2.5.1. Tổng quan về QoS
Internet nguyên thuỷ đợc thiết kế chỉ để cho các chức năng đơn giản nh là email hay duyệt web bình thờng. Do đó kỹ thuật IP chỉ thực hiện dịch vụ hiệu ứng tối đa (Best- effort) cho các ứng dụng là đủ. Tuy nhiên do mạng Internet
ngày càng phát triển và nhiều dịch vụ khác nhau đã ra đời nh : thoại, video, multimedia,.... Do đó dịch vụ Best-effort
khơng cịn đáp ứng đợc chất lợng của các dịch vụ trên. Cần phải có một phơng pháp để có thể đáp ứng đợc các dịch vụ trên và quản lí lu lợng đã ra đời.
QoS nhằm mục đích làm cho mạng có thể đáp ứng khác nhau đối với các dịch vụ khác nhau cùng hoạt động trên mạng thông qua một thoả thuận mứd dịch vụ (SLA _ Service Level Agreement)
QoS có thể chia làm hai phần : quản lí lu lợng và các giao thức hỗ trợ việc thiết lập việc quản lí lu lợng.
Quản lí lu lợng là phần có nhiệm vụ đảm bảo một luồng lu lợng của một dịch vụ hoạt động đúng theo SLA. Đặc biệt nó phải đảm bảo đợc các tham số QoS đã thoả thuận trong SLA gồm các tham số QoS sau
- Rate : tốc độ lu lợng hay băng thơng của lu lợng đó
- Latency: độ trễ gói
- Throughput
- Jitter: độ rung pha
- Error rate: tỉ lệ gói bị lỗi
- Loss rate : tỉ lệ gói bị mất
Để hỗ trợ cho các hoạt động của quản lí lu lợng có hai mơ hình đợc đa ra đó là Integrated Services và Differentiated Services
Các mơ hình này điều định nghĩa các giao thức báo hiệu để đảm bảo dữ trữ tài nguyên thực hiện các thoả thuận trong SLA
2.5.1.1. Mơ hình dịch vụ tích hợp (Intergrated Service)
Trớc nhu cầu ngày càng tăng trong việc cung cấp các dịch vụ thời gian thực (thoại, video) và băng thông cao (đa
ứng dụng Thiết lập Phân loại Thiết bị phân phối Thiết lập Giao thức định tuyến CSDL Phân
loại Thiết bị phân phối Dữ liệu Dữ liệu IP Điều khiển chấp nhận c ỡng bức Các bản tin thiết lập đặt tr ớc Hình 2.12: Mơ hình dịch vụ IntServ
phơng 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. Động lực thúc đẩy mơ hình này chủ yếu do những lý do cơ bản sau đây:
Dịch vụ Best Effort khơng cịn đủ tốt nữa: ngày càng có nhiều ứng dụng khác nhau có những yêu cầu khác nhau về đặc tính lu lợng đợc triển khai, đồng thời ngời sử dụng ngày càng yêu cầu cao hơn về chất lợng dịch vụ.
Các ứng dụng đa phơng tiện ngày càng xuất hiện nhiều: mạng IP phải có khả năng hỗ trợ khơng chỉ đơn dịch vụ mà phải hỗ trợ tích hợp đa dịch vụ của nhiều loại lu lợng khác nhau từ thoại, số liệu đến Video.
Tối u hoá hiệu suất sử dụng mạng tài nguyên mạng: đảm bảo hiệu quả sử dụng và đầu t. Tài nguyên mạng sẽ đợc dữ trữ cho lu lợng có độ u tiên cao hơn, phần cịn lại sẽ dành cho số liệu dạng Best Effort.
Cung cấp dịch vụ tốt nhất: mơ hình dịch vụ IntServ cho phép nhà cung cấp mạng cung cấp đợc dịch vụ tốt nhất khác biệt với các nhà cung cấp cạnh tranh khác.
Trên hình 2.12 biểu diễn mơ hình dịch vụ IntServ. Theo mơ hình này có một số thành phần tham gia nh sau:
- Giao thức thiết lập: thiết lập (Setup) cho phép các máy chủ và các bộ định tuyến dữ trữ động tài nguyên trong mạng để xử lý các yêu cầu của các luồng lu lợng riêng, RSVP, Q.2931 là một trong những giao thức đó.
