Hiện nay, trước nhu cầu ngày càng tăng trong việc cung cấp dịch vụ thời gian thực (Thoại, Video,...) và băng thông cao (ựa phương tiện), dịch vụ tắch hợp IntServ ựã ra ựời (xem hình 2.2). đây là sự phát triển của mạng IP nhằm ựồng thời cung cấp dịch vụ truyền thống Best Effort và các dịch vụ thời gian thực. Dưới ựây là những lý do và ựộng lực thúc ựẩy sự ra ựời của mô hình này:
Dịch vụ cố gắng tối ựa không còn ựủ ựáp ứng nhu cầu: ngày càng có thêm nhiều ứng dụng khác nhau, các yêu cầu khác nhau về ựặc tắnh lưu lượng ựược triển khai, ựồng thời người sử dụng có yêu cầu chất lượng dịch vụ ngày càng cao hơn.
Các ứng dụng ựa phương tiện ngày càng xuất hiện phong phú: mạng IP phải có khả năng hỗ trợ không chỉ ựơn dịch vụ mà còn hỗ trợ ựa dịch vụ
của nhiều loại lưu lượng khác nhau từ thoại, số liệu ựến video.
Tối ưu hóa hiệu suất sử dụng mạng và tài nguyên mạng: ựảm bảo hiệu quả sử dụng và ựầu tư. Tài nguyên mạng sẽ ựược dự trữ cho lưu lượng có ựộ ưu tiên cao hơn.
Cung cấp dịch vụ tốt nhất: mô hình IntServ cho phép nhà cung cấp mạng mở rộng cung cấp những dịch vụ tốt nhất, khác biệt với các ựối thủ cạnh tranh khác.
Hình 2.2 Mô hình dịch vụ IntServ
Một số thành phần trong mô hình 2.2 như:
Giao thức thiết lập Setup: cho phép các máy chủ và các router dự trữ ựộng tài nguyên mạng ựể xử lý các yêu cầu của các luồng lưu lượng riêng. RSVP (Resource Reservation Protocol), Q2391 là một trong những giao thức ựó.
đặc tắnh luồng: xác ựịnh chất lượng dịch vụ QoS sẽ cung cấp cho các luồng xác ựịnh, luồng ở ựây ựược ựịnh nghĩa như một ựường truyền dẫn có cùng yêu cầu về QoS như băng tần tối thiểu mà mạng bắt buộc phải cung cấp ựể ựảm bảo QoS dành cho các gói từ nguồn ựến ựắch .
điều khiển lưu lượng: Trong các thiết bị mạng (máy chủ, router, chuyển mạch) có thành phần ựiều khiển và quản lý tài nguyên mạng cần thiết ựể hỗ trợ QoS theo yêu cầu. Các thành phần ựiều khiển lưu lượng này có thể ựược khai báo bởi giao thức báo hiệu RSVP hay nhân công. Thành
Setup Appl Classifi er Shedul er Dat IP Các bản tin Setup ựặt Setup Các giao thức ựịnh tuyến / điều khiển chấp nhận Classifi er Sheduler
phần ựiều khiển lưu lượng bao gồm:
Ớ điều khiển chấp nhận: Xác ựịnh các thiết bị mạng có khả năng hỗ trợ QoS theo yêu cầu hay không.
Ớ Thiết bị phân lớp (Classifier): Nhận dạng và chọn lựa lớp dịch vụ trên nội dung của một số trường nhất ựịnh trong mào ựầu gói.
Ớ Thiết bị lập lịch và phân phối (Scheduler): Cung cấp các mức chất lượng dịch vụ (QoS) ở kênh ựầu ra của thiết bị.
Các mức QoS cung cấp bởi IntServ gồm:
Dịch vụ Best Effort
Dịch vụ ựảm bảo GS (Guaranteed Service)
Dịch vụ kiểm soát tải CL (Controlled Load)
Sau ựây chúng ta sẽ phân tắch các dịch vụ ựược cung cấp bởi IntServ.
2.2.2.1 Dịch vụ ựảm bảo GS (Guaranteed Service)
GS cung cấp các dịch vụ chất lượng cao như: Dành riêng băng thông, giới hạn ựộ trễ tối ựa và không bị mất gói tin trong hàng ựợi. Các ứng dụng có thể kể ựến: Hội nghị truyền hình chất lượng cao, thanh toán tài chắnh thời gian thực,....
