Chất l−ợng dịch vụ QoS mang ý nghĩa là "khả năng của mạng đảm bảo và duy trì các mức thực hiện nhất định cho mỗi ứng dụng theo nh− các yêu cầu đã đ−ợc chỉ rõ của mỗi ng−ời sử dụng". Hai thông số quan trọng nhất của QoS là băng thông và trễ, chúng xác định đặc điểm của mạng và trong một vài tr−ờng hợp chúng có thể nói rằng chúng là hai thông số đáng quan tâm duy nhất.
Trong một mạng đ−ợc thiết kế tốt, cần phải tách biệt các chức năng thuộc nhánh của mạng (Edge Functions) với các chức năng đ−ờng trục của mạng (Backbone Funtions).
QoS có thể giải quyết một số vấn đề trong VoIP nh− là mất gói, Jitter và xử lý trễ. Tuy nhiên một số vấn đề mà QoS không thể giải quyết đ−ợc nh− là trễ lan truyền, trễ do mã hoá/giải mã, trễ lấy mẫu và trễ do số hoá.
Trễ trong mạng VoIP bao gồm trễ cố định và trễ thay đổi, do đó cần phải biết phần nào có thể thay đổi và phần nào không thể thay đổi khi hoạch định. Thời gian trễ đ−ợc mô tả trong bảng 2 nh− sau:
Bảng 3.1: Thời gian trễ tính từ đầu cuối này đến đầu cuối kia
Trễ cố định Trễ thay đổi
Trễ mã hoá G.729 (5ms) 5ms
Trễ mã hoá G.729 (10ms/frame) 20ms Trễ đóng gói bao gồm trong trễ mã hoá
Trễ xếp hàng trên trung kế 64 Kbps 6ms
Trễ lan truyền (các dây riêng) 3ms
Trễ mạng 32ms
Đệm loại bỏ Jitter 2 - 200 ms
Tổng cộng - Giả sử Jiter Buffer 50ms 110ms
Khuyến nghị G.114 của ITU-T cho rằng trễ từ đầu cuối đến đầu cuối không v−ợt quá 150ms là duy trì đ−ợc chất l−ợng thoại tốt.
QoS bao gồm có 6 thông số đ−ợc liệt kê trong bảng 3 cùng với các giá trị ví dụ nh− sau:
Bảng 3.2: Các thông số QoS
Thông số QoS Các giá trị ví dụ
Băng thông (nhỏ nhất) 64kb/s, 1,5Mbit/s, 45Mb/s Trễ (lớn nhất) 50ms trễ vòng, 150ms trễ vòng Jitter (biến động trễ) 10% của trễ lớn nhất, 5ms biến động Mất thông tin (Các ảnh h−ởng của lỗi) 1 trong 1000 gói ch−a chuyển giao Tính sẵn sàng (độ tin cậy) 99,99%
Bảo mật Mã hoá và nhận thực trên tất cả các
luồng l−u l−ợng
3.2.1 Băng thông
Băng thông là th−ớc đo số l−ợng bit trên giây mà mạng sẵn sàng cung cấp cho các ứng dụng. Đây là thông số quan trọng nhất của QoS. Các ứng dụng bùng nổ (Bursty) trên mạng chuyển mạch gói có thể chiếm tất cả băng thông của mạng nếu không có ứng dụng nào khác bùng nổ với nó. Khi điều này xảy ra, các bùng nổ phải đ−ợc đ−a vào bộ nhớ đệm và xếp hàng chờ chuyển đi, do đó tạo ra trễ trên mạng.
Khi đ−ợc sử dụng nh− là một thông số QoS, băng thông là yếu tố tối thiểu mà một ứng dụng cần để hoạt động. Ví dụ nh− thoại PCM 64 Kb/s cần băng thông là 64 Kb/s. Điều này không tạo ra khác biệt khi mạng x−ơng sống có kết nối 45 Mbit/s giữa các nút mạng lớn. Băng thông cần thiết đ−ợc xác định bởi băng thông nhỏ nhất sẵn có trên mạng. Nếu truy nhập băng thông qua một MODEM V.34 hỗ trợ chỉ 33,6Kbit/s thì mạng đ−ờng trục 45Mbit/s sẽ làm cho
ứng dụng thoại 64Kbit/s không hoạt động đ−ợc. Băng thông QoS nhỏ nhất phải sẵn sàng tại tất cả các điểm giữa các ng−ời sử dụng.
