Hầu hết các nhà quan sát Internet sẽ đồng ý rằng một trong các cách sau sẽ trở thành phương pháp được chấp nhận để thêm QoS vào mạng IP. Tuy nhiên, hiện nay không có phương pháp nào nổi trội rõ ràng và chúng cũng luôn thay đổi theo thời gian. Danh sách này không có ý định đề cập tới tất cả các khía cạnh mà chỉ nêu đại diện cho các cách tiếp cận đã được thí nghiệm hay đề xuất trong những năm gần đâỵ
a) Tốc độ truy nhập cam kết (CAR)
Phương pháp này là một chức năng của “bộ định tuyến chuyển mạch ”của Ciscọ Cách tiếp cận đặc trưng của nhà cung cấp thiết bị được đưa ra ở đây không có nhiều giới hạn như cảm giác đầu tiên, bởi phần lớn các bộ định tuyến trên mạng đều của Ciscọ Tuy nhiên không phải bộ định tuyến nào của Cisco cũng có thể chạy được CAR. CAR giới hạn băng thông sử dụng trên một liên kết cho bất kì một ứng dụng nàọ Th o đó, trên một liên kết 15-Mb/s, CAR có thể giới hạn truy cập Web vào 50%
của lượng này, để 50% cho các ứng dụng khác ví dụ như thoạị CAR không thêm QoS nhiều như giới hạn cạnh tranh cho băng thông . CAR có thể được bổ sung vào một bộ định tuyến truy nhập và cải thiện đáng kể hoạt động của mạng thậm chí ngay cả trong trường hợp các bộ định tuyến khác không biết chút gì về hoạt động của CAR.
b) Xếp hàng trên cơ sở lớp (CBQ)
Phương pháp này được đề xuất bởi Network Research Group tại Lawrence Berkeley National Laboratorỵ Vì thế mọi người được tự do thực hiện công nghệ quản lý lưu lượng nàỵ CBQ nằm ở lớp 3 của bộ định tuyến kết nối truy nhập của mạng LAN và mạng WAN. CBQ chia lưu lượng của tất cả người sử dụng ra thành các loại và ấn định băng thông cho từng loạị Các lớp có thể là các luồng riêng biệt các gói tin hay đại diện cho một loại tổng thể của ứng dụng, người sử dụng, hay máy chủ. Bản thân các lớp có thể được xác định bằng cách kết hợp địa chỉ IP, các giao thức như TCP hay UDP và các tổng thể đại diện cho các ứng dụng như truyền tập tin, truy nhập W b…CBQ có thể làm giảm bớt hiệu ứng cổ chai giữa LAN và WAN, điều này rất linh động và không yêu cầu những thay đổi lớn đối với hạ tầng mạng Internet.
c) Lớp dịch vụ (CoS)
Lớp dịch vụ có ý nghĩa là một nhóm cuả một hay nhiều giá trị các tham số QoS đại diện cho một loại ứng dụng chọn vẹn. Tuy nhiên CoS cũng là một khái niệm LAN mới được định nghĩa trong tiêu chuẩn IEEE 802. 1p. Tiêu chuẩn này được sử dụng để tạo ra các mạng LAN ảo (VLANs) có thể mở rộng các vùng kết nối trong một WAN song lại hoạt động như một mạng LAN đơn lẻ. CoS sử dụng 3 bit trong phần tiêu đề của một khung LAN. Các mức CoS có thể ánh xạ vào các mức loại dịch vụ (ToS) của IP hay được hỗ trợ trong các bộ định tuyến với một số cơ chế khác .
