Việc truyền trên mạng Internet ngày nay ngày càng phức tạp, do nó phải truyển tải quá nhiều loại lưu lượng với các đặc tính khác nhau, yêu cầu các cách thức truyền tải khác nhau. Việc truyền tải lưu lượng,điều khiển truy nhập, và các dịch vụ khác nhau đòi hỏi có sự phân biệt các gói dựa trên cơ sở đa trường trong tiêu đề của mỗi gói, được gọi là phân loại gói tin. Mạng sẽ đặt ra các mức ưu tiên cho các gói, dựa vào mức ưu tiên này để điều khiển mạng khi có tắc nghẽn xảy ra. Gói nào có độ ưu tiên cao hơn sẽ được ưu tiên truyền trước, các gói có độ ưu tiên thấp hơn có thể bị loại bỏ khi có tắc nghẽn xảy ra.
Schedule port m Queue Queue Queue Queue Cl assify Port 1 Port n
Cơ chế phân loại các gói của một router có ảnh hưởng trực tiếp tới việc phân chia các loại lớp dịch vụ của lưu lượng IP. Trên thực tế thì ngữ cảnh các gói phụ thuộc vào bản thân thông tin chứa trong các gói đồng thời thông tin cấu hình được gửi từ giao diện đến của nó.
Việc phân loại gói tin cũng là hình thức của cơ chế truyền gói dựa theo các mức ưu tiên. Để phân loại lớp các dịch vụ chủ yếu dựa vào thông tin bên trong phần header của gói. Nếu thiết lập a bit trong phần header của gói để làm bit phân loại thì ta sẽ phân loại được 2ª gói. Các thông tin phân loại được dặt trong trường TOS của IPv4, TC của IPv6, và trường DS.
Việc phân loại gói tin có hiệu lực do được hỗ trợ bởi một số tính năng khác của các dịch vụ mạng Internet: điều khiển truy cập, phân biệt dịch vụ, cân bằng tải, định dạng lưu lượng…Mỗi dịch vụ yêu cầu các thiết bị Internet phải phân loại các gói vào trong các luồng khác nhau và thực hiện các hành động phù hợp với các gói trong các luồng đó. Các luồng này được chỉ định bởi một bộ phân loại chứa tập hợp các luật lệ.
Việc phân loại các gói tin dựa vào các nhãn QoS trong phần tiêu đề của gói tin. Các trường này đi kèm theo các giao thức:
• Trường TOS (trong phần Header của gói tin Ipv4)
• Trường Precedence (trong phần header của Ipv4)
• Trường T (throughput), D (delay), R (reliability) (trong IPv4)
• DS (trong different service)
• TC-traffic class (trong Ipv6)
• Flow label (trong IPv6 và MPLS)
• User priority field (định nghĩa bởi IEEE 802-1p trong việc ưu tiên dữ liệu
giữa các cầu LAN ảo và VLAN)
2.2.1.1 Trường TOS (IPv4), TC (IPv6)
Các gói IPv4 luôn chứa 1 octet TOS cho phép phân loại gói từng chặng
Hình 2.4 : Trường TOS của IPv4
3 bit Precedence: thực hiện quyền đến trước của gói.
3 bit 4 bit 1 bit Precedence T D R 0 0
4 bit TOS : mô tả loại dịch vụ truyền hoặc định tuyến. 1000 : Trễ tối thiểu
0100 : Lưu lượng tối đa 0010 : Độ tin cậy tối đa 0001 : Giá trị tối thiểu 0000 : Dịch vụ bình thường
Trường precedence tận dụng 3 bit precedence trong trường TOS của phần tiêu đề của IPv4 để phân biệt lớp dịch vụ cho mỗi gói. Ta có thể phân chia lưu lượng thành 6 lớp dựa vào 3 bit trên (2 lớp được sử dụng cho các mạng nội hạt). 3 bít này tạo thành 8 mức ưu tiên từ 0 đến 7 cho các gói IP (hai mức 6 và 7 được dùng để dự trũ và không bị thiết lập bởi nhà quản trị mạng). Việc phân loại dựa trên trường Precedence phụ thuộc vào độ ưu tiên về mặt thời gian giữa 8 mức của quyền đến trước. Lưu lượng được chỉ định có thể được đánh dấu bằng cách thiết lập trường này, do đó nó chỉ được phân loại chỉ 1 lần cho mỗi luồng lưu lượng.
