Tại mỗi nút mạng, các thực thể có vài (hoặc tất cả) các phân chức năng nhƣ mô tả trong hình vẽ 3.2.
Hình 3.2: Mô hình chức năng của QoS
Mô hình chức năng QoS gồm 3 mặt phẳng: mặt phẳng điều khiển (Control plane), mặt phẳng dữ liệu (Data plane), mặt phẳng quản lý (Management plane)
Mặt phẳng điều khiển: Mặt phẳng này chứa đựng các cơ chế liên quan đến thiết lập, cấp phát tài nguyên, giám sát các tuyến đƣờng truyền cho dữ liệu khách hàng. Mặt phẳng điều khiển gồm 3 khối chức năng cơ bản: Điều khiển quản trị (Admission control), Định tuyến QoS (QoS routing) và Dành trƣớc tài nguyên (Resource reservation):
Hình 3.3: Lưu đồ xử lý về QoS trong mặt phẳng điều khiển
o Yêu cầu truyền dữ liệu (hình 3.3) đƣợc kích hoạt bởi các ứng dụng (ví dụ 1 cuộc gọi Video phone). Trƣớc tiên yêu cầu này sẽ đƣợc ánh xạ sang lớp dịch vụ để xác lập cấp bậc dịch vụ (Class of Service - CoS) và đƣợc kiểm tra về tính hợp lệ của yêu cầu thông qua việc xác thực (Admission control)
o Nếu yêu cầu đƣợc chấp nhận, quá trình định tuyến (Routing) đƣợc tiến hành, nút mạng sẽ phải tính toán đƣờng đi phù hợp với yêu cầu của dịch vụ. Khác với các dịch vụ “cố gắng tối đa” (best effort), các dịch vụ thời gian thực rất nhạy cảm với trễ, rung pha… do vậy không thể sử dụng định tuyến best-effort nhƣ trên mạng IP hiện nay mà cần đến định tuyến QoS - định tuyến trên cơ sở các ràng buộc QoS
o Sau quá trình định tuyến QoS là việc dành trƣớc tài nguyên cho luồng dữ liệu khách hàng, kích hoạt các cơ chế của mặt phẳng dữ liệu
Mặt phẳng dữ liệu: Mặt phẳng dữ liệu chứa đựng các cơ chế liên quan trực tiếp đến luồng dữ liệu khách hàng, những cơ chế ở đây bao gồm: Quản lý bộ đệm (buffer management), điều khiển tắc nghẽn (congestion control), packet marking, xếp hàng (queuing), đánh lịch (scheduling), phân lớp dữ liệu (traffic classifiction), chính sách lƣu lƣợng (traffic policing) và traffic shaping:
o Quản lý bộ đệm (hoặc hàng đợi): chức năng này xử lý việc đợi phát, lƣu gói hoặc huỷ gói tin. Mục tiêu chính của việc quản lý hàng đợi là giảm thiểu các không gian cần cho hàng đợi cũng nhƣ phòng ngừa trƣờng hợp một hàng đợi của luồng đơn nào đó chiếm hết không gian của các hàng đợi khác. Các cơ chế quản lý hàng đợi khác nhau chính ở chỗ khi nào thì loại bỏ gói tin, gói tin nào sẽ bị loại bỏ (ví dụ đầu hay cuối hàng đợi).
o Điều khiển tắc nghẽn: Chức năng này giám sát và điều khiển tải của mạng ở dƣới mức ngƣỡng về năng lực xử lý. Việc này đƣợc thực hiện bằng việc yêu cầu phía gửi giảm lƣu lƣợng đến khi nghẽn xảy ra hay chuẩn bị xảy ra, cơ chế cửa số thƣờng đƣợc sử dụng ở đây (ví dụ trong giao thức TCP).
o Đánh dấu gói: Chức năng này thực hiện việc ánh xạ các gói tin vào các lớp dịch vụ căn cứ vào yêu cầu QoS của dịch vụ, đánh dấu gói gán các mã nhận dạng gói tin vào mào đầu của gói, việc này thƣờng đƣợc thực hiện ở các node biên, ví dụ: gán code point khi gói tin đi vào một vùng mạng diffserv. Nếu việc này đƣợc thực hiện bởi host thì thông số này có thể đƣợc kiểm tra và thay đổi bởi các node biên căn cứ trên sự thoả thuận dịch vụ SLA hoặc các chính sách cục bộ.