Các ứng dụng dữ liệu đ−ợc lợi nhất từ việc đạt đ−ợc băng thông cao hơn. Điều này đ−ợc gọi là các ứng dụng giới hạn băng thông, bởi vì hiệu quả của ứng dụng dữ liệu trực tiếp liên quan đến l−ợng nhỏ nhất của băng thông sẵn sàng trên mạng. Mặt khác, các ứng dụng thoại nh− PCM 64Kbit/s đ−ợc gọi là các ứng dụng giới hạn trễ. Thoại PCM 64 Kb/s này sẽ không hoạt động tốt hơn chút nào nếu có băng thông 128Kbit/s. Loại thoại này phụ thuộc hoàn toàn vào thông số QoS trễ của mạng để có thể hoạt động đúng đắn.
3.2.2 Thời gian trễ
Trễ là một trong những thông số quan trọng của QoS. Các đặc điểm cơ bản của trễ đã đ−ợc nói ở trên. ở đây ta xét đến vấn đề trễ ảnh h−ởng đến QoS nh− thế nào.
Trễ liên quan chặt chẽ với băng thông khi nó là một thông số QoS. Với các ứng dụng giới hạn băng thông thì băng thông càng lớn trễ sẽ càng nhỏ. Đối với các ứng dụng giới hạn trễ, nh− là thoại PCM 64 Kbit/s, thông số trễ QoS xác định trễ lớn nhất các bit gặp phải khi truyền qua mạng. Tất nhiên là các bit có thể đến với độ trễ nhỏ hơn.
Mối quan hệ giữa băng thông và trễ trong mạng đ−ợc chỉ ra trong hình 3.1. Trong hình 3.1 (a), t1-t2 = số giây trễ. Trong hình 3.1 (b), X bit/(t3-t2) = băng thông (bit/s). Nhiều băng thông hơn có nghĩa là nhiều bit đến hơn trong một đơn vị thời gian, trễ tổng thể nhỏ hơn. đơn vị của mỗi thông số, bit/s với băng thông hay giây với trễ, cho thấy mối quan hệ hiển nhiên giữa băng thông và trễ.
Khung = X bit "ống bit"
Băng thông và trễ của mạng có quan hệ với nhau và có thể tính toán tại nhiều nơi trong mạng, thậm chí từ đầu cuối đến đầu cuối. Thông tin truyền đi d−ới dạng một chuỗi các khung truyền (gói IP cũng có thể đ−ợc sử dụng cho mục đích này). Khoảng thời gian trôi qua từ khi bit đầu tiên của một khung đi vào mạng cho đến khi bit đầu tiên rời khỏi mạng gọi là trễ. Vì con đ−ờng của khung qua các bộ chuyển mạch và bộ định tuyến nên trễ có thể biến đổi, có các giá trị lớn nhất, nhỏ nhất, trung bình, độ lệch chuẩn…
Băng thông đ−ợc định nghĩa là số bit của một khung cho thời gian trễ trôi qua kể từ khi bit đầu tiên rời khỏi mạng cho đến khi bit cuối cùng rời khỏi mạng. Trên thực tế, đây chỉ là một trong nhiều cách đo có thể. Vì các khung có đ−ờng đi từ liên kết truy nhập tới mạng x−ơng sống, nên băng thông mà khung đ−ợc truyền đi có thể biến đổi đáng kể.
