Nghiên cứu và xây dựng chương trình đánh giá chất lượng dịch vụ trong mạng IP

Lớp Transport có nhiệm vụ nhận dữ liệu gửi từ lớp Session và chia chúngthành những gói mà sẽ được truyền trên mạng.. Tại máy tính nhận,lớp này cónhiệm vụ đặt những gói theo thứ tự và chú

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan:

1 Những nội dung trong đồ án tốt nghiệp này là do em thực hiện dưới sự

hướng dẫn trực tiếp của thầy giáo: ThS Trần Duy Minh

2 Mọi tham khảo dùng trong đồ án tốt nghiệp này đều được trích dẫn rõràng tên tác giả, tên công trình, thời gian, địa điểm công bố

3 Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian trá em xinchịu hoàn toàn trách nhiệm

Sinh viên Phan Thị Phương

LỜI CẢM ƠN

Qua 16 tuần thực hiện đồ án với sự giúp đỡ tạo điều kiện của bộ môn:Mạng và truyền thông – Khoa Công nghệ Thông tin – Trường Đại học Côngnghệ Thông tin & Truyền thông – Đại học Thái Nguyên, được sự hướng dẫn trực

tiếp, chỉ bảo tận tình của thầy giáo: ThS Trần Duy Minh em đã hoàn thành đồ

án cùng với báo cáo đúng thời gian quy định

Với khả năng và thời gian có hạn nên không tránh khỏi những thiếu sót,

em rất mong nhận được sự quan tâm, giúp đỡ, tạo điều kiện của thầy cô để emhoàn thiện hơn đồ án tốt nghiệp trong thời gian tới

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn tất cả các thầy cô trong bộ môn:Mạng và Truyền thông – Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại học Công nghệ Thôngtin & Truyền thông – Đại học Thái Nguyên Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc

tới thầy giáo: ThS Trần Duy Minh đã hướng dẫn em trong suốt quá trình làm đồ

án, hỗ trợ và chỉ dạy em hoàn thành tốt chương trình bản báo cáo này

Em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

LỜI CẢM ƠN 2

MỤC LỤC 3

DANH MỤC HÌNH VẼ 5

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 6

LỜI NÓI ĐẦU 8

CHƯƠNG 1TỔNG QUAN MẠNG IP 9

1.1 Tổng quan đề tài 9

1.1.1 Mục đích lý do chọn đề tài 9

1.1.2 Ý nghĩa của đề tài 10

1.1.3 Phương pháp nghiên cứu 10

1.2 Tổng quan mạng ip 10

1.3 Mô hình OSI 11

1.3.1 Nguyên lý hoạt động của OSI 14

1.3.2 TCP/IP và mô hình OSI 16

1.4 Ưu và nhược điểm của mạng IP 17

1.4.1 Ưu điểm 17

1.4.2 Nhược điểm 17

CHƯƠNG 2 CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG IP VÀ CÁC THÀNH PHẦN QOS TRONG MẠNG IP 19

2.1 Khái niệm về chất lượng dịch vụ 19

2.2 Các thông số QoS 20

2.2.1 Băng thông 21

2.2.2 Độ Trễ 22

2.2.3 Biến động trễ(Jitter) 23

2.2.4 Mất gói 24

2.2.5 Tính sẵn sàng (Độ tin cậy) 24

2.2.6 Bảo mật 25

2.3 Các thành phần QoS trong mạng ip 25

2.3.1 Cách thức xử lý theo từng chặng dự báo trước 25

2.3.2 Báo hiệu 30

2.3.3 Lập chính sách, nhận thực và quyết toán 32

CHƯƠNG 3 MỘT SỐ KỸ THUẬT NÂNG CAO QOS TRONG MẠNG IP 34

3.1 Vấn đề định tuyến hoá và QoS 34

3.2 Phân loại 36

3.2.1 ToS, traffic Class (IPv4, IPv6) 36

3.2.2 Phân loại đa trường 37

3.3 Quản lý hàng đợi 38

3.3.1 Giảm thời gian chiếm đóng hàng đợi 38

3.3.2 Tìm kiếm ngẫu nhiên sớm 39

3.4 Lập lịch 41

3.5 Dịch vụ tích hợp 42

3.5.1 Khái niệm 42

3.5.2 Một số mô hình của dịch vụ tích hợp 44

3.6 Dịch vụ khác biệt 46

3.6.1 Khái niệm về dịch vụ DiffServ 46

3.6.2 Mô hình DiffServ 46

CHƯƠNG 4XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG 49

4.1Khái quát chung về NS-2 49

4.2 Các phần mền dùng kết hợp với ns2 50

4.2.1 Công cụ đồ hoạ NAM 50

4.2.2 Cửa sổ minh hoạ NAM 51

4.3 Bộ phân tích file Trace Data Analyzers 54

4.3.1 Đồ thị XGRAPH 54

4.3.2 Các chức năng của XGRAPH trong giao diện đồ họa người dùng 55

4.4 Mô hình và kết quả mô phỏng 55

4.4.1 kịch bản 1 56

4.4.2 Kịch bản 2 63

4.4.3 Nhận xét 63

KẾT LUẬN 65

TÀI LIỆU THAM KHẢO 66

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1:Mô hình tham khảo OSI 12

Hình1.2: Qúa trình gửi dữ liệu 15

Hình 1.3: Cấu trúc TCP/IP 16

Hình 2.1 (a) băng thông , (b) trễ 22

Hình 2.2: Hàng đợi FIFO trên router nỗ lực tối đa 27

Hình 2.3: Phân loại, hàng đợi và lập lịch từng chặng cho phép hàng đợi và bộ lập lịch có thể độc lập 28

Hình 2.4: Sự phân đoạn trước lập lịch cải tiến việc chèn trên kết nối tốc độ thấp 29

Hình 3.1: Bộ định tuyến IP hỗ trợ tối đa thông thường 35

Hình 3.2 Trường ToS trong Ipv4 36

Hình 3.4: Dịch vụ khác biệt tập trung đơn giản sự phức tạp định tuyến lõi 47

Hình 4.1: Cấu trúc node Unicast và node Multicast 50

Hình 4.2: Mô tả các công cụ của NAM 52

Hình 4.3: Giao diện đồ họa người dùng của Xgraph 55

Hình 4.5: của sổ file nam kịch bản 1 57

Hinh 4.6 : thông lượng kịch bản 1 57

Hình 4.7: độ trễ của kịch bản 1 58

Hình 4.8: mất gói của kịch bản 1 59

Hình 4.9: cửa sổ file nam của kịch bản 2 60

Hình 4.10: băng thông của kịch bản 2 61

Hình 4.11: độ trễ của kịch bản 2 62

Hình 4.12: tỷ lệ mất gói tin của kịch bản 2 63

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

ARED Adapted Random Early Detection Tìm kiếm sớm ngẫu nhiên thích

ứng

ARPA Advance Research Projects Agency trung tâm nghiên cứu cấp cao

ECN explicit congestion notification thông báo nghẽn cụ thể

trước ra trước

luồng

MPLS Multi protocol lable Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức

thống mở”

PNNI Private network Node Interface Giao diện node mạng riêng

RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức dành trước tài nguyên SDH synchronous Digital Hiearachy Phân cấp số đồng bộ

SMTP Simple Mail Transfer Protocol Giao thức truyền thư điện tử đơn

giản

LỜI NÓI ĐẦU

Trong xu hướng phát triển bùng nổ thông tin ngày này, các nhu cầu về thôngtin liên lạc ngày càng mở rộng Nó đi đôi với nhu cầu đòi hỏi cao về chất lượngdịch vụ Đối với nhà khai thác mạng nâng cao chất lượng dịch vụ đồng nghĩa vớikhả năng tăng khả năng cạnh tranh Điều đó được ví như một điều tất yếu màmột nhà khai thác phải làm tốt để tồn tại

Mạng hiện thời đang tồn tại ở Việt Nam so với một số nước trong khu vựccòn chưa thật sự ổn định, vẫn còn nhiều hiện tượng nghẽn mạng hay tốc độ truycập mạng còn thấp Ngoài biên pháp cải thiện băng thông (rất tốn kém), chưa thểđáp ứng ngay thì chúng ta cần phải cải thiện chất lượng dịch vụ theo một sốhướng khác Bản đồ án này tìm hiểu về QoS trong mạng IP và một số giải phápnâng cao QoS phổ biến đang được áp dụng

Được sự hướng dẫn và giúp đỡ nhiệt tình của Ths.Trần Duy Minh, bản đồ ánvới đề tài “Nghiên cứu và xây dựng chương trình đánh giá chất lượng dịch vụtrong mạng IP” đã đề cập đến những vấn đề cơ bản về chất lượng dịch vụ trongmạng IP Sau một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu bản đồ án đã hoàn thành vớinhững nội dung chính sau đây:

