Nghien cuu va ung dung chuong trinh lap lich trong mang IP.doc

Nghiên cứu và ứng dụng chương trình lập lịch trong mạng IP.

MỤC LỤC

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT v

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ QoS 2

1 1 Giới thiệu chung 2

1 1 1 Chất lượng dịch vụ của ATM 3

1 1 2 Những dịch vụ QoS của hệ điều hành liên mạng Cisco 5

1 1 3 Chất lượng dịch vụ (QoS) trên Internet và Intranet 7

1 1 4 Chất lượng dịch vụ trong viễn cảnh ứng dụng 8

1 2 Khái niệm 9

1 2 1 Phân cấp QoS 11

1 2 2 Bảo đảm QoS 12

1 2 3 Các tham số QoS 14

1 2 3 1 Băng thông 14

1 2 3 2 Trễ 15

1 2 3 3 Jitter 16

1 2 3 4 Loss 17

1 2 3 5 Độ khả dụng 19

1 2 3 6 Bảo mật 20

1 3 Kiến trúc QoS 21

1 3 1 QoS nhận dạng và đánh dấu 22

1 3 2 QoS trong một thiết bị mạng 22

1 3 2 1 Quản lý tắc nghẽn 22

1 3 2 2 Quản lý hàng đợi 23

1 3 2 3 Hiệu suất liên kết 23

1 3 2 4 Chính sách và định hình lưu lượng 23

1 3 3 Các mức QoS 24

1 4 Bổ xung QoS vào mạng IP 25

1 4 1 Các giao thức và thuật toán sử dụng để thêm QoS vào mạng IP 27

1 4 1 1 Tốc độ truy nhập cam kết .27

1 4 1 2 Xếp hàng trên cơ sở lớp 27

1 4 1 3 Lớp dịch vụ 28

1 4 1 4 Các dịch vụ phân biệt 28

1 4 1 5 Quyền ưu tiên IP 28

1 4 1 6 Chuyển mạch nhãn đa giao thức 29

1 4 1 7 Xếp hàng theo VC .29

1 4 1 8 Định tuyến theo chính sách .29

1 4 1 9 Các hàng QoS .30

1 4 1 10 Loại bỏ sớm ngẫu nhiên .30

1 4 1 11 Giao thức dự trữ tài nguyên 30

1 4 1 12 Trường dịch vụ 33

1 4 1 13 Định hình lưu lượng 33

1 4 1 14 Xếp hàng hợp lý theo trọng số 33

1 4 1 15 Quản lý băng thông mạng con 34

1 4 2 Báo hiệu QoS 35

1 5 Định tuyến QoS 35

CHƯƠNG 2: KIẾN TRÚC CQS 37

2 1 Tổng quan về kiến trúc CQS 37

2 2 Các chức năng của kiến trúc CQS 39

2 2 1 Định hình lưu lượng 39

2 2 2 Hợp đồng lưu lượng 41

2 2 3 Phân mảnh hàng đợi 41

2 3 Đánh dấu và sắp xếp lại 42

2 4 Các ứng dụng của kiến trúc CQS 43

2 4 1 Router nguồn 43

2 4 2 Các dịch vụ ứng dụng 45

2 4 2 1 Dịch vụ Best Effort 45

2 4 2 2 Dịch vụ tích hợp IntServ 47

2 4 2 3 Dịch vụ DiffServ 51

2 4 2 4 QoS và tunnel 58

2 4 2 5 QoS và MPLS 58

CHƯƠNG 3: SCHEDULING 61

3 1 Khái niệm 61

3 1 1 Giới thiệu 61

3 1 2 Tốc độ định hình 61

3 1 3 Quyền ưu tiên chặt 62

3 2 Lập lịch gói 63

3 2 1 Tổng quan 63

3 2 2 Các thuật toán 64

3 2 2 1 FIFO 64

3 2 2 2 Leaky Buckets 65

3 2 2 3 Round-Robin 66

3 2 2 4 Stop-And-Go 67

3 2 2 5 EDD Phí sớm nhất của ngày 69

3 2 2 6 RCSP ưu tiên tốc độ điều khiển cố định 70

3 2 2 7 GPS 72

3 2 2 8 WFQ 74

3 2 2 9 Đồng hồ ảo 77

3 2 2 10 SCFQ Xếp hàng hợp lý tự định giờ 79

3 2 2 11 WF2Q 81

3 2 2 12 WF2Q+ 82

3 2 2 13 Thuật toán trong trường hợp nhiều node 83

3 2 2 14 Thuật toán lập lịch không lõi 84

CHƯƠNG 4: ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN MẠNG VIỄN THÔNG VIỆT NAM 91

4 1 Mạng mục tiêu 91

4 2 Mạng truyền dẫn 92

4 3 Mạng truy nhập 93

4 4 Sự phát triển của các mạng lên NGN 94

4 4 1 Sự hội tụ các mạng 94

4 4 2 Sự tiến hoá của các mạng lên NGN 94

4 4 3 Các chức năng tiến hoá 95

4 5 Một số dịch vụ bảo đảm QoS trong mạng 96

4 5 1 Sử dụng các giao thức hỗ trợ 96

4 5 2 Sử dụng các mô hình dịch vụ 97

4 5 2 1 Dịch vụ IntServ 97

4 5 2 2 Dịch vụ DiffServ 97

4 5 3 Đo kiểm và đánh giá QoS trong mạng NGN 98

KẾT LUẬN 100 TÀI LIỆU THAM KHẢO

CAC Connection Admission Control Điều khiển thu nhận kết nối

CAR Committed Access Rate Tốc độ truy nhập được qui địnhCIR Commited Information Rate Tốc độ thông tin được giao ước

CQS Classification, Queuing,

Scheduling

Phân loại, hàng đợi, lập lịch

CBWFQ Class-Base Weighted Fair

EIR Excess Information Rate tỷ lệ thông tin vượt quá

F

FEC Forward Error-Correcting Code Mã định hướng lỗi đúng

FBI Forwarding Information Base Thông tin định hướng cơ sở

FCFS First Come First Served Đến trước, phục vụ trước

GPS Generalized Processor Sharing Phân chia bộ xử lý chung

I

ISP Internet Service Provider Cung cấp dịch vụ mạng

ISDN Integrated Services Digital

PVC Permanent Virtual Circuit kênh ảo cố định

PSTN Public Switched Telephone

Q

R

RED Random Early Detection Phát hiện trước ngẫu nhiên

RSVP Resource Reservation Protocol Giao Thức dự trữ tài nguyên

RCSP Rate-Contrlled Static Priority Ưu tiên tốc độ điều khiển cố định

SLA Service Level Agreement Thoả thuận mức dịch vụ

SNA System Network Architecture Hệ thống kiến trúc mạng

TCA Traffic Conditioning Agreement Điều kiện lưu lượng thoả thuận

WRED Weighted Early Random Detect Phát hiện sớm ngẫu nhiên theo

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay nghành công nghiệp viễn thông đã đạt được những thành tựu to lớn và trở thành một ngành không thể thiếu trong đời sống con người Nhờ sự phát triển của kỹ thuật số, kỹ thuật phần cứng và các công nghệ phần mềm đã và đang đem lại cho người sử dụng các dịch vụ mới đa dạng và phong phú

Mạng IP và các dịch vụ ứng dụng công nghệ IP với các ưu điểm như tính linh hoạt, khả năng mở rộng dễ dàng và đạt hiệu quả cao … đã và đang dần chiếm ưu thế trên thị trường viễn thông thế giới Nhiều nghiên cứu về công nghệ

IP đã được thực hiện để đưa ra các giải pháp tiến đến một mạng hội tụ toàn IP Tuy nhiên mạng IP hiện nay mới chỉ là mạng “Best Effort” -một mạng nỗ lực tối

đa, mà không hề có bất kì một sự bảo đảm nào về chất lượng dịch vụ của mạng.

Đồ án này nghiên cứu về QoS với mong muốn hiểu them về chất lượng dịch vụ trong mạng IP và đưa QoS vào mạng để có được một mạng IP có QoS chứ không chỉ là mạng “Best Effort” Đồ án gồm bốn chương :

 Chương 1 Tổng quan về QoS: Trình bày các khái niệm cơ bản, các

tham số QoS, thực trạng QoS trong các mạng viễn thông hiện nay và cách đưa QoS vào trong mạng IP bằng cách sử dụng các giao thức và các thuật toán QoS.

 Chương 2 Kiến trúc CQS:trình bày tổng quan về kiến trúc CQS, đặc

điểm, khái niệm, các ứng dụng và các dịch vụ mạng của kiến trúc CQS

 Chương 3 Scheduling: Trình bày về bộ lập lịch với các khái niệm các

thuật toán và ứng dụng của chương trình lập lịch trong việc điều khiển lưu lượng, điều khiển tắc nghẽn nhằm giăi quyết vấn đề QoS trong mạng IP

 Chương 4 Định hướng phát triển mạng viễn thông Việt Nam: Trình

bày mạng Viễn thông trong tương lai và các ứng dụng để đưa chất lượng dịch vụ vào trong mạng tương lai

Em xin chân thành cảm ơn Th s Nguyễn Văn Đát đã tận tình hướng dẫn

em hoàn thành đồ án này Em xin cảm ơn các thầy, cô trong bộ môn Mạng Viễn Thông I cùng các anh chị trong trung tâm VTN đã cung cấp tài liệu, cảm ơn những góp ý quí báu của các bạn đã giúp em hoàn thành đồ án này

Ngày 25 tháng 10 năm 2005

Sinh viên: Nguyễn Thị Thu Huyền

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ QoS

1 1 Giới thiệu chung

QoS là chất lượng truyền tải các thông tin trên mạng theo đúng thời gian,kiểm soát băng thông, đặt quyền ưu tiên cho các lưu thông, cung cấp mức độ antoàn cao QoS còn được kết hợp với khả năng chuyển tải các thông tin phụ thuộcvào trễ (delay sensitive) như video trực tiếp hay âm thanh mà vẫn có đủ băng thôngcho các lưu thông khác dù ở tốc độ thấp hơn Quyền ưu tiên liên quan đến việcđánh dấu một số thông tin để có thể đi qua những mạng đông đúc trước khi nhữngnhững thông tin khác có độ ưu tiên thấp hơn đi qua

Quyền ưu tiên được gọi là cấp dịch vụ (class of service) hay còn gọi la CoS Cung cấp QoS đòi hỏi cải tiến cơ sở hạ tầng của mạng Một kỹ thuật để mởrộng băng thông là tạo các trục chính trên mạng bằng các bộ chuyển mạch ATMhoặc Gigabit Ethernet Điều này cũng có nghĩa là nâng cấp một mạng cục bộ dùngchung thành một mạng cục bộ chuyển mạch Hơn nữa, các giao thức mới yêu cầuphải quản trị các quyền ưu tiên lưu thông và băng thông trên mạng Ví dụ sau đây

sẽ mô tả cách thức QoS áp dụng vào thực tế

Giả sử bạn có cơ hội để thiết kế lại hệ thống đường sá trong trung tâm Hệthống đường sá hiện thời không bảo đảm bạn có thể đi đến đích đúng giờ, cũngkhông cung cấp được những mức độ ưu tiên cho các lưu thông đặc biệt, như các xecấp cứu hoặc có những người sẵn sàng trả tiền để được đi trên các tuyến không tắcnghẽn Tình huống này cũng tương tự như mô hình truyền dữ liệu “nỗ lực caonhất” (best-effort) trên Internet, mà các gói được ưu tiên như nhau và phải truyềnqua các băng thông có sẵn

Việc đầu tiên là phải xác định cách thức cải tiến chất lượng dịch vụ đượccung cấp bởi hệ thống đường sá Điều này có nghĩa là phải làm giảm hay tránh cácchậm trễ, dự báo các loại hình lưu thông, và tạo các thứ tự ưu tiên sao cho một sốcác lưu thông có thể truyền tải gấp

Một giải pháp hiển nhiên là tăng thêm các tuyến, tương đương việc nângcao băng thông bằng cách nâng cấp thành mạng ATM hay mạng Gigabit Ethernet.Một giải pháp khác là tạo ra thêm các bộ định tuyến trực tiếp tới nơi đến quantrọng, tương đương việc tạo ra một môi trường mạng chuyển mạch mà các mạchchuyên biệt có thể được thiết lập để nối kết giữa hai hệ thống

