DANH MUC CAC Ki HIEU, CHU VIET TAT Viet tat Tiéng Anh Tiéng Viét AF Assured Forwarding Chuyén tiép dam bao AL Application Layer Tầng ứng dụng AQM Active Queue Management Quản lý hà
Trang 1TRUONG DAI HOC CONG NGHE
NGUYEN THI PHUONG NHUNG
GIAI PHAP DAM BAO CHAT LUQNG DICH VU TREN MANG IP, ĐÁNH GIA VA SO SANH HIEU QUA DAM BAO QoS
CUA DIFFSERV VA INTSERV
LUAN VAN THAC Si
Trang 2Hà Nội - 2010
Trang 3TRUONG DAI HOC CONG NGHE
NGUYEN THI PHUONG NHUNG
GIAI PHAP DAM BAO CHAT LUQNG DICH VU TREN MANG IP, ĐÁNH GIÁ VÀ SO SÁNH HIEU QUA DAM BAO
QoS CUA DIFFSERV VA INTSERV
Ngành: Công Nghệ Thông Tin Chuyên ngành: Truyền dữ liệu và Mạng máy tính
Ma s6: 60.48.15
LUAN VAN THAC SI
NGUOI HUONG DAN KHOA HOC
PGS.TS Hồ Sĩ Đàm
Ha Noi — 2010
Trang 4LOI CAM DOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân Các số liệu, kết quả
trình bày trong luận văn này là trung thực Những tư liệu được sử dụng trong luận văn
có nguồn gốc và trích dẫn rõ ràng, đầy đủ
Hà nội, tháng 9 năm 2010
Nguyễn Thị Phương Nhung
Trang 5LOI CAM ON
Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và chân thành tới thầy giáo hướng
dẫn PGS.TS Hồ Sĩ Đàm người đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn tôi trong suốt quá trình làm luận văn Sự giúp đỡ quý báu của thầy giáo đã tạo điều kiện về mặt khoa học và là nguồn động viên tỉnh thần rất lớn giúp tôi hoàn thành luận văn của mình
Tôi xin bảy tỏ lòng biết ơn chân thành tới Ths Lê Đình Thanh, người đã tận tình
giúp đỡ, hỗ trợ và đóng góp quý báu cho tôi thực hiện các mô phỏng kiểm chứng
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy cô giáo đã giảng dạy và truyền
thụ kiến thức cho tôi trong quá trình học tập tại trường Đại học Công nghệ, Đại học
Quốc gia Hà Nội
Cuối cùng, con xin được bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới bậc sinh thành, người đã dưỡng dục và động viên con trong suốt cuộc đời Tôi cảm ơn chồng và
người thân trong gia đình đã là nguồn động viên tỉnh thần rất lớn đối với tôi
NGUYÊN THỊ PHƯƠNG NHƯNG
Trang 6DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮTT - 2 2 2+s+£+++£+++zxz+zxe+zeee 9
1.2 CAC YEU CAU ĐẢM BẢO CHÁT LƯỢNG DỊCH VỤ 26
1.3 CÁC VẤN ĐÈ ĐẢM BẢO QoS 5- 2222222 2212212117111 crke 27
Infne j5 28
1.3.2 Điều khién QoS
1.3.3 Quản lý QoS
Chương 2 ĐẢM BẢO CHÁT LƯỢNG DỊCH VỤ CHO MẠNG TP 30
2.1 GIAO THỨC LIÊN MẠNG (IP - INTERNET PROTOCOL) . - 30
2.1.1 Phần tiêu đề gói IP - ¿2 2©++Ek£E+EEEEESEEE2EEEEEEEEAEEEEErkerrkrrrkrrrrrre 31
2.1.3 Cac giao thie dinh tuy6tn ccscceccsesssesseessesssesssessesssecssesssessesssessseesecsseeseees 33 2.1.4 Các cơ chế truyền tải - ¿5c 2sc t2 E2 EE211271211711711211211 71.211 1 cr 34 2.2 TÔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ CHO MẠNG IP (QoS IP) 34 2.2.1 Lịch sử phát triển các mô hình QoS IP
2.2.2 Các tham số cơ bản ảnh hưởng tới QoS IP thực tế
2.3 CÁC CHỨC NĂNG CHUNG CỦA Qo§S IP -2- 2+ ©s+s£+xz+z++zxeerxe 2.4 CÁC KỸ THUẬT ĐẢM BẢO QoS IP -22- 222x2EeEEEeEkevrkrrrkrrrrrree
2.4.1 Kỹ thuật đo lưu lượng và màu hóa lưu lượng s5 5 5s<+s+ss+
Trang 73.1.1 Gidi thigu chung +
3.1.2 Giao thức dành trước tài nguyên RSVP
3.2 MÔ HÌNH DỊCH VỤ PHÂN BIỆT - DIFESERV 2- 2 2 s2s2©xeez+ 64
3.2.1 Tổng quan về mô hình DiffServ 2-2 + ©+£+Ex£+Extxeerxevrxerrxrrs 64 3.2.2 Miền dịch vụ phân biệt và điểm mã dịch vụ phân biệt . - 66
3.2.4 Xử lý gói tin trong DIfÍS€TV - - G1 nh HH ng gi 68
3.3 KHUYEN NGHI TRIEN KHAI QoS TRÊN MẠNG IP -.2 52 73
3.4 KÉT LUẬN
Chương 4_ ĐÁNH GIÁ MÔ HÌNH ĐẢM BẢO QoS IP QUA MÔ PHỎNG 74 4.1 ĐÁNH GIÁ CHƯNG -22-22+©22+22E+SEE++EEEEEEEtEEEEErErerrrrerrrrrrrrerrrrrrrree
4.2 MO PHONG VA KIEM TRA QoS
4.2.1 Tổng quan chương trình mô phỏng mạng NS2 2 +: 75
4.2.2 Mô phỏng mô hình DIfFSTCV . + + St #vEvEekEekrsrrerkerkrree 79
408807) .ÔỎ 88
Trang 8DANH MUC CAC Ki HIEU, CHU VIET TAT
Viet tat Tiéng Anh Tiéng Viét
AF Assured Forwarding Chuyén tiép dam bao
AL Application Layer Tầng ứng dụng
AQM Active Queue Management Quản lý hàng đợi tích cực
ATM Asychronous Transfer Mode Chế độ truyền tải không đồng bộ
ACS Access Control System Hệ thống diéu khién truy nhập
AF Assured Forward Chuyén tiép dam bao
BA Behavior Aggressive Két hop hanh vi
BB Bandwith Broker Phân bổ băng thông
BE Best-Effort Có gắng tối đa
B-ISDN Broadband ISDN Mạng tích hợp đa dịch vụ băng rộng
CBS Committed Burst Size Kích thước bùng nỗ cam kết
CIR Committed Information Rate Tốc độ thông tin cam kết
CoS Class of Service Lớp dịch vụ
CR Core Router Bộ định tuyến lõi
DiffServ Differentiated Services Dịch vụ phân biệt
DLL Data Link Layer Tầng liên kết đữ liệu
DS Differentiated Server Server phan biét
DSCP Differentiated Services Code Point Điểm mã dịch vụ phân biệt
ECN Explicit Congestion Notification Thông báo tắc nghẽn tường minh
EF Expedited Forwarding Chuyển tiếp nhanh
ER Edge Router Bộ định tuyến biên
ETSI European Telecommunications Vién tiêu chuẩn viễn thông châu Âu
Standards Institute
FIFO First In First Out Vào trước ra trước
FLOWSPEC | Flow Specification Đặc tả luồng
FQ Fair Queueing Hàng đợi công bằng
FSI Flow State Information Thông tin trạng thái luồng
GoS Grade ofSevice Cấp độ dịch vụ
GS Guaranteed Service Dich vy dam bao
IETF Internet Engineering Task Force Uỷ ban thực thi kỹ thuật Internet IntServ Intergrated Service Dịch vụ tích hợp
IPLR IP Loss Rate Tỷ lệ mất gói IP
IPTD IP Packet Transfer Delay Trễ truyền tải gói tin IP
IPER IP Error Rate Tỷ lệ lỗi gói tin IP
ISO International Standard Organization Té chức tiêu chuân quốc tế
Trang 9
Request For Comments
Resource Reservation Protocol Simple Acceptance Control Protocol Shared Explicit
Service Level Argreement
Simple Network Management Protocol Single rate Three Color Marker Traffic Conditioning Agreement Transmission Layer
