I. Giới thiệu chung về IPTV
III.3. Các mô hình QoS
Ba cấp bậc cơ bản để thực thi QoS trong mạng, có thể được áp dụng cho một hệ thống mạng hỗn hợp.
- Mạng đòi hỏi khả năng tối đa của dịch vụ (Best-effort).
- Mạng đòi hỏi các dịch vụ với khả năng khác nhau (Diff-Serv).
- Các dịch vụ được đảm bảo (Int-Serv).
Các yếu tố để quyết định loại dịch vụ nào thích hợp để thực thi trong mạng:
- Dựa vào các ứng dụng hay các vấn đề cần được giải quyết của khách hàng. Mỗi một trong ba dạng áp dụng cho các dịch vụ trên đều liên quan đến các dịch
vụ cụ thể. Điều này không thật sự hợp lý khi trong thực tế khách hàng có những yêu cầu rất phức tạp đồng thời phải đảm bảo các dịch vụ cho họ. Các mạng tối ưu hóa các khả năng của dịch vụ hay mạng đòi hỏi khả năng khác nhau của các dịch vụ có thể áp dụng trong trường hợp này.
- Nếu tốc độ chính là vấn đề cần được nâng cấp cho hệ thống của khách hàng, có một cách rất đơn giản để nâng cấp là áp dụng mô hình mạng với các dịch vụ chất lượng tùy thuộc vào yêu cầu của khách hàng thay vì mô hình mạng chỉ nhằm đảm bảo cho các dịch vụ luôn luôn chạy tốt nhưng tốc độ và khả năng tương đương nhau.
- Chi phí để áp dụng cho mô hình đảm bảo tất cả các dịch vụ thì cao hơn
là mô hình chỉ chú trọng vào các dịch vụ trọng yếu.
Hình 10. Sơ đồ áp dụng 3 mô hình QoS.
Tìm hiểu Multicast và ứng dụngMulticast trong IPTV 19
PHAN THANH HẢI, LỚP 06T4 24
Trong thực tế người ta chỉ áp dụng hai mô hình là Int-Serv và DitT-Serv.
III.3.1. Best-effort delivery
Một network chỉ đơn thuần chuyển tiếp những packets mà nó nhận được. Switch
và router chỉ cố gắng (best-effort) để chuyển tiếp các packet mà không quan tâm đến kiểu của traffic hay độ ưu tiên của dịch vụ.
III. 3.2. Intergrated Service Model
Sắp xếp đường đi trước từ nguồn đến đích cho các dữ liệu được ưu tiên. Mỗi thiết
bị mạng trên đường đi phải kiểm tra xem nó có thể hỗ trợ cho yêu cầu trên hay không. Khi yêu cầu tối thiểu được đáp ứng, ứng dụng nguồn sẽ được thông báo xác nhận. Sau
đó, ứng dụng có thể sử dụng đường truyền.
Nguyên lý cơ bản của mô hình nay là dành riêng tài nguyên mạng (băng thông, độ trễ) cho từng luồng thông tin xuyên suốt từ nguồn đến đích. Tài nguyên này được chiếm dụng và không được tận dụng cho bất kỳ luồng thông tin nào. Nếu tài nguyên bị chiếm dụng mà không dùng thì hiện tượng lãng phí tài nguyên sẽ xảy ra.
Hình 11. Mô hình tông quan Intergrated Service.
Một đặc điểm nữa là mô hình Int-Serv đảm bảo chất lượng dịch vụ theo luồng
(flow). Một luồng được xác định bởi các tham số: địa chỉ IP nguồn, IP đích, Port
nguồn, Port đích... Mô hình Int-Serv thường sử dụng giao thức RSVP (Resource
Reservation Protocol) để báo hiệu. Đây là giao thức điều khiển Internet được thiết kế
để cài đặt chất lượng dịch vụ trên mạng IP. Nhưng nó không nhất thiết phải sử dụng
hoạt và khả năng mở rộng thấp nên không được lựa chọn để thực hiện QoS trong
mạng có quy mô lớn. Vì vậy mô hình Int-Serv chỉ thích hợp cho những mạng nhỏ với
ít luồng lưu lượng.
