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 của phiên đó sẽ được xử lý theo phương thức tốt nhất có thể Best Effort.
Đặc tính luồng trong một yêu cầu bảo lưu tài nguyên sẽ thông thường bao gồm một mức dịch vụ và hai bộ tham số: Rspec định nghĩa QoS mong muốn, và Tspec mô tả luồng dữ liệu. Cấu trúc của đặc tính bộ lọc phụ thuộc vào chúng ta sử dụng IPv4 hay IPv6. Nói chung các đặc tính bộ lọc có thể lựa chọn các tập con nào đó của các gói tin trong một phiên. Các tập con như vậy có thể định nghĩa dựa vào phần tử gửi tin, dựa vào các giao thức ở mức cao hơn hoặc cũng có thể dựa vào một trường hợp nào đó trong mỗi phần tiêu đề cho giao thức của mỗi gói tin.
Tuy nhiên để đơn giản hóa RSVP và tránh không xâm phạm các giao thức của tầng khác, cho tới hiện tại đặc tính bộ lọc của RSVP chỉ hỗ trợ lọc gói tin dựa trên địa chỉ IP và địa chỉ cổng của phần tử gửi tin. Các thông điệp RSVP mang thông tin yêu cầu bảo lưu tài nguyên sẽ được phát sinh từ phía nhận và được truyền ngược lại về phía gửi tin. Bởi lẽ địa chỉ cổng trong UDP/TCP được sử dụng trong phân loại gói tin, mỗi bộ phận định tuyến sẽ phải kiểm tra trường dữ liệu này. Từ đó nảy sinh các vấn đề:
Phải tránh hiện tượng phân mảnh IP của luồng dữ liệu mà chúng ta cần phải thiết lập bảo lưu tài nguyên.
Vì lý do bảo mật, ở mức IP (cả IPv4 và IPv6) toàn bộ phần tiêu đề của giao thức giao vận có thể được mã hóa và như vậy sẽ che dấu thông tin về địa chỉ cổng đối với bộ định tuyến.
Các thông điệp RSVP mang thông tin yêu cầu bảo lưu tài nguyên sẽ được phát sinh từ phía nhận và được truyền ngược lại về phía gửi. Ở mỗi nút mạng cụ thể, một yêu cầu bảo lưu sẽ dẫn tới các hành động sau:
Thiết lập bảo lƣu tài nguyên
Tiến trình RSVP trên nút mạng sẽ chuyển yêu cầu này cho bộ phận điều khiển phân quyền và điều khiển chính sách. Nếu như có một lỗi nào đó trong quá trình kiểm tra ở hai bộ phận này, sự yêu cầu bảo lưu sẽ bị hệ thống từ chối và quá trình RSVP sẽ trả về một thông điệp báo lỗi cho phía nhận tin. Nếu như quá trình kiểm tra ở cả hai bộ phận được định nghĩa bởi đặc tính lọc và nó sẽ tương tác với giao thức ở tầng liên kết dữ liệu để có được mức QoS mong muốn được định nghĩa trong đặc tính luồng. Sự đáp ứng các yêu cầu RSVP QoS phụ thuộc vào kỹ thuật cụ thể ở tầng liên kết dữ liệu trên mỗi giao diện. Chẳng hạn trên một đường truyền thông riêng đơn giản mức QoS mong muốn sẽ có được nhờ vào bộ phận phân loại gói tin ở phần điều khiển liên kết dữ liệu. Nếu như kỹ thuật của tầng liên kết dữ liệu có cơ chế quản lý QoS của riêng nó, RSVP sẽ phải thương lượng với tầng liên kết có được
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ mức QoS yêu cầu. Ở đây chúng ta cần phải lưu ý một vấn đề các hoạt động để quản lý QoS sẽ diễn ra ở nơi mà dữ liệu sẽ đi vào thiết bị ở tầng liên kết dữ liệu.
Chuyển tiếp yêu cầu về phía truyền dữ liệu
Một yêu cầu thiết lập bảo lưu tài nguyên sẽ được phát tán về phía phần tử gửi tin tương ứng. Tập các máy trạm gửi tin mà một yêu cầu thiết lập bảo lưu tài nguyên cụ thể sẽ được chuyển tới được gọi là phạm vi của yêu cầu đó. Một yêu cầu bảo lưu tài nguyên mà nút mạng chuyển tiếp đi về phía gửi tin có thể không giống như yêu cầu mà một nút mạng đó nhận được từ phía nhận tin bởi hai lý do: Cơ chế điều khiển tải có thể thay đổi đặc tính luồng trên từng nút. Quan trọng hơn, các yêu cầu bảo lưu từ các nhánh khác nhau trong một Multicast ứng với một phần tử gửi phải được hợp lại khi các yêu cầu này được chuyển tiếp về phía phần tử gửi tin.
Khi một phần tử nhận tin phát ra một yêu cầu bảo lưu, nó còn có thể yêu cầu nhận được một thông điệp xác nhận khi mà yêu cầu bảo lưu của nó đã được hệ thống mạng chấp nhận và xử lý. Một yêu cầu bảo lưu sẽ được phát tán dọc theo đường dẫn tin về phía các máy gửi tin cho tới khi nó tới một điểm mà đã tồn tại sự bảo lưu bằng hoặc lớn hơn mức tài nguyên được yêu cầu. Ở điểm này yêu cầu bảo lưu tới được hợp lại với mức bảo lưu sẵn có và không cần phải chuyển tiếp nữa, và nút mạng này có thể gửi một thông điệp xác nhận về cho phía nhận tin. Và ở đây chúng ta cần phải ghi nhớ rằng việc nhận được thông điệp xác nhận chỉ có ý nghĩa là có nhiều khả năng chứ không phải chắc chắn mức dịch vụ yêu cầu đã được thiết lập trên toàn bộ đường dẫn về phía gửi tin. Một yêu cầu bảo lưu bao gồm một tập các tuỳ chọn và tổng hợp các tùy chọn này sẽ gọi là một kiểu bảo lưu.