Chương 1: Tổng quan về mạng IP

Chương 2: Chất lượng dịch vụ mạng IP và các thành phần QoS trong mạng IP

Chương 3: Một số kĩ thuật nâng cao QoS trong mạng IP

Chương 4: Xây dựng chương trình mô phỏng

Do nội dung kiến thức của đề tài tương đối mới mẻ, khả năng còn hạn chế vàkiến thức thực tế chưa nhiều nên bản đồ án này chắc chắn không tránh khỏinhững thiếu sót Em rất mong nhận được sự chỉ bảo của các thầy cô giáo và cácbạn để bản đồ án được chính xác, đầy đủ và hoàn thiện hơn

Thái Nguyên, ngày 19 tháng 6 năm 2012

Sinh viên: Phan Thị Phương

Mục đích của đề tài nghiêm cứu và tìm hiểu tổng quan, đưa ra các tham

số của chất lượng dịch vụ mạng ip.đưa ra được ưu nhược điểm của mạngip.Nhằm tăng độ tin cậy của hệ thống:Người ta có thể dễ dàng bảo trì máy móc

và lưu trữ các dữ liệu chung và khi có trục trặc trong hệ thống thì chúng có thểđược khôi phục nhanh chóng Trong trường hợp có trục trặc trên một trạm làmviệc thì người ta cũng có thể sử dụng những trạm khác thay thế Sử dụng chungtài nguyên: Những tài nguyên của mạng như: thiết bị chương trình, dữ liệu khitrở thành các tài nguyên chung thì mọi thành viên của mạng đều có thể tiếp cậnđược mà không quan tâm tới những tài nguyên đó ở đâu Nâng cao chất lượng vàhiệu quả khai thác thông tin: Khi thông tin có thể được sữ dụng chung thì nómang lại cho người sử dụng khả năng tổ chức lại các công việc với những thayđổi về chất như:mạng đã trở thành một nhu cầu không thể thiếu được Ðáp ứngnhững nhu cầu của hệ thống ứng dụng kinh doanh hiện đại Cung cấp sự thốngnhất giữa các dữ liệu

- Tăng cường năng lực sử lý nhờ kết hợp các bộ phận phân tán

- Tăng cường truy nhập tới các dịch vụ mạng khác nhau trên thế giới

Tìm hiểu và nghiêm cứu các mô phỏng trên ns2 từ đó mô phỏng đánh giácác thông số chất lượng dịch vụ

Lý do chọn công cụ ns2 là do NS (phiên bản) là phần mềm mô phỏng mạngđiều khiển sự kiện riêng rẽ hướng đối tượng, được phát triển tại UC Berkely, viếtbằng ngôn ngữ C++ và OTcl NS rất hữu ích cho việc mô phỏng mạng diện rộng(WAN) và mạng local (LAN) Bốn lợi ích lớn nhất của NS-2 phải kể đến đầu tiênlà:

- Khả năng kiểm tra tính ổn định của các giao thức mạng đang tồn tại

- Khả năng đánh giá các giao thức mạng mới trước khi đưa vào sử dụng.

- Khả năng thực thi những mô hình mạng lớn mà gần như ta không thể thựcthi được trong thực tế

- Khả năng mô phỏng nhiều loại mạng khác nhau

1.1.2 Ý nghĩa của đề tài

Việc nghiên cứu và xây dựng chương trình mô phỏng QoS mang lại ý nghĩaquan trọng mạng ip Cho thấy sự cần thiết phải nâng cao chất lượng dịch vụ đểphục vụ các ứng dụng tốt hơn của người dùng như: hội nghị,video nhằm đưacông nghệ ngày một tốt hơn và không thể thiếu trong đời sống

1.1.3 Phương pháp nghiên cứu

Vấn đề cần quan tâm tới đó là phương pháp nghiên cứu khoa học của đề tàigiúp việc tiếp cận và giải quyết vấn đề đặt ra

Bước 1: Thông qua các phương pháp tìm hiểu, thu thập tài liệu về QoS Qua

các tài liệu thu thập được để tìm hiểu các lý thuyết về QoS, các kỹ thuật sử dụng

và công nghệ cần thiết Khảo sát và phân tích các thông số để đưa ra ý tưởng xâydựng mô hình phù hợp

Bước 2: Từ các kiến thức ở bước 1 đi vào quá trình phân tích mô phỏng các

thông số của QoS

Bước 3: Thông qua các thực nghiệm kịch bản mô phỏng hệ thống đưa ra

được kết quả

1.2 Tổng quan mạng ip

Với nhu cầu đòi hỏi ngày càng cao của xã hội nên vấn đề kỹ thuật trongmạng là mối quan tâm hàng đầu của các nhà tin học Ví dụ như làm thế nào đểtruy xuất thông tin một cách nhanh chóng và tối ưu nhất, trong khi việc xử lýthông tin trên mạng quá nhiều đôi khi có thể làm tắc nghẽn trên mạng và gây ramất thông tin trên mạng một cách đáng tiếc

Công nghệ IP và các ứng dụng của nó đã có những bước phát triển đột phátrên phạm vi toàn thế giới Mạng IP truyền thống dựa trên cơ chế cố gắng tối đa

BE (Best Effort) và nguyên tắc xếp hàng vào trước ra trước FIFO, các gói thôngtin được lưu giữ, chuyển đi không được đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS

Công nghệ IP đang được xây dựng như một hạ tầng cơ sở cho thế giới

Web, được dự đoán sẽ đóng vai trò quan trọng và có thể là chủ đạo trong tiếntrình phát triển của mạng công cộng và các mạng riêng Sự chuyển dịch lưulượng mạng kinh doanh vào các mạng IP công cộng,bao gồm các mạng riêng ảo(VPN) đã đem lại nhiều lợi ích cho các khách hàng kinh doanh như giảm các chiphí,độ phức tạp trong công tác điều hành và các rủi ro về đầu tư Tuy nhiên,sựphát triển nhanh chóng của mạng IP đã đưa đến một số tồn tại đó là:

Sự tích hợp các lưu lượng đa phương tiện trên mạng IP nảy sinh các yêucầu quan trọng về chất lượng dịch vụ (QoS) Tất cả các các ứng dụng nhạy cảmthời gian thực đòi hỏi một mạng có QoS cao hơn mạng IP QoS truyền thống dựatrên cơ chế cố gắng tối đa BE sử dụng được cam kết mà các ứng dụng này có thể

đo, dự báo được Hơn nữa, trong qua trình phát triển nhanh của mạng Internet, sựcạnh tranh gay gắt đã đẩy giá cước tới mức quá thấp trên thị trường các dịch vụ

IP truyền thống Vì thế quá trình nâng cấp mạng bị chậm lại do yêu cầu đầu tưquá lớn Trong vòng 25 năm qua, Internet đã phát triển từ mạng liên kết các nhànghiên cứu thành mạng quốc tế, thương mại toàn cầu

8

1.3 Mô hình OSI

Những chương trình(Program)chỉ nói chuyện với lớp thứ bảy Ứngdụng(application), trong khi lớp”bên dưới“lớp đầu tiên là phương tiện truyềnthông mạng(ví dụ: dây Cable hoặc không khí, trong trường hợp những mạngkhông dây) Cable mạng đôi khi còn được gọi là lớp 0

Hình 1.1:Mô hình tham khảo OSI

Bảy lớp có thể được nhóm thành ba nhóm: Application, Transport vàNetwork

Network: những lớp của nhóm này là những lớp mức thấp mà có nhiệm vụtruyền và nhận dữ liệu trên mạng

Transport: lớp này với nhiệm vụ nhận dữ liệu đến từ mạng và biến đổichúng định dạng gần hơn tới định dạng dữ liệu mà chương trình có thể hiểuđược Khi máy tính của bạn đang truyền dữ liệu, lớp này sẽ nhận dữ liệu và chiachúng thành vài gói để truyền chúng lên mạng Khi máy tính của bạn đang nhận

dữ liệu, lớp này sẽ nhận những gói đến và đặt chúng lại với nhau

Application: những lớp mức cao này đặt dữ liệu vào trong định dạng dữ liệu

để chương trình sử dụng

Dưới đây giải thích mỗi lớp trong mô hình OSI

Lớp 7 – Application: lớp ứng dụng làm giao diện giữa chương trình mà

đang gửi hoặc đang nhận dữ liệu với“Nhóm giao thức” Khi bạn Download hoặcgửi Email, chương trình Email tiếp xúc lớp của nó

Lớp 6 – Presentation: cũng được gọi là lớp chuyển Lớp này biến đổi định

dạng dữ liệu được nhận từ lớp Application tới định dạng chung cho“Nhóm giaothức“sử dụng Ví dụ,nếu chương trình đang dùng trang mã không phải ASCII,lớp này sẽ chịu trách nhiệm biến đổi dữ liệu nhận thành mã ASCII Lớp này cóthể dùng để nén dữ liệu và thêm mã hoá Việc nén dữ liệu cho phép tăng tốc độmạng bởi vì ít thông tin được gửi tới lớp bên dưới (lớp thứ 5) Nếu mã hoá được

sử dụng, tất cả thông tin giữa lớp 5 và lớp 1 sẽ được mã hoá và chúng sẽ chỉ đượcgiải mã trong lớp thứ 6 của máy tính tại vị trí cuối khác

Lớp 5 – Session: Lớp này cho phép hai chương trình trong những máy tính

khác nhau để thiết lập giao dịch liên lạc Trong giao dịch này hai chương trìnhđịnh nghĩa truyền dữ liệu như thế nào sẽ được làm, thêm vào đó những đánh dấuquá trình vào dữ liệu được truyền Nếu mạng bị lỗi,hai máy tính khởi động lạiviệc truyền dữ liệu này từ đánh dấu nhận lần cuối cùng tốt nhất mà không phảitruyền lại tất cả dữ liệu một lần nữa Ví dụ: bạn đang Download thư tín và mạngcủa bạn bị lỗi Thay vì việc tải lại tất cả thư lại một lần nữa, chương trình của bạn

sẽ tự động khởi động lại từ lần tải về tốt nhất lần cuối cùng Chú ý không phải tất

cả giao thức đều có đặc điểm này

Lớp 4 – Transport: Trên những mạng dữ liệu được chia thành nhiều gói.

