quản lý dịch vụ trong mạng ngn

NGN vẫn cung cấp các dịch vụ thoại khác nhau hiện cĩ nhưngcác dịch vụ thoại trong NGN khơng giống hệt trong các dịch vụ thoạitruyền thống, dịch vụ vẫn đảm bảo với cơng nghệ, khả năng cun

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TPHCM

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ

NỘI DUNG

I GIỚI THIỆU DỊCH VỤ

1.1 Giới thiệu chung về dịch vụ

1.2 Nhu cầu NGN của các nhà cung cấp dịch vụ

1.3 Yêu cầu của khách hàng

II PHÂN LOẠI DỊCH VỤ

2.1 Dịch vụ thoại (Voice Telephony)

2.2 Dịch vụ dữ liệu ( Data Service)

2.3 Dịch vụ đa phương tiện (Multimedia Service) 2.4 Dịch vụ sử dụng mạng riêng ảo (VPN)

2.5 Dịch vụ mạng máy tính (PNC-Public Network Computing)

2.6 Dịch vụ bản tin hợp nhất (Unified Messaging) 2.7 Dịch vụ môi giới thông tin ( Information Brokering)

2.8 Dịch vụ thương mại điện tử (E-commerce)

2.9 Các dịch vụ chuyển cuộc gọi (Call Center Service)

2.10 Trò chơi tương tác trên mạng (Interactive Gaming)

2.12 Thực tế ảo phân tán (Distributed Virtual Reality)

2.12 Dịch vụ quản lý tại nhà (Home Manager) III QoS – Quản lý chất lượng dịch vụ

3.1 Giới thiệu về chất lượng dịch vụ

3.2 Các vấn đề chung của chất lượng dịch vụ QoS

3.7 Kỹ thuật đảm bảo chất lượng dịch vụ

3.8 Các kỹ thuật phục vụ QoS

3.8.1 Dịch vụ cố gắng tối đa (Best Effort)

3.8.2 Tích hợp dịch vụ intserv

3.8.3 MƠ HÌNH PHÂN BIỆT DỊCH VỤ DIFFSERV

3.8.4 IP QoS VÀ CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC

MPLS IV.TỔNG KẾT

I GIỚI THIỆU DỊCH VỤ

1.1 Giới thiệu chung về dịch vụ

Sự cạnh tranh trong lĩnh vực mạng thông tin và viễn thông => các công tybuộc phải tìm ra phương thức mới nhằm giữ và thu hút khách hang

Các công ty phải tìm ra lối đi riêng để tạo sự khác biệt với các nhà cungcấp khác vd như các phương thức mới để đóng nhãn và đóng gói dịch vụ, giảmchi phí hoạt động…

Mạng NGN có khả năng hỗ trợ cho tất cả các dịch vụ trên mạng truyềnthông, từ dịch vụ thoại cơ bản (Basic Voice Telephony Services) cho đến cácdịch vụ dữ liệu, hình ảnh, đa phương tiện, băng thông tiên tiến ( AdvancedBroadband ), và các ứng dụng quản lý ( Management Application )

NGN tập trung 3 loại mạng chính: mạng thoại PSTN, mạng di động, mạngInternet Cấu trúc này phân phối toàn bộ các phương thức truy nhập, hầu hết cáccông nghệ và ứng dụng mới => tạo ra nhiều dịch vụ mới

Có 3 loại dịch vụ chủ yếu trong NGN: dịch vụ thời gian thực và thời giankhông thực, dịch vụ nội dung, dịch vụ quản lý Các dịch vụ này giúp cho cácnhà khai thác có sự điều khiển, bảo mật và độ tin cậy tốt hơn đồng thời giảm chiphí vận hành => các nhà cung cấp dịch vụ nhanh chóng có nguồn thu mới

NGN có khả năng cung cấp các yêu cầu đặc biệt của khách hàng công ty,văn phòng ở xa, văn phòng nhỏ, nhà riêng… Nó hợp nhất thoại hữu tuyến và vôtuyến, dữ liệu, video… bằng cách sử dụng chung một lớp truyền tải gói

1.2 Nhu cầu NGN của các nhà cung cấp dịch vụ

Các nhà cung cấp đang cạnh tranh đưa ra các dịch vụ hấp dẫn để kiếm đượcnhiều khách hàng Do đó, nếu nhà cung cấp dịch vụ muốn thành công trong thờiđại mới, họ buộc phải thêm giá trị vào các dịch vụ truyền thống của mình NGN

hỗ trợ các dịch vụ mới tiên tiến nên sẽ giúp họ giữ được khách hàng và mở rộngthị trường

NGN cho phép cung cấp những dịch vụ mới và phức tạp với chi phí rẻ hơnbằng cách xây dựng mối liên hệ với các dịch vụ truyền tải truyền thống NGNcòn làm giảm thời gian thương mại hóa và xoay vòng vốn nhanh hơn khi cung

cấp các dịch vụ mới Và sau cùng ,NGN mở rộng các dịch vụ tiên tiến, tăng khảnăng cạnh tranh và mở rộng khả năng thâm nhập thị trường.