o Xếp hàng và lập lịch: Chức năng này xử lý việc lựa chọn các gói phát đi, nguyên tắc cơ bản của xếp hàng là FIFO (gói vào trƣớc thì ra trƣớc), với cách này các gói đƣợc đối xử nhƣ nhau. Tuy nhiên để việc đối xử với các loại gói khác nhau một cách linh hoạt hơn, công bằng hơn một số kiểu hàng đợi khác nhau đƣợc sử dụng thay vì một hàng đợi duy nhất: (1) Hàng đợi công bằng (fair queuing) các gói đƣợc phân lớp vào các luồng và gán vào các hàng đợi tƣơng ứng, hàng đợi sau đó đƣợc đánh lịch chuyển đi theo kiểu round-robin, (2) Hàng đợi ƣu tiên (Priority queuing) các gói đƣợc phân lớp sau đó đƣợc đặt vào các hàng đợi có độ ƣu tiên khác nhau, gói đƣợc đánh lịch phát từ đầu một queu nào đó chỉ khi những hàng đợi có ƣu tiên cao hơn đã đƣợc phát hết (3) Weighted fair queuing: các gói đƣợc phân lớp thành các luồng và gán vào các hàng đợi ứng với các luồng, mỗi hàng đợi đƣợc gán một số phần trăm của băng thông hƣớng ra theo băng thông cần của luồng tƣơng ứng, với sự phân biệt theo độ dài các gói tin, cách tiếp cận này tránh đƣợc trƣờng hợp các luồng với các gói tin lớn chiếm nhiều băng thông hơn các
luồng có kích thƣớc gói tin nhỏ hơn (4) Class-based queuing: Các gói đƣợc phân lớp thành các lớp dịch vụ và sau đó gán vào hàng đợi tƣơng ứng với lớp dịch vụ, mỗi hàng đợi đƣợc gán một số phần trăm của băng thông của hƣớng ra và đƣợc đánh lịch theo kiểu roud-robin.
o Phân lớp lƣu lƣợng: Tại miền biên của mạng, chức năng này phân lớp lƣu lƣợng căn cứ vào một số thông tin trên trƣờng mào đầu của gói bao gồm địa chỉ nguồn, đích, port nguồn, port đích, loại giao thức, code point trong diffserv .. để xác định gói thuộc lớp nào để có các xử lý thích hợp.
o Sắp xếp lƣu lƣợng (Traffic shaping): điều khiển tốc độ và lƣu lƣợng gói tin vào và ra khỏi một nút mạng để tránh hiện tƣợng bùng nổ (bursty) và dễ kiểm soát hơn. Ở đây nguời ta thƣờng sử dụng hai kỹ thuật là thùng rò (leaky bucket) và thùng thẻ (token bucket).
Mặt phẳng quản lý: Mặt phẳng quản lý chứa đựng khối chức năng liên quan đến các khía cạnh quản lý luồng dữ liệu bao gồm: Định lƣợng (Metering), Thoả thuận dịch vụ (SLA) và Khôi phục luồng dữ liệu (Traffic restoration):
o Định lƣợng: Giám sát các thông số hiện thời của luồng dữ liệu khách hàng và so sánh với mức đƣợc thoả thuận về dịch vụ, tuỳ theo mức độ tuân thủ chức năng này có những hành động thích hợp (droping hay shaping).
o Thỏa thuận dịch vụ: là sự thoả thuận về dịch vụ giữa khách hàng và nhà cung cấp dịch vụ về các yêu cầu của dịch vụ mà khách hàng muốn sử dụng (chất lƣợng dịch vụ: băng thông, tính sẵn sàng, giá thành...). Các tham số tổng quát đƣợc trong SLA đƣợc định nghĩa trong khuyến nghị Y.1540 của ITU hoặc các tài liệu kỹ thuật của Intserv và Diffserv.
o Khôi phục luồng dữ liệu: Thực hiện chức năng khôi phục các luồng dữ liệu khi mạng có sự cố, sự cố ở đây có thể sự cố của các phần tử mạng hay các tuyến kết nối trong mạng.
Hình 3.4: Traffic model