Bảng 2.1: Trường IP precedence định nghĩa độ ưu tiên cho tiến trình xử lý và truyền gói tin
IP precedence Meaning 7 (111) 6 (110) 5 (101) 4 (100) 3 (011) 2 (010) 1 (001) 0 (000) Network control Internet control CRITIC/ECP(critical exception) Flash override Flash Immediate Priority Routine
Mức độ ưu tiên cao nhất là 7 được dùng cho các gói điều khiển mạng, do đó các gói liên qua tới thiết lập cấu hình mạng và điều khiển mạng có độ ưu tiên cao khi có tắc nghẽn xảy ra. Các gói có độ ưu tiên thấp nhất là các gói “Routine”. Ít được quan tâm hơn là các gói có độ ưu tiên được định nghĩa bởi các bit trong trường T, D, R.
4 bit của trường TOS được xem như khoá phân loại để tra cứu FIB theo yêu cầu về độ trễ, băng thông, độ tin cậy, giá(cost) của các gói được định tuyến dọc theo tuyến. 11 trường hợp còn lại không được định nghĩa.
Bảng 2.2: Ý nghĩa các bit trong trường D, T, R
TOS bit Meaning Bit 0 Bit 1
D bit(TOS bit 3) T bit(TOS bit 4) R bit(TOS bit 5) TOS bit 6 TOS bit 7 Delay Throughput Realibility Unused Unused Normal delay Normal throughput Normal realibility Set bit 0 Set bit 0 Low delay High throughput High realibility Not use Not use Tương tự với trường TC trong IPv6 cũng được dùng để phân loại.
2.2.1.2 Trường DS (Diffirentiated field)
Trường TOS chỉ dành cho xử lý các loại lưu lượng tiêu biểu, và nó chỉ giành 50% bit có mặt cho quá trình định tuyến trên cơ sở QoS.
DSCP (6 bit) CU(1 bit)
Hình 2.5: Các bit trong trường DS của tiêu đề gói tin
DSCP (differentiated services code point): cho phép phân loại 64 luồng. CU (Currently unused)
Mỗi luồng lưu lượng có các trạng thái đặc trưng, các đặc tính để phân biệt các luồng lưu lượng được gọi là tập hợp cách cư xử của luồng (BA-behavior aggregate). Phân tích các DSCP giúp cho các router của các dịch vụ phân biệt nhận biết các gói để gửi các nhóm PHB tương đương với nó.
PHB là tài nguyên mạng được ấn định cho các luồng lưu lượng khác nhau.
Bảng 2.3: Các DSCP và PHB
Loại PHB 3 bít đầu tiên
của DSCP
2 bít sau của DSCP Hoạt động
của PHB Default PHB Assured forwarding PHB Expected forwarding (EF)PHB
Net control traffic
000 001 class 1 010 class 2 011 class 3 100 class 4 101 11x 000
010LDP(low drop priority) 100MDP(medium drop priority) 110HDP(high drop priority) 110 xxx RFC 1812 RFC 2597 RFC 2598 Highest Pr
• Default PHB (DSCP=000000) được định nghĩa bởi RFC 1812
• Assured forwarding được thiết kế đặc biệt nhằm mục đích cho phép nhà
cung cấp dịch vụ Internet ISP có thể phân chia khách hàng ra thành nhiều lớp dịch vụ khác nhau. Đối với mỗi lớp dịch vụ khác nhau sẽ được ấn định các tài nguyên khác nhau, và độ ưu tiên khác nhau tuỳ thuộc vào giá trị thanh toán dịchvụ của khách hàng. Ngoài ra bên trong mỗi lớp dịch vụ còn có thể được phân chia nhỏ thành các luồng riêng tuỳ thuộc vào mức ưu tiên mà mỗi luồng có cách đối xử khác nhau (luồng có mức ưu tiên LDP,MDP,HDP). Tại thời điểm có tắc nghẽn xảy ra luồng có độ ưu tiên thấp sẽ bị loại bỏ đầu tiên.
