Khi đề cập đến VOIP, có nhiều điều cần xác định với QoS hơn là sáu thông số QoS nh− đ−ợc đặt ra ở phần tr−ớc. Có những vấn đề nổi lên chỉ đơn giản bởi vì Internet và tất cả các mạng IP về bản chất đều là tập hợp của các bộ định tuyến phi kết nối, chúng định tuyến mỗi gói tin độc lập với nhau chỉ trên cơ sở các thông tin mạng cục bộ. Theo đó một bộ định tuyến có thể gửi một gói tin tới một bộ định tuyến liền kề gần đích hơn. Thông tin toàn cục mà bộ định tuyến chia sẻ là thông tin kết nối cơ bản trừ khi các bản đặc biệt đ−ợc
Ngoài trễ, Jitter và mất gói thì trong một mạng sử dụng VoIP chỉ còn các vấn đề về bộ định tuyến là cần quan tâm. Trong thực tế, mất gói trên một mạng IP không chỉ từ ảnh h−ởng của lỗi trên liên kết hay do nghẽn trong bộ định tuyến. Tiêu đề gói IP chứa tr−ờng thời gian tồn tại(TTL), tr−ờng này giới hạn số b−ớc nhảy (số bộ định tuyến) mà một gói tin có thể đi qua tr−ớc khi đến đ−ợc đích. Mỗi bộ định tuyến sẽ giảm biến đếm TTL tr−ớc khi xử lý nó. Nếu tr−ờng TTL bằng 0 sau khi giảm thì gói sẽ bị loại bỏ và bên gửi sẽ đ−ợc thông báo. Điều này không giúp đ−ợc gì nhiều cho các ứng dụng thời gian thực nh− VoIP, vì các ứng dụng này không thể gửi lại gói.
Hầu hết các kỹ thuật VoIP tạo ra từ 20 đến 40 gói tin trong một giây cho 1 cuộc gọi. Mỗi gói chứa từ 10 đến 50 ms tín hiệu thoại, với các giá trị phụ thuộc vào kích th−ớc gói và ph−ơng pháp mã hoá. Việc các gói đi qua từ 20 đến 30 bộ định tuyến để đến đích không phải không hay xảy ra. Hầu hết các bộ định tuyến, đặc biệt là các bộ định tuyến cũ chỉ đơn thuần định tuyến các gói tin mà không chú ý đến nội dung của gói hay ứng dụng nào đã phát ra gói. Chúng chỉ cố định tuyến càng nhanh càng tốt theo đúng nh− thứ tự đến. Theo đó các gói thoại đ−ợc xử lý cũng giống nh− các gói dữ liệu. Tín hiệu thoại vẫn có hiệu lực nếu từ 8% đến 10% gói tin bị mất, phụ thuộc vào sự mong đợi của ng−ời sử dụng và mất gói từ 3% đến 5% có thể đ−ợc bù bởi một bộ mã hoá phức tạp. Với ứng dụng fax, 4% là giới hạn lỗi tr−ớc khi bắt đầu báo lỗi.
Các vấn đề đặc tr−ng với bộ định tuyến IP bao gồm:
− Định tuyến không đối xứng: Tất cả cả ISP đều cố gắng tối thiểu thời gian truyền gói và do đó các bộ định tuyến sẽ cố định tuyến càng nhanh càng tốt. Vì vậy, nếu các điểm cuối của một cuộc gọi VoIP đ−ợc phục vụ bởi các ISP khác nhau thì trễ gọi đến và gọi đi có thể rất khác nhau hay là không đối xứng. Nh− vậy do mỗi ISP cố gắng chuyển các gói nhanh nhất đến đích nh− có thể, nh−ng mỗi ISP lại có tải khác nhau, số b−ớc nhảy giữa các gateway cũng khác nhau và còn nhiều nguyên nhân khác nữa.