- Đặc tính luồng: xác định chất lợng dịch vụ QoS sẽ cung cấp cho luồng riêng biệt. Luồng đợc định nghĩa nh một dịng gói từ nguồn đến đích có cùng u cầu về QoS. Về ngun tắc có thể hiểu đặc tính luồng nh băng tần tối thiểu mà mạng bắt buộc phải cung cấp để đảm bảo QoS cho luồng yêu cầu.
- Điều khiển lu lợng: trong các thiết bị mạng (máy chủ, bộ định tuyến, chuyển mạch) có thành phần điều khiển và quản lý tài nguyên mạng để hỗ trợ QoS theo yêu cầu. Các thành phần điều khiển lu lợng này có thể đợc khai báo bởi giao thức báo hiệu nh RSVP hay nhân công. Thành phần điều khiển lu lợng bao gồm:
+ Điều khiển chấp nhận: xác định thiết bị mạng có khả năng hỗ trợ QoS theo yêu cầu hay không;
+ Thiết bị phân loại (Classifier): nhận dạng và lựa chọn lớp dịch vụ dựa vào nội dụng của một số trờng nhất định trong mào đầu gói;
+ Thiết bị phân phối (Scheduler): cung cấp các mức chất lợng dịch vụ QoS trên kênh ra của thiết bị mạng.
Các mức chất lợng dịch vụ cung cấp bởi IntServ bao gồm:
- Dịch vụ bảo đảm GS: Băng tần dành riêng, trễ có giới hạn và khơng bi thất thốt gói tin trong hàng. Các ứng dụng cung cấp thuộc loại này có thể kể đến: hội nghị truyền hình chất lợng cao, thanh tốn tài chính thời gian thực.
- Dịch vụ kiểm sốt tải CL: khơng đảm bảo về băng tần hay trễ nhng khác Best Effort ở chỗ không giảm chất lợng một
cách đáng kể khỉ tải mạng tăng lên. Nó phù hợp cho các ứng dụng không nhạy cảm lắm với độ trễ hay mất gói nh truyền đa hớng âm thanh/ hình ảnh chất lợng trung bình.
2.5.1.2 Mơ hình dịch vụ DiffServ
Việc đa mơ hình IntServ có vẻ nh đã giải quyết đợc nhiều vấn đề liên quan đến QoS trong mạng IP. Tuy nhiên trên thực tế, mơ hình này khơng thực sự đảm bảo đợc QoS xuyên suốt (End-to-End). Đã có nhiều cố gắng để thay đổi điều này nhằm đạt đợc một mức QoS cao hơn cho mạng IP. Một trong những cố gắng đó là sự ra đời của DiffServ sử dụng đánh dấu gói và xếp hàng theo loại để hỗ trợ các dịch vụ u tiên qua mạng IP. Hiện tại IETF đã có một nhóm làm việc DiffServ để đa ra các tiêu chuẩn RFC về DiffServ.
Nguyên tắc cơ bản của DiffServ nh sau:
- Định nghĩa một số lợng nhỏ các lớp dịch vụ hay mức u tiên. Một lớp dịch vụ có thể liên quan đến đặc tính lu lợng (băng tần nhỏ nhất/ lớn nhất, kích cỡ Burst, thời gian kéo dài burst).
- Xếp loại và đánh dấu các gói riêng biệt tại biên của mạng vào các lớp dịch vụ.
- Các thiết bị chuyển mạch, bộ định tuyến trong mạng lõi sẽ phục vụ các gói theo nội dụng của các bit đã đợc đánh dấu trong mào đầu của gói.
Với nguyên tắc này, DiffServ có nhiều lợi thế hơn so với IntServ:
- Không yêu cầu thay đổi tại các máy chủ hay các ứng dụng để hỗ trợ dịch vụ u tiên. Đây là công việc u tiên của thiết bị biên
- Hỗ trợ rất tốt cho dịch vụ VPN
Tuy nhiên có thể nhận thấy DiffServ cần vợt qua một số vấn đề nh:
- Khơng có khả năng cung cấp băng tần và độ trễ đảm bảo nh GS của IntServ hay ATM:
- Thiết bị biên vẫn yêu cầu bộ phận loại (Classifier) chất l- ợng cao cho từng gói giống nh trong mơ hình IntServ;
- Vấn đề quản lý trạng thái phân loại của một số lợng lớn các thiết bị biên là một vấn đề không nhỏ cần quan tâm;
- Chính sách khuyến khích khách hàng trên cơ sở giá cớc cho dịch vụ cung cấp cũng ảnh hởng đến giá trị của DiffServ.