1.3 Yêu cầu của khách hàng

•Dịch vụ kết nối từ xa, dịch vụ văn phịng như thoại, fax, internet

•Dung lượng băng thơng trung bình

•QoS: ít quan trọng

II PHÂN LOẠI DỊCH VỤ

2.1 Dịch vụ thoại (Voice Telephony)

NGN vẫn cung cấp các dịch vụ thoại khác nhau hiện cĩ nhưngcác dịch vụ thoại trong NGN khơng giống hệt trong các dịch vụ thoạitruyền thống, dịch vụ vẫn đảm bảo với cơng nghệ, khả năng cungcấp, giám sát, điều khiển và tính cước dịch vụ được nâng cao.Một

số dịch vụ thoại mới của NGN

2.2 Dịch vụ dữ liệu ( Data Service)

Cho phép kết nối dữ liệu giữa các đầu cuối, cùng với việc cung cấp băngthơng theo yêu cầu, tính tin cậy, phục hồi nhanh kết nối, các kết nối chuyểnmạch ảo, quản lý dải tần, điều khiển cuộc gọi…Tĩm lại các dịch vụ dữ liệu cĩkhả năng thiết lập kết nối theo băng thơng và chất lượng dịch vụ QoS theo yêucầu

2.3 Dịch vụ đa phương tiện (Multimedia Service)

Dịch vụ này cho phép nhiều người cĩ thể tương tác với nhau qua nhiềuphương tiện khác nhau như thoại, video hay dữ liệu Mọi người cĩ thể vừa nĩichuyện với nhau vừa hiển thị hình ảnh và trao đổi thơng tin dưới dạng file dữliệu

2.4 Dịch vụ sử dụng mạng riêng ảo (VPN)

VPN là một mạng riêng sử dụng hệ thống mạng cơng cộng (thường làInternet) để kết nối các địa điểm hoặc người sử dụng từ xa với một mạng LAN ởtrụ sở trung tâm Thay vì dùng kết nối thật khá phức tạp như đường dây thuê bao

số, VPN tạo ra các liên kết ảo được truyền qua Internet giữa mạng riêng của một

tổ chức với địa điểm hoặc người sử dụng ở xa

Cĩ hai loại dịch vụ mạng riêng ảo (Virtual Private Network-VPN) đangđược sử dụng Mạng thoại ảo (Voice VPN) tăng cường khả năng kết nối của cácdoanh nghiệp tại nhiều địa điểm bằng việc hợp nhất mạng nội bộ ảo của họ vớimột phần của mạng thoại cơng cộng (PSTN) Mạng dữ liệu ảo (Data VPN) cungứng bảo mật nâng cao và các tính năng mạng khác tạo cho khách hàng chia sẻmạng IP như mạng nội bộ của họ

2.5 Tính toán mạng công cộng (PNC-Public Network Computing)

Cung cấp các dịch vụ tính tốn dựa trên cơ sở mạng cơng cộng cho thươngmại và các khách hàng Ví dụ, nhà cung cấp mạng cơng cộng cĩ thể cung cấpcác khả năng lưu trữ và xử lý riêng như: Tổ chức trang web, lưu trữ, bảo trì, saolưu các file số liệu hoặc chạy một ứng dụng tính tốn Cung cấp các dịch vụthương mại như: Lập kế hoạch tài nguyên xí nghiệp (ERP – EnterpricesResourse Planning), báo cáo lịch trình (time reporting), hố đơn chứng thực(Vouchers),…hoặc các ứng dụng của khách hàng (Taxcut, kitchen remodelingprogram…) với tất cả hoặc một phần các lưu trữ và xử lý xảy ra trên mạng Nhàcung cấp mạng cơng cộng cĩ thể lập hĩa đơn chi phí theo giờ, ngày, tuần…

2.6 Dịch vụ bản tin hợp nhất (Unified Messaging)

Hỗ trợ các dịch vụ voice mail, email, fax mail, pages qua các giao diệnchung Thơng qua giao diện chung này, người sử dụng sẽ truy nhập, cũng như làđược thơng báo, các loại bản tin khác nhau độc lập với phương tiện truy nhập(cĩ dây, khơng dây hoặc máy di động, máy tính, hoặc thiết bị dữ liệu vơ tuyến).Đặc biệt kỹ thuật chuyển đổi lời nĩi sang file văn bản và ngược lại được thựchiện ở server ứng dụng được sử dụng ở dịch vụ này

2.7 Dịch vụ môi giới thông tin ( Information Brokering)

Bao gồm quảng cáo, tìm kiếm và cung cấp thơng tin tới các khách hàngtương ứng với nhà cung cấp

2.8 Dịch vụ thương mại điện tử (E-commerce)

Cho phép người dùng mua hàng, dịch vụ qua mạng; cĩ thể bao gồm cả việc

xử lý tiến trình, kiểm tra thơng tin thanh tốn, cung cấp khả năng bảo mật…Dịch vụ thương mại điện tử cịn được mở rộng sang lĩnh vực di động (m-ecommerce – mobile ecommerce) cho phép ta tham gia vào thị trường thươngmại điện tử (mua và bán) qua các thiết bị di động cầm tay

2.9 Dịch vụ trung tâm cuộc gọi (Call Center Service)

Một thuê bao cĩ thể chuyển một cuộc gọi thơng thường đến trung tâm phânphối cuộc gọi bằng cách kích chuột lên trang Web Cuộc gọi cĩ thể được địnhđường đến một tác nhân thích hợp, tác nhân này cĩ thể được nằm ở bất cứ đâuthậm chí là ở nhà (Như trung tâm cuộc gọi ảo – Virtual call centres) Các cuộcgọi thoại và các tin nhắn email cĩ thể được xếp hàng giống nhau đến các đại lý.Các đại lý truy nhập điện tử đến khách hàng, danh mục, nguồn cung cấp vàthơng tin yêu cầu, cĩ thể được truyền qua lại giữa khách hàng và đại lý

