nâng cao chất lượng dịch vụ mạng internet

Để hỗ trợ lưu lượng thoại, và video, và ứng dụng dữ liệu với các yêu cầu dịch vụ khác nhau từ mạng, các hệ thống tại mạng lõi IP cần phân biệt và đáp ứng các dạng lưu lượng khác nhau dựa

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Trần Anh Tuấn

NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ

MẠNG INTERNET

Ngành: Công Nghệ Điện tử - Viễn thông

Chuyên ngành: Kỹ thuật vô tuyến điện tử và thông tin liên lạc

Mã số: 2.07.00

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Cảnh Tuấn

Hà Nội – 2007

MỤC LỤC

CHỮ VIẾT TẮT……… vi

DANH MỤC BẢNG……… vii

DANH MỤC HÌNH VẼ viii

MỞ ĐẦU……… x

CHƯƠNG 1: SỰ PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG INTERNET VÀ YÊU CẦU VỀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ - CÁC MÔ HÌNH CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ (QoS) 1

1.1 Giới thiệu mạng Internet và chất lượng dịch vụ IP (IP QoS) 1

1.2 Lịch sử chất lượng dịch vụ giao thức Internet (IP QoS) 2

1.3 Các thước đo thông số vận hành 5

1.3.1 Dải thông 5

1.3.2 Trễ và Trượt gói tin 5

1.3.3 Mất gói 7

1.4 Các chức năng QoS 8

1.4.1 Đánh dấu và phân loại gói tin 8

1.4.2 Quản lý tốc độ lưu lượng 8

1.4.3 Cấp phát tài nguyên 8

1.4.4 Chính sách tránh tắc nghẽn và loại bỏ gói 9

1.4.5 Giao thức báo hiệu QoS 9

1.4.6 Chuyển mạch 9

1.4.7 Định tuyến 10

1.5 Các mức độ của chất lượng dịch vụ (QoS) 10

1.5.1 Dịch vụ Nỗ lực cao nhất (Best-effort service) 10

1.5.2 Dịch vụ có phân loại 11

1.5.3 Dịch vụ có bảo đảm 11

1.6 Dịch vụ có bảo đảm (Intergrated Service): Giao thức dành trước tài nguyên (RSVP) 12

1.6.1 Giao thức dành trước tài nguyên (RSVP) 13

1.6.1.1 Vận hành của RSVP 13

1.6.1.2 Các thành phần RSVP 16

1.6.1.3 Các bản tin RSVP 17

1.6.2 Các kiểu dành trước 19

1.6.2.1 Dành riêng riêng biệt 19

1.6.2.2 Dành riêng chia xẻ 19

1.6.3 Kiểu dịch vụ 21

1.6.3.1 Tải kiểm soát 21

1.6.3.2 Tốc độ Bit bảo đảm 21

1.6.4 Tính quy mô của RSVP 22

1.7 Cấu trúc dịch vụ có phân loại (Differentiated Services Architecture) 23

1.7.1 Cấu trúc diffserv 23

1.7.2 Điểm mã dịch vụ có phân loại (DSCP) 26

1.7.3 Khối điều hoà lưu lượng biên mạng 27

1.7.4 Đặc tính truyền theo chặng (PHB) 28

1.7.5 Chính sách phân bổ tài nguyên 31

CHƯƠNG 2: CÁC CƠ CHẾ THỰC HIỆN INTSERV VÀ DIFFSERV ÁP DỤNG CHO THIẾT BI ĐỊNH TUYẾN CỦA CISCO 34

2.1 Bộ điều hoà lưu lượng biên mạng: thiết bị phân loại, đánh dấu và quản lý tốc

độ lưu lượng 34

2.1.1 Sự phân loại gói 35

2.1.2 Đánh dấu gói 35

2.1.3 Sự cần thiết của việc quản lý tốc độ lưu lượng 38

2.1.3.1 Khống chế lưu lượng: sử dụng Tốc độ truy cập cam kết (CAR) 40

2.1.3.2 Chỉ tiêu phù hợp lưu lượng 41

2.1.3.3 Thiết bị đo lưu lượng 41

2.1.3.4 Chính sách hành động 45

2.1.4 Định dạng lưu lượng 45

2.1.4.1 Thiết bị đo lưu lượng dùng cho định dạng lưu lượng 46

2.1.4.2 Định dạng lưu lượng chung (GTS) và Định dạng lưu lượng phân bố (DTS) 47

2.2 Các cơ chế xếp lịch cho gói tin 48

2.2.1 Xếp hàng Vào trước ra trước (FIFO) 50

2.2.2 Nguyên lý cấp phát chia xẻ công bằng Max-Min 51

2.2.3 Xếp hàng công bằng (FQ) và Xếp hàng công bằng có trọng số (WFQ) dựa trên tính toán số thứ tự 54

2.2.4 Xếp hàng công bằng có trọng số theo luồng 58

2.2.5 WFQ phân tán theo từng luồng (FlowBased Distributed WFQ-DWFQ) 61 2.2.6 WFQ theo loại (Class-Based WFQ) 62

2.2.7 Các cơ chế xếp hàng WFQ khác 63

2.2.7.1 Xếp hàng công bằng có trọng số phân tán DWFQ theo ToS 63

2.2.7.2 Xếp hàng công bằng có trọng số phân tán DWFQ theo nhóm QoS 63

2.2.8 Xếp hàng ưu tiên (Priority Queuing – PQ) 63

2.2.9 Xếp hàng tuỳ biến (Custom Queuing-CQ) 64

2.2.10 Các cơ chế xếp lịch cho lưu lượng thoại 66

2.2.10.1 WFQ theo loại với hàng đợi ưu tiên (PQ-CBWFQ) 66

2.2.10.2 Xếp hàng tuỳ biến với các hàng đợi ưu tiên (PQ-CQ) 68

2.2.11 Xếp hàng sử dụng thuật toán Round-Robin 68

2.2.11.1 Round Robin theo trọng số cải tiến (Modified Weighted Round Robin - MWRR) 69

2.2.11.2 Round Robin khấu trừ cải tiến (Modified Deficit Round Robin - MDRR) 73

2.3 Các cơ chế tránh tắc nghẽn và chính sách loại bỏ gói tin 77

2.3.1 Khởi động chậm giao thức kiểm soát truyền dẫn (TCP Slow Start) và Loại trừ nghẽn 78

2.3.2 Hoạt động của lưu lượng TCP trong mô hình loại bỏ cuối hàng (Tail-Drop) 79

2.3.3 Phát hiện sớm ngẫu nhiên (RED): Quản lý hàng đợi tích cực để tránh nghẽn mạng 81

2.3.4 Phát hiện sớm ngẫu nhiên có trọng số (WRED) 85

2.3.5 Phát hiện sớm ngẫu nhiên có trọng số theo luồng (Flow WRED) 85

CHƯƠNG 3: ĐO KIỂM MỘT SỐ CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG CỦA DIFFERENTIATED SERVICE TRÊN THIẾT BỊ ĐỊNH TUYẾN CISCO 89

3.1 Kết quả đo thông số Diffserv 89

3.1.1 Bài đo Tốc độ truy cập cam kết (CAR) 89

3.1.2 Bài đo kích thước bursts bình thường và vượt quá 91

3.1.3 Bài đo chức năng Xếp hàng có trọng số theo loại (Class-Based Weighted Fair Queuing - CB-WFQ) 92

3.1.4 Bài đo WRED đối với đường truyền nghẽn nút cổ chai 94

3.1.5 Bài đo so sánh WFQ và PQ khi hỗ trợ lưu lượng EF 98

3.2 Áp dụng các bài đo Chất lượng dịch vụ có phân loại tiêu biểu vào mạng thực tế của Bưu điện thành phố Hồ Chí Minh 101

3.2.1 Mạng IP của Bưu điện thành phố Hồ Chí Minh 101

3.2.2 Bài đo cơ chế Tốc độ truy cập cam kết (CAR) 102

3.2.3 Bài đo chức năng Xếp hàng có trọng số theo loại (CB-WFQ) - Độ cách ly lưu lượng (traffic isolation) 103

3.2.4 Bài đo WRED đối với đường truyền nghẽn nút cổ chai 104

3.2.5 Bài đo so sánh WFQ và PQ khi hỗ trợ lưu lượng EF 105

KẾT LUẬN 107

Tài liệu tham khảo 109

CHỮ VIẾT TẮT

Mode

Truyền dẫn không đồng bộ

Control

Kiểm soát quản lý kết nối

Queuing

Xếp hàng theo trọng số phân loại

Code Point

Điểm mã dịch vụ có phân biệt

Telecommunications

Liên minh viễn thông quốc tế

Protocol

Giao thức dành trước tài nguyên

Detected

Phát hiện sớm ngẫu nhiên theo trọng số

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1-1Các mức dịch vụ và cơ chế thực hiện QoS 11

Bảng 1-2 Các khối chức năng trong cấu trúc Diffserv 24

Bảng 1-3 IP precedence và DSCP 26

Bảng 1-4 AF PHB 27

Bảng 2-1 Những giá trị và tên ưu tiên IP 36

Bảng 2-2 Đánh dấu lưu lượng sử dụng mức ưu tiên IP, DSCP, và nhóm QoS 37

Bảng 2-3 Sự so sánh giữa chức năng khống chế và chức năng định dạng 39

Bảng 2-4 Sự so sánh giữa hai cơ chế TS: GTS và DTS 47

Bảng 2-5 WFQ theo từng luồng 59

Bảng 2-6: Phân loại theo ToS 63

Bảng 2-7 Các trọng số của các hàng đợi 70

Bảng 2-8 Hàng đợi 0-2 cùng với các giá trị trọng số và định mức 75

Bảng 3-1 Ảnh hưởng của các exceed action CAR khác nhau lên lưu lượng UDP (thông lượng trên không bao gồm overhead) 90

Bảng 3-2 Thông lượng của một kết nối TCP khi tăng giá trị của kích thước burst bình thường và vượt quá 92

Bảng 3-3 Kết quả của các bài test CAR và WFQ với sô lượng khác nhau các dòng TCP ưu tiên cao và TCP best-effort 94

