3.1.1 Các yâu cầu chức năng chung của IntServ.
Mô hình dịch vụ tích hợp IntServ đề xuất hai lớp dịch vụ bổ sung cho các dịch vụ IP truyền thống gồm:
Dịch vụ bảo đảm GS cho ứng dụng yêu cầu giới hạn trễ và băng thĩng.
Dịch vụ điều khiển tải CL cho ứng dụng yêu cầu độ tổn thất gói thấp.
Ý tưởng ban đầu của các dịch vụ tích hợp là để hỗ trợ việc dành trước tài nguyên cho các luồng lưu lượng. Trái ngược với kiến trúc chuyển phát datagram (các gói sẽ đi qua các tuyến khác nhau tại mọi thời điểm chúng được gửi), dịch vụ tích hợp cho phép dành toàn bộ một tuyến cho luồng dữ liệu. Điều đó được thực hiện bởi việc thiết lập một tuyến dành trước tài nguyên trước khi gửi dữ liệu. Thực chất của mô hình này là các bộ định tuyến và thiết bị mạng phải dành trước nguồn tài nguyên của nó để cung cấp các mức chất lượng dịch vụ cụ thể cho các gói mang lưu lượng người dùng. Điều này yêu cầu các bộ định tuyến phải có khả năng điều khiển các luồng lưu lượng.
Hình 3.1: Mô hình tích hợp dịch vụ Intserv
Cả hai lớp dịch vụ đảm bảo và dịch vụ điều khiển tải phải được cài đặt các đường dẫn và dự trữ các tài nguyên trước khi truyền dữ liệu của họ. Sự điều khiển định tuyến
sẽ quyết định cho việc cú cấp nguồn cho yêu cầu hay không. Khi bộ định tuyến nhận được gói, bộ phân lớp sẽ thực hiện sự phân lớp đa trường và đưa gói vào hàng đợi đặc biệt dựa trên kết quả của sự phân lớp. Cấu hình gói sau đó sẽ lên lịch trình cho gói để đạt được yêu cầu chất lượng dịch vụ của nó.
Ứng dụng sẽ mô tả lưu lượng và tài nguyên nào mà nó sẽ cần. Sau đó, mạng sẽ sử dụng giao thức dành trước tài nguyên (RSVP) để dành trước băng thông xác định trong mỗi bộ định tuyến dọc theo đường đi. Mỗi bộ định tuyến sẽ kiểm tra xem ở đó nó có đảm bảo tài nguyên được yêu cầu và duy trì tuyến khi được yêu cầu bởi yêu cầu dành trước tài nguyên. Khi tất cả các bước nhảy đã được thiết lập, thiết bị gửi có thể gửi dữ liệu.
Mĩ hình tích hợp dịch vụ IntServ mĩ tả các ứng dụng QoS trong mạng IP theo phương pháp nhận dạng luồng lưu lượng với 5 tham số cơ bản sau:
Nhận dạng giao thức
Địa chỉ IP đích
Địa chỉ cổng đích
Địa chỉ IP nguồn
Địa chỉ cổng nguồn
Để dự trữ tài nguyên cho một luồng lưu lượng, ứng dụng nguồn cần phải cung cấp các đặc tính luồng. Đặc tính luồng gồm các đặc tính lưu lượng và các yêu cầu chất lượng dịch vụ cho luồng đó.
Đặc tính lưu lượng bao gồm tốc độ đỉnh, tốc độ trung bình, kích thước bùng nổ và các tham số của gáo rì.
Các yêu cầu dịch vụ gồm băng thông tối thiểu và các yêu cầu hiệu năng như trễ, biến động trễ và tỷ lệ tổn thất gói.
Các dịch vụ tích hợp có thể được chia thành hai mặt bằng: mặt bằng điều khiển và mặt bằng dữ liệu.
Mặt bằng điều khiển thiết lập việc dành trước tài nguyên.
