Giải pháp đảm bảo chất lượng dịch vụ trên mạng IP, đánh giá và so sánh hiệu quả đảm bảo qos của diffserv và intserv

MultiProtocol Label Switching Network Layer Network Node Interface Net Performance Packet Burst Size Per-Hop forwarding Behaviour Peak Information Rate Priority Queueing Quality of Serv

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYÊN THỊ PHƯƠNG NHUNG

GIẢI PHÁP

DAM BAO CHAT LUONG DICH VU TREN MANG IP,

DANH GIA VA SO SANH HIEU QUA DAM BAO QoS

CUA DIFFSERV VA INTSERV

LUẬN VĂN THẠC SĨ

3

Hà Nội — 2010

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYÊN THỊ PHƯƠNG NHUNG

GIẢI PHÁP

DAM BAO CHAT LUONG DICH VU TREN MANG IP,

DANH GIA VA SO SANH HIEU QUA DAM BAO

QoS CUA DIFFSERV VA INTSERV

Ngành: Công Nghệ Thông Tin Chuyên ngành: Truyền dữ liệu và Mạng máy tính

M& s6: 60.48.15

LUAN VAN THAC SI

NGUOI HUONG DAN KHOA HOC

PGS.TS Hỗ Sĩ Đàm

5

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân Các số liệu, kết quá trình bày trong luận văn này là trung thực Những tư liệu được sử dụng trong luận văn

có nguôn gôc và trích dân rõ ràng, đây đủ

Hà nội, tháng 9 năm 2010

Nguyễn Thị Phương Nhung

LOI CAM ON

Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và chân thành tới thầy giáo hướng

dẫn PGS.TS Hỗ Sĩ Đàm người đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn tôi trong suốt quá trình

làm luận văn Sự giúp đỡ quý báu của thây giáo đã tạo điều kiện về mặt khoa học và là nguôn động viên tinh thần rất lớn giúp tôi hoàn thành luận văn của mình

Tôi xin bày 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 đưỡng dục và động viên con trong suốt cuộc đời Tôi cảm ơn chồng và người thân trong gia đình đã là nguồn động viên tinh thần rất lớn đối với tôi

NGUYÊN THỊ PHƯƠNG NHUNG

2.4.1 Kỹ thuật đo lưu lượng và màu hóa lưu lượng -‹-«<<<<<<+ 42 2.4.2 Kỹ thuật quản lý hàng đợi tích CỰC -c nnnnn nh xu 46 2.4.3 Kỹ thuật lập lịch cho gói fin -ccccc cv va 47

2.4.4 Kỹ thuật cắt lưu lượng -c- s11 ngưng ca 50 2.5 KẾT LUẬN - Gv S31 1 3 5 51111113 5 11c HT TH HT ngư 52 Chương 3: MỘT SỐ MÔ HÌNH ĐẢM BẢO QoS IP SG cv ceeeerveeeo 53

3.1 MO HINH DICH VU TÍCH HỢP - INTSERYV .c.ccccccccsseseeseeceesesseeseeseeseeseeeeees 53

3.1.2 Giao thirc danh truc tai nguyén RSVP cccccseeeceeeeececeeceeseeeseeaaeeeseess 57

3.2 MO HINH DICH VU PHAN BIET - DIFFSERV .cccccsccecessesessesseessesseeessesereens 64

3.2.1 Téng quan vé m6 hinh DiffServ cccecescssssscessssessccsesseesevscscessevsesseeeess 64

3.2.2 Mién dịch vụ phân biệt và điểm mã dịch vụ phân biệt - 5-6555: 66

3.2.4 Xử lý gói tin trong DIfẨSTV - Q Q00 ng ng xế 68

3.3 KHUYEN NGHỊ TRIÊN KHAI QoS TRẼÊN MẠNG IP - 5 se csxseei 73 3.4 KẾT LUẬN - k1 E11 TT HT TT TH TT Tnhh 73 Chuong 4 DANH GIA MO HINH DAM BAO QoS IP QUA MO PHONG 74 4.1 DANH GIÁ CHỮNGG -G- Gv 9v 91 cư Tư Hy no 74 4.2 MO PHỎNG VÀ KIÉM TRA QoS (Gv SE SE ngư: 75