DANH MỤC HÌNH VẼ

HỠNH 1-1 CỎC THàNH PHầN TRễ CủA GÚI 1500 BYTE TRỜN đườNG TRUYềN

XUYỜN LụC địA NướC Mỹ VớI DảI THỤNG TăNG DầN 6

HỠNH 1-2 THỤNG TIN LUồNG Dữ LIệU Và đIềU KHIểN CủA ROUTER Và MỎY TRạM Sử DụNG RSVP 14

HỠNH 1-3 Cơ CHế THIếT LậP DàNH TRướC RSVP 16

HỠNH 1-4 VỚ Dụ Về BA KIểU Bộ LọC DàNH RIỜNG 20

HỠNH 1-5 TổNG QUAN Về DIFFSERV 24

HỠNH 1-6 MỤ HỠNH HOạT độNG QOS TổNG QUỎT 25

HỠNH 1-7 BYTE TOS THEO RFC 1349 27

HỠNH 1-8 BYTE DS 27

HỠNH 1-9 TỚN HIệU RSVP QUA MộT MạNG DIFFSERV 31

HỠNH 2-1 THUậT TOỎN GIớI HạN TốC độ 40

HỠNH 2-2 TOKEN BUCKET CHUẩN CHO CAR 42

HỠNH 2-3 NHữNG HàNH độNG DựA VàO GIỎ TRị Bộ đếM BURST 44

HỠNH 2-4 XỎC SUấT LOạI Bỏ GÚI TIN CAR 44

HỠNH 2-5 QUỎ TRỠNH địNH DạNG LưU LượNG 45

HỠNH 2-6 NGUYỜN LÝ TOKEN BUCKET CHO CHứC NăNG địNH DạNG LưU LượNG 46

HỠNH 2-7 XếP HàNG FIFO 51

HỠNH 2-8 CấP PHỎT TàI NGUYỜN CHO NGườI DỰNG A Và B 52

HỠNH 2-9 CấP PHỎT TàI NGUYỜN CHO NGườI DỰNG C 53

HỠNH 2-10 CấP PHỎT TàI NGUYỜN CHO NGườI DỰNG D Và E 53

HỠNH 2-11: MộT VỚ Dụ MINH HOạ Sự MỤ PHỏNG Bộ XếP LịCH GPS ROUND-ROBIN THEO TừNG BYTE CHO FQ 56

HỠNH 2-12 MINH HọA CHO CỎCH LàM CủA Bộ XếP LịCH FQ; GÚI D1 đếN SAU GÚI A1 đượC XếP LịCH 57

HỠNH 2-13 WFQ THEO TừNG LUồNG 59

HỠNH 2-14 WFQ THEO TừNG LUồNG.(TIếP) 59

HỠNH 2-15 CỎC HàNG đợI WRR VớI CỎC Bộ đếM KHấU TRừ TRướC KHI BắT đầU PHụC Vụ 70

HỠNH 2-16 MWRR SAU KHI PHụC Vụ HàNG đợI 0 TRONG LượT đầU TIỜN 71

HỠNH 2-17 MWRR SAU KHI PHụC Vụ HàNG đợI 1 TRONG LượT đầU TIỜN 71

HỠNH 2-18 MWRR SAU KHI PHụC Vụ HàNG đợI 2 TRONG LượT đầU TIỜN 72

HỠNH 2-19 CỎC HàNG đợI 0 – 2, CỰNG VớI CỎC Bộ đếM KHấU TRừ CủA CHỲNG 74

HỠNH 2-20 MDRR SAU KHI PHụC Vụ HàNG đợI 2, LượT đầU TIỜN 75

HỠNH 2-21 MDRR SAU KHI PHụC Vụ HàNG đợI 0, LượT đầU TIỜN 76

HỠNH 2-22 MDRR SAU KHI PHụC Vụ HàNG đợI 2, LượT THứ 2 77

HỠNH 2-23 MỤ Tả CửA Sổ NGHẽN MạNG TCP KHởI độNG CHậM Và CỎC HOạT độNG TRỎNH NGHẽN MạNG 79

HỠNH 2-24 ĐồNG Bộ TOàN CụC 80

HỠNH 2-25 XỎC SUấT LOạI Bỏ GÚI TIN RED 84

HỠNH 2-26: XỎC SUấT LOạI Bỏ GÚI TIN BằNG Cơ CHế FLOW WRED 87

HỠNH 3-1 CấU HỠNH đO TốC độ TRUY CậP CAM KếT 89 HỠNH 3-2 CấU HỠNH đO KỚCH THướC BURSTS BỠNH THườNG Và VượT QUỎ91

HỠNH 3-3 CấU HỠNH đO CHứC NăNG XếP HàNG CÚ TRọNG Số THEO LOạI (CLASS-BASED WEIGHTED FAIR QUEUING - CB-WFQ) 93 HỠNH 3-4 CấU HỠNH đO WRED đốI VớI đườNG TRUYềN NGHẽN NỲT Cổ CHAI 95 HỠNH 3-5 MỤ Tả BàI đO THEO LOGIC Và MẫU LưU LượNG 96 HỠNH 3-6 KếT QUả CHIA Xẻ DảI THỤNG KHI NGưỡNG TốI THIểU THAY đổI 96 HỠNH 3-7 PHầN DảI THỤNG PHB AF11 đạT đượC KHI Số LượNG LUồNG CủA MỗI LOạI THAY đổI 97 HỠNH 3-8 CấU HỠNH đO SO SỎNH WFQ Và PQ KHI Hỗ TRợ LưU LượNG EF 98 HỠNH 3-9 TRễ MộT HướNG TRUNG BỠNH KHI DỰNG CỎC KỚCH THướC KHUNG EF KHỎC NHAU, VớI PQ Và WFQ (8 HàNG đợI) 100 HỠNH 3-10 IPDV TRUNG BỠNH VớI PQ Và WFQ (8 HàNG đợI) 100 HỠNH 3-11 CấU HỠNH đO Cơ CHế TốC độ TRUY CậP CAM KếT (CAR) 102 HỠNH 3-12 CấU HỠNH đO CHứC NăNG XếP HàNG CÚ TRọNG Số THEO LOạI (CB-WFQ) - Độ CỎCH LY LưU LượNG (TRAFFIC ISOLATION) 104 HỠNH 3-13 CấU HỠNH đO WRED đốI VớI đườNG TRUYềN NGHẽN NỲT Cổ CHAI 105 HỠNH 3-14 CấU HỠNH đO WFQ Và PQ KHI Hỗ TRợ LưU LượNG EF 106

MỞ ĐẦU

Mạng viễn thông hiện đại ngày nay đang phát triển một cách mạnh mẽ cả về quy

mô cũng như công nghệ Ở Việt Nam, cùng với mức độ tăng trưởng chóng mặt của thuê bao điện thoại là tỷ lệ người dùng Internet băng thông rộng Làm việc và giải trí, giao tiếp trên môi trường mạng Internet nói riêng và mạng IP nói chung đang là hình thức giao tiếp hiệu quả và thuận tiện nhất Xu hướng hội tụ tất cả các dịch vụ viễn thông lên nền tảng IP đã được dự đoán và đang được kiểm chứng ngay tại Việt Nam Các dịch vụ trên nền IP rất đa dạng: từ gửi thư điện tử, truy cập web, thương mại điện tử đến truyền file, mạng riêng ảo, thoại VOIP, truyền hình trực tuyến, truyền hình hội nghị

Trước sự bùng nổ về số lượng và chủng loại dịch vụ thông tin trên mạng IP, các nhà sản xuất và cung cấp mạng ngày càng phải chú ý đến chất lượng dịch vụ Ngoài việc tăng cường đầu tư thiết bị mới để cung cấp dịch vụ, một việc hết sức cần thiết là sử dụng hạ tầng mạng một cách hiệu quả Các kỹ thuật Chất lượng dịch vụ QoS được đưa ra nhằm mục đích này Thực ra các kỹ thuật và khái niêm

IP QoS đã xuất hiện từ rất lâu nhưng phải đến những năm gần đây nó mới được thực sự chú ý đến Lý do là ban đầu, lưu lượng trên mạng Internet rất ít, chỉ gồm các dịch vụ như email, truyền file và truy cập web Đây là những dịch vụ băng hẹp, dùng ít dải thông và không phải là dịch vụ thời gian thực Ngày nay, số lượng dịch vụ đã tăng lên rất nhiều, bao gồm cả dịch vụ truyền thống và các dịch

vụ đòi hỏi thời gian thực như VOIP và hội nghị truyền hình Các nhà cung cấp dịch vụ phải tìm mọi cách thoả mãn khách hàng về lưu lượng thông tin và chất lượng thông tin Các kỹ thuật QoS có thể đảm nhiệm việc đảm bảo chất lượng thông tin cũng như sử dụng hiệu quả nhất băng thông của mạng Một mạng dù được trang bị băng thông lớn cũng cần phải có những chính sách QoS thích hợp

để cân bằng nhu cầu giữa các loại dịch vụ Trước những nhu cầu của thực tế khai thác vận hành mạng như vậy, tôi đăng ký đề tài nghiên cứu về các kỹ thuật đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS Nội dung của đề tài này là tìm hiểu các mô hình

QoS mạng IP và ứng dụng trên mạng Viễn Thông Việt Nam, đó là mô hình Nỗ lực cao nhất (Best effort), mô hình Dịch vụ có bảo đảm (Integrated Service) và

mô hình Dịch vụ phân biệt (Diffrentiated Service) Đặc biệt chú ý đến mô hình Dịch vụ phân biệt vì nó có thể đáp ứng chất lượng dịch vụ ở quy mô lớn Mục tiêu của đề tài là: Tìm hiểu tất cả các kỹ thuật của mô hình Dịch vụ có phân loại

để có thể ứng dụng mô hình này một cách tốt nhất trên mạng lưới Việt Nam Trên cơ sở các hiểu biết về QoS, đề tài cũng đề cập đến một số bài đo chất lượng dịch vụ trên nền tảng Dịch vụ phân biệt cho mạng IP của Bưu điện thành phố Hồ Chí Minh

Do thời gian nghiên cứu còn hạn chế nên một số vấn đề chưa được đề cập chi tiết , vì vậy luận văn chắc sẽ khó tránh khỏi các thiếu sót Tôi mong nhận được

sự quan tâm và đóng góp ý kiến của các thầy, cô và các bạn đồng nghiệp để hoàn thiện đề tài này

Xin cám ơn

CHƯƠNG 1: SỰ PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG INTERNET VÀ YÊU CẦU

VỀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ - CÁC MÔ HÌNH CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ (QoS)

1.1 Giới thiệu mạng Internet và chất lượng dịch vụ IP (IP QoS)

Mạng IP lớn nhất là mạng Internet toàn cầu Internet phát triển với tốc độ chóng mặt trong suốt vài năm gần đây cùng với một số lượng lớn các ứng dụng trên nền tảng Internet Khi Internet và các mạng intranet tiếp tục phát triển, nhiều ứng dụng khác ngoài dữ liệu truyền thống như thoại trên nền IP (VoIP) và hội nghị truyền hình (video-conferencing) cũng xuất hiện theo đó Ngày càng nhiều ứng dụng và người dùng hướng đến Internet mỗi ngày, vì vậy, Internet cần có một chức năng để hỗ trợ cảchất lượng các dịch vụ và ứng dụng hiện có cũng như tương lai Dịch vụ phổ biến nhất mà Internet cung cấp hiện nay là dịch vụ “nỗ lực cao nhất” (best-effort) Dịch vụ best-effort không bảo đảm gói được chuyển giao đến nơi nhận khi nào hoặc có chuyển đến hay không, trong khi đó các gói thường xuyên bị loại bỏ trong lúc nghẽn mạng

Trong một mạng, thông thường các gói theo từng luồng (flow) được phân biệt bởi năm trường trong mào đầu gói IP: Địa chỉ IP nguồn, địa chỉ IP đích, trường phương thức IP, cổng nguồn, và cổng đích Một luồng riêng lẻ được tạo bởi các gói xuất phát từ một ứng dụng trên một máy nguồn đến một ứng dụng trên một máy đích, và các gói thuộc một luồng mang các giá trị năm trường mào đầu giống nhau

Để hỗ trợ lưu lượng thoại, và video, và ứng dụng dữ liệu với các yêu cầu dịch

vụ khác nhau từ mạng, các hệ thống tại mạng lõi IP cần phân biệt và đáp ứng các dạng lưu lượng khác nhau dựa trên cơ sở nhu cầu của chúng Tuy nhiên,với dịch

vụ best-effort, không thể phân biệt trong số hàng nghìn luồng lưu lượng tồn tại

trong mạng lõi IP Vì vậy, không có mức ưu tiên hay sự đảm bảo cho bất cứ luồng lưu lượng ứng dụng nào Điều này hạn chế cơ bản khả năng của mạng IP

để truyền lưu lượng trong khi mạng đó chỉ có một nguồn tài nguyên hạn chế cùng với các yêu cầu kèm theo về bảo đảm dịch vụ Chất lượng dịch vụ IP nhằm

để giải quyết vấn đề này Các chức năng IP QoS hướng đến việc cung cấp các

dịch vụ được đảm bảo và đa dạng bằng cách trao cho nhà khai thác mạng quyền kiểm soát và cách sử dụng tài nguyên mạng Internet QoS là một tập hợp các yêu cầu dịch vụ mà mạng phải đáp ứng trong khi truyền một luồng QoS cung cấp sự bảo đảm dịch vụ từ điểm đầu đến điểm cuối (end-to-end) và sự điều khiển - dựa trên cơ sở chính sách - các phương pháp vận hành mạng IP, như các cơ chế cấp phát tài nguyên, chuyển mạch, định tuyến, xếp lịch và loại bỏ gói

Một số lợi ích chính của IP QoS:

- Giúp các mạng có thể hỗ trợ các yêu cầu dịch vụ và ứng dụng multimedia hiện có cũng như đang xuất hiện Các ứng dụng mới như Voice over IP (VoIP) sẽ có được các yêu cầu QoS rõ ràng cụ thể đối với mạng

- Cho phép nhà vận hành mạng điều khiển tài nguyên mạng và cách thức sử dụng chúng

- Cung cấp sự đảm bảo dịch vụ và sự phân biệt lưu lượng trên mạng Điều này cần thiết để hội tụ lưu lượng thoại, video và dữ liệu trên một mạng IP duy nhất

- Nó cho phép các nhà cung cấp dịch vụ đưa ra thêm các dịch vụ chất lượng cao cùng lúc với các dịch vụ best-effort hiện tại Nhà cung cấp có thể phân loại các dịch vụ chất lượng cao của họ thành các mức ví

dụ như mức Bạch kim, Platinum, Vàng hay Bạc, và đặt cấu hình mạng

để theo đó phân biệt các loại dịch vụ khác nhau nói trên

-Cho phép khai thác mạng theo ứng dụng, trong đó mạng truyền các gói tin dựa trên cơ sở thông tin ứng dụng trong các mào đầu gói

- QoS đóng vai trò chủ chốt trong việc đưa ra những dịch vụ mạng mới như Mạng riêng ảo (VPNs)

1.2 Lịch sử chất lượng dịch vụ giao thức Internet (IP QoS)

IP QoS không phải là mới xuất hiện Các nhà sáng chế ra Internet đã sớm nhận thấy sự cần thiết này và đưa ra một byte có tên gọi Dạng dịch vụ (ToS) trong

mào đầu IP để làm cho QoS trở thành một phần đặc điểm kỹ thuật IP ban đầu Mục đích của byte ToS được miêu tả như sau:

Dạng dịch vụ thể hiện những thông số tóm tắt của chất lượng dịch vụ mong muốn Những thông số này được sử dụng để hướng dẫn lựa chọn các thông số dịch vụ thực tế khi truyền một datagram qua một mạngcụ thể [5]

Cho đến cuối những năm 1980, Internet vẫn còn ở mức độ nghiên cứu và chỉ

có một ít dịch vụ và lưu lượng thông tin Vì vậy, sự hỗ trợ ToS không đóng vai trò quan trọng, và hầu hết tất cả các triển khai mạng IP đều bỏ qua byte ToS Những ứng dụng IP không đánh dấu rõ byte ToS, và các router cũng không sử dụng nó để điều khiển cách thức chuyển tiếp gói IP Tầm quan trọng của QoS trên Internet đã tăng lên cùng với sự phát triển của Internet đạt đến mức độ phổ biến và thương mại như hiện nay Mạng Internet dựa trên cơ sở dịch vụ gói end-to-end không kết nối thường cung cấp các công cụ truyền tải best-effort (nỗ lực cao nhất), dùng bộ Giao thức điều khiển truyền dẫn/Giao thức Internet (TCP/IP) Mặc dầu thiết kế không kết nối cung cấp cho mạng Internet tính linh hoạt và mạnh mẽ, sự linh hoạt của gói tin của nó cũng là nguyên nhân của hiện tượng tắc nghẽn, đặc biệt tại các router kết nối các mạng với rất nhiều dải thông khác nhau

Tập hợp các chức năng QoS ban đầu được thiết lập cho các host Internet Một vấn đề lớn đối với những kết nối mạng diện rộng (WAN) có giá thành cao là việc kích thước mào đầu quá lớn so vớicác gói TCP nhỏ được tạo bởi những ứng dụng như telnet và rlogin Thuật toán Nagle đã giải quyết vấn đề này và ngày nay được hỗ trợ bởi tất cả các ứng dụng host IP Thuật toán Nagle báo trước sự ra đời của chức năng QoS Internet trong mạng IP [4]

Vào năm 1986, Van Jacobson phát triển tập hợp tiếp theo các công cụ QoS Internet Đó là cơ chế tránh tắc nghẽn cho hệ thống đầu cuối, cơ chế này đang được sử dụng trong những ứng dung TCP Những cơ chế này là khởi động chậm

và tránh tắc nghẽn, và chúng đã hỗ trợ rất lớn trong việc ngăn chặn sự sập mạng

do tắc nghẽn của Internet hiện nay Chúng bước đầu khiến các luồng TCP có khả

năng đáp ứng những tín hiệu báo tắc nghẽn (những gói bị mất) trong mạng Hai

cơ chế nữa là tái truyền nhanh và khôi phục nhanh được bổ sung thêm vào năm

1990, cung cấp hoạt động tối ưu trong thời đoạn mất gói

Mặc dù những cơ chế QoS trong hệ thống đầu cuối là yếu tố cần thiết, chúng vẫn không làm nên QoS end-to-end cho đến khi những cơ chế tương xứng được ứng dụng vào các router để truyền tải lưu lượng dữ liệu giữa các hệ thống đầu cuối Vì vậy, khoảng năm 1990, QoS tập trung vào các router Những router chỉ

có cơ chế xếp hàng vào trước, ra trước (FIFO) thì thể không cung cấp cơ chế để phân loại và cấp ưu tiên cho lưu lượng Xếp hàng FIFO gây ra loại bỏ cuối hàng (tail drop) và không bảo vệ được những luồng đang hoạt động chuẩn khỏi những luồng hoạt động không chuẩn WFQ, một thuật toán xếp lịch gói, và WRED, một thuật toán quản lý xếp hàng, được chấp nhận rộng rãi để lấpbù đắp những khiếm khuyết của mạng đường trục Internet

Sự phát triển của QoS Internet tiếp tục với những nỗ lực tiêu chuẩn hoá trong

việc cung cấp QoS end-to-end trên Internet Nhóm hoạt động IETF (Internet Engineering Task Force) về dịch vụ có bảo đảm hướng tới cung cấp các công cụ

cho các ứng dụng để thể hiện những yêu cầu tài nguyên end-to-end với những cơ chế hỗ trợ trong các router và những công nghệ mạng con RSVP là một giao thức báo hiệu cho mục tiêu này Mô hình dịch vụ có bảo đảm (inteserv) đòi hỏi các trạng thái theo từng luồng dọc theo tuyến kết nối, do đó intserv không thể mở rộng ở quy mô mạng đường trục Internet, nơi phục vụ hàng nghìn luồng tại một thời điểmbất kỳ

Byte ToS IP không được sử dụng nhiều trong quá khứ, nhưng nó lại được tăng cường sử dụng sau này như một cách để báo hiệu QoS Byte ToS đã trở thành một kỹ thuật ban đầu cho việc cung cấp dịch vụ có phân loại (diffserv) trên Internet, và để phục vụ mục đích này, nhóm hoạt động ITEF diffserv đã tiêu chuẩn hoá việc sử dụng TOS như là byte dịch vụ có phân loại

