Tổ chức Internet Engineering Task Fork (IETF)

Ngày nay, các mạng dùng công nghệ IP, đặc biệt là Internet đã trở thành công cụ quan trọng trong nhiều lĩnh vực

Mục lục

Mục lục 1

Lời nói đầu 2

PHẦN I 3

MẠNG IP & CÁC THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ 3

I.1 Phân loại lưu lượng và ứng dụng trên mạng IP 3

I.2 Các thông số đánh giá chất lượng dịch vụ 5

I.2.1 Trễ 5

I.2.2 Thông lượng 5

I.3 Vấn đề cung cấp chất lượng dịch vụ trên mạng IP 6

PHẦN 2 7

Các phương pháp nâng cao chẤt lưỢng dỊch vỤ trên mẠng IP 7

II.1 Mô hình dịch vụ tích hợp (IntServ) 8

II.1.1 Những đặc trưng chính của mô hình IntServ 8

II.1.2 Giao thức RSVP 10

II.1.2.1 Các đặc trưng của RSVP 10

II.1.2.2 Mô hình hoạt động của giao thức RSVP 11

II.1.2.3 Một số vấn đề của giao thức RSVP 16

II.1.3 Kiểm soát chấp nhận 16

II.1.4 Phân loại gói tin 17

II.1.5 Lập lịch gói tin 17

II.1.6 Kiến trúc dịch vụ tích hợp 17

II.1.6.1 Dịch vụ tải có kiểm soát 20

II.1.6.2 Dịch vụ đảm bảo (Guaranteed Service) 22

II.1.7 Các vấn đề với mô hình dịch vụ tích hợp 23

II.2 Mô hình dịch vụ phân biệt 24

II.2.1 Các đặc điểm chính của mô hình DiffServ 24

II.2.2 Kiến trúc dịch vụ phân biệt 25

II.2.3 Định nghĩa dịch vụ 27

II.2.3.1 Trường DS và các PHB cơ bản 27

II.2.3.2 PHB chuyển tiếp nhanh 29

II.2.3.3 PHB chuyển tiếp có đảm bảo 29

II.2.4 Quản lý động tài nguyên trong mô hình DiffServ 30

II.2.4.1 Tổng quan về Bandwidth Broker 30

II.2.4.2 Kiến trúc của một hệ thống BB 32

II.2.5 Ưu điểm và hạn chế của dịch vụ Diffserv 33

II.2.5.1 Ưu điểm 33

II.2.5.2 Hạn chế của Diffserv .33

II.3 Multi Switching Label Protocol và Traffic Engineering 34

II.3.1 Giới thiệu 34

II.3 2 Kiến trúc MPLS 34

II.3.2.1 Các thành phần chính trong mô hình 36

II.3.2.2 Forwarding Equivalent Class 36

II.3.2.3 Label Distribute Protocol 37

II.3.3 Traffic Engineering với MPLS 37

II.3.3.1 Giới thiệu chung 37

II.3.3.2 Mô hình thực hiện 38

II.3.4 Kết luận 39

PHẦN 3 40

Đánh giá, kẾt luẬn 40

III.1 Đánh giá, phân tích các phương pháp: 40

III.2 Đề xuất, kiến nghị 41

III.3 Phương án thực hiện các đề xuất và kiến nghị 41

III.3.1 Mô hình Kết hợp IntServ và DiffServ 41

III.3.1.1 Lợi ích của mô hình kết hợp Intserv và Diffserv 41

III.3.1.2 Framework cho Intserv/RSVP over Diffserv 42

III.3.1.3 Thực thi Framework 44

III.3.1.4 Kết luận 44

III.3.2 Hỗ trợ Diffserv trên MPLS 44

III.3.2.1 Lợi ích của kết hợp Diffserv và MPLS 44

III.3.2.2 Nguyên tắc 45

III.3.2.3 Các hoạt động của LSR Diffserv MPLS 45

III.3.2.4 Những ưu điểm và tồn tại của hai mô hình E-LSP và L-LSP 46

III.3.2.5 Kết luận 46

Kết luận 47

Tài liệu tham khảo 48

Lời nói đầu Ngày nay, các mạng dùng công nghệ IP, đặc biệt là Internet đã trở thành công cụ quan trọng trong nhiều lĩnh vực Cùng với các dịch vụ truyền thống (như email, FTP, WWW, .) các dịch vụ mới (truyền tiếng nói, hình ảnh hay đa phương tiện) đòi hỏi tính thời gian thực cũng ngày càng phát triển Nhu cầu truyền các dịch vụ thời gian thực trong mạng IP tăng lên nhanh chóng trong khi mô hình cung cấp dịch vụ truyền thống trong mạng IP dựa trên việc truyền gói tin với cố gắng tối đa (best – effort) không đáp ứng được những yêu cầu chặt chẽ

về mặt thời gian, độ trễ hay băng thông của các dịch vụ thời gian thực đòi hỏi phải có giải pháp để giải quyết vấn đề này

Để đáp ứng được yêu cầu của các ứng dụng thời gian thực, có hai giải pháp cơ bản Giải pháp thứ nhất là bổ xung thêm tài nguyên bằng cách nâng cấp cơ sở hạ tầng truyền thông Nhưng giải pháp này tốn kém và dù tài nguyên mạng có tăng thì các ứng dụng tiêu tốn tài nguyên cũng tăng lên và tài nguyên được xem là luôn thiếu so với nhu cầu Giải pháp thứ hai hợp lý hơn là bổ sung các cơ chế hỗ trợ chất lượng dịch vụ vào hạ tầng mạng Do đó tổ chức

Internet Engineering Task Fork (IETF) đã nghiên cứu, phát triển và đưa ra bốn phương phápnhằm thực hiện phương án này Đó là các phương pháp:

- Mô hình dịch vụ tích hợp ( Integrated Services – IntServ)

- Mô hình dịch vụ phân biệt (Differentiated Services – DiffServ)

- Multiprotocol Label Switching

- Traffic Engineering

Trong tiểu luận này, chúng em xin trình bầy về 4 phương pháp hỗ trợ chất lượng dịch

vụ trên Đánh giá ưu nhược điểm của từng phương pháp và đưa ra các kiến nghị và đề xuấtcủa riêng mình

Chúng em xin cám ơn thầy giáo Ngô Hồng Sơn đã cung cấp các kiến thức quý báu đểchúng em hoàn thành tiểu luận này

PHẦN I

MẠNG IP & CÁC THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG

DỊCH VỤ

I.1 Phân loại lưu lượng và ứng dụng trên mạng IP

Trên mạng IP có hai loại lưu lượng khác nhau cơ bản là lưu lượng thời gian thực vàlưu lượng dữ liệu (data traffic, lưu lượng không có thuộc tính thời gian thực)

IP applications

IP traffic

Real – time applications

Real – time traffic Elastic applicationsData traffic

Hình 1 Phân loại ứng dụng và lưu lượng trên mạng IP

Lưu lượng dữ liệu tạo bởi các ứng dụng như telnet, ftp, www, email, Đó là các ứngdụng mềm dẻo (chúng luôn đợi dữ liệu đến) Độ trễ lớn sẽ làm giảm hiệu suất thực hiện ứngdụng nhưng dữ liệu đi đến đều được sử dụng Các ứng dụng mềm dẻo có thể tiếp tục đượcphân loại căn cứ vào đòi hỏi độ trễ của chúng Interactive burst traffic

(như telnet, NFS) cần độ trễ nhỏ, interactive bulk traffic (như ftp, www) cần độ trễ trungbình, asynchronous bulk traffic (email) không bị ảnh hưởng gì bởi độ trễ

Lưu lượng dữ liệu thường là rời rạc và không đoán trước được Các liên kết thường cótuổi thọ ngắn và dùng để truyền một hay nhiều khối dữ liệu Các ứng dụng gửi dữ liệu đi vớikhả năng nhanh nhất có thể được rồi dừng lại Do đó lưu lượng dữ liệu mang tính bùng nổ.Lưu lượng thời gian thực tạo bởi các ứng dụng thời gian thực Các ứng dụng thời gian thựcđểu có đặc tính chỉ chịu độ trễ nhỏ Khác với các ứng dụng mềm dẻo, chúng rất nhạy cảm với

