CHƯƠNG 1: CÔNG NGHỆ MPLS VÀ MẠNG MPLS-VPN
2.3. CÁC CƠ CHẾ ĐẢM BẢO QoS
Để đảm bảo QoS của một kết nối thì mạng phải sử dụng các cơ chế để đảm bảo chất lƣợng dịch vụ. Cỏc cơ chế này cú thể nằm ở router lừi, router truy nhập và phải thực hiện đồng thời.
Các cơ chế đảm bảo QoS:
- Phân loại gói (Classification).
- Đánh dấu gói (Marking)
- Lập lịch gói (Scheduling) hay còn gọi là quản lý nghẽn (Congestion Management)
- Tránh lỗi (Congestion Avoidance)
- Giám sát và định hình lưu lượng (Traffic policing and sharping).
2.3.1. Phân loại gói
Phân loại các gói tin tại đầu vào của router để phân biệt gói tin đó thuộc luồng dữ liệu cụ thể nào với chất lượng dịch vụ (QoS) tương ứng. Để phân biệt luồng, có 5 tham số:
- Địa chỉ IP nguồn (source IP address) - Địa chỉ IP đích (destianation IP address) - Địa chỉ cổng nguồn (source port)
- Địa chỉ cổng đích (destination port) - Nhận dạng giao thức (protocol type).
Các gói tin có 5 tham số nhƣ nhau thì cùng một luồng dữ liệu.
2.3.2. Đánh dấu
Đánh dấu còn đƣợc gọi là “tô màu” cho gói tin, đánh dấu mỗi gói tin nhƣ một thành phần của lớp QoS nhờ đó gói tin có thể nhanh chóng đƣợc nhận ra và truyền qua phần còn lại của mạng. Việc đánh dấu đƣợc thực hiện bằng cách thay đổi các bit trong DSCP, các bit trong trường tham chiếu IPP (IP Precedence) hoặc các bit CoS.
2.3.3. Quản lý nghẽn
Phương pháp được sử dụng chủ yếu là dùng hàng đợi, dựa vào đánh dấu lớp QoS của gói tin mà xác định hàng đợi phù hợp.
Hình 2.1: Cơ chế quản lý nghẽn [5]
Dựa vào các thuật toán xếp hàng mà người ta đưa ra cấu trúc hàng đợi cho phép các gói tin nhạy cảm với thời gian thực như VoIP được truyền trước.
Một số thuật toán xếp hàng thường gặp:
a. Hàng đợi FIFO (Fist In Fist Out)
Đơn giản nhất và kém hiệu quả nhất, với một hàng đợi duy nhất, gói tin vào trước sẽ được truyền đi trước.
Hình 2.2 Cơ chế xếp hàng FIFO [5]
b. Hàng đợi ưu tiên PQ (Priority Queue)
Sử dụng nhiều hàng đợi, khá đơn giản, các hàng đợi có thứ tự ƣu tiên khác nhau, gói tin của một hàng đợi chỉ đƣợc truyền khi các hàng đợi có mức ƣu tiên cao hơn nó trống. Thuật toán xếp hàng này có thể khiến cho các hàng đợi có mức ƣu tiên thấp bị “bỏ lại”.
Hình 2.3 Cơ chế xếp hàng PQ [5]
c. Hàng đợi xoay vòng RB (Round Robin)
Sử dụng nhiều hàng đợi, không có tính ƣu tiên, lần lƣợt từng gói tin của mỗi hàng đợi đƣợc truyền đi.
Hình 2.4 Cơ chế xếp hàng RB [5]
d. Hàng đợi xoay vòng có trọng số WRR (Weighted Round Robin) Tương tự RB nhưng cho phép đặt chế độ ưu tiên, hàng đợi có mức ưu tiên cao hơn sẽ đƣợc truyền nhiều gói tin hơn.
Hình 2.5: Cơ chế xếp hàng WRR [5]
e. Hàng đợi công bằng có trọng số WFQ (Weighted Fair Queuing) Gần giống với PQ, tuy nhiên, băng thông đƣợc chia cho các hàng đợi theo tỉ lệ trọng số (mức độ ưu tiên) do đó tránh được trường hợp “đói” băng thông của các dữ liệu có độ ƣu tiên thấp.
f. Hàng đợi công bằng có trọng số phân lớp CBWFQ (Class-Based Weighted Fair Queuing)
Cùng cơ chế với PQ, tuy nhiên, cho phép phân chia băng thông theo các lớp dịch vụ đã được xác định. Mỗi hàng đợi tương ứng với một lớp dịch vụ.
g. Hàng đợi hạn chế trễ LLQ (Low Latency Queuing)
Là hàng đợi CBWFQ với thêm một hàng đợi ưu tiên dành cho lưu lƣợng thời gian thực, hàng đợi này đƣợc bảo đảm trễ lan truyền thấp và băng thông ổn định. Hàng đợi này cũng đƣợc giữ ổn định để không gây ra nghẽn, nó không thể vƣợt quá băng thông giới hạn. LLQ là hàng đợi đƣợc sử dụng nhiều nhất, nó là sự kết hợp giữa PQ và CBWFQ cho phép đạt đƣợc các yêu cầu chất lƣợng của các dịch vụ thời gian thực nhƣ VoIP .
2.3.4. Tránh lỗi
Cơ chế tránh lỗi có thể đƣợc thực hiện bằng cách loại bỏ một số gói tin từ một hàng đợi chọn trước khi lưu lượng tăng cao sắp gây ra nghẽn. Có hai
cơ chế tránh lỗi phổ biến là loại bỏ gói ngẫu nhiên RED (Random Early Detection) và loại bỏ gói ngẫu nhiên theo trọng số WRED (Weighted Random Early Detection).
a. Loại bỏ gói ngẫu nhiên (RED)
Là cơ chế bỏ gói ngẫu nhiên trước khi bộ đệm của một hàng đợi bị đầy.
RED loại bỏ gói ngẫu nhiên, không có cơ chế phân biệt giữa các loại lưu lƣợng. RED dựa vào tỉ lệ giữa chiều dài trung bình trọng số của hàng đợi với kích thước bộ đệm mà đưa ra quyết định loại bỏ gói. RED dùng một cấu hình chung cho tất cả các hàng đợi:
Hình 2.6 Cơ chế tránh lỗi [5]
Hình 2.7 Cơ chế RED
b. Loại bỏ gói ngẫu nhiên theo trọng số (WRED)
Phát triển từ RED, sử dụng các cấu hình loại bỏ gói khác nhau đối với các hàng đợi khác nhau theo mức độ ƣu tiên, WRED là RED kết hợp với trường ưu tiên IP, DSCP. Số gói bị loại bỏ của các hàng đợi có ưu tiên cao hơn sẽ ít hơn ở các hàng đợi có ƣu tiên thấp.
Hình 2.8 Cơ chế WRED 2.3.5. Lập chính sách và định hình lưu lượng
Cơ chế lập chính sách và định hình lưu lượng thường được dùng để thay đổi điều kiện của lưu lượng trước khi truyền hoặc sau khi đã nhận được.
a. Lập chính sách (Policing)
Khống chế lưu lượng mạng để đảm bảo rằng một loại lưu lượng nào đó nhận đúng băng thông của nó. Công cụ để thực hiện policy bao gồm policing phân lớp và cam kết tốc độ truy nhập CAR (Committed Access Rate).
Hình 2.9 Cơ chế lập chính sách cho lưu lượng [5]
b. Định hình (sharping)
Là cơ chế dùng để giới hạn tốc độ của luồng dữ liệu bằng cách sử dụng các hàng đợi, thường được sử dụng khi dữ liệu đi từ đường truyền có tốc độ cao đến đường truyền có tốc độ thấp [3].
Hình 2.10: Cơ chế định hình cho lưu lượng [5]
Hình 2.11: Minh họa hoạt động của policing và sharping