Khi bạn đang truyền một file lớn, File này cắt thành nhiều gói nhỏ, và sau đómáy tính tại vị trí nhận cuối cùng sẽ nhận những gói đó và đặt thành File quay trởlại Lớp Transport có nhiệm vụ nhận dữ liệu gửi từ lớp Session và chia chúngthành những gói mà sẽ được truyền trên mạng Tại máy tính nhận,lớp này cónhiệm vụ đặt những gói theo thứ tự và chúng sẽ kiểm tra tính nguyên vẹn của dữliệu, thông thường việc gửi tín hiệu điều khiển tới thiết bị truyền được gọi làChấp nhận hoặc đơn giản nói rằng gói đã đến và dữ liệu còn nguyên vẹn Lớpnày hoàn toàn riêng biệt với những lớp Application (lớp 5 tới 7) từ những lớpNetwork (những lớp 1 tới 3).Những lớp Network có liên quan cho biết dữ liệuđược truyền và được nhận trên mạng như thế nào, có nghĩa là những gói dữ liệuđược truyền, trong khi những lớp Application liên quan tới những gì bên trongnhững gói Lớp 4, Transport, làm giao diện giữa hai nhóm đó

Lớp 3 – Network: Lớp này có nhiệm vụ địa chỉ hoá gói, biến đổi những

địa chỉ Logic thành những địa chỉ vật lí, làm cho nó có khả năng để gói dữ liệutới đích của nó Lớp này cũng có nhiệm vụ định hướng những gói sẽ dùng để đếnnơi đích, dựa trên những yếu tố như sự đi lại và những mức độ ưu tiên

Lớp 2 – Data Link: Lớp này nhận những gói dữ liệu được gửi từ lớp

Network và biến đổi chúng thành những khung mà sẽ gửi ra tới phương tiệntruyền thông mạng, thêm vào những địa chỉ vật lí của Card mạng của máy tính,những địa chỉ vật lí của Card mạng của máy tính đích, dữ liệu điều khiển và dữliệu Checksum (kiểm tra, hoặc cũng còn được gọi là CRC) Những khung đượctạo từ lớp này được gửi tới lớp Physical, ở đó khung sẽ được biến đổi thànhnhững tín hiệu điện(hoặc tín hiệu sóng điện từ,nếu bạn dùng mạng không dây).Lớp Data Link trên máy tính nhận sẽ tính toán lại Checksum và kiểm tra, nếutính toán Checksum mới khớp với giá trị được gửi thì máy tính nhận sẽ gửi tínhiệu Chấp nhận (Acknowledge) tới máy tính truyền dữ liệu Ngoài ra máy tínhtruyền sẽ phải truyền lại khung đó nếu như nó không đến đích hoặc những dữliệu bị hỏng

Lớp 1- Physical: Lớp này lấy những khung được gửi từ lớp Data Link biến

đổi chúng thành những tín hiệu tương thích với phương thức truyền dữ liệu Nếu

là sợi Cable kim loại được dùng để truyền dữ liệu thì nó sẽ biến đổi thành tínhiệu điện Nếu là sợi Cable quang được dùng thì nó sẽ biến đổi dữ liệu thành tínhiệu ánh sáng Nếu là mạng không dây được dùng thì nó sẽ biến đổi thành tínhiệu điện từ trường Khi dữ liệu được nhận, lớp này sẽ nhận tín hiệu và biến đổithành 0 và 1 để gửi chúng tới lớp Data Link, mà sẽ đặt khung quay trở lại vàkiểm tra tính toàn vẹn của nó

1.3.1 Nguyên lý hoạt động của OSI

Mỗi lớp chỉ nói chuyện được với lớp trên và lớp dưới kế với nó Khi máytính của bạn đang truyền dữ liệu, luồng thông tin là xuất phát từ chương trình tớimạng(có nghĩa là đường dữ liệu đi từ đỉnh tới đáy), do đó chương trình nóichuyện với lớp thứ bảy, tiếp theo truyền tới lớp thứ sáu và cứ như vậy Khi máytính của chúng ta đang nhận dữ liệu, thì luồng thông tin sẽ từ mạng tới chương

trình (có nghĩa là đường dữ liệu sẽ từ đáy đi tới đỉnh) do đó mạng sẽ nói chuyệnvới lớp thứ nhất sau đó truyền tới lớp thứ hai và cứ như vậy

Khi dữ liệu được truyền, mỗi lớp thêm một vài thông tin điều khiển tới dữliệu mà nó được nhận từ lớp trên và khi dữ liệu được nhận thì quá trình xảy rangược lại; mỗi lớp sẽ gỡ những thông tin điều khiển từ dữ liệu nhận được từ lớpbên dưới

Do vậy khi dữ liệu được gửi tới mạng, lớp thứ bảy nhận dữ liệu do chươngtrình gửi tới và thêm những thông tin điều khiển của riêng nó và gửi gói dữ liệumới này tới lớp thứ sáu Lớp thứ sáu sẽ thêm dữ liệu điều khiển riêng của nó vàogói dữ liệu đã nhận được ở lớp thứ bảy và gửi gói dữ liệu sau khi thêm dữ liệuđiều khiển tới lớp thứ năm Như vậy lớp thứ năm nhận được dữ liệu lúc này là dữliệu ban đầu đã được thêm những thông tin điều khiển dữ liệu của lớp thứ bảy vàlớp thứ sáu là cứ như vậy Khi nhận dữ liệu quá trình diễn ra ngược lại, mỗi lớp

sẽ gỡ dữ liệu điều khiển của nó khỏi dữ liệu nhận được

Mỗi lớp chỉ hiểu dữ liệu điều khiển mà nó nhận trách nhiệm Khi lớp nhận

dữ liệu từ lớp trên nó không hiểu dữ liệu điều khiển được thêm vào từ lớp trên,

do đó nó chỉ hiểu dữ liệu mà nó nhận được chỉ là một gói dữ liệu đơn lẻ

Trong hình 1.2 khi máy tính gửi dữ liệu đi như thế nào tới mạng Mỗi sốthêm vào dữ liệu ban đầu đại diện cho dữ liệu điều khiển được thêm vào từ lớp

đó Mỗi lớp xử lí gói mà nó nhận được từ lớp trên như là một gói dữ liệu đơn lẻ

mà nó không cần phân biệt dữ liệu trong đó gồm những gì

Hình 1.2: Qúa trình gửi dữ liệu

Mỗi lớp của máy tính truyền sẽ nói chuyện trực tiếp với cùng lớp của máytính nhận Ví dụ: lớp thứ tư của máy nhận dữ liệu sẽ nói chuyện trực tiếp tới lớpthứ tư của máy truyền dữ liệu Chúng có có thể nói được như vậy bởi vì dữ liệuđiều khiển được thêm vào từ mỗi lớp thì chỉ có cùng lớp của máy nhận mới cóthể hiểu được

1.3.2 TCP/IP và mô hình OSI

Từ khi TCP/IP được dùng cho hầu hết mọi giao thức trên mạng hiện nay,điều này dẫn đến sự tương quan giữa giao thức TCP/IP với mô hình OSI Điềunày có khả năng giúp hiểu tốt hơn cả mô hình OSI với giao thức TCP/IP

Mô hình tham khảo OSI có bảy lớp, TCP/IP, nói một cách khác, là chỉ cóbốn lớp, do đó một vài lớp của giao thức TCP/IP sẽ đại diện cho nhiều hơn mộtlớp trong mô hình OSI

Hình 1.3 về mối tương quan giữa mô hình OSI với giao thức TCP/IP

Hình 1.3: Cấu trúc TCP/IP

Cũng như mô hình OSI, trong giao thức TCP/IP khi dữ liệu truyền, chươngtrình nói chuyện với lớp Application sau đó kế tiếp tới lớp Transport, tiếp theotới lớp Internet và cuối cùng tới lớp Network Interface, mà sẽ truyền nhữngkhung dữ liệu lên phương tiện truyền đại chúng (như Cable,không khí )

