Trong mô hình có chất lượng từng mạng (NP) trên đường truyền end to end. Ta không nên nhầm lẫn giữa hai khái niệm chất lượng dịch vụ và chất lượng mạng. QoS giúp cho các dịch vụ viễn thông và nhà cung cấp mạng đáp ứng các nhu cầu dịch vụ của khách hàng. Còn chất lượng mạng NP được đo trực tiếp hiệu năng trên mạng không chịu ảnh hưởng của khách hàng và các thiết bị đầu cuối. Thêm nữa các giá trị của QoS đo được rất khác so với các giá trị NP đo được do một kết nối từ đầu cuối A tới đầu cuối B phải qua nhiều mạng và các thiết bị đầu cuối. Do đó có thể đo được QoS là rất khó. Còn việc đo đạc NP thì đơn giản hơn, tuỳ thuộc vào từng kiểu mạng.
So sánh giữa QoS và NP :
QoS được xác định bằng các chỉ tiêu định tính và định lượng. Chỉ tiêu định tính thể hiện sự cảm nhận của khách hàng còn chỉ tiêu định lượng được thể hiện bằng các số đo cụ thể.
Theo khuyến nghị E800 của ITU: NP là năng lực của mạng (hoặc một phần của mạng) cung cấp các chức năng liên quan tới truyền thông tin giữa những người sử dụng.
Mạng viễn thông bao gồm các hệ thống chuyển mạch và truyền dẫn, mạng cáp ngoại vi, được kéo dài từ điểm truy nhập tới đầu cuối của khách hàng. Do đó đánh giá chất lượng của mạng chính là đánh giá các chỉ tiêu, các thông số kĩ thuật có liên quan tới khả năng truyền thông tin của mạng cùng các chủng loại thiết bị bên trong mạng đó. Theo quan điểm của khách hàng thì họ mong muốn được cung cấp các dịch vụ đảm bảo chất lượng, còn trên quan điểm của nhà cung cấp dịch vụ thì khái niệm chất lượng mạng là một chuỗi các tham số mạng có thể được xác định, được đo đạc và điều chỉnh để đạt được mức độ hài lòng của khách hàng về dịch vụ. Nhà cung cấp dịch vụ có trách nhiệm phải tổ hợp các tham số chất lượng mạng khác nhau thành tập hợp các tiêu chuẩn đảm bảo lợi ích kinh tế của mình vừa thoả mãn tốt nhất yêu cầu của người sử dụng. Khi sử dụng dịch vụ, khách hàng chỉ biết nhà cung cấp dịch vụ chứ không quan tâm tới thành phần mạng. NP yêu cầu phải được hỗ trợ các khả năng :
- Khả năng truy nhập dịch vụ - Khả năng khai thác
- Khả năng bảo trì
- Khả năng tích hợp dịch vụ
Mô hình tham khảo cho QoS end to end thường có một hoặc một vài mạng tham gia có thể đưa vào trễ, tổn thất hoặc lỗi do việc ghép kênh, chuyển mạch, hoặc truyền dẫn, nên nó ảnh hưởng tới chất lượng dịch vụ. Do đó QoS trong mạng phụ thuộc vào nhiều yếu tố : các thành phần mạng, cơ chế xử lý tại đầu cuối, cơ chế điều khiển trong mạng.[7]
1.2. Kiến trúc cơ bản của QoS
Kiến trúc cơ bản của QoS bao gồm 3 mảng cơ bản :
- Định dạng QoS và kỹ thuật đánh dấu cho phép phối hợp QoS từ điểm đầu tới điểm cuối giữa từng thành phần mạng.
- QoS trong từng thành phần mạng đơn (các công cụ hàng đợi , lập lịch , định dạng lưu lượng)
- Cách giải quyết , điều khiển QoS , các chức năng tính toán để điều khiển và giám sát lưu lượng đầu cuối qua mạng.
Định dạng QoS và quá trình đánh dấu
Để cung cấp các dịch vụ ưu tiên cho từng loại lưu lượng, đầu tiên phải định dạng được lưu lượng. Thứ hai luồn phải được đánh dấu hoặc không. Nếu gói chỉ được định dạng mà không được đánh dấu thì phân loại được xem như xảy ra trên từng chặng. Khi sự phân loại gắn liền với thiết bị nó tích hợp trên thì gói không được chuyển tới node kế tiếp. Còn nếu gói được đánh dấu sử dụng cho mạng diện rộng thì các bit cho phép truyền trước precedence được thiết lập.