Type of Service
Two rate Three Color Marker
Undefined Bit rate
User Network Interface Variable Bit Rate
Voice over IP
Virtual Private Network
Wildcard Filter Weighted Fair Queueing Weighted Random Early Discarding
Weighted Round Robin
Giao thức Internet phiên bản 4
Giao thức Internet phiên bản 6 Hiệp hội viễn thông quốc tế
Đa trường
Chuyên mạch nhãn đa giao thức
Tầng mạng
Giao diện nút mạng Hiệu năng mạng Kích thước bùng nỗ gói Hành vi chuyền tiếp theo từng chặng Tốc độ thông tin đỉnh
Hàng đợi ưu tiên
Chất lượng dịch vụ
Cấp phát tài nguyên
Phát hiện và loại bỏ sớm ngẫu nhiên
Các yêu cầu cần trả lời
Giao thức dành trước tài nguyên
Giao thức điều khiển chấp nhận đơn giản Chia sẻ tường minh
'Thoả thuận mức dịch vụ Giao thức quản lý mạng đơn giản
Bộ đánh dau 3 màu tốc độ đơn
'Thoả thuận điều kiện lưu lượng
Tầng truyền dẫn Kiểu dịch vụ
Bộ đánh dấu 3 màu hai tốc độ Tốc độ bit không xác định Giao diện người dùng mạng Tốc độ bit thay đồi
Thoại qua IP Mạng riêng ảo
Bộ lọc Wildcard Hàng đợi công bằng theo trọng số
Loại bỏ sớm ngẫu nhiên theo trọng số
Quay vòng theo trọng số
Trang 10
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bang 1.1 Cac dac tính phân lớp QoS cho mạng IP theo ITU-T - 26
Bang 1.2 Phan lớp QoS theo quan điểm của ETSI 22-©+2cz++cz+cee 26
Bang 1.3 Các vùng dịch vụ của B-ISDN - - 1n ng ri, 27
Bảng 1.4 Phân vùng dịch vụ theo điễn đàn ATM -¿52+52+2cxccvxcrrrsrrrrree 27
Bảng 3.2 Các bit sử dụng cho điều khiển chia sẻ 2-222©252222z2czreczrcee 61
Bảng 3.3 Các bít sử dụng cho điều khiển lựa chọn MAY ĐỬI - «55s ssc<e 61 Bang 3.4 Cac tham số của các đối tượng CL khác nhau
Bảng 3.5 Các tham số của dịch vụ cam kết 0
Bảng 3.6 Các khối điểm mã dịch vụ phân biệt DSCP 2 5+ 5z+cxzcc52
Bảng 3.7 Chỉ tiết các phân lớp chuyén tiép dam bao AF PHB
Bảng 4.1 So sánh mô hình IntServ và DIfẨSeTv - + 5+5 *+*s£++srseeerersee 75
Trang 11
DANH MUC CAC HINH VE
Hình 1.5 Hàng đợi vào trước ra trước tfOnE TOUẨ€T + + + «+s+s£s£+s+szs++ 22
Hinh 1.6 Classify, Queue va Schedule trong TOUfT - «+ s + ++x+++szeeexss 2 Hình 1.7 Cơ chế traffic shaping trong router
Hình 1.8 Các thành phan trong cơ cấu đảm bảo chất lượng dịch vụ 28
Hình 2.1 Chồng giao thức TCP/TP -2 2¿+©+++E+++EE++etzxr+rxrrrrrrrrrrerrrree 30
Hình 2.3 Các lớp địa chỉ IP -2+2+++++2E+++E++tEEE+eEEErSrExerrrrrrxrerrrrrrrrerrrcee 33 Hình 2.4 Các bước phát triển của mô hình QoS [12] -2 zc+- 34
Hình 2.5 Dich vy Intserv va dich vu Diffserv [19] .35 Hình 2.6 Băng thông khả dụng - - + + +99 E#vESkEvSvkkg gn nh rieg 37
Hình 2.7 Trễ tích ly từ đầu cuối tới đầu cuối -+-+++czxecxreczxcee 38
Hình 2.8 Trễ xử lý và hàng đợi 38 Hình 2.9 Mắt gói vì hiện tượng tràn bộ đệm đầu ra - 2-2 2 ©s++xe+zxe+ree 39
Hình 2.10 Các chức năng đảm bảo QoS của bộ định tuyến IP -2- 52 40
Hình 2.11 Phương pháp phân loại gói đa trường chức năng . - - 40
Hình 2.12 Phương pháp phân loại gói theo kết hợp hành vi
Hình 2.13 Khoảng thời gian CBS trong CIR của tốc độ lưu lượng đầu vào đơn 43
Hình 2.14 Chế độ mù màu srTCM với gáo C và gáo E - 2 «+ sz+cx+cs+ 4
Hình 2.15 Chế độ hoạt động rõ màu srTCM -2- 2£ ©+2£+£++£+x+zxe+rxevrse 44
Hình 2.16 Gáo rò C, P và chế độ hoạt động mù màu của trTCM . ¿ 45
Hình 2.17 Chế độ hoạt động rõ màu của trTCM -. ¿ 2 z+++++x+zxz+zxe+ree 45 Hình 2.18 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của RED ¿ 2 +z+cxevrxrrxeerxerree 46
Hình 2.19 Hoạt động thông báo tắc nghẽn tường minh ECN - s2 47
Hình 2.20 Hàng đợi ưu tiên ÏP - - + + + +19 v v v g ggg nh rieg
Hình 2.21 Hàng đợi cân bằng FQ
Hình 2.22 Hàng đợi quay vòng theo trọng số WRR 2 22-©2z++czzeczrcee 49 Hình 2.23: Chia cắt lưu lượng thuần 2-2252 *£EE££EEtEEEEEEEvExevrxrrrerrxrrree 51 Hình 2.24: Chia cắt lưu lượng bùng nỗ kiểu gáo rò
Hình 3.1 Mô hình dịch vụ tích hợp IntS€TV . 5 +5 *vEevEeerserseeeeeers 54
Trang 12Hình 3.4 Khuôn dạng ban tin d6i trong RSVP ccccsesssesssesssessesssesssesseessesssecsseseeese 60 Hình 3.5 Khun dang d6i trong Ki@u .ceccccsecssesssesssesssessesssessecssecssecssecssssecsseeseesse 60
Hình 3.6 Cấu trúc bản tin Path va Resv trong RSVP .c csscsssssssesssesssesssessesssesseeeseeese 61
Hình 3.7 Téng quan m6 hinh DiffServ cscccsescsssesssecsseesseecssecsseessseessseesseessseessecs 64
Hình 3.8 M6 hinh DiffServ tai bién va 160i của mạng 5 + s+s+++eeexss 65 Hình 3.9 Mô hình các bước dịch vụ phân biệt DIfFServ 5 «5s +5 ++s5+ 66
Hình 3.10 Miền dich vụ phân biệt DS -.2- 2-22 S2+EE2EEvEEEvrkerrxrrrrrrkerree 67 Hình 3.11 Cấu trúc của trường phân biệt dịch vụ DS . - ¿+ ©sz+cs+©cs2 67
Hình 3.12 Hoạt động của BB - -G- 1v ng ng ng Hàng ng 68
Hình 3.13 Xử lý chuyến tiếp nhanh EF PHB -2 2 ++++++tzx+zxrzrzvree 69 Hình 3.14 Các phân lớp AF PHEB -2-2¿+++2EE+2EEEtEEEEeEEErerrrrrrrrrrrrrrrrcee 70 Hình 3.15 Cấu trúc của byte TOS . - 2 ©2£©©2£©+E£EEEEECEEEEEEEEEkerrkerkrrrkerree 71 Hình 4.1 Mô hình NS2 đơn giản 2-22: ©22©2++SEE+eEEEvEEEEeEEErerrrrrrrrrrrrerrrcee 76
Hình 4.2 Tương ứng C++ và OfCÌ . - ¿+ - + + + +23 vn vn ng tre 76
Hình 4.4 So dé hoat déng ctta NS2 o ceccescscsssesssessesssesssessesssessseesesssecssesssesseseseeseseseesse 71 Hinh 4.5 Cac truong ctia tép bam Vet .ccccecseessesssesssesssessesssesssssecssecssessesssecsseeseesse 78 Hình 4.6 Mô hình khảo sát 2 5+c5+
Hình 4.7 Đồ thị mô tả mắt gói trong khoảng thời gian 120s
Hinh 4.8 Dé thị mô tả thông lượng trong khoảng thời gian 120s Error! Bookmark not defined
Hinh 4.9 D6 tré hàng đợi của lớp lưu lượng Error! Bookmark not defined
Trang 14MO DAU
1 CO SO KHOA HOC VA TINH THUC TIEN CUA DE TAI
Ngày nay, với sự bùng nỗ của Internet, việc kết nối và sử dụng Internet ngày càng đa dạng, phong phú, chính vì vậy tầm quan trọng của việc đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) ngày càng tăng Với sự ra đời của các nhà cung cấp dịch vụ Internet