TCP/IP không phải tên của một giao thức riêng biệt mà nó là “Cụm giaothức“, có nghĩa là nó là một tập hợp những giao thức Mỗi giao thức riêng biệtđược dùng trong cụm TCP/IP làm việc trong những lớp khác nhau Ví dụ TCP làgiao thức làm việc trong lớp Transport, trong khi IP là giao thức làm việc ở lớpInternet

Nó có khả năng có nhiều giao thức trong một lớp Chúng sẽ không gây sựtranh chấp với nhau bởi vì chúng được dùng trong những nhiệm vụ khác nhau

Ví dụ: khi bạn gửi ra bên ngoài những Email, chương trình Email nói chuyện vớigiao thức SMTP nằm ở lớp Application Sau đó giao thức này,sau khi xử línhững Email nhận được từ chương trình, gửi chúng tới lớp bên dưới là Transport.Tại đó, dữ liệu sẽ được xử lí bởi giao thức TCP Khi bạn truy cập tới những trangWeb, chương trình duyệt Web cũng sẽ nói chuyện với lớp Application, nhưng lúcnày nó lại dùng giao thức khác, HTTP, là một giao thức có nhiệm vụ xử lí việclướt Web

Dưới đây là giải thích tóm tắt những lớp của cụm giao thức TCP/IP

Application: chương trình nói chuyện với lớp này Có một vài giao thứckhác nhau có thể được dùng ở lớp này, phụ thuộc vào chương trình bạn sử dụng

Thông dụng nhất bao gồm giao thức HTTP(cho lướt Web), SMTP(để gửi vànhận thư Email ) và FTP ( để truyền những File ).

Transport: transport trong mô hình tham khảo OSI là hoàn toàn hợp lệ cholớp Transport của TCP/IP Hai giao thức khác nhau được dùng trong lớp này đólà: TCP(Transmission Control Protocol) và UDP (User Datagram Protocol) TCPđược dùng để truyền dữ liệu của người dùng (như lướt Web và Email) trong khiUDP được dùng để cho dữ liệu điều khiển quá trình truyền

Internet: Lớp Network trong mô hình OSI cũng hợp lệ với lớp Internet củaTCP/IP Có một vài giao thức có thể được dùng trong lớp này nhưng hay sử dụnghơn cả chính là giao thức IP

Network Interface: Lớp này có nhiệm vụ gửi dữ liệu tới phương tiện truyềnthông Bên trong lớp này sẽ phụ thuộc vào kiểu mạng của bạn Nếu dùng mạngEthernet ( hầu hết mạng dùng kiểu này), bạn sẽ tìm thấy ba lớp Ethernet(LLC,MAC và Physical - LLC được viết từ Logic Link Control và MAC được viết tắt

từ Media Access Control) bên trong lớp TCP/IP này Lớp Physical của mạngEthernet phù hợp với lớp Physical của mô hình OSI, trong khi hai lớp khác (LLC

và MAC ) lại phù hợp với lớp Data Link trong mô hình OSI

1.4 Ưu và nhược điểm của mạng IP

1.4.1 Ưu điểm

Trong định tuyến các router IP sẽ dùng thuật tóan SPF (Shortest Path vào băng thông và hop count của đường đi) để tính toán đường đi ngắn nhất cholưu lượng, giảm độ trễ của lưu lượng khi mạng hoạt động bình thường

First-1.4.2 Nhược điểm

Do cơ chế định tuyến đường ngắn nhất (shortest path routing), khi lưulượng trên mạng quá tải, các luồng lưu lượng vẫn được tính toán đi trên đườngngắn nhấo đó tắt nghẽn là không tránh khỏi trong khi một số đường vẫn khôngđược sử dụng việc sử dụng băng thông trong mạng không hiệu quả

Do IP có hoạt động ở lớp 3 nên tốc độ chuyển mạch gói tin chậm

Do sự phức tạp tính toán định tuyến các gói tin IP tại mỗi router mà tốc độ hội tụ sẽchậm

Khi sử dụng kết nối qua mạng WAN, ta không thể sử dụng TCP/IP do tốc độ hội

tụ chậm cùng với việc header IP lớn qua mạng đường dài sẽ làm tốn băng thông.Khó khăn trong quá trình điều khiển lưu lượng.

Để có thể chuyển tiếp gói tin đi trên mạng, các router phải kiểm tra địa chỉđích và so sánh trong bảng định tuyến và xác định chặn tiếp theo của lưulượng.họat động này làm tăng thời gian gói tin trễ của IP chỉ cung cấp dịch vụBest effort, có nghĩa là khi hàng đợi cho chặn tiếp theo quá dài, gói tin sẽ bị trễhay khi hàng đợi quá đầy, IP router cho phép hủy gói Việc tăng thời gian trễ vàmất dữ liệu là không thể dự đoán được Với nhược điểm này yêu cầu cung cấpQoS trong mạng là vấn đề cần thiết

CHƯƠNG 2 CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG IP VÀ CÁC THÀNH PHẦN

QoS TRONG MẠNG IP 2.1 Khái niệm về chất lượng dịch vụ

Chất lượng dịch vụ là một vấn đề rất khó cho sự định nghĩa chính xác, bởi

vì nhìn từ góc độ khác nhau ta có quan điểm về chất lượng dịch vụ khác nhau Ví

dụ như với người sử dụng dịch vụ thoại chất lượng dịch vụ cung cấp tốt khi thoạiđược rõ ràng, tức là chúng ta phải đảm bảo tốt về giá trị tham số trễ, biến độngtrễ Nhưng giá trị tham số mất gói thông tin về một tỉ lệ tổn thất nào đó có thểchấp nhận được Nhưng giả dụ, đối với khách hàng là người sử dụng trong truyền

số liệu ở ngân hàng thì điều tối quan trọng là độ tin cậy, họ có thể chấp nhận trễlớn, độ biến động trễ lớn, nhưng thông số mất gói, độ bảo mật kém thì họ khôngthể chấp nhận được v.v

Từ góc nhìn của nhà cung cấp dịch vụ mạng Nhà cung cấp dịch vụ mạngđảm bảo QoS cung cấp cho người sử dụng, và thực hiện các biện pháp để duy trìmức QoS khi điều kiện mạng bị thay đổi vì các nguyên nhân như nghẽn, hỏnghóc thiết bị hay lỗi liên kết, v v QoS cần được cung cấp cho mỗi ứng dụng Chất lượng dịch vụ chỉ có thể được xác định bởi người sử dụng, vì chỉngười sử dụng mới có thể biết được chính xác ứng dụng của mình cần gì để hoạtđộng tốt Tuy nhiên, không phải người sử dụng tự động biết được mạng cần phảicung cấp những gì cần thiết cho ứng dụng, họ phải tìm hiểu các thông tin cungcấp từ người quản trị mạng và chắc chắn rằng, mạng không thể tự động đặt raQoS cần thiết cho một ứng dụng của người sử dụng Để giải quyết vấn đề đó nhàcung cấp và khách hàng họ lập ra một bản cam kết, trong đó nhà cung cấp phảithực hiện đầy đủ cung cấp các thông số thoả mãn chi tiết bản cam kết đặt ra Cònphía đối tác cũng phải thực hiện đầy đủ điều khoản của mình

Nếu một mạng được tối ưu hoàn toàn cho một loại dịch vụ, thì người sử dụng

ít phải xác định chi tiết các thông số QoS Ví dụ, với mạng PSTN, được tối ưu chothoại, không cần phải xác định băng thông hay trễ cần cho một cuộc gọi Tất cảcác cuộc gọi đều được đảm bảo QoS như đã được quy định trong các chuẩn liênquan cho điện thoại

Nếu nhìn từ góc độ mạng thì bất cứ một mạng nào cũng bao gồm:

- Hosts (chẳng hạn như: Servers, PC…)

- Các bộ định tuyến và các thiết bị chuyển mạch

- Đường truyền dẫn

Nếu nhìn từ khía cạnh thương mại:

- Băng thông, độ trễ, jitter, mất gói, tính sẵn sàng và bảo mật đều được coi

là tài nguyên của mạng Do đó với người dùng cụ thể phải được đảm bảo sử dụngcác tài nguyên một cách nhiều nhất

- QoS là một cách quản lý tài nguyên tiên tiến của mạng để đảm bảo có mộtchính sách ứng dụng đảm bảo

Vậy sự định nghĩa chính xác QoS là rất khó khăn nhưng ta có thể hiểuchúng gần như là khả năng cung cấp dịch vụ (ở lớp phần tử mạng, vvv ) đưa racho khách hàng thông qua những yêu cầu chính xác (trên khả năng thực tế hay lýthuyết) có thể đáp ứng dựa trên bản hợp đồng về thoả thuận lưu lượng Sự địnhnghĩa khuôn dạng của nó kết thành chất lượng dịch vụ của lớp mạng do sự phânphát chất lượng dịch vụ của peer-to-peer (cùng lớp) edge-to-edge (biên tới biên)hay end-to-end (đầu cuối tới đầu cuối) Lẽ tự nhiên những yêu cầu này có thểthay đổi từ phía ứng dụng cho ứng dụng hay từ phân phối dịch vụ

