Có một số định nghĩa khác nhau cho mạng dịch vụ phân biệt. Ta sẽ xem xét các PHB cơ bản, được thiết kế để tương thích với việc sử dụng trường IP Precedence (trước kia là một phần của trường TOS). Ta cũng mô tả PHB chuyển tiếp nhanh
(Expedited Forwaring – EF) và PHB chuyển tiếp có đảm bảo (Assured Forwarding–AF)
II.2.3.1. Trƣờng DS và các PHB cơ bản
Byte DS là định nghĩa lại của byte TOS trong phần đầu IP v4 và lớp octet lưu lượng trong phần đầu IP v6. Byte này được chia thành hai trường : một mã (codepoint) DS 6 bit và một trường (hiện không dùng) 2 bit. Mối quan hệ giữa mã và PHB cài đặt trong nút và mạng là cấu hình được. Để duy trì sự tương thích ngược với trường IP Precedence (3 bit) hiện đang sử dụng, một tập mã được định nghĩa, gọi là mã chọn lớp (Class Selector), được ánh xạ với tập chuẩn các đáp ứng tối thiểu tương thích với các đáp ứng IP Precedence đang sử dụng.
Cấu trúc trường DS :
PHB cơ bản được các nút dịch vụ phân biệt hỗ trợ gọi là PHB mặc định và là đáp ứng truyền cố gắng tối đa bình thường của IP. PHB này chịu sự hạn
2 3
DSCP
0 1 4 5 6 7
CU
Các phương pháp nâng cao chất lượng dịch vụ trên mạng IP
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------
37
chế tài nguyên của nhà quản trị mạng và các gói được truyền khi nút mạng không phải phục vụ các lớp dịch vụ khác. Mã chọn PHB mặc định là „000000‟ (nhị phân). Các mã khác có thể ánh xạ đến PHB này và các mã chưa định nghĩa có thể chọn PHB này là cách xử lý mặc định chung. PHB mặc định tương thích với cách các gói tin có cùng giá trị trường TOS được xử lý hiện nay.
Bảng 1 : Bảng ánh xạ giữa DSCP và PHB
Có 8 mã chọn lớp, trong đó có một mã chọn đáp ứng mặc định. Các PHB do 7 mã còn lại chọn phải thoả mãn các yêu cầu sau : các mã chọn lớp phải có trật tự theo giá trị của chúng. Qui luật chung cho các PHB chọn lớp là dưới điều kiện tải tương đương, PHB gắn với mã giá trị cao hơn phải có đáp ứng tốt hơn so với PHB gắn với mã giá trị thấp hơn. Để thoả mãn u cầu tối thiểu, phải có ít nhất hai đáp ứng phân biệt rõ ràng .Một đáp ứng phải ưu tiên cho các gói mang mã DS „ 11x000‟ so với các gói nhận PHB mặc định để tương thích với các lớp IP Precedence „111‟và „110‟ đang dùng cho lưu lượng định đường. PHB chọn lớp cung cấp cơ sở cho một tập các PHB chuẩn được các dịch vụ phân biệt cung cấp .
Codepoint 000000 001000 001111 111000 111001 111101 PHB PHB_number PHB_semantic PHB_1 PHB_2 PHB_3 Best - Effort EF AF Bảo mật
Các phương pháp nâng cao chất lượng dịch vụ trên mạng IP
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------
38
64 mã dự trữ được chia thành 3 phần.
- „xxxxx0‟ : dùng cho các PHB chuẩn, có 32 mã có thể gán cho các PHB chuẩn
- „xxxx11‟ : dùng cho các PHB thực nghiệm hay cục bộ, chúng được định nghã và chỉ dùng trong một trường DS đơn
- „xxxx01‟ : dùng cho các PHB thực nghiệm hay cục bộ, 16 mã này trong tương lai có thể được dùng cho tập chuẩn nếu 32 mã không đủ
II.2.3.2. PHB chuyển tiếp nhanh
Mục tiêu của PHB EF là xây dựng kiểu dich vụ “đường thuê riêng ảo “. Các đặc trưng dịch vụ này là : tỷ lệ mất gói nhỏ, trễ và biến thiên trễ thấp và thơng lượng đảm bảo. Định nghĩa của EF tập trung vào các cơ chế trong đường truyền với giả thiết rằng lưu lượng đã được xử lý tại các nút biên của miền DS và có chức năng kiểm sốt chấp nhận ở bên trong miền.
Ý tưởng chính của EF là đối với luồng tập hợp EF, tốc độ ra được giữ ở một tốc độ đã cho (cấu hình được) hoặc cao hơn, khơng quan tâm đến tải trên nút tại bất kỳ thời điểm nào và cũng không quan tâm đến đặc trưng của bất kỳ dịng lưu lượng khác mà nút nhình thấy. Lý do của yêu cầu chặt chẽ này là để cung cấp dịch vụ với những đặc điểm kể trên, hàng đợi phải luôn giữ ở mức thấp. Các rõ ràng để đạt được điều đó là giữ tốc độ vào thấp hơn tốc độ ra. Để thực hiện điều đó, tốc độ ra phải cố định hoặc ít nhất là không dưới một ngưỡng đã cho.
