Sự phát triển đột biến của yêu cầu dịch vụ trên nền IP, sự tăng trƣởng theo cấp số nhân của thuê bao Internet đã là một thực tế không còn ai có thể phủ nhận. Hiện nay, lƣu lƣợng dịch vụ lớn nhất trên các mạng đƣờng trục trên thực tế đều là từ IP. Trong công tác tiêu chuẩn hóa các loại kỹ thuật, việc bảo đảm tốt hơn cho IP đã trở thành trọng điểm của công tác nghiên cứu.
IP là giao thức chuyển tiếp gói tin và là thành phần chính của kiến trúc của mạng Internet. Trong kiến trúc này, IP đóng vai trò lớp 3. IP định nghĩa cơ cấu đánh số, cơ cấu chuyển tin, định tuyến. Gói tin IP gồm địa chỉ của bên nhận; địa chỉ là một số duy nhất trong toàn mạng và mang đầy đủ thông tin cần cho việc chuyển gói tin tới đích.
Dựa trên các bảng định tuyến, cơ cấu chuyển tin sẽ định tuyến các gói IP hƣớng tới đích. Phƣơng thức chuyển tin truyền thống là theo từng chặng một. Trong đó, mỗi nút mạng tính toán bảng định tuyến một cách độc lập. Với phƣơng thức này, yêu cầu kết quả tính toán của phần định tuyến tại tất cả các nút
29
phải nhất quán với nhau. Sự không thống nhất của kết quả sẽ dẫn tới việc chuyển gói tin sai hƣớng, điều này đồng nghĩa với việc mất gói tin [2].
Kiểu chuyển tin theo từng chặng hạn chế khả năng của mạng. Ví dụ, với phƣơng thức này, nếu các gói tin chuyển tới cùng một địa chỉ mà đi qua cùng một nút thì chúng sẽ đƣợc truyền qua cùng một tuyến tới điểm đích. Điều này khiến mạng không thể thực hiện một số chức năng khác nhƣ định tuyến theo đích, theo loại dịch vụ, v.v...Tuy nhiên, bên cạnh đó, phƣơng thức định tuyến và chuyển tin này nâng cao độ tin cậy cũng nhƣ khả năng mở rộng của mạng. Giao thức định tuyến động cho phép mạng phản ứng lại với sự cố bằng việc thay đổi tuyến khi router biết đƣợc sự thay đổi về topo mạng thông qua việc cập nhật thông tin về trạng thái kết nối (sử dụng giao thức OSPF, RIP v2). Với các phƣơng thức nhƣ CIDR (Classless Interdomain Routing), kích thƣớc của bảng chuyển tin đƣợc duy trì ở mức chấp nhận đƣợc, và do việc tính toán định tuyến đều do các nút tự thực hiện, mạng có thể đƣợc mở rộng mà không cần thực hiện bất kỳ một thay đổi nào [2][6].
Giao thức IP hoạt động theo phƣơng thức không kết nối nên không yêu cầu việc xác lập trƣớc các kết nối, vì vậy chất lƣợng dịch vụ có thể không hoàn toàn đảm bảo nhƣ những dịch vụ hoạt động theo phƣơng thức có kết nối. Để tăng cƣờng chất lƣợng dịch vụ (QoS) cho các dịch vụ thời gian thực chạy trên nền IP, ngƣời ta đã sử dụng một số công nghệ QoS trong mạng IP. Hiện nay có 3 kỹ thuật hỗ trợ QoS trong mạng IP, bao gồm:
Dịch vụ cố gắng tối đa (Best Effort).
Dịch vụ tích hợp - Integrated Services (IntServ). Dịch vụ Differentiated Services (DiffServ).
1.3.1.1 Dịch vụ cố gắng tối đa (Best Effort)
30
Đây là dịch vụ phố biến trên mạng Internet hay mạng IP nói chung. Các gói thông tin đƣợc truyền đi theo nguyên tắc “đến trƣớc đƣợc phục vụ trƣớc” mà không quan tâm đến đặc tính lƣu lƣợng của dịch vụ là gì. Điều này dẫn đến rất khó hỗ trợ các dịch vụ đòi hỏi độ trễ thấp nhƣ các dịch vụ thời gian thực hay video. Cho đến thời điểm này, đa phần các dịch vụ đƣợc cung cấp bởi mạng Internet vẫn sử dụng nguyên tắc Best Effort này.
1.3.1.2 Dịch vụ tích hợp - Integrated Services (IntServ):
Nguyên lý căn bản của mô hình InServ là dành riêng tài nguyên mạng
(băng thông, độ trễ…) cho từng luồng thông tin xuyên suốt từ nguồn đến đích (hình 1.7). Tài nguyên này đƣợc chiếm dụng và không đƣợc tận dụng cho bất kỳ một luồng thông tin nào. Nếu tài nguyên bị chiếm dụng mà không dùng thì hiện tƣợng lãng phí tài nguyên sẽ xảy ra.