Các giá trị ví dụ, được liệt kê trong Bảng 2.1 Bởi vì danh sách này bao gồm

cả các thông số không thường thấy trong nhiều thảo luận về QoS, đặc biệt làthông số bảo mật, nên có thể có thêm một vài chú thích

Thông số QoS Các giá trị ví dụ

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

Mất thông tin (ảnh hưởng của lỗi) 1 trong 1000 gói chưa chuyển giao

Băng thông: Là một thông số quan trọng nhất, nếu chúng ta có băng thông

dùng rộng rãi thì mọi vấn đề coi như không cần phải quan tâm đến, như nghẽn,

kỹ thuật lập lịch, phân loại, trễ….Nhưng đó không phải là điều chúng ta nói ởđây vì điều này hiện này là không tưởng Thực tế phần nhiều vấn đề về QoS đềubắt đầu và kết thúc với băng thông Băng thông chỉ đơn giản là thước đo số lượngbit trên giây mà mạng sẵn sàng cung cấp cho các ứng dụng Các ứng dụng bùng

nổ (bursty) trên mạng chuyển mạch gói có thể chiếm tất cả băng thông của mạngnếu không có ứng dụng nào khác cùng bùng nổ với nó Khi điều này xảy ra, cácbùng nổ phải được đệm lại và xếp hàng chờ truyền đi, do đó tạo ra trễ trên mạng

Để giải quyết sự hạn chế băng thông này mà nhiều giải pháp tiết kiệm, hay khắcphục băng thông được đưa ra

Khi được sử dụng như là một thông số QoS, băng thông là yếu tố tối thiểu màmột ứng dụng cần để hoạt động Ví dụ, thoại PCM 64 kb/s cần băng thông là 64kb/s Điều này không tạo ra khác biệt khi mạng xương sống có kết nối 45 Mb/sgiữa các nút mạng lớn Băng thông cần thiết được xác định bởi băng thông nhỏnhất sẵn có trên mạng Nếu truy nhập mạng thông qua một MODEM V.34 hỗ trợchỉ 33.6 kb/s, thì mạng xương sống 45 Mb/s sẽ làm cho ứng dụng thoại 64 kb/skhông hoạt động được Băng thông QoS nhỏ nhất phải sẵn sàng tại tất cả các điểmgiữa các người sử dụng Các ứng dụng dữ liệu được lợi nhất từ việc đạt được băngthông cao hơn Điều này được gọi là các ứng dụng giới hạn băng thông, bởi vì hiệuquả của ứng dụng dữ liệu trực tiếp liên quan tới lượng nhỏ nhất của băng thông sẵn

sàng trên mạng Mặt khác, các ứng dụng thoại như thoại PCM 64 kb/s được gọi làcác ứng dụng giới hạn trễ Thoại PCM 64 kb/s này sẽ không hoạt động tốt hơnchút nào nếu có băng thông 128 kb/s Loại thoại này phụ thuộc hoàn toàn vàothông số QoS trễ của mạng để có thể hoạt động đúng đắn.

2.2.2 Độ Trễ

Trễ liên quan chặt chẽ với băng thông khi nó là một thông số QoS Với cácứng dụng giới hạn băng thông thì băng thông càng lớn trễ sẽ càng nhỏ Đối với cácứng dụng giới hạn trễ, như là thoại PCM 64 kb/s, thông số QoS trễ xác định trễ lớnnhất các bit gặp phải khi truyền qua mạng Tất nhiên là các bit có thể đến với độtrễ nhỏ hơn

bÝt cuèi cïng ra bÝt ®Çu tiªn ra

bÝt ®Çu tiªn vµo bÝt ®Çu tiªn ra

X(bit)

t2 t1

H×nh (a)

H×nh (b)

Hình 2.1 (a) băng thông , (b) trễ

Trễ được định nghĩa là khoảng thời gian chênh lệch giữa hai thời điểm củacùng một bít khi đi vào mạng (thời điểm bít đầu tiên vào với bít đầu tiên ra) Với băng thông có nhiều cách tính, giá trị băng thông có thể thường xuyênthay đổi Nhưng thông thường giá trị băng thông được định nghĩa là số bit củamột khung chia cho thời gian trôi qua kể từ khi bit đầu tiên rời khỏi mạng chođến khi bit cuối cùng rời mạng

Mối quan hệ giữa băng thông và trễ trong mạng được chỉ ra trong hình 2.1.Trong phần (b), t2 – t1 = số giây trễ Trong phần (a), X bit/ (t3 - t2) = bit/s băngthông Nhiều băng thông hơn có nghĩa là nhiều bit đến hơn trong một đơn vị thờigian, trễ tổng thể nhỏ hơn Đơn vị của mỗi thông số, bit/s với băng thông haygiây với trễ, cho thấy mối quan hệ hiển nhiên giữa băng thông và trễ

Các mạng chuyển mạch gói cung cấp cho các ứng dụng các băng thông biếnđổi phụ thuộc vào hoạt động và bùng nổ của ứng dụng Băng thông biến đổi này

có nghĩa là trễ cũng có thể biến đổi trên mạng Các nút mạng được nhóm vớinhau cũng có thể đóng góp vào sự biến đổi của trễ Tuy nhiên, thông số QoS trễchỉ xác định trễ lớn nhất và không quan tâm tới bất kỳ giới hạn nhỏ hơn nào chotrễ của mạng Nếu cần trễ ổn định, một thông số QoS khác phải quan tâm đếnyêu cầu này

Một số nguyên nhân gây ra trễ trong mạng IP:

- Trễ do quá trình truyền trên mạng

- Trễ do xử lý gói trên đường truyền

- Trễ do xử lý hiện tượng jitter

- Trễ do việc xử lý sắp xếp lại gói đến (xử lý tại đích)

2.2.3 Biến động trễ(Jitter)

Biến động trễ: Là sự khác biệt về độ trễ của các gói khác nhau trong cùng

một dòng lưu lượng Biến động trễ có tần số cao được gọi là jitter với tần số thấpgọi là eander Nguyên nhân chủ yếu gây ra hiện tượng jitter do sự sai khác trongthời gian xếp hàng của các gói liên tiếp nhau trong một hàng gây ra.Trong mạng

IP jitter ảnh hưởng rất lớn tới chất lượng dịch vụ của tất cả các dịch vụ Thông sốQoS jitter thiết lập giới hạn lên giá trị biến đổi của trễ mà một ứng dụng có thểgặp trên mạng Jitter không đặt một giới hạn nào cho giá trị tuyệt đối của trễ, nó

có thể thể tương đối thấp hoặc cao phụ thuộc vào giá trị của thông số trễ

Jitter theo lý thuyết có thể là một giá trị thông số QoS mạng tương đối haytuyệt đối Ví dụ, nếu trễ mạng cho một ứng dụng được thiết lập là 100 ms, jitter

có thể đặt là cộng hay trừ 10 phần trăm của giá trị này Theo đó, nếu mạng cótrễ trong khoảng 90 đến 110 ms thì vẫn đạt được yêu cầu về jitter (trong trườnghợp này, rõ ràng là trễ không phải là lớn nhất) Nếu trễ là 200 ms, thì 10 phầntrăm giá trị jitter sẽ cho phép bất kỳ trễ nào trong khoảng 180 đến 220 ms Mặtkhác, jitter tuyệt đối giới hạn cộng trừ 5 ms sẽ giới hạn jitter trong các ví dụtrên trong khoảng từ 95 tới 105 ms và từ 195 tới 205 ms

Các ứng dụng nhạy cảm nhất đối với giới hạn của jitter là các ứng dụng thờigian thực như thoại hay video Nhưng đối với các trang Web hay với truyền tập

tin qua mạng thì lại ít quan tâm hơn đến jitter Internet, là gốc của mạng dữ liệu,

có ít khuyến nghị về jitter Các biến đổi của trễ tiếp tục là vấn đề gây bực mìnhnhất gặp phải đối với các ứng dụng video và thoại dựa trên Internet

2.2.4 Mất gói

Mất thông tin: Là một thông số QoS không được đề cập thường xuyên như là

băng thông và trễ, đặc biệt đối với mạng Internet Đó bởi vì bản chất tự nhiên đượcthừa nhận của mạng Internet là "cố gắng tối đa" Nếu các gói IP không đến đượcđích thì Internet không hề bị đổ lỗi vì đã làm mất chúng Điều này không có nghĩa

là ứng dụng sẽ tất yếu bị lỗi, bởi vì đối với những dịch vụ khác nhau đều đặt ra giátrị ngưỡng của riêng mình Nếu các thông tin bị mất vẫn cần thiết đối với ứng dụngthì nó sẽ yêu cầu bên gửi gửi lại bản sao của thông tin bị mất Bản thân mạngkhông quan tâm giúp đỡ vấn đề này, bởi vì bản sao của thông tin bị mất khôngđược lưu lại tại bất cứ nút nào của mạng