Các mạng chuyển mạch gói có thể cung cấp cho các ứng dụng các băng thông biến đổi phụ thuộc vào hoạt động và bùng nổ của ứng dụng. Băng thông biến đổi này có nghĩa là trễ cũng có thể biến đổi trên mạng. Các nút mạng đ−ợc nhóm với nhau cũng có thể đóng góp vào sự biến đổi của trễ. Tuy nhiên, thông số QoS trễ chỉ xác định trễ lớn nhất mà không đặt bất kỳ giới hạn nhỏ hơn nào cho trễ của mạng. Nếu cần trễ ổn định, một thông số QoS khác phải quan tâm đến yêu cầu này.
3.2.3 Jitter (Biến động trễ)
Thông số QoS Jitter thiết lập giới hạn cho l−ợng biến đổi của trễ mà một ứng dụng có thể gặp trên mạng. Một cách đúng đắn hơn thì Jitter đ−ợc xem là biến động trễ, bởi vì thuật ngữ Jitter cũng đ−ợc sử dụng trong mạng với nghĩa sự khác biệt thời gian mức thấp trong kỹ thuật mã đ−ờng dây. Tuy nhiên, sử dụng thuật ngữ Jitter đồng nghĩa với biến động trễ cùng là phổ biến, và ngữ cảnh sẽ luôn phân biệt nghĩa nào đang đ−ợc đề cập. Jitter không đặt một giới hạn nào cho giá trị tuyệt đối của trễ. Nó có thể t−ơng đối thấp hoặc cao tuỳ thuộc vào giá trị của thông số trễ.
Jitter theo lý thuyết có thể là một giá trị thông số QoS mạng t−ơng đối hay tuyệt đối. Ví dụ, nếu trễ mạng cho một ứng dụng đ−ợc thiêt lập là 100ms, Jitter có thể đặt là cộng hay trừ 10% của giá trị này. Theo đó, nếu mạng có trễ trong khoảng 90 đến 110 ms thì vẫn đặt đ−ợc yêu cầu về Jitter (trong tr−ờng hợp này, rõ ràng là trễ không phải là lớn nhất). Nếu trễ là 200 ms, thì 10% giá trị Jitter sẽ cho phép bất kỳ trễ nào trong khoảng 180 đến 220ms. Mặt khác, Jitter tuyệt đối giới hạn cộng trừ 5ms sẽ giới hạn Jitter trong các ví dụ trên trong khoảng từ 95 tới 105 ms và từ 195 tới 205 ms.
Các ứng dụng nhạy cảm nhất đối với giới hạn của Jitter là các ứng dụng thời gian thực nh− thoại hay video. Nh−ng đối với các trang Web hay là truyền tập tin qua mạng thì lại ít quan tâm hơn đối với Jitter. Internet là gốc của mạng dữ liệu, có ít khuyến nghị về Jitter. Các biến đổi của trễ liên tục là vấn đề gây bực mình nhất gặp phải đối với các ứng dụng video và thoại dựa trên Internet.
3.2.4 Mất thông tin (Các tác động của lỗi)
Mất thông tin là một thông số QoS không đ−ợc đề cập th−ờng xuyên nh−
băng thông và trễ, đặc biệt đối với mạng Internet. Đó bởi vì bản chất tự nhiên đ−ợc thừa nhận của mạng Internet là "cố gắng tối đa". Nếu các gói IP không
không có nghĩa là ứng dụng sẽ tất yếu bị lỗi, bởi vì nếu các thông tin bị mất vẫn cần thiết đối với ứng dụng thì nó phải tự yêu cầu bên gửi gửi lại bản sao của thông tin bị mất. Bản thân mạng không quan tâm giúp đỡ vấn đề này, bởi vì bản sao của thông tin bị mất không đ−ợc l−u lại tại bất cứ nút nào của mạng.
Tại sao các mạng, không chỉ Internet, lại mất thông tin? Thực sự là có nhiều lý do, nh−ng hầu hết trong số chúng có thể truy nguyên từ các ảnh h−ởng của lỗi trên mạng. Ví dụ, nếu một kết nối bị hỏng, thì tất cả các bit đang truyền trên liên kết này sẽ không, và không thể tới đích đ−ợc. Nếu một nút mạng ví dụ nh− bộ định tuyến hỏng, thì tất cả các bit hiện đang ở trong bộ đệm và đang đ−ợc xử lý bởi nút đó sẽ biến mất không để lại dấu vết. Do những loại h− hỏng này trên mạng có thể xảy ra bất cứ lúc nào, nên việc một vài thông tin bị mất do lỗi trên là không thể tránh khỏi.