4.2.1 Tổng quan chương trình mô phỏng mạng NS2 2 5 xe cvexei 75 4.2.2 Mô phỏng mô hình DIfẨS€TV . SG SSSS SE 3 3x ra 79

KET LUAN - s3 S3 E319 5 111113 9T TT TT HT ngư 88

TÀI LIỆU THAM KHẢO - SĂ tt S3 E3 3351888 E58 S388 ESE SE Sex Test cesrxg 89

9

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TAT

Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt

AF Assured Forwarding Chuyên 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 điều khiển truy nhập

AF Assured Forward Chuyén tiếp dam bao

BA Behavior Aggressive Két hop hanh vi

BB Bandwith Broker Phân bô băng thông

BE Best-Effort Cố gắng tôi đa

B-ISDN Broadband ISDN Mạng tích hợp đa dịch vụ băng rộng CBR Constant Bit Rate Tốc độ bít có định

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 Bo dinh tuyén lõi

DiffServ Differentiated Services Dich vu phân biệt

DLL Data Link Layer Tang lién kết dữ liệu

DS Differentiated Server Server phan biét

DSCP Differentiated Services Code Point Diém mã dịch vụ phân biệt

ECN Explicit Congestion Notification Thông báo tắc nghẽn tường minh

EF Expedited Forwarding Chuyên tiếp nhanh

ER Edge Router Bo dinh tuyén bién

ETSI European Telecommunications Vién tiéu chuan vién thông châu Âu

Standards Institute FIFO First In First Out Vào trước ra trước

FQ Fair Queueing Hàng đợi công bằng

FSI Flow State Information Thông tin trạng thái luồng

GoS Grade of Sevice Cấp độ dịch vụ

GS Guaranteed Service Dich vu dam bao

IETF Internet Engineering Task Force Uy ban thuc thi ky thuat Internet

IntServ Intergrated Service Dich vu tich hop

IPLR IP Loss Rate Tỷ lệ mắt 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 Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế

MultiProtocol Label Switching Network Layer

Network Node Interface Net Performance Packet Burst Size Per-Hop forwarding Behaviour Peak Information Rate

Priority Queueing Quality of Service Resource Allocation Random Early Detection and Discard 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 Conditionmg 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 thirc Internet phién ban 4 Giao thirc Internet phién ban 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 chuyên 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 câu cần trả lời

Giao thức dành trước tài nguyên

Giao thức điều khiển chấp nhận đơn giản

Chia sẻ tường minh

Thoa thuận mức dịch vụ Giao thức quản lý mạng đơn giản

Bộ đánh dấu 3 màu tốc độ đơn Thoả thuận điều kiện lưu lượng

Tang truyén dan

Bộ lọc Wildcard Hàng đợi công bằng theo trọng số Loại bỏ sớm ngẫu nhiên theo trong s6 Quay vòng theo trọng số

Bang 1.4 Phân vùng dịch vụ theo diễn đàn A'TÌM Ăn ra 27 Bang 3.1: Các kiểu dành trước tải nguyÊn 5 cv Evcvgg vynervgseo 58

Báng 3.2 Các bit sử dụng cho điều khiến chia sẻ - cv xEeEsEevekreesesed 61 Bang 3.3 Các bít sử dụng cho điều khiến lựa chọn máy gửi .-. - 5552 61 Bảng 3.4 Các tham số của các đối tượng CL khác nhau . 5-5 < 2 <+£+£z£zs¿ 63 Bảng 3.5 Các tham số của dịch vụ cam kết Rspec -. ¿- ¿se +k+kzEzkzEexrkrkrkd 63

Bảng 3.6 Các khối điểm mã dịch vụ phân biệt DSCP ¿5 < +2 x+xzEzEzxzxd 67

Bảng 3.7 Chỉ tiết các phân lớp chuyên tiếp đảm bảo AF PHB - -5- 70 Bảng 4.1 So sánh mô hình IntServ và DIffS€Trv Q Q Gv kh 75