Thực ra Internet là mạng của các mạng và không có cơ chế giám sát đầy đủnào đảm bảo chất lượng thông tin truyền Hiện tượng mất gói tin là kết quả củarất nhiều nguyên nhân :

- Quá tải lượng người truy nhập cùng lúc mà tài nguyên mạng còn hạn chế

- Hiện tượng xung đột trên mạng LAN

- Lỗi do các thiết bị vật lý và các liên kết truy nhập mạng

Cho một ví dụ nếu một kết nối bị hỏng, thì tất cả các bit đang truyền trênliên kết này sẽ không thể tới được đích Nếu một nút mạng ví dụ như bộ địnhtuyến hỏng, thì tất cả các bit hiện đang ở trong bộ đệm và đang được xử lý bởinút đó sẽ biến mất không để lại dấu vết Do những loại hư hỏng này trên mạng cóthể xảy ra bất cứ lúc nào, nên việc một vài thông tin bị mất do lỗi trên mạng làkhông thể tránh khỏi

2.2.5 Tính sẵn sàng (Độ tin cậy)

Tính sẵn sàng: Là tỉ lệ thời gian mạng hoạt động để cung cấp dịch vụ Yếu

tố này bất kỳ nhà cung cấp dịch vụ nào tối thiểu cũng phải có Tổn thất khi mạng

bị ngưng trệ là rất lớn Tuy nhiên, để đảm bảo được tính sẵn sàng chúng ta cầnphải có một chiến lược đúng đắn, ví dụ như: định kỳ tạm thời tách các thiết bị rakhỏi mạng để thực hiện các công việc bảo dưỡng, trong trường hợp mạng lỗi phảichuẩn đoán trong một khoảng thời gian ngắn nhất có thể để giảm thời gian ngừnghoạt động của mạng Tất nhiên, thậm chí với một biệt pháp bảo dưỡng hoàn hảonhất cũng không thể tránh được các lỗi không thể tiên đoán trước

Đối với mạng PSTN vì là mạng thoại nên điều này luôn luôn chiếm một vịtrí quan trọng Mạng đảm bảo hoạt động 24/24 trong ngày , tất cả những ngày lễ,

kỉ niệm, khi nhu cầu lớn hay ngay cả khi nhu cầu giảm xuống rất thấp

Mạng dữ liệu thực hiện công việc đó dễ hơn Hầu hết mạng dữ liệu dành chokinh doanh, và do đó hoạt động trong những giờ kinh doanh, thường là từ 8 giờsáng đến 5 giờ chiều, từ thứ Hai đến thứ Sáu Hoạt động bổ trợ có thể thực hiện

"ngoài giờ", và một tập kiểm tra đầy đủ với mục đích phát hiện ra các vấn đề cóthể chạy trong ngày nghỉ

2.2.6 Bảo mật

Bảo mật: Là một thông số mới trong danh sách QoS, nhưng lại là một thông

số quan trọng Thực tế, trong một số trường hợp độ bảo mật có thể được xét ngaysau băng thông Gần đây, do sự đe doạ rộng rãi của các hacker và sự lan tràn củavirus trên mạng Internet toàn cầu đã làm cho bảo mật trở thành vấn đề hàng đầu.Hầu hết vấn đề bảo mật liên quan tới các vấn đề như tính riêng tư, sự tincẩn và xác nhận khách và chủ Các vấn đề liên quan đến bảo mật thường đượcgắn với một vài hình thức của phương pháp mật mã, như mã hoá và giải mã Cácphương pháp mật mã cũng được sử dụng trên mạng cho việc xác nhận(authentication), nhưng những phương pháp này thường không liên quan chútnào đến vấn đề giải mã

Toàn bộ kiến trúc đều xuất phát từ việc bổ sung thêm tính riêng tư hoặc bímật và sự xác nhận hoặc nhận thực cho mạng Internet Giao thức bảo mật chínhthức cho IP, gọi là IPSec, đang trở thành một kiến trúc cơ bản để cung cấpthương mại điện tử trên Internet và ngăn ngừa gian lận trong môi trường VoIP.Thật trớ trêu là mạng Internet công cộng toàn cầu, thường xuyên bị coi là thiếubảo mật nhất, đã đưa vấn đề về bảo mật trở thành một phần của IP ngay từ khibắt đầu Một bit trong trường loại dịch vụ (ToS) trong phần tiêu để gói IP đượcđặt riêng cho ứng dụng để có thể bắt buộc bảo mật khi chuyển mạch gói Tuynhiên lại nảy sinh một vấn đề là không có sự thống nhất giữa các nhà sản xuất

bộ định tuyến khi sử dụng trường ToS

Một thông số QoS bảo mật điển hình có thể là "mã hoá và nhận thực đòihỏi trên tất cả các luồng lưu lượng" Nếu có lựa chọn, thì truyền dữ liệu có

thể chỉ cần mã hoá, và kết nối điện thoại Internet có thể chỉ cần nhận thực đểngăn gian lận

2.3 Các thành phần QoS trong mạng ip

2.3.1 Cách thức xử lý theo từng chặng dự báo trước

Mục tiêu trong môi trường QoS cho phép là có khả năng phân phối dịch vụ dựđoán trước cho các phân loại hoặc những loại lưu lượng, không quan tâm đến cácluồng lưu lượng khác đang “chảy” thông qua mạng tại bất kỳ thời điểm xác địnhnào Sự diễn đạt khác của mục tiêu này là quá trình tạo một giải pháp mạng IP đadịch vụ nơi mà lưu lượng bùng nổ truyền thống có thể chia sẻ cùng một thiết bị như(router, switch và đường liên kết) bằng các lưu lượng với những yêu cầu nhiều hơn

về trễ, jitter, băng thông và mất gói Không kể việc tập trung vào mạng trong suốt,mạng truy nhập hay mạng đường trục (hay một số kết hợp giữa chúng), đường dẫnedge – to – edge bởi các gói của người sử dụng đơn chỉ đơn thuần là sự nối tiếp củacác liên kết và các router Vì vậy ngay từ lúc đầu chúng ta phải cố gắng phác thảotổng quan những chức năng của phương thức chuyển tiếp trong bộ định tuyến.Mặc dù một router truyền thống chủ yếu tập trung vào nơi gửi gói (tạoquyết định chuyển tiếp dựa trên cơ sở địa chỉ đính trong mỗi gói và chứa thôngtin về bảng chuyển tiếp cục bộ), những bộ định tuyến cho những mạng IP xác lậpchất lượng dịch vụ phải có khả năng điều khiển khi gửi gói đi

2.3.1.1 Nghẽn tạm thời, trễ , biến động trễ và mất gói.

Trễ: Đối với mỗi một router khả năng điều khiển nhỏ nhất của chúng cũng là

điểm quy tụ và phân chia cho hàng chục, hàng trăm hay hàng nghìn luồng gói.Trong hầu hết các mạng dữ liệu, lưu lượng đến luôn mang khả năng bùng nổ Ởthời điểm có một sự kiện xảy ra thông thường, xuốt hiện tượng đến đồng thời củagói bùng nổ từ nhiều đường kết nối và tất cả đích của các luồng gói này cùng địnhhướng tới một kết nối đầu ra (bản thân các kết nối chỉ có giới hạn duy nhất về khảnăng của chúng), rời khỏi router với số gói nhiều hơn nó có thể lưu thoát trôi chảytức thời

Trễ end – to – end gây ra bởi một gói là sự kết hợp của trễ truyền dẫn quamỗi liên kết và trễ quá trình gây ra trong mỗi router Trễ tạo ra bởi các công nghệkết nối như các SONET, SDH, đường leased line hay kênh ảo ATM tốc độ bit cố

định (CBR) được dự đoán trước một cách hợp lý khi thiết kế Nhưng trễ đónggóp bởi mỗi bộ đệm của router thêm vào thì không thể dự đoán trước Nó giaođộng thay đổi theo mô hình nghẽn, thường thay đổi không xác định thậm chí cảcác gói có cùng đích tới Thành phần giao động ngẫu nhiên của trễ end – to – endthường được gọi là jitter.