• Expected Forwarding PHB:
Được chỉ định sử dụng cho các lưu lượng thời gian thực (Ví dụ dùng trong báo hiệu video chất lượng cao).
Mạng phải thoả mãn:
+ Tỉ lệ mất gói nhỏ (phải có rất ít gói bị định tuyến nhầm và loại bỏ gói có tắc nghẽn)
+ Độ trễ thấp (độ trễ phải tối thiểu) + Jitter nhỏ
+ Băng thông phải được đảm bảo
Do đó EF PHB chủ yếu dựa trên các yêu cầu của chất lượng dịch vụ như: tỉ lệ mất gói, độ trễ, jitter, băng thông.
2.2.1.3 Phân loại đa trường MF
Việc sử dụng DS để phân loại 64 mức là quá ít trong tương lai, bên cạnh đó router không biết rõ về địa chỉ đầu cũng như địa chỉ đích của gói. Để thoả mãn các yêu cầu trên ta dùng phân loại dựa trên đa trường MF. Điều này yêu cầu MF phải bao trùm địa chỉ nguồn, địa chỉ đích, trường giao thức, số cổng nguồn, đích.
• Phân loại trong IPv4
Các trường sau phải được kiểm tra khi gói đi qua router: Protocol, address, port number (104 bit). Hạn chế của phân loại đa trường là chỉ phân loại gói tin Ipv4 mang số cổng TCP/UDP trong fragment đầu. Do đó bộ phân loại MF tìm kiếm số cổng TCP/UDP cụ thể để bỏ đi các Fragment kế sau của cùng một gói (trừ khi bộ phân loại có sự tương quan giữa các fragment tiếp sau với các fragment đầu mang số cổng). Thực chất byte TOS/DS luôn được mang trong mỗi fragment.
Version IHL Type of service Total length
Identification Flags Fragment offset
Time to live Protocol Header checksum
Source address Destination address
Option Padding
Source port Destination port
Hình 2.6: Phần header của IPv4
• Phân loại trong IPv6
Sử dụng 288 bit của trường: Source addr, destination addr, và TC làm đa trường. Thực chất chỉ dùng trường Flowlable và Source addr (148 bit). Cũng giống như trong IPv4 thì số hoán vị đưa ra cho mỗi router tăng theo hướng mạng lõi, và giảm theo mạng biên.
Version Traffic class Flow label
Payload length Next header hop limit
Option
Source address(128 bit) Destination address(128 bit)
Hình 2.7: Phần header của Ipv6 2.2.1.4 Hoạt động của tầng phân loại
Các gói được truyền trong mạng, cũng có nghĩa là chúng được truyền giữa các host, hoặc các router. Các thiết bị trong mạng sẽ nhận các lưu lượng từ đường biên đầu vào, chuyển vào trong mạng, sau đó đưa chúng tới đường biên mạng đầu ra. Các lưu lượng này có thể được đóng thành các gói có kích thước khôgn đổi (dạng tế bào) hoặc thành các gói có kích thước thay đổi phù hợp với MTU của mạng. Do đó các thiết bị mạng phải cắt các gói ra thành từng gói có cấu trúc tế bào hoặc cấu trúc khung. Các thông tin truyền gói (còn gọi là header của gói tin) và phần tải trọng (payload) của gói được lưu giữ trong các cấu trúc đó. Khi các gói đến giao diện đầu vào của một router thì router sẽ so sánh phần thông tin trong phần header của gói tin với các thông tin trong bảng FIB. Tại đây các gói sẽ được phân loại dựa theo thông tin trong các trường đã nêu phần trước để thực hiện các xử lý phù hợp: như định hướng các gói tới chặng tiếp theo, bắt giữ, hay dánh dấu các gói để trong trường hợp có xảy ra tắc nghẽn thì sẽ loại bỏ các gói có độ ưu tiên thấp hơn. Các gói sau đó được đưa tới các hàng đợi để chờ gửi tới đầu ra tương ứng.