2.2.3.1 Khái quát về IntServ
Dịch vụ IntServ(1990) là kiến trúc cung cấp QoS bằng cách kiểm soát việc cung cấp các dịch vụ mạng. Điều này cho phép QoS các ứng dụng nhạy cảm với yêu cầu QoS mong muốn thông qua cơ chế dự phòng tài nguyên.
Mô hình:
Mô hình IntSert cung cấp khả năng cho các ứng dụng lựa chon mức điều khiển của cung cấp dịch vụ cho những gói dữ liệu. Trước khi gửi các gói dữ liệu ứng dụng sử dụng cơ chế dành trước để thiết lập dự phòng tài nguyên cho luồng dữ liệu. Ở
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ các mức QoS khác nhau thì việc thiết lập trên cả phần cứng và phần mềm là khác nhau.
Để hỗ trợ đặt trước tài nguyên trong Internet có hai thực thể được yêu cầu. Đầu tiên, tất cả các phần tử mạng (Phần tử đinh tuyến IP) dọc theo đường phân phối luồng dữ liệu của một ứng dụng phải hỗ trợ cơ chế để kiểm soát và cung cấp QoS theo yêu cầu của các gói tin bởi luồng dành riêng. Được gọi là dịch vụ kiểm soát QoS. Hai là, giao thức để truyền thông yêu cầu QoS của ứng dụng đến từng phần tử mạng dọc đường dẫn và để truyền đạt thông tin về quản lý QoS giữa phần tử mạng và ứng dụng được cung cấp. Được gọi là cơ chế thiết lập trước.
Ở kiến trúc IntSert điều khiển QoS được cung cấp bởi hoặc là điều khiển tải hoặc là dịch vụ đảm bảo. Giao thức giành trước tài nguyên RSVP hiện là giao thức lựa chọn cho cơ chế thiết lập trước.
Dựa trên giao thức giữ trước tài nguyên RSVP. IntServ đưa ra khả năng cho các ứng dụng lựa chọn, trong nhiều khả năng các mức điều khiển dịch vụ cho các gói dữ liệu. IntServ là mô hình dịch vụ hỗ trợ QoS theo luồng. Nó yêu cầu kiến trúc phức hợp gồm phân loại, xếp hàng và định trình dọc theo một đường truyền bất kỳ từ biên đến biên. IntServ được phát triển dựa trên Best Effort Internet nhưng mở rộng cho các ứng dụng tương tác và thời gian thực. IntServ hỗ trợ cho hai lớp ứng dụng:
- Các ứng dụng thời gian thực có yêu cầu chặt chẽ về băng thông và trễ, mà người sử dụng không có được ở mạng chỉ hỗ trợ các dịch vụ nỗ lực cao nhất BE.
- Các ứng dụng truyền thống trong đó người sử dụng không phải quan tâm tới lưu lượng của những người sử dụng khác.
Cấu trúc dịch vụ tích hợp được xây dựng dựa trên hai nguyên tắc cơ bản sau đây:
- Điều khiển và hướng tới cơ chế “Điều khiển chấp nhận” trong mạng. - Đảm bảo cơ chế “Giữ trước tài nguyên”cung cấp các dịch vụ phân biệt.
Thiết lập cơ chế dự phòng:
Cơ chế thiết lập chịu trách nhiệm cho việc thiết lập và duy trì dự phòng tài nguyên dọc theo đường truyền dẫn.
Để gọi dịch vụ điều khiển QoS trong phần tử mạng, vài loại dữ liệu phải trao đổi giữa ứng dụng và những phần tử mạng: Trước tiên, thông tin tạo ra ở người gửi, mô tả lưu lượng dữ liệu ( TSpec người gửi ) của ứng dụng người gửi được thực hiện cho các phần tử mạng trung gian và người nhận. Hai là, thông tin tạo ra hoặc sửa đổi trong phần tử mạng và yêu cầu ở người nhận phải ra quyết định dự phòng, bao gồm cả dịch vụ sẵn có, trễ và ước tính băng thông, và tham số hoạt động được sử dụng bởi dịch vụ điều khiển QoS cụ thể. Thông tin được thu thập từ phần tử mạng và truyền tải hướng về người nhận được gọi là thông điệp AdSpec. Thay vì truyền tải thông tin từ mỗi nút trung gian riêng đến người nhận, gửi thông tin đại diện tóm tắt, tính toán khi nó đi qua từng hop dọc theo đường truyền. Ba là, thông tin được tạo ra từ người nhận bao gồm: dịch vụ kiểm soát QoS cần thiết cho giữ trước (đảm bảo hoặc kiểm soát tải), (b) mô tả về mức độ lưu lượng truy cập mà các tài nguyên cần được dự trữ (TSpec nhận), và (c) các tham số được yêu cầu để gọi dịch vụ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ (RSpec nhận). Những thông tin này được thực hiện từ người nhận (s) đến các yếu tố mạng trung gian, và cuối cùng, nếu đặt đã được cài đặt thành công, người gửi thông điệp gọi là FlowSpec. FlowSpec mô tả các tham số QoS của một luồng dữ liệu, và nếu tài nguyên được cấp, nó xác định dự phòng tài nguyên.