2.2.2.2 Dịch vụ kiểm soát tải CL (Controlled Load)
CL không ựảm bảo về băng tần hay trễ, nhưng khác với Best Effort ở ựiểm không giảm chất lượng một cách ựáng kể khi tải mạng tăng lên. Dịch vụ này phù hợp cho các ứng dụng không nhạy cảm lắm với ựộ trễ hay mất gói như truyền hình multicast audio/video chất lượng trung bình.
2.2.2.3 Kết luận
Mô hình dịch IntServ có thể sử dụng giao thức báo hiệu RSVP cung cấp nhiều loại hình dịch vụ khác nhau:
Guaranteed Rate Service loại hình này cho phép dành sẵn ựộ rông băng thông ựể phù hợp với những yêu cầu của chúng, Vd ứng dụng VoIP có thể dành 32
Mbps từ ựầu cuối ựến ựầu cuối sử dụng loại hình dịch vụ này. QoS sử dụng xếp hàng cân bằng trọng số (WFQ) kết hợp với giao thức dành sẵn tài nguyên (RSVP) ựể cung cấp loại hình dịch vụ này.
Controlled Load Service, loại hình này cho phép các ứng dụng có ựộ trễ thấp và tốc ựộ lưu lượng cao thậm trắ ngay cả khi tắc nghẽn. Vấn ựề các ứng dụng không nhạy cảm với thời gian thực như khi phát lại băng ghi âm cuộc hội thoại có thể sử dụng loại hình dịch vụ này. QoS sử dụng RSVP kết hợp với Weighted Random early Detect (WRED) cung cấp loại hình dịch vụ này.
2.2.3 Mô hình Differentiated Service
Việc ựưa ra mô hình IntServ có vẻ như giải quyết ựược nhiều vấn ựề liên quan ựến QoS trong mạng IP. Tuy nhiên trong thực tế mô hình này ựã không ựảm bảo ựược QoS xuyên suốt (end to end). đã có nhiều cố gắng nhằm thay ựổi ựiều này nhằm ựạt một mức QoS cao hơn cho mạng IP, và một trong những cố gắng ựó là sự ra ựời của DiffServ (xem hình 2.3).
DiffServ sử dụng việc ựánh dấu gói và xếp hàng theo loại ựể hỗ trợ dịch vụ ưu tiên qua mạng IP. Hiện tại IETF ựã có một nhóm nghiên cứu DiffServ ựể ựưa ra các khuyến cáo RFC về DiffServ.
Nguyên tắc cơ bản của DiffServ như sau:
Phân loại và ựánh dấu các gói riêng biệt tại biên của mạng vào các lớp dịch vụ. Việc phân loại có thể dựa trên nhiều cách thức như sửa dạng lưu lượng, loại bỏ gói tin, và cuối cùng là ựánh dấu trường DS (DiffServ) trong mào ựầu gói tin ựể chỉ thị lớp dịch vụ cho gói tin.
điều chỉnh lưu lượng này tại biên mạng. DS là mô hình có sự phân biệt dịch vụ trong mạng có nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm cả lưu lượng thời gian thực có thể ựược ựáp ứng mức dịch vụ của chúng trong khi vẫn có khả năng mở rộng các hoạt ựộng trong mạng IP lớn. Khả năng mở rộng có thể ựạt ựược bằng:
Ớ Chia nhỏ lưu lượng ra thành nhiều lớp khác nhau.
Ớ Ánh xạ nhiều ứng dụng vào trong các lớp dịch vụ này trên biên mạng. Chức năng ánh xạ này ựựơc gọi là phân loại (classification) và ựiều hoà (conditioning) lưu lượng.
Cung cấp các xử lý cố ựịnh cho mỗi lớp dịch vụ tại mỗi hop (ựược gọi là Per-hop behavior - PHB) tương ứng với các yêu cầu QoS của nó). PHB bao gồm hàng ựợi, phân lịch, và các cơ chế loại bỏ gói tin.
Hình 2.3 Sơ ựồ khối kiến trúc DiffServ
2.2.3.1 Trường DS của DiffServ
Trường DS là trường ựược quá trình ựiều hoà và phân loại lưu lượng sử dụng tại biên mạng ựể mã hoá giá trị DSCP. Giá trị này ựược các router DiffServ sử dụng tại mỗi lớp ựể lựa chọn PHB thắch hợp cho mỗi gói tin. DSCP là giá trị 6 bit, ựược mang trong trường ToS của mào ựầu gói tin. Với 6 bit có thể tạo ra ựến 64 lớp dịch vụ. Tuy nhiên, trong thực tế chỉ có một số lớp dịch vụ ựược triển khai. Giá trị IP Precedence (ựạt ựược từ 3 bit có trọng số lớn nhất trong trường ToS) có thể ựược ánh xạ ựến trường DSCP, vừa vặn với các bit trong trường này. Tập hợp các gói tin có cùng giá trị DSCP, và di chuyển qua mạng theo cùng một hướng ựược gọi là tập hợp hành vi (Behavior Aggregate - BA). PHB sẽ thực hiện các chức năng của nó (hàng ựợi, phân lịch, ựánh rớt) cho bất kì gói tin nào thuộc về một BA
2.2.3.2 Per-hop Behavior trong Diff Serv
Có 4 PHB quan trọng trong khi triển khai DiffServ là: Default PHB (PHB mặc ựịnh), Class Ờ selector PHB (PHB lựa chọn theo lớp), Expedited Forwaring PHB (PHB chuyển tiếp ưu tiên nhất Ờ EF PHB), Assured forwarding PHB (PHB chuyển tiếp ựược ựảm bảo Ờ AF PHB). PHB không ựưa ra các cơ chế thực thi cụ thể cho gói tin. để miêu tả cho một PHB cụ thể, nhà quản trị mạng kắch hoạt, ựiều chỉnh, và kết hợp các cơ chế phân lịch gói tin thắch hợp cũng như kắch hoạt các cơ chế quản lý hàng ựợi (như Priority Queueing, Class-based Weight Fair Queue) hay các cơ chế tránh tắc nghẽn như (WRED, CAR,...) ựược các router Diff-serv hỗ trợ.
Default PHB: Mặc ựịnh PHB tương ứng với tiến trình chuyển tiếp gói tin best-effort, nó là mặc ựịnh trên tất cả các router. Nó chỉ ựơn giản phân phối càng nhiều gói tin càng tốt. PHB này không có sự cam kết về chất lượng dịch vụ cho gói tin. Các gói tin ựược ánh xạ ựến PHB này sẽ
có giá trị DSCP là 0.
Class Ờ selector PHB: Trong một vài triển khai IP QoS, giá trị IP Precedence thường ựược sử dụng vì tắnh ựơn giản và dễ sử dụng của nó. Do ựó, ựể cho tương thắch với các giá trị Precedence, các giá trị DSCP ựược ựịnh nghĩa dưới dạng xxx000 (trong ựó x có thể là 0 hay
1). Các giá trị ựó ựược gọi là class Ờ selector codepoint. Giá trị mặc ựịnh là 0. PHB kết hợp với một class Ờ selector codepoint ựược gọi là Class Ờ selector PHB. Các PHB này sẽ có cùng kiểu chuyển tiếp như các node sử dụng giá trị IP Precedence. Vắ dụ, các gói tin có giá trị DSCP là 101000 (IP Precedence là 101) sẽ có ựộ ưu tiên chuyển tiếp lớn hơn các gói tin có giá trị DSCP là 011000 (IP Precedence 011).
EF PHB: PHB chuyển phát nhanh EF PHB là PHB ựáp ứng cho gói tin các dịch vụ có việc mất gói tin thấp (low - loss), ựộ trễ thấp (low -
delay), ựộ jitter thấp (low - jitter). EF PHB ựảm bảo rằng lưu lượng của nó ựược phục vụ ở tốc ựộ ắt nhất là bằng với tốc ựộ dịch vụ cam kết.
Các ứng dụng như VoIP, video, thương mại ựiện tử ựược sử dụng PHB này. Bất kì lưu lượng nào vượt qúa hợp ựồng lưu lượng sẽ bị huỷ bỏ. Giá trị DSCP (xem hình 2.4) cho EF là 101110.
AF PHB: PHB chuyển phát ựảm bảo đây là công cụ ựược sử dụng ựể ựưa ra các mức dịch vụ ựảm bảo chuyển tiếp cho gói tin của người dùng. Có tất cả 4 lớp AF. Trong mỗi lớp AF, một gói tin ựược ựăng kắ một trong 3 mức ưu tiên ựánh rớt, tức là gói tin có 3 giá trị ưu tiên ựánh rớt khác nhau trong cùng một lớp dịch vụ. Mỗi PHB sẽ tương ựương với một lớp khác nhau và ựược gọi là AFij, trong ựó i là lớp AF, và j là ựộ ưu tiên ựánh rớt. Mỗi lớp AF ựược chỉ ựịnh với số lượng nguồn tài nguyên nhất ựịnh phụ thuộc vào hợp ựồng mức dịch vụ SLA (Service Level Agreement) của khách hàng, gồm có băng thông và không gian bộ ựệm. Việc chuyển tiếp ựược thực hiện ựộc lập dọc mỗi lớp AF.
DSCP
EF 1 0 1 1 1 0 CU
DSCP
AFxy x x x y y 0 CU
Class Drop Precedence
Vì có 4 lớp nên các lớp có thể là AF1y, AF2y, AF3y, AF4y. Trong mỗi lớp Afx, có ựến 3 giá trị ưu tiên ựánh rớt. Nếu có nghẽn xảy ra trong mạng Diff-serv trên một kết nối nào ựó, các gói tin thuộc về lớp AF nào ựó sẽ bị ựánh rớt. độ ưu tiên ựánh rớt của các gói tin là như sau: dp(AFx1)<=dp(AFx2)<=dp(AFx3)<=dp(AFx4), trong ựó dp(AFxy) là xác suất mà các gói tin của lớp Afxy bị ựánh rớt.
Vắ dụ, AF23 sẽ bị ựánh rớt trước AF22, AF22 sẽ bị ựánh rớt trước AF21. Lớp AFx có thể ựược biểu diễn bằng giá trị DSCP xyzab0, trong ựó xyz là 001, 010, 011, 100 và ab là bit ưu tiên ựánh rớt.
Bảng 2-1 là giá trị của IP Precedence và DSCP trong các PHB
DSCP in Binary DSCP in Decimal Precedence PHB
000000 0 0 Default 001000 8 1 CS1 001010 1 0 1 AF11 001100 1 2 1 AF12 001110 1 4 1 AF13 010000 1 6 2 CS2 010010 1 8 2 AF21 010100 2 0 2 AF22 010110 2 2 2 AF23 011000 2 4 3 CS3 011010 2 6 3 AF31 011100 2 8 3 AF32 011110 3 0 3 AF33 100000 3 2 4 CS4
100010 3 4 4 AF41 100100 3 6 4 AF42 100110 3 8 4 AF43 101000 4 0 5 CS5 101110 4 6 5 EF 110000 4 8 6 CS6 111000 5 7 CS7
Bảng 2-1 Giá trị IP Precedence và DSCP trong các PHB
2.2.3.3 Các cơ chế DiffServ
Hai chức năng này ựược thực hiện tại biên mạng giữa khách hàng và nhà cung cấp dịch vụ hoặc giữa hai mạng nhà cung cấp dịch vụ với nhau. Nó ựược Mặc ựịnh trên mỗi gói tin ựi vào và dùng nhận diện lưu lượng với nhiều dịch vụ khác nhau (phân loại), sau ựó áp ựặt giá trị DS (DiffServ) cho mỗi lưu lượng ựó (ựiều hoà). Rõ ràng, chắnh sách phân loại và ựiều hoà lưu lượng ựáp ứng yêu cầu của khách hàng các các lớp dịch vụ do nhà cung cấp ựưa ra. Hình 2.5 mô tả sơ ựồ khối cơ chế phân loại và ựiều hòa lưu lượng.
Cơ chế phân loại gói:
Việc phân loại có thể dựa trên trường DS, có thể dựa trên các giao thức ựược vận chuyển như SMTP, HTTP, hoặc là ựịa chỉ nguồn và ựắch. Phân loại lưu lượng ựược sử dụng ựể chuyển tiếp gói tin ựến trạng thái ựiều hoà lưu lượng thắch hợp. Bộ phân loại hoạt ựộng ở hai chế ựộ:
Bộ phân loại tổng hợp hành vi (BA) phân loại các gói tin chỉ dựa trên giá trị DSCP.