Mất gói: Thêm một vấn đề khác đó là mất gói Rõ ràng rằng khả năng của

bộ đệm router chỉ có một giới hạn nào đó,vì trong giai đoạn duy trì nghẽn cácgói được chứa trong bộ đệm có thể đạt tới giới hạn về không gian bộ đệm Bộđêm có khoảng trống chở lại khi các gói được chuyển tiếp đi Nếu gói vẫn tiếptục đi vào bộ đểm thì để cho bộ đệm vẫn khả dụng thì gói phải bị thải hồi

Jitter: Rõ ràng một vấn đề ở đây là các router truyền thống chỉ có một hàng

đợi cho mỗi điểm nghẽn nội và không có kỹ thuật tách các lớp hoặc các loại khácnhau từ luồng lưu lượng khác chuyển qua nó Tính thất thường của các lưu lượngkhông liên quan chuyển qua hàng đợi chia sẻ tại mỗi điểm nghẽn nội có ảnhhưởng lớn vào trễ, jitter và mất gói trên mỗi luồng lưu lượng

Hình 2.2: Hàng đợi FIFO trên router nỗ lực tối đa

Trên hình 2.2 cho thấy Những gói đến từ mỗi cổng vào với tốc độ lớn nhấttrong những giá trị từ Y1 đếnYn pps (packets per second) Ở liên kết biên ngoàicác gói được lấy ra từ tốc độ hàng đợi X pps Ta có tổng tốc độ đầu vào là Y

Y Y1Y2  Y n Với giá trị Y nhỏ hơn X thì các gói sẽ không cần phải đợitrong hàng đợi mà được chuyển ra ngoài ngay Nhưng khi Y bắt đầu vượt quá Xthì bắt đầu xuốt hiện nghẽn do hiệu tốc độ đầu vào và đầu ra tăng lên một lượngY-X > 0 Lượng gói P trong hàng đợi sau một khoảng thời gian T sẽ là:

(

T

P  Như vậy khi một gói đến tại thời điểm T khi trong hàng đợi đã

có gói khác thì nó sẽ bị trễ một thời gian là X*P giây (bởi vì gói phải đợi tronghàng đợi được lưu thoát với tốc độ là X pps) Nếu một gói đến khi hàng đợi đãđầy (P=L, L là không gian khả dụng của hàng đợi) thì gói sẽ bị loại bỏ Jitter xuấthiện từ việc các thành phần của Y bùng nổ và không tương quan với đầu ra.Nếu gói có độ dài cố định thì mối quan hệ thân thiện đơn giản sẽ tồn tạigiữa hai dạng tốc độ được biểu diễn Tuy nhiên trong môi trường IP thôngthường độ dài các gói tin là không cố định, hơn nữa nó lại có tính thay đổi mốiquan hệ giữa tốc độ kết nối đầu ra, số lượng gói tồn đọng và trễ gây ra bởi cácgói tồn đọng đó

2.3.1.2 Sự phân loại , hàng đợi và lập lịch

Như vậy chúng ta cần phải cải thiện điều gì? Những đặc tính trễ, Jitter, vàmất gói của một mạng IP đã có, cuối cùng chung quy lại là đặc tính QoS của cáckết nối và tính mềm dẻo của việc sử dụng hàng đợi, quản lý hàng đợi trong mỗirouter Nếu tải mạng vượt quá tốc độ dịch vụ thì một hàng đợi đơn tại mỗi điểmnghẽn nội sẽ không đủ khả năng đáp ứng Để thay thế cần phải có một hàng đợicho mỗi lớp lưu lượng có thể nhận biết cho các đặc tính độc lập như: trễ, biếnđộng trễ và mất gói được yêu cầu

Mỗi hàng đợi này chúng có các chính sách loại bỏ gói của bản thân nó (ví

dụ như: đối với hàng đợi khác nhau thì có thể có mức ngưỡng khác nhau, và cácgói được loại bỏ một cách ngẫu nhiên hay xác định) Tất nhiên nhiều hàng đợitrên giao diện đầu ra được sử dụng mà không có kỹ thuật để ấn định các gói tớihàng đợi phù hợp

Một phương pháp phân loại được yêu cầu trên sự tìm kiếm chuyển tiếpchặng kế tiếp truyền thống của router Cuối cùng, các hàng đợi phải chia sẻ tất cảkhả năng về giới hạn của kết nối đầu ra mà chúng cho ra Nhu cầu này bao hàmviệc thêm vào một kỹ thuật lập lịch cho các gói chuyển ra từ mỗi hàng đợi vànhư vậy có sự dàn xếp truy nhập kết nối trong khả năng điều kiểu và dự đoántrước

Các nhu cầu trước đây được giữ lại như một sự trình bày mà những mạngcho phép xác lập QoS yêu cầu những router có thể lập lịch (CQS), phân loại ,hàng đợi khác biệt cho tất cả các loại lưu lượng cần thiết

Hàng đợi Hàng đợi Hàng đợi

Hình 2.3: Phân loại, hàng đợi và lập lịch từng chặng cho phép hàng đợi và bộ

lập lịch có thể độc lập.

2.3.1.3 Chất lượng dịch vụ mức liên kết

Đôi khi bộ lập lịch của một router phải thực hiện nhiều hơn việc chèn lưulượng thông thường ở mức gói IP Khả năng của bộ lập lịch cho việc chèn lưulượng một cách trôi chảy thuộc hàng đợi khác nhau phụ thuộc kết nối biên ngoài

có thể truyền dẫn mỗi gói nhanh như thế nào Với các kết nối tốc độ cao (như làmạng SONET hoặc SDH 150 Mbps), một gói tin IP dài 1500 byte cần ít nhất 80

˜s để truyền dẫn Điều này cho phép bộ lập lịch phân chia băng thông kết nốitrong những khe thời gian 80 ˜s Tuy nhiên tại biên của mạng Internet, nhiều kếtnối đang vận hành tại tốc độ 1 Mbps hoặc thấp hơn – trong khoảng rộng từ 56đến 128 Kbps cho mạng số dịch vụ tích hợp (ISDN) ở Bắc Mĩ và Châu Âu, vàxuống tới 28,8 Kbps trong trường hợp kết nối modem dial-up

Một gói tin IP được truyền dẫn qua kết nối 128 Mbps mất khoảng 94 ms, làmột trở ngại về măt thời gian cho việc hoàn thành truyền dẫn Có hay không sựquan tâm đến sự ảnh hưởng của jitter có trong phân loại ở các hàng đợi khácnhau, các gói đó cũng trải qua biến động trễ 94 ms khi bộ lập lịch kéo gói tin

1500 byte từ các hàng đợi khác Rõ ràng điều này gây ra một số vấn đề nếu cácứng dụng QoS nhạy cảm được hỗi trợ ở khía cạnh xa hơn của các kết nối tốc độthấp thông thường

Giải pháp cơ bản là thực hiện việc bổ sung các đoạn các gói IP tại mức kết nối

nối bởi các phân đoạn hàng đợi tốt hơn là các gói nguyên vẹn Như vậy sự cho phép

bộ lập lịch chèn vào các đoạn biên giới (hình 2.4) Bằng cách chọn lựa kích thướcđoạn nhỏ hơn phù hợp như một tiếp cận cho phép lưu lượng IP nhạy cảm với Jitter

để tránh bị tồn đọng bên cạnh các gói IP dài

Pac-Hình 2.4: Sự phân đoạn trước lập lịch cải tiến việc chèn trên kết nối tốc độ thấp.

Mặc dù ATM ban đầu được thiết kết cho đường kết nối tốc độ cao, thiết kế của

nó phản ánh mối quan tâm tương tự với việc thu hẹp cực tiểu khoảng thời gian phânloại khi duy trì kết nối Tế bào ATM được thiết kế ngắn và mỗi chuyển mạch ATM

là một ví dụ về kiến trúc CQS Tế bào đến được xếp hàng để truyền phù hợp với nộidung trường nhận biết đường ảo (VPI) của chúng Sử dụng các trường nhận dạngVCI/VPI, VC để định Các chuyển mạch ATM tốt có các hàng đợi cho mỗi lớp lưulượng trên mỗi cổng cơ sở và các bộ lập lịch chuyển các tế bào ra ngoài mỗi cổngphù hợp với băng thông đảm bảo

2.3.2 Báo hiệu

Thừa nhận rằng có thể cung cấp hàng đợi khác nhau và lập lịch trên từngchặng cơ sở và có khả năng điều khiển dành riêng dưới tầng liên kết, yêu cầu nàytrở thành thiết lập hay sửa đổi một trong những phương thức thực tế của mạng.Việc này đòi hỏi sự kết hợp các phương thức thực tế dọc theo mỗi đường dẫn.Thuật ngữ chung cho quá trình này gọi là báo hiệu Hoạt động này thông báo chomỗi chặng dọc theo đường dẫn làm thế nào để chấp nhận lưu lượng cho phươngthức xử lý cụ thể nào được yêu cầu và loại yêu cầu xử lý nào

Báo hiệu có thể đạt bằng một số cách với mức độ thay đổi đặc tính thời gianmột cách linh hoạt và sự can thiệp của con người Tại một mức cực đại đặt báohiệu edge – to – edge năng động nơi mà mạng được thông báo mỗi thời điểm mộtlớp lưu lượng yêu cầu xác minh rõ ràng Mạng tự đáp ứng nhu cầu bằng cách thiếtlập nội dung thông tin thêm vào (hoặc thay đổi thông tin đang tồn tại) tại mỗichặng để đạt được phương thức edge – to – edge được yêu cầu Ví dụ giao thứcdành trước tài nguyên của IETF.