Vấn đề ở đây là hầu hết các công cụ IP đều chỉ báo cáo trễ và lỗi gói theo một chiều, ví dụ nh− một nửa của trễ vòng (Round Trip Delay) và mất gói. Thậm chí còn có thể là các con đ−ờng khác nhau mà các ISP sử dụng tại mỗi chiều. Các nghiên cứu chỉ ra rằng 50% thời gian các đ−ờng đi qua các thành phố khác nhau và 30% thời gian thậm chí đ−ợc dùng để đi qua các ISP khác nhau.
− Vòng định tuyến: Trong một số tr−ờng hợp các bộ định tuyến có thể h−ớng một gói tin từ một bộ định tuyến này tới một bộ định tuyến khác và kết thúc nếu gói bắt đầu quay vòng lại. Điều này xảy ra khi liên kết mạng và bộ định tuyến bị hỏng tr−ớc khi bảng định tuyến đ−ợc cập nhật lại chính xác các thông tin mới. Gói tin vẫn biết đ−ợc phải đi đâu, bởi vì một khi gói tin quay lại bộ định tuyến đầu tiên của vòng, thì bảng định tuyến giờ đây đã đúng. Nếu vòng lặp không bị loại trừ nhanh chóng, thì biến đếm TTL có thể giảm về 0, và gói tin bị huỷ.
− Chuyển tuyến: Sự thay đổi tuyến đ−ờng nhanh chóng trên Internet đ−ợc gọi là chuyển tuyến, hay đôi lúc đ−ợc gọi là bộ thay tuyến. Cân bằng tải đạt đ−ợc cho các ứng dụng dữ liệu có thể gây ra Jitter tiêu cực cho thoại và điều này khá phổ biến ở một vài ph−ơng pháp định tuyến IPv4. Ngày nay, các giao thức định tuyến mới đ−ợc sử dụng giữa các ISP đã gần nh− loại bỏ nh−ợc điểm này.
− Định tuyến không ổn định: Các bộ định tuyến có thể tự động định tuyến lại vòng qua các liên kết và bộ định tuyến hỏng. Do đó, ng−ời sử dụng vẫn có thể thấy ứng dụng của mình hoạt động tốt, mặc dù các gói tin phải đi qua một quãng đ−ờng rất dài và rất khác nhau để đến đ−ợc đích. Do đó, độ ổn định của tuyến đ−ờng qua một mạng của các bộ định tuyến ISP là không tốt đối với thoại. Tuyến có nh− nhau từ ngày này qua ngày khác không? Từ tháng này qua tháng khác không? Khả năng một tuyến không
sử dụng gọi là sự bền định tuyền (Route Persistence). Sự bất biến có thể coi nh− là đại l−ợng đo l−ờng ngắn hạn của độ ổn định tuyến đ−ờng so với thời gian của gói tin, và sự bền vững nh− là đại l−ợng đo l−ờng dài hạn của độ ổn định tuyến đ−ờng. Một cách tự nhiên, sự biến và sự bền vững tuyến qua một mạng của các bộ định tuyến là điều mong muốn của VoIP. Trên Internet, hầu hết các bộ định tuyến đều rất bất biến (hàng nghìn gói tin đi qua cùng một đ−ờng), nh−ng sự bền vững tuyến có thể thay đổi từ vài giây đến vài ngày phụ thuộc vào ISP.
Không có nhiều điều để ng−ời sử dụng có thể làm để ngăn các tác động của bộ định tuyến làm giảm giá trị của các cuộc gọi. Tuy nhiên, đầu tiên vấn đề phải đ−ợc xác định và cô lập vào một ISP cụ thể. Ng−ời sử dụng VoIP có thể làm gì để đo và nhận biêt đ−ợc các vấn đề này của bộ định tuyến?
