Hệ thống RAS đƣợc đấu nối trực tiếp vào mạng LAN - HPG của Voice IP thông qua cổng Fast Ethernet và chuyển lƣu lƣợng vào HPGR1. Trên HPGR1 và HNIR1 loại bỏ các cài đặt Frame Relay và thay vào đó bằng các chính sách QoS để đảm bảo ƣu tiên cho dịch vụ thoại. Các chính sách QoS sẽ phân tích ở phần sau.
Lúc này các Router sẽ tiếp nhận và trực tiếp xử lý lƣu lƣợng thoại và dữ liệu. Nó sẽ thực hiện việc phân loại và định tuyến cho tất cả các gói tin đến đích an toàn.
3.3.2.2. Giai đoạn 2:
Sau khi đã thực hiện đạt đƣợc yêu cầu sử dụng chung đƣờng truyền cho lƣu lƣợng thoại và dữ liệu để sử dụng hiệu quả băng thông, sẽ tiến hành giai đoạn 2 sử dụng chung Gateway cho cả 2 loaị dịch vụ này. các luồng trung kế thoại và dialup đƣợc xử lý trên cùng một Gateway tạo nên mạng hoàn chỉnh thống nhất.
AS 5350 Dialup 1270 SnetFone PSTN HPG Thoại 177 3 E1 2 E1 HPGR1 1 E1 QoS SW 2950 IPT HCM IPT HNI VNIX – KV1 HNIR1 PoP cấp 3 PoP cấp 3 Hình 3.7: Mô hình tổ hợp dịch vụ hoàn tất.
Gateway AS 5350 đƣợc sử dụng chung cho truy nhập quay số và thoại VoIP. Trên các Gateway sử dụng giao tiếp vật lý với tính năng ASAP ( Any Service, Any Port) cho phép kết nối nhiều loại dịch vụ khác nhau và giao tiếp nhiều chuẩn tốc độ khác nhau T1, E1 và n x 64 kbps.
Bên cạnh đó do mạng VoIP sử dụng địa IP trên toàn mạng nên trên Gateway sẽ vẫn sử dụng địa chỉ IP để kết nối với hệ thống. Tuy nhiên, để Gateway có thể giao tiếp với hệ thống Internet thì cũng cần 1 địa chỉ IP thật. Với trƣờng hợp này cần phải tạo 1 địa chỉ Loop back nữa trên Router.
3.3.2.3. Giai đoạn 3:
Đây là giai đoạn kiểm tra, đo dạc và đánh giá chất lƣợng dịch vụ. Triển khai tổ hợp dịch vụ gắn liền với áp dụng các chính sách QoS liên qua. Phần này sẽ đƣợc trình bày trong cùng phần kết quả triển khai QoS ở phần sau.
3.3.3. Các chính sách QoS trong vấn đề tổ hợp Thoại và Dữ liệu: [8,16]
Nhƣ ta đã tìm hiểu ở trƣớc, các đặc tính QoS của thoại và dữ liệu có yêu cầu là khác nhau. Do vậy, trong một mạng tổ hợp cần phân loại dịch vụ và đƣa ra các chính sách QoS sao cho phù hợp.
Với mạng VoIP-177 mạng LAN có cấu trúc nhỏ, trong mạng sử dụng các Switch của Cisco có băng thông và tốc độ xử lý rất lớn nên chất lƣợng dịch vụ luôn đƣợc đảm bảo. Do vậy không cần sử dụng các chính sách QoS đặc biệt nào cả.
Đối với mạng WAN kết nối liên tỉnh là vấn đề chính cần xây dựng các chính sách QoS. Tuy nhiên đối với từng chặng thì có yêu cầu khác nhau do đặc tính kết nối, lƣu lƣợng và thuê bao dịch vụ là khác nhau.
Ở đây lấy ví dụ tuyến Hà Nội - Hải Phòng để minh họa. Tại Hà Nội Công ty SPT đã cung cấp cả 2 loại hình dịch vụ quay số 1270 và VoIP từ năm 2001. Tuy nhiên tại Hải Phòng dịch vụ thoại 177 đƣợc cung cấp cuối năm 2002 trong khi dịch vụ Internet mới đƣợc cung cấp vào năm 2005.