Hình 2.1 Chồng giao thức TCP/IP ¿-¿- < + +E+E£E+EEEEEEkEkEkEEEEEEEEEErkrkrkrkrke 30 Hình 2.2 Khuôn dạng phần tiêu đề gói IP 2 s2 +kEkEE+E+EEEEEEEEsEekrererererred 31

Hình 2.3 Cac lớp địa chỉ IP 1 ng re 33 Hình 2.4 Các bước phát triển của mô hình QoS [12] - 55s +s+s+s=szs+z£+s+ 34

Hình 2.5 Dịch vụ Intserv và dịch vụ Diffserv [19] -<< <<<<<<<ssss<<2 35

Hình 2.6 Băng thông khả dụng - - - Q11 1111000 xế 37

Hình 2.7 Trễ tích lũy từ đầu cuối tới đầu cuối - + +sk+E+k+k+k+eEsEskrkrererereed 38 Hình 2.8 Trễ xử lý và hàng đợi - < k1 kx E1 E1 1H TY TH H HH HH HH 38 Hình 2.9 Mất gói vì hiện tượng tràn bộ đệm đầu ra - - + +s+s+zE+E+E+Ezezerereed 39

Hình 2.10 Các chức năng đảm bao QoS của bộ định tuyến IP 2 552: 40 Hình 2.1 1 Phương pháp phân loại gói đa trường chức năng . - 40

Hình 2.12 Phương pháp phân loại gói theo kết hợp hành vi . - +s5s2¿ 41

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 - 5+c+szs+zeeeseee 43 Hình 2.15 Chế độ hoạt động rõ màu srTCM + +E+x£Ez££eEeEerererrrrered 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 + scx+s£z£e£eEerererererrered 45 Hình 2.18 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của RED - + scx+x£+£eEeEerererrrrered 46

Hình 2.19 Hoạt động thông báo tắc nghẽn tường minh ECN 5 sz+scs¿ 47

Hình 2.22 Hàng đợi quay vòng theo trọng số WRR - Sex sesEsrsrerrrerrsred 49 Hình 2.23: Chia cắt lưu lượng thuìn - < SE x*kEkEkEkExExEEEEEEEEEx kg rkrkg 51 Hinh 2.24: Chia cat lu long bung n6 kid 20 10 ceeeeesscececsceceseevetstseseeveveees 51

Hình 3.1 Mô hình dịch vụ tích hợp IntS€rvV - nh va 54

Hình 3.2 Cấu trúc mạng IntS€TV - t1 E3 SE cưng ng cư dư 58

Hình 3.3 Khuôn dạng bán tin RSVP và tiêu đề chung RSVP - c5c5¿ s9

Hình 3.4 Khuôn dạng bản tin đối tượng RSVP - - -EkcxSxSEEEEsEErerrrrkred 60

Hình 3.5 Khuôn dạng đối tượng kiỀu - - 5 St 33v cv vn rcrrred 60

Hình 3.6 Cầu trúc bản tin Path và Resv trong RSVP -G Gv tri 61 Hình 3.7 Tổng quan mô hình DiffS€TV G- G G1333 SE ri 64

Hình 3.8 Mô hình DiffểServ tại biên và lỗi của mạng + cs s3 65 Hình 3.9 Mô hình các bước dịch vụ phân biệt DiffServ cc cccccecceeseessseeeeees 66

Hình 3.10 Miền dịch vụ phân biệt DS 2 St 33v E ng vn reg 67 Hình 3.11 Cầu trúc của trường phân biệt địch vụ DS .- 56s eersed 67