d) Các dịch vụ phân biệt (DiffServ)
Các dịch vụ này gắn bó chặt chẽ với VoIP và điện thoại Int rn t. DiffS rv định nghĩa lại 6 trong số 8 bit trong trường ToS của phần mào đầu trong gói IP cho phép các bit ToS được sử dụng để phân biệt các ứng dụng . 6 bit này tổ hợp ra 64 lớp dịch vụ, nó đại diện cho các loại ứng dụng khác nhau và sẽ được chuẩn hoá giữa tất cả các ISP và các bộ định tuyến . Chuẩn DiffServ rất hấp dẫn nhưng tất nhiên là các bộ định tuyến phải hiểu và tuân theo các loại QoS của DiffServ. DiffServ không có các bảo đảm thực hiện QoS hoàn toàn. Ví dụ, DiffServ tốt nhất có thể làm cho VoIP là đảm bảo các gói thoại được xếp hang đầu tiên tới cổng rạ
e) Quyền ưu tiên IP
IP Precendence sử dụng 3 bit trong trường ToS của tiêu đề gói tin IP để chỉ thị loại dịch vụ của mỗi góị Có thể chia lưu lượng trong mạng thành 6 lớp dịch vụ (hai lớp còn lại được dành riêng cho mạng sử dụng ). Các kỹ thuật xếp hàng trong toàn bộ mạng có thể sử dụng báo hiệu này để thực hiện việc xử lý phù hợp cho từng loại góị
Data
3 bit Bbyte ToS
Hình 1. 8. IP Precendence
IP Header
Quyền ưu tiên IP cho phép 3 bit trong trường ToS của phần mào đầu IP được đặt với giá trị từ 0 tới 7. Khoảng này xác định quyền ưu tiên cao nhất. Th o đó, ISP tiếp theo có thể xử lý gói với quyền ưu tiên đã được cho biết. Phưong pháp này xung đột với phưong pháp DiffS rv do trường ToS khác nhau và đòi hỏi tất cả các ISP phải hiểu cách sử dụng các bit nàỵ Một trong những vấn đề với QoS trên Int rn t là thường xuyên có nhiều ISP chỉ quan tâm đến truyền gói IP từ nơi này đến nơi khác . Một ISP thường không có một chút ý niệm nào rằng lưu lượng nào là quan trọng khi nó đến từ một ISP khác
f) Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS
Phương pháp này cũng là một chuẩn của IETF nhưng nó có thể hoạt động dễ dàng với cách tiếp cận DiffS rv. DiffS rv đặt ra một cơ chế để nhận biết CoS của IP nhưng để lại một khoảng hoạt động cho nhà cung cấp dịch vụ. MPLS cung cấp một cơ chế như vậy bằng cách yêu cầu các bộ định tuyến trở thành các bộ chuyển mạch lớp 3. Có nhiều cách để biến đổi một bộ định tuyến thành một bộ chuyển mạch lớp 3, và một cách trong số đó là gắn bộ định tuyến vào một mạng ATM và biến đổi một cách hiệu quả bộ định tuyến thành chuyển mạch ATM. Trên cơ sở một phương pháp của Cisco gọi là chuyển mạch cờ, MPLS đòi hỏi các ISP xây dựng một cơ sở hạ tầng MPLS mới để xử lý các nhãn và do đó giữ được tất cả các đặc trưng của một bộ định tuyến IP và một bộ chuyển mạch ATM trên một thiết bị. MPLS sẽ giải quyết được vấn đề riêng tư và khả năng mở rộng cũng như sử dụng kênh ảo (ATM là một mạng kênh ảo) và các bộ xử lý góị
g) Xếp hàng theo VC.
Các bộ định tuyến thường được kết nối bởi các mạng kênh ảo (VC) như là Fram Relay hay ATM. Nhiều nhà cung cấp thiết bị chuyển mạch Frame Relay và ATM sử dụng một bộ đệm đầu ra đơn cho tất cả lưu lượng cho cùng một cổng rạ Xếp hàng theo VC sử dụng các bộ đệm riêng cho các kênh ảọ Mỗi bộ đệm có thể được cấp cho một mức ưu tiên, do đó các kênh ảo thoại, ví dụ, có thể có được quyền ưu tiên hơn các kênh ảo mang dữ liệụ Phương pháp này không thiết lập một quan hệ chắc chắn giữa các lưu lượng IP và bản thân các số lượng kênh ảo, do đó mức ưu tiên lưu lượng cần được xác định bởi các cơ chế khác.
Đây là một khái niệm đã được đề cập trong một khoảng thời gian và cũng được xây dựng thành các giao thức định tuyến như OSPF. Người quản lý mạng phải quyết định chọn lựa một hoặc nhiều chính sách để áp dụng khi các bộ định tuyến xây dựng các bảng định tuyến cho chúng. Lấy một ví dụ, bảo mật có thể là một chính sách định tuyến có thể được sử dụng để chỉ dẫn bộ định tuyến chọn tuyến đường bảo mật nhất đầu tiên (ví dụ như là liên kết có sử dụng mã hoá) và đặt tuyến đường ít bảo mật nhất làm lựa chọn cuối cùng (như các liên kết trên viba hay các phương tiện quảng bá khác). Mỗi một chính sách yêu cầu một bảng định tuyến riêng và được duy trì bởi mỗi bộ định tuyến . Thường thì trường ToS trong phần mào đầu IP được sử dụng để quyết định bảng định tuyến được dùng cho mỗi gói cụ thể. Để có hiệu quả các chính sách phải được ứng dụng cho phù hợp trên tất cả các bộ định tuyến và sử dụng cùng một nguyên tắc.
i) Các hàng QoS.
