Phần này so sỏnh về dung lượng bộ nhớ cần thiết cho hai cỏch tiếp cận. Đầu tiờn chỳng ta tớnh về tổng dung lượng bộ nhớ cần thiết trong tất cả cỏc phần tử mạng sau đú so sỏnh tại cỏc nỳt cú tải lớn là cỏc điểm tập trung lưu lượng.
Một số ký hiệu :
FSI : Thụng tin trạng thỏi luồng dữ liệu .
RPI : Thụng tin đường định tuyến trong mạng DiffServ. NF : Số luồng dữ liệu trong mạng DiffServ.
PL : Chiều dài tuyến bao gồm cả ER vào và ER ra. NL : Số liờn kết của mạng DiffServ.
LSI : Thụng tin trạng thỏi liờn kết.
Gọi [x] là số byte sử dụng để lưu giữ thụng tin.
Trong mạng hoàn toàn chỉ hỗ trợ RSVP, đối vúi mỗi luồng dữ liệu FSI được lưu giữ tại tất cả cỏc Router dọc theo tuyến . Do vậy tổng dung lượng bộ nhớ là :
PL*[FSI]*NF .
Đối với mạng hỗ trợ DiffServ và RCS RA dung lượng bộ nhớ sử dụng trong cỏc Router biờn là ER là :
NF* ( [FSI] + [LPI] ).
Và dung lưọng bộ nhớ sử dụng trong ma trận sử dụng liờn kết là : NL*NER*[LSI].
Do vậy tổng dung lượng bộ nhớ là :
NF*( [FSI]+ [RPI] ) + NL*NER*[LSI].
Mặc dự tổng dung lượng bộ nhớ chiếm của cả mạng hỗ trợ RSVP và mạng hỗ trợ DiffServ đều tăng tuyến tớnh theo luồng dữ liệu NF nhưng mạng DiffServ cú độ dốc thấp hơn so với RSVP, bởi vỡ đối với DiffServ thụng tin trạng thỏi luồng FSI chỉ lưu giữ tại cỏc thiết bị ER thay vỡ toàn bộ cỏc nỳt dọc theo tuyến. Trong DiffServ cú một hằng số tớnh đến bộ nhớ của ACS. Hằng số này tăng theo tớch của số liờn kết và số ER. Số liờn kết phụ thuộc vào cấu hỡnh mạng gần như tỷ lệ với số ER, do vậy tớch NL*NER là một hàm bậc 2 của ER. ER tăng tỡ hằng số càng tăng, do vậy điểm cõn bằng dịch sang phớa phải.
Kết quả chỉ ra rằng khi số luồng dữ liệu đi vào Router biờn lớn hơn 8 thỡ dung lượng chiếm bộ nhớ của mạng hỗ trợ hoàn toàn RSVP lớn hơn và tăng nhanh hơn so với dung lượng bộ nhớ chiếm cho mạng hỗ trợ DiffServ ACS. Do vậy, mạng hỗ trợ DiffServ –ACS cú mức hiệu dụng về tài nguyờn tốt hơn
Hỡnh 4.6:Kết quả so sỏnh về dung lượng chiếm bộ nhớ của mụ hỡnh mạng tớch hợp cho hai cỏch tiếp cận hoàn toàn RSVP và DiffServ a ACS
4.6.2. So sỏnh Router lừi của mụ hỡnh RSVP và DiffServ với ACS2RA
Trong phần này ta so sỏnh tải xử lý trong quỏ trỡnh thiết lập, duy trỡ và giải phúng cỏc luồng dữ liệu, phõn tớch tải điều khiển và tải của từng hệ thống của hai cỏch tiếp cận. Việc phõn tớch tải chớnh xỏc trong mụi trường Router hoặc thiết bị ACS sẽ được đơn giản hoỏ. Mỗi bản tin điều khiển trao đổi giữa cỏc Router hoặc giữa cỏc ER và ACS sẽ được nghiờn cứu. Tải điều khiển sẽ được tớnh toỏn dựa trờn lượng cụng việc cần để thực hiện cỏc hoạt động chớnh liờn quan tới việc điều khiển mỗi bản tin.
Gọi [bản tin x] là tổng lượng cụng việc cần thiết để thực hiện tất cả cỏc hoạt động liờn quan tới “ bản tin –x ”. Bảng 4.2 liệt kờ cỏc bản tin điều khiển chớnh cho mỗi phần tử mạng trong cả hai cấu trỳc RSVP và DiffServ với ACS RA.