độ trễ và sự biến thiên độ trễ Quá trình truyền dữ liệu của ứng dụng thời gian thực thườngđều và kéo dài, luồng dữ liệu có tính điều hoà Để mô tả luồng dữ liệu thời gian thực, mộtphương pháp thường được sử dụng là mô hình giỏ thẻ bài (token bucket model) Một bộ giỏ

thẻ bài được xác định bởi hai tham số : tốc độ thẻ bài r và kích thước giỏ b

Trong hình 2, r là tốc độ thẻ bài xếp vào giỏ, nếu giỏ đầy các thẻ bài kế tiếp sẽ bị loại, như vậy giỏ chỉ chứa được tối đa b thẻ bài Những gói đi đến sẽ được lưu vào hàng đợi Để

truyền gói đi các thẻ bài được lấy ra khỏi giỏ với một lượng tương đương với kích thước gói,

mỗi khi một gói kích thước p được gửi đi, p thẻ bài sẽ chảy ra khỏi giỏ Gói chỉ được gửi đi

khi trong giỏ có đủ thẻ bài Với cơ chế này lưu lượng dữ liệu được kiểm soát (trong thời gian

T, lưu lượng gửi đi không thể vượt quá rt + b)

Hình 2 Nguyên lý hoạt động của mô hình giỏ thẻ bài

Gói dữ liệu đi Gói dữ liệu đến

Hàng đợi độ dài cố định

Giỏ ( kích thước b )

Các thẻ bài đi đến với

tốc độ không đổi r

I.2 Các thông số đánh giá chất lượng dịch vụ

Chất lượng dịch vụ là khả năng của mạng cung cấp dịch vụ tốt hơn cho các lưu lượngmạng được lựa chọn trên các công nghệ khác nhau như Frame Relay, ATM, Nói cách khác,

đó là đặc tính của mạng cho phép phân biệt các lớp lưu lượng khác nhau và xử lý chúng mộtcách phù hợp

Các thông số quyết định chất lượng dịch vụ là trễ, thông lượng và mất mát

I.2.1 Trễ

Trễ của lưu lượng dịch vụ là đặc tính rất quan trọng của chất lượng dịch vụ Các khíacạnh khác nhau của trễ có ảnh hưởng khác nhau đến các dịch vụ

- Trễ đầu cuối đến đầu cuối (end – to – end)

- Biến thiên trễ (jitter)

Các ứng dụng tương tác thời gian thực (như truyền thông thoại) nhạy cảm với trễ đầucuối đến đầu cuối và biến thiên trễ Độ trễ dài ảnh hưởng đến tính tương tác của quá trìnhthông tin

Các ứng dụng phi tương tác thời gian thực (như quảng bá một chiều) không nhạy cảmvới trễ đầu cuối đến đầu cuối nhưng bị ảnh hưởng bởi biến thiên trễ Biến thiên trễ thườngđược điều chỉnh bằng cách dùng bộ đệm tại đầu thu, tại đó các gói đến được giữ và phát lại tạithời điểm thích hợp Thời điểm phát (điểm phát lại) được xác định bởi biến thiên trễ tối đa.Các ứng dụng có thể điều chỉnh điểm phát lại dựa trên sự thay đổi giá trị biến thiên trễ gọi làcác ứng dụng thích nghi Các gói đến sau thời điểm phát lại thường không còn giá trị với ứngdụng

Các ứng dụng không có thuộc tính thời gian thực không nhạy cảm với trễ Đó là docác ứng dụng này có thể dùng các phép đo trễ để điều khiển tốc độ lưu lượng (như TCP) haylưu trữ dữ liệu cho đến khi được báo nhận (như FTP) Trễ lớn hoặc thay đổi có thể ảnh hưởngđến chất lượng của những ứng dụng này

Các thành phần khác nhau của trễ đầu cuối đến đầu cuối là :

- Trễ phát: là thời gian cần thiết để đưa tất cả các bit của gói tin vào đường truyền

- Trễ truyền: là thời gian một bit truyền qua kênh

- Trễ xử lý: là thời gian xử lý một gói trong phần tử mạng

- Trễ hàng đợi: là thời gian gói tin phải đợi trong hàng đợi trước khi nó được truyền điTại đầu cuối, có thể có các trễ khác khi nhận gói tin từ giao diện mạng đến chươngtrính và cuối cùng đến người sử dụng

I.2.2 Thông lượng

Khía cạnh chính của thông lượng là băng thông dành cho ứng dụng Nó xác định lưulượng mà ứng dụng có thể truyền qua mạng Một khía cạnh quan trọng khác là lỗi (thườngliên quan đến tỷ lệ lỗi được truyền) và mất mát (thường liên quan đến dung lượng bộ đệm)

Với ứng dụng thời gian thực cứng, chúng chỉ có giá trị khi được cung cấp một lượngdải thông nhất định Các ứng dụng thích nghi có yêu cầu thấp hơn, hiệu suất của các ứng dụngnày tăng nhanh khi dải thông tăng lên, nhưng chỉ đến một mức độ nhất định, khi dải thôngtiếp tục tăng, hiệu suất ứng dụng không được cải thiện Đối với các ứng dụng mềm dẻo, hiệusuất ít phụ thuộc vào dải thông hơn nhưng khi tăng dải thông thì luôn nâng cao được hiệu suấtứng dụng

Hình 3 thể hiện sự phụ thuộc hiệu suất của ứng dụng vào dải thông của các loại ứng dụng

Một số ứng dụng có thể giảm tốc độ truyền để thích ứng với dấu hiệu thông lượngthấp Các ứng dụng này được gọi là thích ứng tốc độ

Thông lượng phụ thuộc vào các yếu tố sau :

- Đặc tính đường truyền: băng thông, tỷ lệ lỗi

- Đặc tính nút mạng: dung lượng bộ đệm, năng lực xử lý

Một số đặc tính của các phần tử mạng khác nhau như các thiết bị đầu cuối / máy chủ,chuyển mạch / bộ định tuyến xác định chất lượng dịch vụ cung cấp cho ứng dụng theo các chỉtiêu về thông lượng và độ trễ

I.3 Vấn đề cung cấp chất lượng dịch vụ trên mạng IP

Các mạng hiện nay cần hỗ trợ nhiều kiểu lưu lượng trên cùng một liên kết mạng đơn.Các kiểu lưu lượng khác nhau yêu cầu mạng phải xử lý khác nhau Lưu lượng chỉ có thể đượcphân biệt tại các phần tử mạng tích cực đó là bộ định tuyến (router), chuyển mạch (switch) vàgateway

Vì vậy, yêu cầu thiết kế mạng bao gồm :

 Mạng có thể truyền nhiều loại dịch vụ, có nghĩa là chúng phải quan tâm đến chấtlượng dịch vụ

 Khả năng mở rộng, nghĩa là lưu lượng mạng có thể tăng mà không làm ảnh hưởng đếnhoạt động của mạng

 Khả năng hỗ trợ các ứng dụng quan trọng, dùng nhiều tài nguyên mạng, các ứng dụngnày đóng vai trò quan trọng trong hoạt động kinh doanh của các doanh nghiệp

Có hai cơ chế cơ bản để cung cấp chất lượng dịch vụ thích hợp dựa trên các tiêu chuẩntrễ và thông lượng

 Cung cấp đủ dung lượng

 Sử dụng công nghệ quản lý lưu lượng

Khi có đủ dung lượng tài nguyên trong mạng thì không cần một cơ chế đặc biệt nào đểđảm bảo chất lượng dịch vụ Điều đó bao gồm có đủ :

 Đường truyền tốc độ cao

 Các bộ xử lý mạnh

 Bộ đệm dung lượng lớn

Cơ chế này thích hợp cho môi trường cục bộ có điều khiển như mạng LAN của cácdoanh nghiệp nhưng không phù hợp với các mạng lớn như mạng Internet Trong khi giá băngthông, bộ nhớ và bộ xử lý đang giảm đi thì giá của các thiết bị đầu cuối và đường truyền viễnthông tốc độ cao đáp ứng mô hình này vẫn còn khá cao

Cơ chế cung cấp chất lượng dịch vụ thứ hai là sử dụng công nghệ quản lý lưu lượng

Ý tưởng ở đây là lưu lượng có thể được phân biệt và cung cấp các mức dịch vụ khác nhau.Mức độ phân biệt có thể là một tập nhỏ các lớp hay phân biệt đến từng luồng ứng dụng Phải

có cơ chế điều khiển mức lưu lượng của từng lớp được đưa vào mạng tuỳ theo tài nguyên sẵn

có – điều này có thể được thực hiện tĩnh (bằng cách cung cấp trước) hay động (báo hiệu việc

dự trữ tài nguyên) Phải có các cơ chế chuyển tiếp lưu lượng hiệu quả trên mạng Hơn nữa,phần tử mạng phải quản lý việc xử lý và xếp hàng đợi các gói một cách thích hợp đảm bảoviệc cung cấp các dịch vụ khác nhau tuỳ theo từng gói