Selection Distinct Shared
Explicit Fixed-Fillter Shared – Explicit Wildcard None defined Wildcard - Fillter
Bảng2.2.3.5a: Các kiểu và thuộc tính bảo lưu
Chúng ta có các kiểu bảo lƣu
Kiểu WF (Wildcard – Filter)
Kiểu WF nói lên các tùy chọn như sau: Sẽ có một sự bảo lưu được các phần tử lựa chọn chia sẻ và sự lựa chọn các phần tử gửi tin sẽ là tất cả các phần tử gửi tin trong cùng một phiên. Như vậy một bảo lưu tài nguyên theo kiểu WF có nghĩa là chỉ có một bảo lưu tài nguyên được chia sẻ cho tất cả các luồng tin từ các phần tử gửi tin. Bảo lưu này có thể được liên tưởng như một đường ống được dùng chung và dung tích ống bằng với yêu cầu bảo lưu của phần tử nhận tin yêu cầu bảo lưu nhiều nhất, không phụ thuộc vào số lượng phần tử gửi tin đang sử dụng nó. Ở đây sự bảo lưu sẽ được chuyển tới tất cả các máy trạm gửi tin và nó sẽ tự động được gán cho phần tử gửi tin mới nếu nó xuất hiện trong phiên làm việc.
● Kiểu FF (Fixed – Filter)
Kiểu FF nói lên các tùy chọn như sau: Sẽ có danh sách tường minh các phần tử gửi tin được lựa chọn và mỗi phần tử này sẽ có sự bảo lưu tài nguyên riêng cho nó. Như vậy, một sự bảo lưu tài nguyên theo kiểu FF được tạo ra là một bảo lưu riêng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ biệt cho các gói tin từ một phần tử gửi tin cụ thể và không bị chia sẻ với các gói tin của các phần tử gửi tin khác trong cùng một phiên.
Kiểu SE (Shared – Explicit)
Kiểu SE nói lên các tùy chọn như sau: Một bảo lưu sẽ được chia sẻ cho một danh sách tường minh các phần tử gửi tin được lựa chọn. Không giống như kiểu WF, kiểu SE cho phép các phần tử nhận tin lựa chọn cụ thể các phần tử nhận tin được lựa chọn. Chia sẻ bảo lưu tài nguyên như trong trường hợp WF và SE là thích hợp cho những ứng dụng Multicast trong đó nhiều nguồn tin rất có thể sẽ không truyền tin cùng một lúc. Mặt khác, bảo lưu theo kiểu FF trong đó mỗi luồng tin từ một phần tử gửi tin sẽ có sự bảo lưu tài nguyên riêng biệt của nó thích hợp cho tín hiệu video.
e. Các kỹ thuật sử dụng trong RSVP Thuật toán gầu thẻ IP
Giao thức RSVP sử dụng thuật toán gầu thẻ để mô tả các tham số lưu lượng ứng với một luồng lưu lượng gói IP. Gầu thẻ bài sử dụng hai tham số: Tốc độ trung bình r và độ sâu gầu b. Tốc độ r là số byte của gói IP/giây mà gầu thẻ bài cho phép, giá trị r tối đa có thể là 40Tb/s, b có giá trị từ 1 đến 250GB.
Hình 2.2.3.5c: Hoạt động của thuật toán gầu thẻ IP
Gói tin đến tuân thủ đặc tính gầu thẻ nếu số thẻ trong gầu bằng hoặc lớn hơn chiều dài các gói tin L. Thông thường thuật toán sẽ xóa số thẻ nếu chiều dài gói tin đến bằng hoặc nhỏ hơn chiều dài số thẻ bài và ngược lại. Mạng chỉ đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS cho các gói tin tuân thủ bởi vì tài nguyên đã được ấn định dựa trên các tham số lưu lượng. Tác dụng của thuật toán này là lượng dữ liệu D (T) gửi cho khoảng thời gian T thỏa mãn bất phương trình:
D(T)≤ r*T+b
Đặc tính lưu lượng RSVP sử dụng các đặc tính gầu thẻ và bổ sung thêm 3 tham số : Đơn vị kiểm soát kích thước gói tin tối thiểu m, kích thước gói tin tối đa M và tốc độ đỉnh p. Các tham số kích thước gói m và M bao gồm dữ liệu ứng dụng và tất cả các tiền tố giao thức, ngoại trừ kích thước tiền tố lớp liên kết.
Đơn vị kiểm soát tối thiểu yêu cầu thiết bị thuật toán xóa ít nhất m byte thẻ cho mỗi gói tuân thủ, tham số m cũng cho phép thiết bị tính tốc độ xử lý gói đỉnh là b/m. Kích thước gói tối đa M xác định kích thước gói tối đa cho phép của gói tin tuân thủ.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Hình 2.2.3.5d minh họa sơ lược lưu đồ thuật toán gầu thẻ bài với tham số r