Những quy luật không thể tránh khỏi của hệ thống đường sá cũng như cácmạng là các đường truyền mới hoặc việc gia tăng băng thông sẽ nhanh chóng được

dùng hết Trong môi trường mạng, các ứng dụng multimedia sẽ dùng hết băngthông được cung cấp thêm Nếu mở rộng băng thông, bạn cũng cần phải có cácdịch vụ quản lý nó Đây là lúc các giao thức mạng QoS đóng vai trò của nó

Cũng tương tự như trong hệ thống đường sá, khi bạn đặt một làn xe chuyêndụng chẳng hạn cho những xe cần đi gấp và cho xe buýt Một làn xe khác được đặtriêng cho người được quyền sử dụng nó chẳng hạn như những làn xe có hình thoi(diamond lanes) có thể được sử dụng bởi những xe với hai hoặc nhiều hành kháchhơn Trên mạng, ta có thể dành riêng một băng thông và chỉ cho phép những người

sử dụng được cấp quyền như những người quản lý hoặc như những ứng dụng đặcbiệt như hội thảo qua video hoặc như những nghi thức đặc biệt như SNA (SystemNetwork Architecture) là những nghi thức mà phải được phân phối trong mộtkhoảng thời gian nhất định để ngăn chặn việc quá thời hạn

Sự cấp quyền nầy giả định là có một người nào đó đang quản lý quyền ưutiên Nếu có nhiều người hơn được quyền đi thì kể cả những làn xe hình thoi cũngbị tắt nghẽn Vì vậy có lẽ bạn muốn thiết lập một vài hình thức điều khiển truy cậpkhác chẳng hạn như trả tiền sử dụng khi qua cửa thu thuế Do đó bất cứ ai sẳn sàngtrả tiền để được đi trên những làn xe không bị tắc nghẽn sẽ được đi qua những làn

xe đó Nếu việc sử dụng tăng lên thì phí sẽ tăng lên theo Cuối cùng, hệ thống sẽcân bằng ít nhất cũng trên lý thuyết Một vài người có thể truy nhập đến những lànđặc biệt do những mối quan hệ chính trị, việc phục vụ chính phủ hoặc do những uytín có được qua việc phục vụ cộng đồng Những người này được xác định và đượccấp quyền qua một hệ thống máy tính hóa để điều khiển những chế độ ưu tiên nhưvậy

Trong môi trường mạng nội bộ, quyền ưu tiên của người sử dụng được thiếtlập bởi những nhà quản trị mạng trên máy chủ dựa trên các policy server TrênInternet, quyền ưu tiên và băng thông được cung cấp trên nền tảng trả tiền để sửdụng Điều này ngăn cản những ai sử dụng quá nhiều băng thông, nhưng nó đòi hỏinhững nhà cung cấp dịch vụ Internet phải đồng ý với những nhà cung cấp dịch vụInternet khác cùng thiết lập một chất lượng dịch vụ (QoS) qua Internet và đòi hỏi

họ có những hệ thống thanh toán để tính tiền khách hàng

1 1 1 Chất lượng dịch vụ của ATM

Cung cấp chất lượng dịch vụ trên mạng ATM thì tương đối dễ dàng donhiều nguyên nhân Đầu tiên, ATM sử dụng các cell có kích thước cố định để phânphối dữ liệu, trái ngược với những khung có kích thước biến đổi được sử dụngtrong môi trường mạng cục bộ Kích thước cố định sẽ tiện lợi hóa việc đoán trướclưu lượng và những đòi hỏi về băng thông Giả sử bạn tìm cách xác định có baonhiêu xe cộ đi qua một đường hầm trong một giờ Sẽ dễ dàng nếu tất cả các xe điều

có cùng kích thước, nhưng nếu chúng là xe con, xe buýt và xe tải trung… kíchthước khác nhau sẽ gây khó khăn cho việc xác định trước lưu lượng Thuận lợi củanhững cell có kích thước của mạng ATM là ở chổ những nhà cung cấp dịch vụ cóthể chỉ định trước băng thông và làm hợp đồng với khách hàng mà đảm bảo đượcchất lượng dịch vụ

Mạng ATM cũng có tính hướng kết nối Những cell được phân phối quanhững mạch ảo theo thứ tự, một yêu cầu quan trọng đối với hình ảnh và âm thanhtheo thời gian thực Trước khi gửi dữ liệu, một mạch ảo phải được thiết lập Mạchảo này có thể được thiết lập trước hoặc cài đặt theo yêu cầu (bằng cách chuyểnmạch) Trong trường hợp sau, mạng sẽ cung cấp mạch nếu nó có thể đáp ứng đòihỏi của người sử dụng Chất lượng dịch vụ QoS cho những mạng trong văn phòngđược thiết lập dựa trên giải pháp thuộc về quản trị hoặc các giải pháp khác Nếumạng được nối với mạng ATM của nhà truyền thông thì những thông số của chấtlượng dịch vụ QoS cũng có thể được chuyển cho mạng đó

Những ứng dụng vừa mới hình thành có thể đòi hỏi chất lượng dịch vụ(QoS) của mạng ATM cho những dịch vụ như những mạch mô phỏng tạo với mộtbăng thông cụ thể Những thông số của chất lượng dịch vụ mạng ATM thường gặpbao gồm peak cell rate - tốc độ truyền cell cao nhất (tốc độ truyền cell cao nhấttrong mỗi giây để phân phối dữ liệu tới người sử dụng), minimum cell rate - tốc độtruyền cell thấp nhất (tốc độ truyền cell thấp nhất có thể chấp nhận được mà mạngATM phải cung cấp; nếu mạng không thể cung cấp đến mức độ nầy, đòi hỏi vềmạch sẽ bị từ chối), cell loss ratio - tỉ lệ mất cell (cell mất có thể chấp nhận được),cell transfer delay - sự chậm trễ trong việc chuyển tải các cell (sự trì hoãn có thểchấp nhận được), cell error ratio - tỉ lệ lỗi của truyền cell (mức độ lỗi có thể chấpnhận được)

Trong suốt giai đoạn cài đặt, ATM chỉ thi hành một tập các thủ tục gọi làCAC (connection admission control - điều khiển thu nhận kết nối) để xác định xemnó có thể cung cấp sự kết nối ATM hay không Quá trình thu nhận được xác địnhbằng cách tính toán các yêu cầu về băng thông cần để thỏa mãn những đòi hỏi củangười sử dụng về dịch vụ Nếu mạch được thừa nhận thì mạng sẽ giám sát mạch đểbảo đảm rằng những thông số được yêu cầu không được vượt quá mức cho phép.Nếu lưu lượng vượt quá qua cấp độ đã giao ước cho mạch, thì mạng có thể sẽ bỏnhững gói tin trong mạch đó ra thay vì trong những mạch khác

Băng thông và chất lượng dịch vụ QoS trong mạng chuyển tải

Việc có đủ băng thông luôn là một vấn đề trong môi trường dạng diện rộng(WAN) Trên những đường truyền thuê bao với mức cố định, những gói tin bị bỏbớt khi lưu lượng vượt quá mức đo có thể Những kỹ thuật dùng cho việc cung cấp

băng thông theo yêu cầu đã phần nào giải quyết được những vấn đề này Nhờ cảmứng với việc quá tải, bộ định tuyến sẽ quay số để thêm một hoặc nhiều đườngtruyền khác để xử lý việc quá tải

Mạng chuyển gói dựa trên vật mang như frame relay và ATM được thiết kế

để xử lý những cao điểm tạm thời trong lưu thông Khách hàng sẽ ký hợp đồng đểnhận một tốc độ thông tin được giao ước CIR (commited information rate) cụ thểvà tỉ lệ đó có thể được vượt qua nếu có đủ băng thông và lúc đó khách hàng sẽ phảitrả thêm tiền

Một điểm nữa, mạng chuyển gói bảo đảm rằng lưu thông được ưu tiên cóthể đi qua trước, lưu thông không ưu tiên và do đó lưu thông theo thời gian thực cóthể truyền tải qua mạng kịp lúc Mạng chuyển gói X 25 hỗ trợ nhiều loại đặc điểmchất lượng dịch vụ QoS cần cho việc đảm bảo sự phân phối Tuy nhiên, tốc độ dữliệu trên mạng X 25 còn thấp Ngược lại, mạng frame relay không có nhiều đặctính về chất lượng dịch vụ QoS bởi vì những người thiết kế chỉ nhắm vào tốc độ.Ngược lại, mạng ATM được thiết kế rất cặn kẽ cho cả tốc độ và chất lượng dịchvụ, như đã mô tả ở phần trước

1 1 2 Những dịch vụ QoS của hệ điều hành liên mạng Cisco

Các dịch vụ của hệ điều hành liên mạng của Cisco là nền để chuyển giao vàquản lý các dịch vụ mạng Cisco IOS QoS là tập các mở rộng cung cấp chất lượngdịch vụ đầu cuối qua các mạng không đồng nhất Các ISP có thể cung cấp chấtlượng dịch vụ qua mạng của họ và tính cước khách hàng theo mức sử dụng

Những dịch vụ QoS của hệ điều hành liên mạng Cisco có thể xử lý tắcnghẽn; ưu tiên cho lưu thông có độ ưu tiên cao hơn; sắp xếp và phân loại các góitheo các mức dịch vụ hay lớp lưu thông; có khả năng qui định độ rộng của băngthông và tuân thủ các qui định đó; đo lưu thông trên mạng để thu cước phí và giámsát năng suất hoạt động trên mạng; cấp phát tài nguyên dựa trên cổng vật lý, địachỉ, hoặc những ứng dụng Một đặc điểm quan trọng khác của những dịch vụ nầylà chúng hỗ trợ cho những mạng được xây dựng với những đồ hình khác nhau (như

bộ định tuyến, frame relay, ATM và chuyển thẻ (tag switching)) nhằm phối hợptrong việc cung cấp QoS cho tất cả người dùng Các dịch vụ này có những đặcđiểm sau:

Quyền ưu tiên IP (IP Precedence) dùng để chia lưu thông thành sáu lớp dịchvụ Vì vậy việc xử lý tắc nghẽn và cấp phát băng thông được điều khiển ở mỗi lớpdựa trên các danh sách điều khiển truy nhập mở rộng ACL (extended access controllist) Quyền ưu tiên này có thể được thiết lập bởi khách hàng hoặc bởi các chính sách

đã được xác định Những ứng dụng của khách hàng thiết lập loại dịch vụ trong cácgói bằng cách thay đổi các bit trong trường loại dịch vụ (Type of Service field) của

tiêu đề IP Trong các môi trường không thuần nhất nơi mà mạng có các kỹ thuậtkhác nhau (frame relay, ATM, chuyển thẻ), quyền ưu tiên có thể được chuyển vàokhung hoặc vào đơn vị truyền (cell) để cung cấp chất lượng dịch vụ QoS Vì vậy,quyền ưu tiên có thể được thiết lập không cần có tín hiệu từ bên ngoài hoặc khôngcần những thay đổi quan trọng đối với các ứng dụng

Mức độ truy nhập được qui định CAR (Committed Access Rate) Nhữngngười quản trị mạng sử dụng CAR để xác lập những qui định và giới hạn về băngthông và để xử lý lưu thông vượt quá độ rộng của đường truyền đã xác lập Giớihạn của CAR được áp dụng dựa trên địa chỉ IP, cổng hoặc các luồng ứng dụng

Sự chuyển đổi luồng mạng (Netflow Switching) làm tăng hiệu quả của cáchoạt động trên mạng bằng cách dò tìm gói đầu tiên trong một “luồng” và bắt lấythông tin cần thiết cho việc gởi gói này qua mạng Những gói gửi sau dựa vàonhững thông tin trên vùng đệm (cache) sẽ làm giảm quá trình xử lý các gói Luồngmạng cũng thu thập dữ liệu về các luồng để thanh toán cước phí và cung cấp bảomật

Sự phát hiện trước ngẫu nhiên RED (Random Early Detection) cho phépnhững người điều khiển mạng quản lý lưu thông trong suốt những khoảng thờigian tắc nghẽn dựa trên các chính sách RED sử dụng giao thức TCP để làm giảmlưu lượng trên mạng sao cho thích hợp với băng thông đang được sử dụng WRED(RED có độ đo) đi với quyền ưu tiên IP để xử lý lưu thông ưu tiên cho những góicó độ ưu tiên cao hơn

