Chƣơng 2: CÁC MÔ HÌNH ĐẢM BẢO QoS CHO TRUYỀN THÔNG ĐA PHƢƠNG TIỆN
Chƣơng này trình bày hai mô hình triển khai đảm bảo chất lƣợng dịch vụ (QoS) khác nhau ở mức liên mạng (IP), đó là: IntServ và DiffServ. Mỗi mô hình sẽ có những đặc điểm riêng để phù hợp với những yêu cầu chức năng IP QoS của các loại dịch vụ nhƣ đã trình bày trong chƣơng 1. Trong khi mô hình IntServ đi theo hƣớng dành trƣớc tài nguyên thì DiffServ thì đi theo hƣớng phân lớp lƣu lƣợng và đƣa ra các ứng xử khác nhau với các lƣu lƣợng khác nhau.
2.1 Mô hình IntServ (Integrated Service) 2.1.1 Tổng quan 2.1.1 Tổng quan
Dịch vụ tích hợp đi theo hƣớng hỗ trợ việc dành trƣớc tài nguyên cho các luồng lƣu lƣợng. Trái ngƣợc với kiến trúc chuyển phát datagram (các gói sẽ đi qua các tuyến khác nhau tại mọi thời điểm chúng đƣợc gửi), dịch vụ tích hợp cho phép dành toàn bộ một tuyến cho luồng dữ liệu. Điều này đƣợc thực hiện bởi việc thiết lập một tuyến dành trƣớc tài nguyên trƣớc khi gửi dữ liệu.
Thực chất của mô hình này là các bộ định tuyến và các thiết bị mạng phải dành trƣớc tài nguyên của nó để cung cấp các mức chất lƣợng dịch vụ tùy theo nhu cầu của ngƣời sử dụng. Điều này yêu cầu các bộ định tuyến phải có khả năng điều khiển các luồng lƣu lƣợng. Có hai dịch vụ đƣợc định nghĩa:
− Dịch vụ có đảm bảo - Guaranteed Service (GS) : GS cung cấp các dịch vụ chất lƣợng cao nhƣ: Dành riêng băng thông, giới hạn độ trễ tối đa và không bị mất gói tin trong hàng đợi. Các ứng dụng có thể kể đến: Hội nghị truyền hình chất lƣợng cao, thanh toán tài chính thời gian thực,...
− Dịch vụ kiểm soát tải - Controlled Service (CL): CL không đảm bảo về băng thông hay trễ, nhƣng khác với các dịch vụ kiểu “Best Effort” ở điểm không giảm chất lƣợng một cách đáng kể khi tải mạng tăng lên. Dịch vụ này phù hợp cho các ứng dụng không nhạy cảm lắm với độ trễ hay mất gói nhƣ truyền hình multicast audio/video chất lƣợng trung bình.
Trong IntServ, một luồng IP riêng biệt đƣợc nhận dạng bởi 5 thông số sau: − Nhận dạng giao thức
− Địa chỉ IP đích − Địa chỉ cổng đích − Địa chỉ IP nguồn − Địa chỉ cổng nguồn
IntServ sử dụng giao thức RSVP (Resource Reservation Protocol) cho việc đặt trƣớc tài nguyên cho một luồng, bao gồm một mô tả đặc trƣng lƣu lƣợng và các yêu cầu dịch vụ. Mô tả lƣu lƣợng bao gồm tốc độ đỉnh, tốc độ trung bình, kích cỡ lƣu
lƣợng bùng phát và các yêu cầu dịch vụ bao gồm băng thông nhỏ nhất đƣợc yêu cầu và các yêu cầu hiệu năng khác nhƣ trễ, jitter và tỷ lệ mất gói. Nếu có cam kết việc dự phòng, luồng đó đƣợc đƣa vào bảng dự phòng tài nguyên. Khi gói tin đến, khối nhận dạng luồng sẽ nhận dạng gói tin thuộc về luồng đặt trƣớc và đặt chúng vào trong hàng đợi phù hợp để nhận đƣợc dịch vụ yêu cầu.