Để kết hợp một thông số kỹ thuật với một luồng dữ liệu cụ thể, FilterSpec này là bắt buộc. FilterSpec cũng như quy định cụ thể các gói dữ liệu có thể sử dụng các nguồn tài nguyên dành riêng( hình 2.2.3.1).
Hình 2.2.3.1 Định dạng yêu cầu dự phòng IntServ: FlowSpec and FilterSpec
2.2.3.2 Thành phần và nguyên tắc hoạt động của IntServ
Mô hình dịch vụ tích hợp đưa ra các điều kiện mà các phần tử mạng phải đáp ứng để đảm bảo dịch vụ. Do đó, 4 chức năng điều khiển lưu lượng ở bộ định tuyến được đưa ra:
Lập trình cho cho gói tin. Phân loại gói tin.
Điều khiển chấp nhận. Giữ trước tài nguyên.
a.Các thành phần chính trong mô hình IntServ
Hình 2.2.3.2a: Mô hình dịch vụ IntServ
Giao thức thiết lập Setup: Cho phép các máy chủ và các Router dự trữ động các tài nguyên mạng để xử lý các yêu cầu của các luồng lưu lượng riêng. RSVP.Q.2391 là một trong những giao thức đó.
Đặc tính luồng: Xác định chất lượng dịch vụ QoS sẽ cung cấp cho các luồng xác định. Luồng được định nghĩa như một luồng các gói từ nguồn tới đích có cùng yêu cầu về QoS.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Điều khiển lƣu lƣợng: Trong các thiết bị mạng (máy chủ, router chuyển mạch) có thành phần điều khiển & quản lý tài nguyên mạng cần thiết để hỗ trợ QoS theo yêu cầu. Thành phần điều khiển lưu lượng bao gồm:
Điều khiển chấp nhận: Xác định các thiết bị mạng có hỗ trợ QoS theo yêu cầu hay không.
Thiết bị phân loại (Classifier): Nhận dạng và chọn lựa lớp dịch vụ trên nội dung của một số trường nhất định trong mỗi đầu gói.
Thiết bị phân phối (Scheduler): Cung cấp các mức chất lượng dịch vụ QoS qua kênh ra của thiết bị mạng.
b. Nguyên lý hoạt động IntServ
Hình 2.2.3.2b: Kiến trúc IntServ
Nguyên lý căn bản của mô hình IntServ 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 một luồng thông tin nào khác. Nếu tài nguyên bị chiếm dụng mà không dùng thì dẫn đến hiện tượng lãng phí tài nguyên[4].
Ví dụ ta dành riêng 2Mbps cho thoại thì chỉ gói tin thoại mới có thể sử dụng nguồn tài nguyên này, mặc dù có khi không có một cuộc gọi nào qua mạng thì tài nguyên này vẫn được dành riêng và không luồng thông tin dữ liệu nào có thể chiếm dụng khoảng tài nguyên này.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/
2.2.3.3 Điều khiển dịch vụ QoS
IntServ chỉ định nghĩa hai kiểu mô hình dịch vụ. Dịch vụ bảo đảm GS cung cấp một phạm vi trễ đầu cuối chặt chẽ, dành cho lưu lượng thời gian thực không dung sai. Trong khi, dịch vụ tải có điều khiển CL hỗ trợ giới hạn trễ đầu cuối định danh, dành cho lưu lượng thời gian thực có dung sai.
a. Dịch vụ tải có điều khiển
Trong RFC2211 CL[11] được định nghĩa như sau: Dịch vụ tải được điều khiển ( Controlled load – CL)
Dịch vụ đảm bảo GS
Một ứng dụng cung cấp đặc tính lưu lượng của nó, mạng tính toán và trả về kết quả trễ đầu cuối mà nó có thể đảm bảo. Nếu trễ này nằm trong giới hạn mà ứng dụng yêu cầu, nó sẽ tiếp tục các bước để chuyển đi lưu lượng của nó và được đảm bảo rằng đường truyền sẽ phân phát các gói trong giới hạn trễ đã được tính toán. Ngược lai các ứng dụng có thể thay đổi đặc tính lưu lượng của nó và yêu cầu mạng tính toán lại trễ đầu cuối mà nó có thể đảm bảo.
RFC 2212 [11]đã định nghĩa GS như sau:
Dịch vụ được bảo đảm cung cấp một giới hạn trễ hàng đợi nhất định.
GS đảm bảo rằng dữ liệu tới đích sau một khoảng thời gian nhất định và sẽ không bị mất do tràn bộ nhớ.
GS yêu cầu đặc tính của bản thân ứng dụng về tốc độ và kích thước. Trễ đầu cuối bao gồm trễ của bản thân đường truyền và trễ hàng đợi ở các NE của mạng. Mặc dù trễ của bản thân đường truyền là không thay đổi, nhưng trễ tại hàng đợi của NE lại phụ thuộc vào các thông số token bucket do ứng dụng cung cấp. Mạng tính toán trễ trong trường hợp xấu nhất mà nó có thể đảm bảo bằng cách cộng tất cả các trễ bản chất và trễ hàng đợi của mỗi NE, dựa trên các thông số mà ứng dụng cung cấp và thành phần tải hiện đang chiếm giữ trên mạng.
GS không có gắng để giới hạn hoặc xác định trễ cực tiểu, trễ trung bình hoặc jitter định danh, mà xác định trễ trong trường hợp xấu nhất. GS phù hợp nhất với các ứng dụng thời gian thực không dung sai mà hỗ trợ các bộ đệm play-out để đối phó với jitter. Các ứng dụng cung cấp thuộc loại này có thể kể đến: Hội nghị truyền hình chất lượng cao, thanh toán tài chính thời gian thực…
2.2.3.5 Giao thức giữ trƣớc tài nguyên RSVP
Song song với việc nghiên cứu IntServ, RSVP cũng được IETF phát triển. Giao thức giữ tài nguyên (RSVP)[4] là một giao thức khi sử dụng kết hợp với IntServ thì có thể thiết lập và duy trì giữ trước tài nguyên một cách linh hoạt. Bản thân RSVP không phải là giao thức định tuyến, RSVP được thiết kế để hoạt động với giao thức định tuyến đơn hướng và đa hướng hiện tại. Giao thức RSVP được sử dụng bởi một máy trạm để yêu cầu một mức chất lượng dịch vụ từ mạng cho các dòng truyền tin của các ứng dụng.
RSVP còn được sử dụng bởi các bộ định tuyến để chuyển các yêu cầu chất lượng dịch vụ tới các nút mạng trên đường truyền dữ liệu, cũng như để thiết lập và duy trì các mức dịch vụ yêu cầu. Ứng với các yêu cầu RSVP thông thường tài nguyên sẽ được bảo lưu trên các máy trạm dọc theo đường truyền dữ liệu Các yêu
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ cầu RSVP dùng để yêu cầu tài nguyên theo một hướng. Có nghĩa là về mặt logic RSVP phân biệt phía gửi và phía nhận, mặc dù một ứng dụng có thể đồng thời là bên gửi cũng như bên nhận.
Hình 2.2.3.5a mô tả chức năng được thực hiện tại Router và Host. Phần phân loại bản tin trong mỗi thiết bị hỗ trợ RSVP sử dụng đặc tính lọc để xác định loại QoS của các gói tin đến và sau đó chọn tuyến. Mỗi nút sử dụng lập trình bản tin áp dụng các phương pháp như sắp xếp lưu lượng ở mức gói, xếp hàng theo trọng số để đạt được QoS yêu cầu.
Hình 2.2.3.5a: Các chức năng RSVP tại Host và Router
Chức năng điều khiển chấp nhận ở trong mỗi nút hỗ trợ RSVP dọc theo tuyến từ nguồn tới đích biên dịch các đặc tính dòng lưu lượng để xác định xem nút có đủ tài nguyên để hỗ trợ các luồng lưu lượng yêu cầu. Nút còn có thể thực hiện các chức năng điều khiển chính sách để kiểm tra xem một luồng lưu lượng có quyền giữ trước tài nguyên, nếu luồng lưu lượng không thỏa mãn thì một bản tin lỗi được gửi trả lại ứng dụng yêu cầu, khi đó bản tin bị loại hoặc được xử lý với độ ưu tiên thấp hơn.
a. Các đặc tính của RSVP
RSVP mang tính chất đơn công nghĩa là nó chỉ thiết lập tài nguyên cho một luồng dữ liệu trên một hướng.