Tác động của mất thông tin là tuỳ thuộc vào ứng dụng. Điều khiển lỗi trên mạng là một quá trình gồm hai b−ớc, trong đó b−ớc đầu tiên là xác định lỗi, b−ớc thứ hai là khắc phục lỗi, nó có thể đơn giản là bên gửi truyền lại đơn vị bị mất thông tin. Một vài ứng dụng, đặc biệt là các ứng dụng thời gian thực không thể đạt đ−ợc hiệu quả khắc phục lỗi bằng cách gửi lại đơn vị tin bị lỗi. Các ứng dụng không phải thời gian thực thì thích hợp hơn đối với cách truyền lại thông tin bị lỗi, tuy nhiên cũng có một số ngoại lệ (ví dụ nh− các hệ thống quân sự tấn công mục tiêu trên không không thể sử dụng hiệu quả với các khắc phục lỗi băng truyền lại).
Vì những lý do này, thông số QoS mất thông tin không những nên định rõ một giới hạn trên đối với ảnh h−ởng của lỗi mà còn nên cho phép ng−ời sử dụng xác định xem có lựa chọn cách sửa lỗi bằng truyền lại hay không. Tuy nhiên, hầu hết các mạng (đặc biệt là mạng IP) chỉ cung cấp ph−ơng tiện vận chuyển thụ động, còn xác định lỗi, khắc phục lỗi th−ờng đ−ợc để lại cho ứng dụng (hay ng−ời sử dụng).
3.2.5 Độ tin cậy
Các mạng tồn tại để phục vụ ng−ời sử dụng. Tuy nhiên, mạng cần có biện pháp bảo d−ỡng phòng ngừa nếu các tình huống hỏng hóc tiềm tàng đ−ợc phát hiện và dự đoán tr−ớc. Một chiến l−ợc đúng đắn bằng cách định kỳ tạm thời tách các thiết bị ra khỏi mạng để thực hiện các công việc bảo d−ỡng và chuẩn đoán trong một khoảng thời gian ngắn có thể giảm thời gian ngừng hoạt động do hỏng hóc. Tất nhiên, thậm chí với một biên pháp bảo d−ỡng hoàn hảo nhất cũng không thể tránh khỏi các lỗi không tiên đoán tr−ớc và các lỗi nghiêm trọng của kết nối và thiết bị theo thời gian.
Không lâu tr−ớc đây, mạng PSTN có lịch trình thời gian và bảo d−ỡng nghiêm khắc hơn nhiều mạng dữ liệu. PSTN phải có khả năng truyền các cuộc gọi cả ngày lẫn đêm và tất cả các ngày trong năm. Có những khoảng thời gian chỉ rất ít cuộc gọi, nh− khoảng từ 3 đến 4 giờ sáng, nh−ng lại có những cuộc gọi chiếm hầu nh− tất cả các khoảng thời gian. Đ−ơng nhiên, phải có những nguyên tắc để bảo d−ỡng phòng ngừa với mạng PSTN. Một số hoạt động có thể thực hiện lúc l−u l−ợng đ−ợc biết tr−ớc là tạm lắng, và một số hoạt động có thể không bao giờ đ−ợc thực hiện trong các giờ hoặc ngày bận…
Mạng dữ liệu thực hiện công việc đó dễ hơn. Hầu hết mạng dữ liệu dành cho kinh doanh, và do đó hoạt động trong những giờ kinh doanh, th−ờng là từ 8 giờ sáng đến 5 giờ chiều, từ thứ hai đến thứ sáu. Hoạt động bổ trợ có thể thực hiện "ngoài giờ", và một tập kiểm tra đầy đủ với mục đích phát hiện ra các vấn đề có thể chạy trong ngày nghỉ.