(ISP), viéc 6n định “chất lượng của Internet” cần phải được đảm bảo Điều đó có
nghĩa là các nhà cung cấp Internet tạo ra cho người dùng những dịch vụ đa dạng,
phong phú và cốt yếu là phải đảm bảo chất lượng dịch vụ đó
Mạng Internet hiện nay cung cấp dịch vụ trên cơ sở phục vụ theo khả năng tối
đa (best - effort), tức là không có bất cứ một cam kết nào được đưa ra từ phía nhà khai
thác về chất lượng dịch vụ Thay vào đó, tùy thuộc vào trạng thái cụ thể của mạng,
mạng chủ sẽ thực hiện những khả năng tốt nhất của mình để phục vụ lưu lượng cho
dịch vụ [9] Đây là nguyên nhân chủ yếu thúc đây nghiên cứu mạnh mẽ về QoS trên
nền mạng TP trong những năm gần đây
Chất lượng dịch vụ là một thành phần quan trọng của các mạng gói đa dịch vụ
Vấn đề chất lượng dịch vụ và đánh giá chất lượng dịch vụ luôn là vấn đề đóng vai trò
quan trọng đối với tất cả các loại hình dịch vụ viễn thông Mỗi loại hình dịch vụ sẽ
quan tâm tới QoS ở những khía cạnh khác nhau
Việc tích hợp nhiều ứng dụng với các yêu cầu về QoS khác nhau đòi hỏi phải
có một mô hình đảm bảo QoS cho các dịch vụ này Hướng tiếp cận QoS theo mô hình IntServ va DiffServ rất phù hợp với mạng gói IP [18] Công nghệ IP và các ứng dụng
của nó đã và đang tạo ra nhiều cơ hội và thách thức mới cho các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông
Từ tính cấp thiết nêu trên, chúng tôi chọn đề tài “Gidi pháp đảm bảo chất
lượng dịch vu (QoS) trén mang IP, danh giá và so sánh hiệu qua dam bao QoS cia DiffServ va IntServ” Luan van sẽ đi sâu tìm hiểu những kiến thức cơ bản về chất
lượng dịch vụ trên nền mạng IP như đặc điểm kỹ thuật, phân tích và đánh giá chất
lượng cho mạng IP qua mô hình IntServ và DiffServ; việc triển khai, hỗ trợ chất lượng dịch vụ trên nền mang IP
2 MUC DICH NGHIEN CUU
Luận văn tập trung nghiên cứu những van dé sau:
- _ Tập trung nghiên cứu về đảm bảo chất lượng dịch vụ trên mạng IP
- _ Phân tích, đánh giá hai mô hình IntServ và Diffserv đối voi QoS IP
- Sử dụng công cụ NS2 mô phỏng mô hình đảm bảo QoS: IntServ và DiffServ, từ đó đưa ra giải pháp cho việc đảm bảo chất lượng dịch vụ trên nén mang IP
Trang 153 ĐÓI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đề tài tập trung nghiên cứu lý thuyết về đảm bảo chất lượng dịch vụ Các mô
hình và cơ chế đảm bảo QoS trên nền mạng IP
Đánh giá và so sánh hiệu năng của 2 mô hình Intserv và DiffServ qua viéc str
dụng công cụ mô phỏng NS2
4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Thực hiện nghiên cứu lý thuyết về các kiến trúc QoS
Phân tích và đánh giá qua mô phỏng
5 CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN
Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn gồm 4 chương:
Chương 1: TÔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ
Các vấn đề và yêu cầu đảm bảo chất lượng dịch vụ:
a) Khái niệm về QoS và những yếu tố liên quan: tham số và phương thức đánh giá chất lượng dịch vụ mạng
b) Với các dịch vụ trên nền mạng IP, những tham số đặc trưng khách quan được
chuẩn hóa qua các tham số như tỷ lệ mất gói, độ trễ gói, độ biến thiên trễ,
c) Các thông số QoS: Khi xem xét đến đảm bảo chất lượng cho một dịch
vụ trên nền mạng IP, cần định nghĩa cụ thể tập hợp những tham số QoS khách quan phải được quan tâm cùng với mô hình phù hợp cho sự ràng buộc của các tham số đó
Chương 2 ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ CHO MẠNG IP
e Khái quát về mạng IP, các loại mạng, các giao thức liên mạng và định
tuyến, các cơ chế truyền tải trong mạng IP Nghiên cứu các yếu tô chính có
ảnh hưởng tới mạng ÏIP
¢ Tim hiéu lịch sử phát triển QoS IP cùng với các tham số ảnh hưởng trực tiếp
tới Qo§S IP trên thực tế
e Cac ky thuat va công nghệ đảm bảo QoS IP: quản lý hàng đợi, lưu lượng, lập lịch cho gói tin
Chương 3 MỘT SỐ MÔ HÌNH ĐẢM BẢO QoS IP
e_ Đi sâu nghiên cứu mô hình hỗ trợ chất lượng dịch vụ trong mang IP, so sánh lợi thế của mỗi mô hình dịch vụ đối với mang IP
e Nghiên cứu và rút ra những giải pháp của hai mô hình IntServ và DiffServ
Chương 4_ ĐÁNH GIÁ MÔ HÌNH ĐẢM BẢO QoS IP QUA MO PHONG
e_ Đánh giá chung về DiffServ và IntServ, rút ra ưu — nhược điểm của hai mô
hình trong thực tế
© Luận văn thực hiện mô phỏng bằng NS2 nhằm đánh giá mô hình đảm bảo
QoS trén mang IP
Trang 16Chuong 1 TONG QUAN VE CHAT LƯỢNG DICH VU
1.1 CHAT LUQNG DICH VU (QoS) VA CAC THAM SO QoS
1.1.1 Giới thiệu chung về QoS
Chất lượng dich vu (Quality of Service — QoS) la một khái niệm rộng và được tiếp cận theo nhiều hướng khác nhau, QoS liên quan tới khả năng cung cấp các dịch vụ
tốt hơn của một mạng đối với một lưu lượng mạng đã chọn với những công nghệ khác nhau bao gồm Frame Relay, ATM, Ethernet va cac mang 802.1, SONET, IP
Chất lượng được định nghĩa trong ISO 9000 là “cấp độ của một tập các đặc tinh vốn có đáp ứng đây đủ các yêu cầu” Theo khuyến nghị E800 ITU-T, chất lượng
dịch vụ là “ôi sập các khía cạnh của hiệu năng dịch vụ nhằm xác định cấp độ thỏa
mãn của người sử dụng đối với dịch vụ” Trong khi IETF [ETSI - TR102] nhìn nhận QoS là khả năng phân biệt luồng lưu lượng để mạng có các ứng xử phân biệt đối với các kiểu luồng lưu lượng, QoS bao trùm cả phân loại hóa địch vụ và hiệu năng tổng thể của mạng cho mỗi loại địch vụ [10]
Cho đến nay vẫn chưa thực sự có một khái niệm hoàn chỉnh về chất lượng dịch
vụ, mặc đù vậy ta có thể hiểu chất lượng dịch vụ /à điêu kiện để việc cung cấp dịch vụ
truyền dữ liệu trên mạng phù hợp với các ứng dụng và đảm bảo sự nhận biết của
người dùng Chất lượng dịch vụ bao gồm tập hợp các tiêu chí đặc trưng cho yêu cầu
của từng loại lưu lượng cụ thể trên mạng như độ rễ, jiter (sự thay đổi độ trỗ,, tỉ lệ
mắt gói, [16] Các tiêu chí trên có liên quan chặt chẽ tới băng £hông dành cho lưu