Các QoS trong thành phần mạng đơn
- Quản lý tắc nghẽn :
Do lưu lượng video, voice data có dạng bó, thỉnh thoảng có một số lượng vượt quá tốc độ cho phép lúc này router sẽ làm gì ?. Nó sẽ chuyển các gói đến đầu tiên ra trước trong một hàng đợi đơn hay đưa các gói vào trong các hàng đợi khác nhau và phục vụ từng hàng lần lượt ?. Để giải quyết vấn đề này, ta sử dụng các công cụ: hàng đợi ưu tiên (PQ), hàng đợi đặt trước (CQ), hàng đợi cân bằng có trọng số (WFQ) và hàng đợi cân bằng trọng số trên cơ sở lớp (CBWFQ)
- Quản lý hàng đợi :
Do kích thước hàng đợi là giới hạng nên chứng có thể bị đầy và tràn hàng đợi. Do đó khi hàng đợi đầy thì bất kì một gói truyền thông nào đến đều không thể vào trong
hàng đợi và nó sẽ bị loại bỏ. Việc loại bỏ này là loại bỏ đằng đuôi, điều này có nghĩa là bất kì gói nào đên (thậm chí các gói có độ ưu tiên cao) đến khi hàng đợi đã đầy đều bị loại bỏ. Do đó cơ chế này cần 2 yếu tố :
+ Luôn chắc chắn rằng hàng đợi không bao giờ đầy để có đủ chỗ cho các gói có độ ưu tiên cao.
+ Phải có cơ chế loại bỏ các gói có độ ưu tiên thấp trước các gói có độ ưu tiên cao.
Phương pháp phát hiện sớm ngẫu nhiên (RED) cung cấp đủ hai cơ chế này. - Định dạng và bắt giữ lưu lượng :
+ Định dạng : sử dụng để giới hạn tiền năng băng thông của luồng. Điều này được sử dụng rất nhiều lần để ngăn chặn các vấn đề tràn luồng. Có thể tăng hoặc giảm tốc độ của lưu lượng đến để phù hợp với hiện trạng của mạng.
+ Bắt giữ : cũng tương tự như định dạng, nó chỉ khác là nếu lưu lượng vượt quá tốc độ cấu hình thì nó không được đưa vào bộ đếm và bị loại bỏ.[5]
1.3. Các tham số của QoS
- Latency : Độ trễ khi truyền gói tin qua mạng - Loss : Độ mất gói
- Jitter : Giá thay đổi của độ trễ các gói tin - Throughput : thông lượng của mạng - Availability : Độ khả dụng của mạng
Latency
Trễ và latency thuộc cùng một nhóm, chỉ số thời gian để truyền tải một bit qua mạng từ nguồn tới đích. Hay nói theo cách khác thì latency là thời gian mà mạng lưu trữ gói tin khi truyền nó. Hệ thống có thể chỉ là thiết bị đơn giản như một router, hay là tập hợp các router và đường truyền. Trễ được tạo ra do khoảng cách truyền, các lỗi, lỗi khôi phục, tắc nghẽn, khả năng xử lý của mạng bao gồm truyền dẫn và các nhận tố khác. Tóm lại latency đầu cuối là sự kết hợp của trễ truyền dẫn thông qua mỗi kết nối và trễ xử lý tại mỗi router.
Có nhiều dịch vụ, đặc biệt là dịch vụ thời gian thực như truyền thông thoại bị ảnh hưởng rất nhiều bởi trễ. Truyền thông tương tác gặp khó khăn khi độ trễ vượt quá 100 – 150 ms. Do khi trễ vượt quá 200ms, người sử dụng sẽ thấy ngắt quãng và đánh giá chất lượng thoại ở mức thấp. Có nhiều thành phần gây trễ trong mạng cần được tìm hiểu : trễ đóng gói, trễ hàng đợi, và trễ lan truyền.
Là lượng thời gian thực hiện mã hoà, giải mã để chuyển đổi hai chiều giữa tương tự và số, thời gian thực hiện đóng gói và mở gói (xử lý tín hiệu số thành gói và ngược lại)
- Trễ lan truyền :
Là lượng thời gian để thôgn tin truyền liên kết là dây đồng, sợi quang hay không dây. Nó là hàm của tốc độ ánh sáng.
- Trễ hàng đợi :
Được áp đặt vào các gói các điểm tắc nghẽn trong lúc nó phải chờ đợi cho tới khi được xử lý trong khi các gói khác được chuyển qua chuyển mạch hay dây dẫn. Hay nói cách khác đây là thời gian gói tin chờ trong hàng đợi để đợi đến lượt mình được xử lý.