Việc xếp hàng theo trọng số WFQ (Weighted Fair Queueing) sẽ cung cấpmột phương pháp để xử lý việc ảnh hưởng bởi sự chậm trễ (delay sensitive), xử lýlưu thông có độ ưu tiên cao trong một lối đi nhanh trong khi chia sẻ một cách côngbằng phần băng thông còn lại giữa những lưu thông có độ ưu tiên thấp hơn

Ứng dụng có thể yêu cầu chất lượng dịch vụ QoS xác định thông qua giaothức dành riêng tài nguyên RSVP (Resource Reservation Protocol) Sau đó nhữngdịch vụ QoS của Cisco tiếp nhận những yêu cầu đó và chuyển chúng vào nhữnggói có độ ưu tiên cao (những gói được đưa qua trục chính của nhà cung cấp dịch vụInternet đến bộ định tuyến ở đầu xa) Ở đó, chúng được chuyển trở lại thành nhữngtín hiệu RSVP Theo Cisco, phương pháp nầy giữ được lợi ích của RSVP và tránhđược sự lạm dụng nó trên các mạng chính

Nói chung, dịch vụ QoS của Cisco cung cấp cho những nhà cung cấp dịchvụ Internet một phương pháp để “sinh lợi bằng cách xác định, đáp ứng khách hàng,phân phối và thanh toán cho những dịch vụ mạng-trị giá gia tăng, những dịch vụmạng được phân biệt” Nó cho phép các nhà cung cấp dịch vụ Internet cung cấp

nhiều mức dịch vụ với những chính sách giá khác nhau dựa trên mục đích, thờigian sử dụng, và loại lưu thông

1 1 3 Chất lượng dịch vụ (QoS) trên Internet và Intranet

Có những xu hướng đang cung cấp cơ sở hạ tầng mạng cho việc phân phốitruyền thông đa phương tiện theo thời gian thực qua những mạng nội bộ Đây là sựphát triển bùng nổ của những nghi thức Web, của việc sử dụng các mạng chuyểnđổi là những mạng góp phần tạo ra mạng Ethernet, và của việc sử dụng những trụcmạng chính tốc độ cao (ATM hoặc Gigabit Ethernet) Ngoài ra cũng phải kể đến sựbùng nổ của những giao thức quản lý băng thông

Cộng đồng Internet đã sử dụng RSVP như một phương tiện để cung cấpchất lượng dịch vụ QoS trên Internet và trên những mạng intranet RSVP là mộtgiao thức đi từ bộ định tuyến nầy sang bộ định tuyến khác trong đó một bộ địnhtuyến yêu cầu bộ định tuyến khác dành riêng một băng thông xác định cho một sựtruyền tải nào đó Mỗi bộ định tuyến dọc theo lộ trình từ nguồn tới đích bị đòi hỏiphải dành riêng băng thông RSVP sẽ được bàn kỹ trong phần “RSVP (ResourceReservation Protocol)”

Một vài nhóm IETF (Internet Engineering Task Force) đang làm việc trênnhững giao thức mạng có liên quan đến chất lượng dịch vụ QoS, như được trìnhbày dưới đây:

Nhóm làm việc IETF về định tuyến QoS (The IETF QoS Routing (qosr)Working Group) đang định nghĩa những kỹ thuật định tuyến chất lượng dịch vụcho Internet Việc định tuyến QoS liên quan đến việc tìm những con đường chuyểncác gói tin mà cung cấp các dịch vụ được yêu cầu Những con đường nầy có thểkhông phải là những con đường ngắn nhất theo cách nghĩ thông thường mà lànhững con đường mà đáp ứng được loại và chất lượng dịch vụ theo yêu cầu củangười dùng Những kỹ thuật xử lý gói mới thì rất cần thiết cho việc tìm ra nhữngcon đường cung cấp các dịch vụ này

Nhóm làm việc IETF về chuyển tải hình ảnh hay âm thanh (the IETFAudio/Video Transport (avt) Working Group) đang phát triển những giao thức mớinhằm cung cấp hình ảnh và âm thanh qua mạng sử dụng giao thức gói dữ liệungười dùng UDP (User Datagram Protocol) và IP multicast Nhóm nầy chịu tráchnhiệm đối với các giao thức vận chuyển theo thời gian thực RTP (Real-timeTransport Protocol) và đối với những RFC (requests for comment) (là những đòihỏi mà xác định định dạng sức tải đối với JPEG, MPEG và những chuẩn củavideoconferencing)

Nhóm làm việc IETF về các dịch vụ tích hợp (The IETF Integrated Services(intserv) Working Group) liên quan tới việc vận chuyển hình ảnh, âm thanh vànhững dữ liệu khác qua mạng Intenet Nhóm này đang định nghĩa và cung cấp tưliệu cho những dịch vụ sẽ được cung cấp bởi mô hình dịch vụ mạng Internet nângcao Nó cũng định nghĩa giao diện ứng dụng và tập những yêu cầu định tuyến mớilà những yêu cầu sẽ bảo đảm rằng mạng Internet có thể hỗ trợ mô hình dịch vụmới

Nhóm làm việc IETF về những dịch vụ tích hợp qua những lớp liên kết cụthể (the Integrated Services over Specific Link Layers (issll) Working Group) đangphát triển các mở rộng cho cấu trúc IP là cấu trúc cho phép những ứng dụng yêucầu và thu nhận một cấp độ dịch vụ cụ thể trong liên mạng để chuyển âm thanh,hình ảnh và dữ liệu trên đó Những kỹ thuật đã được phát triển bao gồm nhữngdịch vụ tích hợp qua những kỹ thuật chia xẻ và chuyển đổi của mạng LAN, mạngATM

1 1 4 Chất lượng dịch vụ trong viễn cảnh ứng dụng

Phần lớn những công việc vẫn đang được thực hiện để cung cấp chất lượngdịch vụ (QoS) trên những mạng intranet và Internet Tuy nhiên, những ứng dụngnhư Microsoft NetMeeting sẽ cung cấp sự hiểu biết thấu đáo về cách một ứng dụngcó thể tự tối ưu hoá việc sử dụng băng thông NetMeeting về căn bản là một giảipháp hội thảo video hoạt động qua những mạng cộng tác và qua Internet Nó chophép người dùng chuyển các tập tin và giữ chỗ trong những cuộc hội thảo

“whiteboard” (hiển thị và soạn thảo đồ họa) trong suốt cuộc hội thảo qua video

Microsoft gọi NetMeeting là một ứng dụng “thông minh về băng thông” bởi

vì nó có những kỹ thuật tạo sẵn cho vùng đệm, nén và tối ưu hóa quá trình truyềnthông Có thể đưa ra nhiều giải pháp để giới hạn băng thông của những ứng dụng

sử dụng hình ảnh và âm thanh để những người quản trị mạng có thể ngăn cảnnhững ứng dụng sử dụng nhiều băng thông

Trong suốt quá trình hoạt động của một NetMeeting thông thường, nhữngdòng âm thanh, hình ảnh và dữ liệu riêng biệt được truyền qua mạng Những dòngdữ liệu nầy cấu thành những hội thảo whiteboard và thông tin điều khiển.NetMeeting xử lý những dòng âm thanh với độ ưu tiên cao nhất theo sau đó làdòng dữ liệu rồi tới dòng hình ảnh Bốn chế độ truyền được chọn 14 4 Kbits/sec,

28 8 Kbits/sec, ISDN (Integrated Services Digital Network) và tốc độ của mạngLAN Sau đó NetMeeting sẽ tự động cân bằng 3 dòng tách biệt theo độ ưu tiên củachúng và theo băng thông có được Trong cấu hình có băng thông thấp nhất, hìnhảnh video có thể xuất hiện chủ yếu như một hình ảnh tĩnh chỉ thỉnh thoảng mớithay đổi

NetMeeting truyền một khung video đầy đủ trong 15 giây, sau đó làm tươihình ảnh với những thay đổi khi chúng xảy ra Nó cũng làm giảm lượng dữ liệu điqua đường truyền Chẳng hạn, thông tin đồ họa có thể lưu trú trong một hàng đợitạm thời trước khi được truyền đi Nếu những phần của bức ảnh đang chờ đợi thayđổi trong khi nó vẫn còn trong hàng đợi thì chỉ có những thông tin mới được gởi vàthông tin cũ bị loại bỏ mà không được gởi đi Sau đó nó lại được chồng lên bởihình ảnh mới

1 2 Khái niệm

Khuyến nghị của CCITT, E800 đưa ra một tính chất chung của QoS:”Hiệuứng chung của đặc tính chất lượng dịch vụ là xác định mức độ hài lòng của người

sử dụng đối với chất lượng dịch vụ”

Khuyến nghị ETR300003 của ETSI chia và cải tiến định nghĩa của ITUthành các định nghĩa nhỏ hơn, nó phù hợp với các yêu cầu và quan điểm của cácnhóm khác nhau trong viễn thông Đó là:

 Yêu cầu QoS của người sử dụng

 Đề nghị QoS của nhà cung cấp dịch vụ

 Sự cảm nhận QoS từ phía khách hang

 Việc thực hiện QoS của nhà cung cấp dịch vụ

 Yêu cầu QoS của nhà cung cấp dịch vụ

Như vậy một cách tổng quan QoS mang ý nghĩa là “Khả năng của mạngđảm bảo và duy trì các mức thực hiện nhất định cho mỗi ứng dụng theo như cácyêu cầu đã chỉ rõ của mỗi người sử dụng” Một ý trong định nghĩa này chính làchìa khoá để hiểu được QoS là gì từ góc nhìn của nhà cung cấp dịch vụ mạng Nhàcung cấp dịch vụ mạng đảm bảo QoS cung cấp cho người sử dụng và thực hiện cácbiện pháp duy trì mức QoS khi điều kiện mạng bị thay đổi vì các nguyên nhân nhưnghẽn, hỏng hóc thiết bị hay lỗi đường truyền v v…QoS cần được cung cấp chomỗi ứng dụng để người sử dụng có thể chạy ứng dụng đó Tuy nhiên người sửdụng cũng cần phải tìm hiểu các thông tin từ người quản trị để hiểu mạng phảicung cấp những gì cần thiết cho mỗi ứng dụng Các nhà cung cấp dịch vụ mạngđưa ra thông tin đặc tả về giá trị thực tế của thông số QoS theo hai cách sau:

 Với môi trường kênh ảo cố định(PVC : Permanent Virtual Circuit), cácgiá trị của các tham số QoS có thể chỉ đơn giản được ghi bằng văn bảnvà trao lại cho đại diện của nhà cung cấp dịch vụ mạng và khách hàngvới nhà cung cấp dịch vụ thoả thuận với nhau về cách thức sử dụng QoScó hiệu lực trên PVC khi PVC sẵn sàng

 Với môi trường kênh ảo chuyển mạch(SVC: Switched Virtual Circuit),các giá trị của thông số QoS được gửi cho nhà cung cấp dịch vụ trongbản tin báo hiệu thiết lập cuộc gọi, nó là một phần của phương thức báohiệu được sử dụng để cung cấp dịch vụ chuyển mạch trên mạng

Cả hai phương pháp đều được sử dụng trong mạng Phương pháp PVC chophép QoS được cung cấp trong một miền lớn hơn trong khi phương pháp SVC đòihỏi QoS trên một kết nối cho trước và được thiết lập liên tục Nếu một mạng đượctối ưu hoàn toàn cho một loại dịch vụ thì người sử dụng ít phải xác định chi tiết cácthông số QoS Ví dụ, với mạng PSTN được tối ưu cho thoại, không cần xác địnhbăng thông hay trễ cần cho một cuộc gọi Tất cả các cuộc gọi đều được đảm bảoQoS như đã qui định trong các chuẩn liên quan cho điện thoại

Hình 1 1: Mô hình QoS tổng quan

Trong mô hình có cả chất lượng của từng mạng (NP-Net perfomane) trênđường truyền từ đầu cuối này tới đầu cuối kia Ta không nên nhầm lẫn hai kháiniệm chất lượng dịch vụ và chất lượng mạng