2.10 Trò chơi tương tác trên mạng (Interactive Gaming)

Cung cấp cho khách hàng phương thức gặp nhau trực tuyến và tạo ra cáctrị chơi tương tác dựa trên mơi trường ảo là một kiểu giao diện mới và hấp dẫn,dựng lên một thế giới thực trong tưởng tượng Mơi trường này làm việc trongthời gian thực, cho phép người sử dụng điều hướng và tương tác với các hìnhảnh ba chiều trong thế giới ảo (các trị chơi thể thao, chơi bài hoặc võ lâm truyềnkỳ )

2.11 Thực tế ảo phân tán (Distributed Virtual Reality)

Dịch vụ thực tế ảo phân tán là ứng dụng của mơi trường ảo, trong đĩ cĩtham chiếu đến sự thay đổi được tạo ra cĩ tính chất kỹ thuật của các sự kiện, conngười, địa điểm, kinh nghiệm…của thế giới thực, ở đĩ những người tham dự vàcác nhà cung cấp kinh nghiệm ảo cĩ thể ở các địa điểm phân tán khác nhau Cácdịch vụ này yêu cầu sự phối hợp rất phức tạp của các tài nguyên khác biệt

2.12 Dịch vụ quản lý tại nhà (Home Manager)

Với sự ra đời của các thiết bị thơng minh, các dịch vụ này cĩ thể giám sát

và điều khiển các hệ thống bảo vệ ở nhà, các hệ thống giải trí và các hệ thống,

dụng cụ khác tại nhà Tưởng tượng rằng bạn đang xem tivi mà có chuông cửa,bạn chỉ cần dùng điều khiển tivi từ xa để theo dõi trên màn hình xem ai vừa bấmchuông nhà bạn hoặc bạn có thể quan sát ngôi nhà của mình trong khi đi vắng.Ngoài các dịch vụ đã nêu ở trên còn có nhiều dịch vụ khác có thể triển khaitrong môi trường NGN như các dịch vụ ứng dụng trong y học, chính phủ điện

tử, nghiên cứu đào tạo từ xa, nhắn tin đa phương tiện v.v Như vậy các dịch vụcủa mạng thế hệ sau là rất đa dạng và phong phú và việc xây dựng phát triển,triển khai chúng là hệ thống mở và linh hoạt.Vì thế, môi trường NGN rất thuậntiện cho nhà cung cấp dịch vụ mạng và ứng dụng triển khai dịch vụ đến chokhách hàng

III QoS – Quản lý chất lượng dịch vụ

3.1 Giới thiệu về chất lượng dịch vụ

Vấn đề cung cấp chất lượng dịch vụ trên mạng IP được quan tâm từ nhữngnăm 80 và phát triển mạnh từ đầu những năm 90 đến nay Cung cấp chất lượngdịch vụ trên mạng IP cho phép đảm bảo chất lượng của các ứng dụng thời gianthực như VoIP, Video Streaming và hạn chế nghẽn mạng Để giải quyết vấn đềtrên, có hai giải pháp cơ bản

- Thứ nhất là nâng cấp tài nguyên mạng, nhưng tốn kém và chỉ đáp ứng

được đến một giới hạn nào đó

- Thứ hai bổ sung cơ chế quản lý, phân phối tài nguyên mạng để đảm bảo

chất lượng dịch vụ (QoS) IETF (Internet Engineering Task Force) và IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) đã đưa ra nhiều chuẩn về lĩnhvực này Một số nhà cung cấp thiết bị mạng như Cisco, Nortel, Extreme,… đã

hỗ trợ chất lượng dịch vụ trong các bộ định tuyến Tuy nhiên cho đến nay, các

mô hình chất lượng dịch vụ vẫn đang trong giai đoạn phát triển và hoàn thiện

3.2 Các vấn đề chung của chất lượng dịch vụ QoS

Chất lượng dịch vụ QoS là một khái niệm rộng và có thể tiếp cận theonhiều hướng khác nhau

Theo khuyến nghị E 800 ITU-T chất lượng dịch vụ là “Một tập các khía

cạnh của hiệu năng dịch vụ nhằm xác định cấp độ thoả mãn của người sử dụng đối với dịch vụ”

ISO 9000 định nghĩa chất lượng là “cấp độ của một tập các đặc tính vốn

có đáp ứng đầy đủ các yêu cầu”

Trong khi IETF [ETSI - TR102] nhìn nhận QoS là khả năng phân biệt

luồng lưu lượng để mạng có các ứng xử phân biệt đối với các kiểu luồng lưu lượng, QoS bao trùm cả phân loại hoá dịch vụ và hiệu năng tổng thể của mạng cho mỗi loại dịch vụ.

Một tính chất chung của chất lượng dịch vụ là: “Hiệu ứng chung của đặc

tính chất lượng dịch vụ là xác định mức độ hài lòng của người sử dụng đối với dịch vụ”

Ngoài ra, QoS mang một ý nghĩa là “khả năng của mạng đảm bảo và duy

trì các mức thực hiện nhất định cho mỗi ứng dụng theo như các yêu cầu đã được chỉ rõ của mỗi người sử dụng”

Chất lượng dịch vụ QoS được nhìn nhận từ hai khía cạnh: phía người sửdụng dịch vụ và phía mạng

Từ khía cạnh người sử dụng dịch vụ, QoS được coi là mức độ chấp nhận

dịch vụ của người sử dụng và thường được đánh giá trên thang điểm đánh giátrung bình MoS (Mean of Score) QoS cần được cung cấp cho mỗi ứng dụng đểngười sử dụng có thể chạy ứng dụng đó và mức QoS mà ứng dụng đòi hỏi chỉ cóthể được xác định bởi người sử dụng, bởi vì chỉ người sử dụng mới có thể biếtđược chính xác ứng dụng của mình cần gì để hoạt động 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 MOS dao động từ mức (1-tồi) đến mức (5- xuất sắc) và các nhà cung cấp dịch vụ dựa vào mức MOS này

để đưa ra mức chất lượng dịch vụ phù hợp cho dịch vụ của mình (5-Excellent,4-Good, 3-Fair, 2-Poor, 1-Bad.)