Trong quá trình truyền từ nguồn tới đích gói tin phải đi qua nhiều chặng. Việc lựa chọn đƣờng dẫn phù hợp cho chặng kế tiếp tại một nút là nhiệm vụ khó khăn do các hạn chế trong định tuyến IP truyền thống. Đƣờng dẫn cần đƣợc lựa chọn có thể đã đáp ứng đƣợc yêu cầu định ra. Tuy nhiên, định tuyến IP thƣờng sử dụng các số đo nhƣ trễ, chặng (hop) hay một số thông số khác để tính toán đƣờng đi ngắn nhất. Do vậy đƣờng dẫn ngắn nhất có thể không có khả năng chấp nhận việc đặt trƣớc tài nguyên trong khi đó đƣờng dẫn dài hơn lại có khả năng đó. Vấn đề định tuyến có thể trở nên phức tạp bởi một số ứng dụng yêu cầu nhiều tham số QoS (ví dụ về băng thông và các yêu cầu về tỉ lệ mất gói tin). Tìm kiếm đƣờng dẫn phù hợp trong nhiều điều kiện ràng buộc rất phức tạp. Chính vì lí do đó mô hình đảm bảo QoS cho gói tin IP đầu tiên này không yêu cầu gắn các cơ chế định tuyến đảm bảo QoS trong kiến trúc IntServ. Kiến trúc này giả sử rằng khối chức năng định tuyến của bộ định tuyến sẽ thực hiện định tuyến từng bƣớc (hop by hop).
2.1.2 Kiến trúc IntServ
Intserv có 4 thành phần, thành phần điều khiển việc chấp nhận luồng mới, thành phần phân loại, lập lịch gói (3 thành phần này cung cấp việc điều khiển lƣu lƣợng) và giao thức dành trƣớc tài nguyên.
Hình 2.1 : Mô hình dịch vụ tích hợp IntServ
2.1.2.1 Điều khiển chấp nhận
Xử lí hai nhiệm vụ cơ bản là chấp nhận hay từ chối các yêu cầu dành trƣớc tài nguyên và giám sát việc sử dụng tài nguyên. Việc dành trƣớc tài nguyên cho một yêu cầu mới sẽ không thể đƣợc chấp nhận nếu không có sẵn tài nguyên theo yêu cầu. Có
hai hƣớng tiếp cận để giải quyết xem tài nguyên nào là sẵn sàng đó là dựa theo đo đạc và dựa theo tham số.
− Trong hƣớng tiếp cận dựa theo tham số, điều khiển chấp nhận sẽ tính toán các nguồn tài nguyên khả dụng dựa trên các chỉ tiêu kỹ thuật và yêu cầu dành trƣớc tài nguyên hiện tại.
− Trong hƣớng tiếp cận theo đo đạc, điều khiển chấp nhận đo lƣu lƣợng thực sự trong mạng và sử dụng các phƣơng pháp thống kê để quyết định xem tài nguyên nào khả dụng. Hƣớng tiếp cận này có ƣu điểm là tối ƣu hoá việc sử dụng mạng, mặc dù không đảm bảo chặt chẽ các cam kết tài nguyên.
2.1.2.2 Nhận dạng luồng
RSVP sử dụng 5 trƣờng trong tiêu đề trong gói tin IP để nhận dạng gói tin thuộc về các luồng dành trƣớc tài nguyên trong nút. Các trƣờng này bao gồm địa chỉ IP nguồn, địa chỉ IP đích, định danh giao thức, cổng nguồn và đích.
2.1.2.3 Lập lịch gói
Là bƣớc cuối cùng trong việc dành trƣớc tài nguyên. Bộ lập lịch gói tin thực hiện việc cấp phát tài nguyên. Nó quyết định gói tin nào sẽ gửi kế tiếp khi tuyến kết nối đi đã sẵn sàng. Do đó nó tác động đến trễ mà gói tin phải chịu trong bộ định tuyến và bộ định tuyến không trực tiếp loại bỏ gói tin.