QoS giúp cho các dịch vụ viễn thông và nhà cung cấp mạng đáp ứngđược các nhu cầu dịch vụ của khách hàng Còn NP được đo trực tiếp hiệu năngtrên mạng không chịu ảnh hưởng của khách hàng và các thiết bị đầu cuối Thêmnữa các giá trị của QoS đo được rất khác so với các giá trị NP đo được do một kếtnối từ đầu cuối A đến đầu cuối B có thể phải chuyển qua nhiều kết nối trong mạng,hay phải qua rất nhiều mạng và các thiết bị đầu cuối Do đó để đo được QoS là rấtkhó Việc đo đạc NP đơn giản hơn nhiều

Ta có thể so sánh QoS và NP như sau:

Theo khuyến nghị E800 của ITU QoS còn được xem như : “chất lượng dịchvụ viễn thông là kết quả tổng hợp của các chỉ tiêu dịch vụ, thể hiện ở mức độ hàilòng của đối tượng sử dụng dịch vụ đó ” Dịch vụ viễn thông là các hoạt động trựctiếp hoặc gián tiếp của các doanh nghiệp cung cấp cho khác hàng khả năng truyền,đưa và nhận các loại các thông tin thông qua mạng lưới viễn thông công cộng

NET

CE Q

QoS

QoS dược xác định bằng các chỉ tiêu định tính và định lượng Chỉ tiêu địnhtính thể hiện sự cảm nhận của khách hàng còn chỉ tiêu định lượng được thực hiệnbằng các số liệu đo cụ thể

Theo khuyến nghị E800 của ITU : NP là năng lực của mạng(hoặc mộtphần của mạng) cung cấp các chức năng liên quan tới truyền thông tin giữa nhữngngười sử dụng

Mạng viễn thông bao gồm các hệ thống chuyển mạch và truyền dẫn, mạngcáp ngoại vi, được kéo dài từ điểm truy nhập tới thiết bị đầu cuối của khách hàng

Do đó đánh giá chất lượng của mạng chính là đánh giá các chỉ tiêu, các thông số kĩthuật có liên quan tới khả năng truyền thông tin của mạng cùng các chủng loại thiếtbị bên trong mạng đó Theo quan điểm của khách hàng thì họ mong muốn đượccung cấp các dịch vụ đảm bảo chất lượng, còn trên quan điểm của nhà cung cấpdịch vụ thì khái niệm chất lượng mạng là một chuỗi các tham số mạng có thể đượcxác định, được đo đạc và điều chỉnh để có thể đạt được mức độ hài lòng của kháchhàng về dịch vụ Nhà cung cấp dịch vụ có trách nhiệm phải tổ hợp các tham số chấtlượng mạng khác nhau thành tập hợp các tiêu chuẩn để có thể vừa đảm bảo lợi íchkinh tế của mình vừa thoả mãn tốt nhất yêu cầu của người sử dụng Khi sử dụngdịch vụ, khách hàng chỉ biết đến nhà cung cấp dịch vụ chứ không quan tâm tới cácthành phần của mạng NP yêu cầu phải được hỗ trợ các khả năng:

 Khả năng truy nhập dịch vụ

 Khả năng khai thác

 Khả năng duy trì

 Khả năng tích hợp dịch vụ

Mô hình tham khảo cho QoS end to end thường có một hoặc vài mạng thamgia, mỗi mạng lại có nhiều node Mỗi mạng tham gia có thể đưa vào trễ, tổn thấthoặc lỗi do việc ghép kênh, chuyển mạch hoặc truyền dẫn, nên nó ảnh hưởng tớitruyền dẫn Do đó QoS trong mạng phụ thuộc vào nhiều yếu tố:các thành phầnmạng, cơ chế xử lý tại đầu cuối, cơ chế điều khiển trong mạng

1 2 1 Phân cấp QoS

Một cách tự nhiên, có nhiều mức QoS khác nhau cũng giống như là cónhiều ứng dụng vậy Các ứng dụng lại thay đổi rất lớn thậm chí cả với những yêucầu đơn giản về băng thông Tín hiệu thoại có thể yêu cầu bất kì số liệu nào trongkhoảng từ 8 đến 64 Mb/s Truy nhập Web và truyền tập tin sử dụng băng thôngcàng nhiều càng tốt trong phạm vi có thể, nhưng lại không cần liên tục…Tuynhiên, băng thông trên PSTN và của mạng dữ liệu nhận được từ các đường thuêriêng dựa trên PSTN lại chỉ phục vụ giới hạn tại tốc độ 64 kb/s hoặc là bỏ phí 28kb/s trong 128 kb/s Đây là mặt hạn chế của các mạng chuyển mạch kênh Một

mạng chuyển mạch gói có thể chia băng thông thành nhiều thành phần thích hợpcho các ứng dụng dữ liệu bùng nổ, nhưng đó không phải là tất cả Một mạng cầnphải có khả năng cung cấp QoS yêu cầu cho mỗi ứng dụng, không cần biết băngthông cần thiết có cố định hay không Khả năng về phía mạng cấp cho các ứngdụng các bảo đảm về QoS ví dụ như là bảo đảm về băng thông, được xem như làphân cấp QoS của mạng Phân cấp là một khía cạnh quan trọng khác của QoS.Phân cấp xác định các thông số QoS tốt đến mức nào mà người sử dụng có thểđịnh rõ cho các ứng dụng cụ thể Nếu mạng cung cấp QoS không đủ tiêu chuẩn thìnó có thể giới hạn người sử dụng truy nhập vào mạng Ví dụ đơn giản, xét một nhàcung cấp dịch vụ mạng thiết lập nhiều loại lớp dịch vụ cho các ứng dụng của người

sử dụng Có nhiều lúc lớp dịch vụ được dùng với đầy đủ các tham số của QoS, nhàcung cấp có thể đưa ra một lớp dịch vụ thoại trên một mạng gói mà nó đảm bảobăng thông 64kb/sử dụng giữa các đầu cuối và trễ 100ms với jitter nhỏ hơn 10 ms.Điều này tốt miễn là tất cả người sử dụng thoại đều cần 64kb/s Nhưng nếu mộtứng dụng thoại chỉ yêu cầu 8kb/s thôi thì sao?Hay thậm chí là chỉ 4kb/s Bởi vìngười sử dụng được đảm bảo ở 64kb/sử dụng nên lượng băng thông này nói chunglà phải được chia ra từ toàn bộ băng thông trên mạng Tuy nhiên mạng có thể sẽkhông bao giờ chỉ ra được khi nào 64kb/s có thể được yêu cầu Theo đó người sửdụng không sử dụng và nhà cung cấp dịch vụ dự trữ băng thông có thể cung cấp nócho những người sử dụng khác

Phân cấp tôt QoS sẽ cho phép người sử dụng thậm chí trong cùng một lớpdịch vụ xác định băng thông họ yêu cầu chính xác hơn Sự chính xác này muốn đạtđược thì phải trả giá bằng độ phức tạp của mạng, đây là lý do chính trong việc giớihạn các tham số QoS và đặt ra các lớp dịch vụ trong giai đoạn đầu

1 2 2 Bảo đảm QoS

Thực hiện 3 vấn đề sau:

 Các cơ chế đảm bảo chất lượng dịch vụ tại các nút mạng: Các thuật toánxếp hàng (queueing), cơ chế định hình lưu lượng (traffic shapping), các

cơ chế tối ưu hoá đường truyền, các thuật toán dự đoán và tránh tắcnghẽn…

 Phương thức báo hiệu QoS giữa các nút mạng để phối hợp hoạt độngđảm bảo chất lượng dịch vụ từ đầu cuối tới đầu cuối

 Chính sách QoS và các chức năng tính cước, quản lý để điều khiển vàphân phát QoS cho các lưu lượng đi qua toàn mạng

Điều gì sẽ xảy ra nếu mạng không thành công trong việc bảo đảm và duy trìQoS chính xác cho một ứng dụng cho trước? Điều này tuỳ thuộc vào sự thoả thuận

giữa người sử dụng và nhà cung cấp dịch vụ trong trường hợp dịch vụ được quản líbởi hợp đồng hay là giữa nhà cung cấp dịch vụ và bộ phận điều chỉnh trong trườnghợp dịch vụ bảng giá Đảm bảo QoS cũng là phần quan trọng của hợp đồng chocác dịch vụ mạng giữa khách hàng và nhà cung cấp dịch vụ Thông thường thìhàng tháng khách hàng phải trả tiền cho nhà cung cấp dịch vụ Đảm bảo QoS cóthể thiết lập một hệ thống phạt dưới hình thức giảm bớt giá tiền dịch vụ hàng thángnếu nhà cung cấp không cung cấp đúng chất lượng yêu cầu của tháng đó Trongnhững trường hợp nghiêm trọng, nếu vấn đề về mạng xảy ra trong toàn bộ tháng đóthì khách hàng có thể nhận được dịch vụ miễn phí

Đảm bảo chất lượng mạng trong một môi trường dịch vụ hợp đồng thườngđược biểu hiện theo hình thức thoả thuận mức dịch vụ (SLA: Service LevelAgreement) được thiết lập giữa khách hàng và nhà cung cấp dịch vụ SLA có thể làmột phần của hợp đồng dịch vụ hay là một tài liệu độc lập hoàn toàn SLA đưa racác yêu cầu của khách hàng và các hình phạt đối với nhà cung cấp khi gặp phải sự

cố SLA cũng cung cấp một phương tiện thuận tiện cho khách hàng để so sánh cácdịch vụ do các nhà cung cấp khác nhau đưa ra Vậy trong phân cấp dịch vụ, đảmbảo chất lượng và SLA, điều nào phải được thực hiện các dịch vụ thời gian thựctrên môi trường IP? Tuy rằng bảo đảm và điều chỉnh QoS trở thành một lĩnh vựckhảo sát tích cực giữa các nhà cung cấp dịch vụ mạng công cộng nhưng Internetnhìn chung vẫn tương đối không bị ảnh hưởng bởi QoS bởi bản chất định hướng IPlà một mạng nỗ lực tối đa, do đó “không tin cậy” khi yêu cầu nó đảm bảo về QoS,thậm chí nếu tất cả các ISP (Internet Service Provider) đột ngột quan tâm tới QoSthì cũng không dễ gì thêm QoS vào một mạng IP tại một mức IP

Cách tiếp cận gần nhất để các nhà cung cấp dịch vụ IP có thể đảm bảo QoShay SLA giữa khách hàng và ISP là mạng IP được quản lý Thuật ngữ quản lý ởđây là bất cứ cái gì mà nhà cung cấp dịch vụ quản ký thay mặt cho khách hàng Vậy cái gì đang thực sự được quản lý trên mạng IP? Đó là QoS mà mạng cungcấp Điều này được thực hiện bằng cách cách ly các bộ định tuyến, các liên kết …

sử dụng để cung cấp dịch vụ IP cho một khách hàng cụ thể và sử dụng các tàinguyên này trên một nền tảng dành riêng một phần phục vụ cho mình khách hàngđó Trong vài trường hợp các bộ định tuyến và các liên kết cần được chia sẻ nhưngchỉ giữa những khách hàng chung vốn có hợp đồng cho quản lý dịch vụ IP

Hấu hết các nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) lớn đưa ra cả kết nốiInternet công cộng dùng chung và dịch vụ IP được quản lý Phần IP được quản lýcủa các ISP thường sử dụng để kết nối địa chỉ với các vị trí được điều khiển bởikhách hàng Không ai có thể dễ dàng đảm bảo băng thông hay bất kỳ một thông sốQoS nào khác trên mạng Internet công cộng, nó cơ bản bao gồm các “đám mây”ISP liên kết của băng thông và tài nguyên biến đổi trong phạm vi lớn Chỉ có thể

giới hạn các kết nối đến một ISP thì ISP mới có thể đưa ra thực tế một dịch vụ IPđược quản lý Các liên kết đến một mạng Internet toàn cầu có thể được cung cấpnhư một phần của dịch vụ IP được quản lý, nhưng tất nhiên là đảm QoS khôngxuất hiện trong phần này của mạng Tuy nhiên, liên kết giới hạn đặc trưng bởi cácdịch vụ IP được quản lý này vẫn có thể được sử dụng đem lại lợi ích cho kháchhàng Ví dụ mạng riêng ảo (VPN:Virtual Private Network) thực sự được lợi từviệc bảo đảm QoS và hạn chế các kết nối và đây chính là dấu hiệu xác nhận chấtlượng của các dịch vụ mạng IP được quản lý