PHẦN 2

CÁC PHƯƠNG PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRÊN

MẠNG IP

IETF đã đưa bốn phương pháp cung cấp chất lượng dịch vụ trong mạng IP

 Integrated Services – IntServ

 Differentiated Services – DiffServ

 Multiprotocol Label Switching

 Traffic Engineering

Intserv cho phép đặt trước một kênh xuyên qua mạng với băng thông đảm bảo Nó dự

trữ tài nguyên mạng một cách rõ ràng bằng giao thức báo hiệu động và sử dụng kiểm soátchấp nhận, phân loại gói, lâp lịch thông minh để đạt được chất lượng dịch vụ mong muốn

DiffServ phân loại các gói thành một số nhỏ các kiểu dịch vụ và dùng cơ chế ưu tiên

để cung cấp chất lượng dịch vụ thích hợp cho lưu lượng Ở đây không sử dụng dự trữ tàinguyên hay kiểm soát chấp nhận, mặc dù các nút có sử dụng cơ chế hàng đợi thông minh đểphân biệt lưu lượng

MPLS không phải là mô hình như Intserv và Diffserv, nó là một chuẩn kết hợp công

nghệ chuyển mạch nhanh tầng hai và định tuyến tầng ba cho phép dẫn đường hiệu quả MPLSthêm một nhãn ngắn vào gói tin IP và thực hiện chuyển tiếp packet dựa trên nhãn này để tránhnhững phức tạp do phải xử lý header của gói tin IP

Traffic Engineering được sử dụng để đạt được mục tiêu hiệu năng như tối ưu tài

nguyên mạng và sắp đặt lưu lượng vào các đường truyền cụ thể Bằng cách sử dụng một côngnghệ như MPLS, traffic engineering cho phép giảm tắc nghẽn lưu lượng trên mạng

Sau đây chúng ta sẽ xem xét các phương pháp này

II.1 Mô hình dịch vụ tích hợp (IntServ)

Integrated Service là mô hình QoS đầu tiên được IETF phát triển vào đầu những năm

1990 và một số phần của mô hình này ngày nay vẫn đang được hoàn thiện Khi nhómIntegrated Service bắt đầu, World Wide Web chưa xuất hiện và trao đổi đa phương tiện đượcxem là ứng dụng tương lai Do đó, IntServ là một chuẩn phù hợp nhất với truyền thông đườngdài với băng thông đảm bảo

Trong IntServ nhiều lớp lưu lượng được các phần tử mạng đảm bảo các loại chấtlượng dịch vụ khác nhau Ở đây các ứng dụng cần biết trước các đặc tính lưu lượng củachúng và báo hiệu cho các phần tử mạng trung gian để đặt trước các tài nguyên nhất địnhnhằm đáp ứng tính chất lưu lượng của nó Tuỳ theo sự khả dụng, mạng có thể để dành tàinguyên và gửi về một báo nhận tích cực hoặc không đáp ứng yêu cầu đó

Ý tưởng chính của IntServ là hỗ trợ đăng ký từng luồng InteServ cho phép đăng kýtrên toàn tuyến trước khi thực sự gửi dữ liệu

Trung tâm của Integrated Service là giao thức đăng ký tài nguyên RSVP Khi mộtsender muốn truyền lưu lượng tới một receiver (thông qua unicast hay multicast), sender gửimột thông điệp PATH tới receiver Một thông điệp PATH chuyển thông tin tới receiver vềnguồn lưu lượng, đặc điểm của đường đi mạng và cuối cùng nó cài đặt trạng thái cần thiết đểthông điệp RESV có thể tìm đến sender từ receiver Khi receiver nhận được thông điệpPATH, nó trả lại một thông điệp RESV dọc theo đường mà thông điệp PATH đã đi qua.Thông điệp RESV thực sự đặt trước băng thông cần thiết trong router dọc theo đường đi Khisender nhận được thông điệp RESV, nó mới bắt đầu truyền dữ liệu

II.1.1 Những đặc trưng chính của mô hình IntServ

a) Luồng (flow)

Luồng là một dòng các gói sinh ra từ cùng một hành động của người sử dụng ví dụmột phiên ứng dụng đơn Có thể xác định luồng bằng các cơ chế khác nhau Ví dụ IP V6 dùngđịa chỉ nguồn và nhãn luồng còn IP V4 dùng địa chỉ nguồn, địa chỉ đích và cổng đích

b) Các loại dịch vụ

IntServ định nghĩa các loại dịch vụ có thể cung cấp, dựa trên các yêu cầu về trễ và mấtmát, cụ thể là :

* Dịch vụ đảm bảo : cung cấp sự đảm bảo tuyệt đối về trễ và mất mát gói mà luồng phải

chịu (dùng cho các ứng dụng thời gian thực không thích nghi) Các gói tuân theo sự dự trữ

sẽ không bị mất hay trễ quá giới hạn xác định Sự đảm bảo chặt chẽ đòi hỏi mức dự trữ tàinguyên cao

* Dịch vụ tải có kiểm soát : cung cấp dịch vụ tương được với mạng không quá tải (dùng

cho các ứng dụng thích nghi hoạt động tốt trong điều kiện mạng tải nhẹ) Phần lớn gói tin

sẽ không bị mất hay trễ hàng đợi Nhưng ở đây không cung cấp mức đảm bảo mang tínhđịng lượng cụ thể

* Đặc điểm lưu lượng (Traffic Specification – Tspec)

Lưu lượng luồng được đặc trưng bởi đặc điểm lưu lượng (Tspec) Tspec chứa cáctham số tốc độ thẻ bài r, kích thước giỏ b (giỏ thẻ bài), tốc độ đỉnh p (peak rate), đơn vị xử

lý nhỏ nhất m và kích thước gói tối đa M

- Tốc độ thẻ bài r xác định tốc độ truyền dữ liệu liên tục không đổi, kích thước giỏ b xácđịnh mức độ mà tốc độ truyền dữ liệu có thể vượt quá tốc độ cho phép trong mộtkhoảng thời gian ngắn

- Tốc độ đỉnh p là tốc độ tối đa mà nguồn và các điểm đinhj dạng lưu lượng có thể gây

ra bùng nổ lưu lượng trên mạng

- Đơn vị xử lý nhỏ nhất m (minimum policed unit), xác định số byte được tính khi kiểmtra lưu lượng về sự phù hợp với Tspec Các gói có kích thước m khi kiểm tra đều đượccoi là có kích thước bằng m

- Kích thước gói tối đa M là kích thước lớn nhất của gói tuân theo Tspec M phải nhỏhơn hoặc bằng MTU của liên kết vì các gói sử dụng dịch vụ không được phân đoạn.Luồng sẽ bị loại bỏ (không được sử dụng dịch vụ yêu cầu) nếu kích thước gói tối đayêu cầu lớn hơn M

c) Đặc điểm dịch vụ được yêu cầu

Luồng có độ trễ đảm bảo có thể xác định thêm bằng đặc điểm dịch vụ được yêu cầu(Requested Service Specification – Rspec) để yêu cầu mức dịch vụ cụ thể Rspec có các tham

số sau :

- Tốc độ yêu cầu R, xác định tốc độ mong muốn mà lưu lượng được gửi trong luồng, nóphải lớn hơn r

- Số hạng vi chỉnh S, xác định sự trênh lệch giữa độ trễ mong muốn và độ trễ thu đượckhi gửi ở tốc độ R Nó cho phép mạng điều chỉnh tốc độ được phân bố để đáp ứng yêucầu trễ

d) Đặc điểm đường (Path Characterization)

Để giải thích các chất lượng dịch vụ được cung cấp dọc theo một chặng đường cụ thể,

cơ chế dự trữ tài nguyên cũng thông báo một số đặc tính của đường, chúng bao gồm

- Khả năng cung cấp IntServ: chỉ ra xem có nút nào trên đường không có khả năng cungcấp dịch vụ tích hợp

- Số chặng IntServ: chỉ ra số nút có khả năng cung cấp dịch vụ tích hợp trên đường

- Băng thông đường sẵn có: chỉ ra băng thông tối thiểu

- Độ trễ đường tối thiểu: chỉ ra độ trễ tối thiểu của một gói, bao gồm trễ truyền, trễ xử lýnhưng không tính đến trễ hàng đợi