Bộ phân loại ựa trường (multifield) phân loại các gói tin bởi nhiều trường trong gói, như là ựịa chỉ, số cổng,Ầ
Cơ chế ựiều hòa lưu lượng:
điều hoà lưu lượng bao gồm các thành phần sau : hoạt ựộng ựo, hoạt ựộng ựánh dấu, hoạt ựộng sửa dạng, và hoạt ựộng ựánh rớt gói tin.
Hoạt ựộng ựo (meter): Sau khi gói tin ựược phân loại, meter sẽ ựo tốc ựộ luồng lưu lượng.
Hoạt ựộng ựánh dấu thiết lập trường DS của mào ựầu gói tin dựa vào kết quả có ựược từ bộ ựo.
Hoạt ựộng sửa dạng sẽ làm trễ vài gói tin trong luồng dữ liệu ựược phân loại, ựịnh hướng lưu lượng trước khi ựi vào miền DiffServ.
Hoạt ựộng ựánh rớt sẽ ựánh rớt gói tin trong luồng dữ liệu ựó (vắ dụ các gói tin vượt quá profile ựược nhận diện trong bộ ựo), tiến trình này ựược gọi là policing. Nghĩa là các gói tin ựược ựưa ựến bộ ựiều hoà lưu lượng có thể là in-profile hoặc là out-of-profile. Các gói in-profile là các gói tuân thủ theo hợp ựồng mức dịch vụ giữa khách hàng và nhà cung cấp. Các gói out-of-profile nằm bên ngoài hợp ựồng SLA, hoặc do hành vi mạng mà các gói này ựến bộ ựiều hoà, tại ựây bộ ựiều hoà sẽ có những xử lý thắch hợp.
2.2.3.4 Ưu nhược ựiểm của mô hình DiffServ
Ưu ựiểm: Với nguyên tắc này, Diffserv có nhiều lợi thế hơn so với IntServ:
Không yêu cầu báo hiệu cho từng luồng.
Dịch vụ ưu tiên có thể áp dụng cho một số luồng riêng biệt cùng một lớp dịch vụ. điều này cho phép nhà cung cấp dịch vụ dễ dàng phân phối một số mức dịch vụ khác nhau cho khách hàng cho nhu cầu.
Không yêu cầu thay ựổi tại các máy chủ hay các ứng dụng ựể hỗ trợ dịch vụ ưu tiên. đây là nhiệm vụ của thiết bị biên.
Hỗ trợ rất tốt dịch vụ VPN (Virtual Private Network).
Nhược ựiểm: Tuy nhiên có thể nhận thấy DiffServ cần vượt qua một số vấn ựề như:
Không có khả năng cung cấp băng tần và ựộ trễ ựảm bảo như GS của IntServ hay ATM (Asynchronous Transfer Mode).
Thiết bị biên vẫn yêu cầu bộ Classifier chất lượng cao cho từng gói giống như trong mô hình IntServ.
Vấn ựề quản lý trạng thái Classifier của một số lượng lớn các thiết bị biên là một vấn ựề không nhỏ cần quan tâm.
Chắnh sách khuyến khắch khách hàng trên cơ sở giá cước cho dịch vụ cung cấp cũng ảnh hưởng ựến giá trị của DiffServ.
2.2.3.5 Kết luận về DiffServ
Differentiated Service là một mô hình ựa dịch vụ, chúng có thể làm thỏa mãn các yêu cầu QoS khác nhau. Dẫu sao nó không giống mô hình dịch vụ Integrated, một ứng dụng sử dụng mô hình dịch vụ Differentiated không cần xác ựịnh rõ ràng tắn hiệu tới bộ ựịnh tuyến trước khi gửi dữ liệu.
Bởi vì ựối với dịch vụ Differentiated, mạng cố gắng phân loại dịch vụ dựa trên lý thuyết QoS cho mỗi gói tin. đặc ựiểm kỹ thuật này có thể thực hiện bằng nhiều cách khác nhau, Vd sử dụng IP Precedence bit thiết lập trong gói