III. 3.3. Differentiated Service Model
Mô hình DitT-Serv được thiết kế để khắc phục những hạn chế của mô hình Int- Serv. Mô hình Diíí-Serv có khả năng linh hoạt cao và khả năng mở rộng lớn. Thay vì thực hiện chất lượng dịch vụ xuyên suốt và thống nhất trên cả đường truyền như mô hình Int-Serv, mô hình DitT-Serv thực hiện chất lượng dịch vụ riêng lẻ trên từng router. Với cách thực hiện như vậy mô hình Diíí-Serv không cần phải tiến hành báo hiệu theo từng luồng nên tiết kiệm băng thông và có khả năng mở rộng lớn, phù hợp trong mô hình hệ thống mạng lớn.
Nguyên lý hoạt động của Diíí-Serv như sau: Đầu tiên các gói tin được phân loại ra thành nhiều nhóm ưu tiên từ thấp đến cao tùy theo đặc điểm của từng dịch vụ, thiết bị
sẽ tiến hành cung cấp tài nguyên theo từng nhóm. Nhóm nào có thứ tự cao hơn thì sẽ được cung cấp quyền được sử dụng tài nguyên ưu tiên hơn. Tất cả các quá trình này sẽ được thực hiện riêng lẻ trên từng thiết bị.
Hình 12. Mô hình tổng quát cơ chế Diff-Serv.
Giải pháp QoS theo mô hình DitT-Serv được thực hiện qua những bước sau:
- Quản lý tắc nghẽn: Cơ chế quản lý tắc nghẽn được thực hiện trên các giao diện của thiết bị mạng. Khi gói tin đến các giao diện này, các gói tin sẽ được phân chia theo từng hàng đợi có mức độ ưu tiên khác nhau.
- Tránh tắc nghẽn: Cơ chế loại bỏ gói tin trước khi nó có thể gây ra hiện tượng tắc nghẽn.
Tìm hiểu Multicast và ứng dụngMulticast trong IPTV 21
PHAN THANH HẢI, LỚP 06T4 24
- Đặt ngưỡng: Cơ chế đặt ngưỡng trên, ngưỡng dưới cho băng thông, cụ thể là băng thông sẽ được đảm bảo một ngưỡng dưới tối thiểu và khi lớn hơn ngưỡng trên thì gói tin có thể bị loại bỏ hoặc đưa vào hàng đợi.
- Nén Header: Header chiếm phần lớn trong 1 gói tin nhưng không mang thông tin thực sự, cơ chế nén header giúp tiết kiệm băng thông.
- Phân mảnh: Các gói tin dữ liệu thường có độ dài lớn, điều này sẽ gây trễ
và tắc nghẽn. Cơ chế phân mảnh sẽ phân các gói tin này thành các gói tin nhỏ hơn để tránh tắc nghẽn.
111.4. Phân loại và đánh dấu
QoS có khả năng cung cấp các mức xử lý khác nhau hướng đến các lớp lưu lượng riêng. Trước khi các ứng dụng hay các kỹ thuật QoS được áp dụng, lưu lượng phải được nhận biết và sắp xếp vào trong các lớp khác nhau. Những lớp khác nhau này của lưu lượng được gọi là các lớp dịch vụ trong thuật ngữ QoS.
Công cụ phân loại và đánh dấu không chỉ phân loại packet vào các lớp dịch vụ mà còn đánh dấu chúng trong cùng một lớp với cùng giá trị trong trường header.
Các IP header, Lan trunking header, Frame Relay đều có ít nhất một trường có thể được dùng cho tiến trình đánh dấu QoS. Điều này giúp cho các công cụ QoS khác phân loại các gói tin đó bằng cách phân tích các bit được đánh dấu sẽ dễ dàng hơn.
111.5. Sự phân loại - Classification
Phân loại gói tin là một phần quan trọng trong các chức năng của QoS giúp cho việc nhận biết và phân biệt các luồng thông tin khác nhau trên mạng. Phân loại được thực hiện để nhận dạng lưu lượng và phân chia lưu lượng thành các lớp khác nhau. Để phân loại gói, ta dùng bộ mô tả lưu lượng để phân chia các gói trong phạm vi các nhóm riêng biệt để định nghĩa các gói đó. Một số bộ mô tả đặc trưng dùng để phân loại gói bao gồm: bộ giao tiếp ngõ vào, độ ưu tiên IP (IP Precedence), DSCP, địa chỉ nguồn hay địa chỉ đích và các ứng dụng. Sau khi các gói đã được định danh, chúng có khả năng tiến hành các chức năng QoS trên mạng.
Hầu hết các công cụ phân loại và đánh dấu đều hoạt động trên các gói tin vào hoặc
ra khỏi interface nào đó. Về logic nó giống như một Access List nhưng hoạt động chính là đánh dấu cho phép hay loại bỏ gói tin. Chúng hoạt động theo phương thức sau:
- Với mỗi gói tin vào một interface, nếu nó hợp với tiêu chuẩn 1, đánh dấu một field với một giá trị.
- Nếu gói tin không phù hợp, so sánh tiếp với tiêu chuẩn 2 sau đó đánh dấu
- Tiếp tục so sánh các gói cho tới khi chúng phù hợp với tiêu chuẩn.
Nếu gói tin đó không phù hợp với tiêu chuẩn nào, không có một xử lý cụ thể cho gói tin đó và nó sẽ được chuyển đi như không có tác động của QoS.
III. 5.1. Class-Based Marking
Class-Based Marking có thể phân loại gói tin vào trong các lớp dịch vụ bằng cách phân tích các frame, cell( dùng cho ATM), packet và segment (các bit có TCP hay UDP header nhưng không có datalink hay network header). CB Marking cũng có thể dùng ACL(Access Control List) để đánh dấu packet, với packet được cho phép từ
A C L.
Trường Ý nghĩa
Địa chỉ IP nguồn Một chuỗi các địa chỉ nguồn có thể được dùng match dùng
wildcard mark.
Địa chỉ IP đích Một dải các địa chỉ đích có thể match dùng wildcard mark.
IP Precedence Các giá trị của IP Precedence được định mức ưu tiên cho
traffic.
IP DSCB Dùng DSCB theo giá trị thập phân.
IP ToS Có thể kiểm tra bit ToS có bật lên hay không.
Cổng TCP Có thể kiểm tra các cổng nguồn hay đích hay một dãy các cổng
xem số hiệu của cổng có lớn hơn hay nhỏ hơn một số xác định không.
Thiết lập TCP Mặc dù không hoàn toàn hữu dụng như QoS, ACL vẫn có thể
match hết tất cả các TCP Segment sau khi khởi gán segment dành cho việc kết nối.
UDP Có thể kiểm tra cổng nguồn và đích, hay một dãy có các coognr
xem số hiệu của cổng có lớn hơn hay nhỏ hơn một số xác định không.
ICMP Kiểm tra một lượng lớn các thông điệp ICMP khác nhau và loại
code.
Tìm hiểu Multicast và ứng dụngMulticast trong IPTV 23
PHAN THANH HẢI, LỚP 06T4 24
IGMP Kiểm tra các thông điệp Internet Group Management Protocol.
Bảng 1. Các trường có thê so trùng trong ACL mở rộng.
Mặc dù IP Precedence và DSCP có thể được so trùng với ACL, nó có thể được đối chiếu trực tiếp với CB Marking mà không cần dùng ACL.
III.5.2. Phân loại với NBAR (Network-Based Application Recognition)
CB Marking có thể cấu hình để tìm kiếm nhiều trường trong hai bảng trên để phân loại gói tin trực tiếp. Tuy nhiên nó cũng có thể dùng NBAR để phân loại packet. NBAR cung cấp cho router khả năng phân loại gói tin đặc biệt là các gói tin khó nhận dạng.
III. 5.3. Đánh dấu — Marking
Hoạt động đánh dấu cho phép các thiết bị mạng phân loại gói hay khung dựa vào
bộ mô tả lưu lượng đặc trưng. Một số bộ mô tả lưu lượng được sử dụng để đánh dấu như : Lớp dịch vụ (Class of Service), DSCP (Diff-Serv Code Point), độ ưu tiên IP (IP Precedence).
Đánh dấu bao gồm việc sắp đặt một vài bit bên trong một lớp data-link hay network header với mục đích giúp cho các công cụ QoS của thiết bị khác có thể phân loại dựa trên các giá trị được đánh dấu. Một vài field được sử dụng nhiều, những field khác thì không.
III.6. IP header QoS - Precedence và DSCP
Precedence và DSCP là hai trường được sử dụng nhiều nhất để đánh dấu. Các công
cụ QoS sử dụng chúng bởi vì header của gói tin IP tồn tại ở trên mạng. Đế thiết lập giá trị DSCP và xem xét mối quan hệ giữa DSCP và IP Precedence, ta cần phải biết các trường trong IP header.
- DSCP
Trong mỗi gói IP có chứa một byte gọi là ToS (Type of Service). Sáu bit có ý nghĩa trong trường DiffServ được biết như là trường phân biệt dịch vụ và được đánh dấu bởi một mẫu bit đặc biệt gọi là DSCP dùng để chỉ ra cách thức mỗi bộ định tuyến cần xử lý gói. Giá trị IP Precedence có thể được ánh xạ đến trường DSCP.