May mắn rằng đã có sẵn một số công cụ. Có những công cụ t−ơng tự đ−ợc sử dụng cho việc quản lý mạng IP nói chung, nh−ng ngày nay chúng đ−ợc áp dụng cụ thể cho các vấn đề của VoIP. Mọi ng−ời quan tâm đến QoS của VoIP trên một mạng của các bộ định tuyến có thể và nên sử dụng những công cụ này để đo l−ờng việc thực thi QoS trong bốn loại nh− đã liệt kê.
Các địa chỉ IP gateway thoại nên đều đặn đ−ợc phát ra để đo trễ vòng và mất gói. Nếu có thể, phát ra theo hai chiều có thể xác định sự không đối xứng định tuyến. Định tuyến vết nên đ−ợc sử dụng theo chu kỳ theo cả hai chiều giữa các điểm cuối VoIP để xác định vòng định tuyến và chuyển tuyến. Lập lại quá trình dò tìm kiếm tuyến cũng sẽ đo đ−ợc các thông số sự phổ biến tuyến và sự bền vững tuyến.
Thêm QoS vào IP
Có nhiều thứ có thể làm với một mạng định tuyến để cung cấp VoIP cùng với QoS cần thiết. Đôi khi, tất cả sẽ đ−ợc giải quyết nếu sử dụng các kỹ thuật mới để thêm QoS vào các máy chủ hay các bộ định tuyến hoặc cả hai. Tất cả đều đồng ý rằng Internet nh− một câu chuyện c−ời và một RFC đ−a ra vào
ngày 1/4 (ngày nói dối) với tiêu đề "IP qua Avian Carriers với QoS" (RFC 2549). Câu chuyện c−ời đó nói rằng QoS có thể thêm vào IP dễ nh− là sử dụng chim bồ câu để chuyển các gói IP.
Hầu hết các nhà quan sát Internet sẽ đồng ý rằng một trong các cách sau sẽ trở thành ph−ơng pháp đ−ợc chấp nhận để thêm QoS vào mạng IP. Tuy nhiên, hiện nay không có ph−ơng pháp nào nổi trội rõ ràng và chúng cũng luôn thay đổi theo thời gian. Danh sách này không có ý định đề cập đến tất cả các khía cạnh, mà chỉ nêu lên đại diện cho các cách tiếp cận đã đ−ợc thử nghiệm hay đề suất trong một vài năm trở lại đây. Danh sách này đ−ợc xếp theo thứ tự trong bảng chữ cái và không có ý khẳng định ph−ơng pháp nào trội hơn các ph−ơng pháp còn lại.
− Tốc độ truy nhập cam kết (Committed Access Rate - CAR). Ph−ơng pháp
này là một chức năng của "Bộ định tuyến chuyển mạch" của Cisco. Ph−ơng pháp tiếp cận đặc tr−ng của nhà cung cấp thiết bị đ−ợc đ−a ra ở đây không có nhiều giới hạn nh− cảm giác đầu tiên, bởi phần lớn các bộ định tuyến trên mạng đều của Cisco. Tuy nhiên, không phải các bộ định tuyến của Cisco đều có thể chạy CAR. CAR giới hạn l−ợng băng sử dụng trên một liên kết cho bất kỳ ứng dụng nào. Theo đó, trên một liên kết 1.5Mbit/s, CAR có thể giới hạn truy nhập Web vào 50% của l−ợng này, để 50% còn lại cho các ứng dụng khác ví dụ nh− thoại. CAR không thêm QoS nhiều mà chỉ là giới hạn cạnh tranh cho băng thông. CAR có thể đ−ợc bổ xung vào một bộ định tuyến truy nhập và cải thiện đáng kể hoạt động của mạng thậm chí trong tr−ờng hợp các bộ định tuyến khác không biết chút gì về hoạt động của CAR.