1.3 Các thước đo thông số vận hành

Sự triển khai QoS nhằm mục đích cung cấp một kết nối với những giới hạn hoạt động nào đó từ mạng Độ rộng băng thông, trễ và trượt gói tin, mất gói là những thước đo phổ biến được sử dụng để mô tả vận hành của kết nối trong mạng Chúng được miêu tả trong những phần sau đây

1.3.1 Dải thông

Thuật ngữ dải thông được dùng để diễn tả dung lượng truyền qua (throughput) của một môi trường, một giao thức hay một kết nối Nó diễn tả chân thực “kích thước của ống” cần thiết dành cho một ứng dụng để liên lạc qua mạng

Thông thường, một kết nối yêu cầu dịch vụ bảo đảm phải có những yêu cầu băng thông nhất định và đòi hỏi mạng cấp một dải thông tối thiểu phù hợp cho nó Ứng dụng tín hiệu thoại được số hoá cho ra tín hiệu thoại 64 kbps Ứng dụng này trở nên gần như không sử dụng được nếu nó nhận thấp hơn 64kbps từ mạng, dọc theo tuyến kết nối

1.3.2 Trễ và Trượt gói tin

Trễ gói tại mỗi chặng bao gồm trễ nối tiếp hoátrễ truyền dẫntruyền dẫn, trễ truyền lan và trễ chuyển mạch Những định nghĩa sau miêu tả các loại trễ:

Trễ nối tiêp hoátruyền dẫn (transmission delay)

Là khoảng thời gian một thiết bị dùng truyền một gói tin với một tốc độ cho trước Trễ nối tiếp hoáTrễ truyền dẫn phụ thuộc vào dải thông của đường truyền cũng như kích thước của gói Ví dụ, một gói 64 byte ở tốc độ truyền 3Mbps mất khoảng 171 ns để truyền Chú ý rằng trễ nối tiếp hoátrễ truyền dẫn phụ thuộc vào dải thông: cũng gói 64 byte tại 19,2 kbps mất 26 ms để truyền Trễ nối tiếp hoáTrễ truyền dẫn còn gọi là trễ truyền dẫnnối tiếp hoá (serialization(transmission delay)

Trễ truyền lan (propagation delay)

Là khoảng thời gian một bít được truyền từ nơi phát đến nơi nhận của đường truyền Trễ này lớn bởi trong trường hợp tốt nhất, nó bằng khoảng cách chia cho tốc độ ánh sáng Chú ý rằng loại trễ này là một hàm số của khoảng cách và môi

trường chứ không phụ thuộc dải thông Đối với các đường truyền WAN, giá trị trễ truyền lan ở mức mili giây là bình thường Trễ truyền lan qua nước Mỹ là vào khoảng 30ms

Trễ chuyển mạch (switching delay)

Là khoảng thời gian thiết bị bắt đầu truyền một gói tin sau khi thiết bị nhận được nó Khoảng thời gian này thông thường là dưới 10µs

Tất cả các gói trong một luồng không phải chịu trễ trên mạng giống nhau Trễ đối với mỗi gói tin có thể thay đổi tuỳ theo những điều kiện mạng tại từng thời điểm

Nếu như một mạng không bị nghẽn, các hàng đợi sẽ không cần thiết ở các router, và trễ nối tiếp hoátrễ truyền dẫn tại mỗi chặng cũng như trễ truyền lan tạo thành trễ gói tổng cộng Trễ như vậy là mức trễ tối thiểu mà mạng có thể đạt được Chú ý rằng trễ nối tiếp hoátrễ truyền dẫn trở nên không đáng kể khi so sánh với trễ truyền lan trên những đường truyền tốc độ cao

Nếu mạng bị nghẽn, trễ hàng đợi sẽ xuất hiện, chi phối những trễ end-to-end

và sẽ góp phần vào sự thay đổi về trễ của các gói khác nhau trong cùng một kết

nối Sự biến đổi trễ gói được gọi là trượt gói (packet jitter)

Trượt gói có vai trò quan trọng bởi nó ước tính trễ cực đại giữa các lần tiếp nhận gói ở bộ thu Bộ thu, tuỳ vào ứng dụng, có thể bù đắp jitter bằng cách bổ xung bộ đệm nhận để có thể chứa các gói với số lượng bằng giới hạn jitter Những ứng dụng playback gửi các dòng thông tin liên tục, bao gồm những ứng dụng như cuộc gọi thoại tương tác, hội nghị truyền hình,đều thuộc loại này

Hình 1-1 Các thành phần trễ của gói 1500 byte trên đường truyền xuyên lục

địa nước Mỹ với dải thông tăng dần

Hình 1-1 minh họa ảnh hưởng của ba loại trễ tổng hợp với tốc độ đường truyền tăng dần Chú ý rằng trễ nối tiếp hoátrễ truyền dẫn trở nên rất nhỏ so với trễ truyền lan khi dải thông của đường truyền tăng Trễ chuyển mạch có thể bỏ qua được nNếu hàng đợi trống, , trễ chuyển mạch được coi như không đáng kể, nhưng nó tăng mạnh khi số lượng gói đang chờ ở hàng đợi tăng.

1.3.3 Mất gói

Mất gói chỉ rõ số lượng gói bị mất trên mạng trong quá trình truyền dẫn Gói

rớt tại các điểm tắc nghẽn trên mạng và những gói bị hỏng trên đường dây gây ra hiện tượng mất gói Loại bỏ gói thông thường xuất hiện ở các điểm tắc nghẽn khi các gói đến vượt quá giới hạn kích thước hàng đợi tại đầu ra Chúng cũng xuất hiện khi kích thước bộ đệm đầu vào không đủ cho các gói nhận được Mất gói thường được tính bằng tỷ lệ số gói bị mất khi truyền với số lượng gói truyền đi trong một khoảng thời gian nào đó

Một số ứng dụng không hoạt động tốt hoặc rất không hiệu quả khi các gói bị mất Các ứng dụng không chịu được hiện tượng mất gói đòi hỏi sự bảo đảm về mất gói từ mạng

Mất gói hiếm khi xảy ra đối với mạng được thiết kế tốt, có lượng thuê bao vừa

đủ hoặc thấp hơn mức cho phép Nó cũng hiếm khi xảy ra đối với các ứng dụng dịch vụ được bảo đảm mà mạng đã dành sẵn tài nguyên cần thiết

Lý do chính gây ra mất gói là do gói bị loại bỏ tại các điểm nghẽn mạng trong

trường hơp đường truyền dẫn cáp quang với tốc độ lỗi Bit 10E-9, hầu như không

có mất gói do đường dây Tuy nhiên, loại bỏ gói là hiện tượng thực tế khi truyền lưu lượng best-effort, mặc dù sự loại bỏ gói này chỉ xảy ra khi cần thiết Nhớ rằng các gói bị loại bỏ làm lãng phí tài nguyên mạng, vì chúng đã sử dụng một phần tài nguyên mạng trên quãng đường chúng đi đến điểm chúng bị loại bỏ

1.4 Các chức năng QoS

Mục này trình bày ngắn gọn các chức năng QoS khác nhau, các đặc điểm có liên quan và các lợi ích của chúng Những chức năng này được trình bày chi tiết hơn trong các phần sau

1.4.1 Đánh dấu và phân loại gói tin

Các Router tại các biên của mạng sử dụng chức năng phân loại để xác định các gói thuộc loại lưu lượng nào đó, dựa trên một hoặc nhiều trường mào đầu TCP/IP Sau đó, chức năng đánh dấu được sử dụng để đánh dấu lưu lượng đã phân loại bằng cách đặt giá trị trường IP precedence hoặc trường Điểm mã dịch

vụ có phân loại (DSCP)

1.4.2 Quản lý tốc độ lưu lượng

Các nhà cung cấp dịch vụ sử dụng chức năng khống chế (policing) để đo lưu lượng thông tin của khách hàng đi vào trong mạng và so sánh với đặc điểm lưu lượng của khách hàng Cùng lúc đó, doanh nghiệp đang truy nhập vào một nhà cung cấp của họ cần phải sử dụng chức năng định dạng lưu lượng để đo tất cả các lưu lượng và gửi đi với tốc độ không đổi sao cho mọi lưu lượng của họ đi qua

được chức năng policing của các nhà cung cấp dịch vụ Giỏ thẻ bài (Token

bucket) là một kỹ thuật đo lưu lượng phổ biến để đo lưu lượng thông tin

1.4.3 Cấp phát tài nguyên

Xếp lịch FIFO là một cơ chế xếp hàng truyền thống, đã triển khai rộng rãi trong các router và switch trên Internet ngày nay Mặc dù nó đơn giản thực hiện, nhưng xếp hàng FIFO cũng gặp một số vấn đề cơ bản trong việc cung cấp QoS

Nó không cung cấp cách thức để cho phép lưu lượng nhạy với trễ được ưu tiên và

chuyển đến đầu hàng đợi

Tất cả các lưu lượng đều được xử lý như nhau, không có sự phân biệt luồng hay phân biệt dịch vụ trong lưu lượng Để thuật toán xếp lịch phục vụ QoS, ít nhất nó cần có khả năng phân biệt các gói khác nhau trong hàng đợi và nhận biệt được mức độ dịch vụ của mỗi gói Thuật toán xếp lịch xác định gói nào sẽ truyền

tiếp theo ra khỏi hàng đợi Mức độ thường xuyên được truyền của các gói thuộc

một luồng xác định sự cấp phát tài nguyên hoặc dải thông cho luồng đó

1.4.4 Chính sách tránh tắc nghẽn và loại bỏ gói

Trong xếp hàng FIFO truyền thống, việc quản lý hàng đợi được thực hiện bởi việc làm rớt tất cả các gói đang đến khi các gói trong hàng đợi đã đạt đến độ dài

hàng đợi tối đa Kỹ thuật quản lý hàng đợi này được gọi là loại bỏ cuối hàng (tail

drop), nó báo hiệu sự tắc nghẽn chỉ khi hàng đợi đã đầy hoàn toàn Trong trường

hợp này, không một chức năng quản lý hàng đợi tích cực nào được thực hiện để tránh tắc nghẽn, hoặc để giảm các kích thước hàng đợi nhằm giảm độ trễ hàng đợi đến mức tối thiểu Một thuật toán quản lý hàng đợi tích cực cho phép các router phát hiện ra tắc nghẽn trước khi hàng đợi bị tràn

