Mặc dù chất lượng dịch vụ QoS chưa phải là giải pháp toàn vẹn nhưng nó ra đời nhằm giải quyết các vấn đề về lưu lượng và chất lượng mạng. Chất lượng dịch vụ thường được đánh giá bằng các thông số sau:
- Băng thông
- Độ trễ
- Độ rung pha
- Khả năng mất gói
2.2.1. Băng thông (bandwidth)
Băng thông là tỉ lệ bit trên mỗi giây để phân phối dữ liệu đi trong mạng. Trong một số trường hợp, băng thông còn được hiểu là tốc độ đường kết nối vật lý hay là xung đồng hồ (clock rate) của mỗi giao diện mạng. Ví dụ như các kết nối điểm - điểm trong mạng WAN thì băng thông 64kbps chính là tốc độ của đường kết nối vật lý. Nhưng đối với các kết nối trong mạng Frame relay hay ATM thì băng thông là tốc độ cam kết (CIR) giữa nhà cung cấp dịch vụ với khách hàng, băng thông này có thể lớn hơn tốc độ cam kết khi lưu lượng trong mạng cho phép.
36
2.2.2. Độ trễ (delay)
Các mạng hiện nay thường tồn tại các loại trễ sau đây:
Trễ môi trƣờng truyền (propagation): là thời gian để chuyển gói đi, thời gian này thường phụ thuộc vào băng thông của giao tiếp
Trễ xử lý và xếp hàng: đây là hai loại trễ tồn tại trong mỗi router
Trễ xử lý: là thời gian để một router lấy gói tin từ interface vào và đặt nó vào hàng đợi. Độ trễ sẽ phụ thuộc vào các yếu tố sau:
- Tốc độ xử lý của CPU.
- Khả năng xử dụng của CPU.
- Mode chuyển mạch IP được sử dụng.
- Cấu trúc của router.
- Các đặc tính cấu hình trên các giao tiếp vào/ra.
Trễ xếp hàng: khoảng thời gian gói nằm trên hàng đợi của router. Thời gian này phụ thuộc vào số lượng cũng như kích thước của các gói đang có trên hàng đợi và trên băng thông của interface. Đồng thời thông số này cũng phụ thuộc vào cơ chế xếp hàng gói tin.
2.2.3. Độ trƣợt (Jitter)
Khái niệm độ trượt và độ trễ thường liên quan đến nhau. Một gói tin trong mạng với các thành phần độ trễ thay đổi thì luôn tồn tại độ trượt. Vậy khi độ trượt xảy ra thì có làm giảm đến chất lượng dịch vụ hay không?. Đối với các ứng dụng dữ liệu thì độ trượt không làm giảm chất lượng là bao nhưng một số dạng lưu lượng khác như thoại được số hóa đòi hỏi các gói tin phải được truyền nhất quán tức là khoảng cách giữa các gói tin là đồng bộ. Dạng lưu lượng này còn gọi là lưu lượng đẳng thời (isochronous traffic). Dưới đây là một ví dụ để thấy rõ hơn về độ trượt.
37
Xét 3 gói tin thoại đi từ máy 201 đến 301, thời gian truyền của mỗi gói tin là 20ms. Nhưng khi đi đến máy 301 thì gói tin thứ 3 thời gian truyền đã tăng lên 30ms, vậy 10ms chính là độ trượt của gói.
2.2.4. Mất gói (loss)
Mất gói là một thông số quan trọng trong chất lượng dịch vụ, khi tỉ lệ mất gói xảy ra trong mạng quá lớn thì cần phải có biện pháp để khắc phục. Ví dụ như trường sửa lỗi FCS (Frame Check Sequence) sẽ kiểm tra các khung bị lỗi khi truyền trong mạng. Các công cụ của QoS có thể làm giảm mất gói tin khi các hàng đợi quá đầy.
Ở các mạng hiện nay, số các gói tin bị mất do tỉ lệ lỗi bit là rất ít (tỉ lệ bit lỗi BER 10-9 là có thể chấp nhận) đa số các gói tin bị mất là do bộ đệm và các hàng đợi quá tải. Do đó việc khắc phục tình trạng mất gói trong mạng là cần thiết.
Hình 2.2: Mất gói trong mạng
2.2.5. Hoạt động của QoS
Các ứng dụng tạo ra lưu thông với một loạt các tốc độ và thường yêu cầu các mạng có thể truyền dẫn các lưu thông với tốc độ mà chúng tạo ra. Hơn nữa, các ứng dụng có thể là thích ứng hoặc kém thích ứng với sự trễ lưu thông trên mạng cũng như sự biến đổi của độ trễ đó. Một ứng dụng nào đó có thể thích ứng được với một vài mất mát lưu thông, trong khi đó số khác lại không. Nếu tài nguyên mạng là vô hạn, toàn bộ các lưu thông của tất cả các ứng dụng có thể được truyền tại tốc độ mà ứng dụng yêu cầu, không trễ, không mất gói tin. Tuy nhiên, tài nguyên mạng lại chỉ có hạn. Kết quả là tồn tại những khu vực trên mạng mà tại đó tài nguyên không thể đáp ứng được nhu cầu. Các mạng được xây dựng bằng cách kết nối các thiết bị mạng như các chuyển mạch và định tuyến. Chúng chuyển tiếp các lưu thông qua chúng bằng cách sử dụng các giao diện. Nếu tốc độ một lưu thông đến tại một giao diện vượt quá tốc độ mà giao diện đó có thể chuyển tiếp đến thiết bị tiếp theo, sự tắc nghẽn sẽ xẩy ra. Vì thế, dung lượng của một giao diện chuyển tiếp lưu thông là một tài nguyên mạng cơ bản. Cơ chế QoS làm
IP Forwarding IP IP Tail-drop IP IP
38
việc bằng cách phân phối tài nguyên đó ưu tiên một lưu thông nào đó hơn các lưu thông khác.
Để làm được điều này, nó trước hết cần phải định danh các lưu thông khác nhau. Lưu thông đến các thiết bị mạng được chia thành các luồng (flow) thông qua quá trình phân loại gói tin. Lưu thông từ mỗi luồng sau đó được dẫn đến các hàng đợi tương ứng trên giao diện chuyển tiếp. Các hàng đợi trên mỗi giao diện được phục vụ theo một vài thuật toán. Thuật toán phục vụ hàng đợi quyết định tốc độ lưu thông trên mỗi hàng đợi được chuyển tiếp đi, bằng cách đó sẽ quyết định tài nguyên phân phối cho mỗi hàng đợi và cho các luồng tương ứng. Vì vậy, để cung cấp QoS mạng, cần phải cung cấp hoặc định nghĩa các thiết bị mạng như sau :
- Thông tin phân loại nhờ các thiết bị đã phân chia lưu thông vào các luồng.
- Các hàng đợi và các thuật toán phục vụ hàng đợi sẽ xử lý lưu thông từ các luồng phân biệt.
Ta gọi chung cả hai là cơ chế xử lý lưu thông. Nếu để riêng rẽ, các Cơ chế xử lý lưu thông không có ý nghĩa thực tiễn. Chúng cần phải được cung cấp và thiết lập qua nhiều thiết bị trong một cách kết hợp cung cấp các dịch vụ điểm-điểm thực tế trên mạng. Vì vậy, để cung cấp được các dịch vụ thực tế, cần cả các Cơ chế Xử lý lưu thông lẫn các Cơ chế cung cấp và thiết lập chúng[2].