Bản tin RSVP ACS2RA
Dung lượng
(Byte) 10000
Số luồng dữ liệu đi vào mỗi ER
5000 15000 20000 25000
Dung lượng chiếm bộ nhớ
0
4 8 12 16 20 24 28
RSVP
Router ED ACS
Bản tin Path mới[new Path] x x
Bản tin Path được làm tươi [ref Path] x x
Bản tin Resv mới [New Resv] x x
Bản tin Resv được làm tươi [ref Resv] x x
Giải phúng [Tdown] x x
Yờu cầu chấp nhận [Admission Req] x
Yờu cầu giải phúng [Release Req] x
Bảng 4.2: Cỏc bản tin điều khiển
Gọi Nref là số cỏc bản tin làm tươi tại Path và Resv trong một phiờn luồng dữ liệu đơn. Tổng tải thiết lập, duy trỡ và giải phúng mỗi phiờn luồng dữ liệu cho RSVP và DiffServ với ACS RA như sau:
+ Mạng hỗ trợ hoàn toàn RSVP
PL*Nref*([ref Path] + [ref Resv]) + PL*([new Path] + [new Resv]+ [Tdown]). + Mạng hỗ trợ DiffServ với ACS2Rav
2Nref ([ref Path] + [ref Resv]) + 2([new Path] + [new Resv] + [Tdown]) + [Admission Req] + [Release Req].
Bằng cỏch thay đổi đơn vị tải cho mỗi bản tin, ta cú được tổng số bản tin điều khiển cho mỗi luồng dữ liệu. Mặc dự việc đếm cỏc bản tin điều khiển là phương phỏp thụ để so sỏnh hai cấu trỳc, nhưng nú là điểm xuất phỏt để ước tớnh tải xử lý. Một phõn tớch chi tiết hơn cú thể được thực hiện cố gắng ấn định cỏc giỏ trị tải nào đú cho xử lý mỗi bản tin. Trong phõn tớch sau đõy ta sử sụng tải theo trọng số như bảng 4.2. Như chỉ ra ở trong bảng 4.3 chỳng ta ấn định một đơn vị tải là lượng cụng việc yờu cầu cho cỏc bản tin làm tươi lại. Tải yờu cầu bởi cỏc đơn vị giữ trước tài nguyờn mới bằng K đơn vị tải:
Router ED ACS
Bản tin Path mới[new Path] 2 2
Bản tin Path được làm tươi [ref Path] 1 1
Bản tin Resv mới [New Resv] K K/2
Bản tin Resv được làm tươi [ref Resv] 1 1
Giải phúng [Tdown] 2 1
Yờu cầu chấp nhận [Admission Req] 2/3K
Yờu cầu giải phúng [Release Req] 1
Bảng 4.3: Tải xử lý của mỗi bản tin nhận được
Cỏc số nờu trong bảng trờn đõy chỉ là cỏc con số giả định nhằm đưa ra hỡnh ảnh về tải của hệ thống.Thay vào cụng thức trờn ta cú:
+ Tải mạng hỗ trợ RSVP : 2*PL*Nref + ( K+4 )*PL.
+ Tải mạng hỗ trợ DiffServ với ACS2RA : 4*Nref + 13/6*K + 8
Tổng tải tăng lờn khi số tuyến trong cấu trỳc RSVP tăng lờn, trong khi đú tải của DiffServ với ACS RA khụng phụ thuộc vào cấu hỡnh mạng. Một tham số khỏc để biểu diễn tải xử lý là tải trờn đơn vị thời gian cần thiết tại mỗi luồng và mỗi phần tử mạng.Gọi:
+ refR :Tốc độ làm tươi, nghĩa là số bản tin làm tươi trong một đơn vị thời gian. + sesR:Tốc độ phiờn nghĩa là số bản tin giải phúng trong một đơn vị thời gian.bằng giỏ trị nghịch đảo của thời gian trung bỡnh của một phiờn kết nối luồng dữ liệu.
Nếu xột một Router RSVP và một ACS và tớnh tải trờn một đơn vị thời gian: + Tải tại RSVP Router:
refR*([ref Path]+ [ref Resv]) + sesR*([new Path]+ [new Resv]+ [Tdown]) = 2*refR + (K+ 4)*sesR.
+ Tại ACS2RA:
sesR*[Admission Req] + [Release Req] = (2/3*K + 1)*sesR.