Có một số cơ chế cài đặt PHB EF, bao gồm hàng đợi ưu tiên đơn giản, lập lịch theo vịng trịn (round robin) có trọng số. .. . Mặc dù các cơ chế này có thể thực hiện chức năng cơ bản của EF, chúng khơng có cùng đặc tính. Một số tính chất của dịch vụ như biến thiên trễ có thể khác nhau rất nhiều trong các cài đặt khác nhau của cùng dịch vụ .
II.2.3.3. PHB chuyển tiếp có đảm bảo
Mục tiêu của định nghĩa dịch vụ này là cho phép mạng cung cấp các mức đảm bảo truyền khác nhau và có thể các mức trễ và biến thiên trễ khác nhau. Tất nhiên, hai tính chất sau khơng phải là mối quan tâm chính của AF. Khơng có mục tiêu cụ thể về trễ và biến thiên cho AF, mặc dù trong điều kiện nào đó (ví dụ như phụ thuộc vào việc phân bổ tài nguyên và cơ chế cài đặt
Các phương pháp nâng cao chất lượng dịch vụ trên mạng IP
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------
39
PHB này), luồng được gán PHB AF cao hơn có thể đạt được các đặc tính về trễ và biến thiên tốt hơn.
Mã được gán cho nhóm PHB AF cho trong bảng sau :
Bảng 2 Byte mã DS cho AF
Yêu cầu của PHB AF được phát biểu bằng những điều kiện về đáp ứng truyền, phân bổ và sắp xếp lại tài nguyên. Có 4 lớp AF và 3 mức ưu tiên loại bỏ trong mỗi lớp. 6 bit của byte DS được chia thành hai trường : trường thứ nhất (3 bit) là số lớp AF (giá trị thập phân 2, 3, 4 hoặc 5) và trường thứ hai (3 bit) là mức ưu tiên loại bỏ (giá trị thập phân 0, 2 hoặc 4). Thứ tự của byte DS (giá trị số lớp AF) chỉ ra trật tự của dịch vụ. Nếu mã (x) < mã (y) thì lớp (y) có lượng tài ngun (bộ đệm và băng thơng) được cấp ít nhất bằng lớp (x). Tương tự, thứ tự của trường ưu tiên loại bỏ chỉ ra trật tự của tỷ lệ loại bỏ. Cuối cùng, trong cùng một lớp AF, nút khơng được phép sắp xếp lại các gói của luồng bẩt kể mức ưu tiên loại bỏ .
Trong dịch vụ này, các nút cài đặt cả 4 lớp AF và các lớp này khơng được kết hợp với nhau : có nghĩa là cac gói thuộc các lớp khác nhau phải được truyền độc lập với nhau. Đối với 3 mức ưu tiên loại bỏ, phải có ít nhất hai mức tỷ lệ loại bỏ phân biệt. Nếu mạng chỉ cung cấp hai mức, hai giá trị ưu tiên loại bỏ cao hơn sẽ được ánh xạ vào tỷ lệ loại bỏ cao hơn và giá trị thấp nhất sẽ được ánh xạ vào tỷ lệ loại bỏ thấp hơn.
Cuối cùng, có thể dùng điều chỉnh lưu lượng để giới hạn lưu lượng AF đi vào mạng. Các gói có thể bị loại bỏ do hành động điều chỉnh lưu lượng nhưng chúng có thể nâng cấp hoặc giảm cấp trong mức ưu tiên loại thậm bỏ, chí gán vào lớp AF
AF1 AF2 AF3 AF4
Ưu tiên loại bỏ thấp 010000 011000 100000 101000 Ưu tiên loại bỏ trung
bình
010010 011010 100010 101010
Ưu tiên loại bỏ cao 010100 011100 100100 101100
Các phương pháp nâng cao chất lượng dịch vụ trên mạng IP
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------
40
II.2.4. Quản lý động tài ngun trong mơ hình DiffServ
Có hai phương pháp quản lý tài nguyên là quản lý tài nguyên động và quản lý tài nguyên tĩnh, tài nguyên có thể được cung cấp động theo nhiều phương pháp. Trong mơ hình dịch vụ tích hợp, việc cung cấp động động tài nguyên chủ yếu nhờ giao thức RSVP. Trong mơ hình dịch vụ phân biệt, ở phần trên ta đã xem xét mơ hình DiffServ với sự cung cấp tĩnh tài nguyên. Việc cung cấp tĩnh tài nguyên có ưu điểm là khơng tạo ra nhiều các gói tin báo điều khiển cho việc dữ trữ tài nguyên như trong cung cấp động và không địi hỏi việc kiểm sốt thu nhận động, như thế mơ hình sẽ đơn giản hơn. Tuy nhiên, việc cung cấp tĩnh tài nguyên cũng có một số hạn chế, đó là tính kém linh hoạt và đặc biệt là khơng sử dụng tối ưu tài ngun. Chính vì thế, gần đây, để quản lý tài nguyên động trong mơ hình DiffServ người ta sử dụng một phần tử mới là Bandwidth Broker.