Mặt bằng dữ liệu thực hiện truyền dữ liệu.
Để yêu cầu một dành trước tài nguyên IntServ, trước tiên ứng dụng phải đặc tính hoá được luồng lưu lượng của nó và tập hợp lại trong chỉ tiêu luồng lưu lượng. Sau đó, yêu cầu thiết lập dự trữ tài nguyên có thể được gửi đến mạng. Nếu có thể cam kết việc dự phòng, luồng đó được đưa vào bảng dự phòng tài nguyên. Khi gói tin đến, khối lượng nhận dạng luồng sẽ nhận dạng gói tin thuộc về luồng đặt trước và đặt chúng vào trong hàng đợi phù hợp để nhận được dịch vụ yêu cầu.
Việc lựa chọn đường dẫn phù hợp cho chặng kế tiếp tại một nút là một nhiệm vụ khó khăn do các hạn chế trong việc định tuyến IP truyền thống. Đường dẫn cần được
lựa chọn cú thể đã đáp ứng được yêu cầu định ra. Tuy nhiên, định tuyến IP thường sử dụng các số đo như trễ, bước nhảy hay một số loại thĩng số khác để tính toán đường đi ngắn nhất. Do vậy, đường dẫn ngắn nhất cú thể không có được khả năng truyền tải, mặc dù đường dẫn khác dài hơn lại có được khả năng đó. Vấn đề định tuyến cú thể trở nờn phức tạp hơn bởi một số ứng dụng có yêu cầu nhiều tham số QoS (vớ dụ, cả băng thông và các yêu cầu về tổn thất gói tin). Tìm kiếm đường dẫn phù hợp trong nhiều điều kiện ràng buộc rất phức tạp. Chính vì lý do đó, mô hình đảm bảo QoS cho IP đầu tiân này không yêu cầu gắn các cơ chế định tuyến đảm bảo QoS trong kiến trúc InterServ. Kiến trúc này giả sử rằng khối chức năng định tuyến của bộ định tuyến sẽ thực hiện định tuyến từng bước (hop by hop).
Tài nguyên dành trước trong InterServ cần phải qua tất cả các nút trên đường dẫn và thiết lập các dự phòng yêu cầu. Nó cũng phải truyền tải thông tin trong các phác thảo lưu lượng và các yêu cầu tài nguyên, do vậy mỗi nút cần quyết định liệu nó có chấp nhận việc dành trước hay không, nhận dạng luồng như thế nào và lập lịch cho gói tin.
Điều khiển chấp nhận
Xử lý hai nhiệm vụ cơ bản là: Chấp nhận hay từ chối các yêu cầu dành trước và giám sát việc sử dụng tài nguyên. Việc dành trước tài nguyân cho một yêu cầu mới không thể được chấp nhận nếu nút không có sẵn tài nguyên yêu cầu. Có hai hướng tiếp cận để quyết định tài nguyên nào là sẵn sàng: Dựa trên đo đạc và dựa theo tham số.
Trong hướng tiếp cận 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 trước tài nguyên hiện tại.
Trong hướng tiếp cận dựa theo đo đạc, điều khiển chấp nhận đo lưu lượng thực sự trong mạng và sử dụng các phương pháp thống kê để quyết định xem liệu tài nguyên nào là khả dụng. Hướng tiếp cận này có ưu điểm là tối ưu hoá việc sử dụng mạng, mặc dù nó không thể đảm bảo chặt chẽ các cam kết tài nguyên.
Nhận dạng luồng
RSVP Sử dụng 5 trường trong tiêu đề gói tin IP để nhận dạng các gói tin thuộc về các luồng dành trước tài nguyên trong nút. Các trường này bao gồm: địa chỉ IP nguồn, địa chỉ IP đích, nhận diện giao thức, cổng nguồn và cổng đích.
