Biến thiên độ trễ là sự khác biệt về độ trễ của các gói khác nhau trong cùng một dòng lưu lượng. Nguyên nhân chủ yếu gây ra hiện tượng jitter do sự sai khác trong
thời gian xếp hàng của các gói liên tiếp nhau trong một hàng gây ra. Jitter là yếu tố ảnh hưởng lớn đến QoS của truyền thông đa phương tiện, tỉ lệ nghịch với QoS của truyền thông đa phương tiện.
Trong các ứng dụng truyền thông đa phương tiện như Internet phone hoặc Audio on-demand, jitter có thể được hạn chế bằng cách thực hiện kết hợp ba kỹ thuật: đánh số thứ tự các gói tin (sequence number), gán nhãn thời gian (timestamp) và làm trễ việc chơi (delaying playout). Người gửi đặt một sequence number vào mỗi gói tin và tăng giá trị này lên mỗi khi một gói tin mới được tạo ra, nhờ vậy người nhận có thể dùng sequence number để khôi phục thứ tự đúng của các gói tin nhận được.
Timestamp tương tự như sequence number, người gửi dán tem mỗi gói tin, tem mang thông tin về thời gian mà gói tin đó được sinh ra. Để lấy được thứ tự đúng của các gói tin từ sequence number và timestamp, người nhận cần nhận tất cả các gói tin theo thứ tự. Playout delay được sử dụng cho mục đích này. Playout delay phải đủ dài để nhận được hầu hết các gói tin trước thời điểm chúng được sử dụng. Playout delay được chia làm hai loại: cố định hoặc có thể thay đổi trong thời gian hội thảo.
1.3.3 Tỉ lệ mất mát gói tin
Tỉ lệ mất gói là tỉ số của số lượng gói bị mất trên tổng số gói tin đưa vào mạng trong quá trình truyền. Mất gói tin thường do hai nguyên nhân chính: gói tin bị loại bỏ do mạng bị tắc nghẽn và do bị lỗi trên đường truyền. Với truyền thông đa phương tiện, tỉ lệ mất gói từ 10-20% có thể chấp nhận được, phụ thuộc vào tín hiệu được mã hoá và được che giấu ở phía nhận như thế nào. Tuy nhiên, trong trường hợp tắc nghẽn nghiêm trọng, sự mất mát gói tin vượt quá 20%, tín hiệu ở phía đầu nhận là khó chấp nhận ví dụ như âm thanh bị ngắt quãng, thậm chí không nghe được. Tỉ lệ mất gói tin cao làm tăng độ trễ và jitter.
Truyền thoại rất nhạy cảm với việc mất gói, việc truyền lại gói của TCP thường không phù hợp vì khi phát hiện có sự mất gói tin, thực thể gửi TCP sẽ giảm tốc độ gửi xuống mức tối thiểu, có thể dẫn đến đứt đoạn tiếng nói. Vì thế hầu hết các ứng dụng truyền thông đa phương tiện không chạy trên TCP mà lại sử dụng UDP, trong đó không có các cơ chế điều khiển tắc nghẽn và khắc phục lỗi như trong TCP.
1.3.4 Một số tham số khác: a. Tính sẵn sàng – độ tin cậy a. Tính sẵn sàng – độ tin cậy
Để xác định độ ổn định của hệ thống người ta thường xác định độ khả dụng của hệ thống, nhìn từ khía cạnh mạng thì nó chính là độ tin cậy của hệ thống. Độ khả dụng của của mạng càng cao nghĩa là độ tin cậy của mạng càng lớn và độ ổn định của hệ thống càng lớn. Độ khả dụng của mạng thường được tính trên cơ sở thời gian ngừng hoạt động và tổng thời gian hoạt động. Ví dụ, độ khả dụng của các hệ thống chuyển mạch gói hiện nay là 99,995% thì thời gian ngừng hoạt động trong một năm vào khoảng 26 phút.
b. Bảo mật
Bảo mật là một thông số mới trong danh sách QoS, nhưng lại là một thông số quan trọng. Thực tế, trong một số trường hợp độ bảo mật có thể được xét ngay sau băng thông. Gần đây, do sự đe dọa thường xuyên của các hacker và sự lan tràn của virus trên mạng Internet toàn cầu đã làm cho bảo mật trở thành một trong các vấn đề hàng đầu.