2.1.2.4 Các dịch vụ của IntServ
Mô hình dịch vụ IntServ có thể sử dụng giao thức báo hiệu RSVP cung cấp nhiều loại hình dịch vụ khác nhau.
− Guaranteed Rate Service: loại hình này cho phép dành sẵn độ rộng băng thông
để phù hợp với những yêu cầu của chúng. Ví dụ ứng dụng VoIP có thể dành 32 Mbps từ đầu cuối đến đầu cuối sử dụng loại hình dịch vụ này. QoS sử dụng xếp hàng cân bằng trọng số (WFQ) kết hợp với giao thức dành sẵn tài nguyên (RSVP) để cung cấp loại hình dịch vụ này.
− Controlled Load Service: loại hình này cho phép các ứng dụng có độ trễ thấp và
tốc độ lƣu lƣợng cao thậm trí ngay cả khi tắc nghẽn. Ví dụ các ứng dụng không nhạy cảm với thời gian thực nhƣ khi phát lại băng ghi âm cuộc hội thoại có thể sử dụng loại hình dịch vụ này. QoS sử dụng RSVP kết hợp với Weighted Random early Detect (WRED) cung cấp loại hình dịch vụ này.
2.1.3 Giao thức dành trước tài nguyên - RSVP 2.1.3.1 Tổng quan
RSVP đƣợc định nghĩa trong chuẩn RFC 2205. RSVP là một giao thức thiết lập dành riêng cho IP QoS. Nó hỗ trợ cả IPv4 và IPv6 và thích hợp cho cả multicast và unicast IP. Trong RSVP, tài nguyên đƣợc dành riêng cho mỗi một định hƣớng cụ thể.
Các trạm nguồn và đích trao đổi bản tin RSVP để thành lập phân lớp dịch vụ và trạng thái chuyển tiếp tại mỗi nút. Nguồn khởi tạo yêu cầu dành riêng nhƣng việc xác
định các tài nguyên sẵn sàng và sự dành riêng thực tế bắt đầu từ đầu cuối thu. Trạng thái của tài nguyên dành riêng tại các node RSVP không cố định và đƣợc thay đổi một cách định kỳ.
RSVP không phải là một giao thức định tuyến. Các bản tin RSVP có hƣớng giống với hƣớng các gói IP đƣợc xác định bởi các bảng định tuyến trong các router IP. RSVP cung cấp một vài kiểu dành riêng. RSVP là một giao thức phức tạp. Do mỗi một nút trên tuyến phải giữ trạng thái dành riêng, với các mạng lớn, RSVP trở thành không thực tế, bởi không có khả năng mở rộng tùy ý.
2.1.3.2 Hoạt động của RSVP
Một phiên RSVP thƣờng đƣợc định nghĩa bởi ba tham số sau: − Địa chỉ đích
− Nhận dạng giao thức − Cổng đích
Hình2.2 Hoạt động của RSVP
Hình trên chỉ ra hoạt động của RSVP. Phía trạm phát (Host nguồn) gửi đi một bản tin PATH tới trạm đích với một luồng hay một “phiên”. Bản tin PATH bao gồm một chỉ thị luồng xác định cho luồng đó Khi bản tin PATH đi qua các router trên một tuyến, các router đăng ký nhận dạng luồng và chỉ thị luồng này. Khi bản tin PATH đến trạm đích, nó sẽ gửi trở lại bản tin RESV mang thông tin về các tài nguyên đƣợc các router chấp nhận đặt trƣớc. Các gói IP của luồng gửi đi theo hƣớng của bản tin PATH.
2.1.3.3 Các kiểu RSVP dành trước tài nguyên
Có ba loại kiểu dành riêng đƣợc định nghĩa trong chuẩn RFC 2205 nhƣ đã chỉ ra trong bảng dƣới đây.
Lựa chọn ngƣời gửi Sự dành riêng
Riêng biệt Chia sẻ
Toàn bộ Bộ lọc cố định (FF) Chia sẻ rõ ràng (SE) Lựa chọn Không định nghĩa Bộ lọc kí tự đại diện(WF)