Lập lịch gói tin
Là bước cuối cùng trong việc dành trước tài nguyên. Bộ lập lịch gói tin thực hiện việc cấp pháp tài nguyên. Nó quyết định gói tin nào gửi kế tiếp khi tuyến kết nối đi là sẵn sàng. Do đó nó tác động đến trễ mà gói tin đó phải chịu trong bộ định tuyến và bộ định tuyến không trực tiếp loại bỏ gói tin.
3.1.2 Giao thức dành trước tài nguyên RSVP
(i) Giới thiệu chung
Giao thức dành trước tài nguyên RSVP là một giao thức thiết lập tài nguyên dự phòng QoS IP, RSVP hỗ trợ cả IPv4 và IPv6 cũng như ứng dụng cho cả hai phương thức chuyển phát tin đơn hướng và đa hướng (Unicast và multicast).
Trong giao thức dành trước tài nguyên RSVP, các nguồn tài nguyên được dành trước theo các hướng độc lập. Máy chủ nguồn và máy chủ đích trao đổi các bản tin RSVP để thiết lập các trạng thái chuyển tiếp và phân loại gói tại mỗi nút.
RSVP không phải là giao thức định tuyến mà là giao thức báo hiệu, các bản tin RSVP được chuyển đi trờn cùng đường dẫn với các gói tin sẽ được chuyển và được xác định bởi bảng định tuyến trong bộ định tuyến IP.Các máy chủ sử dụng giao thức RSVP để yêu cầu QoS của mạng cho các luồng lưu lượng thực tế. Các bộ định tuyến sử dụng RSVP để tạo ra các yêu cầu QoS cho toàn bộ các bộ định tuyến dọc theo tuyến đường gói tin chuyển qua mạng. Giao thức RSVP cũng sử dụng để duy trì và làm tươi trạng thái cho luồng ứng dụng yêu cầu QoS.
Một số đặc tính cơ bản của giao thức dành trước tài nguyên RSVP được liệt kê dưới đõy:
RSVP là giao thức báo hiệu để dành trước tài nguyên trong đường dẫn từ nguồn tới đích.
RSVP báo hiệu tới tất cả các thiết bị mạng về yêu cầu QoS của ứng dụng.
RSVP yêu cầu các ứng dụng khởi tạo yêu cầu.
RSVP hoạt động liân điều hành với các kỹ thuật QoS khác để cải thiện độ đảm bảo cho các tài nguyên dành trước.
Giao thức dành trước tài nguyên RSVP thường được sử dụng cho các ứng dụng yêu cầu đảm bảo các tham số băng thông và độ trễ. Các ứng dụng mạng hiện nay sử dụng RSVP như là giao thức báo hiệu gồm các ứng dụng cho VoIP và kỹ thuật lưu lượng MPLS (Multiprotocol Label Switching).
RSVP được phát triển để chống lại tắc nghẽn mạng bằng cách cho phép các bộ định tuyến được quyết định ở mức cao. Tại mức này các bộ định tuyến có thể đáp ứng các yêu cầu của một luồng ứng dụng và dự trữ tài nguyên mong muốn ngay cả khi mặt bằng chuyển tiếp gói khơng xử lý được. Mĩ hình báo hiệu RSVP được dựa trờn xử lý đặc biệt kiểu đa phương, mang bản tin báo hiệu tới các nút dọc tuyến đường qua mạng theo luồng thực tế, quản lý trạng thái mềm, trao đổi bản tin, dự phòng tài nguyên và tách báo hiệu QoS khỏi chức năng định tuyến.