Nhõn cỏc giỏ trị này với số luồng lưu lượng mà từng hệ thống cần phải xử lý đồng thời chỳng ta cú được tổng tải cho mỗi phần tử mạng. Trong cấu trỳc RSVP, nếu xột tại Router lừi nhõn tải xử lý với số luồng trờn mỗi Router lừi ta đựơc tải tại Router lừi là: (2*n*NER / N1)* [2*refR + (K+4)*sesR].
Trong cấu trỳc DiffServ với ACS RA, ACS phải điều khiển tất cả cỏc luồng đi vào mạng DiffServ (n*NER) do vậy, tổng tải xử lý là:
(2 / 3*K+1)*n*NEDR*sesR
Điểm cõn bằng giữa hai cấu trỳc phụ thuộc vào số bản tin làm tươi tại trờn mỗi phiờn của luồng dữ liệu và số nỳt Router lừi.
Xột tỉ số:
ACS /RSVP_Router = (2 / 3*K+1 )*N1*sesR / (2*[2*refR + (K+4)*sesR]. = N1*(2/3*K+1) / 2*(2*Nref + K+4)
Cần nhấn mnạh lại rằng, trong cấu trỳc DiffServ với ACS RA nếu chỉ xột tải thiết lập, duy trỡ và giải phúng thỡ cú ACS RA chịu tải, trong khi đú mụi trường RSVP thỡ tất cả cỏc Router lừi phải chịu tải nờn tỉ số so sỏnh tải giữa hai mụ hỡnh là: ACS / RSVP_Router = (2 / 3*K+1) / 2*(2*Nref + K+4).
Hỡnh 4.7: Tỉ lệ tải thiết lập và giải phúng tài nguyờn của ACS/RSVP
Tỉ lệ này cho thấy với số luồng dữliệu lớn vào ER lớn thỡ Nref tăng và làm tải của ACS nhỏ hơn nhiều tải cần tại cỏc CR trong cấu trỳc RSVP.
4.7. Tổng quan về QoS
4.7.1. Cỏc khỏi niệm cơ bản
QoS (Quality of Service) là việc quản lý băng thụng khả dụng để nhận được dữ liệu ổn định, cú thể dự đoỏn được qua một mạng IP dưới dạng cỏc tham số: Độ trễ toàn bộ, độ trễ pha, độ mất gúi, mất trỡnh tự gúi.
Sự phỏt triển của QoS được trỡnh bày như hỡnh dưới đõy :
Hỡnh 4.8 : Sự phỏt triển QoS
QoS là thuật ngữ được sử dụng để đo một tập cỏc thuộc tớnh hoạt động của mạng, thường liờn quan tới một dịch vụ. Trong mụi trường mạng IP, IP QoS được xem là hoạt động của cỏc gúi tin IP chạy qua một hoặc nhiều mạng. Mục tiờu cao nhất của cỏc nhà cung cấp dịch vụ là chuyển tải dịch vụ IP hỗ trợ QoS từ đầu cuối tới đầu cuối trờn mạng IP bao gồm: Dữ liệu, video, đa phương tiện và thoại
QoS đựơc đặc trưng bởi tập cỏc tham số & thụng số như sau:
Khả năng sẵn cú dịch vụ: Là khả năng tin cậy của cỏc kết nối từ người sử dụng tới mạng IP.
Trễ: Là khoảng thời gian từ lỳc truyền gúi tin tới khi nhận được gúi tin giữa hai điểm tham chiếu.
Dao động trễ: Là dao động về khoảng thời gian truyền giữa tất cả cỏc gúi trong một dũng bit trờn cựng một tuyến.
Tốc độ: Là tốc độ tại đú cỏc gúi tin được truyền trong mạng. Tốc độ cú thể là tốc độ trung bỡnh hoặc tốc độ đỉnh.
Tốc độ tổn thất gúi: Là tốc độ lớn nhất tại đú cỏc gúi tin bị bỏ trong khi truyền trờn mạng. Tổn thất gúi tin xẩy ra chủ yếu là do nghẽn.
Độ trễ toàn trỡnh “Delay”: Trễ quỏ mức từ đầu cuối đến đầu cuối khiến cuộc đàm thoại bất tiện. Mỗi thành phần trong tuyến truyền dẫn: Mỏy phỏt, mỏy thu, mạng lưới đều làm tăng độ trễ.