1.4.5 Giao thức báo hiệu QoS

RSVP là một phần của cấu trúc intserv IETF nhằm cung cấp QoS end-to-end trên Internet Nó giúp các ứng dụng có thể báo hiệu những yêu cầu QoS của mỗi luồng tới mạng Các chỉ số dịch vụ được sử dụng để định lượng cụ thể những yêu cầu này cho việc kiểm soát tiếp nhận (admission control)

1.4.6 Chuyển mạch

Chức năng chủ yếu của router là chuyển nhanh chóng và hiệu quả tất cả lưu lượng thông tin đang đi vào đến đúng giao diện ra và đúng địa chỉ chặng tiếp theo dựa trên cơ sở thông tin trong bảng chuyển tiếp Cơ chế chuyển tiếp dựa trên

cơ sở lưu trữ truyền thống mặc dù có hiệu quả nhưng vẫn gặp các vấn đề về quy

mô và tình trạng vận hành Lý do vì cơ chế này bị điều khiển bởi lưu lượng, có thể dẫn đến tăng bộ nhớ lưu trữ và làm hạn chế hoạt động chuyển mạch trong thời gian mạng không ổn định

Phương pháp chuyển tiếp dựa trên cơ sở cấu hình giải quyết những vấn đề liên

quan đến cơ chế chuyến tiếp dựa trên cơ sở lưu trữ bằng cách xây dựng một bảng chuyển tiếp tương ứng chính xác với bảng định tuyến của router Phương pháp chuyển tiếp dựa trên cơ sở cấu trúc được gọi là Cisco Express Forwarding (CEF) trong các router Cisco

1.4.7 Định tuyến

Định tuyến truyền thống chỉ là việc dựa vào đích đến và hướng các gói tin theo một đường ngắn nhất xác định từ bảng định tuyến Điều này không đủ linh hoạt đối với một số cấu hình mạng Định tuyến theo chính sách là một chức năng QoS giúp người sử dụng có thể thay đổi từ định tuyến đích sang định tuyến dựa theo các thông số gói có thể thay đổi được bởi người sử dụng

Những giao thức định tuyến hiện thời cung cấp cách định tuyến đường ngắn nhất, là cách lựa chọn đường truyền dựa theo một giá trị đo đạc như chi phí hành chính, trọng số hay số lượng chặng Những gói này được định tuyến dựa theo bảng định tuyến mà không có bất cứ một thông tin nào về những yêu cầu của luồng hay mức khả dụng tài nguyên dọc theo tuyến Định tuyến QoS là một cơ chế định tuyến quan tâm đến yêu cầu QoS của luồng và có một số thông tin về mức khả dụng tài nguyên mạng trong những tiêu chuẩn lựa chọn định tuyến của

nó

1.5 Các mức độ của chất lượng dịch vụ (QoS)

Lưu lượng trong mạng được ghép từ các luồng được tạo bởi nhiều ứng dụng khác nhau trên các trạm đầu cuối Những ứng dụng này khác nhau ở những yêu cầu dịch vụ và chất lượng Bất cứ yêu cầu của luồng nào cũng phụ thuộc chặt chẽ vào ứng dụng kèm theo nó Vì vậy, việc hiểu các dạng ứng dụng là chìa khoá để hiểu những đòi hỏi dịch vụ khác nhau của các luồng trong mạng

Năng lực của mạng để truyền dịch vụ mà các ứng dụng mạng cụ thể yêu cầu, cùng với khả năng ở một mức độ nào đó điều khiển phương thức thực thi (như băng thông, trễ/jitter và mất gói) được phân loại thành ba mức độ dịch vụ:

1.5.1 Dịch vụ Nỗ lực cao nhất (Best-effort service)

Là kết nối cơ sở, không bảo đảm lúc nào một gói được chuyển giao đến đích hoặc đến được hay không, mặc dù một gói thường chỉ bị loại bỏ khi các hàng đợi đệm đầu vào hoặc đầu ra của router bị tràn

Dịch vụ Nỗ lực cao nhất không thực sự là một phần của QoS bởi không có sự bảo đảm dịch vụ hay chuyển phát trong lưu lượng chuyển tiếp Đây là dịch vụ

mà Internet đang cung cấp phổ biến

Hầu hết các ứng dụng dữ liệu, như Giao thức truyền File (FTP), hoạt động thích hợp với dịch vụ nỗ lực cao nhất cho dù chất lượng chưa tốtsuy giảm Để hoạt động tốt, tất cả các ứng dụng yêu cầu cấp phát tài nguyên mạng theo tiêu chí

độ rộng băng thông, trễ và sự mất gói tối thiểu

1.5.2 Dịch vụ có phân loại

Trong dịch vụ có phân loại, lưu lượng được nhóm thành nhiều loại dựa trên yêu cầu dịch vụ của chúng Mỗi loại lưu lượng được phân loại bởi mạng và được phục vụ dựa theo các cơ chế QoS đã được thiết lập cho loại đó Kỹ thuật QoS này thường được gọi là CoS (cấp độ dịch vụ - Class of Service)

Chú ý rằng dịch vụ có phân loại thực chất không cung cấp sự đảm bảo dịch vụ

Nó chỉ phân loại lưu lượng và cho phép một loại lưu lượng này được ưu đãi hơn

loại khác Vì lý do này, dịch vụ này còn được gọi là QoS mềm

Kỹ thuật QoS này hoạt động tốt đối với các ứng dụng dữ liệu băng rộng Lưu lượng điều khiển mạng cần phải được phân biệt với các lưu lượng dữ liệu còn lại

và được dành quyền ưu tiên, bảo đảm kết nối mạng cơ sở được liên tục

(Enabling Layer 3 QoS)Cơ chế thực hiện QoS

Dịch vụ có bảo đảm yêu cầu dành trước tài nguyên mạng trên toàn bộ đường

kết nối Dịch vụ bảo đảm còn được gọi là QoS cứng bởi nó yêu cầu những sự

bảo đảm cứng nhắc từ mạng

Sự dành trước tuyến với đơn vị là từng luồng đơn lẻ không thể mở rộng ở quy

mô mạng đường trục Internet, nơi phục vụ hàng nghìn luồng tại một thời điểm bất kỳ Tuy nhiên, bằng phương thức dành trước theo tập hợp (Aggregate reservations), số lượng các trạng thái thông tin trong các bộ định tuyến mạng lõi Internet giảm xuống mức tối thiểu Do đó, dành trước theo tập hợp có thể là phương tiện để cung cấp dịch vụ có đảm bảo ở quy mô lớn

Những ứng dụng yêu cầu dịch vụ này bao gồm những ứng dụng multimedia như âm thanh và hình ảnh Những ứng dụng âm thanh tương tác trên Internet đòi hỏi một độ trễ giới hạn khoảng 100ms để phù hợp với giác quan của con người

Độ trễ này cũng tương thích với nhiều ứng dụng multimedia khác Điện thoại Internet cần một băng thông tối thiểu là 8-Kbps và độ trễ round-trip là 100 ms Mạng cần dành tài nguyên để có thể đáp ứng những nhu cầu dịch vụ bảo đảm này

1.6 Dịch vụ có bảo đảm (Intergrated Service): Giao thức dành trước tài nguyên (RSVP)

Trong cấu trúc dịch vụ có bảo đảm (intserv) [14], một giao thức báo hiệu chất lượng dịch vụ - Qos, RSVP được sử dụng cho việc báo hiệu RSVP là giao thức

báo hiệu QoS cho phép các ứng dụng đầu cuối yêu cầu các dịch vụ bảo đảm có thể báo hiệu các yêu cầu QoS end –to-end Nhờ đó đạt được đảm bảo dịch vụ từ mạng

1.6.1 Giao thức dành trước tài nguyên (RSVP)

IETF qui định RSVP [16] là thủ tục báo hiệu cho cấu trúc intserv RSVP cho phép các ứng dụng thông báo đến mạng các yêu cầu QoS theo từng luồng Các thông số dịch vụ được sử dụng để định lượng các yêu cầu đó cho việc kiểm soát tiếp nhận

RSVP được sử dụng trong các ứng dụng multicast như quảng bá và hội nghị truyền hình/truyền âm thanh Mặc dù mục tiêu ban đầu đối với RSVP là lưu lượng đa phương tiện, nhưng có một lợi ích hiển nhiên trong việc dành riêng dải thông cho lưu lượng unicast như Hệ thống file mạng (Network File System - NFS) và cho quản lý mạng riêng ảo (Virtual Private Network - VPN)

RSVP báo hiệu các yêu cầu dành trước tài nguyên dọc theo tuyến sẵn sàng trong mạng Giao thức tự nó không định tuyến mà nó được thiết kế để sử dụng các giao thức định tuyến mạnh mẽ hiện tại của Internet Cũng giống như lưu lượng IP khác, nó phụ thuộc vào giao thức định tuyến cơ bản để quyết định đường dẫn cho cả lưu lượng điều khiển và lưu lượng dữ liệu của nó Do thông tin giao thức định tuyến biến đổi phù hợp với các thay đổi cấu trúc mạng nên các dành trước RSVP được thực hiện trên đường dẫn mới Sự điều chỉnh này giúp RSVP hoạt động hiệu quả chức năng với bất kỳ dịch vụ định tuyến cơ bản nào RSVR cung cấp sự truyền tải mờ các bản tin kiểm soát lưu lượng và kiểm soát chính sách, và cung cấp vận hành trong suốt qua các vùng không hỗ trợ RSVP

1.6.1.1 Vận hành của RSVP

Thay mặt cho luồng dữ liệu ứng dụng, các hệ thống đầu cuối sử dụng RSVP

để yêu cầu mức độ QoS nhất định từ mạng Các yêu cầu RSVP được chuyển qua toàn mạng, đi qua các nút mạng dùng để truyền tải dòng dữ liệu Tại mỗi nút, RSVP nỗ lực thực hiện việc dành riêng tài nguyên đối với dòng dữ liệu

Các bộ định tuyến sử dụng RSVP sẽ truyền các luồng dữ liệu tới đúng đích Hình 1-2 cho cái nhìn tổng quan về các khối chức năng quan trọng và các luồng thông tin điều khiển và dữ liệu của bộ định tuyến và máy trạm sử dụng RSVP