Nhƣ đã phân tích ở phần trƣớc để đảm bảo QoS cho mỗi dịch vụ cần đảm bảo 4 yếu tố đó là băng thông, trễ, trƣợt, và mất gói cho mỗi dịch vụ đó. Tuy nhiên cũng phải nhận thấy rằng giải tốt vấn đề băng thông và trễ về cơ bản có thể đảm bảo QoS ở một mức chấp nhận nào đó. Do vậy ở đây tập chung phân tích chính sách dành cho 2 yếu tố này. * Chính sách băng thông:
Hiện tại, ở Hải Phòng sử dụng 1 Gateways AS 5300 của Cisco vừa làm chức năng RAS vừa làm chức năng Router, 1 Gateways AS 5350 làm chức năng Voice Gateway. Có 5 E1 kết nối tới tổng đài Host của Hải Phòng trong đó 3 E1 kết nối cho lƣu lƣợng thoại và có 2 E1 đấu nối sử dụng cho dialup 1270 và SnetFone..
Đƣờng kênh thuê riêng liên tỉnh là 2048kbps, trong đó băng thông dành riêng cho Voice là 1024kbps, còn cho dữ liệu là 1024kbps dựa trên kỹ thuật Frame Relay.
Theo số liệu thống kê lƣu lƣợng của Trung tâm điều hành mạng 177 NOC đặt tại Hồ Chí Minh lƣu thoại hàng ngày giữa HNI và HPG đƣợc thống kê nhƣ sau:
- Thấp nhất 7.177 phút/ngày.
- Cao nhất 18.181 phút trên ngày vào cuối tuần.
Theo khuyến nghị của Cisco thì lƣu lƣợng giờ cao điểm chiếm 17 % lƣu lƣợng trong ngày.
- BTHmin = (17%*7177)/60 = 20,3 Erlang - BTHmax = (17%*1818)/60 = 51,5 Erlang
Áp dụng mô hình Erlang B với chuẩn GOS là 1% ta tính đƣợc số kênh kết nối nhƣ sau: - Nmin = 30.
- Nmax = 65.
Hiện tại kênh thuê riêng giữa HNI và HPG đƣợc nén CRTP (Compression RTP) và sử dụng chuẩn mã hóa G729.a nên băng thông thực tế cho một kênh thoại là 9.6kbps. Nhƣ vậy ta có thể tính đƣợc băng thông tối đa và băng thông tối thiểu dành cho dịch vụ thoại nhƣ sau:
- Bmin = 30*9,6 = 288kbps - Bmax = 65*9,6 = 624kbps
Băng thông cho dịch vụ thoại VoIP báo gồm băng thông dành cho kênh thoại và băng thông dành cho bao hiệu trên IP ( chiếm 3% băng thông dành riêng cho kênh thoại). Nhƣ vậy, băng thông dành cho Internet đƣợc tính nhƣ sau:
- Băng thông tối thiểu dành cho Internet là 1424kbps vì lúc này băng thông của voice đạt tối đa 624kbps.
- Băng thông tối đa dành cho dịch vụ Internet là 1760kbps khi đó băng thông dịch vụ VoIP thấp nhất là 288kbps.
Theo các số liệu thống kê thực tế tình hình sử dụng băng thông của Internet tuyến HNI-HPG tại thời điểm cao nhất là 1495kbps và trung bình khoảng 950kbps. Tuy nhiên để đảm bảo an toàn cho lƣu lƣợng thoại trong trƣờng hợp bùng nổ băng thông băng thông dành cho internet chỉ đƣợc phân bổ 1024kbps. Phần lƣu lƣợng dƣ thừa đƣợc chèn vào phần băng thông của thoại. Tuy nhiên khi băng thông của thoại tiến tới 50% băng thông, các gói dữ liệu Internet vƣợt ngƣỡng sẽ bị rớt.
Nhƣ vậy chính sách phân bổ băng thông cho dịch vụ là:
VoIP: 1024 kbps chiểm 50% băng thông. Internet: 1024 kbps chiểm 50% băng thông. * Chính sách phân lớp và thủ tục hàng đợi:
Để đảm bảo chất lƣợng dịch vụ thoại tránh các tình huống tắc nghẽn trong mọi trƣờng hợp, các chế độ cài đặt để đảm bảo QoS đƣợc cài đặt đồng bộ trên Gateway và Router.
- Các gói thoại, thông tin tính cƣớc, xác thực đƣợc phân lớp với DSCP EF tƣơng ứng với giá trị ƣu tiên IP Precedence =5
- Các gói tin lƣu lƣợng Internet không đƣợc ƣu tiên đƣợc phân lớp với DSCP default tƣơng ứng với giá trị ƣu tiên IP Precedence =0.
Trong tuyến này cơ chế WFQ đƣợc sử dụng trong thủ tục giải quyết hàng đợi và WRED đƣợc sử dụng cho thủ tục giải quyết tắc nghẽn cho dữ liệu.
Cơ chế PQ đƣợc sử dụng trong thủ tục giải quyết hàng đợi và WRED đƣợc sử dụng cho thủ tục giải quyết tắc nghẽn cho thoại VoIP.
Trên cơ sở phân lớp các gói thoại sẽ đƣợc ƣu tiên xử lý trƣớc do vậy do vậy về cơ bản có thể đảm bảo trễ và mất gói cho thoại.
Tƣơng tự nhƣ vậy có thể tính toán chính sách QoS cho các tuyến khác.
Kết luận:
Cùng xu thể phát triển của mạng NGN, tổ hợp dịch vụ là một vấn đề cấp bách trong các mạng viễn thông ở Việt Nam nói chung và mạng IP của Saigonpostel nói riêng.
Trong mạng IP của SPT hiện nay cung cấp 2 loại hình dịch vụ dựa trên nền giao thức IP đó là: Thoại IP và Data Internet. Trong đó việc sử dụng tài nguyên mạng là hoàn toàn độc lập với nhau. Do vậy để tăng hiệu suất sử dụng thiết bị và giảm chi phí vận hành mạng vấn đề tổ hợp là cấp bách hơn bao giờ hết.
Tiến trình tổ hợp dịch vụ bao gồm 3 giai đoạn, song song với nó là tính toán các chính sách QoS để đảm bảo chất lƣợng dịch vụ chung. Do đặc điểm mỗi tuyến là khác nhau do vậy các chính sách áp dụng là khác nhau. Ở trên ta chỉ tính toán tuyến HNI - HPG để minh họa.
CHƢƠNG 4: TRIỂN KHAI QOS
4.1. Mô hình triển khai QoS.
Một mô hình dịch vụ còn đƣợc gọi là một mức dịch vụ mô tả khả năng thiết lập từ đầu đến cuối của QoS đó là khả năng của mạng có thể phục vụ các yêu cầu đặc biệt khác nhau.
Thông thƣờng các mô hình khác nhau ở chỗ cách thức chúng cho phép các ứng dụng gửi dữ liệu, phân biệt và phát tán dữ liệu đó trên mạng.
Trong mạng hoạt động dƣới nền của giao thức IP có 3 mô hình triển khai QoS hay đƣợc sử dụng đó là:
- Mô hình dịch vụ tốt nhất ( Best-effort Service). - Mô hình dịch vụ tổ hợp ( Intergrated Service). - Mô hình dịch vụ phân biệt ( Diffirentiated Service).
Best-effort Service là mô hình dịch vụ đơn cho phép ứng dụng gửi dữ liệu với bất cứ khối lƣợng nào, khi nào mà nó có thể thực hiện đƣợc mà không cần đòi hỏi sự cho phép hoặc thông tin cơ sở mạng nào, nghĩa là mạng phân tán dữ liệu nếu có thể mà không cần đảm bảo độ tin cậy, độ trễ hoặc khả năng thông mạng. Mô hình này rất phù hợp với mạng dải rộng nhƣ truyền file hoặc email. Đối với mạng đòi hỏi độ tin cậy cao và an toàn mạng thì mô hình này không đảm bảo.
Trong thực tế mô hình Best-effort Service ít đƣợc sử dụng. Tùy theo ứng dụng và quy mô của mạng mà mạng hiện nay thƣờng sử dụng mô hình dịch vụ tổ hợp ( Intergrated Service) hoặc mô hình dịch vụ phân biệt ( Diffirentiated Service).
4.2. Mô hình dịch vụ tổ hợp: [6] 4.2.1. Các yêu cầu chức năng cơ bản: 4.2.1. Các yêu cầu chức năng cơ bản:
Trong mô hình dịch vụ tổ hợp các luồng dữ liệu IP đƣợc phân biệt theo bội năm thông số cơ bản sau: Giao thức sử dụng. Địa chỉ IP đích. Địa chỉ cổng đích. Địa chỉ IP nguồn. Địa chỉ cổng nguồn.
Để có thể dự trữ tài nghuyên cho 1 luồng dữ liệu nào đó thì các nguồn phải đƣợc cài đặt các tiêu chuẩn dành cho nguồn dữ liệu đó. Các tiêu chuẩn bao gồm đặc điểm lƣu
Thông thƣờng đặc tính của lƣu lƣợng bao gồm các thông số về tốc độ đỉnh, tốc độ trung bình, cỡ bùng nổ lƣu lƣợng ... Còn các yêu cầu dịch vụ bao gồm băng thông tối thiểu, các yêu cầu về trễ, trƣợt, mất gói ...
Trong mô hình dịch vụ tổ hợp ngƣời ta sử dụng giao thức dự trữ tài nguyên RSVP (Resource Reservation Protocol) dự trữ tài nguyên cho một luồng dữ liệu đƣợc phục vụ nào đó.
4.2.2. Giao thức dự trữ tài nguyên RSVP:
RSVP là một chuẩn giao thức đƣợc định nghĩa trong khuyến nghị RFC 2205 của IETF [2]. RSVP là một giao thức IP QoS. Nó hỗ trợ cả 2 phiên bản IPv4 và IPv6 và ứng dụng đƣợc cả trong chế độ địa chỉ unicast và multicast.
Trong RSVP tài nguyên dành riêng cho mỗi hƣớng là độc lập lẫn nhau. RSVP không phải là một giao thức định tuyến. Các bản tin RSVP đƣợc phân phối cùng hƣớng với các gói tin IP thông qua các giao thức định tuyến đƣợc cài đặt trên Router.
RSVP cung cấp một vài kiểu dự trữ tài nguyên và nó là một giao thức khá phức tạp bởi mỗi nút trên một tuyến phải lƣu trữ thông tin dành riêng cho mỗi luồng dữ liệu nào đó. Với mạng có quy mô lớn RSVP khó có thể đáp ứng đƣợc do phát sinh vấn đề cần ổn định mạng.
Nguyên tắc hoạt động của RSVP có thể hiểu đơn giản nhƣ sau:
R2 R1 R3 SW2 Server2 SW1 Server1 Yêu cầu trễ thấp, băng thông 30 kbps PATH Yêu cầu trễ thấp, băng thông 30 kbps PATH Yêu cầu trễ thấp, băng thông 30 kbps PATH Yêu cầu trễ thấp, băng thông 30 kbps PATH Dự trữ trễ thấp, băng thông 30 kbps RESV Dự trữ trễ thấp, băng thông 30 kbps RESV Dự trữ trễ thấp, băng thông 30 kbps RESV Dự trữ trễ thấp, băng thông 30 kbps RESV
Hình 4.1: Nguyên tắc hoạt động của RSVP
Một phiên làm việc của RSVP thông thƣờng đƣợc định nghĩa theo 3 thông số (địa chỉ đích, giao thức, cổng đích).
Khởi tạo phiên làm việc, trạm nguồn sẽ gửi một bản tin PATH tới trạm đích. Bản tin PATH chứa đựng thông tin QoS (yêu cầu trễ thấp, băng thông 30 kbps) của luồng dữ liệu cần đƣợc gửi đi. Khi bản tin này truyền qua các Router, các Router này lƣu trữ nhận dạng và các tiêu chuẩn của luồng thông tin sắp đƣợc gửi qua vào bộ nhớ của chúng.