Hình 1.1 Mô hình QoS tống quát
Trong hình vẽ, NP (Net Performance) là năng lực và hiệu quả của một mạng cụ
thể Nó bao gồm khả năng ứng xử, tính hiệu quả của mạng và chất lượng phục vụ mà
mang cung cap AP (Access Point) la điểm truy nhập mạng
Trang 17Viéc thực hiện đảm bảo chất lượng dịch vụ bao gồm ba thành tố cơ bản sau:
Các cơ chế đảm bảo chất lượng dịch vụ tại các nút mạng: thuật toán hàng đợi (queuing), cơ chế định hình lưu lượng (traffic shapping), các cơ chế tối ưu hóa
đường truyền, các thuật toán dự đoán và tránh tắc nghẽn
Phương thức báo hiệu QoS giữa các nút mạng đề phối hợp hoạt động dam bao chất lượng dịch vụ từ đầu cuối tới đầu cuối
Chính sách QoS và các chức năng tính cước, quản lý để điều khiển và phân
phát QoS cho các lưu lượng đi qua mạng
vượt quá khả năng của mạng, dịch vụ không bị từ chối nhưng chất lượng
dich vụ giảm: thời gian trễ tăng, tốc độ giảm và mắt đữ liệu Với Best-Effort,
dữ liệu đi vào mạng đều tuân theo quy tắc FIFO Không có sự đối xử nào
của QoS đối với đữ liệu
Differrentiated Service (còn gọi là so QoS): Một vài dòng lưu lượng của dịch
vụ được ưu tiên hơn những dòng lưu lượng còn lại (ví dụ như cam kết các dịch
vụ khác nhau như thoại, video sẽ có băng thông én định, được xử lý nhanh hơn,
tỉ lệ mất gói ít hơn, .)
Guaranteed Service (con gọi là hard QoS): đữ liệu đi vào mạng được phân loại
thành các lớp khác nhau dé phân loại cách đối xử của mạng đối với dữ liệu
Thực hiện thông qua các tool QoS là PQ, CQ, WFQ và WRED Dịch vụ
được đảm bảo tuyệt đối về tài nguyên mạng dành cho nó, với điều khoản cụ thể
như băng thông, trễ, mắt gói
Trang 18
Hình 1.3 Các mức của chất lượng dịch vụ đầu cuỗi-đầu cuối
Tính chất chung của chất lượng dịch vụ: “Hiệu ứng chung của đặc tính chất lượng dịch vụ là xác định mức độ hài lòng của người sử dụng đối với dịch vụ” Ngoài
ra, QoS còn là “khả năng của mạng đảm bảo và duy trì các mức thực hiện nhất định cho mỗi ứng dụng theo như các yêu cầu đã được chỉ rõ của mỗi người sử dụng” Tit
đó, chất lượng dịch vụ QoS có thể được đánh giá theo hai cách: đánh giá chủ quan và đánh giá khách quan
Đối với người sử dụng dịch vụ, chất lượng dịch vụ phần lớn được đánh giá một
cách chủ quan Ví dụ, khi truy cập một trang Web, yếu tố đầu tiên để người sử dụng đánh giá chất lượng dịch vụ truy cập là khả năng truy nhập thành công trang Web đó Một yếu
tố cũng không thê thiếu là đánh giá mức độ truy nhập nhanh hay chậm qua xem xét thời gian cần thiết để tải các đữ liệu từ trang Web Từ ý kiến đó, người sử dụng sẽ công nhận
dịch vụ truy cập Internet là tốt nếu khả năng truy nhập cao (sự gián đoạn là hạn hữu và
vận tốc truyền tải dữ liệu nhanh)
Dựa trên những đánh giá chủ quan, QoS được coi là mức độ chấp nhận dịch vụ của người sử dụng và thường được đánh giá trên thang điểm đánh giá trung bình MoS (Mean of Score), MoS dao động từ mức (1-tồi) đến mức (5- xuất sắc) QoS cần được cung cấp cho mỗi ứng dụng để người sử dụng có thể chạy ứng dụng đó và mức QoS mà ứng dụng đòi hỏi được xác định bởi người sử dụng Từ MoS, các nhà cung cấp dịch vụ đưa ra mức chất lượng dịch vụ phù hợp cho dịch vụ của mình
Điều cơ bản chung của cách đánh giá chủ quan là với người sử dụng, sự đánh giá phụ thuộc vào dịch vụ cụ thể họ đang dùng Vì những đánh giá này mang tính chủ quan nên
chúng không được biểu hóa một cách thống nhất và rành mạch
Từ khía cạnh dịch vụ mạng, QoS liên quan tới năng lực cung cấp các yêu cầu chất lượng dịch vụ cho người sử dụng Có hai kiểu năng lực mạng để cung cấp chất lượng dịch vụ trong mạng chuyển mạch gói
a Mạng chuyển mạch gói phải có khả năng phân biệt các lớp dịch vụ
b Một khi mạng có các lớp dịch vụ khác nhau, mạng phải có cơ chế ứng xử khác nhau
Trang 19với các lớp bằng cách cung cấp các đảm bảo tài nguyên và phân biệt dịch vụ trong mạng
Người sử dụng đầu cuối Mạng chuyển mạch gói Người sứ dụng đầu cuối
e - Trượt thời gian
lưu lượng và các điều kiện của mạng, thông qua các bài toán được mô hình hóa hoặc
đo kiểm trực tiếp các thông số mạng để đánh giá tiêu chuẩn khách quan
Nhìn từ khía cạnh mạng, một khung làm việc chung của kiến trúc QoS gồm có: Phương pháp để yêu cầu và nhận các mức của dịch vụ qua các hình thức thỏa thuận mức dịch vụ SLA (Service Level Agreements) Các thỏa thuận SLA gồm các tham số QoS như băng thông, độ trễ, .là một hình thức giao
kèo dịch vụ giữa khách hàng và nhà cung cấp dịch vụ Khách hàng cần
SLA đề hiểu các ứng dụng của họ nhận được mức dịch vụ như thế nào, còn các nhà cung cấp dịch vụ cần SLA để hướng lưu lượng đầu vào của người
sử dụng tới mạng phù hợp
Báo hiệu, phân phối bộ đệm và quản lý bộ đệm cho phép đáp ứng yêu cầu mức dịch vụ thông qua các giao thức dành trước tài nguyên cho ứng dụng
Điều khiến những ứng dụng có sai lệch trong việc thiết lập các mức dich
vụ, thông qua quá trình phân loại loại lưu lượng, hướng tới chính sách
quản lý và thực thi đối với từng luồng lưu lượng nhằm xác định kỹ thuật
điều khiển lưu lượng phù hợp Phương pháp sắp xếp cho luồng lưu lượng
qua mạng trong một chừng mực có thể đảm bảo thỏa thuận các mức dịch
vụ sử đụng, bằng các phương pháp định tuyến trên nền tảng QoS
Trang 20Phương pháp tránh tắc nghẽn, quản lý tắc nghẽn, hàng đợi, và thiết lập để
ngăn chặn các điều kiện sự cố mạng gây ra những hậu quả bắt lợi ánh hưởng
tới mức dịch vụ Quản lý tắc nghẽn không phải là cơ chế phòng ngừa, nhưng
là một cơ chế tác động ngược khi các điều kiện tắc nghẽn phát sinh trong mạng Phát hiện và loại bỏ sớm ngẫu nghiên RED (Random Early Detection and Discard) là một trong các kỹ thuật đề ngăn ngừa tắc nghẽn Chính sách quản lý cho phép thực hiện các luật áp dụng cho các gói tin qua mạng trên nền chính sách chung Mỗi lớp lưu lượng có một giới hạn nhất