- MTU của đường: chỉ ra kích thước đơn vị truyền cực đại trên đường

- Các tham số trễ: chỉ ra trễ tích luỹ trên đường truyền của một luồng cụ thể, bao gồmcác số hạng phụ thuộc tốc độ và số hạng phụ thuộc tốc độ D

e) Dự trữ tài nguyên

Phải dự trữ tài nguyên cho các luồng để có thể cung cấp chất lượng dịch vụ theo yêucầu Điều đó có thể thực hiện thông qua giao thức dự trữ tài nguyên động, qua cấu hình bằngtay hay qua một giao thức quản lý mạng Mô hình tích hợp dịch vụ không gắn liền với một cơchế cụ thể nào Tất nhiên, nó xác định tổng quát các lưu lượng và đặc tính đường truyền thôngqua mạng Việc dự trữ tài nguyên được thực hiện bằng giao thức dự trữ tài nguyên (ResourceReSerVation Protocol – RSVP)

II.1.2 Giao thức RSVP

RSVP là giao thức cụ thể được thiết kế cho được thiết kế để cung cấp việc dự trữ tàinguyên Nó được thiết kế cho môi trường dịch vụ tích hợp, nhưng ngoài ra nó còn có thể dùngvới các mô hình dịch vụ khác

II.1.2.1 Các đặc trưng của RSVP

Môi trường quảng bá (multicast): RSVP được thiết kế làm việc tốt trong môi trườngquảng bá bởi vì các ứng dụng yêu cầu dự trữ tài nguyên là hướng quảng bá (multicast –oriented), ví dụ như ứng dụng hội nghị Giao thức cung cấp quá trình truyền thông đơn giảngiữa tậpcác bên gửi và tập các bên nhận, với đường truyền thực sự sử dụng các cây truyền bá

Hướng bên nhận (receiver – oriented): để có thể mở rộng đáp ứng môi trường quảng

bá lớn, giao thức yêu cầu bên nhận thực hiện việc dự trữ Bên nhận yêu cầu dự trữ tài nguyêndựa trên đặc tính lưu lượng của bên gửi và đặc điểm của đường truyền

Sự không đồng nhất của bên nhận: RSVP hỗ trợ các bên nhận không đồng nhất bằngcách cho phép mỗi bên nhận thực hiên việc dự trữ riêng của mình, có thể khác nhau, thạm chínếu lưu lượng nhận từ cùng một nguồn Các nút trung gian sẽ tập hợp các yêu cầu dự trữ

Trạng thái mềm (soft state): trạng thái dự trữ phải được các bên làm tươi định kỳ, nếukhông chúng sẽ hết hạn Điều này làm cho giao thức hoạt động tốt và thích ứng với các điềukiện mạng và các yêu cầu dự trữ thay đổi Nó cũng hạn chế yêu cầu cần có cơ chế báo hiệu tincậy

Không có cơ chế đi kèm để định đường hay lập lịch cho gói tin, RSVP chỉ là một giaothức báo hiệu Nó phụ thuộc vào quá trình định đường IP thông thường để tính đường dự trữ.Tất nhiên, nó muốn bao gồm yêu cầu về tài nguyên trong quá trình tìm đường nhưng hiện naychưa có giao thức tìm đường chuẩn nào trong mạng IP xem xét yếu tố chất lượng dịch vụ.RSVP cũng không quan tâm đến cách các nút mạng thực hiện yêu cầu dự trữ

RSVP truyền tải và duy trì các tham số điều khiển lưu lượng và chính sách quản trị,nhưng những tham số này lại trong suốt đối với RSVP RSVP hoạt động trong suốt qua các bộđịnh tuyến không hỗ trợ RSVP

II.1.2.2 Mô hình hoạt động của giao thức RSVP

Quá trình đăng ký được thực hiện theo trình tự sau

- Bên gửi gửi đi thông báo PATH tới các bên nhận để thiết lập trạng thái đường đi tạicác bộ định tuyến trên đường đi

- Sau khi nhận được thông báo PATH, bên nhận gửi lại bên gửi thông báo RESV chứayêu cầu đăng ký (theo đúng đường mà thông báo PATH đi qua) để thiết lập trạng tháiđăng ký tại các bộ định tuyến trên đường đi

a) Thiết lập trạng thái đường đi

Mỗi nút gửi truyền các thông báo RSVP PATH xuôi dòng thưo các lộ trình phátđơn/quảng bá nhóm được cung cấp bởi các giao thức dẫn đường, theo lộ trình của dòng dữliệu Thông báo PATH lưu “ trạng thái đường đi “ tại mỗi bộ định tuyến trên đường đi Trạng thái đường đi bao gồm các thành phần :

- PHOP (Previous Hop) : địa chỉ IP phát đơn của nút trước đó, dùng để dẫn đường chothông báo RESV đi theo chiều ngược lại

- Sender Template : mô tả khuôn dạng gói mà nút sẽ gửi đi

- Sender Tspec : xác định các đặc tả lưu lượng của dòng dữ liệu mà nút gửi sẽ tạo ra.Sender Tspec dùng để ngăn chặn đăng ký thừa

- AdSpec : mang dữ liệu OPWA (One Pass With Advertisement) Thông tin này đượcchuyển tới module điều khiển lưu lượng tại mỗi nút, và được trả về giá trị cập nhật rồiđược chuyển tiếp xuống dưới trong thông báo PATH Các thông tin này được bênnhận sử dụng để ước lượng khả năng phục vụ của mạng từ đó chọn lựa dịch vụ và xácđịnh các tham số đăng ký cho phù hợp

Các thông tin chính bao gồm :

• Tổng độ trễ đường đi tối thiểu (không tính trễ hàng đợi) Trong trường hợp dịch vụđảm bảo, bên nhận cộng thêm giá trị này vào độ trễ hàng đợi để có độ trễ tổngcộng

• Dải thông tối thiểu trên đường đi : dải thông của liên kết hẹp nhất

• Một bit cờ : ban đầu được xoá và được đặt khi gặp một bộ định tuyến không hỗ trợRSVP

• PATHMTU : kích thước gói lớn nhất được chấp nhận (giá trị nhỏ nhất trong sốMTU của các liên kết trên đường đi)

• Các break bit cho từng dịch vụ : ban đầu được xoá và được đặt khi gặp một bộđịnh tuyến không hỗ trợ dịch vụ tương ứng Ví dụ, có một số bộ định tuyến chỉ hỗtrợ dịch vụ Tải được Điều khiển nhưng không hỗ trợ dịch vụ Đảm bảo

• Giá trị tổng hợp các số hạng lỗi C và D

Mỗi nút trên đường đi nhận thông báo PATH và xử lý để tạo lập trạng thái đường đi.Cuối cùng nó tới ứng dụng trên các nút nhận, tuy nhiên nó không quay trở về nút nhận trongcùng tiến trình với nút gửi

b) Thiết lập trạng thái đăng ký

Mỗi nút nhận khi nhận được thông báo PATH sẽ sử dụng các tham số (ví dụ, trongtrường hợp Dịch vụ Đảm bảo thì các tham số là : r, b, p, m từ Sender Tspec ,độ trễ đường đinhỏ nhất, PATHMTU, Ctot, Dtot, dải thông tối thiểu từ Adspec) để tạo lập thông báo RESVchứa yêu cầu đăng ký chuyển tới các nút gửi

Thông báo RESV bao gồm :

• Yêu cầu kiểu đăng ký (WF, SE hay FF)

RSVP có một số tuỳ chọn đăng ký, gọi là kiểu đăng ký nhằm phục vụ các loạiứng dụng khác nhau, sử dụng tối ưu tài nguyên đăng ký Các kiểu đăng ký được xácđịnh dựa trên hai yếu tố : có lựa chọn nút gửi hay không và dùng chung đăng ký haydùng riêng Có 3 kiểu đăng ký như sau :

o Wildcard – Filter (WF) : Tạo một đăng ký dùng chung cho các luồng từ tất cả cácnút gửi Có thể hình dung như là phần tài nguyên được đăng ký tạo thành một