Mơ hình DiffServ tại biên và lõi đợc mơ tả trong hình 2.13 dới đây:
Mơ hình DiffServ bao gồm một số thành phần nh sau: Bộ định lõi
Bộ định tuyến biên
Phân loại
Multi-byte Giám sát Đánh dấu gói Quản lý hàng đợi và phân phối Phân loại
DS-byte Quản lý hàng đợi và phân
phối
Hình 2.13: Mơ hình DiffServ tại biên và lõi của mạng
- DS-byte: byte xác định DiffServ là thành phần TOS của IPv4 và trờng loại lu lợng IPv6. Các bít trong byte này thơng báo gói tin nhận đợc thuộc dịch vụ nào.
- Các thiết bị biên (bộ định tuyến biên): đặt tại lối vào hay lối ra của mạng cung cấp DiffServ.
- Các thiết bị bên trong của mạng DiffServ.
- Giám sát: các công cụ và nhà quản trị mạng giám sát và do kiểm đảm bảo SLA giữa mạng và ngời dùng.
2.5.2 Mơ hình chất lợng dịch vụ MPLS
Chất lợng dịch vụ QoS chính là yếu tố thúc đẩy MPLS, nhng nếu nh so sánh với các yếu tố khác nh quản lý lu lợng và hỗ trợ VPN thì QoS khơng phải là lý do quan trọng nhất để triển khai MPLS.
Hầu hết các công việc đợc thực hiện trong MPLS QoS tập trung vào việc hỗ trợ các đặc tính của IP QoS trong mạng. Hay nói một cách khác, mục tiêu là để thiết lập một t- ơng đồng giữa các đặc tính QoS của IP và MPLS chứ khơng phải là đi tìm cái nào có QoS cao hơn.
Khơng giống nh IP, MPLS không phải là giao thức xuyên suốt. MPLS không vận hành trong các máy chủ và trong tơng lai nhiều mạng IP không sử dụng nhng MPLS vẫn tồn tại. QoS là đặc tính thờng trực của liên lạc giữa các LSR cùng cấp. Ví nh, nếu một kênh kết nối trong tuyến xuyên suốt có độ trễ cao, tổn thất lớn, băng thơng thấp sẽ giới hạn QoS có thể cung cấp theo tuyến đó. Vì vậy có thể nói rằng, MPLS khơng thay đổi về căn bản mơ hình dịch vụ IP. Thực chất là các nhà cung cấp không bán dịch vụ MPLS mà họ cung cấp các dịch
vụ IP ( hay Frame relay…), do đó đa ra QoS là phải dựa trên IP Qos hoặc FR QoS chứ không phải là MPLS QoS. MPLS giúp các nhà cung cấp dịch vụ IP QoS hiệu quả hơn.
Tơng tự nh DiffServ, MPLS cũng hỗ trợ chất lợng dịch vụ trên cơ sở phân loại các luồng lu lợng theo các tiêu chí nh độ trễ, băng tần… Đầu tiên tại biên của mạng, luồng lu lợng của ngời dùng đợc nhận dạng (bằng việc phân tích một số trờng trong mào đầu của gói) và chuyển các luồn lu lọng đó trong LSP riêng với thuộc tính CoS hay QoS của nó. MPLS có thể hỗ trợ các dịch vụ khơng định trớc qua LSP bằng việc sử dụng một trong các kỹ thuật sau:
- Bộ chỉ thị CoS hiện có thể đợc truyền đi trong nhãn gắn liền với từng gói. Bên cạnh việc chuyển mạch các nhãn tại từng nút LSR, mỗi gói có thể đợc chuyển sang kênh ra dựa trên thuộc tính CoS. Mào đầu đệm (Shim header) MPLS có chứa trờng CoS
- Trong trờng hợp nhãn không chứa chỉ thị CoS hiện thì giá trị CoS có thể liên quan ngầm định với một LSP cụ thể. Điều đó địi hỏi LDP hay RSVP gán giá trị CoS không danh định cho LSP để các gói đợc xử lý phù hợp.
- Chất lợng dịch vụ QoS có thể đợc cung cấp bởi một LSP đợc thiết lập trên cơ sở báo hiệu ATM (trong trờng hợp này mạng MPLS là mạng ATM-LSR)