Mất gói tin (Loss)
Khi các gói truyền trong mạng không đến được phía thu, ta gọi đó là hiện tượng mất gói. Đây cũng là một tham số quan trọng của QoS. Nó thường xảy ra khi xuất hiện tắc nghẽn trên đường truyền các gói, làm cho bộ đệm của router bị tràn. Việc mất gói này gây ra mất mát thông tin phía thu, tạo ra trễ khi phải truyền lại các gói bị mất hay truyền thôgn tin thông báo. Điều này làm giảm các giá trị của ứng dụng đa phương tiện và thậm chí gây tắc nghẽn trong mạng. Thường thì độ mất gói ảnh hưởng nhiều đến dịch vụ IP telephone/VoIP hơn là các dịch vụ dữ liệu. Do trong khi truyền thoại thì việc mất nhiều gói hay bit gây hiên tượng nhảy thoại gây khó chịu cho người sử dụng. Trong truyền dữ liệu việc mất nhiều bit hay gói gây hiện tượng không đều nhất thời trên màn hình, song hình ảnh video sẽ nhanh chóng được xử lý như trước. Tuy nhiên nếu việc mất gói xảy ra theo dây truyền thì chất lượng của việc truyền dẫn sẽ xuống cấp. Tỉ lệ mất gói nhỏ hơn 5% cho chất lượng tối thiểu và 1% cho chất lượng liên đài.
Jitter
Jitter là sự khác biệt về trễ của các gói khác nhau trong cùng một dòng lưu lượng. biến động trễ có tần số cao gọi là các jitter, còn biến động trễ có tần số thấp gọi là wander. Jitter chủ yếu là do thời gian xếp hàng của các gói liên tiếp trong một luồng và là vấn đề quan trọng nhất của QoS. Các loại lưu lượng thời gian thực (như thoại) thường chịu được jitter. Khác biệt trong thời gian đến của gói gây ra sự lên xuống của thoại. Tất cả các hệ thống truyền tải đều có jitter. Khi jitter nằm trong khoảng dung sai được định nghĩa trước thì nó không ảnh hưởng tới chất lượng dịch vụ. Khi jitter quá nhiều có thể được xử lý bằng bộ đệm, song nó lại làm tăng trễ bộ đệm. Jitter phải nhỏ hơn 60ms (cho chất lượng trung bình ), 20 ms cho chất lượng trung kế.
Là tốc độ luồng thông tin qua mạng (đơn vị kbps, bps,…). Bình thường trong môi trường mạng LAN, băng thông càng lớn càng tốt. Đối với từng loại mạng khách nhau cho phép tốc độ luồng thông qua và kích thước gói tin khác nhau.
Availability
Là tỉ lệ thời gian mạng hoạt động. Độ khả dụng đạt được thông qua sự kết hợp của độ tin cậy thiết bị với khả năng sống của mạng. Độ khả dụng là một tính toán chính xác suất.
1.4. Các mô hình tổng quan QoS
1.4.1. Dịch vụ tích hợp IntServ
Đứng trước nhu cầu ngày càng tăng trong việc cung cấp dịch vụ thời gian thực (thoại, video) và băng thông cao (đa phương tiện), dịch vụ tích hợp IntServ đã ra đời. Đây là sự phát triển của mạng IP nhằm đồng thời cung cấp dịch vụ truyền thống Best Effort và các dịch vụ thời gian thực. Sau đây là những động lực thúc đẩy sự ra đời của mô hình này:
+ Dịch vụ cố gắng tối đa không còn đủ đáp ứng nữa, ngày càng có nhiều ứng dụng khác nhau, các yêu cầu khác nhau về đặc tính lưu lượng được triển khai, đồng thời người sử dụng cũng yêu cầu chất lượng dịch vụ ngày càng cao hơn. Các ứng dụng đa phương tiện ngày càng xuất hiện nhiều.
+ Mạng IP phải có khả năng hỗ trợ không chỉ đơn dịch vụ mà còn hỗ trợ đa dịch vụ của nhiều loại lưu lượng khác nhau từ thoại, số liệu đến video. Tối ưu hóa hiệu suất sử dụng mạng và tài nguyên mạng.
+ Đảm bảo hiệu quả sử dụng và đầu tư. Tài nguyên mạng sẽ được dự trữ cho lưu lượng có độ ưu tiên cao hơn, phần còn lại sẽ dành cho số liệu best effort. Cung cấp dịch vụ tốt nhất.
+ Mô hình IntServ cho phép nhà cung cấp mạng tung ra những dịch vụ tốt nhất, khác biệt với các đối thủ cạnh tranh khác.