“ống “ dùng chung với “ kích thước “ là yêu cầu tài nguyên lớn nhất từ tất cả cácnút nhận, không phụ thuộc vào số lượng nút gửi sử dụng nó

o Shared – Explicit (SE) : Tạo một đăng ký dùng chung cho các luồng từ một số nútgửi được lựa chọn

o Fixed – Filter (FF) : Tạo một đăng ký cho luồng dữ liệu từ mỗi nút gửi, không chia

sẻ với luồng dữ liệu của các nút gửi khác trong cùng phiên

Kiểu đăng ký tài nguyên dùng chung (WF, SE) phù hợp với các ứng dụng quảng bánhóm trong đó nhiều nguồn dữ liệu không truyền đồng thời Ví dụ, với các ứng dụnghội nghị audio, tại mỗi thời điểm chỉ có một số hữu hạn người cùng nói, nghĩa là chỉ

có một số hữu hạn nút gửi đồng thời Do đó mỗi nút nhận có thể yêu cầu kiểu WF hay

SE với dải thông gấp đôi cho mỗi nút gửi Còn kiểu FF, tạo những đăng ký riêng biệtcho các luồng từ những nút gửi khác nhau, phù hợp với các ứng dụng video

• Filter Spec (vắng mặt nếu kiểu đăng ký là WF), dùng để nhận dạng nút gửi, khuông dạngcủa Filter Spec thường tương tự như khuôn dạng của Sender Template trong thông báo PATH

• Flow Spec : gồm có Tspec và Rspec (Rspec vắng mặt nếu yêu cầu dịch vụ Tải được điềukhiển) Tspec thường bằng Sender Tspec, ngoại trừ tham số M được đặt bằng PATHMTU lấy

c) Trộn các yêu cầu đăng ký

Thông báo RESV được chuyển tới nút trên mang theo đặc tả luồng lớn nhất trong sốcác đặc tả luồng yêu cầu bởi nút dưới Như thế gọi là các đặc tả luồng được trộn

Thông thường đặc tả luồng là vector đa chiều, nó có thể chứa cả hai thành phần Tspec

và Rspec, và bản thân mỗi thành phần lại là những vector đa chiều Do đó có nhiều trườnghợp không thế so sánh hai đặc tả luồng Chẳng hạn, nếu một cái yêu cầu dải thông cao hơn vàcái kia yêu cầu độ trễ nhỏ hơn Khi đó thay vì lấy ra cái lớn hơn, thủ tục trộn phải cho ra đặc

tả luồng thứ ba mà các giá trị bằng giá trị nhỏ nhất của cận trên (Least Upper Bound – LUB)

và lớn nhất của cận dưới (Greatest Lower Bound – GLB) Trong trường hợp trên, đặc tả luồngthứ ba phải có yêu cầu dải thông của đặc tả luồng thứ nhất và độ trễ của đặc tả luồng thứ hai

Luật trộn các đặc tả tuỳ thuộc vào kiểu đăng ký của chúng Các đặc tả luồng chỉ đượctrộn khi chúng có cùng kiểu đăng ký và cùng đến một giao diện của bộ định tuyến (trongtrường hợp giao diện này nối vào một mạng LAN, nó có thể nhaanj được nhiều đặc tả luồng

từ nhiều nút nhận) Các đặc tả luồng cũng chỉ được trộn khi chúng thuộc cùng một phiên.Hình 6 minh hoạ cơ chế trộn các đặc tả luồng với các kiểu FF, SE và WF với giả sử các đặc tảluồng là các vector một chiều và được so sánh bằng độ đo B

Mỗi khi trạng thái đăng ký hiện tại thay đổi, bộ định tuyến sẽ tạo ra thông báo RESVmới và chuyển tiếp lên trên ngay tức thì (không cần đợi đến hết khoảng thời gian làm tươi)

Cơ chế trộn yêu cầu đăng ký là một ưu điểm cơ bản của RSVP, khả năng mở rộng, vớimột số lượng lớn người sử dụng tham gia vào một nhóm quảng bá nhóm, lưu lượng trên mạngtăng lên không nhiều

d) Duy trì trạng thái đăng ký

RSVP theo cách tiếp cận “ trạng thái mềm “để quản lý trạng thái đăng ký trên các bộđịnh tuyến và các trạm đầu cuối Các trạng thái RSVP được tạo lập và định kỳ làm tươi bởicác thông báo PATH và RESV Trạng thái bị xoá nếu sau khoảng thời gian nhất định màkhông được làm tươi Trạng thái cũng có thể bị xoá bỏ bằng thông báo huỷ bỏ Sau mỗikhoảng thời gian làm tươi ( refresh timeout) hoặc sau khi trạng thái thay đổi, tiến trình RSVPquét trạng thái của nó để tạo và đẩy các thông báo PATH và RESV tới các nút tiếp theo

Khi đường đi thay đổi, thông báo PATH tiếp theo sẽ khởi tạo trạng thái đường đi trên

lộ trình mới và các thông báo RESV sau đó sẽ thiết lập trạng thái đăng ký trên đó

RSVP gửi thông báo RSVP dưới dạng các gói IP với độ tin cậy không đảm bảo Vìthế cần phải kiểm soát được tình huống các thông báo làm tươi bị mất Nếu như thời hạn xoá

bỏ trạng thái đăng ký bằng K lần thời hạn làm tươi thì RSVP có thể “ đối phó “ với khả năngK-1 thông báo làm tươi bị mất mà không làm huỷ bỏ trạng thái đăng ký Mặt khác, cơ chếkiểm soát lưu lượng của mạng cần cung cấp cố định một dải thông tối thiểu cho các thông báoRSVP để tránh mất thông báo do tắc nghẽn

Trạng thái duy trì bởi RSVP là động, để thay đổi một tập các nút gửi Si hoặc thay đổiyêu cầu chất lượng dịch vụ, nút chỉ cần gửi đi các thông báo PATH/RESV sửa đổi Kết quả lànhững trạng thái của các nút trên đường đi sẽ được điều chỉnh, trạng thái cũ bị huỷ bỏ

Khi trạng thái nhận được khác với trạng thái đã lưu trước đó, trạng thái đang lưu sẽđược cập nhật Nếu việc cập nhật này làm thay đổi trạng thái được chuyển tiếp trong cácthông báo làm tươi, những thông báo làm tươi sẽ được sản sinh và chuyển tiếp ngay tức thì.Tuy nhiên ,sự lan truyền này sẽ dừng khi nó tới một điểm trộn mà sau đó không gây ra thayđổi nào Điều này làm tối thiểu hoá lưu lượng trên mạng do sự thay đổi trạng thái gây ra vàlàm cho RSVP có thể đáp ứng được với nhóm quảng bá nhóm lớn

e) Huỷ bỏ trạng thái

Khi cần huỷ bỏ trạng thái đường đi hoặc trạng thái đăng ký, tiến trình RSVP gửi đithông báo huỷ bỏ Mặc dù trạng thái sẽ bị huỷ bỏ khi hết thời hạn cleanup timeout nhưng cácnút đầu cuối nên gửi các thông báo huỷ bỏ ngay khi ứng dụng kết thúc

Có hai loại thông báo huỷ bỏ là PATHTEAR và RESVTEAR Thông báoPATHTEAR đi xuôi dòng xuống tất cả các nút nhận từ nơi nó được khởi tạo và xoá trạng tháiđường đi cũng như trạng thái đăng ký kèm theo tại các nút trên đường Thông báoRESVTEAR được chuyển ngược lên các nút gửi từ nơi nó được khởi tạo và xoá các trạng tháiđăng ký Có thể hiểu PATHTEAR và RESVTEAR có ý nghĩa ngược lại so với các thông báoPATH và RESV

f) Hoạt động qua các bộ định tuyến không hỗ trợ RSVP

RSVP phải hoạt động được khi hai bộ định tuyến RSVP nối với nhau bởi một “đámmây “ các bộ định tuyến không hỗ trợ RSVP

RSVP được thiết kế để hoạt động chính xác qua “đám mây “ các bộ định tuyến không

hỗ trợ RSVP Dĩ nhiên là một đám mây không hỗ trợ RSVP thì không thể thực hiện đăng kýtài nguyên, nhưng nếu có đủ tài nguyên, nó vẫn có thể đảm bảo độ trễ gói theo yêu cầu Các

bộ định tuyến RSVP và không RSVP đều chuyển tiếp thông báo PATH tới địa chỉ đích dùngbảng dẫn đường phát đơn/quảng bá nhóm cục bộ của chúng Do đó, việc dẫn đường củathông báo PATH sẽ không bị ảnh hưởng bởi các bộ định tuyến không RSVP trên đường đi