Độ trễ pha “Jitter”: Định lượng từng gúi trờn mạng đối với từng gúi khi đến mỏy thu. Cỏc gúi được phỏt đi đều đặn từ cổng bờn trỏi đến được cổng bờn phải ở cỏc thời khoảng khụng đều. Jitter quỏ lớn sẽ làm cho cuộc đàm thoại bị đứt quóng và khú hiểu. Jitter được tớnh trờn thời gian đến của cỏc gúi tin kế tiếp nhau. Bộ đệm Jitter coỏ tỏc dụng giảm tỏc động của mạng và tạo ra dũng gúi dữ liệu đến đều đặn hơn ở mỏy thu. Độ mất gúi “Packet Loss”: Cú thể xảy ra theo cụm hoặc theo chu kỳ do mạng bị nghẽn liờn tục. Mất gúi theo chu kỳ đến 5 10% số gúi phỏt ra cú thể làm chất lượng thoại nhiễu xuống cấp đỏng kể. Từng cụm gúi mất khụng thường xuyờn cũng khiến đàm thoại gặp khú khăn.
Mất trỡnh tự gúi “Sequence Error”: Nghẽn trờn mạng chuyển mạch gúi cú thể khiến gúi chọn nhiều tuyến khỏc nhau để đi đến đớch. Gúi cú thể đến đớch khụng đỳng theo trỡnh tự đó định trước làm cho tiếng núi bị đứt khoảng.
Đõy là cỏc thuộc tớnh quan trọng cần phải được xem xột khi đỏnh giỏ chất lượng truyền tin. Đối với cỏc dịch vụ nhạy cảm với thời gian thực người ta thường đỏnh giỏ chất lượng qua hai tham số: Trễ và dao động trễ.
Hỡnh 4.9:Trễ đầu cuối tới đầu cuối
Cú nhiều nhõn tố đúng gúp vào trễ khi gúi tin được truyền trờn mạng. Hỡnh 4.9 minh hoạ trễ từ đầu cuối tới đầu cuối là tổng cỏc thành phần trễ: Chuyển tiếp, trễ hàng đợi, trễ xếp bit tuần tự, trễ đường truyền tại mỗi nỳt và liờn kết trong mạng.
Router vào
D (nỳt) D (liờn kết)
D (Lan truyền) D (Chuyển tiếp) D(Hàng đợi) D (Xếp bit tuần tự)
4.7.2. Cỏc nguồn gõy ra trễ
Trễ chuyển tiếp: Là thời gian một Router nhận được một gúi tin, chuyển tiếp gúi tin và bắt đầu truyền nú đi trờn một cổng khụng bị tắc nghẽn. Trễ hàng đợi: Là thời gian một gúi tin phải chờ trong hàng đợi khi hệ thống đang phục vụ cỏc gúi tin khỏc.
Trễ đường truyền: Là khoảng thời gian để cỏc hạt điện tử hoặc photon đi trờn đường liờn kết vật lý.
Trễ xếp bớt tuần tự: Là khoảng thời gian đưa cỏc bớt của một gúi tin vào liờn kết để truyền. Trễ này phụ thuộc: kớch thước & tốc độ liờn kờt
4.8. Cỏc tham số IP QoS
IETF RFC 2216 định nghĩa “QoS là đặc trưng của dịch vụ chuyển gúi cung cấp thụng qua cỏc tham số như: Tốc độ đạt được, trễ gúi và tỉ lệ mất gúi ”. Bảng 4.4 liệt kờ cỏc tham số IP QoS định nghĩa cho cỏc dịch vụ tớch hợp tải được điều khiển và QoS được cam kết túm tắt từ RFC 2211 và 2212. Dịch vụ IP QoS này hoạt động kết hợp với cỏc cơ chế điều khiển luồng vũng đúng của TCP thỡ hoạt động ở mức chấp nhận được với lưu lượng co dón.
Cỏc tham số QoS Tải cú kiểm soỏt Đảm bảo QoS
Dao động trễ tối đa Khụng chỉ rừ Đo tự động bằng Adspec Tỉ lệ mất gúi Nhỏ hoặc khụng cú tổn thất
nghẽn
Cần bộ đệm đủ để khụng cú tổn thất nghẽn.
Trễ tối thiểu Tỉ lệ gúi cao khụng được vượt quỏ trễ tối thiểu.
