QoS cần thiết, QoS yờu cầu phải được đặt cho một luồng gúi cỏ biệt bằng một cơ chế khỏc, vớ dụ dựng trường ToS. ToS này cú thể được sử dụng để ỏnh xạ gúi vào một lớp QoS của một hạ tầng cơ sở mạng ở dướị Cỏc bộ chuyển mạch ATM thường cú 4 hàng đợi cho lưu lượng ra, nhưng cấp độ của của những hàng đợi QoS dành cho chuyển giao gúi IP này thuộc về tiện ớch bị giới hạn, bởi vỡ tất cả cỏc gúi IP cú xu hướng rơi vào cựng một loại QoS của ATM.
1. 4. 1. 10 Loại bỏ sớm ngẫu nhiờn RED
Phương phỏp này dựa trờn nguyờn tắc xỏc suất chỉ dẫn một bộ định tuyến bắt đầu bỏ qua gúi tin khi vượt quỏ ngưỡng xếp hàng đó được thiết lập trước. Vớ dụ, một bộ định tuyến RED cú thể bắt đầu ngẫu nhiờn bỏ qua cỏc gúi khi một bộ đệm ra đạt đến 80% dung lượng. Mục đớch là ngăn chặn tràn bộ đệm và khả năng bị mất nhiều gúi cú mức ưu tiờn cao của cựng một nguồn. Theo đú, khi bắt đầu nghẽn, thay vỡ khả năng bị mất nhiều gúi thoại, một bộ định tuyến RED cố gắng làm mất một vài gúi từ nhiều nguồn khỏc nhau, và chỳng cú thể cú mức ưu tiờn thấp hơn. RED cú thể kết hợp với nhiều phưong phỏp khỏc và khụng cần bắt buộc phải được sử dụng trờn tất cả cỏc bộđịnh tuyến mới mang lại hiệu quả.
1. 4. 1. 11 Giao thức dự trữ tài nguyờn (RSVP)
RSVP là giao thức bỏo hiệu được phỏt triển bởi IETF. Mục đớch của RSVP là cung cấp một cơ chếđể cỏc ứng dụng yờu cầu được đảm bảo chất lượng dịch vụ khi truyền thụng tin qua mạng. Nhiệm vụ cơ bản của RSVP là thiết lập và duy trỡ sự dành tài nguyờn ỏp dụng cho một luồng gúi cụ thể trờn một đường xỏc định qua cỏc router. RSVP định nghĩa cho cỏc luồng gúi theo địa chỉ IP và địa chỉ cổng lớp 4. Mỗi luồng cú một bản miờu tả luồng (flow descriptor) bao gồm những thụng tin về QoS mà luồng đú cần. Khi cần dành tài nguyờn trờn một lộ trỡnh từ nguồn tới
đớch thỡ một phiờn RSVP được thiết lập. Vỡ RSVP hoạt động đơn cụng nờn muốn quỏ trỡnh diễn ra theo hai chiều thỡ phải mở hai phiờn RSVP trờn mỗi trạm. Điểm khỏc với cỏc giao thức khỏc ở RSVP bờn thu như sau:
Bờn phỏt gửi đi một bản tin đường đi (path message) theo một lộ trỡnh qua cỏc router tới bờn thụ RSVP sử dụng cỏc thụng tin trong bảng định tuyến của cỏc router để chuyển bản tin. Khi path message đi qua một router, router đú sẽ lưu giữ lại địa chỉ IP của trạm trước đú đồng thời chuẩn bị quỏ trỡnh dành trước tài nguyờn. Khi bản tin đường đi đó tới đớch, bờn thu biết được khả năng cung cấp chất lượng dịch vụ của bờn phỏt cũng như của cỏc router dọc theo đường đi và cỏc đặc điểm của luồng mà nú sẽ nhận.
Hỡnh 1. 9:Qỳa trỡnh gửi path message
Nếu bờn thu muốn dành riờng QoS cho luồng này, nú sẽ gửi một bản tin dành sẵn (reservation message-viết tắt là resv message) ngược lại theo đường cũ qua cỏc router tới bờn phỏt và thiết lập sự dành tài nguyờn trong mỗi router. Bản tin chứa QoS được yờu cầu cho luồng gúị Khi nhận được resv message tại mỗi nỳt diễn ra hai hành động:
+ Dành trước chất lượng dịch vụ trờn tuyến liờn kết + Chuyển bản tin dành riờng (resv message) tới trạm saụ Bản mụ tả luồng gồm hai tham số như sau:
- Mụ tả bộ lọc(Filter specification-viết tắt là filterspec) được sử dụng để chỉ ra những gúi nào (với giỏ trị địa chỉ IP và số hiệu cổng xỏc định) thuộc về luồng được ưu tiờn Thụng tin này được chuyển tới chức năng phõn loại gúi (classifying) để lọc ra cỏc gúi thuộc về luồng được ưu tiờn trong số cỏc gúi đến.