Khi thông báo PATH đi qua đám mây không RSVP, nó mang theo tới nút có hỗ trợ RSVP kếtiếp địa chỉ IP của bộ định tuyến RSVP cuối cùng trước đó, trước khi vào đám mây Thôngbáo RESV sẽ được chuyển tiếp đúng đường tới bộ định tuyến RSVP ngay bên trên đường đilên nút nguồn

g) Bảo mật

Với khả năng cho phép đăng ký trước tài nguyên, RSVP đã tạo ra các loại hình tấncông mới như ăn cắp dịch vụ, treo tài nguyên dẫn đến dịch vụ bị từ chối RSVP ngăn chặnnhững tấn công như trên bằng cơ chế xác thực qua từng chặng sử dụng hàm băm mã hoá,thông qua đối tượng INTEGRITY(tuỳ chọn) trong các thông báo RSVP

II.1.2.3 Một số vấn đề của giao thức RSVP

Với khả năng bảo mật hạn chế, RSVP chưa thực sự an toàn trước các loại hình pháhoại như ăn cắp tài nguyên hoặc treo tài nguyên RSVP sử dụng lược đồ mã hoá MD5 để xácthực thông báo Tuy nhiên cơ chế này đòi hỏi một hệ thống phân bố khoá Và trước khi một

hệ thống phân bố khoá như vậy được sử dụng rộng rãi, việc phân bố khoá phải được thực hiệnthủ công

Các vấn đề về chính sách quản trị và quản lý chính sách cũng chưa được mô tả đầy đủ.RSVP cung cấp các cơ chế để thực hiện chính sách, nhưng nó chưa định nghĩa một chính sáchnào cụ thể

Cuối cùng là vấn đề mở rộng, khi sử dụng RSVP trên qui mô lớn sẽ nảy sinh các vấn

đề sau : lưu lượng điều khiển trên mạng quá lớn ,các trạng thái đăng ký cũng rất lớn đòi hỏitài nguyên rất lớn và phải có cơ chế điều khiển lưu lượng cho nhiều đăng ký

II.1.3 Kiểm soát chấp nhận

Mô hình IntServ dựa vào việc kiểm soát chấp nhận để giới hạn thông tin được nhậnvào mạng, do đó có thể có đủ tài nguyên để cung cấp chẩt lượng dịch vụ cho các luồng đangtồn tại Các yêu cầu dự trữ tài nguyên được các nút xử lý để xem xét một yêu cầu mới có thểđược chấp nhận hay không mà không ảnh hưởng đến các luồng đang tồn tại Module kiểmsoát chấp nhận tại các bộ định tuyến ra quyết định dựa vào các thuật toán đo tải cục bộ củamình tại thời điểm ra quyết định, phương pháp này được gọi là kiểm soát chấp nhận dựa trên

phép đo (measurement – based admission control) Cách tiếp cận truyền thống được đề nghị làcác router cần ghi nhớ các thông số dịch vụ của các yêu cầu trước đó và tính toán dựa trêngiới hạn xấu nhất của mỗi dịch vụ Cách tiếp cận này an toàn nhưng hiệu quả không cao do rấthiếm khi các dịch vụ đồng thời đạt đến giới hạn xấu nhất Cách tiếp cận được đề nghị gần đây

có vẻ giúp sử dụng đường tryền hiệu quả hơn là router đánh giá sự sử dụng đường truyền thực

tế của các luồng packet đang tồn tại và sử dụng thông tin này làm cơ sở cho việc chấp nhậnhay không yêu cầu dịch vụ của luồng mới Cách tiếp cận này có rủi ro lớn hơn nhưng làmtăng hiệu quả sử dụng băng thông

II.1.4 Phân loại gói tin

Các gói tin đi đến trước khi được lập lịch sẽ được phân thành lớp nhờ bộ phân lớp góiCác gói thuộc cùng một lớp sẽ nhận được cùng một cách đối xử như nhau từ bộ lập lịch gói :chúng cùng được đưa vào một hàng đợi với mức chất lượng dịch vụ nào đó

Việc phân lớp này dựa vào một số dữ liệu trong gói (ví dụ trong phần đầu của đơn vịthông tin tầng mạng hay tầng giao vận Trong IP V4 có thể dùng địa chỉ IP nguồn và đíchcũng như số Port tầng giao vận Trong IP V6, có thể dùng địa chỉ IP nguồn và nhãn luồng)

Một lớp có thể tương ứng với một phạm vi rộng các luồng, ví dụ tất cả các luồngvideo, hoặc chỉ một luồng đơn lẻ

Việc phân lớp chỉ có ý nghĩa cục bộ : một gói có thể thuộc các lớp khác nhau tại các

bộ định tuyến khác nhau dọc theo đường đi Ví dụ, các bộ định tuyến trên mạng trục(backbone) có thể gộp nhiều luồng vào một số lớp, còn các bộ định tuyến ở gần đầu cuối, nơi

có rất ít luồng có thể phân mỗi lớp vào một luồng

II.1.5 Lập lịch gói tin

Lập lịch cho gói tin là chức năng nền tảng của hệ thống, là cơ sở để đảm bảo khả năngcung cấp dịch vụ thời gian thực của phần tử mạng Lập lịch gói tin dựa trên việc xắp xếp lạihàng đợi ở đầu ra Có nhiều cách thực hiện việc này

Cách đơn giản nhất là sơ đồ ưu tiên trong đó các packet được xắp thứ tự theo mức độ

ưu tiên Các packet có mức ưu tiên cao nhất sẽ được gửi đi đầu tiên Nhưng sơ đồ này có thểdẫn đến các packet có mức ưu tiên thấp được gửi đi quá chậm hoặc thậm chí không được gửi

đi nếu có nhiều packet có mức ưu tiên cao

Một sơ đồ lập lịch gói khác là cơ chế phục vụ quay vòng (round – robin) hoặc một số

sơ đồ cải biến từ sơ đồ này (tiêu biểu là Weighted Fair Queuing) Nó cho phép các lớp packetkhác nhau chia sẻ một đường truyền chung

Ngoài ra còn nhiều sơ đồ phức tạp cho phép quản lý hàng đợi tuỳ thuộc vào một sốmục tiêu dịch vụ đối với một số luồng riêng biệt

II.1.6 Kiến trúc dịch vụ tích hợp

Thông thường trong mạng IP có một số cách tuỳ chọn để cài đặt một chức năng trongmạng Với dịch vụ tích hợp cần phải trao đổi thông tin giữa các hệ cuối với các phần tử mạng(bộ định tuyến hay mạng con) Sự lựa chọn lô gíc cho trường hợp này là sử dụng giao thức

RSVP, nhưng đó không phải là khả năng duy nhất Có thể dùng một số giao thức thiết lậpkhác tương đương về mặt chức năng cũng như thủ tục quản lý để thực hiện việc đó Giao thứcthường được sử dụng trong dịch vụ tích hợp là RSVP nhưng RSVP và mô hình IntServ độclập với nhau

Hình 7 trình bày một phần của kiến trúc hệ thống dịch vụ tích hợp Trong đó RSVP làgiao thức duy nhất mang yêu cầu của chức năng chất lượng dịch vụ Nó được gửi đến cáckhối chức năng thực sự cung cấp chất lượng dịch vụ trong bộ định tuyến / mạng con RSVPtruyền tải các đối tượng nhưng các đối tượng này lại trong suốt đối với RSVP Hình 10 minhhoạ mối quan hệ giữa các khối chức năng Ví dụ chức năng kiểm soát thu nhận sẽkhông chỉdùng đối tượng chính sách của RSVP chuyển mà còn dùng các đối tượng dùng để gọi chứcnăng chất lượng dịch vụ và thậm chí cả đối tượng định danh và kế toán

Một điểm cần lưu ý là việc yêu cầu và cung cấp chất lượng dịch vụ là khác nhau, hơnnữa giao thức RSVP không cung cấp chất lượng dịch vụ mà cung cấp dịch vụ truyền thông

Do đó việc cung cấp dịch vụ tích hợp (và cả dịch vụ DiffServ) là độc lập với RSVP

Hình 7 mô tả các đối tượng dữ liệu trong tin báo PATH Như trình bày ở trên trongRSVP, tin báo PATH được truyền từ bên gửi đến bên nhận và chứa thông tin về lưu lượngxuất phát từ bên gửi