Hình 3.12 Hoạt động của BB - Q Q0 Q0 Qn ngà 68

Hình 3.13 Xử lý chuyến tiếp nhanh EE PHB SE xxx *EeEeEeEerrrrkred 69

Hình 3.15 Cấu trúc của byte TOS - cv TT TH HT cư ưu 71

Hình 4.1 M6 hinh NS2 dom Qian 00.0 cece ccccccccccccccceeeeseessesseesesececcccceeeeeeeseausauasagggeess 76 01:0 VN ¡.¡ïs0i:::-00ïà0 0111 .— 76 Hình 4.3 Kiến trúc của NS - 2t 2t 2t tt1.1.1.111xe 77 Hình 4.4 Sơ đồ hoạt động của NS2 voce cssesssscscessssscscssesescecsescsseevevacaceasevavsceesesaves 77 Hinh 4.5 Cac trudng ctia tép bam Vet ceecceccceescesescscsessscssscesscscscscssscssesessscseesasaees 78

Hình 4.6 Mô hình khảo sát (1111011111112 1211111 ng ng re 85 Hình 4.7 Đồ thị mô tá mất gói trong khoảng thời gian 120s 56s csess+ 86 Hình 4.8 Đồ thị mô tá thông lượng trong khoảng thời gian 120s Error! Bookmark not defined

Hình 4.9 Độ trễ hàng đợi của lớp lưu lượng Error! Bookmark not defined

15

MỞ ĐẦU

1 CƠ SỞ 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 dich vu (QoS) ngày càng tăng Với sự ra đời của các nhà cung cấp dich vu Internet (ISP), việc ổn 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 đạng, 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 thé cua mang,

mang 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 IP trong những năm gan day

Chất lượng dịch vụ là một thành phần quan trọng của các mạng gói đa dịch vụ

Vấn đề chất lượng địch vụ và đánh giá chất lượng dịch vụ luôn là vẫn 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 địch vụ này Hướng tiếp cận QoS theo mô hình IntServ và 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 “Giải pháp đảm bảo chất

lượng dịch vụ (QoS) trên rạng LP, đánh giá và so sánh hiệu quả đảm bảo QoŠ của DiffServ va IntServ” Luan van sé đi sâu tìm hiểu những kiến thức cơ bán về chất lượng dịch vụ trên nền mạng IP như đặc điểm kỹ thuật, phân tích và đánh giá chất

lugng cho mang IP qua m6 hinh IntServ va 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 vẫn đề 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 với QoS IP

- Sử dụng công cụ NS2 mô phỏng mô hình đảm bảo QoS: IntServ và DifServ, từ đó đưa ra giải pháp cho việc đảm bao chất lượng dịch vụ trên nền mạng IP

3 DOI TUONG VA PHAM VI NGHIEN CUU

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 mang IP

Đánh giá và so sánh hiệu năng của 2 mô hình Intserv và DiffServ qua việc sử 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 CÂU TRÚC CỦA LUẬN VĂN

Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn gồm 4 chương:

Chuong 1: TONG QUAN VE CHAT LƯỢNG DỊCH VỤ

Các vẫn đề và yêu cầu đám 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 địch

vụ trên nền mạng IP, cần định nghĩa cụ thê 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 ĐÀM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VU CHO MANG 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 tổ chính có ảnh hưởng tới mang IP

e Tim hiéu lich sử phát triển QoS IP cùng với các tham số ảnh hưởng trực tiếp tới QoS IP trên thực tế

e Các kỹ thuật và công nghệ đảm bảo QoS IP: quan ly hang doi, lưu lượng, lập lịch cho gói tin

Chương 3 MOT SO MO HINH DAM BAO QoS IP

e Đi sâu nghiên cứu mô hình hỗ trợ chất lượng dịch vụ trong mạng IP, so sanh

lợi thế của mỗi mô hình dịch vụ đối với mang IP

e Nghiên cứu và rút ra những giải phap cua hai m6 hinh IntServ va DiffServ

Chương 4_ ĐÁNH GIA MO HINH DAM BAO QoS IP QUA MO PHONG

e_ Đánh giá chung về DiffServ và IntServ, rut ra wu — nhugc diém cia hai mô hinh trong thuc té

e Luan van thyc hién mé phỏng bằng NS2 nhằm đánh giá mô hình đảm bảo QoS trén mang IP