Cũng đươc gọi là các hàng lớp dịch vụ (CoS Qu u s), th o phương pháp này các nhà cung cấp bộ định tuyến và bộ chuyển mạch thiết lập một số lượng nhỏ các hàng đợi cho mỗi cổng ra và chia lưu lượng ra vào những hàng đợi trên cơ sở QoS cần thiết. Đây là một loại “Xếp hàng theo VC không có các VC”. Không có VC để xác định QoS cần thiết, QoS yêu cầu phải được đặt cho một luồng gói cá biệt bằng một cơ chế khác, ví dụ dùng trường ToS. ToS này có thể được sử dụng để ánh xạ gói vào một lớp QoS của một hạ tầng cơ sở mạng ở dướị Các bộ chuyển mạch ATM thường có 4 hàng đợi cho lưu lượng ra, nhưng cấp độ của những hàng đợi QoS dành cho chuyển giao gói IP này thuộc về tiện ích bị giới hạn, bởi vì tất cả các gói IP có xu hướng rơi vào cùng một loại QoS của ATM.
k) Loại bỏ sớm ngẫu nhiên RED
Phương pháp này dựa trên nguyên tắc xác suất chỉ dẫn một bộ định tuyến bắt đầu bỏ qua gói tin khi vượt quá ngưỡng xếp hàng đã được thiết lập trước. Ví dụ, một bộ định tuyến RED có thể bắt đầu ngẫu nhiên bỏ qua các gói khi một bộ đệm ra đạt đến 80% dung lượng. Mục đích là ngăn chặn tràn bộ đệm và khả năng bị mất nhiều gói có mức ưu tiên cao của cùng một nguồn. Th o đó, khi bắt đầu nghẽn, thay vì khả năng bị mất nhiều gói thoại, một bộ định tuyến RED cố gắng làm mất một vài gói từ nhiều nguồn khác nhau, và chúng có thể có mức ưu tiên thấp hơn. RED có thể kết hợp với nhiều phưong pháp khác và không cần bắt buộc phải được sử dụng trên tất cả các bộ định tuyến mới mang lại hiệu quả.
l) Giao thức dự trữ tài nguyên (RSVP)
RSVP là giao thức báo hiệu được phát triển bởi IETF. Mục đích của RSVP là cung cấp một cơ chế để các ứng dụng yêu cầu được đảm bảo chất lượng dịch vụ khi truyền thông tin qua mạng. Nhiệm vụ cơ bản của RSVP là thiết lập và duy trì sự dành tài nguyên áp dụng cho một luồng gói cụ thể trên một đường xác định qua các router. RSVP định nghĩa cho các luồng gói th o địa chỉ IP và địa chỉ cổng lớp 4. Mỗi luồng có một bản miêu tả luồng (flow descriptor) bao gồm những thông tin về QoS mà luồng
đó cần. Khi cần dành tài nguyên trên một lộ trình từ nguồn tới đích thì một phiên RSVP được thiết lập. Vì RSVP hoạt động đơn công nên muốn quá trình diễn ra theo hai chiều thì phải mở hai phiên RSVP trên mỗi trạm. Điểm khác với các giao thức khác ở RSVP bên thu như sau:
Bên phát gửi đi một bản tin đường đi (path m ssag ) th o một lộ trình qua các router tới bên thụ RSVP sử dụng các thông tin trong bảng định tuyến của các rout r để chuyển bản tin. Khi path m ssag đi qua một rout r, rout r đó sẽ lưu giữ lại địa chỉ IP của trạm trước đó đồng thời chuẩn bị quá trình dành trước tài nguyên. Khi bản tin đường đi đã tới đích, bên thu biết được khả năng cung cấp chất lượng dịch vụ của bên phát cũng như của các router dọc th o đường đi và các đặc điểm của luồng mà nó sẽ nhận.
Hình 1.9. Quá trình gửi path message
Nếu bên thu muốn dành riêng QoS cho luồng này, nó sẽ gửi một bản tin dành sẵn (reservation message-viết tắt là r sv m ssag ) ngược lại th o đường cũ qua các rout r tới bên phát và thiết lập sự dành tài nguyên trong mỗi router. Bản tin chứa QoS được yêu cầu cho luồng góị Khi nhận được resv message tại mỗi nút diễn ra hai hành động:
+ Dành trước chất lượng dịch vụ trên tuyến liên kết. + Chuyển bản tin dành riêng (resv message) tới trạm saụ
Một vài năm trước RSVP là phương pháp dẫn đầu để bổ sung QoS vào mạng IP. Một máy chủ IP hỗ trợ RSVP có thể yêu cầu rất rõ ràng các tham số QoS (64kb/s, 100ms trễ ổn định…) từ mạng, và các bộ định tuyến RSVP có thể cung cấp QoS cần thiết.Vì thế, các yêu cầu RSVP thay đổi không những trong các bộ định tuyến mà còn trong tất cả các máy chủ, không giống như hầu hết các phưong pháp QoS khác chỉ cung cấp trong bộ định tuyến . RSVP thực sự dự trữ trước tài nguyên được yêu cầu, do đó, ví dụ một liên kết 1, 5Mb/s có thể cung cấp tới 24 yêu cầu 64kb/s và không hơn. Trong RSVP thưòng bên nhận (chủ) là thiết bị yêu cầu QoS, chứ không phải là bên gửi (khách). Không có cơ chế nào làm cho máy chủ trả lại tài nguyên cho mạng trong bất
kỳ khe thời gian nào, điều này gây ra khó khăn khi đặt tỷ lệ RSVP vào một môi trường có hàng ngàn máy chủ đang cần băng thông . Hầu hết những điểm quan trọng của RSVP đã được chuyển vào DiffServ .