định số các gói tin được chấp nhận trong một khoảng thời gian nhất định
Chính sách quản lý liên quan tới các hoạt động của thiết bị xử lý gói tin và
hiện trạng của mạng từ đó quyết định hình thức thỏa thuận mức dịch vụ
Tiếp cận theo mô hình phân lớp trong mô hình tham chiếu hệ thống mở OSI
(Open System Interconnection) là cách tiếp cận khác về QoS được nhìn nhận từ phía mạng, QoS được đánh giá trong một số tầng:
Tầng ứng dụng AL (Application Layer): QoS được nhận thức là “mức độ dịch vụ”
Tầng truyền tải TL (Transport Layer): QoS được thực hiện bởi kiến trúc
logic của mạng, các cơ chế định tuyến và báo hiệu
Tầng mạng NL (Network layer): QoS thể hiện qua cac tham số lớp mạng:
Tỷ lệ lỗi, giá trị trung bình, giá trị lớn nhất của các tham số như băng
thông, độ trễ và độ tin cậy của luồng lưu lượng
Lớp liên kết dữ liệu DLL (Data link Layer): QoS được thể hiện qua các
tham số truyền dẫn, tỷ lệ lỗi thông tin, các hiện tượng tắc nghẽn và hỏng
hóc của các tuyến liên kết
Từ mô hình trên chúng ta nhận thấy, chất lượng dịch vụ tại các tầng cao của mô
hình hướng về người sử dụng (liên quan tới giao thức và phần mềm điều khiển), trong
khi các tầng thấp hướng về các đặc tính của hệ thống mạng truyền thông (như cấu trúc
mạng, tài nguyên sử dụng trong các nút và liên kết)
1.1.2 Các thành phần thực hiện QoS
Mục đích chính của QoS là cung cấp thứ tự ưu tiên các địch vụ giao nhận thông tin tin cậy cho những lớp hay loại lưu lượng nào đó bao gồm: cấp băng thông, điều
khiển rung pha và trễ (cần thiết đối với các ứng dụng thời gian thực và lưu lượng
tương tác), cung cấp sự ưu tiên cho một hay nhiều luồng mà không làm cho các luồng khác bị lỗi Vẫn đề trước tiên phải quan tâm là quá trình lưu và chuyên gói tại các nút
mạng diễn ra như thế nào, do tuyến đường mà gói đi qua dé đến đích là một chuỗi các nút và liên kết mạng.
Trang 211.1.2.1 Thực hiện QoŠ tại các nút mạng
Quyết định chuyển gói dựa trên địa chỉ đích của mỗi gói và thông tin trong bảng định tuyến của router Những router cần cho mạng có đảm bảo chất lượng dịch
vụ không thì cần phải quan tâm thời điểm gửi gói
Trong phần lớn các mạng, lưu lượng đến theo từng đợt thay đổi thất thường Trường hợp hay xảy ra là nhiều đợt gói tin đến từ các tuyến vào khác nhau và cùng
một tuyến ra (bản thân tuyến ra chỉ có dung lượng hữu hạn) làm cho router nhận được
số gói vượt quá khả năng phân phát tức thời của nó Để đối phó với trường hợp này,
tất cả các router đều có các bộ đệm bên trong (các hàng đợi — queues) để lưu trữ những
gói thừa cho đến khi chúng có thể được chuyền Khi đó các gói này sẽ chịu thêm độ
trễ, hay router chịu một sự ứ nghẽn nhất thời Trễ của gói từ nguồn tới đích bao gồm
nhiều thành phần nhưng trễ do bộ đệm kể trên rất thất thường, nó thay đổi ngay cá
giữa các gói tới cùng một đích
Mặt khác, gói đến sẽ bị hủy nếu hết dung lượng bộ đệm và tỷ lệ mắt gói là một
yếu tố không kiểm soát được Với các hàng đợi FIFO sẽ không có các cơ chế phân tách các loại lưu lượng khác nhau, lưu lượng này sẽ ảnh hưởng tới chất lượng dịch vụ của lưu lượng kia khi vượt qua cùng một hàng đợi
Cổng 1 : Chiều dài L gói
Z Công raM Cổng n
Hình 1.5 Hàng đợi vào trước ra trước trong router
Thay vì chỉ có một hàng đợi phục vụ cho mọi loại lưu lượng, người ta đưa ra cơ
chế CQS (Classification-Queuing-Scheduling): sử dụng nhiều hàng đợi (với dung
lượng và chính sách hủy gói khác nhau) phù hợp với yêu cầu chất lượng dịch vụ của
từng lớp lưu lượng cần phục vụ Classification thực hiện phân loại gói và chỉ định
hàng đợi phù hợp cho từng gói Các hàng đợi vẫn phải chia sẻ cùng một dung lượng
tuyến ra (Output link) hữu hạn, cần một cơ chế đặt lịch phục vụ (Scheduling) từng hàng đợi Các router như vậy được gọi là có kiến trúc cQs
Trang 22
Hình 1.6 Classify, Queue va Schedule trong router
Kiến trúc CQS cho phép chia tách, không cho các loại lưu lượng ảnh hưởng lẫn
nhau, thực hiện ưu tiên với các loại lưu lượng cần chất lượng dịch vụ cao Thực tế cần đặt ra những giới hạn để các loại lưu lượng không được ưu tiên vẫn có được chất lượng dịch vụ tối thiểu cũng như đảm bảo băng thông cho những loại được ưu tiên
Một chức năng trong kiến trúc CQS là đặt ra các giới hạn băng thông cho một lớp lưu lượng (được gọi là định hình lưu lượng (traffic shaping)) No két hop véi
chức năng lập lịch (scheduling) để quy định mức tần suất phục vụ với từng hàng đợi hoặc khoảng thời gian giữa hai lần lay gói ra ở cùng một hàng đợi Định hình lưu
lượng cung cấp một cơ chế điều khiển lưu lượng tại một giao diện cụ thể Nó giới hạn lưu lượng thông tin đi ra khỏi giao diện dé tránh làm mạng bị tắc nghẽn bằng các ràng
buộc tốc độ thông tin đi ra ở một tốc độ bit cụ thể đối với từng loại lưu lượng tránh trường hợp tốc độ bit tăng đột ngột
Hinh 1.7 Co ché traffic shaping trong router
Khi có quá nhiều gói đến trong một khoảng thời gian ngắn thi hủy gói là không
tránh khỏi Việc hủy gói phải tuân theo một số chính sách (policy) Giống như định
Trang 23hình lưu lượng, policing cũng là công cụ giới hạn téc d6 bit (rate-limiting tool) do đó tạm dịch là kiểm soát lưu lượng Chính sách hủy gói có thể đơn giản như hủy những
gói mới đến khi không còn chỗ trong hàng đợi
1.1.2.2 Báo higu QoS
Báo hiệu QoS cung cấp một cơ chế cho phép trạm cuối hoặc phần tử mạng đưa
ra yêu cầu về QoS với mạng Báo hiệu thực sự cần thiết để phối hợp giữa các nút
mạng với các kỹ thuật xử lý lưu lượng nhằm đảm bảo chất lượng dịch vụ “end fo
end” Trong mang IP chat lượng dich vu tir đầu cuối tới đầu cuối được xây dựng từ chất lượng dịch vụ trên một chuỗi các chặng mà lưu lượng đi qua
Báo hiệu điều khiển QoS rất cần thiết cho việc sử dụng các cơ chế xử lý lưu