Các yếu tố ảnh hưởng đến sự suy giảm R là loại mã hoá, độ trễ, tiếng dội,mất gói, và thuật toán mã hoá thông tin

Từ khía cạnh dịch vụ mạng, QoS liên quan tới năng lực cung cấp các yêu

cầu chất lượng dịch vụ cho người sử dụng Có hai kiểu năng lực mạng để cungcấp chất lượng dịch vụ trong mạng chuyển mạch gói

vụ.

 Thứ hai, một khi mạng có các lớp dịch khác nhau, mạng phải có cơ chế ứng xử khác nhau với các lớp bằng cách cung cấp các đảm bảo tài nguyên

và phân biệt dịch vụ trong mạng.

Các khía cạnh của chất lượng dịch vụ

Các phương pháp cơ bản để xác định chất lượng dịch vụ mạng bao gồm

quá trình phân tích lưu lượng và các điều kiện của mạng, thông qua các bài toánđược mô hình hoá hoặc đo kiểm trực tiếp các thông số mạng để đánh giá các tiêuchuẩn khách quan

Mức độ chấp nhận dịch vụ từ phía người sử dụng có thể được kiểm tra

qua các thông số mạng như khả năng tổn thất gói, độ trễ, trượt và xác suất tắcnghẽn Số lượng và đặc tính các tham số chất lượng phụ thuộc rất lớn vào cơ cấumạng cung cấp dịch vụ

3.3 Các tham số chất lượng dịch vụ

Các yêu cầu chất lượng dịch vụ phải được biểu thị theo các tham số QoS đođược Các tham số thông thường nhất thường được biết đến là các tham số: băngthông, độ trễ, trượt, giá và xác suất mất gói.

Các tham số sử dụng để tính toán QoS có thể tuỳ thuộc vào kiểu mạng:băng thông, độ trễ, giá và độ tin cậy là các tham số thường được sử dụng trongmạng IP; sự biến đổi tốc độ tế bào, tỉ lệ mất tế bào và trễ chuyển giao là cáctham số thường sử dụng trong mạng ATM;

QoS cố gắng cải tiến chất lượng của mạng Để cải thiện hiệu suất mạng vàcác tính năng của QoS ảnh hưởng tới mạng, QoS điều khiển các đặc tính sau :

- Băng thông - Bandwidth

Băng thông là số lượng bit trong một giây có thể gởi trên đường truyền.

Băng thông thường bằng với tốc độ của đường truyền vật lý hay xung clock củathiết bị kết nối đó Trong vài trường hợp nó nhỏ hơn tốc độ thực sự của đườngliên kết

Cách tốt nhất để cải thiện băng thông đó là cung cấp thêm nhiều băngthông hơn Nếu hệ thống có đủ khả năng để đáp ứng điều đó thì sẽ tối ưu đượcchất lượng đường truyền

Các công cụ QoS nâng cao băng thông bằng việc giảm số lượng bit cần đểtruyền dữ liệu bằng cách dùng các công cụ nén Một công cụ khác của QoS làCAC (Call Admission Control) quyết định khi nào mạng chấp nhận cuộc gọithoại hay truyền hình mới, nếu nó không được chấp nhận bởi CAC do nhiềuthông số trong đó có băng thông, thì nó sẽ được tái định tuyến trở lại dựa vàoVoIP thông qua PSTN ( Public-Switched Telephone Network )

Các công cụ sắp xếp (queueing) có thể ảnh hưởng tới một lượng băngthông nhất định tùy vào loại traffic nhận được Các công cụ sắp xếp sẽ tạo ranhiều hàng đợi và sau đó các gói tin được đưa vào chúng dựa vào giải thuật lậpdanh mục (schedule) Giải thuật đó thêm vào một tính năng để bảo đảm lượngbăng thông tối thiểu cho một hàng đợi cụ thể

Tóm tắt công cụ QoS ảnh hưởng lên bandwidth

- Thời gian trễ - Delay:

Mọi gói tin trong mạng đều có một thời gian trễ trong suốt quá trình chúngđược gởi đi và đến được đích

Delay là hiện tượng xảy ra thường xuyên trên mạng Trong vài trường hợpdelay nhỏ đến mức không đáng kể, nhưng chúng có thể sẽ trở nên lớn hơn khảnăng xử lý của hệ thống Mỗi dạng delay không phụ thuộc cụ thể vào loại trafficnào

Sau đây là các dạng trễ xảy ra trong hệ thống mạng:

Serialization

delay (cố định)

Thời gian để đặt tất cả các bitcủa một frame trên đườngtruyền vật lý Tùy thuộc vàokích thước frame và tốc độđường truyền vật lý

Ngõ ra của các interfacevật lý; Không ảnh hưởngtrên đường truyền T3(45Mbit/s) hay nhanhhơn

Propagation

delay (cố định)

Thời gian cần cho 1 bit đingang qua đường truyền vật

lý từ đầu này sang đầu kia

Dựa trên tốc độ của ánh sángtrên đường truyền và độ dàicủa đường truyền

Mỗi đường liên kết vật

lý Không ảnh hưởngtrên đường truyền trongmạng LAN và WAN vớikhoảng cách ngắn

Queuing delay

(thay đổi)

Thời gian chờ trong hàngđợi để được chuyển đi(output queuing), hay chờ để

Thường xảy ra ở outputInterfaces Ít xảy ra ởhàng đợi vào của Router

có cơ hội lưu thông trênđường truyền tới đích (inputqueuing).

mà xảy ra nhiều ở LANswitch

Trên mỗi thiết bịswitching bao gồm cảrouter, Lan switches,Frame Relay switches vàATM switches

Shaping delay

(thay đổi)

Trì hoãn việc truyền cácpacket trong shaping đểtránh việc mất gói tin giữacác mạng Frame Relay vàATM

Bất cứ nơi đâu màshaping được cấu hìnhthường là trên các router,khi gởi các packet tớimạng Frame Relay hayATM

Network delay

(thay đổi)

Thời gian trễ được tạo ra bởicác thành phần chuyển đicủa mạng khi sử dụng mộtdịch vụ Ví dụ như là chuyểncác khung Frame Relay khi

mà nó đi qua mạng FrameRelay

Bên trong mạng của nhàcung cấp dịch vụ

Các dạng trễ xảy ra trong hệ thống mạng

-Trễ không đồng bộ - Jitter:

Các gói tin liên tục có độ trễ khác nhau sẽ tạo ra jitter Trong mạng cónhiều bộ phận có độ trễ khác nhau luôn luôn gây ra jitter và câu hỏi đặt ra là khinào jitter đủ lớn để ảnh hưởng tới các dịch vụ Âm thanh và hình ảnh nhanhchóng bị giảm chất lượng khi jitter xảy ra còn các ứng dụng thì chịu lỗi tốt hơnmặc dù nếu có quá nhiều jitter sẽ ảnh hưởng tới các ứng dụng đang giao tiếp.Sau đây là một vài công cụ có thể làm giảm Jitter của QoS :

Loại công cụ QoS Sự ảnh hưởng đối với Jitter

Sắp xếp – Queuing Cho phép sắp xếp các packet sao cho

các packet nhạy với delay sẽ rời hàngđợi nhanh hơn các gói

Nén – Compression Nén cả header và dữ liệu, giảm số

lượng bit truyền Sử dụng ít băng thông

và hàng đợi hơn sẽ giảm delay mặc dù

sẽ tạo ra thời gian trễ cho việc xử lý

Traffic shaping Tạo ra delay một cách giả tạo để hạn

chế việc loại bỏ packet trong mạngFrame Relay và ATM

-Mất gói tin – Packet loss:

Router mất hay loại bỏ (drop) packet do nhiều nguyên nhân mà hầu hếtQoS không làm gì hơn được Mặc dù vậy QoS có thể giảm thiểu việc mấtpacket Ngày nay, các packet bị mất do các bit lỗi là rất nhỏ mà chủ yếu là dohàng đợi và bộ nhớ đệm quá đầy nên packet bị loại bỏ Ví dụ một hàng đợi cókích thước 40 nhận được 50 packet liên tục nhau, khi 40 chỗ trong hàng đợi đãđầy thì 10 packet cuối sẽ bị drop Trong thực tế có một vài packet sẽ được gởi

đi trước khi nhận hết 50 packet nên số packet bị mất sẽ ít hơn 10 nhưng cũng làmột số lớn Một vài dòng dữ liệu chịu lỗi mất packet cao hơn các loại khác Đốivới dữ liệu dạng voice chỉ cần một vài packet liên tục nhau bị mất thì sẽ dẫn đến

bị mất âm thanh hoàn toàn, ngược lại web traffic thì chịu lỗi tốt do sử dụng TCP

để phục hồi dữ liệu

Packets cuối cùng sẽ bị drop theo cơ chế tail drop.

Ngoài ra, phương pháp cung cấp nhiều băng thông hơn cũng là một giảipháp để ngăn chặn mất packet, nhiều băng thông hơn cho phép truyền dữ liệunhanh hơn, giảm độ dài hàng đợi và sẽ ít bị đầy hơn do đó sẽ giảm được hiệntượng cắt đuôi (tail drop) xảy ra

Cùng với việc sử dụng một bộ công cụ giảm ảnh hưởng của việc mấtpacket trong co hệ thống là Random Early Detection (RED), TCP dùng phươngpháp windowing để giới hạn lượng dữ liệu do người dùng gởi tới mà không cầnphải trả lời

Mỗi TCP window cho mỗi kết nối TCP khác nhau lớn lên và co lại phụthuộc vào nhiều yếu tố RED làm việc dưới sự giả định rằng nếu một vài kết nốiTCP có thể làm windows của những packet co lại trước khi chúng được đưa vàohàng đợi xuất thì chúng sẽ được gởi đi với kích thước nhỏ hơn và hàng đợi sẽ

không bị làm đầy Trong khoảng thời gian hàng đợi còn trống thì RED sẽ khôngthông báo cho nơi gởi TCP biết để giảm tốc độ lại bởi vì điều đó không cầnthiết.

RED chỉ loại bỏ vài gói tin trước khi hàng đợi trở nên đầy và bắt đầu thựchiện cơ chế cắt đuôi tail-drop Các công cụ sắp xếp sẽ quản lý phía đầu hàng đợicòn công cụ RED thì quản lý cuối hàng đợi Bởi vì hầu hết traffic đều dựa trêngiao thức TCP và TCP sẽ làm chậm việc gởi các packet bằng cách giảm kíchthước window của nó sau khi packet trước đó bị mất, RED giảm tải các packet

đi vào mạng trước khi hàng đợi bị đầy TCP sử dụng window để qui định baonhiêu dữ liệu sẽ được gởi trước khi nhận được gói ACK phản hồi TCP thay đổikích thước window một cách tự động dựa vào một vài yếu tố trong đó có sự mấtgói tin Khi xảy ra lỗi, window sẽ giảm kích thước còn 50% kích thước windowtrước đó

Với RED trước khi tail-drop xảy ra, RED loại bỏ một vài packet, chỉ cầnmột số kết nối bị chậm lại mà thôi Bằng cách cho phép chỉ vài TCP windowgiảm kích thước do đó có thể tránh được hiện tượng tail-drop và hầu hết ngườidùng sẽ nhận được sự trả lời nhanh hơn Với những kết nối TCP bị RED loại bỏpacket, thời gian trả lời tạm thời bị gián đoạn, điều này vẫn tốt hơn là tất cả user

sẽ cảm thấy mạng bị tắc nghẽn

Các công cụ sắp xếp phục vụ cho nhiều nhiệm vụ khác nhau, trong đó có

sự hạn chế mất packet Bởi vì sự thất thoát packet xảy ra khi hàng đợi bị đầy và

do các phương pháp sắp xếp hàng đợi cung cấp khả năng để cấu hình mở rộngcho hàng đợi nên làm cho hàng đợi dài hơn để giảm sự thất thoát Song thời giantrễ do sắp xếp sẽ tăng lên

Ảnh hưởng của Queuing đối với Packet Loss

Ví dụ trong hình trên cho thấy hàng đợi FIFO được sử dụng Với các trafficnhạy cảm với trễ thì phải đợi sau 49 packet khác sẽ không tốt Tuy vậy các ứngdụng nhạy với loss nhưng không nhạy với delay thì một hàng đợi dài hơn sẽ tốthơn Trong trường hợp này ta phải đặt các gói tin nhạy cảm với delay sang mộthàng đợi khác riêng biệt với traffic nhạy cảm với loss và cả hai hàng đợi này sẽlàm việc song song với nhau

3.4 Cơ cấu QoS

Các thành phần trong cơ cấu đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS

 Module kiểm tra quản lý QoS chịu trách nhiệm kiểm tra độ khả dụng củanguồn tài nguyên so với các yêu cầu và ra quyết định có cho phép các yêu cầumới hoặc không Một khi yêu cầu đảm bảo QoS từ đầu cuối tới đầu cuối cần tàinguyên tổng thể, các nguồn tài nguyên được phục vụ dựa trên quyết định điềukhiển quản lý nhưng chúng được cam kết khi kiểm tra điều khiển quản lý thànhcông

3.4.2 Điều khiển QoS

Thành phần điều khiển QoS hoạt động theo thước đo thời gian tại các tốc

độ truyền thông tin, thành phần này cung cấp điều khiển lưu lượng thời gianthực dựa trên các yêu cầu mức QoS từ giai đoạn cung cấp QoS Thành phần nàygồm các module sau:

 Module lập lịch luồng quản lý các luồng chuyển tiếp theo cùng mộtcách thức ở cả hệ thống kết cuối và mạng Các luồng có đặc tính riêng tại hệthống kết cuối sẽ tập hợp và liên kết trong lưu đồ được lập lịch bởi mạng.

 Module định hướng luồng điều chỉnh các luồng lưu lượng dựa trêncác mức yêu cầu QoS, nó bao gồm các thuật toán để phân tích và định hướngcác luồng tổ hợp tại biên mạng và lập lịch trong mạng để cung cấp hiệu năngcao nhất

 Module chính sách thường sử dụng trong điều kiện lưu lượng ngườidùng chuyển qua vùng biên quản lý và cần loại bỏ giám sát Chính sách được sửdụng để theo dõi khi nào nhà cung cấp duy trì các điều kiện QoS hoặc không

 Module đồng bộ luồng được yêu cầu để điều khiển các sự kiện tươngtác đa phương tiện theo trình tự và thời gian chính xác

 Module khả dụng QoS cho phép ứng dụng chỉ rõ các tham số QoS giam sát vàphản hồi để nhận ra hiệu năng cần thiết

 Module quản lý QoS cho phép so sánh mức QoS kiểm tra với hiệu năng mongmuốn và điều khiển tối ưu để đưa ra mức chất lượng dịch vụ Module này cũngđảm trách các vấn đề liên quan tới xử lý và khôi phục lỗi trên liên kết và tại cácnode Để duy trì các mức QoS cung cấp cần sử dụng các phương pháp đo lưulượng nhằm giám sát và điều khiển lưu lượng mạng

 Modlue phân mức QoS gồm các phép đo để gia tăng sự phân mức cho kiến trúcQoS, các ứng dụng đa phương tiện cần có các phân mức nhằm thoả mãn các yêucầu băng thông dòi hỏi khác nhau Module này gồm các thành phầnnhư bộ lọcQoS, tập hợp và kiến trúc phân lớp QoS

3.5 Một số tham số cơ bản ảnh hưởng tới QoS IP thực tế

Cùng với các ứng dụng mới được bổ sung vào mạng internet là các yêu cầuchất lượng dịch vụ Một số vấn đề liên quan tới chất lượng dịch vụ IP được nhìnnhận từ phía người sử dụng là: Một số ứng dụng chậm; các ứng dụng video cóchất lượng thấp; các dịch vụ IP telephony có chất lượng không đảm bảo; thờigian chuyển giao và truyền tải lưu lượng lớn có thời gian dài Từ góc độ mạng,các vấn đề trên có thể định lượng qua các tham số QoS của mạng như: Băngthông, độ trễ, trượt mất gói và điều khiển quản lý

-Băng thông

Băng thông là một trong những tham số quan trọng nhất của chất lượngdịch vụ IP Sự thiếu hụt băng thông trong mạng Internet thường xuyên xảy ra dorất nhiều nguyên nhân, bản thân nguồn tài nguyên mạng không đủ đáp ứng hoặccác luồng lưu lượng cùng tranh chấp một số nguồn tài nguyên

Băng thông khả dụng

Băng thông lớn nhất của tuyến liên kết bằng giá trị băng thông lớn nhất củamột đoạn liên kết Băng thông khả dụng được tính tương đối qua giá trị băngthông lớn nhất và lượng băng thông của luồng lưu lượng Tính toán băng thôngkhả dụng tương đối phức tạp vì tham số băng thông mang tính lõm

Một số giải pháp đã được đưa ra nhằm giải quyết vấn đề sử dụng băngthông không hiệu quả gồm:

 Tiếp cận tốt nhất là tăng dung lượng liên kết để phù hợp với tất cả các ứng dụng

và người sử dụng với một số lượng băng thông dư Giải pháp này gặp phải một

số điểm hạn chế thực tế như thời gian, tiền và đôi khi còn từ giới hạn của côngnghệ trong quá trình nâng cấp hệ thống

 Một lựa chọn khác là sử dụng phân loại lưu lượng thành các lớp QoS và sắp xếpthứ tự ưu tiên các luồng lưu lượng quan trọng Đây là giải pháp thường sử dụnghiện nay với rất nhiều cơ cấu kỹ thuật thường được các nhà cung cấp thiết bị hỗtrợ trực tiếp trên hệ thống của họ.

 Tối ưu đường liên kết bằng cách nén các khung tải tin nhằm tăng băng thôngkhả dụng của liên kết Nén dữ liệu có thể thực hiện bằng phần cứng hoặc phầnmềm qua các thuật toán nén Vấn đề khó khăn nảy sinh trong giải pháp này làquá trình nén và giải nén sẽ làm tăng thời gian trễ vì độ phức tạp của thuật toánnén

 Tối ưu đường liên kết bằng các kỹ thuật nén tiêu đề Kỹ thuật này đặc biệt hiệuquả tại môi trường truyền thông có các gói tin có tỉ số tiêu đề / tải tin lớn Ví dụđiển hình của nén tiêu đề là nén tiêu đề giao thức truyền tải tin cậy TCP(Transfer Control Protocol) và giao thức thời gian thực RTP (Real TimeProtocol)

-Độ trễ

Độ trễ từ đầu cuối tới đầu cuối của một quá trình truyền tin IP được nhìnnhận đơn giản trên hình dưới chủ yếu gồm hai thành phần trễ: Trễ truyền lan vàtrễ xử lý, hàng đợi Trễ tích luỹ gồm tất cả các thành phần trễ trên và mang tínhcộng Trễ truyền lan là tham số có giá trị cố định phụ thuộc và phương tiệntruyền, trong khi đó tham số trễ xử lý và trễ hàng đợi trong các bộ định tuyến làcác tham số có giá trị thay đổi do các điều kiện thực tế của mạng

Trễ tích luỹ từ đầu cuối tới đầu cuối

Trễ xử lý là khoảng thời gian cần thiết của một bộ định tuyến để chuyển

một gói từ giao diện đầu vào tới hàng đợi đầu ra và phụ thuộc vào rất nhiều yếu

tố như: Tốc độ xử lý, mức độ chiếm dụng CPU, phương thức chuyển mạch IP,kiến trúc bộ định tuyến và các đặc tính cấu hình giao diện đầu vào và đầu ra

Trễ xử lý và hàng đợi

Trễ hàng đợi là khoảng thời gian của gói tin nằm chờ tại hàng đợi trong

một bộ định tuyến Trễ hàng đợi phụ thuộc vào số lượng và kích thước các góitin trong hàng đợi và băng thông khả dụng trên liên kết đầu ra của bộ địnhtuyến Trễ hàng đợi còn phụ thuộc vào kỹ thuật xếp hàng

Trễ truyền lan là thời gian truyền một gói qua liên kết, trễ truyền lan

thường chỉ phụ thuộc vào băng thông khả dụng của liên kết Các kỹ thuật truynhập CSMA/CD cũng có thể gây thêm trễ vì xác suất tranh chấp tài nguyêntrong trường hợp giao diện tiến gần tới trạng thái tắc nghẽn

Một số giải pháp cải thiện thời gian trễ gồm có:

 Tăng dung lượng liên kết, băng thông đủ sẽ khiến hàng đợi ngắn lại và các góikhông phải đợi trước khi truyền dẫn Tăng băng thông cũng đồng nghĩa làmgiảm trễ nối tiếp nhưng mặt khác, giải pháp này cũng làm tăng giá thành hệthống khi phải nâng cấp

 Một tiếp cận hiệu quả hơn khi sử dụng các hàng đợi hợp lý Các hàng đợi ưutiên là một trong những thành phần chủ yếu trong tiếp cận này

 Phương pháp nén tải tin và nén tiêu đề gói tin là một tiếp cận có các ưu vànhược điểm trái ngược nhau cùng tồn tại Việc nén thông tin làm kích thước góinhỏ đi đồng nghĩa với thời gian trễ thấp đi, đồng thời các kỹ thuật nén sẽ làm giatăng trễ vì chính kỹ thuật nén cần phải có thời gian thực hiện

-Tổn thất gói

Thông thường, tổn thất gói xảy ra khi các bộ định tuyến tràn không gianđệm Hình vẽ dưới đây chỉ ra trong trường hợp hàng đợi đầu ra đầy và các góitin mới đến bị loại bỏ

Tổn thất gói vì hiện tượng tràn bộ đệm đầu ra

Các bộ định tuyến IP thông thường loại bỏ gói vì một số lý do như: Loại bỏgói tại hàng đợi đầu vào vì bộ xử lý tắc nghẽn và không thể xử lý gói (hàng đợiđầu vào đầy), các gói bị loại bỏ tại đầu ra vì bộ đệm đầu ra đầy, bộ định tuyếnquá tải không thể chỉ định được không gian đệm rỗi cho các gói đầu vào và một

số hiện tượng lỗi khung truyền dẫn

Ngoài việc tăng dung lượng liên kết, một số tiếp cận sau được sử dụng đểgiảm độ tổn thất gói:

 Đảm bảo băng thông và tăng không gian đệm để tương thích với các ứng dụng

có độ bùng nổ lưu lượng cao Một vài kỹ thuật hàng đợi thường sử dụng trongthực tế: Hàng đợi ưu tiên, hàng đợi theo yêu cầu, hàng đợi công bằng trọng số

-Điều khiển quản lý

Nhằm quản lý và nâng cao chất lượng dịch vụ trong mạng IP, các chứcnăng quản lý QoS thường được phân tại mức tổng thể toàn mạng và tại từngthiết bị mạng cụ thể Trong các bộ định tuyến thường có các công cụ hỗ trợ quản

lý tắc nghẽn, hàng đợi, hiệu năng liên kết và các chính sách phân chia lưu lượng.Quản lý chất lượng dịch vụ tổng thể nhằm đặt ra các chính sách và mục tiêuquản lý chung liên quan tới lưu lượng tổng thể trên mạng, các kỹ thuật QoSđược sử dụng và đánh giá hiệu quả của các phương pháp quản lý

3.6 Yêu cầu chức năng chung của ip QoS

Để cung cấp chất lượng dịch vụ QoS qua mạng IP, mạng phải thực hiện hainhiệm vụ cơ bản:

các ứng dụng vào các lớp hoặc luồng lưu lượng phân biệt với các ứng dụng khác

khác nhau trong một mạng

 Nhiệm vụ (1) thường được thực hiện tại giao diện người sử dụng và mạngUNI (User Network Interface) Khả năng thực hiện nhiệm vụ (2) của mạng là

sự khác biệt cơ bản của các công nghệ mạng, nó thể hiện các đặc điểm ưu việt

và nhược điểm của các giải pháp công nghệ khác nhau

 Nhiệm vụ (1) thường được thực hiện tại giao diện người sử dụng và mạngUNI (User Network Interface) Khả năng thực hiện nhiệm vụ (2) của mạng là

sự khác biệt cơ bản của các công nghệ mạng, nó thể hiện các đặc điểm ưu việt

và nhược điểm của các giải pháp công nghệ khác nhau

Các yêu cầu chức năng cơ bản của một bộ định tuyến IP

-Đánh dấu gói tin IP

Đánh dấu gói tin IP là chức năng đầu tiên mà các bộ định tuyến IP áp dụngvào các luồng lưu lượng người sử dụng Chức năng đánh dấu gói đặt các bit nhịphân vào các trường chức năng đặc biệt của của tiêu đề gói tin IP để phân biệtkiểu của gói tin IP với các gói tin IP khác Một gói có thể phân biệt bởi địa chỉnguồn, địa chỉ đích hoặc tổ hợp cả hai, hoặc giá trị DSCP của trường chức năng

IP precedence, kỹ thuật đánh dấu DSCP sẽ được trình bày trong mục sau Cácgói tin IP đến một cổng đầu vào có thể được đánh dấu hoặc không Nếu gói tin

đã được đánh dấu, nó có thể được đánh dấu lại nếu các giá trị đã được đánh dấuchỉ ra các đặc điểm vi phạm chính sách của bộ định tuyến đang thực hiệnchuyển gói Nếu một gói chuyển qua nhiều vùng dịch vụ phân biệt, các gói tin sẽđược đánh dấu theo cách phù hợp với các thoả thuận mức dịch vụ SLA giữa cácvùng Các gói tin chưa được đánh dấu sẽ được đánh dấu để nhận các giá trị phụhợp với chính sách của bộ định tuyến

-Phân loại gói tin IP

Phân loại gói sử dụng để nhóm các gói tin IP theo luật phân lớp dịch vụ.Điểm khởi tạo phân lớp lưu lượng có thể đặt tại thiết bị đầu cuối Trong mạng,các gói tin IP được lựa chọn dựa trên các trường chức năng của tiêu đề IP sửdụng cho đánh dấu gói tin IP Hai phương pháp phân loại gói tin là:

 Phân loại đa trường MF (Multi-Field)

 Phân loại kết hợp hành vi BA (Behavior Aggregate)

Phương pháp phân loại đa trường chức năng được chỉ ra ở dưới đây Cácgói được phân loại dựa trên tổ hợp các giá trị của một hoặc nhiều trường chứcnăng trong tiêu đều IP Thêm vào đó là các tham số khác như nhận dạng giaodiện cổng vào cũng có thể sử dụng cho mục đích phân loại

Phương pháp phân loại gói đa trường chức năng

Phương pháp phân loại kết hợp hành vi BA thực hiện phân loại các gói dựatrên trường chức năng chứa giá trị điểm mã dịch vụ phân biệt DSCP Chi tiết kỹthuật phân loại này sẽ được trình bày trong mô hình phân biệt dịch vụ DiffServ.Hình vẽ dưới đây mô tả đơn giản của phương pháp phân loại gói theo hành vikết hợp