m) Trường dịch vụ(ToS).
Tiêu đề IP chứa trường 8 bit gọi là trường dịch vụ được sử dụng để ra mức ưu tiên của gói trong một vài phạm vi QoS . Các nhà cung cấp bộ định tuyến thường bỏ qua ToS bởi vì phần mềm thực hiện trên máy chủ IP không bao giờ thực sự cài đặt các bit nàỵ Ip luôn là “nỗ lực tối đa”, cho đến khi một số nhà sản xuất bắt đầu sử dụng trường này cho mục đích của riêng họ. Trường dịch vụ đã được định nghĩa trong DiffServ .
n) Định hình lưu lượng (Traffic Shaping)
Có nhiều bộ định tuyến IP được liên kết với nhau bằng Frame Relay và/hoặc ATM. Với ATM, các gói tin IP đi vào mạng ATM được định hình tại thiết bị truy nhập để ngăn chặn một sự bùng nổ lưu lượng do nghẽn mạng xương sống. Định hình bao gồm chấp nhận bung nổ từ thiết bị vào, đệm lưu lượng, và sau đó “san bằng ” lưu lượng ra theo kiểu là phân bố bùng nổ trong một khoảng thời gian dài, khoảng thời gian được đặt trên cơ sở các thông số cấu hình. Bùng nổ lưu lượng quá một giới hạn nhất định sẽ bị bỏ qua, và các giá trị giới hạn vào này cũng dựa trên cấu hình. Trong mạng Fram R lay, định hình lưu lượng là một phần của khái niệm tỷ lệ thông tin cam kết (CIR: Committed Information Rate) và tỷ lệ thông tin vượt quá (EIR: Excess Information Rate).
o) Xếp hàng hợp lý theo trọng số (WFQ)
Phương pháp này cũng có thể kết hợp với các công nghệ khác và thường được đề cập đến trong các thảo luận về MPLS. WFQ gắn vào băng thông một ứng dụng nhận trên một liên kết đầu rạ Mỗi luồng gói tin mà WFQ gắn vào được đệm riêng biệt và nhận băng thông biến đổi trên nền tảng trọng số. Ví dụ 100 gói dữ liệu và 100 gói thoại có thể đến tại hai cổng trong cùng một khe thời gian và được xếp hàng vào cùng một cổng rạ Thông thường, các gói sẽ được xếp hàng cùng nhau và được đưa ra liên tiếp mà không quan tâm tới mức ưu tiên . Tuy nhiên, WFQ sẽ xuất các gói thoại trước và sau đó là các gói dữ liệu . Phương pháp xếp hàng này là trọng thiên vị các gói thoại nhưng vẫn hợp lý bởi vì 100 gói dữ liệu vẫn được gửi đi trước bất kì một gói thoại tiếp theo nàọ
p) Quản lý băng thông mạng con (SBM)
QoS chắc chắn chỉ tốt như các kết nối yếu nhất của nó. QoS “chuỗi” là xuyên suốt giữa bên gửi và bên nhận, điều này có nghĩa là mỗi router phải tự cung cấp kĩ thuật QoS để sử dụng . QoS “chuỗi” từ đầu tới cuối cũng là một vấn đề cần quan tâm ở hai khía cạnh:
* Các host gửi và nhận:cung cấp QoS cho các ứng dụng
* Mạng LAN:cho phép QoS xử lý các khung có độ ưu tiên cao khi chúng đi qua các mạng đa phương tiện (từ host tới host, host tới router, router tới router)
SBM bao gồm:
BA (Bandwidth Allocation) - Bộ phân phối băng thông: duy trì trạng thái về sự phân phối tài nguyên ở mạng con và nhà quản lý thực hiện điều khiển theo nguồn tài