Các công nghệ mạng mới thường không có đầy đủ các giao thức báo hiệumạnh hoặc không hoàn chỉnh điều thực hiện tin cậy các giao thức báo hiệu tồntại Dưới hoàn cảnh như vậy mạng thường được cung cấp cho các dịch vụ mớithường bắt buộc con người tác động đến cấu hình ( hoặc cấu hình lại ) bộ điềukhiển của các kết nối

Bởi vì một số dòng liên kết và node trong một mạng thường là rất rộng lớn.Nhiều tính chất đang phát triển bộ điều khiển tập trung hoặc Server nơi mà cấuhình hoặc cung cấp xuất hiện thực sự Bộ điều khiển này sau đó phân phối mộtcách tự động, các quy tắc thích hợp tới các đường liên kết và các node trongmạng thay cho điều hành bằng con người Các thiết kế tiên tiến hơn cho phép bộđiều khiển này tự động tác động tới những điều kiện mạng thay đổi phù hợp vớibiện pháp chung Mặc dù vậy sơ đồ tập trung cũng tạo thành một cơ chế năngđộng, chúng khác với báo hiệu edge – to – edge là nó không điều khiển ngườidùng

Mặc dù hầu hết chúng ta thường nghĩ về báo hiệu và định tuyến như là cácgiao thức riêng biệt OSPF và BGP ( Open Sortest Path First và Border GatewayProtocol) là cơ chế của Internet cho sự thay đổi đồ hình báo hiệu Cơ chế này đảmbảo việc xây dựng bảng chuyển tiếp cập nhật, phản ánh thiết lập đường dẫn tốt nhấtqua mạng và có thể năng động cho việc thay đổi quy ước đồ hình Trước đó cơ chếnày ( OSPF và BGP ) có chất lượng như là giao thức báo hiệu Tuy nhiên tiêu điểmcủa chúng là bên trong mạng và hoạt động của chúng thường không được khai mào

rõ ràng bằng một số yêu cầu của người sử dụng Xa hơn, hoạt động của chúng đượcthiết kế chủ yếu cho kết quả xây dựng các đường dẫn, không cấp phát tài nguyênhoặc ưu tiên xử lý lưu lượng riêng dọc theo đường dẫn đó

Thông thường báo hiệu trong trường hợp IP có sự trù bị cho yêu cầu các hoạtđộng thêm vào được thiết lập QoS edge – to – edge đặc biệt và trên QoS nỗ lực tối

đa ngầm định, quá trình này có thể bao gồm (các hoạt động năng động hay một số

tổ hợp) Trong tất cả trường hợp quá trình thiết lập QoS edge – to – edge mongmuốn yêu cầu sự cân bằng thực sự của các tài nguyên từng chặng đang tồn tại vàcác đường dẫn mạng mở rộng

Khi một báo hiệu yêu cầu một đặc thù QoS thì có một số thay đổi cho sự cânnhắc Về lý thuyết, cả hai đường dẫn và tài nguyên dọc đường dẫn đến được mở cho

sự thay đổi Với một đường dẫn cho trước giao thức báo hiệu phải quyết định cóhoặc không có tài nguyên (như không gian hàng đợi, băng thông chia sẻ của kếtnối ) khả dụng dọc theo đường dẫn Nếu đường dẫn đầu tiên được kiểm tra khôngcung cấp QoS mong muốn thì một giao thức báo hiệu lý tưởng sẽ tìm đường dẫnkhác và cố gắng thêm một lần nữa

Trong quy ước IP không liên kết, lưu lượng phải đi theo các đường dẫnngắn nhất được thiết lập bởi các giao thức định tuyến (sử dụng bất cứ tham sốnào được định rõ bởi nhà điều hành mạng) Sau một kết quả phát triển của mộtIETF cơ chế báo hiệu RSVP hoàn toàn đi theo bất kỳ tuyến nào đang tồn tạitrong mạng, định tuyến theo đường dẫn không ngắn nhất có thể có QoS tốt hơn.RSVP tránh một số kỹ thuật của mạng IP đang tồn tại không sử dụng hoặc lặp lạihoạt động của giao thức định tuyến IP đang tồn tại và có thể được giới thiệu nhưmột phần cứng hoặc phần mềm đơn giản của các router đang tồn tại Tuy nhiênnếu tài nguyên bị can thiệp trên một đường dẫn ngắn nhất đặc biệt thì không cócon đường đơn giản tồn tại cho RSVP bắt buộc trên một đường dẫn dài hơn.Một vấn đề khác với báo hiệu là: một số lượng thông tin trạng thái thêm vàocác router phải mang, thông tin trạng thái các router cần để mô tả lưu lượng đặcbiệt Ví dụ thông tin tiêu đề IP dùng để phân loại gói để xử lý lưu lượng đặc Báohiệu thêm vào cho QoS chỉ số lượng bảng sử dụng giá trị bộ nhớ trong router.Một số giải pháp thực tế cho mạng IP: phải giải quyết những đòi hỏi mâuthuẫn thường xuyên của đường dẫn, không gửi số lượng thông tin trạng thái tăngvọt, tối ưu hoá được một tài nguyên lắp vào một cách năng động thay đổi định

tuyến và làm việc trong môi trường mà định tuyến và báo hiệu được tách riêngra.

2.3.3 Lập chính sách, nhận thực và quyết toán

Trong tình kinh tế thị trường chúng ta đặt ra câu hỏi, cần lựa chọn nhữngcông nghệ gì? nhưng rốt cuộc không ai từ chối dịch vụ tốt hơn nhưng giá cướccủa nó không cao hơn dịch vụ tốt nhất Tât nhiên, một vấn đề thực tế phát sinhngay lập tức nếu chúng ta không hỏi một giá cao hơn bình thường cho một dịch

vụ, dịch vụ khác thường – mọi người khác cũng muốn nó

Một số công nghệ mạng đưa ra các mức dịch vụ phân biệt cũng phải điềukhiển cũng phải phân biệt các mức dịch vụ đặc biệt sử dụng đúng mục đích ngườidùng Nếu mọi người có một mức dịch vụ tốt nhất sử dụng đúng mục đích tại cùngmột thời điểm, thì tài nguyên chạy bên ngoài mạng phải được thiết kế để xử lý.Thông thường các tài nguyên mạng bị hạn chế tại một số mức dịch vụ là khác nhau,như vậy tương ứng phần việc của khách hàng được phép hoặc không được phép truycập các mức dịch vụ của mình Việc sử dụng đúng mục đích này có thể được thiếtlập một số cách – Ví dụ tiền thù lao hoặc điều hành công tác (sắp xếp theo mứcđược quan trọng của người tiêu dùng)

Tất cả vấn đề thiết lập và duy trì giám sát các mức dịch vụ nhất định phải sửdụng đúng mục đích của một người dùng Đầu tiên là câu hỏi về kiểm soát Thứhai là vấn đề nhận thực (cung cấp thực thể hiện tại đang sử dụng mạng ngườidùng yêu cầu, trong suốt quá trình đàm phán việc sử dụng đúng mục đích loạitruyền dẫn lưu lượng kế tiếp) Thứ ba là vấn đề thanh toán (khai thác lệ phí từngười dùng) nếu lệ phí được sử dụng để thiết lập việc sử dụng đúng mục đích Tất cả ba vấn đề trên được kết hợp chặt chẽ trong báo hiệu của mạng Bởi vì

hệ thông báo hiệu của mạng phải thiết lập mức dịch vụ edge – to – edge yêu cầu vàkết hợp chúng với lưu lượng đến từng người dùng Nếu người dùng sử dụng mộtcách năng động báo hiệu edge – to – edge để bàn về việc sử dụng đúng mục đíchthì chính giao thức báo hiệu phải kết hợp chặt chẽ với các cơ chế kiểm soát, nhậnthực và quyết toán

Bản chất ở đây mạng phải có khả năng nhận dạng được yêu cầu của ngườidùng và sử dụng các mức dịch vụ đặc biệt Nhưng người dùng phải thanh toán cho

nó Tuy nhiên người dùng cũng phải được thanh toán xác đáng cho mức dịch vụ

Có hai vấn đề phát triển nếu nhà cung cấp dịch vụ quyết định hợp nhấtthành phần chi trả hợp lí Trong chi phí sử dụng đúng mục đích Thứ nhất là sựnhất trí trong sự không rõ ràng trên sự hợp thành một thông số thực tế sử dụng, là

sự đếm gói, sự bùng nổ, băng thông đỉnh …Thứ hai là sau khi chúng ta quyếtđịnh trên một đơn vị mà chúng ta nghĩ rằng khách hàng sẽ hiểu, chúng ta đối mặtvới vấn đề đo lường chính xác trong công việc và kết hợp các phép đo đáng tincậy tới người dùng đặc biệt

QoS trong mạng IP Kết luận