Ý tƣởng ban đầu của dịch vụ tích hợp là hỗ trợ việc dành trƣớc tài nguyên cho các luồng lƣu lƣợng, đƣợc thực hiện bởi việc thiết lập một tuyến dành trƣớc tài nguyên trƣớc khi gửi dữ liệu. Thực chất của mô hình IntServ là các bộ định tuyến và thiết bị mạng phải dành trƣớc nguồn tài nguyên của nó để cung cấp các mức chất lƣợng dịch vụ cụ thể cho các gói mang lƣu lƣợng ngƣời dùng.
IntServ đã định nghĩa những yêu cầu cho các quá trình QoS để thỏa mãn hai mục đích:
Phục vụ các ứng dụng thời gian thực
Hình 3.1. Mô hình dịch vụ tích hợp IntServ
Một số thành phần tham gia trong mô hình này nhƣ sau:
Giao thức thiết lập: Cho phép các máy chủ và các router dự trữ động tài nguyên
trong mạng để xử lý các yêu cầu của các luồng lƣu lƣợng riêng. RSVP – Q.2932 là một trong những giao thức đó.
Đặc tính luồng: Xác định chất lƣợng dịch vụ QoS sẽ cung cấp cho luồng riêng
biệt. Luồng bao gồm các gói từ nguồn đến đích có cùng yêu cầu về QoS.
Điều khiển lưu lượng: Trong các thiết bị mạng có thành phần điều khiển và
quản lý tài nguyên mạng cần thiết để hỗ trợ QoS theo yêu cầu. Các thành phần điều khiển lƣu lƣợng này có thể đƣợc khai báo bởi giao thức báo hiệu nhƣ RSVP. Thành phần điều khiển lƣu lƣợng bao gồm:
Điều khiển chấp nhận: Xác định thiết bị mạng có khả năng hỗ trợ QoS theo yêu cầu hay không.
Thiết bị phân loại (Classifier): Nhận dạng và lựa chọn lớp dịch vụ dựa trên nội dung của một số trƣờng nhất định trong tiêu đề gói.
Thiết bị lập lịch (Scheduler): Cung cấp các mức chất lƣợng dịch vụ QoS trên kênh ra của thiết bị mạng.
Mô hình dịch vụ tích hợp đề xuất hai lớp dịch vụ bổ sung cho các dịch vụ IP truyền thống là:
Dịch vụ bảo đảm (GS – Guaranteed Service) đƣợc định nghĩa trong RFC2212 [10], cho ứng dụng yêu cầu giới hạn trễ và băng thông. Dịch vụ GS có đặc tính băng tần dành riêng, trễ có giới hạn và không bị thất thoát gói tin. Các ứng dụng cung cấp thuộc loại này nhƣ hội nghị truyền hình chất lƣợng cao, thanh toán tài chính thời gian thực,…
Dịch vụ tải đƣợc điều khiển (CL – Control-Load service) đƣợc định nghĩa trong RFC2211 [10], cho ứng dụng yêu cầu độ mất gói thấp. Dịch vụ CL
không đảm bảo về băng tần hay trễ, phù hợp cho các ứng dụng không nhạy cảm lắm với độ trễ nhƣ truyền multicast audio/video chất lƣợng trung bình. Hai lớp dịch vụ GS và CL phải đƣợc cài đặt các đƣờng định tuyến và dự trữ các tài nguyên.
Cốt lõi của mô hình IntServ là sự áp dụng các biện pháp đảm bảo QoS cho từng luồng IP vi mô. Luồng IP vi mô là một chuỗi gói IP có chung 5 tham số giống nhau. Cụ thể, một luồng IP vi mô đƣợc xác định bởi năm tham số sau:
Địa chỉ IP đầu gửi Địa chỉ IP đầu nhận Số thứ tự của cổng gửi Số thứ tự của cổng nhận
Giao thức chuyển vận đƣợc sử dụng (TCP hay UDP) cho luồng IP đang xét. Định tuyến IP thƣờng sử dụng các số đo nhƣ trễ, bƣớc nhảy hay một số loại thông số khác để tính toán đƣờng đi ngắn nhất. Vấn đề định tuyến có thể trở nên phức tạp hơn bởi một số ứng dụng có yêu cầu nhiều tham số QoS (băng thông và các yêu cầu về mất gói tin). Tìm kiếm đƣờng định tuyến phù hợp trong nhiều điều kiện ràng buộc rất phức tạp. Vì lý đó, mô hình đảm bảo QoS IP đầu tiên không yêu cầu gắn các cơ chế định tuyến đảm bảo QoS trong mô hình IntServ.
Tài nguyên dành trƣớc trong IntServ cần phải qua tất cả các nút trên đƣờng định tuyến và thiết lập các yêu cầu dự phòng. Nó cũng phải truyền tải thông tin trong các phác thảo lƣu lƣợng và các yêu cầu tài nguyên, do đó mỗi nút cần quyết định liệu có chấp nhận việc dành trƣớc hay không, nhận dạng luồng nhƣ thế nào, lập lịch cho gói tin ra sao?
Điều khiển chấp nhận xử lý 2 nhiệm vụ cơ bản: chấp nhận hay từ chối các yêu
cầu dành trƣớc và giám sát việc sử dụng tài nguyên. Có hai hƣớng tiếp cận để quyết định tài nguyên nào là sẵn sàng:
Dựa trên đo đạc: điều khiển chấp nhận đo lƣu lƣợng thực sự trong mạng và sử dụng các phƣơng pháp thống kê để quyết định xem liệu tài nguyên nào là khả dụng. Ƣu điểm của hƣớng tiếp cận này là tối ƣu hóa việc sử dụng mạng cho dù nó không thể đảm bảo chặt chẽ các cam kết tài nguyên.
Dựa theo tham số: điều khiển chấp nhận sẽ tính toán các tài nguyên khả dụng dựa trên các chỉ tiêu kỹ thuật của yêu cầu dành trƣớc tài nguyên hiện tại.
Nhận dạng luồng: RSVP sử dụng 5 trƣờng trong tiêu đề gói IP để nhận dạng
các gói tin thuộc về các luồng dành trƣớc tài nguyên trong nút. Các trƣờng này bao gồm địa chỉ IP nguồn, địa chỉ IP đích, cổng nguồn, cổng đích, giao thức chuyển vận.
Lập lịch gói tin: Là bƣớc cuối cùng trong việc dành trƣớc tài nguyên. Bộ lập
Mạng IntServ điển hình chứa bộ định tuyến biên và định tuyến lõi. Trƣớc khi bắt đầu truyền dữ liệu của một luồng IP vi mô, đầu gửi thông báo một số số liệu liên quan tới lƣu lƣợng sẽ đƣợc chuyển cho bộ định tuyến biên (tốc độ gửi lƣu lƣợng trung bình của đầu gửi, độ lớn cho phép của những cụm bùng phát lƣu lƣợng). Bên cạnh đó, đầu gửi cũng gửi cho bộ định tuyến biên yêu cầu QoS của luồng IP. Những số liệu lƣu lƣợng và QoS sẽ đƣợc bộ định tuyến biên sử dụng để tính ra dung lƣợng cần thiết cho luồng IP đang quan tâm. Sau đó giao thức báo hiệu dành trƣớc tài nguyên RSVP - giao thức dành trƣớc tài nguyên - sẽ làm nhiệm vụ xác định đƣờng định tuyến (kết hợp với giao thức định tuyến cài đặt tại các bộ định tuyến) và chiếm giữ dung lƣợng dọc đƣờng truyền cho luồng IP.
Xây dựng đƣờng định tuyến đƣợc thực hiện với gói tin PATH của giao thức RSVP. Sự chiếm giữ dung lƣợng, theo tính chất hoạt động của RSVP, đƣợc thực hiện với tin RESV, bắt đầu từ bộ định tuyến biên đầu nhận và chạy ngƣợc trở lại dọc theo đƣờng truyền cho tới bộ định tuyến biên đầu gửi.
Nếu sự chiếm giữ dung lƣợng tại tất cả các bộ định tuyến dọc đƣờng truyền đều thành công, các gói của luồng IP bắt đầu đƣợc truyền tải từ đầu gửi đến đầu nhận. Trƣờng hợp bất kỳ một liên kết nào dọc đƣờng truyền không có đủ dung lƣợng cần thiết, quá trình chiếm giữ sẽ bị ngừng và thông tin về sự chiếm giữ không thành công sẽ đƣợc chuyển đến đầu gửi bằng một tin riêng của RSVP. Luồng IP vi mô sẽ bị chặn không đƣợc phục vụ.
Để thực hiện quá trình chiếm giữ dung lƣợng và kiểm tra trạng thái chiếm giữ liên qua tới từng luồng IP vi mô, mỗi bộ định tuyến trong cơ chế IntServ cần phải lƣu trữ tất cả các dữ liệu về đặc tính cập nhật của tất cả các luồng gói vi mô đang tồn tại trong mạng. Đồng thời tất cả các bộ định tuyến phải có chức năng hoạt động đƣợc cùng với giao thức RSVP.
Thực tế là một bộ định tuyến bình thƣờng trong mạng IP ngày nay phải xử lý cùng một lúc số lƣợng rất lớn các luồng IP vi mô và con số này có thể lên tới vài trăm nghìn, thậm chí hàng triệu. Do đó, mặc dù với ƣu điểm của mô hình IntServ là đảm bảo chặt chẽ các yêu cầu QoS của từng luồng IP vi mô thì mô hình này cũng tồn tại nhƣợc điểm lớn căn bản là không có tính mở rộng cao.
Việc lƣu trữ, truyền tải và xử lý thông tin cho từng luồng IP vi mô tạo ra một lƣu lƣợng báo hiệu khổng lồ, làm giảm đáng kể hiệu suất hoạt động của bộ định tuyến. Nhƣợc điểm này lý giải vì sao mô hình IntServ chỉ có tính khả thi trong các mạng có tầm bao phủ nhỏ. Hiện nay, mạng IP trải rộng khắp toàn cầu nhƣ mạng Internet, trông đợi sự đầu tƣ và đƣa vào hoạt động phổ biến của cấu trúc IntServ là không thực tế.