Khụng chỉ rừ
Trễ trung bỡnh Trễ xếp hàng nhỏ. Khụng chỉ rừ Bảng 4.4: Tham số QoS của cỏc dịch vụ tớch hợp IP
4.9. Cỏc dịch vụ hướng tới QoS của IP
Trong mạng IP thường sử dụng cỏc kỹ thuật dịch vụ: Dịch vụ cố gắng tối đa dịch vụ tớch hợp IntServ sử dụng chế độ đồng bộ với giao thức dành riờng tài nguyờn RSVP, dịch vụ DiffServ. Phần này trỡnh bày khỏi niệm và định nghĩa cỏc thuật ngữ trong cấu trỳc dịch vụ tớch hợp dung cho mạng IP. Cỏc kỹ thuật QoS trong mạng IP được túm tắt lại trong một khối như hỡnh dưới đõy :
Hỡnh 4.10 : Cỏc kỹ thuật QoS trong mạng IP.
Giao thức giữ trứơc tài nguyờn RSVP sử dụng kỹ thuật thẻ gầu Token Bucket để mụ tả cỏc tham số lưu lượng của luồng dữ liệu. Mạng chỉ cần cung cấp mức độ dịch vụ nào đú cho cỏc gúi tin trong luồng tuõn thủ theo cỏc tham số lưu lượng này. IETF định nghĩa hai mức dịch vụ cú sử dụng kỹ thuật gầu thẻ gọi là: Tải cú điều khiển và chất lượng dịch vụ cam kết. Hiện nay IETF đang tập trung phỏt triển cỏc khả năng QoS linh hoạt cho mạng trục Internet sử dụng cỏc dịch vụ phõn biệt
4.9.1. Dịch vụ cố gắng tối đa
Cỏc mạng Internet truyền thống chỉ đưa ra dịch vụ cố gắng tối đa với dung lượng khả dụng, cỏc đặc tớnh trễ và tổn thất phụ thuộc vào tải hiện thời và trạng thỏi của mạng. Người thiết kế mạng điều khiển QoS thụng qua triển khai cỏc bộ định tuyến, cỏc liờn kết cỏc tham số định tuyến dựa trờn cỏc mụ hỡnh lưu lượng quan sỏt trong quỏ khứ. Dịch vụ này chỉ đảm bảo khi mạng Internet sử dụng ở phạm vi hạn chế về qui mụ và dịch vụ.
Ngày nay, khi mạng Internet ngày càng lớn mạnh và phỏt triển đa dạng về loại hỡnh dịch vụ khụng chỉ truyền dữ liệu và thư điện tử mà cũn ứng dụng đa phương tiện thỡ trong giờ cao điểm, dịch vụ cố gắng tối đa khụng thể cung cấp được cỏc ứng dụng như video và audio. Bởi vậy để cú thể cung cấp được những đảm bảo về chất lượng, cỏc dịch vụ IP phải hỗ trợ nhiều loại dịch vụ khỏc nhau và nhiều mức độ dịch vụ cho từng lớp người dựng và ứng dụng khỏc nhau.
4.9.2. Dịch vụ khỏc biệt DiffServ
Cỏc dịch vụ phõn biệt trong mạng IP gọi là DiffServ. Cỏc dịch vụ này được thực hiện dựa trờn cơ chế xếp hàng theo trọng số và định tuyến theo thống kờ. Trong DiffServ cỏc tham số QoS ỏp dụng là độ phản hồi và độ khả dụng. DiffServ yờu cầu cỏc Router biờn phõn loại cỏc luồng lưu lượng thành thành viờn của một tập đũng tỏc
động BA phõn loại dựa trờn cỏc trường tiền tố TCP/IP gọi là đơn luồng. DiffServ sử dụng trường ba bit tiờu chuẩn trong tiền tố IPv4 và IPv6 để chỉ ra sự phõn loại này. Do DiffServ xuất hiện trong mỗi tiền tố gúi IP nờn mỗi nỳt cú thể cung cấp cỏc dịch vụ được phõn biệt dựa trờn từng chặng. RFC 2474 yờu cầu việc thực hiờn phải phự hợp với toàn bộ điểm mó dịch vụ đựơc phõn biệt sỏu bit khi xỏc định cơ chế điều khiển gúi cần thiết để cung cấp một hành vi từng chặng. Cỏc PHB là cỏc khối kiến tạo dịch vụ mà dựa vào đú cú thể tạo ra một dịch vụ từ đầu cuối tới đầu cuối.
Trong cấu trỳc DiffServ, cỏc bộ định tuyến được chia làm hai thể loại. Cỏc bộ định tuyến biờn nằm ở vành ngoài của mạng được gọi là bộ định tuyến biờn. Cỏc bộ định tuyến nằm bờn trong mạng được gọi là cỏc bộ định tuyến lừi, nếu là tổ chức mạng cú