lượng Có 2 phương pháp hay dùng cho báo hiệu QoS là: Siz dung quyén wu tién IP (IP precendence) va str dung giao thitc bao hiéu RSVP ( Resource Reservation Protocol) Chi tiết về hai phương pháp báo hiệu sẽ được trình bay trong các chương sau
1.1.3 Các tham số QoS đặc trưng
Yêu cầu chất lượng dịch vụ của các ứng dụng khác nhau có thể biểu diễn bằng
một tập các tham số QoS đo được bao gồm băng thông, độ trễ, rung pha, xác xuất mất
gói Các tham số sử dụng để tính toán QoS tùy thuộc vào kiểu mạng: Ví dụ thoại và
các ứng dụng multimedia rất nhạy cảm với trễ và rung pha; với mạng IP các tham số thường được sử dụng là băng thông, độ trễ và độ tin cậy; trong khi đó mạng không dây thường sử dụng các tham số như băng thông, nhiễu, suy hao và độ tin cậy
Chúng ta sẽ xem xét các tham số đo tổng quát trong khung làm việc chung của QoS: (i) Băng thông
Băng thông biểu thị tốc độ truyền đữ liệu cực đại có thể đạt được giữa hai điểm kết nối, được tinh theo (bit/s) Có thê giải thích cụ thể như sau:
Biểu diễn mô hình trang thai QoS của mạng đưới dạng một đồ thị
G(V,E) (trong đó: V là các nút, E là các liên kết) Lưu lượng vào qua nút Vi và
ra khỏi mạng nút Vị Mỗi liên kết (i, j) có 2 đặc tính: Cú, j) là dung lượng liên
kết, f(¡,j) là lưu lượng thực tế Gọi R(, j) = CŒ, j) - f, j) là băng thông dư Khi
đó, nếu một kết nối yêu cầu băng thông là Dk thì một kết nối được gọi là khả
dụng khi và chỉ khi R(,j) > Dk Một kết nối mới có thể được chấp nhận nếu tồn
tại ít nhất một đường dẫn khả dụng giữa 2 nút Vi và Vj
(ii) Độ rễ
Tré là khoảng thời gian một bản tin chiếm khi truyền từ điểm này đến điểm khác Trễ tổng thể (còn gọi là trễ tích lũy) là thời gian trễ từ đầu cuối phát tới đầu cuối thu tín hiệu Các thành phần trong tuyến kết nối gây ra trễ như thiết
bị phát, truyền dẫn, thiết bị chuyển mạch và định tuyến Trễ bao gồm một số
thành phần như:
Trang 24e Tré hàng đợi: là thời gian tiêu tốn trong hàng đợi để thực hiện quyết
định định tuyến trong bộ định tuyến hay là thời gian một gói phải trải
qua trong một hàng đợi khi nó phải đợi để được truyền đi trong một
liên kết khác
e Tré lan truyền: là thời gian cần thiết để môi trường vật lý truyền dữ
liệu Ví dụ trễ lan truyền trong các truyền dẫn quang thường nhỏ hơn
môi trường vô tuyến
e Tré chuyển tiếp: là thời gian cần thiết dé thực hiện quyết định trong
bộ định tuyến hay thời gian được yêu cầu để xử lý các gói đã đến trong một nút Ví dụ, thời gian dé kiểm tra tiêu đề gói và xác định nút tiếp theo để gửi đi
e _ Trễ truyền dẫn: là thời gian sử dụng để truyền tất cả các bit trong gói qua liên kết, trễ truyền dẫn được xác định trên thực tế của băng thông liên kết Thanh phan co thé được quản lý là trễ hàng đợi Gói có ưu tiên cao hơn
sẽ được đưa ra đề truyền trước và kỹ thuật hàng đợi như RED được áp dụng
(ii) Bién thién tré (Jitter)
Biến thiên trễ là sự khác biệt về trễ của các gói khác nhau cùng trong
một luồng lưu lượng Biến thiên trễ chủ yếu do sự sai khác về thời gian xếp hàng của các gói liên tiếp trong một luồng gây ra và là một trong những van dé quan trọng của QoS Khi biến thiên nằm vào khoảng dung sai định nghĩa trước
thì nó không ảnh hưởng tới chất lượng dịch vụ, ngược lại, nếu biến thiên trễ quá lớn sẽ làm cho kết nối mạng bị đứt quãng Trong một số ứng dụng, như ứng
dụng thời gian thực không thể chấp nhận rung pha, biến thiên trễ lớn có thé
được xử lý bằng bộ đệm, song nó lại làm tăng trễ
(v) - Độ tin cậy
Độ tin cậy xác định độ ôn định của hệ thống, đồng nghĩa với độ khả
dụng của hệ thống Độ khả dụng của mạng càng cao nghĩa là độ tin cậy của mạng và độ ổn định của hệ thống càng lớn Độ khả dụng của mạng thường
được tính trên cơ sở thời gian ngừng hoạt động và tổng số thời gian hoạt động (v) Mất gói
Mất gói tin là trường hợp khi gói tin không tới được đích của nó trước
thời gian timeout của bộ thu Trong mạng TCP/IP mất gói xảy ra do mạng bị nghẽn liên tục hoặc xảy ra trên chính các trường chuyển mạch gói, đây là
nguyên nhân gây ra sự tràn bộ nhớ hoặc loại bỏ gói tin bởi các phương tiện
quản lí lưu lượng Từng gói bị mắt không thường xuyên cũng khiến kết nối gặp
khó khăn Xác xuất mắt gói là giá trị được nhân lên từ xác xuất mắt gói được kỳ
vọng ở mỗi một trong các nút trung gian giữa một cặp nguồn và đích Xác xuất
Trang 25mất gói là một đại lượng quan trọng của QoS với các ứng dụng dữ liệu hay các
dịch vụ thời gian thực
1.2 CAC YEU CAU ĐẢM BẢO CHÁT LƯỢNG DICH VU
Để nhận biết các yêu cầu về chất lượng dịch vụ, hệ thống thường nhận biết qua
các lớp dịch vụ Theo quan điểm của ITU-T, khuyến nghị I-1541 các lớp dịch vụ được chia thành các vùng như sau:
Bảng 1.1 Các đặc tính phân lớp QoS cho mang IP theo ITU-T
Lop QoS Cac dac tinh QoS
Thoi gian thuc, nhay cam v6i jitter, tuong tac cao
Theo quan điểm này, các tham số thời gian thực và tương tác cao được đặt lên
hang đầu đối với mạng IP Trong khi đó, mang IP nguyên thủy không hỗ tro QoS cho các dịch vụ thời gian thực
Trong dự án TIPHON, ETSI đề xuất phân lớp QoS như sau:
Bảng 1.2 Phân lớp QoS theo quan điểm của ETSI
Lop QoS Thanh phan Cac dac tinh QoS
Hội thoại thời gian | Thoại, audio, | Nhạy cảm với trễ và biễn động trễ, có
thực (thoại, video, | video, đa phương | giới hạn lỗi và tổn thất, tốc độ bít thay
Luông thời gian | Audio, video, da | Tré va biên động trễ có dung sai nhât
Tương tác cận thời gian | Dữ liệu Nhạy cảm với trễ, biến động trễ và tôn
Phi thời gian thực | Dữ liệu Không nhạy cảm với tré và biên động
Hướng tiếp cận của ETSI tập trung vào các dịch vụ thường sử dụng trên mạng
IP để phân ra các loại dịch vụ yêu cầu thời gian thực và không yêu cầu thời gian thực
Đối với các yêu cầu thời gian thực, ETSI-TR102 phân biệt dịch vụ qua các độ nhạy cảm với các tham số QoS: Trễ, biến động trễ, tổn thất gói và đặc tính tốc độ bít.