Hầu hết các công cụ và chính sách bảo mật đều liên quan tới tính riêng tư, sự tin cậy và xác thực khách và chủ. Các công cụ và chính sách bảo mật thường được gắn với các phương pháp mật mã (gồm cả mã hoá và giải mã). Các phương pháp mật mã cũng được sử dụng trên mạng cho việc xác thực, nhưng các phương pháp này thường không liên quan đến giải mã. Hiện nay, giao thức bảo mật chính thức cho mạng IP là IPSec – IP Security hỗ trợ bảo mật trong thương mại điện tử trên Internet và ngăn ngừa gian lận trong môi trường VoIP.
Một bit trong trường loại dịch vụ (ToS) trong phần tiêu đề gói IP được đặt riêng cho ứng dụng để bảo mật khi chuyển mạch gói. Tuy nhiên, có một vấn đề thực tế là không có sự thống nhất giữa các nhà sản xuất bộ định tuyến khi sử dụng trường ToS.
Người sử dụng và ứng dụng có thể thêm phần bảo mật của riêng mình vào mạng và thực tế cách này đã được thực hiện trong nhiều năm. Nếu có bảo mật thì thường dưới dạng một mật khẩu truy nhập vào mạng. Một thông số QoS bảo mật điển hình hiện nay là "mã hoá và xác thực đòi hỏi trên tất cả các luồng lưu lượng". Vì vậy khi truyền dữ liệu đã được mã hoá, kết nối điện thoại Internet chỉ cần xác thực để ngăn chặn gian lận.
Kết luận chương
Chương I nói về tổng quan chất lượng dịch vụ trong mạng IP. Trình bày khái niệm chất lượng dịch vụ, các tham số của QoS với những đặc tính kỹ thuật của nó. Từ đó kết luận, QoS có thể giúp giải quyết một số vấn đề như: mất gói, jitter, và xử lý trễ. Nhưng một số vấn đề mà QoS không thể giải quyết được như là trễ lan truyền, trễ do mã hóa, giải mã và trễ do số hóa. Điều quan trọng là phải biết phần nào không thể thay đổi và phần nào có thể điều khiển được theo như bảng 1-2 (trích tài liệu: Tiêu chuẩn G.114 “One-way transmission time”).
Trễ cố định Trễ thay đổi Trễ cố định Trễ thay đổi
Trễ mã hóa G.729 (5 ms)
5 ms
Trễ mã hóa G.729 (10 ms/frame) 20 ms Trễ đóng gói bao gồm trong trễ mã hóa
Trễ xếp hàng trên trung kế 64 kbps 6 ms Trễ chuyển nối tiếp trên trung kế 64 kbps 3ms
Trễ truyền lan (trên các dây riêng) 32ms Trễ mạng (Vd Frame Relay)
Đệm loại bỏ Jitter 2-200ms
Tổng cộng – Giả sử Jitter Buffer 50 ms 110ms
Chương 2: CÁC MÔ HÌNH ĐẢM BẢO QoS CHO TRUYỀN THÔNG ĐA PHƯƠNG TIỆN
Chương này trình bày hai mô hình triển khai đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) khác nhau ở mức liên mạng (IP), đó là: IntServ và DiffServ. Mỗi mô hình sẽ có những đặc điểm riêng để phù hợp với những yêu cầu chức năng IP QoS của các loại dịch vụ như đã trình bày trong chương 1. Trong khi mô hình IntServ đi theo hướng dành trước tài nguyên thì DiffServ thì đi theo hướng phân lớp lưu lượng và đưa ra các ứng xử khác nhau với các lưu lượng khác nhau.
2.1 Mô hình IntServ (Integrated Service) 2.1.1 Tổng quan 2.1.1 Tổng quan
Dịch vụ tích hợp đi theo hướng hỗ trợ việc dành trước tài nguyên cho các luồng lưu lượng. Trái ngược với kiến trúc chuyển phát datagram (các gói sẽ đi qua các tuyến khác nhau tại mọi thời điểm chúng được gửi), dịch vụ tích hợp cho phép dành toàn bộ một tuyến cho luồng dữ liệu. Điều này được thực hiện bởi việc thiết lập một tuyến dành trước tài nguyên trước khi gửi dữ liệu.
Thực chất của mô hình này là các bộ định tuyến và các thiết bị mạng phải dành trước tài nguyên của nó để cung cấp các mức chất lượng dịch vụ tùy theo nhu cầu của người sử dụng. Điều này yêu cầu các bộ định tuyến phải có khả năng điều khiển các luồng lưu lượng. Có hai dịch vụ được định nghĩa:
− Dịch vụ có đảm bảo - Guaranteed Service (GS) : GS cung cấp các dịch vụ chất lượng cao như: Dành riêng băng thông, giới hạn độ trễ tối đa và không bị mất gói tin trong hàng đợi. Các ứng dụng có thể kể đến: Hội nghị truyền hình chất lượng cao, thanh toán tài chính thời gian thực,...
− Dịch vụ kiểm soát tải - Controlled Service (CL): CL không đảm bảo về băng thông hay trễ, nhưng khác với các dịch vụ kiểu “Best Effort” ở điểm không giảm chất lượng một cách đáng kể khi tải mạng tăng lên. Dịch vụ này phù hợp cho các ứng dụng không nhạy cảm lắm với độ trễ hay mất gói như truyền hình multicast audio/video chất lượng trung bình. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trong IntServ, một luồng IP riêng biệt được nhận dạng bởi 5 thông số sau: − Nhận dạng giao thức
− Địa chỉ IP đích − Địa chỉ cổng đích − Địa chỉ IP nguồn − Địa chỉ cổng nguồn
IntServ sử dụng giao thức RSVP (Resource Reservation Protocol) cho việc đặt trước tài nguyên cho một luồng, bao gồm một mô tả đặc trưng lưu lượng và các yêu cầu dịch vụ. Mô tả lưu lượng bao gồm tốc độ đỉnh, tốc độ trung bình, kích cỡ lưu
lượng bùng phát và các yêu cầu dịch vụ bao gồm băng thông nhỏ nhất được yêu cầu và các yêu cầu hiệu năng khác như trễ, jitter và tỷ lệ mất gói. Nếu có cam kết việc dự phòng, luồng đó được đưa vào bảng dự phòng tài nguyên. Khi gói tin đến, khối nhận dạng luồng sẽ nhận dạng gói tin thuộc về luồng đặt trước và đặt chúng vào trong hàng đợi phù hợp để nhận được dịch vụ yêu cầu.
Trong quá trình truyền từ nguồn tới đích gói tin phải đi qua nhiều chặng. Việc lựa chọn đường dẫn phù hợp cho chặng kế tiếp tại một nút là nhiệm vụ khó khăn do các hạn chế trong định tuyến IP truyền thống. Đường dẫn cần được lựa chọn có thể đã đáp ứng được yêu cầu định ra. Tuy nhiên, định tuyến IP thường sử dụng các số đo như trễ, chặng (hop) hay một số thông số khác để tính toán đường đi ngắn nhất. Do vậy đường dẫn ngắn nhất có thể không có khả năng chấp nhận việc đặt trước tài nguyên trong khi đó đường dẫn dài hơn lại có khả năng đó. Vấn đề định tuyến có thể trở nên phức tạp bởi một số ứng dụng yêu cầu nhiều tham số QoS (ví dụ về băng thông và các yêu cầu về tỉ lệ mất gói tin). Tìm kiếm đường dẫn phù hợp trong nhiều điều kiện ràng buộc rất phức tạp. Chính vì lí do đó mô hình đảm bảo QoS cho gói tin IP đầu tiên này không yêu cầu gắn các cơ chế định tuyến đảm bảo QoS trong kiến trúc IntServ. Kiến trúc này giả sử rằng khối chức năng định tuyến của bộ định tuyến sẽ thực hiện định tuyến từng bước (hop by hop).
2.1.2 Kiến trúc IntServ
Intserv có 4 thành phần, thành phần điều khiển việc chấp nhận luồng mới, thành phần phân loại, lập lịch gói (3 thành phần này cung cấp việc điều khiển lưu lượng) và giao thức dành trước tài nguyên.
Hình 2.1 : Mô hình dịch vụ tích hợp IntServ 2.1.2.1 Điều khiển chấp nhận
Xử lí hai nhiệm vụ cơ bản là chấp nhận hay từ chối các yêu cầu dành trước tài nguyên và giám sát việc sử dụng tài nguyên. Việc dành trước tài nguyên cho một yêu cầu mới sẽ không thể được chấp nhận nếu không có sẵn tài nguyên theo yêu cầu. Có
hai hướng tiếp cận để giải quyết xem tài nguyên nào là sẵn sàng đó là dựa theo đo đạc và dựa theo tham số.
− Trong hướng tiếp cận dựa theo tham số, điều khiển chấp nhận sẽ tính toán các nguồn tài nguyên khả dụng dựa trên các chỉ tiêu kỹ thuật và yêu cầu dành trước tài nguyên hiện tại.
− Trong hướng tiếp cận theo đo đạc, điều khiển chấp nhận đo lưu lượng thực sự trong mạng và sử dụng các phương pháp thống kê để quyết định xem tài nguyên nào khả dụng. Hướng tiếp cận này có ưu điểm là tối ưu hoá việc sử dụng mạng, mặc dù không đảm bảo chặt chẽ các cam kết tài nguyên.