Một đặc điểm nữa của mô hình InServ là đảm bảo chất lƣợng dịch vụ theo luồng (flow). Một luồng đƣợc xác định bởi các tham số nhƣ: địa chỉ IP nguồn, IP đích, cổng nguồn, cổng đích….InServ sử dụng giao thức để báo hiệu. Khi một luồng đƣợc thiết lập thì tƣơng ứng với 1 phiên RSVP đƣợc thiết lập, điều này dẫn đến một hạn chế là: đối với mạng có lƣu lƣợng cao nhƣ mạng ISP hoặc các tổ chức doanh nghiệp lớn thì số lƣợng luồng có thể lên đến hàng trăm ngàn luồng trong một thời điểm và dẫn đến hiện tƣợng lãng phí tài nguyên do bandwidth sử dụng để thiết lập kênh RSVP lên rất nhiều (RSVP không phải là luồng thoại mà chỉ là thông tin điều khiển, báo hiệu) [15].
Hình 1.7: Mô hình kiến trúc dịch vụ tích hợp – IntServ
Các mức chất lƣợng dịch vụ cung cấp bởi IntServ gồm:
Dịch vụ đảm bảo GS: băng tần dành riêng, trễ có giới hạn và không bị
31
cung cấp thuộc loại này có thể kể đến: hội nghị truyền hình chất lƣợng cao, thanh toán tài chính thời gian thực,…
Dịch vụ kiểm soát tải (Control Load Service): không đảm bảo về băng
tần hay trễ, nhƣng khác với best effort ở điểm không giảm chất lƣợng một cách đáng kể khi tải mạng tăng lên. Dịch vụ này phù hợp cho các ứng dụng không nhạy cảm lắm với độ trễ hay mất gói nhƣ truyền hình multicast audio/video chất lƣợng trung bình.
1.3.1.3 Differentiated Services (DiffServ):
Việc đƣa ra mô hình IntServ có vẻ nhƣ giải quyết đƣợc nhiều vấn đề liên quan đến QoS trong mạng IP. Tuy nhiên trong thực tế mô hình này đã không đảm bảo đƣợc QoS xuyên suốt (end to end). Đã có nhiều cố gắng nhằm thay đổi điều này nhằm đạt một mức QoS cao hơn cho mạng IP, và một trong những cố gắng đó là sự ra đời của DiffServ. Diffserv sử dụng việc đánh dấu gói và xếp hàng theo loại để hỗ trợ dịch vụ ƣu tiên qua mạng IP. Hiện tại IETF đã có một nhóm làm việc DiffServ để đƣa ra các tiêu chuẩn RFC về DiffServ. Thay vì thực hiện chất lƣợng dịch vụ xuyên suốt và thống nhất trên cả đƣờng truyền nhƣ mô hình InServ, mô hình DiffServ thực hiện chất lƣợng dịch vụ riêng lẽ trên từng Router, với cách thực hiện nhƣ vậy mô hình DiffServ không cần phải tiến hành báo hiệu theo từng luồng nên tiết kiệm băng thông và có khả năng mở rộng lớn [3][15].
Nguyên tắc cơ bản của Diffserv nhƣ sau:
Định nghĩa một số lƣợng nhỏ các lớp dịch vụ hay mức ƣu tiên. Một lớp dịch vụ có thể liên quan đến đặc tính lƣu lƣợng (băng tần min-max) Phân loại và đánh dấu các gói riêng biệt tại biên của mạng vào các lớp
dịch vụ.
Các thiết bị chuyển mạch, Router trong mạng lõi sẽ phục vụ các gói theo nội dung của các bit đã đƣợc đánh dấu trong mào đầu của gói.
32
Hình 1.8: Mô hình Diffserv hỗ trợ QoS
Để đảm bảo QoS tốt nhất cho mạng IP, một giải pháp tốt là sử dụng IntServ cho mạng truy nhập và DiffServ cho mạng lõi. Bởi vì, trong mô hình IntServ (flow driven; QoS trên cơ sở mỗi luồng) không khả thi đối với mạng lõi do gánh nặng duy trì thông tin trạng thái cho mỗi luồng là quá lớn. Trong khi đó mô hình DiffServ không đáp ứng tốt trong mạng truy nhập.
Ƣu nhực điểm của công nghệ chuyển mạch IP: - Dễ dàng thực hiện.
- Bảng định tuyến lớn, cồng kềnh và tƣơng đối phức tạp - Các gói tin đƣợc cƣ xử nhƣ nhau trong mạng (best effort).
- Giao thức IP đƣợc thiết kế một cách tin cậy để truyền gói tin đến đích nhƣng lại không xem xét đến thời gian truyền.
- Thực tế IP là một giao thức theo kiểu phi kết nối (các gói tin không đƣợc truyền qua mạng trên một đƣờng xác định)
Tóm lại, IP là một giao thức chuyển mạch gói có độ tin cậy và khả năng mở rộng cao. Tuy nhiên, việc điều khiển lƣu lƣợng rất khó thực hiện do phƣơng
33
thức định tuyến theo từng chặng. Ngoài ra, IP cũng không hỗ trợ chất lƣợng dịch vụ.