Trang 26Đối với mạng tích hợp đa dịch vụ băng rộng B-ISDN, ITU-T định nghĩa các
vùng dịch vụ, theo hướng liên quan tới công nghệ lõi của B-ISDN là công nghệ ATM
theo bảng dưới đây:
Bảng 1.3 Các vùng dich vu cua B-ISDN
Vùng dịch vụ Các ứng dụng
Hội thoại Thoại, video hội nghị, truyền thông đa phương tiện tôc
độ cao (truyền file, âm thanh, hình ảnh)
Bản tin Email, chat
Khôi phục Truyên video, ảnh tĩnh, âm thanh và dữ liệu
Phân bô Phân bô nội dung video, quảng bá TV
Vùng dich vu ATM Ung dung Cac dac tinh QoS
Tôc độ bit cô định (CBR) Mô phỏng kênh Biến động trễ té bao thấp, tốn
Tốc độ bit không định nghĩa | Lưu lượng nỗ lực | Không yêu cầu
1.3 CAC VAN DE DAM BAO QoS
Một cơ cấu đảm bảo chất lượng dịch vụ chung nhất gồm 3 phần chính: Cung
cap QoS, diéu khién QoS va quan ly QoS:
© Cung cap QoS dua ra hang loạt các kỹ thuật nhằm thiết lập luồng và các giai
đoạn thỏa thuận tài nguyên nhằm đảm bảo QoS từ đầu cuối tới đầu cuối
e_ Điều khiển QoS đưa ra hàng loạt các hành vi điều khiển như lập lịch, chia gói và điều khiển luồng
¢ - Quản lý QoS nhằm giám sát, phân bổ lại tài nguyên và duy trì các điều kiện
đảm bảo QoS
Trang 27Cung cấp QoS Điều khiển QoS Quản lý QoS
1 Ánh xạ QoS 1 Lập lịch luồng 1 Giám sát QoS
2 Kiểm tra quản lý
3 Dành trước tài nguyên
2 Chia lưu lượng
Cơ cầu cung cấp QoS bao gồm ánh xạ QoS, kiểm tra quản lý và đành trước tài nguyên:
¢ Module anh xa QoS: thyc hiện chức năng biên dịch giữa các thé hién QoS
sang các mức hệ thống khác nhau
¢ Module kiểm tra quản lý QoS: chịu trách nhiệm kiểm tra độ khả dụng của
nguồn tài nguyên so với các yêu cầu và ra quyết định có cho phép các yêu cầu mới hoặc không
¢ Module bao hiéu va dành trước tài nguyên: sắp xếp các nguồn tài nguyên
thích hợp với các đặc tính QoS của người sử dụng Module quản lý QoS cần
dịch vụ này để xác nhận các kiểm tra điều khiển quản lý thành công hoặc
không Module ánh xạ QoS cần phải quan tâm tới khả năng của các giao thức báo hiệu trước khi ghép các đặc tính QoS vào mức chất lượng mạng
1.3.2 Điều khiển QoS
Thành phần điều khiến QoS cung cấp điều khiến lưu lượng thời gian thực dựa
trên các yêu cầu mức QoS từ giai đoạn cung cấp QoS bao gồm các module:
¢ Module lập lịch luồng quản lý các luồng chuyền tiếp theo cùng một cách thức ở cả hệ thống cuối và mạng
e Module chia lưu lượng điều chỉnh các luồng lưu lượng dựa trên các mức
yêu cầu QoS bao gồm các thuật toán dé phân tích và định hướng các luồng
tại biên mạng và lập lịch trong mạng để cung cấp hiệu năng cao nhất
¢ Module chính sách luồng sử dụng trong điều kiện lưu lượng người dùng
chuyển qua vùng biên quản lý và cần loại bỏ giám sát
© _ Module đồng bộ luồng điều khiển các sự kiện tương tác đa phương tiện theo
trình tự và thời gian chính xác
Trang 281.3.3 Quản ly QoS
Quan ly QoS dé duy trì các mức QoS thỏa thuận theo cdc module:
¢ Module kiém tra QoS: theo dõi các mức QoS đầu ra sẽ được cung cấp hoặc sử dụng, nó chính là cơ sở của thực tế quản lý mạng tính toán tối ưu hiệu năng mạng
¢ Module kha dụng: cho phép ứng dụng chỉ rõ các tham số QoS giám sát và
phản hồi để nhận ra hiệu năng cần thiết
¢ Module quản lý QoS: so sánh mức QoS kiểm tra với hiệu năng mong muốn và điều khiển tối ưu để đưa ra mức chất lượng dịch vụ Ngoài ra, nó còn đảm trách
các van đề liên quan tới xử lý và khôi phục lỗi trên liên kết và các nút
e_ Module phân mức QoS: gồm các phép đo để gia tăng sự phân mức cho kiến
trúc QoS, các thành phần trong module như bộ lọc QoS, tập hợp và kiến
trúc phân lớp QoS
1.4 KET LUAN
Trong chương này của luận văn tôi giới thiệu về khái niệm QoS, các vấn đề cơ
bản và chung nhất về QoS bao gồm: các thành phần thực hiện QoS cũng như các mức QoS end-to-end, các tham số để đánh giá chất lượng dịch vụ QoS như băng thông, độ
trễ, biến thiên trễ và các yêu cầu chung nhất để đám bảo QoS Khung làm việc
chung của chất lượng dịch vụ được trình bày cùng với một số quan điểm nhìn nhận của
các tô chức viễn thông lớn trên thế giới.
