1. Kỹ thuật nộn RTP (cRTP)
Tuỳ thuộc vào loại codec sử dụng, số mẫu thoại trờn một gúi mà băng thụng cho 1 cuộc thoại sẽ khỏc nhau:
Loại Codec Băng thụng Băng thụng với cRTP Trễ mẫu G.729 với 1 mẫu 10ms/1 khung 40kbps 9.6kbps 15ms G.729 với 4 mẫu 10ms/1 khung 16kbps 8.4kbps 45ms G.729 với 2 mẫu 10ms/1 khung 24kbps 11.2kbps 25ms G.711 với 1 112kbps 81.6kbps 10ms
mẫu 10ms/1 khung G.711 với 2 mẫu 10ms/1 khung 96kbps 80.8kbps 20ms
Bảng 4: Băng thụng của cỏc loại codec với RTP và cRTP
Chuẩn Codec G.729 sử dụng 2 mẫu 10ms/1 khung tức 20bytes/ 1 khung sẽ cú tốc độ bớt 8kbps. Nhƣng thực tế băng thụng tiờu tốn lại là 24kbps, điều này là do trong IP cú khỏi niệm “IP Tax”. Mào đầu gúi tin gồm cú IP, RTP, UDP thờm vào 40 bytes cho mỗi khung, nhƣ vậy mỗi khung sẽ cú 60 bytes tƣơng ứng với tốc độ 24kbps cho mừi chiều hội thoại.
Để giảm băng thụng tiờu tốn bởi cỏc cuộc thoại G.729, ngƣời ta cú thể sử dụng phƣơng phỏp nộn RTP (cRTP). Với cRTP cú thể nộn 40 bytes mào đầu IP/RTP/UDP thành 2-4 bytes. IP (20 bytes) UDP (8 bytes) RTP (12 bytes) Payload (20-160 bytes) Sau khi nộn RTP: 2-4 bytes Payload (20-160 bytes) Hỡnh 31: Nguyờn tắc của cRTP
Với kỹ thuật cRTP, băng thụng cho 1 cuộc thoại VoIP giảm từ 24kbps xuống cũn 11.2kbps. Đõy là sự cải tiến đỏng kể cho cỏc mạng lƣới với băng thụng giới hạn. Vớ dụ một đƣờng tốc độ 56kbps cú thể thực hiện đƣợc 4 cuộc thoại VoIP ở tốc độ 11,2kbps, nếu khụng cú cRTP, chỉ cú thể thƣc hiện đƣợc 2 cuộc thoại ở tốc độ 24kbps. CRTP đƣợc sử dụng trờn nhu cầu của từng chặng (Link-by-Link basis) và
sẽ nộn mào đầu IP/RTP/UDP xuống cũn 2 bytes khi khụng sử dụng kiểm tra tổng UDP và nộn cũn 4 bytes khi sử dụng kiểm tra tổng UDP.
CRTP thƣờng khụng đƣợc dựng trong cỏc giao diện tốc độ cao bởi vỡ cỏc nhƣợc điểm của nú cũn lớn hơn cả cỏc lợi điểm. Mạng tốc độ cao là một khỏi niệm tƣơng đối, thƣờng khi tốc độ lớn hơn E1/T1 thỡ khụng dựng cRTP, nhƣng trong một số mạng ở tốc độ 512kbps cú thể đó đƣợc coi là tốc độ cao.