Hình 1-2 Thông tin luồng dữ liệu và điều khiển của router và máy trạm

RSVPD KiÓm so¸t chÝnh s¸ch

KiÓm so¸t tiÕp nhËn

HOST

øng dông

Bé ph©n lo¹i gãi Bé xÕp

lÞch gãi

RSVPD KiÓm so¸t chÝnh s¸ch

KiÓm so¸t tiÕp nhËn ROUTER

RSVP trong c¸c HOST vµ ROUTER

Sè liÖu

C¸c gãi RSVP/kiÓm so¸t

RSVP daemon trong bộ định tuyến trao đổi thông tin với hai khối chức năng quyết định nội bộ - kiểm soát tiếp nhận và kiểm soát chính sách - trước khi thực hiện việc dành trước tài nguyên Kiểm soát tiếp nhận quyết định xem nút mạng

có đủ tài nguyên để đảm vào QoS yêu cầu hay không Kiểm soát chính sách quyết định xem người sử dụng có được phép thực hiện việc dành riêng tài nguyên hay không Kiểm soát chính sách xác định người sử dụng có quyền quản trị để tiến hành dành trước hay không Nếu việc kiểm tra thất bại, RSVP daemon gửi đi thông báo lỗi đến tiến trình ứng dụng, nơi đã gửi yêu cầu đó Nếu việc kiểm tra thành công thì RSVP daemon thiết lập các tham số trong bộ phân loại

gói (packet classifier) và bộ xếp lịch gói (packet scheduler) để có được QoS yêu

cầu Bộ phân loại gói xác định loại QoS cho mỗi gói tin và bộ xếp lịch gói (packet scheduler) sắp xếp việc truyền gói tin dựa trên lớp QoS của nó Các thuật toán Xếp hàng theo trọng số Weighted Fair Queuing (WFQ) và Phát hiện sớm ngẫu nhiên theo trọng số Weighted Random Early Detection hỗ trợ việc xếp lịch cho QoS

Trong quá trình quyết định kiểm soát tiếp nhận, một bản tin dành trước đối

với dung lượng yêu cầu được thực hiện nếu còn đủ dung lượng cho lớp lưu lượng yêu cầu đó Trong trường hợp yêu cầu tiếp nhận bị từ chối thì lưu lượng vẫn được chuyển tiếp với dịch vụ mặc định đối với loại lưu lượng của lưu lượng

đó Trong nhiều trường hợp, thậm chí một yêu cầu tiếp nhận thất bại tại một hay nhiều bộ định tuyến thì vẫn có thể cung cấp chất lượng chấp nhận được như thể

nó đã thành công trong việc thiết lập dành trước trong tất cả các bộ định tuyến đang bị nghẽn Điều này là do các dành trước khác có thể không sử dụng hết dung lượng dành riêng

Các thông tin dành trước phải đi theo trên cùng một đường dẫn unicast hoặc trên cây multicast tại mọi thời điểm Trong trường hợp hỏng tuyến kết nối thì bộ định tuyến phải thông báo cho RSVP daemon do đó các bản tin RSVP được tạo

ra trên một tuyến mới

Có thể phân chia quá trình thiết lập việc dành trước thành 5 bước:

1 Bộ truyền dữ liệu gửi đi các bản tin điều khiển RSVP PATH theo cùng một cách gửi dữ liệu thông thường Các bản tin này mô tả dữ liệu chúng đang gửi hoặc định gửi

2 Mỗi bộ định tuyến RSVP thu các bản tin PATH, lưu địa chỉ IP chặng trước

đó, ghi địa chỉ của nó như là địa chỉ của chặng trước đó và gửi đi bản tin cập nhật trên cùng tuyến mà dữ liệu ứng dụng đang sử dụng

3 Các trạm thu lựa chọn subnet của các phiên mà chúng nhận thông tin PATH và yêu cầu các dành trước tài nguyên RSVP từ bộ định tuyến chặng trước

đó sử dụng bản tin RSVP RESV Các bản tin RSVP RESV đi từ bộ thu đến bộ phát theo đường ngược lại đúng như so với đường dẫn lấy bởi các bản tin RSVP PATH

4 Các bộ định tuyến RSVPquyết định xem chúng có thể chấp nhận các yêu cầu RESV Nếu chúng không thể, chúng sẽ từ chối các yêu cầu dành trước này Nếu chúng có thể, chúng sẽ hợp các yêu cầu dành trước nhận được và yêu cầu dành trước từ bộ định tuyến chặng trước đó

5 Bộ phát nhận các yêu cầu dành trước từ các bộ định tuyến chặng kế tiếp,

cho biết rằng các dành trước đã được thực hiện Lưu ý rằng việc cấp phát dành

trước thực tế được thực hiện bởi các bản tin RESV

Hình 1-3 chỉ ra cơ chế thiết lập dành trước RSVP

Hình 1-3 Cơ chế thiết lập dành trước RSVP

Một luồng đơn lẻ được tạo bởi các gói tin đi từ ứng dụng của máy nguồn đến

ứng dụng trên máy đích FlowSpec tham số hoá các yêu cầu của một luồng đối

với việc kiểm soát tiếp nhận

1.6.1.2 Các thành phần RSVP

Các trách nhiệm hoạt động của ba thành phần RSVP như sau:

Bộ phát RSVP là ứng dụng tạo lưu lượng trong phiên RSVP Các chỉ

tiêu luồng ồng mà bộ phát RSVP có thể gửi qua mạng RSVP là:

 Tốc độ dữ liệu trung bình

 Kích cỡ bursts cực đại

Một mạng router có chức năng RSVP cung cấp đường dẫn giữa các bộ

phát và thu RSVP

Bộ thu RSVP là ứng dụng nhận lưu lượng trong phiên RSVP Trong các

ứng dụng VoIP và hội nghị thì ứng dụng có thể đóng vai trò vừa là bộ phát vừa

là bộ thu RSVP Các chỉ tiêu luồng mà các bộ thu RSVP có thể gửi qua mạng

RSVP là:

Formatted: Bullets and Numbering

Dịch vụ tải kiểm soát

Các bộ định tuyến chỉ đảm bảo rằng trễ mạng sẽ được cực đại

1.6.1.3 Các bản tin RSVP

RSVP sử dụng bảy loại bản tin cho hoạt động của nó: hai loại bản tin được

yêu cầu là: PATH và RESV, năm loại bản tin tuỳ chọn là: PATH ERROR,

PATH TEARDOWN, RESV ERROR, RESV CONFIRM và RSV

TEARDOWN Các bộ định tuyến RSVP và các máy trạm sử dụng chúng để tạo

ra và duy trì các trạng thái dành trước

RSVP thường chạy trực tiếp trên IP Do vậy, các bản tin RSVP là datagram

không tin cậy Chúng giúp việc tạo ra các trạng thái mềm trong các bộ định

tuyến và việc làm tươirefresh định kỳ là cần thiết

Sau đây là các loại bản tin bộ phát:

- Bản tin PATH được gửi đi định kỳ bởi bộ phát

Bộ phát mô tả các luồng dữ liệu về các vấn đề như các địa chỉ IP nguồn

và đích, giao thức IP và các port UDP hoặc TCP nếu có thể Chúng định

lượng các các yêu cầu nguồn dự tính cho dữ liệu đó bằng việc chỉ ra kích

thước bursts và tốc độ dữ liệu trung bình

- Các bản tin này được gửi đến đích unicast hay nhóm multicast của

luồng mà việc dành trước đang được thực hiện Các bộ định tuyến RSVP

phát hiện chúng do chúng được gửi trong các bản tin UDP đến port UDP

cụ thể hoặc bởi chúng có tuỳ chọn IP Router Alert trong mào đầu IP của

chúng Bộ định tuyến tạo ra Path State Block (PSB) khi các bản tin

PATH được nhận

Formatted: Bullets and Numbering

- Các bản tin PATH chứa các khoảng định kỳ chỉ ra tần xuất bộ phát gửi chúng Khoảng thời gian ngầm định là 30s Vấn đề quan trọng là giữ khoảng định kỳ nhỏ hoặc có cơ chế truyền lại nhanh chóng, bởi vì việc mất các bản tin PATH có thể dẫn đến chất lượng VoIP kém PSB được loại bỏ dựa trên bản tin PATH TEARDOWN hoặc lỗi đường kết nối, hoặc khi PSB không được làm tươirefresh bởi một bản tin PATH mới sau bốn chu kỳ

- Khi các lỗi trong bản tin PATH được phát hiện thì bộ định tuyến hoặc bộ thu sẽ gửi đi bản tin PATH ERROR thông báo cho bên gửi vấn

đề đó Thông thường, đây là lỗi khuôn dạng cơ bản hoặc lỗi kiểm tra tính toàn vẹn

- Các bản tin PATH TEARDOWN được gửi đến nhóm multicast với địa chỉ nguồn của bên phát khi bản tin PATH phải bị loại

bỏ khỏi database do lỗi kết nối hoặc do bên phát hiện diện trong nhóm multicast

Các loại bản tin bộ thu:

- Các bản tin RESV được gửi định kỳ bởi bộ thu Các bộ thu mô tả các luồng và các đảm bảo tài nguyên chúng cần sử dụng thông tin lấy từ các bản tin PATH về các địa chỉ IP nguồn và đích, giao thức IP, các cổng UDP hoặc TCP Chúng cũng mô tả các đặc tính trễ và tốc độ bít chúng cần Các bản tin này đi qua tất cả các bộ định tuyến RSVP trên đường dẫn định tuyến đến bộ phát mà việc dành riêng được thực hiện Các bộ định tuyến tạo ra Reservation State Blocks khi các bản tin RESV được công nhận

- Các bản tin RESV chứa các khoảng thời gian định kỳ chỉ ra tần xuất bộ phát gửi PSB bị loại bỏ dựa vào bản tin RESV TEARDOWN hoặc lỗi kết nối hoặc khi chúng không được làm tươirefresh bởi bản tin RESV sau bốn chu kỳ

- Khi các lỗi trong bản tin RESV được phát hiện thì bộ định tuyến

hoặc bộ thu sẽ gửi đi bản tin RESV ERROR thông báo cho bên gửi vấn

đề đó Thông thường, đây là lỗi khuôn dạng cơ bản hoặc lỗi kiểm tra tính toàn vẹn hoặc do không đủ tài nguyên ã dùng để tạo ra các bảo đảm theo yêu cầu