Trang 29Chương 2 DAM BAO CHAT LUQNG DICH VU CHO
MANG IP
Khi công nghệ chuyên mạch gói IP là phương thức duy nhất cho mang Internet toàn cầu như hiện nay, các giải pháp của ngành Công nghệ - Viễn thông đã và đang
được phát triển, ứng dụng thử nghiệm trong thời gian gần đây hướng tới mục đích phát
triển các giải pháp đảm bảo chất lượng dịch vụ trên nền mang IP
Mang IP ở đây là các mạng dữ liệu sử dụng bộ giao thức TCP/IP, hoạt động dựa trên nguyên lý chuyển mạch gói Dữ liệu được truyền tải đưới dạng các gói IP ở
nam gan day.[1] — [8]
2.1 GIAO THUC LIEN MANG (IP - INTERNET PROTOCOL)
Việc mở rộng phạm vi ứng dụng của giao thức TCP/IP hình thành lên các loại mạng IP như: mạng Internet toàn cầu, mạng Intranet, mạng riêng ảo dùng giao thức IP
(P VPN) TCP/IP là một bộ giao thức trong đó IP là giao thức chủ chốt cung cấp
khả năng kết nối các mạng con thành liên mạng dé truyền thông tin Việc truyền thông tin trong mang IP ton tại dưới ba hình thức: Unicast, multicast và broadcast Vai trò của IP tương tự như tầng mạng trong mô hình ISO:
Internetwork ,/P ICMP | ARP| RARP
Network interface _—> Ethenet, Token-ring, FDDI, X.25, Wireless, Async, ATM, ,
and Hardware
Hình 2.1 Chồng giao thức TCP/IP Nhiệm vụ chính của IP là phân phát gói theo kiểu không kết nối
(connectionless) và phân mảnh hoặc tái tạo các gói (datagram) để phù hợp với kích
thước đơn vị truyền dẫn tối đa MTU (Maximum Transmission Unit) của tầng liên kết
Trang 30dữ liệu ở dưới Giao thức IP có tính phổ biến rộng khắp đo nó thích ứng với mọi loại
giao thức ở hai tầng đưới
2.1.1 Phần tiêu đề gói IP
IP là giao thức cung cấp dịch vụ truyền thông theo kiểu “không kết nối”
Phương thức kết nói "không kết nối" cho phép thiết kế và thực hiện giao thức trao đôi
dữ liệu đơn giản Cũng chính vì vậy độ tin cậy trao đối dữ liệu của loại giao thức này không cao
Các gói đữ liệu IP được định nghĩa là các datagram Mỗi datagram có phan tiêu
đề (header) chứa các thông tin cần thiết để chuyển đữ liệu Thông tin tiêu đề cần thiết
để hiểu IP Precedence và các thông số QoS Tiêu đề gói IP như sau:
Hình 2.2 Khuôn dang phan tiêu đề gói IP
Vers (4-bit): Chi phién ban hiện hành của IP được sử dụng Với IP thông
thường là IPv4 trên mạng, thế hệ IP tiếp theo là IPv6
Length (4-bit): Chi độ dài của phần tiêu đề gói TP tính theo đơn vị 32bit
Precedence (3-bit): Chi thi quyền ưu tiên gửi gói IP, trường này có giá trị từ 0 (mức ưu tiên bình thường) tới 7 (mức kiểm soát mạng) quy định việc gửi datagram
¢ T (throughput) (1 bit) — chỉ số thông lượng yêu cầu: T = 1 thông lượng cao,
T =0 thông lượng bình thường
© R (reliability) (1 bit) — chi d6 tin cay yêu cầu: R = 1 độ tin cậy cao, R = 0 độ tin cậy bình thường
Type of Service (ToS ) (8-bit): Kiéu dịch vụ Là chỉ số chất lượng địch vụ yêu
cầu cho IP datagram, tuy nhiên mạng IP phải có các cơ chế hỗ trợ thì yêu cầu mới
được thực hiện Trường này bao gồm những thông tin sau:
Total Length (16-bit): xác định độ dài của gói IP gồm cả phần đữ liệu và phần
tiêu đề.
Trang 31Identification (16-bit): Nhan dang cac datapram được phân đoạn từ cùng một
datagram lớn hơn Nó kết hợp với địa chỉ IP nguồn đề nhận dạng
Flags (3-bij): Liên quan đến sự phân mảnh của datagram Trong đó có 2 bit
cuối dùng cho việc phân mảnh các gói IP, chỉ ra gói đó có được phân mảnh hay không
và gói đó có phải là gói cuối cùng hay không Cụ thể như sau:
e 0: chưa sử dụng và luôn bằng 0
¢ DF (Do not Fragment): bang 0 cé nghia là cho phép phân mảnh, bằng 1
là không cho phép phân mảnh
¢ MF (More Fragment): bang 0 thi đây là đoạn phân mảnh cuối cùng (the
last fragment) Bang I đây là phân mảnh tiếp theo (more fragments) Fragment Offset (13-bit): Chi ra vi trí của đoạn trong goid IP dé cé thê tái tạo lai datagram géc
Time to live (TTL — 8 bit): Quy dinh thời gian tồn tại (tính bằng giây) của gói
trên mạng để tránh tình trạng gói không đến được đích và cứ đi vòng quanh trên mạng Bat dau từ trạm gửi nó sẽ đặt giá trị = N (thường =16) cứ đi qua mỗi nút mạng giá trị
của trường này sẽ giảm đi 1 Nếu giảm TTL = 0 mà nó vẫn chưa tới đích thi gói sẽ bị
hủy tránh tình trạng đi quân trên mạng
Protocol (8 bi£): Chỉ ra giao thức ở lớp bên trên (ví dụ TCP, EGP hoặc UDP)
Checksum (16 bit): Kiém tra lỗi theo mã đư vòng CRC, chỉ dùng cho phần tiêu
đề gói Trường này luôn được cập nhật khi một gói tin di qua router trung gian
Source IP Address (32 bit): dia chi TP của trạm nguồn (trạm gửi)
Destination IP Address (32 bit): dia chi IP của trạm đích (trạm nhận)
IP Option (d6 dai thay déi): Khai bao cac tùy chọn do nơi gửi yêu cầu Trường
option không bắt buộc phải có trong moi datagram va chi yéu ding dé kiém tra lỗi trên mạng Option là một phần quan trọng của giao thức IP nên mọi tiêu chuẩn thực
hiện dựa trên IP phải bao gồm tiến trình xử lý trường này Độ dài của trường option
thay đổi tuỳ thuộc vào các tham số đi kèm Khi các option xuất hiện trong datagram,
nó sẽ kéo dài liên tục mà không có sự ngắt quãng
Padding: Vùng đệm, đảm bảo cho phần tiêu đề luôn kết thúc ở một mốc 32 bits
2.1.2 Địa chỉ IP
Dia chi IP chính là sơ đồ địa chỉ hóa để định danh các tram (host) trong liên
mạng Mỗi địa chỉ IP có độ dài 32 bits (đối với IPv4) được tách thành bốn phần (mỗi
phan 1 byte) Cách viết phổ biến nhất là biểu diễn dưới dạng thập phân có dấu chấm
để tách giữa các phần Mục đích của địa chỉ IP là để định danh duy nhất cho một host
bất kỳ trên liên mạng
Do tổ chức và độ lớn của các mạng con của liên mạng có thể khác nhau, ngudi
ta chia các địa chỉ IP thành 5 lớp kí hiệu A, B, C, D, E với cấu trúc như sau:
Trang 32
bits 0123 ề 6 24 31
Class k In ae ef sux ]
ClassB [1|0[ prefix I suffix |
Classc [1|1|0| prefix [suffix |]
ClassD [1j1|1|0[ multicast address ] Class E [1]1[1]1] reserved for future use ]
Hình 2.3 Các lớp địa chỉ IP
Khuôn dạng địa chỉ IP: mỗi host trên mạng TCP/IP được định danh duy nhất bởi một địa chỉ có khuôn dạng:
<Network Number, Host Number>
- Network number: Phan dinh danh dia chi mang
- Host number: Phan dinh danh dia chỉ các trạm làm việc trên mang đó
2.1.3 Các giao thức định tuyến
Khi đã có địa chỉ IP của trạm nguồn và trạm đích thì gói IP còn phải tìm đường
để tới đích Ở từng chặng, các router làm nhiệm vụ chọn đường hay định tuyến cho
các gói và router phải có thông tin về các tuyến, các chặng và tình trạng của mạng nói
chung Các giao thức định tuyến được dùng để cập nhật những thông tin đó cho router
Đã có rất nhiều giao thức định tuyến được phát triển cho mạng IP, có thé chia
làm hai loại chính:
e - Định tuyến theo trạng thái liên kết (link-state routing)
e _ Định tuyến theo vecto khoang cach (distance-vector routing)
Với các giao thức định tuyến, mạng có độ tin cậy cao có khả năng tự vượt qua các tắc nghẽn cục bộ và phản ứng nhanh với các tình huống xảy ra
Giao thức phân giải địa chỉ ARP(Address Resolution Protocol) được xây dựng
dé chuyển đổi dia chi IP sang dia chỉ vật lý (địa chỉ MAC) khi cần thiết (tức là thực
hiện ánh xạ giữa địa chỉ IP và địa chỉ MAC của một trạm) Giao thức phân giải địa chỉ
ngược RARP (Reverse Address Resolution Protocol) được dùng trong trường hợp
ngược lại
Giao thức thông báo điều khiển mạng Internet ICMP (Internet Control Message Protocol) thực hiện truyền thông báo điều khiển (về tình trạng lỗi trên mạng ) giữa các gateway hoặc trạm của liên mạng Một thông báo ICMP được tạo và chuyển cho trạm, trạm sẽ đọc thông báo đó với một IP header và chuyên đến cho router khác hoặc trạm đích