Dòng lưu lượng mô tả trong Tspec của bên gửi Tspec không thay đổi các đặc trưngcủa dòng lưu lượng trong quá trình gửi mà chỉ báo hiệu chúng đến tất cả các nút trung giantrong mạng và đích Adspec được sinh ra bởi máy chủ gửi hoặc bộ định tuyến đầu tiên trênđường, nó chứa các tham số tổng quát đặc trưng cho đường đó, xác định bởi việc tính toántrên từng chặng, cũng như các tham số đặc trưng cho chất lượng dịch vụ cụ thể được phần tửmạng hỗ trợ Ví dụ về các tham số tổng quát : kích thước MTU của đường truyền, băng thông,trễ tối thiểu trên đường

Xử lý đối tượng kiểm soát QoS

Xử lý đối ượng định danh

Xử lý đối tượng kế toán

Chức năng đường dữ liệu Kiểm soát QoS

Hình 7 Kiến trúc của mô hình dich vụ tích hợp

Bộ định tuyến hoặc mạng con Máy chủ

Hình 8 cho thấy bộ mô tả luồng (flow description) trong RSVP Mô tả luồng bao gồmhai phần : flow spec và filter spec Mô tả luồng được gửi trong thông báo RESV, truyền từ bênnhận đến bên gửi

Filter spec chỉ làm nhiệm vụ phân biệt các gói một cách logic Căn cứ vào nhãn củaluồng (trong IP v6) hay địa chỉ đích, cổng đích (trong gói IP v4), việc lựa chọn dòng con thíchhợp với dịch vụ trên được thực hiện

Flow spec chứa ba phần : kiểu dịch vụ được yêu cầu, các tham số dịch vụ (Rspec) vàcác tham số luồng yêu cầu dịch vụ (Tspec)

Hình 9 mô tả chi tiết hơn về chức năng đường dữ liệu kiểm soát chất lượng Thông tin

từ giao thức RSVP được đưa vào các khối chức năng khác nhau trong bộ định tuyến, tại đóchúng được xử lý để đưa ra quyết định cung cấp chất lượng dịch vụ tương ứng Bộ phân loạigói xác định cách xử lý các gói Bộ lập lịch gói áp dụng các cơ chế xác định với các gói đểcung cấp chất lượng dịch vụ được yêu cầu Chức năng kiểm soát chính sách và kiểm soát chấpnhận xác định một luồng cụ thể có được phép yêu cầu một dịch vụ nhất định tại thời điểm đóhay không (chính sách) và có đủ tài nguyên trong phần tử mạng để hỗ trợ dịch vụ được yêucầu (chấp nhận) Kết quả của các hoạt động đó ảnh hưởng đến quyết định của bộ phân loạigói Hơn nữa, các thông tin của RSVP cũng ảnh hưởng tới các giải thuật chọn đường của phần

tử mạng (chọn đường có xem xét đến chất lượng dịch vụ)

Hình 8 Các đối tượng trong tin báo PATH

Lớp dịch vụ

nguồn

Hình 9 Các đối tượng trong tin báo RESV

Mô tả luồng

RSVP

Chọn đường Kiểm soát chấp nhận Kiểm soát chính sách

Phân loại gói tin Lập lịch gói tin

Đối tượng chính sách

TSpec RSpec TSpec

Filter Spec

Sau đây chúng ta xẽ xét hai dịch vụ cụ thể của mô hình IntServ

II.1.6.1 Dịch vụ tải có kiểm soát

Dịch vụ tải có kiểm soát được áp dụng cho một lớp ứng dụng có đặc tính thời gianthực nhưng có thể thích nghi với điều kiện mạng không quá tải Dịch vụ tải có kiểm soát cốgắng tạo ra điều kiện mạng “không tải “ cho các ứng dụng đó nhưng không cung cấp đảm bảodịch vụ Các dịch vụ này có thể là audio hoặc video

Dịch vụ tải có kiểm soát quan tâm đến hai tham số chất lượng dịch vụ : trễ và mất gói.Mục tiêu của dịch vụ này là tỷ lệ mất gói và độ trễ trên mạng đạt tối thiểu và xấp xỉ dịch vụthông thường khi mạng không quá tải

• Kiến trúc dịch vụ

Hình 11 mô tả một phần tử mạng cung cấp dịch vụ tải có kiểm soát, trong đó phầnquan trọng nhất là chức năng xử lý gói Tại đây, tất cả các luồng gói đều đi qua bộ phân loạigói trong bộ định tuyến Nó xác định gói nào thích hợp với dịch vụ này gói nào không Ở đầu

ra của bộ phân loại gói là thùng thẻ bài Cơ chế thùng thẻ bài được dùng để xác định gói nàonhận dịch vụ tải có kiểm soát Trong thiết kế hình 11 có hai hàng đợi Hàng đợi trên được ưutiên và các các gói tuân theo cơ chế thùng thẻ bài của luồng được đưa vào hàng đợi ưu tiêncao hơn này Hàng đợi thấp hơn được dùng chung cho các gói không tuân theo cơ chế thùng

Lập lịch / xử lý gói Phân loại

thẻ bài và các gói chỉ nhận được dịch vụ cố gắng tối đa Hàng đợi ở dưới lại có thể phân thànhhai hàng đợi nhỏ hơn

Ở đây, có một số vấn đề cần xem xét Trước hết là cách xử lý lưu lượng không tuântheo yêu cầu dịch vụ RFC 2211 đề nghị đối xử với chúng như với lưu lượng cố gắng tối đa

Do đó trên hình 6, ta thấy phần vượt quá được đưa vào hàng đợi cố gắng tối đa Tất nhiên lưulượng vượt quá không được ảnh hưởng nhiều đến dịch vụ cố gắng tối đa bình thường, ví dụ

nó không được gây ra sự suy giảm chất lượng dịch vụ đáng kết với dịch vụ thông thường Vấn

đề là khi có nhiều lưu lượng tải được kiểm soát không tuân thủ, chúng có thể làm dịch vụthông thường bị dừng lại do bị mất nhiều gói trong hàng đợi Do đó cần có cơ chế xử lý lưulượng vượt quá từ dịch vụ tải có kiểm soát Một số giải pháp được đề nghị như dùng một mứchàng đợi ưu tiên khác cho phần lưu lượng này hay dùng cơ chế hàng đợi WFQ hay CBQ đểđảm bảo lưu lượng cố gắng tối đa không bị ảnh hưởng bởi lưu lượng vượt quá

Vấn đề thứ hai là phân bổ tài nguyên trong hàng đợi ưu tiên cao (lưu lượng tải có kiểmsoát), có nghĩa là cách các luồng tải có kiểm soát chia sẻ hàng đợi này và cách kiểm soát chấpnhận với các luồng này

• Cơ chế thực hiện dịch vụ tải có kiểm soát

Để gọi dịch vụ tải có kiểm soát cho một luồng, ứng dụng dùng giao thứcSENDER_TSPEC với yêu cầu dịch vụ tải có kiểm soát trong tin báo PATH RSVP cũng gửiADSPEC trong tin báo PATH, chứa thông báo rằng dịch vụ này có được cài đặt trên mỗichặng của đường hay không, kích thước MTU tối thiểu và các tham số đặc trưng của đường đicủa các gói trong luồng Các nút trung gian có thể sửa đổi ADSPEC nhưng không thể sửa đổiSENDER_TSPEC Khi bên nhận thấy tin báo PATH cho dịch vụ tải có kiểm soát, chúng chỉbáo dịch vụ có được hỗ trợ hay không bằng cách đặt “ bit gãy “ (break – bit) Bit này báo chomọi người biết rằng có ít nhất một nút trên đường không hỗ trợ dịch vụ này

Một điểm chú ý quan trọng là không có định nghĩa mang tính định lượng chính xáccủa dịch vụ tải có kiểm soát Mỗi phần tử mạng cần quyết định một cách độc lập xem nó cóthể cung cấp dịch vụ này dựa trên mức tải hiện tại của nó cũng như mức độ rủi ro có thể có(do cung cấp quá mức tổng của Tspec của các luồng tải có kiểm soát)

Khi luồng đã được chấp nhận, chức năng đường dữ liệu bắt đầu làm việc Chức năngnày quan tâm đến việc xử lý và lập lịch gói Ở đây chúng ta cần xem xét một khía cạnh trongđáp ứng của thùng thẻ bài : giả sử luồng đạt đến số gói mà thùng thẻ bài cho phép và sau đógửi với tốc độ thẻ ghi trong Tspec Nếu nút chọn phục vụ luồng với tốc độ thẻ đó thì sẽ cóđống (backlog) “ cố định “ các gói tại hàng đợi của nút đó Vì vậy RFC 2211 khuyến nghị nên

có cơ chế để cho phép dọn dẹp backlog đó để làm giảm thời gian xắp xếp hàng đợi cho luồng.Một cách tương tự, như chúng ta đã biết, lưu lượng gửi qua nhiều nút không duy trì được hìnhdạng và đặc tính ban đầu của nó, nếu một nut đặt kích thước bộ đệm tối đa bằng kích thướcchùm chỉ ra trong Tspec thì sẽ có mất mát gói (không cần thiết) do lưu lượng không được định

dạng lại tại mỗi nút trong mạng RFC cũng khuyến nghị dùng sơ đồ phân bổ bộ đệm mềm dẻo