− Xếp hàng trên cơ sở lớp (Class - Based Queuing - CBQ). Ph−ơng pháp
này là một kế hoạch miền - công cộng đ−ợc đề xuất bởi network Research Ground tại Lawrence Berkeley National Laboratory. Theo đó mọi ng−ời
chia l−u l−ợng của tất cả ng−ời sử dụng ra thành các loại và ấn định băng thông cho từng loại. Các lớp có thể là các luồng riêng biệt các gói tin hay đại diện cho toàn bộ một thể loại của ứng dụng, ng−ời sử dụng, hay máy chủ. Bản thân các lớp có thể đ−ợc thiết lập bằng cấu hình CBQ xác định bằng cách kết hợp địa chỉ IP, các giao thức nh− TCP hay UDP và các cổng đại diện cho các ứng dụng nh− truyền tập tin, truy nhập Web… CBQ có thể làm giảm bớt hiệu ứng cổ chai giữa LAN và WAN, điều này rất linh động và không yêu cầu những thay đổi lớn đối với hạ tầng mạng Internet.
− Lớp dịch vụ (Class of Service - CoS). Lớp dịch vụ có ý nghĩa là một
nhóm của một hay nhiều giá trị của các thông số QoS đại diện cho một loại ứng dụng trọn vẹn. Tuy nhiên, CoS cũng là một khái niệm LAN mớiđ−ợc định nghĩa trong tiêu chuẩn IEEE 802.1p. Tiêu chuẩn này đ−ợc sử dụng để tạo ra các mạng LAN ảo (VLANs) có thể mở rộng các vùng kết nối trong một WAN song hoạt động lại nh− mạng LAN đơn lẻ. CoS sử dụng 3 bít trong phần mào đầu của một khung LAN. Các mức CoS có thể ánh xạ vào các mức loại dịch vụ (ToS) của IP hay đ−ợc hỗ trợ trong các bộ định tuyến với một số cơ chế khác.
− Các dịch vụ phân biệt (DiffServ: Differentiated Services). DiffServ định
nghĩa lại 6 trong số 8 bit trong tr−ờng hợp ToS của phần mào đầu trong gói IP cho phép các bit ToS đ−ợc sử dụng để phân biệt các ứng dụng. 6 bit này tổ hợp ra 64 lớp dịch vụ, nó biểu diễn cho các loại ứng dụng khác nhau và sẽ đ−ợc chuẩn hoá giữa tất cả các ISP và các bộ định tuyến. Chuẩn DiffServ rất hấp dẫn, nh−ng tất nhiên là tất cả các bộ định tuyến phải hiểu và tuân theo các loại QoS của DiffServ. DiffServ không có các đảm bảo thực hiện QoS hoàn toàn. Ví dụ, DiffServ tốt nhất có thể thực hiện cho VoIP là đảm bảo rằng các gói thoại đ−ợc xếp hàng đầu tiên tới cổng ra.
− Quyền −u tiên IP. Một trong những vấn đề với QoS trên Internet là
th−ờng xuyên có nhiều ISP chỉ quan tâm đến truyền gói IP từ nơi này đến nơi kia. Một ISP th−ờng không có một chút ý niệm nào rằng l−u l−ợng nào
là quan trọng khi nó đến từ một ISP khác. Quyền −u tiên IP cho phép 3 bit trong tr−ờng ToS của phần mào đầu IP đ−ợc đặt với giá trị từ 0 tới 7. khoảng này xác định quyền −u tiên của các gói tin khi nó chuyển từ ISP này tới ISP khác, với 7 là quyền −u tiên cao nhất. Theo đó, ISP tiếp theo có thể xử lý gói với quyền −u tiên đã đ−ợc cho biết. Ph−ơng pháp này xung đột với ph−ơng pháp DiffServ do tr−ờng ToS khác nhau và đòi hỏi tất cả các ISP phải hiểu cách sử dụng các bít này.
− Chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS: Multiprotocol Label
Switching). Ph−ơng pháp này cũng là một chuẩn của IETF, nh−ng nó có
thể hoạt động dễ dàng với cách tiếp cận DiffServ. DiffServ đặt ra một cơ chế để nhận biết CoS của IP nh−ng để lại một khoản hoạt động lại cho nhà cung cấp dịch vụ. MPLS cung cấp một cơ chế nh− vậy bằng cách yêu cầu các bộ định tuyến chuyển thành các bộ chuyển mạch lớp 3. Có nhiều cách để biến một bộ định tuyến thành một bộ chuyển mạch lớp 3 và một cách trong số đó là gắn bộ định tuyến vào một mạng ATM và biến đổi một cách hiệu quả bộ định tuyến thành chuyển mạch ATM. Trên cơ sở một ph−ơng pháp của Cisco gọi là chuyển mạch nhờ, MPLS đòi hỏi các ISP xây dựng một cơ sở hạ tậng MPLS mới để sử lý các nhãn và do đó giữ đ−ợc tất cả các đặc tr−ng của một bộ định tuyến IP và một bộ chuyển mạch ATM trên một thiết bị. MPLS sẽ giải quyết đ−ợc vấn đề riêng t− và khả năng mở rộng cũng nh− sử dụng kênh ảo và các bộ xử lý gói.
− Xếp hàng theo VC. Các bộ định tuyến th−ờng đ−ợc kết nối bởi các mạng
kênh ảo (VC) nh− 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 l−u l−ợng cho cùng một cổng ra. Xếp hàng theo VC sử dụng các bộ đệm riêng cho từng kênh ảo. Mỗi bộ đệm có thể đ−ợc cấp cho một mức −u tiên, do đó các kênh ảo thoại, ví dụ, có thể có đ−ợc quyền −u tiên hơn các
chắn giữa các l−u l−ợng IP và bản thân các số l−ợng kênh ảo, do đó mức
−u tiên l−u l−ợng cần phải đ−ợc xác định bởi các cơ chế khác.
− Định tuyến theo chính sách. Đây là một khái niệm đã đ−ợc đề cập đến
trong một khoảng thời gian và cũng đã đ−ợc xây dựng thành các giao thức định tuyến nh− OSPF. Ng−ời quản lý mạng phải quyến định chọn lựa một hoặc nhiều chính sách để áp dụng khi các bộ định tuyến xây dựng các bảng định tuyến cho chúng. Lấy một ví dụ, bảo mật có thể là một chính sách định tuyến có thể đ−ợc sử dụng để chỉ dẫn bộ định tuyến chọn tuyến đ−ờng bảo mật nhất đầu tiên (ví dụ nh− là liên kết có sử dụng mã hoá) và đặt tuyến đ−ờng ít bảo mật nhất làm lựa chọn cuối cùng (nh− các liên kết trên viba hay các ph−ơng tiện quảng bá khác). Mỗi một chính sách yêu cầu một bảng định tuyến riêng và đ−ợc duy trì bởi mỗi bộ định tuyến. Th−ờng thì tr−ờng ToS trong phần mào đầu IP đ−ợc sử dụng để quyết định bảng định tuyến đ−ợc dùng cho một gói cụ thể. Để có hiệu quả, các chính sách phải đ−ợc ứng dụng phù hợp trên tất cả các bộ định tuyến và sử dụng cùng một nguyên tắc.
− Các hàng QoS. Cũng đ−ợc gọi là các hàng lớp dịch vụ (CoS Queues), theo
ph−ơng pháp này các nhà cung cấp bộ định tuyến và bộ chuyển mạch thiết lập hàng đợi trên cơ sở QoS cần thiết. Đây là một loại "xếp hàng theo VC không có các VC". Không có VC để xác định QoS cần thiết, QoS yêu cầu phải đ−ợc đặt cho một luồng gói cá biệt bằng một cơ chế khác, ví dụ dùng tr−ờng ToS. ToS này có thể đ−ợc sử dụng để ánh xạ gói vào một lớp QoS của một hạ tầng cơ sở mạng ở d−ới. Các bộ chuyển mạch ATM th−ờng có