17

Chuong 1 TONG QUAN VE CHAT LUONG DICH VU

1.1 CHAT LUQNG DICH VU (QoS) VA CAC THAM SO QoS

1.1.1 Giới thiệu chung về QoS

Chất lượng dịch vụ (Quality of Service — QoS) là 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 gom 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 tính vốn có đáp ứng đây đủ các yêu cầu” Theo khuyên nghị E800 ITU-T, chất lượng

dịch vụ là “Một tập các khía cạnh của hiệu năng địch vu nhằm xác định cấp độ thỏa

mãn của người sử dụng đổi với địch 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 kiêu luồng lưu lượng, QoS bao trùm cả phân loại hóa dịch vụ và hiệu năng tong

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 dù vậy ta có thể hiểu chất lượng dịch vụ la điểu kiện để việc Cung cấp dich vu

truyén dit liéu trén mang phi hop voi cac tng dung va dam bdo 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 trễ, jitter (su thay đổi độ tré), ti lé

mắt gói, [16] Các tiêu chí trên có liên quan chặt chẽ tới băng thông dành cho lưu lượng đó

Hình vẽ sau đây biểu điễn một mô hình QoS tổng quát:

Hình 1.1 Mô hình QoS tổng 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 mạng cung cấp AP (Access Point) là điểm truy nhập mạng

Việc thực hiện đảm bảo chất lượng địch 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 tôi 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 đám bảo

chất lượng dịch vụ từ đầu cuối tới đầu cuỗi

Chính sách QoS và các chức năng tính cước, quán lý để điều khiển và phân phat QoS cho các lưu lượng di qua mang

Mang được nổi

Hình 1.2 Kiến trúc cơ bản của QoS

Xét từ đầu cuôi đên đâu cuôi, chât lượng dịch vụ được chia ra một sô loại sau: Best-Effrt Service: Mô hình dịch vụ “tối đa”, có nghĩa là mạng sẽ khai thác

hết khả năng trong giới hạn cho phép, nhưng không đảm bảo độ trễ và mat mát đữ liệu Vì vậy, khi có nhiều luồng lưu lượng truyền đi trong mạng va

vượt quá khả năng của mạng, dịch vụ không bị từ chỗi nhưng chất lượng

dịch vụ giảm: thời gian trễ tăng, tốc độ giảm va mat đữ liệu Với Best-Effort,

đữ liệu đi vào mạng đều tuân theo quy tắc FIEO Không có sự đối xử nào

của QoS đối với dữ liệu

Differrentiated Service (con gọi là soft 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 ôn định, được xử lý nhanh hơn,

tỉ lệ mất gói ít hơn, .)

Guaranteed Service (con goi la hard QoS): di ligu đi vào mạng được phân loại

thành các lớp khác nhau để phân loại cách đối xử của mạng đối với đữ liệu

Thực hiện thông qua các tool QoS là PQ, CỌ, WEQ 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, mất gói

reine ¿ ` nate aes) | Moe vài lưu bang

doanh ) ƒ | aaa | phan còn lại

i een as

Mang Các ứng dụng

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 địch vụ là xác định mức độ hài lòng của người sứ dụng đối với dịch vụ” Ngoài

ra, QoS con la “kha năng của mạng dam bao va duy trì các mức thực hiện nhat dinh

cho mỗi ứng dụng theo như các yéu cau đã được chỉ rõ của mỗi người sử dụng” Tù

đó, chất lượng dịch vụ QoS có thê được đánh giá theo hai cách: đánh giá chủ quan và

đánh giá khách quan

Đối với người sử đụng dịch vụ, chất lượng dịch vụ phân 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 dé tai 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 đữ 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 thê họ đang dùng Vì những đánh giá này mang tính chủ quan nên chúng không được biêu 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 kiêu năng lực mạng để cung cấp chất lượng dịch vụ trong mạng chuyển mạch gói

a Mang 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

với các lớp bằng cách cung cấp các đám bảo tài nguyên và phân biệt dich vụ trong mạng

Hình 1.4 Các đặc điểm cơ bản của chất lượng dịch vụ

Phương pháp cơ bản để xác định chất lượng dịch vụ mạng là quá trình phân tích

lưu lượng và các điêu 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 thuan mirc dich vu SLA (Service Level Agreements) Cac thỏa thuận SLA gom 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 để 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 dịch

vụ, thông qua quá trình phân loại loại lưu lượng, hướng tới chính sách

quản lý và thực thi đối với từng luông 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 dụng, bằng các phương pháp định tuyến trên nền táng QoS

21

Phương pháp tránh tắc nghẽn, quán lý tắc nghẽn, hàng đợi, và thiết lập để ngăn chặn các điều kiện sự cô mạng gây ra những hậu quá bất lợi ảnh hưởng tới mức dịch vụ Quán 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 Discarđ) là một trong các kỹ thuật để ngăn ngừa tắc nghẽn Chính sách quản lý cho phép thực hiện các luật áp dụng cho các gói tin qua mạng trên nên 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:

Tang img dung AL (Application Layer): QoS được nhận thức là “mức độ dịch vụ”

Tang truyén tai TL (Transport Layer): QoS được thực hiện bởi kiến trúc

logic cua mang, cac co ché dinh tuyén va bao hiéu

Tang mang NL (Network layer): QoS thé hién 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 luông lưu lượng

Lớp liên kết đữ 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 tuyên 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 khiến), trong khi các tầng thấp hướng về các đặc tính của hệ thông 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 dịch 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 luỗng khác bị lỗi Vấn đề trước tiên phải quan tâm là quá trình lưu và chuyên gói tại các nút

mạng diễn ra như thê nào, do tuyên đường mà gói đi qua để đên đích là một chuỗi các

nút và liên kêt mạng

1.1.2.1 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 đám báo chất lượng dich

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 khá 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 chuyên 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 kê trên rất thất thường, nó thay đôi ngay cả giữa các gói tới cùng một đích

Mặt khác, gói đến sẽ bị hủy nếu hết dung lượng bộ đệm và tý lệ mất 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

+a

Céng n

Hinh 1.5 Hang doi 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 (Classifcation-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 COS.

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)) Nó kết hợp với chức năng lập lịch (scheduling) để quy định mức tân suất phục vụ với từng hàng đợi

hoặc khoảng thời gian giữa hai lần lẫy gói ra ở cùng một hàng đợi Định hình lưu

lượng cung cấp một cơ chế điều khiển lưu lượng tại một giao điện cụ thể Nó giới hạn lưu lượng thông tin đi ra khỏi giao diện để 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

hình lưu lượng, policing cũng là công cụ giới hạn tốc độ bit (rate-limiting tool) đo 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 Bao 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 dich vu “end to

end” Trong mang IP chat lượng dịch vụ từ 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: Sử đụng quyền ưu tiên IP (IP precendence) và sử dụng giao thức bảo hiệu RSVP ( Resource Reservation Protocol) Chi tiết về hai phương pháp báo hiệu sẽ được trình bày 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 gom 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) Bang thong

Bang thong biểu thị tốc độ truyền dữ liệu cực đại có thê đạt được giữa

hai điểm kết nối, được tính theo (bit/s) Có thê giải thích cụ thể như sau:

Biểu diễn mô hình trạng thái QoS của mạng dưới dang mét dé thi

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 (1, j) có 2 đặc tính: Cự, j) là dung lượng liên

kết, f(,j) là lưu lượng thực tế Gọi Rú, j) = C(i, j) — £G, 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(1j) > Dk Một kết nối mới có thê được chấp nhận nếu tồn

tại ít nhất một đường dẫn khả dụng giữa 2 nút Vi và VỊ

(ii) Dé tré

Trễ là khoảng thời gian một bản tin chiếm khi truyền từ điểm này đến

điểm khác Trễ tông thể (còn gọi là trễ tích lũy) là thời gian trễ từ đầu cuối phát

tới đầu cuối thu tín hiệu Các thành phân 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: