3.5.1 Khái niệm về chất lEợng dịch vụ
Khuyến nghị của CCITT l)E800 đ a ra một tính chất chung của QoS: ” Hiệu ứng chung của đặc tính chất l ợng dịch vụ l)xác định mức độ h)i lòng của ng ời sử dụng
đối với dịch vụ”.
Khuyến nghị ETR300 003 của ETSI chia v)cải tiến định nghĩa của ITU th)nh các
định nghĩa nhỏ hơn, nó phù hợp với các yêu cầu v) quan điểm của các nhóm khác nhau trong viễn thông. Các định nghĩa đó l):
o Yêu cầu QoS của ng ời sử dụng/khách h)ng.
o Đề nghị QoS của nh)cung cấp dịch vụ.
o Việc thực hiện QoS bởi các nh)cung cấp dịch vụ.
o Sự cảm nhận QoS của nguời sử dụng/khách h)ng.
o Yêu cầu QoS của nh)cung cấp dịch vụ.
Nh vậy một cách tổng quát QoS mang ý nghĩa l)“khả năng của mạng đảm bảo v)duy trì các mức thực hiện nhất định cho mỗi ứng dụng theo nh các yêu cầu đ đ ợc chỉ rõ của mỗi ng ời sử dụng”. Một ý trong định nghĩa n)y chính l)chìa khoá để hiểu đ ợc QoS l)gì
từ góc nhìn của nh) cung cấp dịch vụ mạng. Nh) cung cấp dịch vụ mạng đảm bảo QoS cung cấp cho ng ời sử dụng, v) thực hiện các biện pháp để duy trì mức QoS khi điều kiện mạng bị thay đổi vì các nguyên nhân nh nghẽn, hỏng hóc thiết bị hay lỗi liên kết, v..v.
QoS cần đ ợc cung cấp cho mỗi ứng dụng để ng ời sử dụng có thể chạy ứng dụng đó, v) mức QoS m)ứng dụng đòi hỏi chỉ có thể đ ợc xác định bởi ng ời sử dụng, bởi vì chỉ ng ời sử dụng mới có thể biết đ ợc chính xác ứng dụng của mình cần gì để hoạt động tốt. Tuy nhiên, không phải ng ời sử dụng tự động biết đ ợc mạng cần phải cung cấp những gì cần thiết cho ứng dụng, họ phải tìm hiểu các thông tin cung cấp từ ng ời quản trị mạng v) chắc chắn rằng, mạng không thể tự động đặt ra QoS cần thiết cho một ứng dụng của ng ời sử dụng.
Các nh) cung cấp dịch vụ mạng đ a ra thông tin đặc tả về giá trị thực tế của các thông số QoS theo một trong hai cách sau. Với môi tr ờng kênh ảo cố định (PVC:
Permanent Virtual Circuit), các giá trị của các tham số QoS có thể chỉ đơn giản đ ợc ghi bằng văn bản v) trao lại cho đại diện của nh)cung cấp dịch vụ mạng. v)khách h)ng với nh)cung cấp dịch vụ thoả thuân với nhau về cách thức sử dụng. QoS có hiệu lực trên PVC khi PVC sẵn s)ng. Với môi tr ờng kênh ảo chuyển mạch (SVC: Switched Virtual Circuit), các giá trị của thông số QoS đ ợc gửi cho nh)cung cấp dịch vụ trong bản tin báo hiệu thiết lập cuộc gọi, nó l) một phần của giao thức báo hiệu đ ợc sử dụng để cung cấp dịch vụ chuyển mạch trên mạng. Cả hai ph ơng pháp đều đ ợc sử dụng trong mạng. Ph ơng pháp PVC cho phép QoS đ ợc cung cấp trong một miền lớn hơn, trong khi ph ơng pháp SVC đòi hỏi QoS trên một kết nối cho tr ớc v)đ ợc thiết lập liên tục.
Nếu một mạng đ ợc tối u ho)n to)n cho một loại dịch vụ, thì ng ời sử dụng ít phải xác định chi tiết các thông số QoS. Ví dụ, với mạng PSTN, đ ợc tối u cho thoại, không
Hoang Trong Minh 138
cần phải xác định băng thông hay trễ cần cho một cuộc gọi. Tất cả các cuộc gọi đều đ ợc
đảm bảo QoS nh đ đ ợc quy định trong các chuẩn liên quan cho điện thoại. Đảm bảo chất l ợng mạng trong một môi tr ờng dịch vụ hợp đồng th ờng đ ợc biểu hiện theo hình thức thoả thuận mức dịch vụ (SLA: Service Level Agreement) đ ợc thiết lập giữa khách h)ng v)nh)cung cấp dịch vụ. SLA có thể l)một phần của hợp đồng dịch vụ hay l)một t)i liệu độc lập ho)n to)n. SLA đ a ra các yêu cầu của khách h)ng v) các hình phạt đối với nh) cung cấp trong tr ờng hợp xảy ra sự cố. SLA cũng cung cấp một ph ơng pháp thuận tiện cho khách h)ng để so sánh các dịch vụ do các nh)cung cấp dịch vụ khác nhau đ a ra.
Vậy trong tất cả những điều đ nêu về phân cấp QoS, đảm bảo chất l ợng v) SLA, điều n)o phải đ ợc thực hiện các dịch vụ thời gian thực trên môi tr ờng IP ví dụ nh VoIP? Vấn
đề l)bản chất định h ớng IP l)một mạng nỗ lực tối đa do đó "không tin cậy" khi yêu cầu nó đảm bảo về QoS. Cách tiếp cận gần nhất để các nh)cung cấp dịch vụ IP có thể đạt tới
đảm bảo QoS hay SLA giữa khách h)ng v)ISP l)với dịch vụ mạng IP đ ợc quản lý . Thuật ngữ đ ợc quản lý ở đây l) bất cứ cái gì m) nh) cung cấp dịch vụ quản lý thay mặt cho khách h)ng.
3.5.2 Dịch vụ tích hợp (IntServ)
Đứng tr ớc nhu cầu ng)y c)ng tăng trong việc cung cấp các dịch vụ thời gian thực (thoại, Video) v) băng thông cao (đa ph ơng tiện) dịch vụ tích hợp IntServ đ ra đời. Đây l) sự phát triển của mạng IP nhằm đồng thời cung cấp dịch vụ truyền thống nỗ lực tối đa v)các dịch vụ thời gian thực (minh hoạ trên hình 3.37). Động lực thúc đẩy mô hình n)y chủ yếu do những lý do cơ bản sau đây:
o Dịch vụ nỗ lực tối đa không còn đủ tốt nữa: ng)y c)ng có nhiều ứng dụng khác nhau có những yêu cầu khác nhau về đặc tính l u l ợng đ ợc triển khai,
đồng thời ng ời sử dụng ng)y c)ng yêu cầu cao hơn về chất l ợng dịch vụ.
o Các ứng dụng đa ph ơng tiện cả gói ng)y c)ng xuất hiện nhiều: mạng IP phải có khả năng hỗ trợ không chỉ đơn dịch vụ m) phải hỗ trợ tích hợp đa dịch vụ của nhiều loại l u l ợng khác nhau từ thoại, số liệu đến Video.
o Tối u hoá hiệu xuất sử dụng mạng v)t)i nguyên mạng: đảm bảo hiệu quả sử dụng v) đầu t . T)i nguyên mạng sẽ đ ợc dự trữ cho l u l ợng có độ u tiên cao hơn, phần còn lại sẽ d)nh cho số liệu nỗ lực tối đa.
o Cung cấp dịch vụ tốt nhất: mô hình dịch vụ IntServ cho phép nh) cung cấp mạng cung cấp đ ợc dịch vụ tốt nhất khác biệt với các nh) cung cấp cạnh tranh khác.
ứng dụng Setup Setup Giao thức
định Các bản tin setup đặt tr ớc
Hình 3.37 : Mô hình dịch vụ tích hợp Trong mô hình n)y có một số th)nh phần tham gia nh sau:
o Giao thức thiết lập: Setup cho phép các máy chủ v)các router dự trữ động t)i nguyên trong mạng để xử lý các yêu cầu của các luồng l u l ợng riêng, RSVP, Q.2931 l)một trong những giao thức đó.
o Đặc tính luồng: xác định chất l ợng dịch vụ QoS sẽ cung cấp cho luồng riêng biệt. Luồng đ ợc định nghĩa nh một luồng các gói từ nguồn đến đích có cùng yêu cầu về QoS. Về nguyên tắc có thể hiểu đặc tính luồng nh băng tần tối thiểu m) mạng bắt buộc phải cung cấp để đảm bảo QoS cho luồng yêu cÇu.
o Điều khiển l u l ợng: trong các thiết bị mạng (máy chủ, router, chuyển mạch) có th)nh phần điều khiển v)quản lý t)i nguyên mạng cần thiết để hỗ trợ QoS theo yêu cầu. Các th)nh phần điều khiển l u l ợng n)y có thể đ ợc khai báo bởi giao thức báo hiệu nh RSVP hay nhân công. Th)nh phần điều khiển l u l ợng 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 v)lựa chọn lớp dịch vụ dựa trên nội dung của một số tr ờng nhất định trong m)o đầu gói;
Thiết bị lập lịch (Scheduler): cung cấp các mức chất l ợng dịch vụ QoS trên kênh ra của thiết bị mạng.
Các mức chất l ợng dịch vụ cung cấp bởi IntServ bao gồm:
o Dịch vụ bảo đảm GS: băng tần d)nh riêng, trễ có giới hạn v) không bị thất thoát gói tin trong h)ng. Các ứng dụng cung cấp thuộc loại n)y có thể kể đến:
hội nghị truyền hình chất l ợng cao, thanh toán t)i chính thời gian thực,...
o Dịch vụ kiểm soát tải CL: không đảm bảo về băng tần hay trễ nh ng khác nỗ lực tối đa ở điểm không giảm chất l ợng một cách đáng kể khi tải mạng tăng lên. Phù hợp cho các ứng dụng không nhạy cảm lắm với độ trễ hay mất gói nh truyền multicast audio/video chất l ợng trung bình.
Hoang Trong Minh 140 o Dịch vụ nỗ lực tối đa.
3.5.3 Dịch vụ DiffServ
Việc đ a ra mô hình IntServ đ có vẻ nh giải quyết đ ợc nhiều vấn đề liên quan đến QoS trong mạng IP. Tuy nhiên trên thực tế, mô hình n)y không thực sự đảm bảo đ ợc QoS xuyên suốt (End-to-end). Đ có nhiều cố gắng để thay đổi điều n)y nhằm đạt đ ợc một mức QoS cao hơn cho mạng IP v) một trong những cố gắng đó l)sự ra đời của DiffServ.
DiffServ sử dụng việc đánh dấu gói v)xếp h)ng theo loại để hỗ trợ các dịch vụ u tiên qua mạng IP. Hiện tại IETF đ có một nhóm l)m việc DiffServ để đ a ra các tiêu chuẩn RFC về DiffServ.
Nguyên tắc cơ bản của DiffServ nh sau:
o Định nghĩa một số l ợng nhỏ các lớp dịch vụ hay mức u tiên. Một lớp dịch vụ có thể liên quan đến đặc tính l u l ợng (băng tần min- max, kích cỡ burst, thêi gian kÐo d)i burst..).
o Phân loại v) đánh dấu các gói riêng biệt tại biên của mạng v)o các lớp dịch vô.
o Các thiết bị chuyển mạch, router trong mạng lõi sẽ phục vụ các gói theo nội dung của các bít đ đ ợc đánh dấu trong m)o đầu của gói.
o Với nguyên tắc n)y, DiffServ có nhiều lợi thế hơn so với IntServ:
o Không yêu cầu báo hiệu cho từng luồng;
o Dịch vụ u tiên có thể áp dụng cho một số luồng riêng biệt cùng một lớp dịch vụ. Điều n)y cho phép nh)cung cấp dịch vụ dễ d)ng cung cấp một số l ợng nhỏ các mức dịch vụ khác nhau cho khách h)ng có nhu cầu;
o Không yêu cầu thay đổi tại các máy chủ hay các ứng dụng để hỗ trợ dịch vụ u tiên. Đây l)công việc của thiết bị biên;
o Hỗ trợ rất tốt dịch vụ VPN.
Tuy nhiên có thể nhận thấy DiffServ cần v ợt qua một số vấn đề nh :
o Không có khả năng cung cấp băng tần v)độ trễ đảm bảo nh GS của IntServ hay ATM;
o Thiết bị biên vẫn yêu cầu bộ Classifier chất l ợng cao cho từng gói giống nh trong mô hình IntServ;
o Vấn đề quản lý trạng thái classifier của một số l ợng lớn các thiết bị biên l) một vấn đề không nhỏ cần quan tâm;
o Chính sách khuyến khích khách h)ng trên cơ sở giá c ớc cho dịch vụ cung cấp cũng ảnh h ởng đến giá trị của DiffServ.
Mô hình DiffServ tại biên v)lõi đ ợc mô tả trong hình 3.38 sau đây.
Phân loại đa byte
ChÝnh sách
Đánh dấu gãi
H)ng đợi, quản lý lập lịch
Router biên
Router lâi
Hình 3.38 : Mô hình DiffServ tại biên vLlõi của mạng Mô hình DiffServ bao gồm một số th)nh phần nh sau:
o DS-Byte: byte xác định DiffServ l) th)nh phần TOS của IPv4 v) tr ờng loại l u l ợng IPv6. Các bít trong byte n)y thông báo gói tin đ ợc mong đợi nhận
đ ợc thuộc dịch vụ n)o.
o Các thiết bị biên (router biên): nằm tại lối v)o hay lối ra của mạng cung cấp DiffServ.
o Các thiết bị bên trong mạng DiffServ.
o Quản lý c ỡng bức: các công cụ v) nh) quản trị mạng giám sát v) đo kiểm
đảm bảo SLA giữa mạng v)ng ời dùng.
3.5.4 Chất l3ợng dịch vụ MPLS
Khoảng v,i năm gần đây, cùng với nỗ lực xây dựng chất lCợng dịch vụ cho MPLS, một hCớng phát triển khác theo hCớng mô hình dịch vụ phân biệt để cung cấp các lớp dịch vụ trên luồng IP. Dịch vụ phân biệt có thể xem nhC l,một cuộc cách mạng từ góc độ sử dụng kiểu dịch vụ trong tiêu đề gói tin IP. Nó đCợc đề xuất hCớng v,o các giới hạn của mô hình dịch vụ tích hợp v, giảm tiêu đề báo hiệu. Kiểu kiến trúc n,y hCớng v,o hoạt động chuyển gói, sử dụng chức năng phân loại gói v, lCu lCợng. Trong khi quyết định chuyển gói đCợc đặt v,o mức gói, thì chỉ định t,i nguyên v, các hoạt động chính sách liên quan đCợc tiến h,nh trên mức tổng thể. NhCvậy, kiến trúc dịch vụ phân biệt có thể cung cấp sự phân biệt định tính giữa các gói trong một luồng một cách đơn giản. Không có sự
đảm bảo tuyệt đối n,o của QoS tại mức luồng, v, giới hạn ở đây l, không thể
đảm bảo cung cấp QoS cho các dịch vụ từ đầu cuối tới đầu cuối.
Chất lCợng dịch vụ QoS chính l,yếu tố thúc đẩy MPLS. So sánh với các yếu tố khác, nhC quản lý lCu lCợng v, hỗ trợ VPN thì QoS không phải l, lý do quan trọng nhất để triển khai MPLS. NhCchúng ta sẽ thấy dCới đây, hầu hết các công việc đCợc thực hiện trong MPLS QoS tập trung v,o việc hỗ trợ các đặc tính của IP QoS trong mạng. Nói cách khác, mục tiêu l,thiết lập sự giống nhau giữa các
đặc tính QoS của IP v, MPLS, chứ không phải l, l,m cho MPLS QoS có chất lCợng cao hơn IP QoS.
Một trong những lý do để khẳng định MPLS l)không giống nh IP, MPLS không phải l) giao thức xuyên suốt. MPLS không chạy trong các máy chủ, v)trong t ơng lai nhiều mạng IP không sử dụng MPLS vẫn tồn tại. QoS mặt khác l)đặc tính xuyên suốt của liên lạc giữa các LSR cùng cấp. Ví dụ, nếu một kênh kết nối trong tuyến xuyên suốt có độ trễ cao, độ tổn thất lớn, băng thông thấp sẽ giới hạn QoS có thể cung cấp dọc theo tuyến đó. Một cách nhìn nhận khác về vấn đề n)y l)MPLS không thay đổi về căn bản mô hình dịch vụ IP. Các nh) cung cấp dịch vụ không bán dịch vụ MPLS, họ bán dịch vụ IP (hay dịch vụ Frame Relay hay các dịch vụ khác), v)do đó, nếu họ đ a ra QoS thì họ phải đ a ra IP QoS (Frame Relay QoS, v.v..) chứ không phải l)MPLS QoS.
Điều đó không có nghĩa l)MPLS không có vai trò trong IP QoS. Thứ nhất, MPLS có thể giúp nh) cung cấp đ a ra các dịch vụ IP QoS hiệu quả hơn. Thứ hai, hiện đang xuất hiện một số khả năng QoS mới hỗ trợ qua mạng sử dụng MPLS không thực sự xuyên suốt tuy nhiên có thể chứng tỏ l)rất hữu ích, một trong số chúng l)băng thông bảo đảm của LSP.
T ơng tự nh DiffServ, MPLS cũng hỗ trợ chất l ợng dịch vụ trên cơ sở phân loại các luồng l u l ợng theo các tiêu chí nh độ trễ, băng tần, .v..v. Đầu tiên tại biên của mạng, luồng l u l ợng của ng ời dùng đ ợc nhận dạng (bằng việc phân tích một số tr ờng trong m)o đầu của gói) v)chuyển các luồng l u l ợng đó trong các LSP riêng với thuộc tính COS hay QoS của nó. MPLS có thể hỗ trợ các dịch vụ không định tr ớc qua LSP bằng việc sử dụng một trong các kỹ thuật sau:
o Bộ chỉ thị COS có thể đ ợc truyền hiện trong nh n gắn liền với từng gói. Bên cạnh việc chuyển mạch các nh n tại từng nút LSR, mỗi gói có thể đ ợc chuyển sang kênh ra dựa trên thuộc tính COS. M)o đầu đệm (Shim header) MPLS có chứa tr ờng COS .
o Trong tr ờng hợp nh n không chứa chỉ thị COS hiện thì giá trị COS có thể liên quan ngầm định với một LSP cụ thể. Điều đó đòi hỏi LDP hay RSVP gán giá trị COS không danh định cho LSP để các gói đ ợc xử lý t ơng xứng.
o Chất l ợng dịch vụ QoS có thể đ ợc cung cấp bởi một LSP đ ợc thiết lập trên cơ sở báo hiệu ATM (trong tr ờng hợp n)y mạng MPLS l)mạng ATM-LSR).
Hai bộ giao thức chính đ ợc đề xuất để sử dụng trao đổi các nh n MPLS với các mức dịch vụ phân biệt l) RSVP mở rộng v) CR-LDP . Cả hai bộ giao thức n)y đều cung cấp khả năng điều khiển các nút trong đ ờng dẫn chuyển mạch nh n. V) đây cũng l) lý do quan trọng nhất để MPLS có thể phát triển, với ph ơng pháp định tuyến c ỡng bức (CR- LDP) sẽ giúp cho quá trình điều khiển l u l ợng mạng đạt hiệu quả cao.