Giống nhƣ tất cả cỏc kỹ thuật nộn khỏc, CPU phải gỏnh một nhiệm vụ xử lý rất nặng nề để nộn cỏc gối tin. Điều này làm tăng việc sử dụng CPU tại cỏc Router, do đú cần phải đỏnh giỏ giữa lợi điểm (yờu cầu băng thụng nhỏ) và nhƣợc điểm (yờu cầu sử dụng CPU cao hơn). Một Router khi đƣợc yờu cầu sử dụng cao vào việc nộn sẽ gặp phải cỏc truc trặc khi chạy cỏc nhiệm vụ khỏc. Nhƣ vậy, để mạng lƣới đƣợc chạy ổn định nờn điều chỉnh việc sử dụng CPU khoảng 60-70%.[7]
2. Kỹ thuật hàng chờ (Queuing)
Hàng chờ là một khỏi niệm rất đơn giản. Hóy tƣởng tƣợng trờn hệ thống giao thụng, bạn đang đi trờn đƣờng để ra đƣờng cao tốc, khi gặp trạm thu phớ bạn phải dừng lại và trả phớ đƣờng. Trong thời gian đú, cú cỏc ụ tụ khỏc đi tới và cú thể tạo ra tắc nghẽn.
Tại nơi thu phớ đƣờng, khỏi niệm xếp hàng đƣợc hiểu là “đến trƣớc, xong trƣớc” (first in, first out – FIFO) nghĩa là nếu bạn là ngƣời đầu tiờn đến trạm thu phớ thỡ bạn cũng sẽ là ngƣời đầu tiờn ra khỏi trạm thu phớ và đi lờn đƣờng cao tốc. Việc xếp hàng FIFO là kiểu xếp hàng đầu tiờn đƣợc ỏp dụng trong Router và nú vẫn cũn rất hữu ớch tuỳ thuộc vào cấu trỳc mạng lƣới.
Đối với mạng ngày nay, với sự phong phỳ về ứng dụng, giao thức, ngƣời sử dụng…, yờu cầu phải cú cỏch để phõn biệt cỏc loại lƣu lƣợng khỏc nhau. Giống nhƣ tại trạm thu phớ, cỏc xe đặc biệt sẽ đƣợc ƣu tiờn phục vụ hơn cỏc xe khỏc.
Tƣơng tự nhƣ vậy, Cisco cũng cú cỏc cụng cụ xếp hàng cho phộp ngƣời quản lý mạng nhận dạng đƣợc loại lƣu lƣợng nào là “đặc biệt” hoặc “quan trọng” và xếp hàng cỏc lơu lƣợng dựa trờn thụng tin này. Cụng nghệ phổ biến nhất trong số này là WFQ. Nếu bạn đang sử dụng Router Cisco, cú thể chắc chắn rằng nú đang sử dụng thuật toỏn WFQ.[7]
2.1 Xếp hàng đỏnh giỏ bỡnh đẳng (Weighted Fair Queuing)
Đối với xếp hàng kiểu FIFO, tất cả cỏc gúi tin tới đều đƣợc xếp vào cựng 1 hàng và đƣợc truyền đi khi băng thụng sẵn sàng. Đối với WFQ, sử dụng nhiều hàng đợi để tỏch cỏc luồng và đƣa ra băng thụng bỡnh đẳng cho từng luồng lƣu lƣợng. Điều này trỏnh việc một ứng dụng, chẳng hạn nhƣ FTP, chiếm toàn bộ băng thụng
của luồng. WFQ đảm bảo rằng cỏc hàng đợi khụng bị quỏ thiếu băng thụng và đảm bảo một chất lƣợng dịch vụ nhất định. Cỏc luồng số liệu với khối lƣợng nhỏ cú đƣợc chất lƣợng dịch vụ tốtt hơn, bởi vỡ tất cả cỏc gúi nhận đƣợc đều đƣợc truyền đi một cỏch nhanh chúng. Cỏc loại lƣu lƣợng khỏc cú khối lƣợng số liệu lớn thỡ chia nhau lƣợng băng thụng cũn lại.
WFQ tƣơng tự nhƣ ghộp kờnh theo thời gian TDM bởi vỡ nú chia băng thụng một cỏch bỡnh đẳng cho tất cả cỏc luồng lƣu lƣợng, do đú khụng cú luồng lƣu lƣợng nào bị bỏ quờn. WFQ hơn TDM ở chỗ, khi một luồng lƣu lƣợng nào đú khụng cú tải thỡ WFQ linh hoạt chuyển băng thụng này cho cỏc luồng lƣu lƣợng đang hoạt động.