RSVP là cơ chế hướng về phía nhận, nghĩa là phía nhận dữ liệu khởi tạo và duy trì trước tài nguyên sử dụng cho luồng dữ liệu đó.
RSVP duy trì các trạng thái mềm ở các bộ định tuyến cũng như các máy trạm, đem lại khả năng thích ứng cho các thay đổi thành viên nhóm và tự động thích nghi với các thay đổi về đường dẫn dữ liệu.
RSVP không phải là một giao thức định tuyến nhưng nó dựa vào các giao thức định tuyến hiện thời và tương lai.
RSVP chuyển tải và duy trì các tham số điều khiển lưu lượng và điều khiển chính sách mà không quan tâm tới giá trị của chúng.
RSVP hoạt động một cách trong suốt đối với các Router không hỗ trợ nó. RSVP hỗ trợ cho cả các giao thức IPv4 và IPv6.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ RSVP giữ trước tài nguyên cho cả các ứng dụng đơn hướng và đa hướng.
b. Hoạt động của RSVP
Hình 2.2.3.5b: Hoạt động của RSVP
RSVP là mô hình giữ trước tài nguyên khởi tạo ở bộ thu. Thủ tục báo hiệu được mô tả ở hình 2.2.3.5b Bộ gửi mô tả lưu lượng bởi đặc tả lưu lượng Tspec liên quan đến cận trên và cận dưới của băng thông, trễ. Một bản tin đường đi PATH chứa các thông tin này được gửi từ bộ phát đến bộ thu. Mỗi bộ định tuyến trung chuyển tiếp bản tin đường đi tới chặng kế tiếp bằng giao thức định tuyến. Tại bộ thu, sau khi tiếp nhận bản tin đường đi, sẽ gửi bản tin giữ trước mô tả đặc tả yêu cầu Rspec và đặc tả lọc Filter Spec ngược lại theo đường đã nhận bản tin đường đi. Đặc tả yêu cầu chỉ định loại dịch vụ. Đặc tả lọc mô tả các gói được giữ trước tài nguyên. Rspec và Filter Spec tạo thành tham số hoặc từ chối yêu cầu. Nếu yêu cầu được tiếp nhận, tài nguyên cần thiết như: băng thông và bộ đệm được cấp phát cho luồng và đặc tả luồng được lưu trữ trong bộ định tuyến tương ứng. Bộ định tuyến cuối cùng sẽ gửi bản tin xác nhận quay trở lại bộ thu. Nếu bị từ chối, lỗi sẽ được trả về bộ thu.
c. Nội dung các bản tin RSVP
Mô tả luồng: Mô tả phiên, đặc tính lưu lượng và xử lý luồng. Phần tử mô tả luồng bao gồm hai phần tử là: Đặc tính lọc (Filter spec) và đặc tính luồng dữ liệu (Flow spec).
Filter spec: Filter spec bằng cách nào đó các nút trong mạng IP có thể phân biệt được các gói ứng dụng, nghĩa là bằng cách nào các nút này có thể lọc ra các gói này từ tất cả các gói tin đi mỗi nút. Như vậy Filter spec mô tả luồng dữ liệu.
Flow spec: chỉ ra các nút trong mạng cần gì? Xử lý các luồng dữ liệu như thế nào? Một Flow spec bao hàm loại dịch vụ: Rspec, Tspec
Rspec (Reservation Specication): Đặc tính kỹ thuật giữ trước tài nguyên cùng với loại dịch vụ chỉ ra các xử lý các nút hỗ trợ cho luông dữ liệu hay nói cách khác Rspec và loại dịch vụ giải quyết các vấn đề liên quan đến QoS.
Tspec ( Trafic Specication): Đặc tính kỹ thuật lưu lượng chứa các tham số mô tả luồng dữ liệu mà ứng dụng sắp gửi.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Một yêu cầu bảo lưu RSVP về cơ bản bao gồm một đặc tính luồng cùng với một đặc tính bộ lọc. Cặp này tạo thành một mô tả luồng. Đặc tính luồng sẽ mô tả mức QoS mong muốn. Đặc tính bộ lọc cùng với một đặc tính phiên, sẽ định nghĩa tập các gói tin được nhận mức QoS định nghĩa bởi đặc tính luồng. Đặc tính luồng được sử dụng để thiết lập các tham số trên bộ lập lịch gói tin nút mạng, còn đặc tính bộ lọc được sử dụng để thiết lập các tham số ở bộ phân loại gói tin. Các gói tin thuộc về một phiên nào đó nhưng không đáp ứng các yêu cầu của các mô tả bộ lọc