- Khi tác động của bản tin RESV áp dụng toàn trình và bộ thu yêu cầu thông báo về hiện trạng, các bản tin RESV CONFIRM được gửi đến các bộ thu hoặc các bộ định tuyến trung gian

PSB bị loại khỏi database do lỗi kết nối hoặc do bộ phát hiện diện trong nhóm multicast

1.6.2 Các kiểu dành trước

Ta có thể phân loại các dành trước luồng RSVP thành hai loại chính – riêng biệt và chia xẻ - được thảo luận trong các phần sau

1.6.2.1 Dành riêng riêng biệt

Dành riêng riêng biệt phù hợp với các ứng dụng trong đó các nguồn dữ liệu

đa dạng được truyền đồng thời Trong ứng dụng video, mỗi bộ phát phát đi một dòng dữ liệu riêng biệt yêu cầu việc kiểm soát tiếp nhận riêng rẽ và quản trị hàng đợi trong các bộ định tuyến trên đường đến bộ thu Do đó, một luồng như vậy yêu cầu việc dành trước riêng rẽ cho mỗi bộ phát trên mỗi kết nối trên đường dẫn

Các dành riêng riêng biệt là rõ ràng về bên phát và được cài đặt sử dụng kiểu dành riêng Fixed Filter (FF)

Các ứng dụng unicast hình thành trường hợp dành riêng riêng biệt đơn giản nhất, trong đó chỉ có một bên phát và một bên thu

1.6.2.2 Dành riêng chia xẻ

Dành riêng chia xẻ phù hợp với các ứng dụng trong đó các nguồn dữ liệu đa dạng không chắc truyền đồng thời Các ứng dụng âm thanh số hoá như VoIP là phù hợp với dành riêng chia xẻ Trong trường hợp này do có số lượng ít người nói tại một thời điểm nên số bộ phát gửi tại một thời điểm là hạn chế Do vậy không yêu cầu dự phòng riêng rẽ cho từng bộ phát, chỉ cần yêu cầu một dành riêng dùng cho các bộ phát trong nhóm

Hình 1-4 Ví dụ về ba kiểu bộ lọc dành riêng

RSVP đề cập đến luồng như là luồng chia xẻ và cài đặt nó bằng việc sử dụng phạm vi dành riêng rõ hay wildcard Hai loại dành riêng được thảo luận dưới đây:

Kiểu dành riêng Shared Explicit (SE) quy đinh cụ thể các luồng dành riêng

tài nguyên mạng.

Wildcard Filter (WF) dành riêng dải thông và các đặc tính trễ đối với bất kỳ

bộ phát nào Nó không thừa nhận chỉ tiêu của bên phát; nó chấp nhận tất cả bên phát, việc này được biểu thị bởi việc thiết lập địa chỉ nguồn và port về 0

Hình 1-4 minh hoạ ba loại bộ lọc dành riêng mô tả trước đây

1.6.3 Kiểu dịch vụ

RSVP cung cấp hai kiểu dịch vụ kết hợp mà các bộ thu có thể yêu cầu thông qua các bản tin RSVP RESV: dịch vụ tải kiểm soát và tốc độ bít bảo đảm

1.6.3.1 Tải kiểm soát

Với dịch vụ tải kiểm soát, mạng bảo đảm rằng luồng dành riêng sẽ đến đích với nhiễu tối thiểu ảnh hưởng từ lưu lượng best-effort Các luồng dành riêng được ngăn cách với nhau, giúp cho việc dành riêng luồng không bị ảnh hưởng bởi sự hiện diện của các dành riêng luồng khác có thể có trên mạng

Dịch vụ tải kiểm soát chủ yếu dành cho lớp ứng dụng rộng rãi đang chạy trên mạng internet hiện nay mà có tính nhạy cảm với các điều kiện quá tải Các ứng dụng này hoạt động tốt trên các mạng không tải tuy nhiên chúng sẽ suy giảm nhanh chóng với các điều kiện quá tải Một ví dụ của các ứng dụng như vậy là dịch vụ File Transfer Protocol (FTP)

1.6.3.2 Tốc độ Bit bảo đảm

Dịch vụ tốc độ bit bảo đảm cung cấp dịch vụ delay-bounded không có mất dữ liệu xếp hàng đối với tất cả dữ liệu, giả sử rằng không có lỗi tại các thành phần mạng hoặc thay đổi định tuyến Với dịch vụ này, mạng bảo đảm tối thiểu ảnh hưởng từ lưu lượng best-effort, cô lập giữa các luồng dành riêng

Dịch vụ bảo đảm chỉ bảo đảm trễ xếp hàng trường hợp xấu nhất, không phải

là trễ trung bình hay nhỏ nhất của dữ liệu Thêm vào đó, để tính toán trễ cực đại thì trễ cố định của đường dẫn phải được quyết định và bổ sung vào trễ xếp hàng trường hợp xấu nhất Lưu ý rằng dịch vụ này bảo đảm trễ xếp hàng cực đại chứ không phải trễ end-to-end tổng thể cực đại bởi vì các thành phần còn lại của trễ tổng cộng như trễ truyền dẫn phụ thuộc hoàn toàn vào đường truyền lưu lượng

Trễ xếp hàng trường hợp xấu nhất mà dịch vụ bảo đảm hứa là trễ tích luỹ được quan sát bởi bản tin PATH trước khi nó đến bộ thu Các bản tin PATH mang theo thông tin trễ trên đường dẫn từ từ nguồn đến bộ thu và cung cấp cho

bộ thu ước đoán chính xác về các điều kiện trễ trên đường dẫn tại mọi thời điểm

Bộ thu sử dụng thông tin trễ đó trong khi thực hiện yêu cầu đối với dịch vụ bảo đảm

Dịch vụ bảo đảm phù hợp tốt với các ứng dụng thời gian thực và playback Các ứng dụng playback sử dụng bộ đệm jitter để bù lại các biến đổi trễ của gói tin đến Bằng việc bảo đảm trễ xếp hàng trường hợp xấu nhất, dịch vụ bảo đảm thêm vào việc ước lượng kích cỡ đệm jitter yêu cầu Các ứng dụng thời gian thực có được dịch vụ với trễ và dải thông đảm bảo

Cả hai dịch vụ tốc độ bit bảo đảm và tải kiểm soát sử dụng bucket thẻ bài để

mô tả các tham số lưu lượng của luồng dữ liệu Bucket thẻ bài là một cơ chế kiểm soát tốc độ xác định tốc độ trung bình, kích cỡ khối dữ liệu và khoảng thời gian đo

Trong cả hai dịch vụ này, bộ thu yêu cầu một tốc độ bit nhất định và kích thước khối dữ liệu trong bản tin RESV Bộ lập lịch WFQ và các kỹ thuật quản

lý hàng đợi WRED với các trọng số bảo đảm rằng lưu lượng đến bộ thu có độ trễ giới hạn Dịch vụ tải kiểm soát chỉ hứa hẹn “dịch vụ tốt” và dịch vụ bảo đảm cung cấp thông tin từ đó có thể tính được các giới hạn trễ

1.6.4 Tính quy mô của RSVP

Một nhược điểm của RSVP đó là lượng thông tin trạng thái yêu cầu gia tăng cùng với số lượng dành riêng cho mỗi luồng Do có hàng trăm nghìn các luồng multicast và unicast có thể tồn tại trên mạng trục internet tại một thời điểm, do vậy thông tin trạng thái phân theo mỗi luồng là không hợp lý đối với mạng trục internet

RSVP hoạt động tốt đối với các mạng intranet tầm trung với tốc độ kết nối DS3 hoặc thấp hơn Đối với các mạng intranet lớn và các mạng trục ISP, thì RSVP có thể hoạt động tốt khi ta sử dụng yêu cầu dành riêng cho các nhóm

multicast lớn, các lớp tĩnh lớn hoặc tập hợp các luồng tại biên mạng chứ không dành riêng cho từng luồng

1.7 Cấu trúc dịch vụ có phân loại (Differentiated Services Architecture)

Mô hình intserv đòi hỏi QoS được đảm bảo theo từng luồng trên Internet Với hàng nghìn luồng hiện hữu trên Internet ngày nay, số lượng các thông tin trạng thái cần cho mỗi router là rất lớn Điều này có thể tạo ra các vấn đề

về quy mô, khi thông tin về trạng thái tăng cùng với sự gia tăng các luồng

Do đó việc triển khai Intserv trên Internet trở nên khó khăn

Vào năm 1998, một nhóm làm việc về cấu trúc dịch vụ phân loại (diffserv) được thành lập bởi IETF Diffserv là một cầu nối giữa các yêu cầu về QoS đảm bảo của Intserv và dịch vụ best-effort Diffserv đưa ra sự phân biệt lưu lượng bằng cách chia lưu lượng thành một số ít loại với sự ưu tiên dịch vụ một cách tương đối giữa các loại lưu lượng

1.7.1 Cấu trúc diffserv

Phương thưc diffserv nhằm cung cấp QoS sử dụng một tập hợp nhỏ gọn, định nghĩa rõ ràng các khối chức năng, từ đó ta có thể xây dựng lên các dịch vụ khác nhau [17] Mục đích của nó là định nghĩa byte dịch vụ có phân loại (DS byte), byte dạng dịch vụ (Type of Service byte) trong giao thức IPv4 và byte loại lưu lượng (Traffic Class byte) trong IPv6, đánh dấu byte DS đã chuẩn hoá của gói

để cho nó nhận được đặc tính truyền theo chặng, hay còn gọi là PHB behavior), ở mỗi nút mạng Cấu trúc diffserv cung cấp một Framework, từ đó nhà cung cấp dịch vụ có thể đưa ra cho khách hàng nhiều loại dịch vụ mạng, phân biệt bởi chất lượng vận hành (performance) Một khách hàng có thể chọn mức độ chất lượng vận hành cần thiết theo cơ sở từng gói đơn giản bằng cách đánh dấu trường mã dịch vụ có phân loại (DSCP) của gói với một giá trị cụ thể Giá trị này xác định PHB đối với gói trong phạm vi mạng của nhà cung cấp dịch

(per-hop-vụ Thông thường nhà cung cấp dịch vụ mạng và khách hàng sẽ đàm phán về tốc độ của lưu lượng cho từng mức dịch vụ Những gói nằm ngoài profile đã thoả thuận có thể sẽ không được nhận mức độ dịch vụ yêu cầu Cấu trúc diffserv

chỉ định ra các cơ chế cơ bản về cách thức bạn có thể xử lý các gói tin ta có thể xây dựng nhiều dịch vụ khác nhau bằng cách sử dụng những cơ chế này như là các khối chức năng Một dịch vụ định nghĩa một vài đặc tính nổi bật về truyền dẫn, như là thông lượng, trễ, trượt và mất gói theo một hướng dọc theo một tuyến trong mạng Ngoài ra, ta có thể định nghĩa một dịch vụ theo các tiêu chí

về mức độ ưu tiên trong việc truy cập tài nguyên mạng Sau khi một dịch vụ được định nghĩa, một PHB được xác định trên tất cả các nút của mạng cung cấp dịch vụ này, và một DSCP được gán cho PHB đó Một PHB là cách thức chuyển tiếp mà một nút mạng dành cho tất cả các gói mang cùng một DSCP cụ thể Lưu lượng yêu cầu một mức độ dịch vụ nào thì mang giá trị trường DSCP tương ứng trong các gói của nó

Hình 1-5 Tổng quan về Diffserv

Tất cả các nút trong miền diffserv thực thi PHB dựa trên trường DSCP trong gói Ngoài ra, các nút mạng trên biên của miền diffserv mang chức năng quan trọng về điều hoà lưu lượng đi vào miền Điều hoà lưu lượng bao gồm các chức năng như phân loại gói, khống chế lưu lượng và thường thực hiện chức năng này trên giao diện đầu vào, nơi lưu lượng bắt đầu tới miền Điều hoà lưu lượng

giữ vai trò chủ yếu trong việc vận chuyển lưu lượng bên trong một miền Diffserv, sao cho mạng có thể thực thi PHB cho tất cả lưu lượng đi vào trong miền Cấu trúc Diffserv được miêu tả trong Hình 1-5 Hai khối chức năng chính trong cấu trúc này được chỉ rõ trong bảng 1-2

Bảng 1-2 Các khối chức năng trong cấu trúc Diffserv

Khống chế lưu lượng đến và thiết lập trường DSCP dựa trên profile lưu lượng

bỏ gói

PHB được áp dụng cho các gói dựa trên đặc tính dịch vụ được định nghĩa bởi DSCP

Hình 1-6 Mô hình hoạt động QoS tổng quát

Ngoài hai chức năng chính trên, chính sách phân bổ tài nguyên đóng vai trò quan

khối xếp lịch:

chính sách phân bổ tài nguyên

khối xếp lịch: chính sách loại

bỏ gói

trọng trong việc định nghĩa chính sách kiểm soát tiếp nhận, tỷ số tài nguyên dành trước quá mức…

Mô hình hoạt động QoS tổng quát được miêu tả trong hình 1-6

1.7.2 Điểm mã dịch vụ có phân loại (DSCP)

Người sử dụng có thể đánh dấu 6 bit của byte ToS trong mào đầu IP của một DSCP Hai bit bậc thấp nhất hiện thời là không dùng (CU) DSCP mở rộng thêm

3 bit so với IP precedence Giống như IP precedence, ta có thể dùng DSCP để cung cấp cách xử lý khác nhau đối với những gói được đánh dấu phù hợp Hình 1-7 miêu tả byte ToS Byte ToS được đặt lại tên thành byte DS Hình 1-8 miêu

Chúng được định nghĩa để tương thích ngược với IP precedence và

có giá tri như trong bảng sau: IP precedence và DSCP

Bảng 1-3 IP precedence và DSCP

• Expedited Forwarding (EF) PHB-

định nghĩa dịch vụ đặc biệt DSCP khuyến nghị là 101110

• Assured Forwarding (AF) PHB-

định nghĩa 4 mức độ dịch vụ, với mỗi mức độ dịch vụ có ba mức

ưu tiên loại bỏ gói Kết quả là, AF PHB được đề nghị 12 điểm mã, miêu tả trong bảng 1-4

1.7.3 Khối điều hoà lưu lượng biên mạng

Khối điều hoà lưu lượng là những chức năng QoS khác nhau cần thiết cho một biên mạng Nút biên mạng thực hiện chức năng phân loại hay đánh dấu lưu lượng bằng cách thiết lập trường DSCP và giám sát lưu lượng đi vào mạng sao cho lưu lượng đó tuân thủ profile

DSCP là trường cho biết gói sẽ được xử lý ra sao trong một miền diffserv Chức năng này thực hiện nhờ khối phân loại gói, khối đánh dấu DSCP, hay chức

năng đo lưu lượng, kết hợp với cả hoạt động của bộ định dạng và bộ loại bỏ gói Những chức năng này sẽ được miêu tả vắn tắt sau đây

Khối phân loại

Khối phân loại lựa chọn một gói trong một ldòng lưu lượng dựa vào nội dung của phần nào đó trong mào đầu gói Đó là cách thông thường nhất để phân loại lưu lượng dựa trên trường DSCP, nhưng ta cũng có thể phân loại lưu lượng dựa trên những trường khác trong mào đầu gói Chức năng này nhận biết loại lưu lượng của gói

Khối định dạng

Chức năng Shaper làm trễ lưu lượng bằng cách đệm một số gói để chúng tương thích với profile Hoạt động này còn được gọi là định dạng lưu lượng

Khối loại bỏ gói

Chức năng loại bỏ gói loại bỏ tất cả lưu lượng không đúng với profile lưu lượng Hoạt động này còn được gọi là khống chế lưu lượng

1.7.4 Đặc tính truyền theo chặng (PHB)

Nút mạng hỗ trợ diffserv sử dụng trường DSCP trong mào đầu IP để lựa chọn một PHB riêng cho một gói Một PHB là cách thức chuyển tiếp quan trắc được từ bên ngoài mà một nút mạng dành cho tất cả các gói mang cùng một DSCP cụ thể

Ta có thể định nghĩa một PHB theo tiêu chí quyền ưu tiên tài nguyên tương đối so với các PHB khác, hay so với một số đặc tính dịch vụ lưu lượng quan

trắc được từ bên ngoài, như là trễ gói, mất gói hoặc trượt gói

Trong một mạng diffserv, cách thức best-effort được xem là PHB mặc định Diffserv khuyến nghị những giá trị DSCP cụ thể cho mỗi PHB, nhưng một nhà cung cấp dịch vụ mạng có thể chọn dùng một trường DSCP khác so với những giá trị khuyến nghị trong mạng của mình Giá trị khuyến nghị cho trường DSCP cách thức best-effort là 000000

PHB của một loại lưu lượng cụ thể phụ thuộc một số nhân tố sau:

• Tốc độ đến (hay tải) cho loại lưu lượng

Tốc độ đến được điều khiển bởi khối điều hoà lưu lượng tại biên mạng

• Phân bổ tài nguyên cho loại lưu lượng

Việc này được điều khiển bởi khối phân bổ tài nguyên trên các nút trong miền iffserv

• Mất lưu lượng

phụ thuộc chính sách loại bỏ gói của các nút trong miền diffserv

Hai dạng PHB là EF và AF đã được tiêu chuẩn hoá

EF thiết lập tốc độ gói đi ra, và ta có thể điều khiển tốc độ lưu lượng đến tại nút bằng cách sử dụng các khối điều hoà lưu lượng thích hợp ở biên mạng Một EF PHB cần đảm bảo rằng lưu lượng không gặp hoặc gặp ít nhất các hàng đợi, vì

thế cần cấu hình tốc độ truyền gói của lưu lượng nếu tốc độ đó ngang bằng hoặc nhỏ hơn tốc độ gói đến Tốc độ truyền gói hay dải thông cần phải độc lập với các lưu lượng khác ở bất kỳ lúc nào Tốc độ gói đến và đi là khoảng thời gian đo được ngang bằng thời gian cần để truyền một gói có kích thước một đơn vị truyền dẫn cực đại (MTU) của đường truyền

Một Router có thể cấp phát tài nguyên cho một tốc độ gói đi nào đó trên một giao diện bằng cách dùng các kỹ thuật hỗ trợ EF khác nhau Các kĩ thuật xếp lịch gói như Xếp hàng theo trọng số phân loại (Class-Based Weighted Fair Queuing - CBWFQ), Weighted Round Robin (WRR), và Deficit Round Robin (DRR) - cung cấp tính năng này khi lưu lượng EF có thể được truyền qua hàng đợi có trọng số lớn Trọng số đó phân bổ tốc độ cho lưu lượng EF lớn hơn rất nhiều so với tốc độ lưu lượng EF đến trên thực tế Ngoài ra, ta có thể chỉnh sửa những kĩ thuật xếp lịch này để cấp ưu tiên cho một hàng đợi mang lưu lượng EF Khi lưu lượng EF được đi qua hàng đợi ưu tiên, cần thiết đảm bảo rằng hàng đợi ưu tiên EF đang bận không tước đoạt tài nguyên của các hàng đợi lưu lượng còn lại quá một giới hạn đặt trước Để làm giảm bớt vấn đề này, người dùng có thể thiết lập tốc độ tối đa, căn cứ vào đó lưu lượng EF trong hàng đợi ưu tiên sẽ bị khống chế Nếu lưu lượng vượt qua giới hạn tốc độ đó thì tất cả lưu lượng EF dư ra sẽ bị làm loại bỏ gói Khối điều hoà lưu lượng biên mạng sẽ được cấu hình sao cho lưu lượng EF không bao giờ vượt qua tốc độ thiết lập lớn nhất của nó tại bất kỳ chặng nào nào trên mạng

DSCP được khuyến nghị sử dụng cho lưu lượng EF trong mạng là 101110

AF PHB

AF PHB là công cụ để một nhà cung cấp dịch vụ đưa ra các mức độ khác nhau trong việc đảm bảo chuyển tiếp các gói IP nhận được từ một miền diffserv của khách hàng [18] Nó thích hợp với hầu hết các ứng dụng trên nền TCP Một

AF PHB cung cấp các mức phân biệt dịch vụ khác nhautrong số bốn loại lưu lượng AF Mỗi loại lưu lượng AF được phục vụ trong hàng đợi của riêng mình Điều này cho phép quản lý dung lượng độc lập cho bốn loại lưu lượng Bên