Xếp hàng bỡnh đẳng nhận dạng một cỏch linh hoạt cỏc luồng số liệu dựa trờn một vài thụng số. Cỏc luồng số liệu đƣợc ƣu tiờn hoỏ dựa trờn số lƣợng băng thụng mà luồng tiờu tốn. Thuật toỏn này cho phộp băng thụng đƣợc chia sẻ một cỏch bỡnh đẳng mà khụng cần sử dụng cỏc danh sỏch truy cập hoặc cỏc cụng việc gõy tốn thời gian khỏc. WFQ nhận dạng luồng bằng đại chỉ nguồn, đớch, loại giao thức, số cổng và giỏ trị QoS/ToS.
Xếp hàng bỡnh đẳng cho phộp cỏc ứng dụng băng thụng thấp (chiếm đa số trong tổng lƣu lƣợng trờn mạng) cú đƣợc băng thụng càng gần với nhu cầu càng tốt và để cỏc ứng dụng băng thụng cao hơn chia sẻ băng thụng cũn lại một cỏch bỡnh đẳng. Xếp hàng bỡnh đẳng làm giảm độ trễ và cho phộp chia sẻ một cỏch hiệu quả băng thụng sẵn cú giữa cỏc ứng dụng.
Việc đỏnh giỏ trong WFQ sử dụng 6 cơ chế: ƣu tiờn IP, chỉ thị tắc nghẽn theo hƣớng đi trong Frame Relay (FECN), chỉ thị tắc nghẽn theo hƣớng về trong Frame Relay (BECN), RSVP, ƣu tiờn IP RTP và dự phũng IP RTP.
Trƣờng ƣu tiờn IP (IP Precedence) cú giỏ trị từ 0 (giỏ trị mặc định là 0) đến 7, khi giỏ trị này tăng lờn, thuật toỏn sẽ gỏn thờm băng thụng cho luồng lƣu lƣợng. Điều này cho phộp lƣu lƣợng đƣợc truyền với tần số cao hơn.
Trong mạng Frame Relay, bit FECN và BECN thƣờng bỏo hiệu khi cú tắc nghẽn trờn mạng. Trong trƣờng hợp này, lƣu lƣợng mà cú liờn quan đến tắc nghẽn sẽ đƣợc truyền với tần số thấp đi.
Để thiết lập WFQ cho một giao diện, ngƣời ta sử dụng cõu lệnh “Fair-Queu”. Để xoỏ bỏ WFQ cho một giao diện, ngƣời ta sử dụng dạng “no” của cõu lệnh này. [7]
2.2 Xếp hàng theo yờu cầu (Custom Queuing)
Xếp hàng theo yờu cầu cho phộp ngƣời sử dụng xỏc lập tỷ lệ phần trăm băng thụng cho một giao thức nào đú. Cú thể định nghĩa tới 16 hàng đợi và 1 hàng đợi
cho cỏc bản tin hệ thống. Mỗi hàng đợi đƣợc phục vụ một cỏch trỡnh tự theo vũng, truyền một số phần trăm lƣu lƣợng trong hàng trƣớc khi chuyển đến hàng tiếp theo.
Router sẽ quyết định bao nhiờu bytes trong mỗi hàng đƣợc truyền đi dựa trờn tốc độ của giao diện và số phần trăm đó đƣợc cấu hỡnh và cỏc hàng khỏc cú thể sử dụng băng thụng của một hàng A nếu nhƣ hàng A này khụng yờu cầu hết số phần trăm mà nú cú.
Xếp hàng theo yờu cầu đũi hỏi kiến thức về cỏc loại cổng và cỏc loại lƣu lƣợng.[7]
2.3 Xếp hàng ưu tiờn (Priority Queuing)
Xếp hàng ƣu tiờn cho phộp cỏc nhà quản trị mạng cấu hỡnh đƣợc 4 mức ƣu tiờn: Cao, thƣờng, trung bỡnh và thấp. Lƣu lƣợng đƣợc gỏn bởi một trong 4 mức ƣu tiờn này, lƣu lƣợng cú mức ƣu tiờn cao đƣợc phục vụ cho đến khi khụng cũn số liệu trong hàng đợi, sau đú đến lƣợt cỏc gúi trong cỏc hàng đợi cú mức ƣu tiờn tiếp theo. Loại xếp hàng này đảm bảo cỏc lƣu lƣợng quan trọng luụn đạt đƣợc băng thụng theo yờu cầu, tuy nhiờn gõy cản trở cho cỏc loại ứng dụng khỏc. Do đú, điều quan trọng là cần hiểu đƣợc cỏc lƣu lƣợng tải khi sử dụng cơ chế xếp hàng này. Xếp hàng ƣu tiờn sử dụng tốt nhất khi lƣu lƣợng tải cú độ ƣu tiờn cao nhất tiờu tốn lƣợng băng thụng ớt nhất.
Xếp hàng ƣu tiờn cho phộp “bỏ đúi” cỏc ứng dụng, một sự cấu hỡnh khụng chuẩn sẽ dẫn đến việc Router chỉ phục vụ một loại lƣu lƣợng và “bỏ đúi” toàn bộ cỏc loại lƣu lƣợng khỏc dẫn đến một số loại hỡnh dịch vụ khụng hoạt động đƣợc. Khi hiểu đƣợc điều này, xếp hàng ƣu tiờn sẽ là một sự lựa chọn tốt cho một số ngƣời sử dụng.[7]
2.4 Xếp hàng bỡnh đẳng dựa trờn lớp (Class Based –Weighted Fair Queuing)
CB-WFQ cú tất cả cỏc lợi điểm của WFQ, thờm vào đú CB-WFQ đƣa ra hỗ trợ cho nhà quản lý mạng việc định nghĩa cỏc lớp lƣu lƣợng. CB-WFQ cú thể đƣợc ỏp dụng trờn cỏc giao diện tốc độ cao đến E3/T3.
CB-WFQ cho phộp định nghĩa một lớp dựa trờn tiờu chuẩn mà vƣợt quỏ ranh giới của luồng. Sử dụng CB-WFQ, bạn cú thể tạo một lớp chuyờn cho lƣu lƣợng thoại. Ngƣời quản lý mạng định nghĩa cỏc lớp này thụng qua cỏc danh sỏch truy cập. Cỏc lớp lƣu lƣợng này quyết định việc cỏc gúi đƣợc nhúm lại nhƣ thế nào trong cỏc hàng đợi khỏc nhau.
Đặc điểm hay nhất của CB-WFQ là nú cho phộpcỏc nhà quản lý mạng đƣa ra một lƣợng băng thụng nhất định cho một lớp lƣu lƣợng nào đú. CB-WFQ cú thể xử lý 64 lớp khỏc nhau và điều khiển yờu cầu băng thụng cho từng lớp.[7]
2.5 Hàng đợi trễ thấp (Low Latancy Queuing) hay hàng đợi PQ, CB-WFQ hỗn hợp
Cơ chế hàng đợi này đƣợc phỏt triển để ƣu tiờn tuyệt đối lƣu lƣợng thoại so với tất cả cỏc loại lƣu lƣợng khỏc.
LLQ đƣa ra cho CB-WFQ chức năng hàng đợi ƣu tiờn một cỏch chặt chẽ. Sự ƣu tiờn đƣợc dành cho cỏc loại lƣu lƣợng nhạy cảm với trễ (delay-sensitive) và thời gian thực (real-time) nhƣ là lƣu lƣợng thoại. LLQ cho phộp sử dụng strict-PQ.
Mặc dự cú thể xếp rất nhiều loạilƣu lƣợng vào một strict-PQ nhƣng điều cần đặc biệt nhấn mạnh là chỉ nờn gỏn lƣu lƣợng thoại vào hàng đợi này. Điều này dựa trờn thực tế là lƣu lƣợng thoại đƣợc gửi một cỏch đều đặn trong khi cỏc loại lƣu lƣợng khỏc đƣợc gửi một cỏch thất thƣờng và cú thể gõy nờn sự cố trong mạng lƣới. LLQ là một cơ chế mới nhƣng nú đó chứng tỏ đƣợc điểm mạnh của nú và đƣa ra cho cỏc gúi tin thoại độ Jitter, độ trễ và độ ƣu tiờn cần thiết cho một chất lƣợng thoại đảm bảo.[7]
3. Kỹ thuật phõn loại gúi tin (Packet Classification)
Để đạt đƣợc việc phõn phối gúi tin nhƣ mong muốn, cõn thiết phải biết làm thế nào để cú thể cấu hỡnh WFQ một cỏch hợp lý. Phần này mụ tả cỏc kỹ thuật cấu hỡnh khỏc nhau và cỏch sử dụng chỳng trong cỏc mạng khỏc nhau để đạt đƣợc giỏ trị QoS nhƣ mong muốn.
3.1Ưu tiờn IP:
Ƣu tiờn IP chỉ đến 3 bớt trong trƣờng ToS trong mào đầu IP, 3 bớt này cho phộp chỉ định 8 loại dịch vụ CoS đỏnh số từ 0 đến 7, nhƣ trong bảng dƣới đõy:
Loại dịch vụ Mục đớch
Routine Set routine precedence (0)
Priority Set priority precedence (1)
Immediate Set immediate precedence (2)
Flash Set Flash precedence (3)
Flash-override Set Flash-override precedence (4)
Internet Set internet precedence (6)
Network Set network precedence (7)
Bảng 5: Cỏc loại ưu tiờn IP
Ƣu tiờn IP 6 và 7 đƣợc dự phũng cho thụng tin mạng lƣới (cập nhật định tuyến, gúi chào hỏi…). Ƣu tiờn IP cho phộp Router nhúm cỏc luồng lƣu lƣợng dựa trờn 8 cài đặt ƣu tiờn và xếp hàng lƣu lƣợng dựa vào thụng tin ƣu tiờn cũng nhƣ thụng tin về địa chỉ nguồn, địa chỉ đớch và số cổng.
Cú thể coi ƣu tiờn Ip là một cơ chế QoS trong băng (In-band Qos) mà khụng cần đến một loại bỏo hiệu nào khỏc hoặc hoặc thờm cỏc mào đầu gúi tin. Nhờ cú cỏc ớch lợi này mà ƣu tiờn IP là cơ chế QoS mà cỏc mạng cú quy mụ lớn thƣờng sử dụng.
Tuy nhiờn, ƣu tiờn IP cũng cú nhƣợc điểm của nú là khụng cú cơ chế tự động từ chối cỏc cài đặt ƣu tiờn IP khụng chớnh xỏc. Nhà khai thỏc mạng cần đảm bảo rằng cỏc cài đặt ƣu tiờn IP là hoàn toàn chớnh xỏc nhƣ cài đặt ban đầu. Vớ dụ sau đõy cho thấy cỏc vấn đề cú thể xảy ra khi ƣu tiờn IP khụng đƣợc cài đặt chớnh xỏc: Cụng ty B sử dụng WFQ trờn tất cả cỏc đƣờng kết nối WAN và sử dụng ƣu tiờn IP để phõn định ƣu tiờn lƣu lƣợng trờn mạng, cụng ty này sử dụng cài đặt ƣu tiờn cho lƣu lƣợng VoIP là 5 và ƣu tiờn cho lƣu lƣợng “kiến trỳc mạng hệ thống” (Systems Network Architecture – SNA) là 4, tất cả cỏc loại lƣu lƣợng khỏc đƣợc đặt