để có thể cung cấp thêm bộ đệm cho các chùm

Nút xác định sự tương thích của luồng bằng cơ chế thùng thẻ bài (được tham số hoátrong Tspec) Việc xử lý các gói không tương thích không quá chặt chẽ, nhưng không đượclàm giảm dịch vụ cung cấp cho các luồng tải có kiểm soát khác và dịch vụ cố gắng tối đa Tấtnhiên, một tuỳ chọn trong việc xử lý luồng với lưu lượng không tương thích là làm giảm dịch

vụ của cả luồng (chứ không chỉ cho các gói không tương thích) Một khả năng khác là địnhdạng lại luồng để các gói không tương thích đợi đến khi chúng tương thích hoặc đến một thờihạn xác định nào đó Một cách xử lý khác là đưa chúng vào hàng đợi cùng với lưu lượng cốgắng tối đa (hoặc sau lưu lượng đó) Điều đó làm các gói trong luồng bị chuyển không theothứ tự và gây trễ cho các giao thức tầng cao hơn

II.1.6.2 Dịch vụ đảm bảo (Guaranteed Service)

Mục tiêu của dịch vụ này là cung cấp là cung cấp độ trễ có giới hạn và đảm bảo việctruyền tất cả các gói đã được xác định cho ứng dụng cần đến nó Phần này xem xét các tham

số của dịch vụ đảm bảo, cách sử dụng và cơ chế cung cấp dịch vụ Phần cơ bản của dịch vụđảm bảo là tham số từ tất cả các phần tử mạng trong đường cụ thể phải có khả năng tổ hợpvới nhau một cách đơn giản để dự đoán (giới hạn) chất lượng dịch vụ mà các gói trong luồng

sẽ trải qua

Do quá trình dự trữ là một chiều nên đối với truyền thông hai chiều, phải có hai dự trữ

Mô hình dịch vụ

Vì dịch vụ đảm bảo là định lượng – nó có giới hạn trễ xác định – nên nó cần dựa trên

cả hai mô hình : đáp ứng của nguồn và cách phần tử mạng xử lý luồng Mục đích của các môhình này là giới hạn trễ hàng đợi Một thành phần khác của trễ đầu cuối đến đầu cuối là trễtruyền, được kiểm soát bằng các giải thuật định đường dùng khi thiết lập luồng Các mô hìnhđược mô tả dưới đây

Bên trái là mô hình thùng thẻ bài, dùng cho bên nguồn Có nghĩa là dòng bên nguồnluôn phải nằm trong giới hạn do thùng thẻ bài qui định Bên phải là mô hình của một liên kếttrong bộ định tuyến Nó chỉ ra tài nguyên (bộ đệm và băng thông) mà bộ định tuyến phải phân

bổ cho luồng được đảm bảo Mô hình được sử dụng là “ mô hình dòng chất lỏng “ (fluidmodel) Nguồn sinh ra dòng chất lỏng với tốc độ r (là tốc độ thẻ bài được tạo ra) nhưng đôikhi nó có thể tạo ra luồng có tốc độ nhanh hơn r Phần vượt quá sẽ được giữ lại ở nguồn vàđưa ra với tốc độ r Nếu nguồn không phát trong một thời gian, thẻ bài được giữ đến giới hạn

b, bất kỳ luồng nào đến sẽ được truyền ngay lập tức khi còn thẻ bài Tốc độ truyền sẽ là p

Khi dòng dữ liệu đến phần tử mạng, nó được phục vụ với tốc độ R và dùng bộ đệmkích thước B Cần có bộ đệm vì tốc độ truyền p có thể lớn hơn nhiều so với R

Kết quả lý thuyết cho thấy trễ của luồng ở mạng có giới hạn b/R (với điều kiện r<=R) ,

đó là cơ sở của dịch vụ đảm bảo Nếu nguồn tạo luồng lớn hơn hay bằng b thì bộ đêm tại phần

tử mạng sữ có b đơn vị luồng và trễ tối đa sẽ là b/R

Phần tử mạng thực tế sẽ không cài đặt mô hình dòng chất lỏng một cách lý tưởng, do

đó sẽ có thêm các trễ khác trong quá trình cài đặt : C và D Do đó độ trễ toàn bộ sẽ là :

Giới hạn trễ của dịch vụ được tính trên đường bằng phương trình (1)

II.1.7 Các vấn đề với mô hình dịch vụ tích hợp

Mô hình IntServ đề xuất một mô hình mới về cơ bản cho mạng IP Nó khác với môhình truyền thống và đưa ra các dịch vụ mới như dịch vụ đảm bảo và dịch vụ tải có kiểm soát

Nó đòi hỏi việc dự trữ tài nguyên một cách rõ ràng, kiểm soát thu nhận, phân loại và lập lịchgói tin Nó chỉ ra cách xác định các yêu cầu về lưu lượng và chất lượng dịch vụ

Tuy nhiên, mô hình này còn có một số vấn đề cần xem xét khi áp dụng cho các mạngtrục (backbone) lớn Đó là các vấn đề :

• Số lượng các luồng đơn trong mạng trục có thể rất lớn, duy trì trạng thái của chúng đòi hỏinhiều dung lượng dự trữ

• Số lượng tin báo điều khiển cho việc dự trữ tài nguyên cho một lượng lớn các luồng sẽ rấtlớn và đòi hỏi nhiều năng lực xử lý

• Việc phân loại gói dựa trên header của gói có thể tốn kém trên đường truyền tốc độ cao

• Vấn đề an ninh cần được giải quyết để đảm bảo rằng các nguồn không có quyền khôngđựơc thực hiện việc dự trữ giả mạo

• Vấn đề chính sách cần giải quyết để xác định các bên có quyền thực hiện dự trữ

Từ các vấn đề trên, người ta rút ra kết luận IntServ là mô hình thích hợp cho mạngnhỏ, trong đó chỉ có ít luồng và vấn đề an toàn và chính sách có thể quản lý một cách dễ dàng.Cũng có thể triển khai các IntServ trong các mạng lớn (chẳng hạn mạng của các nhà cung cấpdịch vụ) với một số hạn chế các luồng Ngoài phạm vi đó, các mạng trục lớn cần những cớchế khả dụng hơn để phân biệt lưu lượng và cung cấp các dịch vụ khác nhau cho chúng.DiffServ là một cơ chế như vậy

II.2 Mô hình dịch vụ phân biệt

Yêu cầu đặt ra với các nhà cung cấp dịch vụ mạng là cần có các cơ chế khả dụng vàthực tế để cung cấp các mức dịch vụ khác nhau cho khách hàng xuất phát từ những mối quantâm mang tính thương mại Ngoài ra, các doanh nghiệp sẽ không đưa các số liệu quan trọngcủa họ lên mạng nếu không có các cơ chế đảm bảo dịch vụ Sự phát triển của các ứng dụngnhư thoại trên IP (VOIP) và mạng riêng ảo (VPN) gắn liền với khả năng của hạ tầng mạngtrong việc cung cấp các loại dịch vụ phân biệt cho các ứng dụng như vậy

II.2.1 Các đặc điểm chính của mô hình DiffServ

Do những vấn đề tồn tại của mô hình IntServ như đã trình bày ở trên, mô hìnhDiffServ đã được nghiên cứu nhằm cung cấp một cơ chế đơn giản khả dụng hơn cho việcphân biệt các dịch vụ Những đặc điểm chính của mô hình này như sau:

Các bộ định tuyến trục chính chuyển một số lượng lớn các luồng đơn Việc duy trì trạngthái dự trữ cho từng luồng là rất khó khăn vì kích thước mạng tăng rất nhanh Vì vậy,trong mô hình DiffServ, lưu lượng không được phân biệt theo luồng, thay vào đó, có một

số nhỏ các lớp đã được định nghĩa trước, cung cấp các dịch vụ khác dựa trên độ trễ và mấtmát thông tin