II.2.4.1. Tổng quan về Bandwidth Broker
Mục tiêu cuối cùng của hỗ trợ QoS cho mạng là cung cấp các dịch vụ phân phối dữ liệu với chất lượng khác nhau cho các user và các ứng dụng khác nhau. Tuy nhiên từ quan điểm định tuyến, hỗ trợ QoS gồm ba phần cơ bản :
Định nghĩa các lớp
Xác định lượng tài nguyên cho mỗi lớp Phân loại các gói vào các lớp tương ứng
Nỗ lực DiffServ giải quyết vấn đề thứ nhất và vấn đề thứ ba, nó xác định các lớp lưu lượng cũng như cung cấp một cơ chế phân lớp gói đơn giản mà khơng cần biết các gói thuộc luồng nào hay thuộc vào ứng dụng nào. Bandwidth Broker giải quyết vấn đề thứ hai bằng cách theo dõi sự cấp phát tài nguyên hiện tại cho các lưu lượng được đánh dấu và xem xét các yêu cầu mới dựa trên các chính sách và sự cấp phát hiện tại.
Ở bên trong vùng DS, BB kiểm tra yêu cầu về QoS từ các user và các ứng dụng riêng biệt và phân phối tài nguyên trong vùng tuỳ thuộc vào các chính sách sử dụng tài nguyên của vùng. Ở bên ngoài, một BB sẽ chịu trách nhiệm thiết lập và duy trì thoả thuận dịch vụ song phương với BB của các miền lân cận để đảm bảo xử lý các lưu lượng dữ liệu đi qua biên của vùng .
Các phương pháp nâng cao chất lượng dịch vụ trên mạng IP
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------
41
Cơ chế hoạt động của Bandwidth Broker : yêu cầu cấp phát tài nguyên cho một luồng cụ thể được gửi tới BB. Yêu cầu bao gồm loại dịch vụ, tốc độ, burst tối đa và thời gian yêu cầu dịch vụ, yêu cầu này có thể do một user hay một BB của vùng khác đưa ra. Đầu tiên BB sẽ tiến hành chứng thực yêu cầu, sau đó kiểm tra xem tài nguyên chưa được phân phối có đủ đáp ứng yêu cầu không. Nếu một yêu cầu qua cả hai kiểm tra này, băng thông khả dụng sẽ giảm đi một lượng bằng băng thơng u cầu và đặc tính luồng (flow specification) được lưu lại.
BB cấu hình các router lá thích hợp với thơng tin về luồng được cấp dịch vụ tại thời điểm dịch vụ bắt đầu. Sự cấu hình này là “ trạng thái mềm “ (soft state), được BB làm tươi định kỳ .
BB là một phần của kiến trúc DiffServ, nó đóng vai trị quan trọng trong việc quản lý tài nguyên dịch vụ khác biệt .Hai khía cạnh quan trọng là :
- Quản lý tài nguyên trong vùng - Quản lý tài nguyên giữa các vùng
a) Quản lý tài nguyên trong vùng
Quản lý tài nguyên trong một vùng giải quyết vấn đề cấp phát tài nguyên trong một mạng hay một vùng (domain) .
Trong một mạng gốc, SLA được thoả thuận với khách hàng và yêu cầu cấp phát băng thông được đáp ứng hay từ chối dựa trên vào lượng tài nguyên khả dụng. Ngồi ra, thơng tin về DSCP được thiết lập, được chuyển cho các router lá và thông tin về thiết lập lớp được chuyển tới egress router căn cứ vào yêu cầu .
Trong mạng chuyển tiếp, quản lý tài nguyên được yêu cầu chủ yếu để hỗ trợ luồng thông tin đi qua miền. Khi một BB nhận được thông tin quản lý tài nguyên giữa các miền, thông tin bao gồm : thông tin về luồng tập hợp đi vào vùng tại một điểm vào cụ thể và DSCP được yêu cầu cho luồng . Luồng tập hợp hiện tại được update profile thông tin luồng ra vào. BB theo dõi lưu lượng DS đi vào và rời khỏi vùng qua biên của nó, đảm bảo rằng thoả thuận song phương với các miền lân cận được đảm bảo
b) Quản lý tài nguyên giữa các vùng
Các phương pháp nâng cao chất lượng dịch vụ trên mạng IP
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------
42
Quản lý tài nguyên giữa các vùng đề cập đến việc cung cấp và phân phối tài nguyên tại biên mạng giữa hai vùng. Một SLA song phương xác định số lượng và loại luồng, mà mỗi bên đồng ý gửi và/hoặc nhận, phải được thiết lập trên biên giữa hai miền
Thông điệp báo hiệu được gửi giữa các BB của các vùng lân cận để yêu cầu BB lân cận tài nguyên cần thiết trong mạng lân cận và để truyền đạt thông