Internet và Web đã thay đổi tất cả. Mọi mạng toàn cầu phải giải quyết vấn đề rằng thực sự có một số ng−ời luôn cố gắng truy nhập vào mạng tại một số địa điểm hoặc thậm chí Internet có thể có ích ở nhà vào 10 giờ tối hơn là ở cơ quan vào 2 giờ chiều.
nào), bao nhiêu thì đủ? Khi nào thì hỏng hóc xảy ra, dịch vụ phải đ−ợc khôi phục nhanh đến mức nào? Cả hai là khía cạnh chủ yếu của thông số QoS độ khả dụng, hay độ tin cậy của mạng.
3.2.6 Bảo mật
Bảo mật là một thông số mới trong danh sách QoS, nh−ng lại là một thông số quan trọng. Thực tế, trong một số tr−ờng hợp độ bảo mật có thể đ−ợc xét ngay sau băng thông. Gần đây do sự đe doạ rộng rãi của các tin tặc (Hacker) và sự lan tràn của Virus trên mạng Internet toàn cầu đã làm cho bảo mật trở thành vấn đề hàng đầu.
Hầu hết các vấn đề bảo mật liên quan tới các vấn đề nh− tính riêng t−, sự tin cẩn và xác nhận khách và chủ. Các vấn đề liên quan đến bảo mật th−ờng đ−ợc gắn với một vài hình thức của ph−ơng pháp mật mã nh− mã hoá và giải mã. Các ph−ơng pháp mật mã cũng đ−ợc sử dụng trên mạng cho việc xác thực (Authentication), nh−ng những ph−ơng pháp này không liên quan chút nào đến vấn đề giải mã.
Tính riêng t− và bí mật có liên quan tới các kỹ thuật mã hoá riêng t− hay công khai. Việc xác nhận tính hợp lệ của khách hàng th−ờng đ−ợc quy định bởi một mật khẩu đơn giản, nếu sử dụng chữ ký số thì phức tạp hơn, và thậm chí còn phức tạp hơn nữa nếu sử dụng các hệ thống sinh trắc học nh− kiểm tra võng mạc. Việc xác nhận tính hợp lệ của máy chủ th−ờng đ−ợc quy định bởi một chỉ số đ−ợc đ−a ra bởi nhà cấp chứng chỉ và đ−ợc quản lý bởi một nhà quản lý đăng ký.
Toàn bộ kiến trúc đều xuất phát từ việc bổ sung thêm tính riêng t− hoặc bí mật và sự xác nhận hoặc nhận thực cho mạng Internet. Giao thức bảo mật chính thức cho IP gọi là IPSec đang trở thành một kiến trúc cơ bản để cung cấp th−ơng mại điện tử trên Internet và ngăn ngừa gian lận trên VoIP. Trong khi đó mạng Internet công cộng toàn cầu th−ờng xuyên bị coi là thiếu bảo mật
nhất, đã đ−a vấn đề bảo mật trở thành một phần của IP ngay từ khi bắt đầu. Một bit trong tr−ờng loại dịch vụ (ToS: Type of Service) trong phần tiêu đề gói IP đ−ợc đặt riêng cho ứng dụng để có thể bắt buộc bảo mật khi chuyển mạch gói. Tuy nhiên lại nảy sinh một vấn đề là không có sự thống nhất giữa các nhà sản xuất bộ định tuyến khi sử dụng tr−ờng ToS.
Ng−ời sử dụng và ứng dụng có thể thêm phần bảo mật của riêng mình vào mạng và trong thực tế cách này đã thực hiện trong nhiều năm. Nếu có chút nào bảo mật mạng thì nó th−ờng d−ới dạng một mật khẩu truy nhập vào mạng. Các mạng ngày nay cần một cơ chế bảo mật gắn liền với nó chứ không phải thêm vào một cách bừa bãi bởi các ứng dụng. Nếu không thì khả năng kết hợp