Khi trạm cuối cùng nhận đƣợc bản tin PATH, nó sẽ gửi ngƣợc trở lại trạm nguồn bản tin RESV. RESV mang thông tin về dự trữ tài nguyên (dự trữ trễ thấp, băng thông 30kbps). Các Router sau khi nhận đƣợc bản tin RESV thực hiện dự trữ tài nguyên cần thiết.
Khi trạm gửi nhận đƣợc bản tin RESV nó bắt đầu thực hiện quá trình truyền tin. Các gói IP thuộc luồng dữ liệu cần phân tán sẽ đƣợc gửi tới đích theo vết mà bản tin PATH đã đi qua.
Một bản tin RSVP có cấu trúc nhƣ sau:
Từ mào đầu RSVP Object 1 Object N . . . Object 2 Hình 4.2: Cấu trúc RSVP
Từ mào đầu RSVP là từ mào đầu chung cho các bản tin RSVP. Trong mỗi chủ thể (Object N) lại có từ mào đầu riêng của nó.
- 8 bít kiểu bản tin RSVP - 16 bít kiểm tra lỗi checksum
- 8 bít thời gian tồn tại gói tin TTL ( Time to live) - 16 bít chiều dài bản tin.
Tùy theo giá trị của trƣờng bản tin mà xác định bản tin khác nhau. Bảng các kiểu bản tin RSVP nhƣ sau:
Giá trị trƣờng bản tin Kiểu bản tin
1 PATH 2 RESV 3 PATHErr 4 PATHTear 5 RESVErr 6 RESVTear 7 RESVConf Bảng 4.1: Các bản tin RSVP
Trong đó bản tin PATH và RESV là bản tin gốc đƣợc sử dụng cho việc dự trữ tài nguyên mạng.
RSVP Object bao gồm các thông số sử dụng cho việc điều khiển truyền tải dịch vụ. Với cấu trúc điều khiển khá phức tạp do vậy trong thực tế mô hình dịch vụ tổ hợp cũng rất ít đƣợc sử dụng trong mạng cỡ lớn. Thay vào đó nó thƣờng đƣợc sử dụng phổ biến trong mô hình cỡ nhỏ và trung bình. Trong mạng có quy mô lớn ngƣời ta thƣờng sử dụng mô hình dịch vụ phân biệt DiffServ để điều khiển QoS.
4.3. Mô hình dịch vụ phân biệt - Differentiated Services: 4.3.1. Tổng quan DiffServ:[3]
DiffServ là mô hình cung cấp chất lƣợng dịch vụ có khả năng mở rộng. Trong DiffServ các luồng dữ liệu riêng biệt không đƣợc nhận dạng riêng biệt mà chúng đƣợc tổ hợp thành các lớp lƣu lƣợng có cấu trúc nhỏ hơn.
Không giống nhƣ mô hình IntServ, băng thông và các tài nguyên mạng khác trong mô hình DiffSer đƣợc phân bổ theo lớp dịch vụ chứ không phải theo luồng lƣu lƣợng.
Một mạng triển khai DiffServ mang các đặc điểm sau:
- Trong một mạng đơn lẻ các gói sẽ đƣợc đánh dấu tại node biên mạng, khi đó các thiết bị khác lựa chọn mức QoS cho gói tin dựa trên thông tin đã đƣợc đánh dấu.
- Giá trị trƣờng đánh dấu là giá trị trong từ mào đầu của gói tin IP, bởi từ mào đầu này đƣợc duy trì xuyên suốt qua mạng.
- Giữa các mạng, các gói tin có thể đƣợc phân lớp lại và đánh dấu lại tại node biên của mạng đó.
- Thông thƣờng để tiện đánh dấu thì từ mào đầu IP đƣợc định nghĩa lại thành 6 bít điểm mã dịch vụ phân biệt DSCP (Differentiated Services Code Point). Với 6 lớp này sẽ tạo ra 64 lớp dịch vụ đƣợc phục vụ.
DiffSer hoạt động dựa trên nguyên tắc phân loại lƣu lƣợng tại thành biên mạng và thực hiện các chu trình sắp xếp, hủy gói tin tại trong lõi mạng. Phần lớn các quản lý xử lý đƣợc thực hiện tại thành biên mạng mà không phải lƣu trữ trạng thái dịch vụ trong