Vấn đề ở đây là ngày càng có nhiều ứng dụng như thoại và video hoạt độngtrên Internet và Web toàn cầu, do đó các đảm bảo QoS thực sự là cần thiết Mặc dùvậy, Internet ngày nay lại có rất ít các đảm bảo QoS có chăng chỉ là các ngoại lệcủa các dịch vụ mạng IP được quản lý

1 2 3 Các tham số QoS

Băng thông (nhỏ nhất) 64kb/s, 1 5Mb/s, 45Mb/s

Trễ(Lớn nhất) 50ms trễ vòng, 150ms trễ vòng

Jitter (Biến động trễ) 10%của trễ lớn nhất, 5ms biến động

Loss (Mất thông tin)-các ảnh

Tính sẵn sàng (tin cậy) 99 99%

Bảo mật Mã hoá và nhận thực trên tất cả các luồng lưulượng

QoS có 6 tham số cơ bản sau:

Bảng 1 1 Các tham số QoS

1 2 3 1 Băng thông (nhỏ nhất)

Băng thông chỉ đơn giản là thước đo số lượng bít trên giây mà mạng sẵnsàng cung cấp cho các ứng dụng Các ứng dụng bùng nổ trên mạng chuyển mạchgói có thể chiếm tất cả băng thông của mạng nếu không có ứng dụng nào khácbùng nổ cùng với nó Khi điều này xảy ra, các “bùng nổ” phải được đệm lại và xếphàng chờ truyền đi độ trễ đó tạo ra trễ trên mạng Khi được sử dụng như là mộttham số QoS băng thông là yếu tố tối thiểu mà một ứng dụng cần để hoạt động Vídụ, thoại PCM cần băng thông là 64kb/s Điều này không tạo ra khác biệt khimạng xương sống có kết nối 45Mb/s giữa các nút mạng lớn Băng thông cần thiết

được xác định bởi băng thông nhỏ nhất sẵn có trên mạng Nếu truy nhập mạngthông qua một MODEM V 34 hỗ trợ chỉ 33, 6 kb/s thì mạng xương sống 45mb/s

sẽ làm cho ứng dụng thoại 64kb/s hoạt động được Băng thông nhỏ nhất phải sẵnsàng tại tất cả các điểm giữa các người sử dụng

Các ứng dụng dữ liệu được lợi nhất từ việc đạt được băng thông cao hơn.Điều này được gọi là các ứng dụng giới hạn băng thông, bởi vì hiệu quả của ứngdụng dữ liệu trực tiếp liên quan tới lượng nhỏ nhất của băng thông sẵn sàng trênmạng Mặt khác, các ứng dụng thoại như thoại PCM 64kb/s được gọi là các ứngdụng giới hạn trễ Thoại PCM 64kb/s này sẽ không hoạt động tốt hơn nếu có băngthông 128kb/s Loại thoại này phụ thuộc hoàn toàn vào thông số trễ QoS để mạngcó thể hoạt động hiệu quả

1 2 3 2 Trễ

Trễ liên quan chặt chẽ với băng thông Với các ứng dụng giới hạn băngthông thì băng thông càng lớn trễ sẽ càng nhỏ Đối với các ứng dụng giới hạn trễnhư là tín hiệu thoại 64kb/s, tham số QoS trễ lớn nhất các bit gặp phải khi truyềnqua mạng Tất nhiên là các bit có thể đến với độ trễ nhỏ hơn Mối quan hệ giữabăng thông và trễ trong mạng được chỉ ra trong hình vẽ sau:

Hình 1 2 (a)Trễ và (b) băng thông trong mạng

Trong phần (a), t2 – t1 = số giây trễ Trong phần (b), X bit/( t2 – t1)=bit/sbăng thông Nếu có nhiều băng thông hơn tức là có nhiều bit đến hơn trong mộtđơn vị thời gian thì trễ tổng thể nhỏ hơn

Băng thông và trễ của mạng có mối quan hệ với nhau và có thể tính toán tạinhiều nơi trong mạng, thậm chí từ đầu cuối tới đầu cuối Thông tin truyền đi dướidạng một chuỗi các khung truyền (gói tin IP cũng có thể sử dụng cho mục đích

này), khoảng thời gian trôi qua kể từ khi bit đầu tiên của một khung đi vào mạngcho đến khi bit đầu tiên ra khỏi mạng gọi là trễ Vì con đường của khung qua cả bộchuyển mạch và bộ định tuyến, nên trễ có thể biến đổi, có các giá trị lớn nhất, nhỏnhất, trung bình, độ lệch chuẩn…

Băng thông được định nghĩa là số bit của một khung chia cho thời gian trôiqua kể từ khi bit đầu tiên rời khỏi mạng cho tới khi bit cuối cùng rời khỏi mạng.Trên thực tế, đây chỉ là một trong số những cách đo có thể Vì các khung có đườngtruyền đi từ liên kết truy nhập tới mạng xương sống nên băng thông mà khungtruyền đi biến đổi đáng kể Các mạng chuyển mạch gói cung cấp cho các ứng dụngcác băng thông biến đổi phụ thuộc vào hoạt động và sự bùng nổ của ứng dụng Băng thông biến đổi tức là trễ cũng biến đổi trên mạng Các nút mạng được nhómvới nhau cũng có thể đóng góp vào sự thay đổi của trễ Tại các nút mạng đều cóquá trình xếp hàng Trễ xảy ra do cần thời gian để chuyển gói tới hàng đợi đầu ra(output queue) và trễ do gói bị giữ trong hàng đợi Tuy nhiên với các thuật toánxếp hàng có ưu tiên có thể giảm trễ xuống dưới 10ms Ngoài ra cũng có thể kể đếntrễ khi các bridge, switch và router chuyển dữ liệu, nó phụ thuộc vào tốc độ của hệthống mạch, CPU cũng như kiến trúc bên trong các thiết bị mạng Tham số QoS trễchỉ xác định được trễ lớn nhất mà không đặt bất kì một giới hạn nhỏ hơn nào chotrễ của mạng

1 2 3 3 Jitter (Biến động trễ)

Thông số QoS jitter thiết lập giới hạn lên lượng biến đổi của trễ mà mộtứng dụng có thể gặp trên mạng Một cách đúng đắn hơn thì jitter được xem như làbiến động trễ, bởi vì thuật ngữ jitter cũng được sử dụng trong mạng với nghĩa là sựkhác biệt thời gian mức thấp trong kỹ thuật mã đường dây Tuy nhiên, sử dụngthuật ngữ jitter đồng nghĩa với biến động trễ cũng là phổ biến, và ngữ cảnh sẽ phânbiệt nghĩa nào đang được đề cập Jitter không đặt một giới hạn nào cho các giá trịtuyệt đối của trễ, nó có thể tương đối thấp hoặc cao phụ thuộc vào giá trị của thông

số trễ

Jitter theo lí thuyết có thể là một giá trị mạng tương đối hay tuyệt đối Ví dụ,nếu trễ mạng cho một ứng dụng được thiết lập là 100ms, jitter có thể đặt là cộnghoặc trừ 10% của giá trị này Theo đó nếu mạng có trễ trong khoảng từ 90 đến110ms thì vẫn đạt được yêu cầu về jitter (trong trường hợp này rõ ràng trễ khôngphải là lớn nhất) Nếu trễ là 200ms, thì 10% giá trị jitter sẽ cho phép bất kỳ giá trịtrễ nào trong khoảng 180 đến 220ms Mặt khác jitter tuyệt đối giới hạn cộng trừ5ms sẽ giới hạn jitter ở các ví dụ trên trong khoảng từ 95 đến 105ms và từ 195 tới205ms

Các ứng dụng nhạy cảm nhất đối với các giới hạn của jitter là các ứng dụngthời gian thực như thoại hay video Nhưng đối với các trang Web hay với truyền tậptin qua mạng thì lại ít quan tâm hơn đến jitter Internet là gốc của mạng dữ liệu có ítkhuyến nghị về jitter Các biến đổi của trễ tiếp tục là vấn đề gây bực mình nhất gặpphải đối với các ứng dụng video và thoại dựa trên Internet

Jitter xảy ra do sự thay đổi khoảng thời gian giữa hai lần gói đến:

Hình 1 3 Sự thay đổi thời điểm gói đến

Jitter là vấn đề cố hữu trong các mạng chuyển mạch gói Nguyên nhân từ cơchế xử lý lưu giữ và chuyển gói tại các nút mạng Ngoài ra, còn do các gói đi đếnđích theo các đường truyền khác nhau trên mạng Loại bỏ jitter đòi hỏi phải thuthập các gói và giữ chúng đủ lâu để cho phép các gói chậm nhất đến đích để đượcphát lại đúng thứ tự, điều này làm cho tổng độ trễ tăng lên

Ngay cả khi trễ tuyệt đối có thể giảm nhỏ tối thiểu, một sự thay đổi độ trễ từgói này đến gói sau cũng làm giảm chất lượng dịch vụ Để khử jitter người ta dungmột bộ đệm gọi là jitter buffer, đó có thể là một hàng đợi động với kích thước thayđổi phụ thuộc vào khoảng thời gian giữa hai lần gói đến của các gói trước vì bộđệm cố định nếu quá lớn thì làm tăng trễ nếu quá nhỏ thì làm mất gói

1 2 3 4 Loss (Mất thông tin)

Mất thông tin là một tham số QoS không được đề cập thường xuyên như làbăng thông và trễ đặc biệt là đối với Internet, độ trễ bản chất tự nhiên của mạngInternet là “nỗ lực tối đa” Nếu các gói tin IP không đến được đích thf Internetkhông hề bị đổ lỗi và đã làm mất chúng Điều này không có nghĩa là ứng dụng sẽtất yếu bị lỗi, bởi vì nếu các thông tin bị mất vẫn cầc thiết đối với các ứng dụng thìnó sẽ phải tự yêu cầu bên gửi gửi lại bản sao của thông tin bị mất Bản thân mạngkhông quan tâm giúp đỡ vấn đề này, bởi vì bản sao của thông tin bị mất khôngđược lưu lại tại bất cứ nút nào của mạng

Tại sao các mạng không chỉ Internet lại bị mất thông tin? Thực sự là cónhiều lí do, nhưng hầu hết trong số chúng có thể truy nguyên từ các ảnh hưởng của

lỗi trên mạng Ví dụ, nếu một kết nối bị hỏng, thì tất cả các bit đang truyền trênliên kết này sẽ không thể tới được đích Nếu một nút mạng ví dụ như bộ định tuyếnhỏng thì tất cả các bit ở trong bộ đệm và đang được xử lý tại nút đó sẽ biến mấtkhông để lại dấu vết Do những loại hư hỏng này có thể xảy ra trên mạng bất cứlúc nào nên việc một vài thông tin bị mất độ trễ lỗi trên mạng là không thể tránhkhỏi

Ví dụ việc truyền tín hiệu thoại:

Hình 1 4 Phát lại gói cuối cùng thay thế gói bị mất

Gói thứ nhất, thứ hai, thứ ba đều đến được đích nhưng gói thứ tư bị mất trênđường truyền Sau khi bên thu đợi một khoảng thời gian, nó sử dụng thuật toán

“che dấu” ví dụ bằng cách phát lại gói thứ 3 Người nghe hầu như không cảm nhậnđược vì tín hiệu thoại bị mất chỉ là 20ms (ví dụ) Tuy nhiên, nếu mất gói liên tụchoặc tỉ lệ mất gói lớn thì chất lượng thoại sẽ bị giảm vì các kiểu “làm giả” gói thoạinhư vậy không thể kéo dài Sự tổn thất gói trên 10% nói chung không thể chấpnhận được

Tác động của mất thông tin tuỳ thuộc vào ứng dụng Điều khiển lỗi trênmạng là một quá trình gồm hai bước : Bước đầu tiên là xác định lỗi Bước thứ hailà khắc phục lỗi, nó có thể đơn giản là bên gửi truyền lại đơn vị bị mất thông tin.Một vài ứng dụng, đặc biệt là các ứng dụng thời gian thực, không thể đạt hiệu quảkhắc phục lỗi bằng cách gửi lại đơn vị thông tin bị lỗi Các ứng dụng không phảithời gian thực thì thích hợp hơn đối với cách truyền lại thông tin bị lỗi, tuy nhiêncũng có một số ngoại lệ (ví dụ các hệ thống quân sự tấn công mục tiêu trên khôngkhông thể sử dụng hiệu quả với cách khắc phục lỗi bằng truyền lại )

Vì những lý do này, tham số QoS Loss không những nên định rõ một giớihạn trên đối với ảnh hưởng của lỗi mà còn nên cho phép người sử dụng xác địnhxem có lựa chon cách sửa lỗi bằng việc truyền lại hay không? Tuy nhiên, hầu hếtcác mạng (đặc biệt là mạng IP) chỉ cung cấp phương tiện vận chuyển thụ động cònviệc xác định lỗi, khắc phục lỗi thường được để lại cho các ứng dụng (hay ngườidùng)

Thuật toán nén G729

Gói phát lạiGói mất

1 2 3 5 Độ khả dụng (Đáng tin cậy)

Các mạng tồn tại để phục vụ người sử dụng Tuy nhiên mạng cần có biệnpháp bảo dưỡng và phòng ngừa nếu các tình huống hỏng hóc tiềm tàng được pháthiện và được dự đoán trước Một chiến lược đúng đắn bằng cách định kỳ tạm thờitách các thiết bị ra khỏi mạng để thực hiện các công việc bảo dưỡng và chẩn đoántrong một thời gian ngắn để có thể giảm thời gian ngừng hoạt động do hỏng hóc.Thậm chí, với biện pháp bảo dưỡng hoàn hảo nhất cũng không thể tránh được cáclỗi không tiên đoán trước và các lỗi nghiêm trọng của kết nối và thiết bị theo thờigian

Không lâu trước đây, mạng PSTN có lịch trình thời gian và bảo dưỡngnghiêm khắc hơn nhiều mạng dữ liệu PSTN phải có khả năng truyền tải các cuộcgọi vào mọi thời điểm Có những khoảng thời gian chỉ có rất ít cuộc gọi, nhưkhoảng thời gian 3 đến 4 giờ sáng, nhưng lại có cuộc gọi hầu như tất cả các khoảngthời gian Đương nhiên phải có những nguyên tắc để bảo dưỡng và phòng ngừa vớimạng PSTN Một số hoạt động có thể thực hiện lúc lưu lượng biết trước là tạmvắng và một số hoạt động có thể không bao giờ được thực hiện trong các giờ hoặctrong các ngày bận

Mạng dữ liệu thực hiện công việc đó dễ hơn Hầu hết mạng dữ liệu dànhcho kinh doanh, thường là từ 8 giờ sáng đến 5 giờ chiều, từ Thứ Hai dến Thứ Sáu.Hoạt động bổ trợ có thể thực hiện ngoài giờ, và một tập kiểm tra đầy đủ với mụcđích phát hiện ra các vấn đề có thể xảy ra trong các ngày nghỉ

Internet và Web đã thay đổi tất cả Một mạng toàn cầu phải giải quyết vấnđề rằng thực sự có một số người luôn cố gắng truy nhập vào mạng tại một số địađiểm Và thậm chí Internet có ích ở nhà vào 10 giờ tối hơn là ở cơ quan vào 2 giờchiều

Tuy nhiên, nếu người sử dụng nhận thức rõ ràng rằng họ không thể có mộtmạng như mong muốn vào tất cả các khoảng thời gian Và khi hỏng hóc xảy ra,dịch vụ sẽ được khôi phục nhanh chóng đến mức độ nào Cả hai là khía cạnh chủyếu của thông số QoS độ khả dụng hay độ tin cậy của mạng

Một năm có 60*60*24*365 hay 31 536 000 giây Giả thiết một mạng khảdụng 99 phần trăm thời gian Điều này cho phép nhà cung cấp dịch vụ có 315 360giây, hay 87, 6 giờ mạng không hoạt động trong một năm Khoảng thời gian này làtương đối lớn Giá trị 99, 99 phần trăm sẽ tốt hơn nhiều, và thời gian ngừng hoạtđộng của mạng giảm xuống chỉ còn khoảng 50 phút trong một năm Tât nhiên nhàcung cấp dịch vụ cần nhiều cơ chế dự phòng và khắc phục lỗi hơn để đạt được điềunày Bảng 2 2 cho thấy phần trăm sẵn sàng được biểu diễn dưới dạng thời gianngừng hoạt động hàng năm

Bảng 1 2 Tính sẵn sàng của mạng và thời gian ngừng hoạt động

Tính sẵn sàng của mạng Tổng thời gian ngừng hoạt động trong một năm

sẽ được nhắc nhở rằng 99 99% sẵn sàng như được quảng cáo và hứa hẹn là ápdụng cho toàn bộ mạng

1 2 3 6 Bảo mật

Bảo mật là tham số mới trong danh sách QoS nhưng lại là một tham số quantrọng Thực tế trong một số trường hợp độ bảo mật có thể được xét ngay sau băngthông Gần đây, sự đe doạ rộng rãi của các hacker và sự lan tràn của virus trênmạng Internet toàn cầu đã làm cho bảo mật trở thành vấn đề hàng đầu Hầu hết vấnđề bảo mật liên quan tới các tính riêng tư, sự tin cẩn và xác nhận khách chủ Cácvấn đề liên quan tới bảo mật thường được gắn với một vài hình thức của phươngpháp mật mã như mã hoá và giải mã Các phương pháp mật mã cũng được sử dụngtrên mạng cho việc xác nhận (authentication) nhưng phương pháp này thườngkhông liên quan chút nào đến vấn đề giải mã

Một cách ngắn gọn, riêng tư và bí mật có liên quan tới các kỹ thuật mã hoáhay công khai Việc xác nhận tính hợp lệ của khách hàng thường được quy địnhbởi một mật khẩu đơn giản, nếu sử dụng chữ kí số thì phức tạp hơn, thậm chí còn

phức tạp hơn nữa nếu sử dụng các hệ thống sinh trắc học như kiểm tra võng mạc.Việc xác nhận tính hợp lệ của máy phục vụ thường được qui định bởi một chứngchỉ số do nhà cấp chứng chỉ đưa ra và được quản lý bởi một nhà quản lý đăng ký

Toàn bộ kiến trúc đều xuất phát từ việc bổ sung tính riêng tư, bí mật và xácnhận, nhận thực cho mạng Internet Giao thức bảo mật chính cho IP gọi là IPSec,đang trở thành một kiến trúc cơ bản để cung cấp thương mại điện tử trên Internetvà ngăn ngừa gian lận trong môi trường VoIP Tuy nhiên mạng Internet công cộngtoàn cầu thường xuyên bị coi là thiếu bảo mật nhất, đã đưa vấn đề về bảo mật trởthành một phần của IP ngay từ khi bắt đầu Một bit trong ToS(Type of Service )trong phần tiêu đế gói IP được đặt riêng cho ứng dụng để có thể bắt buộc bảo mậtkhi chuyển mạch gói Tuy nhiên lại nảy sinh một vấn đề là không có sự thống nhấtgiữa các nhà sản xuất bộ định tuyến khi sử dụng trường ToS

Người sử dụng và ứng dụng có thể thêm phần bảo mật của riêng mình vàomạng, và trong thực tế, cách này đã được thực hiện trong nhiều năm Nếu có chútnào bảo mật mạng thì nó thường có dạng là một mật khẩu truy nhập vào mạng Cácmạng ngày nay cần một cơ chế bảo mật gắn liền với nó, chứ không phải thêm mộtcách bừa bãi bởi các ứng dụng Nếu không thì khả năng kết hợp của các tương táckhách-chủ gồm cả bảo mật sẽ khó mà thực hiện

Một tham số QoS bảo mật điển hình có thể là “ mã hoá và nhận thực đòi hỏitrên tất cả các luồng lưu lượng” Nếu có lựa chọn thì truyền dữ liệu có thể chỉ cần

mã hoá, và kết nối điện thoại trên Internet có thể chỉ cần nhận thực để ngăn ngừagian lận Ngày nay, tầm quan trọng của bảo mật như một tham số QoS là rất lớnkhông thể đánh giá hết được

1 3 Kiến trúc QoS

QoS cơ bản bao gồm 3 phần chính:

 Định dạng QoS và kĩ thuật đánh dấu cho phép phối hợp QoS từ điểmđầu tới điểm cuối giữa từng thành phần mạng

 QoS trong từng thành phần mạng đơn(các công cụ hàng đợi định dạng,lập lịch, định dạng lưu lượng)

 Cách giải quyết, điều khiển QoS, các chức năng tính toán để điều khiểnvà giám sát lưu lượng đầu cuối qua mạng

Hình 1 5 Mô hình điều khiển QoS

lý tại đó mà không cho qua các router tiếp theo Điều này xảy ra với hàng đợi ưutiên PQ (Priority Queuing ) và hàng đợi khách CQ(Custom Queuing) Với mạngdiện rộng khi các gói được đánh dấu thì các bit trong trường ưu tiên IP có thể đượcthiết lập Phương pháp định dạnh luồng bao gồm các bảng điều khiển truy nhậpACLs (Access Control Lists), chính sách định tuyến cơ sở, tốc độ truy nhập camkết CAR(Committed Access Rate), và xác nhận ứng dụng mạng cơ sở NBAR(Network-Base Application Recognition)

1 3 2 QoS trong một thiết bị mạng

Bao gồm :Quản lý tắc nghẽn, quản lý hàng đợi, hiệu suất kết nối và cáccông cụ định hình/xử lý cung cấp QoS trong một thiết bị mạng

1 3 2 1 Quản lý tắc nghẽn

Do sự bùng nổ tự nhiên của lưu lượng thoại/video/dữ liệu, nên vài luồng lưulượng sẽ vượt quá tốc độ của một liên kết Tại điểm này, các router sẽ làm gì? Sẽtạo một bộ đệm trong hàng đợi và cho phép gói đầu tiên vào sẽ ra đầu tiên? Hay là

sẽ đặt các gói vào các hàng đợi khác nhau Công cụ quản lý tắc nghẽn bao gồmhàng đợi ưu tiên PQ (Priority Queuing), hàng đợi khách CQ (Custom Queuing),

hàng đợi hợp lý theo trọng số WFQ (Weighted Fair Queuing) và hàng đợi hợp lýtheo trọng số dựa trên cơ sở lớp CBWFQ (Class-Base Weighted Fair Queuing )

1 3 2 2 Quản lý hàng đợi

Do các hàng đợi không có kích thước vô hạn nên chúng có thể bị đầy vàtràn Khi hàng đợi đầy, các gói thêm vào không được đặt trong hàng đợi và sẽ bịđẩy ra ngoài Đó là hiện tượng “tail drop” -rơi đuôi (tức là các gói cuối sẽ bị đẩy ratừng gói một) Vấn đề xảy ra với hiện tượng “tail drop” là các router không thểngăn chặn các gói rơi ra ngoài (kể cả các gói có độ ưu tiên cao) Vì thế cần giảiquyết hai vấn đề sau:

 Thử tạo một hàng đợi và đảm bảo là nó không bị đầy, ở hàng đợi đóchứa các gói có độ ưu tiên cao

 Thiết lập tiêu chuẩn đối với các gói bị rơi ra ngoài:các gói có độ ưu tiênthấp sẽ bị đẩy ra ngoài trước các gói có độ ưu tiên cao

Thuật toán WRED(Weighted Early Random Detect)-phát hiện sớm ngẫunhiên theo trọng số có thể thực hiện được cả hai điều trên

1 3 2 3 Hiệu suất liên kết

Nhiều liên kết tốc độ thấp đã đặt ra một vấn đề đối với các gói nhỏ nhất Vídụ, thời gian trễ của một buổi phát thanh của một gói 1500 byte, tốc độ 56kb/s là214ms (Kích thước gói là 1500*8 bit =12000 bit, tốc độ đường dây 56000 bps nênkết quả là 12000bit/56000=214 ms) Nếu một gói thoại được đặt trước gói lớn thìtrễ của gói thoại có thể đã vượt quá so với các gói ở phía trái router Các gói lớn sẽđược phân mảnh thành các gói nhỏ và xếp xen với các gói thoại Việc ghép xennày cũng quan trọng như việc phân đoạn

1 3 2 4 Chính sách và định hình lưu lượng

Định hình được sử dụng để tạo một luồng lưu lượng mà nó hạn chế khảnăng của băng thông Điều này được sử dụng nhiều lần khi tràn lưu lượng Ví dụ,nhiều topo mạng sử dụng Frame Relay trong một thiết kế hub-and-spoke Trongtrường hợp này, vị trí trung tâm thường có kết nối với băng thông cao(say, T1),trong khi các vị trí tách biệt có kết nối với băng thông thấp (say, 384Kbps) Vì thế,lưu lượng từ vị trí trung tâm tràn sang kết nối với băng thông thấp tại điểm cuốikhác Định hình là một phương pháp hoàn chỉnh xác định lưu lượng gần 384 Kbps

để ngăn chặn tràn tại các kết nối tách biệt Tốc độ định dạng lưu lượng là tốc độtruyền dẫn ở bộ đệm để duy trì tốc độ định dạng đó

Chính sách cũng tương tự như định hình nhưng khác ở một điểm rất quantrọng: Tốc độ định dạng lưu lượng vượt quá không phải ở bộ đệm (và thường là nóđược loại bỏ)

1 3 3 Các mức QoS

Xét từ đầu cuối tới đầu cuối, chất lượng dịch vụ chia thành 3 mức:

i Best-effort Service: Là các dịch vụ không cần có một sự bảo đảm nào về

chất lượng dịch vụ (độ trễ, jitter…)

ii Differentiated Service (còn gọi là soft QoS ): Một vài lưu lượng của dịch

vụ được ưu tiên hơn những dòng lưu lượng còn lại (Được xủ lý nhanh hơn, băngthông trung bình nhiều hơn, tỷ lệ mất gói ít hơn…) Nó được cung cấp bởi bộ phânloại lưu lượng và sử dụng các công cụ của QoS như PQ, CQ, WFQ và WRED

iii Guaranteed Service (Còn được gọi là hard QoS ): những dịch vụ được

đảm bảo tuyệt đối về tài nguyên mạng dành cho nó Nó được cung cấp bởi các giaothức RSVP và CBWFQ

Ba mức đó được mô tả trong hình vẽ sau:

Hình 1 6 Các mức QoS

Hợp đồng QoS vạch ra mong muốn thực hiện nhiệm vụ đảm bảo chất lượngdịch vụ theo một kế hoạch cụ thể và thông qua hệ thống báo hiệu QoS để ra lệnhcho các cơ chế chấp hành tại các nút mạng thực hiện nhiệm vụ đó Trong mạng IPtruyền thống chỉ cung cấp chất lượng dịch vụ ở mức “best-effort”, tức là mức “nỗlực tối đa” mà không có bất kỳ một sự cam kết hay ràng buộc nào Các gói đượcchuyển từ điểm này tới điểm khác không có bất kì một sự đảm bảo nào về băngthông hay thời gian trễ tối thiểu Với mô hình lưu lượng “best-effort”, tất cả cácyêu cầu của người sử dụng có cùng một ưu tiên và được xử lý kế tiếp nhau theokiểu ai đến trước thì phục vụ trước Không có khả năng dành riêng băng thông chonhững kết nối cụ thể hay làm tăng độ ưu tiên cho những yêu cầu đặc biệt Trong đómức jitter và tỷ lệ mất gói rất thất thường Một mô hình như vậy chỉ phù hợp vớicác ứng dụng truyền thống như WWW, FTP, hay Telnet…

Tuy nhiên, với những ứng dụng thời gian thực như voice, audio hay video,các dịch vụ mới như IP VPN, hay khi người sử dụng thực hiện một tác vụ quantrọng liên quan tới thương mại điện tử (e-commerce) thì khi đó mạng bắt buộc phảicung cấp những dịch vụ tin cậy Một số loại lưu lượng cần chất lượng dịch vụ cao

hơn các loại khác Cùng với sự phát triển rất nhanh chóng của Internet hiện tạicũng như tương lai làm cho nhu cầu luôn vượt quá khả năng đáp ứng Do đó, mởrộng băng thông không phải là giải pháp giải quyết mọi vấn đề của mạng

1 4 Bổ xung QoS vào mạng IP

Tất cả đều đồng ý rằng mạng Internet là một mạng toàn cầu nhưng lạikhông có một chút bảo đảm QoS nào QoS trên mạng Internet như một câu chuyệncười mà một RFC ra vào ngày Cá tháng tư với tiêu đề “IP qua Avian Carriers vớiQoS” (RFC 2549) Câu chuyện cười nói rằng QoS có thể thêm vào IP dễ như là sửdụng chim bồ câu để chuyển các gói IP

Nếu một mạng thiếu QoS thì người sử dụng phải tự thêm vào các phươngpháp của mình để có QoS cần thiết Trong tất cả các tham số QoS, tham số màngười sử dụng khó tự thêm vào nhất là trễ Thực tế sẽ đơn giản hơn nhiều nếu khắcphục được nhược điểm của QoS bằng cách thêm băng thông hơn là bất cứ cách nàokhác Thêm vào đủ băng thông thì ít nhất trễ và jitter sẽ được cải thiện Nếu băngthông được thêm vào đúng đắn thì thậm chí cả lỗi, tính sẵn sàng và bảo mật cũng

sẽ được cải thiện Kết quả của việc thêm băng thông là có thể dự đoán được Đầu

tư vào băng thông để nhận được các kết quả biết trước thì tốt hơn là đầu tư vào mộtcách mới nào đó để vận chuyển lỗi đi vòng quanh và sau đó nhận ra là không có gìtốt hơn trước đó

Như vậy là có hai lựa chọn để nhận được QoS cho người sử dụng và choứng dụng đó là tích hợp QoS hay là thêm QoS lên trên mạng Điều này thực sự làkhông có gì khác hơn là việc cân nhắc giữa việc có sẵn QoS trong mạng và việcthêm QoS ở cấp ứng dụng bên ngoài mạng

Hình 1 7 Bổ xung QoS vào cho mạng

Mạng IP

“nỗ lực tối đa”

“không tin cậy”

Một nhà cung cấp dịch vụ có thể:

 Chia phần truy nhập và/hoặc các dịch vụ cho người sử dụng Cách tiếpcận này đòi hỏi nhà cung cấp dịch vụ phải kiểm soát đựoc mạng và biếtđược ai đang sử dụng phần tài nguyên nào của mạng Hiện tại không cócách nào dễ dàng để thực hiện điều này trên Internet, trừ cách có gắng xácđịnh các MODEM dial-up rồi đưa chúng ra ngoài và đương nhiên phưongpháp này không được ưa chuộng đối với người sử dụng

 Sử dụng xếp hàng theo giá và/hoặc quản lý IP Cách tiếp cận này buộcngười sử dụng phải trả nhiều tiền hơn để sử dụng nhiều tài nguyên mạnghơn Các lộ trình có thể được đặc biệt thiết lập để kết nối các điểm sửdụng VoIP nhằm giảm thiểu trễ, nhưng sẽ phải trả giá cao hơn phí kếtnối ISP Trong trường hợp cực đoan, xếp hàng theo giá bao gồm các bộđịnh tuyến IP được quản lý hoàn toàn và các liên kết dành riêng cho mộthoặc một số giới hạn khách hàng lớn

 Sử dụng công nghệ mới Người sử dụng không thích chia phần truy nhậpvà khách hàng không nhất thiết phải tiêu một số tiền lớn để quản lý mạng

IP Cách đạt được QoS cuối cùng là sử dụng một hoặc nhiều công nghệmới để làm cho mạng IP trở nên tốt như PSTN khi cung cấp thoại Người

sử dụng có thể làm gì với một mạng IP để cung cấp QoS của riêng họ nếuQoS đầy đủ cho ứng dụng không sẵn sàng từ một ISP? Bảng sau liệt kêmột số điều có thể làm để thêm các tham số QoS từ một ISP

Bảng1 3 Thêm QoS ứng dụng vào một mạng IP

Để cải thiện

Băng thông Dồn kênh theo hướng ngược để tăng khả năng cho nhiều

cuộc gọi

Trễ Không làm gì nhiều trừ cố gắng tối thiểu các bước nhảy giữa

các bộ định tuyến (nhưng làm thế nào?)

Mất thông tin Thêm phần tiền sửa lỗi vào gói thoại (ít dung)

Tính sẵn sàng Sử dụng nhiều liên kết đến ISP, thậm chí sử dụng nhiều ISPBảo mật Thêm các phưong pháp nhận thực và mã hoá của chính họ

(hay dùng)Dồn kênh ngược có thể cần để cung cấp nhiều luồng lưu lượng VoIP thay vìkết nối VoIP riêng lẻ Các bộ đệm jitter được sử dụng rộng rãi với bất kì hình thứcVoIP nào không cần biết có bao gồm Internet hay không, bởi vì chỉ có PSTN trên

cơ sở kênh mới có giới hạn đủ chặt chẽ về jitter để thoả mãn thoại Ảnh hưởng củalỗi có thể được tối thiểu một phần bằng cách sử dụng mã FEC(Forward Error-Correcting Code), nhưng điều này hiếm khi được thực hiện FEC yêu cầu tínhtương thích nên nó giới hạn sự lựa chọn của người sử dụng, và FEC cũng khônggiúp được gì khi toàn bộ gói bị mất trên Internet

Tính sẵn sàng được tăng cường bằng cách sử dụng nhiều liên kết tới mộtISP hoặc thậm chí sử dụng nhiều ISP Cuối cùng, bảo mật theo truyền thống là mộtvấn đề cần sự quan tâm về QoS của người sử dụng và VoIP hay điện thoại Internetcó thể sử dụng một trong nhiều cách để đảm bảo tính riêng tư và nhận thực, mặc dùkhả năng hoạt động cùng với nhau vẫn còn là vấn đề cần giải quyết

1 4 1 Các giao thức và thuật toán sử dụng để thêm QoS vào mạng IP

Hầu hết các nhà quan sát Internet sẽ đồng ý rằng một trong các cách sau sẽtrở thành phưong pháp được chấp nhận để thêm QoS vào mạng IP Tuy nhiên, hiệnnay không có phưong pháp nào nổi trội rõ ràng và chúng cũng luôn thay đổi theothời gian Danh sách này không có ý định đề cập tới tất cả các khía cạnh mà chỉnêu đại diện cho các cách tiếp cận đã được thí nghiệm hay đề xuất trong nhữngnăm gần đây

1 4 1 1 Tốc độ truy nhập cam kết(CAR)

Phưong pháp này là một chức năng của “bộ định tuyến chuyển mạch ”củaCisco Cách tiếp cận đặc trưng của nhà cung cấp thiết bị được đưa ra ở đây khôngcó nhiều giới hạn như cảm giác đầu tiên, bởi phần lớn các bộ định tuyến trên mạngđều của Cisco Tuy nhiên không phải bộ định tuyến nào của Cisco cũng có thểchạy được CAR CAR giới hạn băng thông sử dụng trên một liên kết cho bất kìmột ứng dụng nào Theo đó, trên một liên kết 15-Mb/s, CAR có thể giới hạn truycập Web vào 50% của lượng này, để 50% cho các ứng dụng khác ví dụ như thoại.CAR không thêm QoS nhiều như giới hạn cạnh tranh cho băng thông CAR có thểđược bổ sung vào một bộ định tuyến truy nhập và cải thiện đáng kể hoạt động củamạng thậm chí ngay cả trong trường hợp các bộ định tuyến khác không biết chút gìvề hoạt động của CAR

1 4 1 2 Xếp hàng trên cơ sở lớp(CBQ)

Phưong pháp này là mộ kế hoạch công cộng-vùng được đề xuất bởiNetwork Research Group tại Lawrence Berkeley National Laboratory Vì thế mọingười được tự do thực hiện công nghệ quản lý lưu lượng này CBQ nằm ở lớp 3của bộ định tuyến kết nối truy nhập của mạng LAN và mạng WAN CBQ chia lưulượng của tất cả người sử dụng ra thành các loại và ấn định băng thông cho từngloại Các lớp có thể là các luồng riêng biệt các gói tin hay đại diện cho một loạitổng thể của ứng dụng, người sử dụng, hay máy chủ Bản thân các lớp có thể đượcxác định bằng cách kết hợp địa chỉ IP, các giao thức như TCP hay UDP và cáctổng thể đại diện cho các ứng dụng như truyền tập tin, truy nhập Web…CBQ cóthể làm giảm bớt hiệu ứng cổ chai giữa LAN và WAN, điều này rất linh động vàkhông yêu cầu những thay đổi lớn đối với hạ tầng mạng Internet

1 4 1 3 Lớp dịch vụ(CoS)

Lớp dịch vụ có ý nghĩa là một nhóm cuả một hay nhiều giá trị các tham sốQoS đại diện cho một loại ứng dụng chọn vẹn Tuy nhiên CoS cũng là một kháiniệm LAN mới được định nghĩa trong tiêu chuẩn IEEE 802 1p Tiêu chuẩn nàyđược sử dụng để tạo ra các mạng LAN ảo(VLANs) có thể mở rộng các vùng kếtnối trong một WAN song lại hoạt động như một mạng LAN đơn lẻ CoS sử dụng 3bit trong phần tiêu đề của một khung LAN Các mức CoS có thể ánh xạ vào cácmức loại dịch vụ (ToS) của IP hay được hỗ trợ trong các bộ định tuyến với một số

cơ chế khác

1 4 1 4 Các dịch vụ phân biệt (DiffServ)

Các dịch vụ này gắn bó chặt chẽ với VoIP và điện thoại Internet DiffServđịnh nghĩa lại 6 trong số 8 bit trong trường ToS của phần mào đầu trong gói IP chophép các bit ToS được sử dụng để phân biệt các ứng dụng 6 bit này tổ hợp ra 64lớp dịch vụ, nó đại diện cho các loại ứng dụng khác nhau và sẽ được chuẩn hoágiữa tất cả các ISP và các bộ định tuyến Chuẩn DiffServ rất hấp dẫn nhưng tấtnhiên là các bộ định tuyến phải hiểu và tuân theo các loại QoS của DiffServ DiffServ không có các bảo đảm thực hiện QoS hoàn toàn Ví dụ, DiffServ tốt nhấtcó thể làm cho VoIP là đảm bảo các gói thoại được xếp hang đầu tiên tới cổng ra

1 4 1 5 Quyền ưu tiên IP

IP Precendence sử dụng 3 bit trong trường ToS của tiêu đề gói tin IP để chỉthị loại dịch vụ của mỗi gói Có thể chia lưu lượng trong mạng thành 6 lớp dịch vụ(hai lớp còn lại được dành riêng cho mạng sử dụng ) Các kỹ thuật xếp hàng trongtoàn bộ mạng có thể sử dụng báo hiệu này để thực hiện việc xử lý phù hợp chotừng loại gói

Internet là thường xuyên có nhiều ISP chỉ quan tâm đến truyền gói IP từ nơi nàyđến nơi khác Một ISP thường không có một chút ý niệm nào rằng lưu lượng nàolà quan trọng khi nó đến từ một ISP khác

1 4 1 6 Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS

Phương pháp này cũng là một chuẩn của IETF nhưng nó có thể hoạt độngdễ dàng với cách tiếp cận DiffServ DiffServ đặt ra một cơ chế để nhận biết CoScủa IP nhưng để lại một khoảng hoạt động cho nhà cung cấp dịch vụ MPLS cungcấp một cơ chế như vậy bằng cách yêu cầu các bộ định tuyến trở thành các bộchuyển mạch lớp 3 Có nhiều cách để biến đổi một bộ định tuyến thành một bộchuyển mạch lớp 3, và một cách trong số đó là gắn bộ định tuyến vào một mạngATM và biến đổi một cách hiệu quả bộ định tuyến thầnh chuyển mạch ATM Trên

cơ sở một phương pháp của Cisco gọi là chuyển mạch cờ, MPLS đòi hỏi các ISPxây dựng một cơ sở hạ tầng MPLS mới để xử lý các nhãn và do đó giữ được tất cảcác đặc trưng của một bộ định tuyến IP và một bộ chuyển mạch ATM trên mộtthiết bị MPLS sẽ giải quyết được vấn đề riêng tư và khả năng mở rộng cũnh như

sử dụng kênh ảo(ATM là một mạng kênh ảo) và các bộ xử lý gói

1 4 1 7 Xếp hàng theo VC

Các bộ định tuyến thường được kết nối bởi các mạng kênh ảo (VC) như làFrame Relay hay ATM Nhiều nhà cung cấp thiết bị chuyển mạch Frame Relay vàATM sử dụng một bộ đệm đầu ra đơn cho tất cả lưu lượng cho cùng một cổng ra.Xếp hàng theo VC sử dụng các bộ đệm riêng cho các kênh ảo Mỗi bộ đệm có thểđược cấp cho một mức ưu tiên, do đó các kênh ảo thoại, ví dụ, có thể có đượcquyền ưu tiên hơn các kênh ảo mang dữ liệu Phương pháp này không thiết lập mộtquan hệ chắc chắn giữa các lưu lượng IP và bản thân các số lượng kênh ảo, do đómức ưu tiên lưu lượng cần được xác định bởi các cơ chế khác

1 4 1 8 Định tuyến theo chính sách

Đây là một khái niệm đã được đề cập trong một khoảng thời gian và cũngđược xây dựng thành các giao thức định tuyến như OSPF Người quản lý mạngphải quyết định chọn lựa một hoặc nhiều chính sách để áp dụng khi các bộ địnhtuyến xây dựng các bảng định tuyến cho chúng Lấy một ví dụ, bảo mật có thể làmột chính sách định tuyến có thể được sử dụng để chỉ dẫn bộ định tuyến chọntuyến đường bảo mật nhất đầu tiên (ví dụ như là liên kết có sử dụng mã hoá) và đặttuyến đường ít bảo mật nhất làm lựa chọn cuối cùng (như các liên kết trên viba haycác phương tiện quảng bá khác) Mỗi một chính sách yêu cầu một bảng định tuyếnriêng và được duy trì bởi mỗi bộ định tuyến Thường thì trường ToS trong phầnmào đầu IP được sử dụng để quyết định bảng định tuyến được dung cho mỗi gói cụ

thể Để có hiệu quả các chính sách phải được ứng dụng cho phù hợp trên tất cả các

bộ định tuyến và sử dụng cùng một nguyên tắc

1 4 1 9 Các hàng QoS

Cũng đươc gọi là các hàng lớp dịch vụ (CoS Queues), theo phương pháp

này các nhà cung cấp bộ định tuyến và bộ chuyển mạch thiết lập một số lượng nhỏcác hàng đợi cho mỗi cổng ra và chia lưu lượng ra vào những hàng đợi trên cơ sởQoS cần thiết Đây là một loại “Xếp hàng theo VC kông có các VC” Không có

VC để xác định QoS cần thiết, QoS yêu cầu phải được đặt cho một luồng gói cábiệt bằng một cơ chế khác, ví dụ dùng trường ToS ToS này có thể được sử dụng

để ánh xạ gói vào một lớp QoS của một hạ tầng cơ sở mạng ở dưới Các bộ chuyểnmạch ATM thường có 4 hàng đợi cho lưu lượng ra, nhưng cấp độ của của nhữnghàng đợi QoS dành cho chuyển giao gói IP này thuộc về tiện ích bị giới hạn, bởi vìtất cả các gói IP có xu hướng rơi vào cùng một loại QoS của ATM

1 4 1 10 Loại bỏ sớm ngẫu nhiên RED

Phương pháp này dựa trên nguyên tắc xác suất chỉ dẫn một bộ định tuyếnbắt đầu bỏ qua gói tin khi vượt quá ngưỡng xếp hàng đã được thiết lập trước Vídụ, một bộ định tuyến RED có thể bắt đầu ngẫu nhiên bỏ qua các gói khi một bộđệm ra đạt đến 80% dung lượng Mục đích là ngăn chặn tràn bộ đệm và khả năngbị mất nhiều gói có mức ưu tiên cao của cùng một nguồn Theo đó, khi bắt đầunghẽn, thay vì khả năng bị mất nhiều gói thoại, một bộ định tuyến RED cố gắnglàm mất một vài gói từ nhiều nguồn khác nhau, và chúng có thể có mức ưu tiênthấp hơn RED có thể kết hợp với nhiều phưong pháp khác và không cần bắt buộcphải được sử dụng trên tất cả các bộ định tuyến mới mang lại hiệu quả

1 4 1 11 Giao thức dự trữ tài nguyên (RSVP)

RSVP là giao thức báo hiệu được phát triển bởi IETF Mục đích của RSVPlà cung cấp một cơ chế để các ứng dụng yêu cầu được đảm bảo chất lượng dịch vụkhi truyền thông tin qua mạng Nhiệm vụ cơ bản của RSVP là thiết lập và duy trì

sự dành tài nguyên áp dụng cho một luồng gói cụ thể trên một đường xác định quacác router RSVP định nghĩa cho các luồng gói theo địa chỉ IP và địa chỉ cổng lớp

4 Mỗi luồng có một bản miêu tả luồng (flow descriptor) bao gồm những thông tinvề QoS mà luồng đó cần Khi cần dành tài nguyên trên một lộ trình từ nguồn tớiđích thì một phiên RSVP được thiết lập Vì RSVP hoạt động đơn công nên muốnquá trình diễn ra theo hai chiều thì phải mở hai phiên RSVP trên mỗi trạm Điểmkhác với các giao thức khác ở RSVP bên thu như sau:

Bên phát gửi đi một bản tin đường đi (path message) theo một lộ trình quacác router tới bên thu RSVP sử dụng các thông tin trong bảng định tuyến của các

router để chuyển bản tin Khi path message đi qua một router, router đó sẽ lưu giữlại địa chỉ IP của trạm trước đó đồng thời chuẩn bị quá trình dành trước tài nguyên.Khi bản tin đường đi đã tới đích, bên thu biết được khả năng cung cấp chất lượngdịch vụ của bên phát cũng như của các router dọc theo đường đi và các đặc điểmcủa luồng mà nó sẽ nhận

Hình 1 9:Qúa trình gửi path message

Nếu bên thu muốn dành riêng QoS cho luồng này, nó sẽ gửi một bản tindành sẵn (reservation message-viết tắt là resv message) ngược lại theo đường cũqua các router tới bên phát và thiết lập sự dành tài nguyên trong mỗi router Bản tinchứa QoS được yêu cầu cho luồng gói Khi nhận được resv message tại mỗi nútdiễn ra hai hành động:

+ Dành trước chất lượng dịch vụ trên tuyến liên kết

+ Chuyển bản tin dành riêng (resv message) tới trạm sau

Bản mô tả luồng gồm hai tham số như sau:

- Mô tả bộ lọc(Filter specification-viết tắt là filterspec) được sử dụng để chỉ

ra những gói nào (với giá trị địa chỉ IP và số hiệu cổng xác định) thuộc về luồngđược ưu tiên Thông tin này được chuyển tới chức năng phân loại gói (classifying)

để lọc ra các gói thuộc về luồng được ưu tiên trong số các gói đến

- Mô tả luồng (flow specification-viết tắt là flowspec) chỉ ra chất lượng dịchvụ cần được dành cho luồng ưu tiên Tham số flowspec được chuyển tới chứcnăng lập lịch gói (scheduling) để điều chỉnh lịch trình phục vụ các hàng nhằm tạo

ra mức QoS cho hàng chứa lưu lượng cần ưu tiên

Hình1 10:Thực hiện RSVP tại các nút

Khi resv message tới bên phát, nó mới bắt đầu gửi luồng gói Để duy trìtrạng thái dành riêng QoS bên gửi phải phát định kì path message, vì các bản tinđều bao gồm giá trị time-out qui định thời gian quá trình dành riêng hết hiệu lực.Giá trị này được các nút dùng để đặt các bộ đếm bên trong Khi hết thời gian, sựdành riêng dùng các thông tin về đường đi sẽ bị xoá bỏ Để tránh trường hợp do bịlỗi các phiên RSVP không được huỷ bỏ khi mà luồng gói đã được truyền xong làmlãng phí tài nguyên mạng

Trong hai phương pháp báo hiệu trên thì RSVP có cơ chế Admissioncontrol còn IP Precedence thì không có

Hình 1 11 Quá trình gửi resv message

Một vài năm trước RSVP là phưong pháp dẫn đầu để bổ sung QoS vào mạng

IP Một máy chủ IP hỗ trợ RSVP có thể yêu cầu rất rõ ràng các tham số QoS(64kb/s, 100ms trễ ổn định…) từ mạng, và các bộ định tuyến RSVP có thể cung cấpQoS cần thiết Vì thế, các yêu cầu RSVP thay đổi không những trong các bộ định

Flow descriptor Filterspec Flowspec

Packet Classifying

Packet Scheduling Luồng gói

đến

Bản tin RSVP