2.1.2.2 Nhận dạng luồng
RSVP sử dụng 5 trường trong tiêu đề trong gói tin IP để nhận dạng gói tin thuộc về các luồng dành trước tài nguyên trong nút. Các trường này bao gồm địa chỉ IP nguồn, địa chỉ IP đích, định danh giao thức, cổng nguồn và đích.
2.1.2.3 Lập lịch gói
Là bước cuối cùng trong việc dành trước tài nguyên. Bộ lập lịch gói tin thực hiện việc cấp phát tài nguyên. Nó quyết định gói tin nào sẽ gửi kế tiếp khi tuyến kết nối đi đã sẵn sàng. Do đó nó tác động đến trễ mà gói tin phải chịu trong bộ định tuyến và bộ định tuyến không trực tiếp loại bỏ gói tin.
2.1.2.4 Các dịch vụ của IntServ
Mô hình dịch vụ 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 độ rộng băng thông để phù hợp với những yêu cầu của chúng. Ví dụ ứng dụng VoIP có thể dành 32 Mbps từ đầu cuối đến đầu 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) để cung cấp loại hình dịch vụ này.
− Controlled Load Service: loại hình này cho phép các ứng dụng có độ trễ thấp và tốc độ lưu lượng cao thậm trí ngay cả khi tắc nghẽn. Ví dụ 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.
2.1.3 Giao thức dành trước tài nguyên - RSVP 2.1.3.1 Tổng quan 2.1.3.1 Tổng quan
RSVP được định nghĩa trong chuẩn RFC 2205. RSVP là một giao thức thiết lập dành riêng cho IP QoS. Nó hỗ trợ cả IPv4 và IPv6 và thích hợp cho cả multicast và unicast IP. Trong RSVP, tài nguyên được dành riêng cho mỗi một định hướng cụ thể.
Các trạm nguồn và đích trao đổi bản tin RSVP để thành lập phân lớp dịch vụ và trạng thái chuyển tiếp tại mỗi nút. Nguồn khởi tạo yêu cầu dành riêng nhưng việc xác
định các tài nguyên sẵn sàng và sự dành riêng thực tế bắt đầu từ đầu cuối thu. Trạng thái của tài nguyên dành riêng tại các node RSVP không cố định và được thay đổi một cách định kỳ.
RSVP không phải là một giao thức định tuyến. Các bản tin RSVP có hướng giống với hướng các gói IP được xác định bởi các bảng định tuyến trong các router IP. RSVP cung cấp một vài kiểu dành riêng. RSVP là một giao thức phức tạp. Do mỗi một nút trên tuyến phải giữ trạng thái dành riêng, với các mạng lớn, RSVP trở thành không thực tế, bởi không có khả năng mở rộng tùy ý.
2.1.3.2 Hoạt động của RSVP
Một phiên RSVP thường được định nghĩa bởi ba tham số sau: − Địa chỉ đích
− Nhận dạng giao thức − Cổng đích
Hình 2.2 Hoạt động của RSVP
Hình trên chỉ ra hoạt động của RSVP. Phía trạm phát (Host nguồn) gửi đi một bản tin PATH tới trạm đích với một luồng hay một “phiên”. Bản tin PATH bao gồm một chỉ thị luồng xác định cho luồng đó Khi bản tin PATH đi qua các router trên một tuyến, các router đăng ký nhận dạng luồng và chỉ thị luồng này. Khi bản tin PATH đến trạm đích, nó sẽ gửi trở lại bản tin RESV mang thông tin về các tài nguyên được các router chấp nhận đặt trước. Các gói IP của luồng gửi đi theo hướng của bản tin PATH. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2.1.3.3 Các kiểu RSVP dành trước tài nguyên
Có ba loại kiểu dành riêng được định nghĩa trong chuẩn RFC 2205 như đã chỉ ra trong bảng dưới đây.
Sự dành riêng Lựa chọn người gửi
Riêng biệt Chia sẻ
Toàn bộ Bộ lọc cố định (FF) Chia sẻ rõ ràng (SE) Lựa chọn Không định nghĩa Bộ lọc kí tự đại diện(WF)
Điều khiển người gửi sẽ điều khiển lựa chọn những người gửi. Hai kiểu điều khiển người gửi đã được định nghĩa. Trong kiểu lựa chọn cụ thể, một dãy “cụ thể” tất cả những người gửi được lựa chọn được chỉ ra. Trong lựa chọn bất kỳ, tất cả những người gửi đến phiên đều được lựa chọn. Điều khiển chia sẻ điều khiển việc xử lý dành riêng cho những người gửi khác nhau trong cùng một phiên. Hai kiểu điều khiển chia sẻ