ƣu tiờn IP là 0 (ƣu tiờn thấp nhất). Mặc dự trong hầu hết cỏc ứng dụng cài đặt ƣu tiờn IP là 0, tuy nhiờn ƣu tiờn IP của một số ứng dụng cú thể đƣợc thay đổi. Trong vớ dụ này, kỹ sƣ phần mềm thay đổi ứng dụng trũ chơi của anh ta (gaming) lờn ƣu tiờn IP là 7 (mức ƣu tiờn cao nhất) để khi anh ta chơi game trờn mạng với cỏc đồng nghiệp khỏc anh ta sẽ cú ƣu tiờn cao nhất trờn mạng WAN. Bởi vỡ chƣơng trỡnh trũ chơi cú lƣu lƣợng rất lớn nờn cỏc thụng tin của VoIP và SNA bị nghẽn lại. Việc chặn lại cỏc thay đổi này khụng cú, chỳng ta cú thể sử dụng quyền quản trị mạng lƣới để đặt về 0 tất cả cỏc bit ƣu tiờn đến từ cỏc nỳt mạng khụng cú quyền, trong khi vẫn giữ cho cỏc lƣu lƣợng khỏc khụng đổi.[7]
3.2 Giao thức dự trữ tài nguyờn - RSVP
RSVP cho phộp cỏc điểm cuối bỏo hiệu với mạng lƣới về loại QoS cần thiết cho một ứng dụng nào đú. Đõy là một bƣớc phỏt triển so với việc mạng lƣới tự đặt ra một mức độ QoS cho ứng dụng. Nhà quản lý mạng cú thể sử dụng RSVP nhƣ là cỏc danh sỏch truy cập động, cú nghĩa là cỏc nhà quản lý mạng khụng cần quan tõm đến số cổng của luồng gúi IP vỡ RSVP bỏo hiệu cỏc thụng tin này trong quỏ trỡnh
yờu cầu ban đầu. RSVP là một giao thức bỏo hiệu ngoài băng từ đầu cuối đến đầu cuối mà yờu cầu một lƣợng băng thụng và trễ nhất định từ cỏc điểm của mạng lƣới mà cú hỗ trợ RSVP. Nếu điểm trờn mạng lƣới mà khụng hỗ trợ RSVP thỡ RSVP chuyển đến điểm tiếp theo. Một nỳt mạng cú quyền chấp nhận hay từ chối việc dự phũng dựa trờn tải của giao diện mà dịch vụ yờu cầu.
RSVP hoạt động giống nhƣ một xe cứu thƣơng mà xoỏ bỏ lƣu lƣợng phớa trƣớc bạn, bạn chỉ việc đi theo xe cứu thƣơng. RSVP hay ngƣời lỏi xe cứu thƣơng núi với mỗi nỳt mạng hay điểm dừng là xe đi phớa sau là xe quan trọng và cú quyền ƣu tiờn và mỗi trạm dừng cú quyền quyết định là xe đi phớa sau này cú đủ quan trọng khụng để đƣa ra cỏc ƣu tiờn nhất định (khụng phải trả phớ, đƣợc vƣợt đốn đỏ hay ƣu tiờn băng thụng và độ trễ).[7]
3.3 Ưu tiờn IP RTP
Đối với cỏc bộ định tuyến sử dụng kiểu xếp hàng WFQ và kớch hoạt cấu trỳc ƣu tiờn IP RTP, một hàng ƣu tiờn tuyệt đối sẽ đƣợc tạo ra, để xắp hàng ƣu tiờn tuyệt đối cho những dữ liệu nhạy cảm trễ.
Cú thể xỏc định lƣu lƣợng thoại bằng số cổng UDP và phõn cấp nú thành hàng ƣu tiờn. Điều này cho phộp thoại đƣợc ƣu tiờn hơn tất cả cỏc lƣu lƣợng khỏc. Đõy là, kế hoạch phõn cấp đƣợc khuyến nghị cho cỏc mạng VoIP trờn cỏc kết nối băng thụng thấp. [7]
4. Định dạng cỏc luồng lƣu lƣợng và lập chớnh sỏch