(ii) Hoạt động của RSVP
Một phiân làm việc của giao thức dành trước tài nguyên RSVP thường sử dụng 3 tham số sau:
Địa chỉ đích
Nhận dạng giao thức
Địa chỉ cổng đích
Hình 3.2 dưới đõy chỉ ra nguyân lý hoạt động của RSVP. Máy chủ nguồn gửi bản tin Path tới đích cho một luồng dữ liệu hay cũn gọi là một phiân truyền thơng. Bản tin Path chứa các đặc tính cho luồng dữ liệu sẽ được gửi, bản tin Path đi qua các bộ định tuyến trờn đường dẫn tới đích. Các bộ định tuyến trờn tuyến đăng ký nhận dạng luồng và các đặc tính luồng vào cơ sở dữ liệu. Bản tin Resv được phát ngược từ máy chủ nhận về máy chủ gửi nhằm xác nhận và chỉnh sửa các thông tin yêu cầu đã được gửi đi trong bản tin Path, đõy là các thông tin về dự phòng tài nguyên cho đường dẫn mà gói tin sẽ được chuyển qua.
Hình 3.2: Nguyên lý hoạt động của RSVP
RSVP giữ trạng thái mềm các tài nguyên trong các bộ định tuyến. Trạng thái mềm này được cung cấp động theo các thông tin từ các thành viân trong phiân làm việc, tương thích với sự thay đổi định tuyến và các yêu cầu thay đổi tài nguyên của các luồng lưu lượng trong phiân. Thời gian làm tươi định kỳ thĩng thường là 30s.
(iii) Các kiểu dành trước tài nguyên của RSVP
Trong RFC 2205 [6] định nghĩa 3 kiểu dự phòng tài nguyên (minh hoạ trờn hình 3.3). Hai kiểu điều khiển máy gửi được định nghĩa:
Kiểu lựa chọn hiện
Kiểu lựa chọn wildcard.
Kiểu lựa chọn tuyến hiện liệt kê toàn bộ các máy gửi, trong khi đó kiểu wildcard chỉ liệt kê toàn bộ máy chủ trong phiân.
Hình 3.3: Các kiểu dành trước tài nguyên
Điều khiển chia sẻ lưu lượng thực hiện điều khiển các ứng xử tài nguyên dành trước cho các máy gửi khác nhau trong cùng một phiân. Hai kiểu điều khiển chia sẻ lưu lượng được định nghĩa là:
Kiểu dành trước tài nguyên riêng biệt.
Kiểu dành trước tài nguyên chia sẻ.
Trong kiểu dành trước tài nguyên riêng biệt, tài nguyên dành được tạo ra cho từng máy gửi. Trong kiểu dành trước tài nguyên chia sẻ, một tài nguyên chung được chia sẻ bởi các máy gửi trong phiân.
Như chỉ ra trờn hình 3.3 cú 4 khả năng được tổ hợp từ các cách thức điều khiển chia sẻ tài nguyên và lựa chọn máy gửi. Tuy nhiân, một kiểu khụng được định nghĩa và ta cũn 3 kiểu dành trước tài nguyên là: Kiểu bộ lọc cố định FF (Fixed Filter), Kiểu chia sẻ hiện SE (Shared Explicit) và kiểu bộ lọc Wildcard WF (Wildcard - Filter).
(iv) Các dạng bản tin của RSVP
Khuơn dạng bản tin RSVP cú cấu trúc gồm một tiâu đề chung và các trường chức năng thể hiện các đối tượng như chỉ ra trờn hình 3.4 (a). Mỗi một đối tượng được cấu trúc bởi tiâu đề đối tượng và nội dung đối tượng.
Khuơn dạng tiâu đề chung được chỉ ra trờn hình 3.4 (b) cú tổng độ dài là 8 bytes. Nỉ gồm 4 bit cho số hiệu phiân bản RSVP, 4 bit cờ, 8 bit sử dụng cho kiểu bản tin RSVP; 16 bit tổng kiểm tra, 8 bit sử dụng cho thời gian sống TTL của gói tin IP, 8 bit dự phòng và trường hiện thị độ dài bản tin gồm 16 bit.
Nếu trường tổng kiểm tra độ dài chứa toàn bộ giỏ trị 0, điều đó thể hiện không cần kiểm tra các dữ liệu truyền đi. Độ dài bản tin RSVP bao gồm cả tiâu đề và các đối tượng trong bản tin. RSVP định nghĩa các kiểu bản tin sắp xếp theo thứ tự kiểu bản tin:
1. Path - Sử dụng để yâu cầu tài nguyên dành trước.
2. Resv - Gửi đáp ứng bản tin đường để thiết lập và duy trì dự trữ tài nguyên. 3. PathTear - Sử dụng để xoá dự trữ tài nguyên khỏi mạng theo hướng đi. 4. ResvTear - Sử dụng để xoá bỏ tài nguyên khỏi mạng theo hướng về. 5. PathErr – Thĩng báo lỗi bản tin Path.
6. ResvErr - Thĩng báo lỗi bản tin Resv .
7. ResvConf – Là một bản tin tuỳ chọn, gửi ngược lại tới phía gửi của bản tin Resv để xác nhận rằng tài nguyên dự trữ xác định thực sự đã được cài đặt. 8. ResvTearConf - Sử dụng để xác nhận dự trữ tài nguyên xác định đã bị xoá khỏi
mạng.
Khuơn dạng đối tượng RSVP được chỉ ra trờn hình 3.5 dưới đõy gồm 32 bit tiâu đề đối tượng và các nội dung đối tượng cú độ dài thay đổỉ. Một đối tượng độ dài cú 32 bit định nghĩa độ dài tối đa cho phép của đối tượng RSVP là 65,528 byte. Các đối tượng RSVP được tổ chức thành lớp đối tượng và kiểu đối tượng.
Hình 3.5: Khuôn dạng bản tin đối tượng RSVP
Trường chức năng “Class Num” định nghĩa lớp đối tượng và trường chức năng “C Type” định nghĩa đối tượng trong lớp. Các trường chức năng này tổ chức thành một cặp để mĩ tả các đối tượng trong RSVP. Các lớp đối tượng sau được định nghĩa trong RFC 2205.
NULL - Mô tả trạng thái của phiên.
SESSION – Mô tả phiên.
RSVP_HOP - Thể hiện các bước nhảy của bản tin RSVP.
TIME_VALUE – Mô tả giá trị thời gian chuyển tin.
STYLE – Mô tả kiểu bản tin.
FILTER_SPEC – Mô tả đặc tính bộ lọc.
SENDER_TEMPLATE - Mô tả khuơn dạng gói của đối tượng gửi.
Đối tượng FLOWSPEC chứa các tham số điều khiển lưu lượng gồm: tốc độ gáo rì token; kích thước gáo rì token, tốc độ đỉnh , v..v.
Đối tượng kiểu bản tin (STYLE) được đặt trong “Class num=8”, lớp này chỉ cú một đối tượng với C type -1. Đối tượng kiểu định nghĩa các kiểu dành trước tài nguyên.
Hình 3.6: Khuôn dạng đối tượng kiểu
XX bit Điều khiển chia sẻ 00
01 10 11
Dự phòng
Tài nguyân phân biệt Tài nguyân chia sẻ Dự phòng
Bảng 3.1: Các bit sử dụng cho điều khiển chia sẻ
YYY bit Điều khiển lựa chọn máy gửi 000 001 010 011-111 Dự phòng Lựa chọn Wildcard Lựa chọn hiện Dự phòng
Bảng 3.2: Các bit sử dụng cho điều khiển lựa chọn máy gửi
Hình 3.6 trờn đõy chỉ ra khuơn dạng của đối tượng kiểu. kiểu dành trước tài nguyên được định nghĩa bởi 5 bit cuối cùng. Trong đó, 2 bit đầu định nghĩa kiểu điều khiển chia sẻ tài nguyên và 3 bit điều khiển lựa chọn máy gửi. Ý nghĩa của các bit được thể hiện trong bảng 3.1 và bảng 3.2.