- Mụ tả luồng (flow specification-viết tắt là flowspec) chỉ ra chất lượng dịch vụ cần được dành cho luồng ưu tiờn . Tham số flowspec được chuyển tới chức
năng lập lịch gúi (scheduling) đểđiều chỉnh lịch trỡnh phục vụ cỏc hàng nhằm tạo ra mức QoS cho hàng chứa lưu lượng cần ưu tiờn .
Hỡnh1. 10:Thực hiện RSVP tại cỏc nỳt.
Khi resv message tới bờn phỏt, nú mới bắt đầu gửi luồng gúị Để duy trỡ trạng thỏi dành riờng QoS bờn gửi phải phỏt định kỡ path message, vỡ cỏc bản tin đều bao gồm giỏ trị time-out qui định thời gian quỏ trỡnh dành riờng hết hiệu lực. Giỏ trị này được cỏc nỳt dựng để đặt cỏc bộ đếm bờn trong. Khi hết thời gian, sự dành riờng dựng cỏc thụng tin vềđường đi sẽ bị xoỏ bỏ. Để trỏnh trường hợp do bị lỗi cỏc phiờn RSVP khụng được huỷ bỏ khi mà luồng gúi đó được truyền xong làm lóng phớ tài nguyờn mạng.
Trong hai phương phỏp bỏo hiệu trờn thỡ RSVP cú cơ chế Admission control cũn IP Precedence thỡ khụng cú.
Hỡnh 1. 11 Quỏ trỡnh gửi resv message .
Một vài năm trước RSVP là phưong phỏp dẫn đầu để bổ sung QoS vào mạng IP. Một mỏy chủ IP hỗ trợ RSVP cú thể yờu cầu rất rừ ràng cỏc tham số QoS
Flow descriptor Filterspec Flowspec Packet Classifying Packet Scheduling Luồng gúi đến Bản tin RSVP
(64kb/s, 100ms trễổn định…) từ mạng, và cỏc bộđịnh tuyến RSVP cú thể cung cấp QoS cần thiết. . Vỡ thế, cỏc yờu cầu RSVP thay đổi khụng những trong cỏc bộ định tuyến mà cũn trong tất cả cỏc mỏy chủ, khụng giống như hầu hết cỏc phưong phỏp QoS khỏc chỉ cung cấp trong bộđịnh tuyến . RSVP thực sự dự trữ trước tài nguyờn được yờu cầu, do đú, vớ dụ một liờn kết 1, 5Mb/s cú thể cung cấp tới 24 yờu cầu 64kb/s và khụng hơn. Trong RSVP thưũng bờn nhận (chủ) là thiết bị yờu cầu QoS, chứ khụng phải là bờn gửi (khỏch). Khụng cú cơ chế nào làm cho mỏy chủ trả lại tài nguyờn cho mạng trong bất kỳ khe thời gian nào, điều này gõy ra khú khăn khi đặt tỷ lệ RSVP vào một mụi trường cú hàng ngàn mỏy chủđang cần băng thụng . Hầu hết những điểm quan trọng của RSVP đó được chuyển vào DiffServ .
1. 4. 1. 12 Trường dịch vụ(ToS).
Tiờu đề IP chứa trường 8 bit gọi là trường dịch vụđược sử dụng để ra mức ưu tiờn của gúi trong một vài phạm vi QoS . Cỏc nhà cung cấp bộ định tuyến thường bỏ qua ToS bởi vỡ phần mềm thực hiện trờn mỏy chủ IP khụng bao giờ thực sự cài đặt cỏc bit nàỵ Ip luụn là “nỗ lực tối đa”, cho đến khi một số nhà sản xuất bắt đầu sử dụng trường này cho mục đớch của riờng họ. Trường dịch vụ đó được định nghĩa trong DiffServ .
1. 4. 1. 13 Định hỡnh lưu lượng (Traffic Shaping)
Cú nhiều bộ định tuyến IP được liờn kết với nhau bằng Frame Relay và/hoặc ATM. Với ATM, cỏc gúi tin IP đi vào mạng ATM được định hỡnh tại thiết bị truy nhập để ngăn chặn một sự bựng nổ lưu lượng do nghẽn mạng xương sống. Định hỡnh bao gồm chấp nhận bung nổ từ thiết bị vào, đệm lưu lượng, và sau đú “san bằng ” lưu lượng ra theo kiểu là phõn bố bựng nổ trong một khoảng thời gian dài, khoảng thời gian được đặt trờn cơ sở cỏc thụng số cấu hỡnh. Bựng nổ lưu lượng quỏ một giới hạn nhất định sẽ bị bỏ qua, và cỏc giỏ trị giới hạn vào này cũng dựa