P2 P1 Pũ T2 TI TO CUI CU2
Bảng 2. Thể loại dịch vụ (ToS).
P2 đến P0 là thứ tự IP, 2 bit tiếp theo là Delay, Bandwidth, Reality .CU1 và CU2 hiện tại không sử dụng.
- DiffServ Fields
Trường DiffServ chuẩn của gói packet thì đánh dấu với một giá trị cũng như người nhận một xử lý chuyển tiếp tại mỗi nút mạng.
DS5 DS4 DS3 DS2 DS1 DSŨ ECN ECN
Bảng 3. Trường DiffServ.
Mặc định DSCP là 000000. Người lựa chọn class DSCP phải chú ý điểm này cho tương thích với thứ tự IP. Khi thay đổi giữa thứ tự IP và DSCP, quan trọng phải so
khớp với 3 bit đầu.
Ví dụ: IP Pre 6(110) ánh xạ cho IP DSCP 110000
ToS byte
1 1 0 T2 T1 T0 CU1 CU0
1 1 0 0 0 0 ECN ECN
DiffServ Fileds
Sử dụng chuẩn DiffServ tương tự như thứ tự các bit ( các bit quan trọng DS5, DS4, DS3) để thiết lập ưu tiên.
Mức thự tự Mô tả
7 Lớp liên kết và duy trì Routing Protocol.
6 Sử dụng cho IP Routing Protocol.
5 Express Forwarding (EF).
4 Class4
3 Class 3
2 Class 2
Tìm hiểu Multicast và ứng dụngMulticast trong IPTV 25
PHAN THANH HẢI, LỚP 06T4 24
1 Class 1
0 Best-el'fort
Bảng 4. Xác định các mức thứ tự trong DiffServ.
III.7. Chuyển tiếp đảm bảo (Assured Forwarding)
Chuyển tiếp đảm bảo AF và mô tả nó như một tiềm năng cho một nhà cung cấp vùng DS theo những cấp độ khác nhau của chuyển tiếp đảm bảo dành cho những packet IP nhận từ một client vùng DS.
Có 4 class chuyển tiếp đảm bảo, từ AF1x đến AF4x. Bảng sau đây sẽ cung cấp DSCP để chỉ định class AF với khả năng của từng class. Bit DS5, DS4 và DS3 xác định class; bit DS2 và DS1 chỉ định khả năng drop. Bit DS0 thì luôn luôn 0.
Drop Classl Classl ClassS Class4
001010 010010 011010 100010
Low APll AP21 AP31 AP41
DSCP 10 DSCP 18 DSCP 26 DSCP 34
001100 010100 011100 100100
Medium AP12 AP22 AP32 AP42
DSCP 12 DSCP 20 DSCP 28 DSCP 36
001110 010110 011110 100110
High AP13 AP23 AP33 AP43
DSCP 14 DSCP 22 DSCP 30 DSCP 38
Bảng 5. Xác định cấp DSCP để chỉ định class AF.
- Phân loại gói tin vào trong các lớp dịch vụ bằng lệnh match bên trong class- map.
- Đánh dấu các gói tin trong mỗi lớp dịch vụ dùng lệnh set trong policy-map.
- Kích hoạt CB- Marking đã định nghĩa trong policy-map bằng lệnh service- policy trên mỗi interface.
Lệnh Chức năng
Match[ip] precedence precedence-value So trùng precedence trong gói tin khi
tham số Ip được thêm vào.
Match access-group So trùng một access control list
Match any So trùng tất cả các gói tin
Match class map class-map-name So trùng theo một class-map khác
Match cos cos-value So trùng một giá trị cos
Match destination-address mac-address So trùng địa chỉ Mac đích
Match input-interface So trùng một interface vào
Match ip dscp ip-dscp-value So trùng DSCP
Bảng 6. Một vài lệnh match trong CB-marking
III. 8.2. Network-Based Application Recognition
Ngoài CB-Marking thì chúng ta có thể dùng NBAR để phân loại traffic. Sự kết nối giữa NBAR và CB-Marking hay các công cụ khác đều dựa trên lệnh match protocol.
Tìm hiểu Multicast và ứng dụngMulticast trong IPTV 27
PHAN THANH HẢI, LỚP 06T4 24
PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG