: Luận văn thạc sĩ khoa học máy tính "các kỹ thuật đảm bảo chất lượng dịch vụ trong mạng ip"

: Luận văn thạc sĩ khoa học máy tính "các kỹ thuật đảm bảo chất lượng dịch vụ trong mạng ip"

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên h tt p : / / ww w l r c - t nu e du v n

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN GIA HIỂU

Thái Nguyên - 2009

Tôi xin được cảm ơn tới các Thầy cô trong Viện Công Nghệ Thông Tin vàKhoa Công Nghệ Thông Tin - Đại học Thái Nguyên đã tận tình giảng dạy và truyềnđạt kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt 2 năm học Cao học.

Cuối cùng tôi xin dành một tình cảm biết ơn tới gia đình và bạn bè, nhữngngười đã luôn luôn ở bên cạnh tôi, động viên, chia sẻ cùng tôi trong suốt thời gian họcCao học cũng như quá trình thực hiện luận văn này

Thái Nguyên, ngày 04 tháng 11 năm 2009

Học viên:

Nguyễn Tư Khoa

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên h tt p : / / ww w l r c - t nu e du v n

2

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi, có sự hỗ trợ của Thầyhướng dẫn và những người tôi đã cám ơn Các nội dung nghiên cứu và kết quả trong

đề tài này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất cứ công trình nào

Thái Nguyên, ngày 04 tháng 11 năm 2009

Học viên:

Nguyễn Tư Khoa

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên h tt p : / / ww w l r c - t nu e du v n

3

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1

LỜI CAM ĐOAN 2

MỤC LỤC 3

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 6

DANH SÁCH HÌNH VẼ 9

ĐẶT VẤN ĐỀ 12

CHƯƠNG I: 13

CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG TRUYỀN THÔNG 13

Nhập đề: 13

1.1 Khái niệm về chất lượng dịch vụ 14

1.2 Các thông số QoS 15

1.2.1 Băng thông 16

1.2.2 Trễ 16

1.2.3 Jitter (Biến động trễ) 17

1.2.4 Mất gói 18

1.2.5 Tính sẵn sàng (Độ tin cậy) 19

1.2.6 Bảo mật 19

1.3 Yêu cầu QoS đối với các dịch vụ khác nhau 20

1.3.1 Ứng dụng E-mail, FTP 20

1.3.2 Ứng dụng Streaming, âm thanh hình ảnh lưu trước 21

1.3.3 Ứng dụng Streaming cho âm thanh, hình ảnh sống 22

1.3.4 Ứng dụng Hình ảnh âm thanh tương tác thời gian thực 22

1.3.5 Ví dụ về điện thoại VOIP: 23

1.3.6 Các lớp dịch vụ 30

1.4 Một số kỹ thuật hỗ trợ chất lượng dịch vụ 32

Kết luận chương 34

CHƯƠNG II: 35

CÁC KỸ THUẬT ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ 35

Nhập đề: 35

2.1 Kỹ thuật đo lưu lượng và mầu hóa lưu lượng 35

2.1.1 Đánh dấu ba mầu tốc độ đơn 35

2.1.2 Đánh dấu ba mầu hai tốc độ 37

2.2 Kỹ thuật quản lý hàng đợi tích cực 39

2.2.1 Kỹ thuật loại bỏ gói ngẫu nhiên sớm RED 39

2.2.2 Kỹ thuật loại bỏ gói sớm theo trọng số WRED 40

2.2.3 Thông báo tắc nghẽn hiện ECN 40

2.3 Lập lịch gói 41

2.3.1 FIFO 42

2.3.2 Hàng đợi ưu tiên PQ 42

2.3.3 Hàng đợi công bằng FQ 43

2.3.4 Vòng quay trọng số Robin (WRR) 44

2.3.5 Hàng đợi công bằng có trọng số WFQ 45

2.3.6 Hàng đợi công bằng có trọng số dựa trên cơ sở lớp (CB WFQ) 47

2.4 Trafic Shaping 48

2.4.1 Bộ định dạng lưu lượng thường 48

2.4.2 Bộ định dạng lưu lượng gáo rò 49

Kết luận chương 51

CHƯƠNG 3: 52

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên h tt p : / / ww w l r c - t nu e du v n

4

CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG IP 52

Nhập đề: 52

3.1 Các dịch vụ tích hợp 52

3.2 Giao thức dành riêng tài nguyên (RSVP) 52

3.2.1 Tổng quan về RSVP 52

3.2.2 Hoạt động của RSVP 53

3.2.3 Các kiểu RSVP dành riêng 53

3.2.4 Các ví dụ về IntSer 54

3.2 Các dịch vụ phân biệt 57

3.2.1 Tổng quan DiffServ 57

3.2.2 Cấu trúc DiffServ 58

3.2.3 Cư sử từng chặng (PHB) 63

3.2.4 Ví dụ về Differentiated Services 66

Kết luận chương 68

CHƯƠNG IV: 69

CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG ATM 69

Nhập đề: 69

4.1 Nền tảng về ATM 69

4.1.1 Nguồn gốc của ATM 69

4.1.2 Giao diện mạng ATM 69

4.2 Giao thức ATM 70

4.2.1 Lớp tế bào ATM 71

4.2.2 Lớp tương thích ATM 72

4.3 Các kết nối ảo ATM 72

4.3.1 Kênh ảo và đường ảo 72

4.3.2 Liên kết ảo 73

4.3.3 Kết nối ảo (Virtual Connection) 75

4.3.4 Kết nối chuyển mạch ảo (SVC) 76

4.4 Các loại dịch vụ ATM 77

4.4.1 Các loại dịch vụ ATM 77

4.4.2 Miêu tả lưu lượng 78

4.4.3 Các kiểu AAL 79

Kết luận chương: 80

CHƯƠNG 5: 81

QOS TRONG GIAO THỨC CHUYỂN MẠCH NHÃN MPLS 81

Đặt vấn đề: 81

5.1 Cơ sở lý thuyết của MPLS 81

5.1.1 Sự chuyển tiếp gói IP thông thường 81

5.1.2 Các cải tiến của MPLS 82

5.1.3 Kiến trúc MPLS 83

5.2 Mã hóa nhãn 83

5.2.1 MPLS shim header 83

5.2.2 Mã hóa nhãn qua mạng ATM 84

5.3 Hoạt động của MPLS 85

5.3.1 Ánh xạ nhãn 85

5.3.2 Một ví dụ về các đường hầm phân cấp MPLS 87

5.4 MPLS hỗ trợ DiffServ 88

5.4.1 E-LSP 88

5.4.2 L-LSP 90

Kết luận chương 91

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên h tt p : / / ww w l r c - t nu e du v n

5

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN 92TÀI LIỆU THAM KHẢO 93PHỤ LỤC 94

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên h tt p : / / ww w l r c - t nu e du v n

6

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

ứng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên h tt p : / / ww w l r c - t nu e du v n

7

Internet

thống mở”

ra

giản

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên h tt p : / / ww w l r c - t nu e du v n

8

trọng số

trọng số

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên h tt p : / / ww w l r c - t nu e du v n

9

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1.1 Băng thông, trễ

Hình 1.2 FTP truyền file giữa các hệ thống

Hình 1.3 Phân loại các kỹ thuật sửa đổi dữ liệu phía người gửi

Hình 1.4 Sửa đổi dữ liệu sử dụng FEC

Hình 1.5 Sửa chữa sử dụng FEC phụ thuộc môi trường

Hình 1.6 Các khối được đan xen trong nhiều gói

Hình 1.7 Phân loại các kỹ thuật che dấu lỗi

Hình 2.1 Khoản thời gian đo CBS và CIR

Hình 2.2(a) Gáo C và gáo E ở chế độ mù mầu

Hình 2.8 Khái niệm ECN

Hình 2.9 Biểu đồ khái niệm của lập lịch gói

Hình 2.10 FIFO

Hình 2.11 Hàng đợi ưu tiên PQ

Hình 2.12 Ảnh hưởng của kích thước gói với phân bổ băng thông

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên h tt p : / / ww w l r c - t nu e du v n

Hình 3.7 Dành riêng Wildcard filter

Hình 3.8 Dành riêng Fixed filter

Hình 3.15 IPv4 Header 24 byte

Hình 3.16 Các trường TOS trong Ipv4 header

Hình 3.17 IPv6 Header 48 byte

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên h tt p : / / ww w l r c - t nu e du v n

11

Hình 4.10 Kết nối kênh ảo (VCC) trong một VPL

Hình 4.11 VCC đƣợc tạo từ các VCL của các VPL khác nhau

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên h tt p : / / ww w l r c - t nu e du v n

12

ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong xu hướng phát triển bùng nổ thông tin ngày này, các nhu cầu về thông tinliên lạc ngày càng mở rộng Nó đi đôi với nhu cầu đòi hỏi cao về chất lượng dịch vụ.Đối với nhà khai thác mạng nâng cao chất lượng dịch vụ đồng nghĩa với khả năng tăngkhả năng cạnh tranh Đó là điều tất yếu mà một nhà khai thác phải làm tốt để tồn tại

Việt Nam được đánh giá là một quốc gia có nhu cầu về thông tin lớn Hệ thốngviễn thông mạng Việt Nam rất đa rạng, phong phú, trong đó công nghệ mạng trên nềnchuyển mạch gói là rất phổ biến Song song với việc cung cấp nhiều loại hình dịch vụmục tiêu nâng cao chất lượng dịch vụ đang là một vấn đề trọng tâm của các nhà cungcấp đặt ra

Mạng hiện thời đang tồn tại ở Việt Nam so với một số nước trong khu vực cònchưa thật sự ổn định, vẫn còn nhiều hiện tượng nghẽn mạng hay tốc độ truy cập mạngcòn thấp Ngoài biên pháp cải thiện băng thông (rất tốn kém), chưa thể đáp ứng ngaythì chúng ta cần phải cải thiện chất lượng dịch vụ theo một số hướng khác Bản luậnvăn này tìm hiểu về QoS trong mạng IP và một số giải pháp nâng cao QoS phổ biếnđang được áp dụng

Được sự hướng dẫn và giúp đỡ nhiệt tình của Thầy giáo PGS.TS Nguyễn Gia

Hiểu, bản luận văn với đề tài “Các kỹ thuật đảm bảo chất lượng dịch vụ trong mạng

IP” đã đề cập đến những vấn đề cơ bản về chất lượng dịch vụ trong mạng IP Sau một

thời gian tìm hiểu và nghiên cứu bản luận văn đã hoàn thành với những nội dung chínhsau đây:

Chương 1: Chất lượng dịch vụ trong mạng Viễn thông

Chương 2: Các kỹ thuật đảm bảo chất lượng dịch vụ trong mạng IP

Chương 3: Chất lượng dịch vụ trong mạng IP

Chương 4: Chất lượng dịch vụ trong mạng ATM

Chương 5: QOS trong giao thức chuyển mạch nhãn MPLS

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên h tt p : / / ww w l r c - t nu e du v n

Trong những năm gần đây, tầm quan trọng của các công nghệ về chất lượng dịch

vụ (QoS) đối với các mạng truyền thông đã tăng lên đáng kể, đặc biệt là trong các mạngchuyển mạch gói Trước đây, các mạng ra đời với một mục đích là chuyền tải một loạithông tin nhất định Mạng điện thoại đã ra đời dựa trên một phát minh của Bell vàitrăm năm trước đây, đã được thiết kế để truyền tải âm thanh Còn mạng IP thì khác, nó

ra đời với mục đích truyền tải dữ liệu

Đối với mạng điện thoại, khi thiết lập một cuộc gọi mạng sẽ phải dành riêngmột kênh kết nối trong suốt quá trình hội thoại Khi cuộc gọi kết thúc, các kênh này sẽđược tiếp tục sử dụng cho một cuộc gói khác Có thể đưa ra hai phép đo chính đối vớichất lượng dịch vụ trong mạng điện thoại, thứ nhất là tỷ lệ thiết lập cuộc gọi thànhcông và thứ hai là chất lượng các cuộc gọi, những vấn đề này sẽ chịu ảnh hưởng bởidung lượng truyền dẫn trung kế của mạng và các vấn đề như lỗi đường truyền haynhiễn mạch

Với đặc tính như vậy, mạng điện thoại đã được thiết kế với hai vấn đề chính,thứ nhất là làm sao để cung cấp đủ các mạch trung kế phục vụ cho nhiều cuộc gọiđồng thời qua đó năng cao tỷ lệ kết nối thành công Thứ hai là phải tối ưu mạng đểgiảm tối đa những vấn đề như suy hao, nhiễu, vọng và trễ Thoại là một loại dịch vụthời gian thực và nó không cần hàng đợi để lưu trữ tín hiệu âm thanh

Mạng IP ra đời có rất nhiều điểm khác so với mạng điện thoại Thứ nhất mạng

IP được thiết kế để truyền tải dữ liệu Thứ hai các dịch vụ truyền dữ liệu đa phần là cácdịch vụ không thời gian thực, dữ liệu có thể được lưu lại trong mạng và truyền đi sau,khi dữ liệu truyền đi bị lỗi nó có thể được truyền lại Các dịch vụ truyền dữ liệu cònđược gọi là dịch vụ “lưu và chuyển tiếp” Mô hình hoạt động của mạng IP như vậy sẽđược gọi là best-effort

Việc thiết kế các mạng khác nhau sẽ tạo ra những vấn đề như kinh phí đầu tư hạtầng sẽ lớn, khi kết nối các mạng với nhau sẽ trở nên phức tạp Vào giữa những năm

90 các nhà thiết kế mạng đã đưa ra một ý tưởng là tạo ra một mạng duy nhất dựa trênchuyển mạch gói để truyền tải cả âm thanh và dữ liệu Và mạng này thường được gọi

mà mạng thế hệ mới Next-Generation-Network Mạng này được thiết kế chủ yế dựatrên nền mạng IP, nhưng những nhược điểm của mô hình best-effort của mạng IPkhông phù hợp với các loại dịch vụ âm thanh, hình ảnh, đa phương tiện cần thời gianthực Để khắc phục những hạn chế này, các mô hình chất lượng dịch vụ trong mạng IP

đã phát triển và đóng một vai trò then chốt trong vấn đề phát triển mở rộng của mạngcũng như khả năng cung cấp các loại dịch vụ khác nhau trên cùng một hạ tầng mạng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên h tt p : / / ww w l r c - t nu e du v n

Từ góc nhìn của nhà cung cấp dịch vụ mạng Nhà cung cấp dịch vụ mạng đảmbảo QoS cung cấp cho người sử dụng, và thực hiện các biện pháp để duy trì mức QoSkhi điều kiện mạng bị thay đổi vì các nguyên nhân như nghẽn, hỏng hóc thiết bị haylỗi liên kết, v v QoS cần được cung cấp cho mỗi ứng

Chất lượng dịch vụ chỉ có thể được xác định bởi người sử dụng, vì chỉ người sửdụng mới có thể biết được chính xác ứng dụng của mình cần gì để hoạt động tốt Tuynhiên, không phải người sử dụng tự động biết được mạng cần phải cung cấp những gìcần thiết cho ứng dụng, họ phải tìm hiểu các thông tin cung cấp từ người quản trịmạng và chắc chắn rằng, mạng không thể tự động đặt ra QoS cần thiết cho một ứngdụng của người sử dụng Để giải quyết vấn đề đó nhà cung cấp và khách hàng họ lập

ra một bản cam kết, trong đó nhà cung cấp phải thực hiện đầy đủ cung cấp các thông

số thoả mãn chi tiết bản cam kết đặt ra Còn phía đối tác cũng phải thực hiện đầy đủđiều khoản của mình

Nếu một mạng được tối ưu hoàn toàn cho một loại dịch vụ, thì người sử dụng ítphải xác định chi tiết các thông số QoS Ví dụ, với mạng PSTN, được tối ưu cho thoại,không cần phải xác định băng thông hay trễ cần cho một cuộc gọi Tất cả các cuộc gọiđều được đảm bảo QoS như đã được quy định trong các chuẩn liên quan 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 tàinguyên của mạng Do đó với người dùng cụ thể phải được đảm bảo sử dụng cáctài nguyên một cách nhiều nhất

- QoS là một cách quản lý tài nguyên tiên tiến của mạng để đảm bảo có một chính

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên h tt p : / / ww w l r c - t nu e du v n

15

sách ứng dụng đảm bảo

Vậy sự định nghĩa chính xác QoS là rất khó khăn nhưng ta có thể hiểu chúng gầnnhư là khả năng cung cấp dịch vụ (ở lớp phần tử mạng, vvv ) đưa ra cho khách hàngthông qua những yêu cầu chính xác (trên khả năng thực tế hay lý thuyết) có thể đápứng dựa trên bản hợp đồng về thoả thuận lưu lượng Sự định nghĩa khuôn dạng của nókết thành chất lượng dịch vụ của lớp mạng do sự phân phát chất lượng dịch vụ củapeer-to-peer (ngang hàng) edge-to-edge (biên tới biên) hay end-to-end (đầu cuối tớiđầu cuối) Lẽ tự nhiên những yêu cầu này có thể thay đổi từ phía ứng dụng cho ứngdụng hay từ phân phối dịch vụ

Vậy trong tất cả những điều đã nêu về cấp QoS, đảm bảo chất lượng và ServiceLevel Agreement SLA thỏa thuận mức độ dịch vụ, để thoả mãn ta phải làm như thếnào? Vấn đề là bản chất định hướng IP là một mạng nỗ lực tối đa do đó “không tincậy" khi yêu cầu nó đảm bảo về QoS Cách tiếp cận gần nhất để các nhà cung cấpdịch vụ IP có thể đạt tới đảm bảo QoS hay SLA giữa khách hàng và ISP là với dịch vụmạng IP được quản lý Thuật ngữ được quản lý ở đây là bất cứ cái gì mà nhà cung cấpdịch vụ quản lý thay mặt cho khách hàng , điều đó cũng làm nâng cao được chất lượngdịch vụ

Các giá trị ví dụ, được liệt kê trong Bảng 1.1

Bảng 1.1: Sáu thông số của QoS

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên h tt p : / / ww w l r c - t nu e du v n

Băng thông chỉ đơn giản là thước đo số lượng bit trên giây mà mạng sẵn sàngcung cấp cho các ứng dụng Các ứng dụng bùng nổ (bursty) trên mạng chuyển mạchgói có thể chiếm tất cả băng thông của mạng nếu không có ứng dụng nào khác cùngbùng nổ với nó Khi điều này xảy ra, các bùng nổ phải được đệm lại và xếp hàng chờtruyền đi, do đó tạo ra trễ trên mạng Để giải quyết sự hạn chế băng thông này mànhiều giải pháp tiết kiệm, hay khắc phục 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 64 kb/s.Điều này không tạo ra khác biệt khi mạng xương sống có kết nối 45 Mb/s giữa các nútmạng lớn Băng thông cần thiết được xác định bởi băng thông nhỏ nhất sẵn có trênmạng Nếu truy nhập mạng thông qua một MODEM V.34 hỗ trợ chỉ 33.6 kb/s, thìmạng xương sống 45 Mb/s sẽ làm cho ứng dụng thoại 64 kb/s không hoạt động được.Băng thông QoS nhỏ nhất phải sẵn sàng tại tất cả các điểm giữa các người sử dụng.Các ứng dụng dữ liệu được lợi nhất từ việc đạt được băng thông cao hơn Điều nàyđược gọi là các “ứng dụng giới hạn băng thông”, bởi vì hiệu quả của ứng dụng dữ liệutrực 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 là các “ứng dụng giới hạn trễ”.Thoại PCM 64 kb/s này sẽ không hoạt động tốt hơn chút nào nếu có băng thông 128kb/s Loại thoại này phụ thuộc hoàn toàn vào thông số QoS trễ của mạng để có thể hoạtđộng đúng đắn

1.2.2 Trễ

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

Trễ được định nghĩa là khoảng thời gian chênh lệch giữa hai thời điểm của cùngmột 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 xuyên thayđổi Nhưng thông thường giá trị băng thông được định nghĩa là số bit của một khungchia cho thời gian trôi qua kể từ khi bit đầu tiên rời khỏi mạng cho đến khi bit cuốicùng rời mạng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên h tt p : / / ww w l r c - t nu e du v n

Hình 1.1 (a) băng thông , (b) trễ

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 băng thông.Nhiều băng thông hơn có nghĩa là nhiều bit đến hơn trong một đơn vị thời gian, trễtổng thể nhỏ hơn Đơn vị của mỗi thông số, bit/s với băng thông hay giây với trễ, chothấy mối quan hệ hiển nhiên giữa băng thông và trễ

Các mạng chuyển mạch gói cung cấp cho các ứng dụng các băng thông biến đổiphụ 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 với nhau cũng có thểđóng góp vào sự biến đổi của trễ Tuy nhiên, thông số QoS trễ chỉ xác định trễ lớn nhất

và không quan tâm tới bất kỳ giới hạn nhỏ hơn nào cho trễ của mạng Nếu cần trễ ổnđịnh, một thông số QoS khác phải quan tâm đến yêu 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

Jitter theo lý thuyết có thể là một giá trị thông số QoS mạng tương đối hay tuyệtđối 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 có trễ trong khoảng

90 đến 110 ms thì vẫn đạt được yêu cầu về jitter (trong trường hợp này, rõ ràng là trễ

không phải là lớn nhất) Nếu trễ là 200 ms, thì 10 phần trăm giá trị jitter sẽ c ho phépbất kỳ trễ nào trong khoảng 180 đến 220 ms Mặt khác, jitter tuyệt đối giới hạn cộngtrừ 5 ms sẽ giới hạn jitter trong các ví dụ trên 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 thời gianthực như thoại hay video Nhưng đối với các trang Web hay với truyền tập tin quamạng thì lại ít quan tâm hơn đến jitter Internet, là gốc của mạng dữ liệu, có ít khuyếnnghị về jitter Các biến đổi của trễ tiếp tục là vấn đề gây bực mình nhất gặp phải đốivới các ứng dụng video và thoại dựa trên Internet

1.2.4 Mất gói

Mất thông tin là một thông số QoS không được đề cập thường xuyên như là băngthông và trễ, đặc biệt đối với mạng Internet Đó bởi vì bản chất tự nhiên được thừanhận của mạng Internet là "cố gắng tối đa" Nếu các gói IP không đến được đích thìInternet 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 giá trị ngưỡng củariêng mình Nếu các thông tin bị mất vẫn cần thiết đối với ứng dụng thì nó sẽ yêu cầubên gửi gửi lại bản sao của thông tin bị mất Bản thân mạng không quan tâm giúp đỡvấn đề này, bởi vì bản sao của thông tin bị mất không được lưu lại tại bất cứ nút nàocủa mạng

Thực ra Internet là mạng của các mạng và không có cơ chế giám sát đầy đủ nàođảm bảo chất lượng thông tin truyền Hiện tượng mất gói tin là kết quả của rất nhiềunguyên 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 trên liên kếtnày sẽ không, và không thể, tới được đích Nếu một nút mạng ví dụ như bộ định tuyếnhỏng, thì tất cả các bit hiện đang ở trong bộ đệm và đang được xử lý bởi nút đó sẽ biếnmất không để lại dấu vết Do những loại hư hỏng này trên mạng có thể xảy ra bất cứlúc nào, nên việc một vài thông tin bị mất do lỗi trên mạng là không thể tránh khỏi

Tác động của mất thông tin là tuỳ thuộc và ứng dụng Điều khiển lỗi trên mạng

là một quá trình gồm hai bước, mà bước đầu tiên là xác định lỗi Bước thứ hai là khắcphục lỗi, nó có thể đơn giản là bên gửi truyền lại đơn vị bị mất thông tin Một vài ứngdụng, đặc biệt là các ứng dụng thời gian thực, không thể đạt hiệu quả khắc phục lỗibằng cách gửi lại đơn vị tin bị lỗi Các ứng dụng không phải thời gian thực thì thíchhợp hơn đối với cách truyền lại thông tin bị lỗi, tuy nhiên cũng có một số ngoại lệ (ví

dụ như các hệ thống quân sự tấn công mục tiêu trên không thể sử dụng hiệu quả vớicách khắc phục lỗi bằng truyền lại)

Vì những lý do này, thông số QoS mất thông tin không những nên định rõ mộtgiới hạn trên đối với ảnh hưởng của lỗi mà còn nên cho phép người sử dụng xác địnhxem có lựa chọn cách sửa lỗi bằng truyền lại hay không Tuy nhiên, hầu hết các mạng(đặc biệt là mạng IP) chỉ cung cấp phương tiện vận chuyển thụ động, còn xác định lỗi,khắc phục lỗi thường được để lại cho ứng dụng (hay người sử dụng).

1.2.5 Tính sẵn sàng (Độ tin cậy)

Là tỉ lệ thời gian mạng hoạt động để cung cấp dịch vụ Yếu tố này bất kỳ nhàcung 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 cần phải có một chiến lược đúngđắn, ví dụ như: định kỳ tạm thời tách các thiết bị ra khỏi mạng để thực hiện các côngviệc bảo dưỡng, trong trường hợp mạng lỗi phải chuẩn đoán trong một khoảng thờigian ngắn nhất có thể để giảm thời gian ngừng hoạt động của mạng Tất nhiên, thậmchí với một biệt pháp bảo dưỡng hoàn hảo nhất cũng không thể tránh được các lỗikhông thể tiên đoán trước

Đối với mạng PSTN vì là mạng thoại nên điều này luôn luôn chiếm một vị tríquan 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 Thông thường tỉ lệ thờigian hoạt động là 99,999% hay 5,25‟/ năm

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 giờ sángđến

5 giờ chiều, từ thứ Hai đến thứ Sáu Hoạt động bổ trợ có thể thực hiện "ngoài giờ", vàmột tập kiểm tra đầy đủ với mục đích phát hiện ra các vấn đề có thể chạy trong ngàynghỉ

Internet và Web đã thay đổi tất cả Mọi mạng toàn cầu phải giải quyết vấn đềrằng thực sự có một số người luôn cố gắng truy nhập vào mạng tại một số địa điểm Vàthậm chí Internet có thể thậm chí có ích ở nhà vào 10 giờ tối hơn là ở cơ quan vào 2 giờchiều

Tuy nhiên, nếu người sử dụng nhận thức rõ rằng họ không thể có mạng nhưmong muốn trong tất cả thời gian

Tuy nhiên thông số QoS khả dụng thường được quy cho mỗi vị trí hoặc liên kếtriêng lẻ

1.2.6 Bảo mật

Bảo mật là một thông số mới trong danh sách QoS, nhưng lại là một thông sốquan trọng Thực tế, trong một số trường hợp độ bảo mật có thể được xét ngay saubăng thông Gần đây, do sự đe doạ rộng rãi của các hacker và sự lan tràn của virus trênmạng 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 tin cẩn vàxác nhận khách và chủ Các vấn đề liên quan đến bảo mật thường được gắn với mộtvài hình thức của phương pháp mật mã, như mã hoá và giải mã Các phương pháp mật

mã cũng được sử dụng trên mạng cho việc xác nhận (authentication), nhưng nhữngphương pháp này thường không liên quan chút nào đến vấn đề giải mã

Toàn bộ kiến trúc đều xuất phát từ việc bổ sung thêm tính riêng tư hoặc bí mật

và sự xác nhận hoặc nhận thực cho mạng Internet Giao thức bảo mật chính thức cho

IP, gọi là IPSec, đang trở thành một kiến trúc cơ bản để cung cấp thương mại điện tửtrên Internet và ngăn ngừa gian lận trong môi trường VoIP Thật trớ trêu là mạngInternet công cộng toàn cầu, thường xuyên bị coi là thiếu bảo mật nhất, đã đưa vấn

đề về bảo mật trở thành một phần của IP ngay từ khi bắt đầu Một bit trong trườngloại dịch vụ (ToS) trong phần tiêu để gói IP được đặt riêng cho ứng dụng để có thểbắt buộc bảo mật khi chuyển mạch gói Tuy nhiên 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

Người sử dụng và ứng dụng có thể thêm phần bảo mật của riêng mình vàomạng, và trong thực tế, cách này đã được thực hiện trong nhiều năm Nếu có chút nàobảo mật mạng, thì nó thường dưới dạng một mật khẩu truy nhập vào mạng Các mạngngày nay cần một cơ chế bảo mật gắn liền với nó, chứ không phải thêm vào một cáchbừa bãi bởi các ứng dụng

Một thông số QoS bảo mật điển hình có thể là "mã hoá và nhận thực đòi hỏitrên tất cả các luồng lưu lượng" Nếu có lựa chọn, thì truyền dữ liệu có thể chỉ cần mãhoá, và kết nối điện thoại Internet có thể chỉ cần nhận thực để ngăn gian lận

1.3 Yêu cầu QoS đối với các dịch vụ khác nhau

1.3.1 Ứng dụng E-mail, FTP

E-mail là một dịch vụ phổ biến nhất trên Internet trước khi World Wide Web rađời, nó được đưa ra để người sử dụng trên mạng có thể trao đổi các thông báo chonhau trên phạm vi thế giới Bằng dịch vụ này, mọi người sử dụng máy tính kết nối vớiInternet đều có thể trao đổi thông tin với nhau Đây là một dịch vụ mà hầu hết cácmạng diên rộng đều cài đặt và cũng là dịch vụ cơ bản nhất của một mạng khi gia nhậpInternet Nhiều người sử dụng máy tính tham gia mạng chỉ dùng duy nhất dịch vụ này.Dịch vụ này sử dụng giao thức SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) trong họ giaothức TCP/IP

Một điểm mạnh của thư điện tử là nó là phương thức trao đổi thông tin nhanhchóng và thuận tiện Người sử dụng có thể trao đổi những bản tin ngắn hay dài chỉbằng một phương thức duy nhất Rất nhiều người sử dụng thường truyền tập tin thôngqua thư điện tử chứ không phải bằng các chương trình truyền tập tin thông thường

Đặc điểm của dịch vụ thư điện tử là không tức thời (off-line) - tất cả các yêucầu gửi đi không đòi hỏi phải được xử lý ngay lập tức Khi người sử dụng gửi một bức

thư, hệ thống sẽ chuyển thư này vào một vùng riêng (gọi là spool) cùng với các thôngtin về người gửi, người nhận, địa chỉ máy nhận Hệ thống sẽ chuyển thư đi bằng mộtchương trình không đồng bộ (background) Chương trình gửi thư này sẽ xác định địachỉ IP máy cần gửi tới, tạo một liên kết với máy đó Nếu liên kết thành công, chươngtrình gửi thư sẽ chuyển thư tới vùng spool của máy nhận Nếu không thể kết nối vớimáy nhận thì chương trình gửi thư sẽ ghi lại những thư chưa được chuyển và sau đó sẽthử gửi lại một lần nó hoạt động Khi chương trình gửi thư thấy một thư không gửiđược sau một thời gian quá lâu (ví dụ 3 ngày) thì nó sẽ trả lại bức thư này cho ngườigửi Với cơ chế hoạt động như trên thì rõ ràng đối với dịch vụ E-mail không đòi hỏiyếu tố thời gian thực do vậy yêu cầu QoS đòi hỏi không quá lớn Khi mạng xẩy ra tắcnghẽn các mail có thể ngừng chuyển đi mà có thể đợi khi mạng rỗi trở lại thì thực hiệntruyền đi Tuy nhiên một yêu cầu đối vơi E-mail đó là độ tin cậy, các gói gửi đi phảiđảm bảo đến đích và nội dung cần phải chính xác hòan toàn Do vậy đòi hỏi mạngkhông bị mất gói, hoặc khi có xẩy ra mất gói thì phải có cơ chế truyền lại an toàn dovậy E-mail sử dụng TCP.

FTP (File Transfer Protocol) là giao thức truyền một file từ một host tới mộthost khác Hình 1.2 diễn tả tổng quan về FTP

Giao tiếp người dùng FTP

` FTP Client Truyền file FTP Server

Server

User Người dùng tại trạm

File hệ thống local

File hệ thống remote

Hình 1.2: FTP truyền file giữa các hệ thống

Dịch vụ FTP có những yêu cầu giống với dịch vụ E-mail về chất lượng truyềndẫn, nó không đòi hỏi nhiều về độ trễ hay jitter, các file có thể đến đích nhanh khi cónhiều băng thông hay chậm khi băng thông bị hạn chế nhưng quan trọng các gói nhậnđược phải đầy đủ và không có lỗi FTP cũng sử dụng giao thức TCP để khi có mất góihay lỗi gói thì có sự truyền lại

1.3.2 Ứng dụng Streaming, âm thanh hình ảnh lưu trước

Có rất nhiều ứng dụng khác nhau chạy trên nền mạng Internet như Streaming,Stored Audio và video Trong các ứng dụng này, các client đưa ra yêu cầu các file âmthanh hình ảnh nén được lưu trữ trong máy chủ Các file âm thanh được lưu trước cóthể gồm thu thanh bài giảng của một giáo sư, một bài hát, một bản giao hưởng, nộidung từ một kênh radio quảng bá, hoặc một đoạn ghi âm lịch sử Các file video đượclưu trước có thể gồm có các video về một bài giảng của giáo sư, đủ một bộ phim, cácchương trình tivi đã ghi lại từ trước, phim tài liệu, các hình ảnh về các sự kiện lịch sử,

các clip nhạc hình hay hoạt hình Có ba đặc tính quan trọng để phân biệt các lớp ứng dụng này.

Stored Media: các nội dung media đã được ghi trước và được lưu tại máy chủ.

Do vậy, người dùng có thể tạm dừng, tua lại và tua nhanh cũng như chọn điểm xemcủa chương trình Thời gian từ khi một client đưa ra yêu cầu đến khi hình ảnh hiện ratại client vào khoảng 1 tới 10 giây là có thể chấp nhận được

Streaming: Trong hầy hết các ứng dụng âm thanh, hình ảnh một máy khách bắt

đầu hiển thị các âm thanh hình ảnh sau khi nó nhận file từ máy chủ Bằng cách này màmáy khách sẽ hiển thị được hình ảnh, âm thanh từ chỗ trong file trong khi nó vẫn nhậnphần còn lại của file từ máy chủ Kỹ thuật này gọi là streaming, để tránh việc phảidowload toàn bộ file (và phải chịu độ trễ lớn) trước khi bắt đầu hiển thị ra Có nhiềusản phẩm phần mền phục vụ cho streaming đa phương tiện, gồm có RealPlayer củahãng RealNetwork vàWindows Media của Microsoft Tuy nhiên cũng có các ứng dụngnhư Napster yêu cầu tòan bộ file phải được dowload trước khi bắt đầu hiện thị

Continuous phayout: Khi bắt đầu hiển thị một hình ảnh, nên bắt đầu dựa vào

định thời gốc của hình ảnh Cách này tạo ra một độ trễ đáng kể cho việc phân phát dữliệu Dữ liệu phải được nhận từ máy chủ kịp thời cho việc hiển thị ở máy khách; ngượclại thì mọi thứ trở nên vô nghĩa Trễn end to end là bắt buộc đối với streaming, storedmedia thường ít liên tục hơn so với các chương trình trực tuyến, các ứng dụng tươngtác như là thoại trên internet và hội nghị truyền hình

1.3.3 Ứng dụng Streaming cho âm thanh, hình ảnh sống

Lớp ứng dụng này tương tự như các chương trình radio và tive quản bá cổ điển,ngoại trừ việc truyền dẫn là thông qua Internet Các ứng dụng này cho phép một ngườidùng nhận live radio hoặc tivi truyền từ bất cứ nơi nào trên thế giới Có thể xen trênYahoo !Broadcast 2000 và Netradio 2000 trên Internet

Bởi vì streaming của âm thanh hình ảnh sống không được lưu trước, một máykhách không thể tua nhanh Hơn nữa với phần dữ liệu đã được lưu trong bộ nhớ củamáy khách, thì các hành động tương tác như là dừng và tua lại là có thể thực hiện ởmột số ứng dụng Các ứng dụng sống, quảng bá online thường có nhiều máy kháchnhận cùng một chương trình Việc phân bố ânh thanh/ hình ảnh tới nhiều nơi nhận cóthể đạt được bằng kỹ thuật multicast

1.3.4 Ứng dụng Hình ảnh âm thanh tương tác thời gian thực

Lớp ứng dụng này cho phép người dùng sử dụng âm thanh hình ảnh để kết nốivới người khác theo thời gian thực Âm thanh tương tác thời gian thực thường được đềcập tới là điện thoại Internet, theo quan điểm từ phía người dùng, nó tương đương nhiưdịch vụ điện thoại chuyển mạch kênh cổ điển Điện thoại internet có thể cung cấp bằngcác tổng đài nội bộ PBX, dịch vụ điện thoại đường dài với giá cả thấp Nó cũng cungcấp cả dịch vụ tích hợp điện thoại máy tình, kết nối nhóm thời gian thực, các dịch vụ

chuyển huớng, định danh người gọi, lọc người gọi và nhiều dịch vụ khác Hiện nay đã

có nhiều sản phẩn điện thoại Internet Với các video tương tác hay còn gọi là hội nghịtruyền hình thì có sản phẩm NetMeeting của Microsoft Chú ý rằng các ứng dụng âmthanh hình ảnh tương tác, một user có thể nói hoặc di chuyển bắt cứ lúc nào Với mộtcuộc hội thoại tương tác giữa nhiều người, trễ từ lúc một người nói và di chuyển chotới khi hành động đó được chuyển tới đầu nhận nên nhỏ hơn một vài trăm ms Với âmthanh, độ trễ nhỏ hơn 150ms là không thể cảm nhận được đối với người nghe Độ trễ

từ 150ms tới 400ms là có thể chấp nhận được, và độ trễ lớn hơn 400ms là có thể dẫnđến cuộc hội thoại mà các bên không hiểu nhau nói gì

1.3.5 Ví dụ về điện thoại VOIP:

Tầng IP cung cấp các dịch vụ best-effort Với best-effort các gói được truyền đi

từ nguồn tới đích một cách nhanh nhất có thể Hơn nữa, best-effort không đảm bảo bất

cứ điều gì về độ trễ end to end của các gói, hay biến động trễ hay việc mất gói trongluồng dữ liệu

Các ứng dụng đa phương tiện tương tác thời gian thực, như là điện thoạiinternet và hội nghị truyền hình thời gian thực thường rất nhẩy cảm với trễ gói, biếnđộng trễ và mất gói Chính vì vậy cần phải có các kỹ thuật để đảm bảo các ứng dụng

âm thanh hình ảnh khi truyền qua mạng mà các giá trị về trễ, jitter và mất gói khôngvượt quá mức quy định Chúng ta sẽ xem xét một kỹ thuật trong ngữ cảnh là ứng dụngđiện thoại Internet và trong hội nghị truyền hình thời gian thực thì cũng tương tự

Một người gọi điện trong ứng dụng VOIP sinh ra một tín hiệu âm thanh gồm cókhoảng có âm và các khoảng lặng Để tiết kiệm băng thông, ứng dụng điện thoạiinternet chỉ sinh ra các gói trong khi nói Trong khi nói người gửi sinh ra các byte vớitốc độ 8Kbyte/s, và cứ 20 ms người gửi tập hợp các byte thành các đoạn Bởi vậy, sốlượng byte trong một đoạn là (20ms).(8byte)=160 byte Một đoạn đầu mào được gắnvào mỗi đoạn Các đoạn và đầu mào của nó được đóng gói trong khung UTP, rồi cáckhung UTP được gửi tới giao diện Socket Bởi vậy trong quá trình nói, một khungUTP được gửi định kỳ 20ms

Nếu như mỗi gói truyền tới phía nhận với độ trễ cố định, các gói được nhận ởphía người nghe định kỳ 20ms trong quá trình nói Trong điều kiện lý tưởng, phía nhận

có thể nghe lại các đoạn một cách đơn giản Nhưng, một số gói có thể bị mất và cácgói sẽ không có cùng độ trễ, đặc biệt trong khi xẩy ra tắc nghẽn trên mạng Vì vậy phíanhận phải quan tâm tới việc xác định khi nào diễn tả lại đoạn và xác định làm gì vớicác đoạn mất

Hạn chế của dịch vụ Best-effort

Như đã đề cập dịch vụ best-effort có thể dẫn đến mất gói, trễ lớn và biến độngtrễ lớn Bây giời ta sẽ xem xét vấn đề này một cách chi tiết hơn

Mất gói: Giả sử một khung UDP được sinh ra bởi ứng dụng VOIP Các khung

UDP được đóng gói trong IP packet Khi các packet truyền đi trong mạng, nó phải điqua các buffer (hành đợi) trong các router để đi tới đường ra Hoàn toàn có thể là mộthoặc nhiều hàng đợi trong router bị đầy và không thể tiếp nhận các IP packet Trongtrường hợp này, các IP packet sẽ bị loại bỏ và phía nhận sẽ không thể nhận được

Mất gói có thể loại bỏ bằng cách gửi các gói thông qua TCP mà không dùngUDP Bởi TCP truyền lại các gói không nhận được từ phía đích Hơn nữa, kỹ thuậttruyền lại không phù hợp với các ứng dụng tương tác thời gian thực như là VOIP bởi

vì chúng sẽ tăng độ trễ Hơn nữa, bởi vì đặc tính điều khiển tắc nghẽn của TCP, saukhi gói mất tốc độ truyền tại phía gửi có thể giảm và làm cho tốc độ này nhỏ hơn tốc

độ ở phía nhận Điều này có thể có một số trở ngại trong vấn đề nhận dạng âm thanhtại phía thu Với lý do đó, hầu hết các ứng dụng VOIP thường chạy trên UDP vàkhông thực hiện việc truyền lại gói tin

Thực ra vấn đề mất gói không nghiêm trọng như chúng ra nghĩ Thực ra, tỷ lệmất gói nằm trong khoảng từ 1% đến 20% có thể chấp nhận được, dựa vào cách mà

âm thanh mã hóa và truyền đi, và cách mà mất gói có thể che giấu ở phía thu Ví dụ,forward error correction (FEC) có thể giúp cho việc che giấu được sự mất gói VớiFEC, các thông tin dư thừa được truyền cùng với thông tin gốc để mà một số dữ liệugốc lỗi có thể khôi phục lại từ các dữ liệu dư thừa Tuy nhiên, nếu một hoặc một sốđường link giữa người nhận và người gửi có tắc nghẽn, các gói mất vượt quá 20% thìkhó có thể đảm bảo chất lượng âm thanh

Trễ end to end:

Trễ end to end là gồm có trễ xử lý và trễ hàng đợi trên router, trễ lan truyền, vàcác trễ xử lý tại đầu cuối dọc theo đường từ nguồn tới đích Với những ứng dụngtương tác cao, như là VOIP, trễ end to end nhỏ hơn 150ms thì người nghe sẽ khôngcảm nhận được; trễ giữa 150ms và 400ms có thể chấp nhận được nhưng chưa lý tưởng;

và trễ vượt quá 40 ms sẽ làm hỏng các cuộc hội thoại tương tác bằng âm thanh

Biến động trễ :

Một thành phần chủ yếu đối với trễ end to end là trễ hành đợi ngẫu nghiê trongmột router Bởi vì trễ là khác nhau trong mạng, thời gian từ lúc một gói được sinh ra ởnguồn cho đến khi nó nhận ở phía thu có thể giao động giữa các gói với nhau Hiệntượng này được gọi là jitter

Một ví dụ, giả sử hai gói liên tiếp nhau trong lúc phát tiếng nói đi vào ứng dụngVOIP Người gửi gửi gói thứ hai 20ms sau khi gửi gói thứ nhất Nhưng ở phía nhận,khoảng thời gian giữa các gói có thể lên đến hơn 20ms Để làm rõ điều này, giả sử góiđầu tiên ở gần hàng đợi trống của router, nhưng sau khi gói thứ nhất rời đi thì tại hàngđợi có nhiều gói từ nguồn khác đến cùng hàng đợi đó Do vậy gói thứ hai phải chịu độtrễ hàng đợi lớn hơn, gói thứ nhất và thứ hai trở nên xa nhau hơn 20ms Khoảng thời

gian giữa các gói cũng có thể nhỏ hơn 20ms Để thấy rõ điều này, lại giả sử hai góiliên tiếp trong đó gói thứ nhất đi vào phần cuối của hàng đợi với một số lượng lớn cácgói, và gói thứ hai đến hàng đợi trước khi các gói từ nguồn khác tới Trong trường hợpnày, hai gói đang xét sẽ ở gần kề nhau trong hàng đợi Nếu như thời gian để truyềnmột gói trong đi ra ngoài nhỏ hơn 20ms thì gói thứ nhất và thứ hai sẽ cách nhaukhoảng thời gian nhỏ hơn 20ms.

Nếu như phía nhận bỏ qua sự tồn tại của jitter, và khôi phục các đoạn như lànhững gì nhận được, khi đó sẽ dẫn đến chất lượng âm thanh trở nên không nhận ra tạiphía thu Tuy nhiên jitter có thể được loại bỏ bằng cách sử dụng sequence number,timestamps và plauout delay

Loại bỏ jitter tại đầu thu đối với âm thanh

Đối với ứng dụng âm thanh như VOIP hoặc âm nhạc theo yêu cầu, phía nhậnnên cung cấp khả năng phát đồng bộ các đoạn âm thanh khi mà vẫn tồn tại jitter mạng.Điều này thực hiện được bằng việc kết hợp ba kỹ thuật sau :

Gán vào mỗi đoạn một số liên tục Người gửi tăng dãy số liên tục lên một đốivới các gói tin sinh ra

Gán cho mỗi đoạn một nhãn thời gian Phía gửi gán mỗi đoạn một thời gian chomỗi đoạn được sinh ra

Hiển thị trễ các đoạn ở phía nhận Hiển thị trễ các đoạn âm thanh nhận đượcphải đủ dài để cho các gói nhận được trước khi lên lịch hiển thị Trễ hiển thị có thểđược cố định trong khoảng thời gian trong suốt toàn bộ thời gian hội nghị, hoặc có thểthay đổi tùy biến trong thời gian hội nghị Các gói không đến được trước khi thời gianlên lịch hiển thị sẽ bị coi là mất; như đã đề cập, phía nhận có thể sử dụng một số dạngnội suy tiếng nói để cố gắng làm ẩn đi sự mất gói

Khôi phục lại gói mất:

 Chỉnh sửa dữ liệu phía người gửi (Sender-Based Repair)

Một số kỹ thuật chỉnh sửa dữ liệu với sự tham gia của bên gửi luồng dữ liệu cóthể để phục hồi các gói bị mất Các kỹ thuật này có thể chia thành hai loại: sự truyềnlại tích cực và mã hoá kênh thụ động Mã hoá kênh thụ động lại được chia làm haidạng là sửa lỗi trước (FEC: Forward Error Correction) và sự sắp xếp đan xen FEC cóthể là : không phụ thuộc môi trường (media-independent) hay phụ thuộc môi trường(media-specific) Sự phân loại này được thể hiện ở hình 1.3

Sửa lỗi dựa trên người gửi

Truyền lại Đan xen Sửa lỗi trước

Phụ thuộc môi trường Độc lập môi trường

Hình 1.3: Phân loại các kỹ thuật sửa đổi dữ liệu phía người gửi

Để đơn giản cho thảo luận tiếp theo chúng ta tách biệt khái niệm đơn vị dữ liệu

và gói dữ liệu Một đơn vị là một khoảng thời gian dữ liệu về âm thanh, chúng đượclưu trữ ở thiết bị đầu cuối tại công cụ audio Một gói bao gồm một hay nhiều đơn vịliên kết với nhau để truyền dẫn trên mạng

- Sửa lỗi trước (Forward Error Correction)

Một số kỹ thuật hiệu chỉnh lỗi trước đã được phát triển để khắc phục sự mấtmát dữ liệu trong thời gian truyền dẫn Bằng cách đưa thêm dữ liệu vào luồng gửi đi ta

có thể phục hồi được nội dung của các gói bị mất

+ FEC độc lập với môi trường (Media-independent FEC)

Có nhiều phương pháp mã hoá FEC không phụ thuộc vào dữ liệu như là mã hoáđại số hay mã khối để thêm vào các gói tin trong quá trình truyền dẫn giúp chúng tahiệu chỉnh sự mất gói Mỗi mã có một từ mã riêng và kết hợp với k gói dữ liệu để tạo

ra n-k gói kiểm tra, kết quả là số gói được truyền trên mạng là n gói

Hình 1.4: Sửa đổi dữ liệu sử dụng FEC

Có rất nhiều cách mã hoá khối song ở đây chỉ đề cập đến hai cách là : mã hoáchẵn lẻ và mã Reed-Solomon Các cách mã hoá khối này đầu tiên được sử dụng đểphát hiện và hiệu chỉnh các lỗi trong luồng bít truyền dẫn bằng cách tạo ra các bít kiểmtra từ các bít dữ liệu Một luồng các gói được truyền đi chúng ta quan tâm tới sự mấtmát các gói tin của nó vì vậy chúng ta phải áp dụng cách mã hoá khối thông qua cáccác bít trong các khối của các gói tin

Trong mã hoá chẵn lẻ các thao tác XOR được áp dụng cho một nhóm các gói đểtạo ra các gói tin chẵn lẻ phù hợp Trong giản đồ hình 1.4 thì cứ n-1 gói dữ liệu lạitruyền đi một gói chẵn lẻ Với điều kiện chỉ mất một gói trong n gói dữ liệu đượctruyền đi thì gói mất đó sẽ được phục hồi lại Có nhiều cách mã hoá chẵn lẻ khác nhaubắt nguồn từ sự tổ hợp khác nhau về XOR của các gói Một vài cách mã hoá kiểu nàyđược đề cập bởi Budge và đã được tổng kết bởi Rosenberg và Schulzrinne.

Mã Reed- Solomon (RS) rất nổi tiếng về việc hiệu chỉnh các lỗi Việc mã hoádựa trên thuộc tính của các đa thức Bản chất của mã hoá RS là lấy một số từ mã và sửdụng chúng làm hệ số của đa thức f(x)

Phương pháp FEC có nhiều ưu điểm Trước tiên, về cách mã hoá độc lập vớimôi trường, các thao tác của FEC không phụ thuộc vào nội dung gói tin và khi sửachữa sẽ lập lại chính xác vị trí của gói tin bị mất Các thao tác tính toán nhằm khắcphục gói tin bị mất và khôi phục chúng là rất đơn giản Nhược điểm của phương phápnày là thêm độ trễ, tăng băng thông và công cụ mã hoá khó khăn

+ FEC phụ thuộc vào môi trường (Media-specific FEC)

Một cách đơn giản để chống lại sự mất gói tin là truyền mỗi khối audio trongnhiều gói Nếu một gói bị mất thì nội dung của gói khác có khối tương tự sẽ khôi phụclại gói bị mất đó Nguyên lý này được minh hoạ trong hình 1.5 Cách làm này được đềnghị bởi Hardman và Bolot và được mở rộng bởi Podolsky

Hình 1.5: Sửa chữa sử dụng FEC phụ thuộc vào môi trường.

Bản sao truyền dẫn đầu tiên của dữ liệu audio được truyền như là mã hoá chính

và sau đó truyền tiếp theo như là mã hoá phụ Ta có thể gửi lược đồ mã hoá phụ giốngnhư lược đồ mã hoá chính Nhưng thường thì sơ đồ mã hoá phụ có băng thông nhỏhơn và chất lượng thấp hơn sơ đồ mã hoá chính

Lựa chọn sơ đồ mã hoá là vấn đề khó khăn và phụ thuộc vào cả yêu cầu băngthông và độ phức tạp tính toán của bộ mã hoá (Erdol sử dụng phương pháp mã hóa vàgiải mã thông qua việc đo và thống kê các bit 0 (zero) trong khoảng thời gian ngắn)

Ưu điểm của việc sử dụng sơ đồ này là ít phải thực hiện tính toán và có thể nhanh

9 10 12

chóng được mã hoá Hardman và Bolot đề nghị sử dụng cách mã hoá phân tích-tổnghợp tốc độ bít thấp chẳng hạn như LPC (2,4-5,6 kb/s) và mã hoá GSM toàn tốc(13kb/s)

Nếu bộ mã hoá chính dùng bộ xử lý mạnh để cho ta chất lượng vừa phải vàbăng thông thấp thì bộ mã hoá phụ có thể sử dụng giống như bộ mã hoá chính Một ví

dụ của trường hợp này là bộ mã hoá G.723.1 của hiệp hội viễn thông quốc tế ITU sửdụng một phần lớn sức mạnh tính toán của bộ xử lý cá nhân, nó cho ta độ rộng băngthông thấp (5,3/6,3 kb/s)

Sử dụng FEC phụ thuộc vào môi trường thì ta phải chịu một tiêu đề gói lớn.Trong ví dụ sử dụng 8 kHz PCM (64 kb/s) như là sơ đồ mã hoá chính và GSM (13kb/s ) làm mã hoá phụ thì kết quả là kích thước của gói dữ liệu sẽ tăng thêm 20%.Giống như sơ đồ FEC độc lập với môi trường thì tiêu đề của FEC phụ thuộc vào môitrường có thể thay đổi Tuy nhiên, không giống như các giản đồ mã hoá khác, tiêu đềcủa gói tin trong FEC phụ thuộc vào môi trường có thể giảm đi mà vẫn có thể phục hồiđược gói bị mất nhưng với mức chất lượng thấp hơn Giảm tiêu đề gói đã được sửdụng cho các ứng dụng audio

Khác với nhiều công nghệ phía đầu gửi khác đã được thảo luận, sử dụng FECphụ thuộc vào môi trường có ưu điểm là độ trễ thấp chỉ có độ trễ gói đơn được thêmvào Điều này phù hợp cho các ứng dụng mang tính tương tác

- Đan xen (Interleaving)

Khi kích thước của khối nhỏ hơn kích thước của gói tin và trễ từ đầu cuối tớiđầu cuối là không quan trọng, đan xen (interleaving) là kỹ thuật hữu ích cho việc giảmhiệu ứng mất gói Trước khi truyền các khối được sắp xếp lại Các khối cạnh nhauđược tách ra xa nhau với khoảng cách đảm bảo trong luồng được truyền dẫn và lập lạithứ tự các gói tin tại bên nhận Đan xen làm giảm hiệu ứng mất gói Nếu cho ví dụ cáckhối có chiều dài là 5ms và các gói chiều dài 20 ms (tức là 4 khối trong một gói) thìgói thứ nhất chứa các khối 1, 5, 9, 13; các khối của gói thứ hai là 2, 4, 6, 14 Thí dụminh hoạ được thể hiện trên hình 1.6

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Luồng ban đầu

Khi xuất hiện mất một gói đơn từ dòng lưu lượng được đan xen thì kết quả làtạo ra nhiều các khe nhỏ trong dòng dữ liệu khôi phục, khác với xuất hiện một khe lớntrong dòng dữ liệu không đan xen.

Nhược điểm của đan xen là nó làm tăng thêm độ trễ Đây là giới hạn của sửdụng kỹ thuật cho các ứng dụng tương tác Bởi vậy nó thường chỉ được sử dụng chocác ứng dụng không tương tác Ưu điểm chính của đan xen là nó không yêu cầu dùngthêm băng thông cho dòng dữ liệu truyền

- Sự phát lại gói tin (Retransmission)

Các ứng dụng audio tương tác bị giới hạn độ trễ và yêu cầu trễ từ đầu cuối tớiđầu cuối nhỏ hơn 250 ms Đây là lý do không thể sử dụng việc truyền lại cho các gói

bị mất Nếu trễ từ đầu cuối tới đầu cuối nhỏ thì vẫn có thể chấp nhận được

Sơ đồ multicast tin cậy được phát triển rộng khắp dựa trên việc truyền lại cácgói bị mất là SRM (Scaleble Reliable Multicast) Khi các phần tử của một SRM pháthiện ra mất gói, nó sẽ đợi một khoảng thời gian ngẫu nhiên xác định bởi khoảng cách

từ nguồn có dữ liệu bị mất và sau đó truyền đa hướng các yêu cầu sửa chữa

Trong khi các giao thức SRM và tương tự sẽ phù hợp cho truyền đa hướng tincậy của dữ liệu, chúng không phù hợp cho các luồng đa phương tiện chẳng hạn như làaudio Điều này là bởi vì chúng không giới hạn trễ truyền dẫn và khắc phục gói bị mất

có thể lấy một lượng bất kỳ của thời gian Một số lượng lớn các giao thức truyền đahướng tin cậy Có rất nhiều các giao thức truyền đa hướng tin cậy đã được biết tớinhưng mà không phù hợp cho luồng đa phương tiện do đó sẽ không được nghiên cứu ởđây Lý do tương tự như vậy TCP là không phù hợp cho audio truyền đẫn đơn hướng

Nói như vậy không có nghĩa là các giản đồ truyền lại gói tin không được sửdụng cho luồng đa phương tiện, Các giao thức có thể được sử dụng để truyền dẫn lạinhưng giới hạn cho phép yêu cầu truyền lại cho một khối dữ liệu Giản đồ truyền dẫnlại làm việc tốt khi tỉ lệ mất gói là tương đối nhỏ Khi tỉ lệ mất gói tăng lên thì yêu cầutruyền dẫn lại gói tin tăng lên

Việc truyền đẫn lại một khối tín hiệu audio không cần thiết phải truyền dẫn góitin nguồn mà khối có thể mã hoá lại với băng thông nhỏ hơn Có sự tương đồng vềtruyền lại và truyền thêm thông tin dư thừa và một giao thức có thể có cả truyền dẫnlại và truyền dẫn dư thừa thông tin Điều này cho phép bên nhận không tham gia vàoviệc xử lý các gói tin truyền lại nếu trễ xuất hiện là lớn

 Các kỹ thuật sửa lỗi phía người nhận (Receiver-based repair)

Chúng ta có một số kỹ thuật để che giấu lỗi có thể sử dụng tại bên nhận củadòng audio và không yêu cầu sự giúp đỡ từ bên gửi Kỹ thuật này sử dụng khi sơ đồphục hồi ở bên gửi thất bại trong hiệu chỉnh tất cả các lỗi hoặc khi bên gửi của dòng

dữ liệu không thể tham gia vào quá trình phục hồi

Sơ đồ che giấu lỗi dựa vào kết quả lặp lại gói tin bị lỗi trong luồng lưu lượngtruyền dẫn Điều này có thể thực hiện được với tín hiệu âm thanh Kỹ thuật này sửdụng cho luồng lưu lượng có tỉ lệ mất gói nhỏ (<15%) và dùng cho các gói nhỏ (4-40ms) Khi mà gói tin có độ dài lớn thì kĩ thuật này sẽ không áp dụng được vì nó gây lỗi

ở phía người nghe

Phân loại kỹ thuật phục hồi phía nhận được thể hiện trong hình 1.7 Các kỹthuật này được phân làm 3 loại:

Sửa lỗi dựa trên đầu thu

Nối Thay thế Mô phỏng

gói Thay thế bước sóng Tái tạo cường độ bước sóng

Nội suy trạng thái phát Cải thiện thang thời gian

Khôi phục dựa trên mô hình

Hình 1.7: Phân loại các kỹ thuật che dấu lỗi Chèn: Sửa chữa trên cơ sở chèn (Insertion-Based) được thực hiện chèn bằng

cách chèn các gói lấp đầy vào các vị trí gói mất Các gói được sử dụng để chèn có thể

là khoảng lặng, tiếng ồn hoặc gói nhận được trước đó Với kỹ thuật lặp sẽ thay thế cácgói bị mất bằng các gói ngay trước gói đó Nó có độ phức tạp thấp và thực hiện dễdàng Trong một số trường hợp phương pháp này có thể cho kết quả tốt

Nội suy: Phương pháp này sử dụng một vài dạng tính toán và nội suy để đưa ra

được gói tin tương tự như gói bị mất Các kỹ thuật này gặp nhiều khó khăn trong thựchiện và yêu cầu tính toán nhiều so với sơ đồ chèn

Tái tạo lại: Máy thu sẽ tìm cách tái tạo lại gói tin bị mất từ các gói tin nhận

được Cách này cũng khó thực hiện nhưng nó có thể cho kết quả tốt

1.3.6 Các lớp dịch vụ

Dưới đây là bảng phân ra một số loại ứng dụng phổ biến cũng như các yêu cầutài nguyên của chúng

Bảng 1.2: Các ứng dụng và yêu cầu về chất lượng dịch vụ

STT Tên ứng dụng Mất gói Băng thông Nhậy cảm với trễ

và jitter

FTP

Không mất gói Không đòi hỏi cố định Không

Đòi hỏi cố định

Âm thanh: từ vài Kbđến 1Mb

Hình ảnh: từ 10Kb đến8Mb

Đòi hỏi cố định

Âm thanh: từ vài Kbđến 1Mb

Hình ảnh: từ 10Kb đến8Mb

Có, khoảng vàigiây

tác

Có thể mất gói

ở một mứcnhất định

Tất cả các ứng dụng đều yêu cầu một mức chất lượng dịch vụ nhất định, mỗiúng dụng đều có một số đặc tính cơ bản khác nhau Để nhận biết các các yêu cầu chấtlượng dịch vụ, hệ thống thường nhận biết qua các lớp dịch vụ Theo quan điểm củaITU-T, khuyến nghị I-1541 các lớp dịch vụ được chia thành các mức như trên bảng1.3 dưới đây:

Bảng 1.3 : Các mức chất lượng dịch vụ

Như vật tham số thời gian thực và tương tác cao được đặt lên hành đầu đối với mạng IP, phần lớn các ứng dụng thực hiện tốt trong các mạng chuyển mạch hướng kết

nối (chuyển mạch kênh và ATM) đáp ứng tốt được các yêu cầu này Trong khi mạng

IP truyền thống không hỗ trợ QoS cho các dịch vụ thời gian thực

1.4 Một số kỹ thuật hỗ trợ chất lượng dịch vụ

Phân loại-Nhận dạng luồng: Để cung cấp sự ưu tiên cho một số luồng nhất định,

thì luồng phải được nhận dạng và nếu cần còn phải đánh dấu Hai nhiệm vụ này lạithường liên quan đến việc phân loại luồng Khi gói được nhận dạng nhưng không đượcđánh dấu, thì phân loại được gọi là trên cơ sở từng chặng Đó là khi việc phân loại chỉliên quan đến thiết bị chứa gói đó mà không được chuyển tới bộ định tuyến kế tiếp.Điều này xảy ra cùng với cơ chế xếp hàng theo yêu cầu (CQ) và xếp hàng ưu tiên(PQ) Khi các gói được đánh dấu cho việc sử dụng trong toàn mạng, các bit ưu tiên IP

có thể được thết lập

Xếp hàng: Do bản chất cụm của lưu lượng audio/video/data, thỉnh thoảng lưu

lượng vượt quá tốc độ của đường truyền (hay băng thông), ở trường hợp này thì bộđịnh tuyến sẽ phải làm gì? Một cách để các phần tử mạng giải quyết vấn đề tràn lưulượng là sử dụng thuật toán hàng đợi để sắp xếp lưu lượng và sau đó xác định một sốphương pháp để ưu tiên ở đầu ra hàng đợi Một số cơ chế hàng đợi hiện nay là:

Xếp hàng theo nguyên tắc vào trước ra trước (FIFO)

- Xếp hàng ưu tiên (PQ)

- Xếp hàng theo yêu cầu (CQ)

- Xếp hàng theo trọng số phù hợp (WFQ)

- Xếp hàng theo tải trọng phụ thuộc vào lớp (CB-WFQ)

Mỗi thuật toán xếp hàng được thiết kế để giải quyết các vấn đề lưu lượng mạng

cụ thể và có ảnh hưởng đặc biệt lên chất lượng của mạng Thuật toán xếp hàng có hiệulực khi xảy ra tắc nghẽn Nếu hàng đợi không tắc nghẽn, không cần phải xếp các góitrong hàng đợi mà phân phát trực tiếp các gói tới giao diện

Quản lý hàng đợi: Do các hàng đợi có kích thước hữu hạn nên chúng có thể bị

tràn khi ta chèn đầy lưu lượng quá mức Khi hàng đợi đầy, các gói tin đến sẽ khôngđược xếp vào hàng đợi mà sẽ bị bỏ đi (thậm chí đó là các gói đó có độ ưu tiên cao)

Do đó các cơ chế quản lý hàng đợi cần thiết phải thực hiện hai việc sau:

- Đảm bảo hàng đợi không đầy để còn có chỗ cho các gói có độ ưu tiên cao

- Đưa ra một số tiêu chuẩn cho phép loại bỏ các gói có độ ưu tiên thấp trước các gói có độ ưu tiên cao

Tránh tắc nghẽn là một hình thức của quản lý hàng đợi Kỹ thuật tránh tắc nghẽngiám sát tải trọng lưu lượng trên mạng nhằm cố gắng tiên đoán trước và tránh xảy ranghẽn tại những nút cổ chai của mạng, điều này ngược lại kỹ thuật quản lý tắc nghẽn,bởi vì kỹ thuật quản lý tắc nghẽn chỉ hoạt động sau khi tắc nghẽn xảy ra Công cụtránh tắc nghẽn cơ bản của Cisco là WRED

Lập chính sách: Lập chính sách bao gồm các bước sau:

- Một vài lưu lượng có thể được hạn chế tới một tốc độ cụ thể

- Những gói vượt quá mức quy định có thể bị huỷ hay đánh dấu đặc biệt

Các bước trong việc định dạng lưu lượng:

- Lưu lượng được hạn chế tới một tốc độ cụ thể đảm bảo phù hợp với các chínhsách định ra cho nó

- Những gói vượt quá mức quy định sẽ được xếp vào hàng đợi chứ không bị huỷ hay đánh dấu giống như việc lập chính sách

Có thể sử dụng định dạng lưu lượng để:

- Kiểm soát việc sử dụng băng thông hiện có

- Thiết lập chính sách lưu lượng

- Điều phối luồng lưu lượng để tránh tắc nghẽn

Lập lịch: Lập lịch đặc trưng về điều khiển thời gian của việc lưu thoát gói khỏi

mỗi hàng đợi Lập lịch liên quan mật thiết tới hàng đợi-thường tại giao diện đầu rahướng tới router hoặc host tiếp theo, nhưng cũng có thể là tại các điểm hàng đợi trongmột router Như vậy lập lịch có nhiệm vụ đơn giản là lôi các gói ra khỏi hàng đợinhanh bằng khả năng kết nối có thể chuyển được Bộ lập lịch tồn tại trong các router

có kiến trúc CQS, mỗi giao diện có một tầng bộ lập lịch chia sẻ khả năng chứa của kếtnối đầu ra giữa sự kết hợp các hàng đợi trong giao diện

Bộ lập lịch chủ yếu cưỡng chế quyền ưu tiên tương đối, hạn chế trễ, hoặc băng thông chủ định giữa các lớp lưu lượng khác nhau Một bộ lập lịch có thể thiết lập băng thông khả dụng nhỏ nhất cho một lớp đặc biệt bằng cách đảm bảo rằng các gói được lấy ra khỏi hàng đợi có quan hệ với các lớp đó một cách thông thường

độ trễ, jitter, tỷ lệ mất gói và độ lưu thoát Trong chương II chúng ta sẽ nghiên cứu vềnhững phương pháp kỹ thuật được cài đặt trên các bộ định tuyến, đây là nội dungquan trọng nhất để thể hiện trong các mô hình đảm bảo chất lượng dịch vụ trongmạng IP.

2.1 Kỹ thuật đo lưu lượng và mầu hóa lưu lượng

Để thực hiện việc hạn chế lưu lượng, các bộ định tuyến thường sử dụng kỹthuật đo lưu lượng nhằm xác định tốc độ dữ liệu đầu vào có phù hợp với tốc độ camkết hay không Các khối đo lưu lượng thường sử dụng mô hình toán gọi là góa ròtoken để xác định và hạn chế lưu lượng Mô hình gáo giò token gồm hai thành phần:Token mang ý nghĩa về số bit được đưa vào mạng; góa giò là nơi lưu trữ các token và

độ sâu của gáo thể hiện kích thước của gói Có hai dạng đo lưu lượng và màu hóa lưulượng: Đánh dấu ba mầu tốc độ đơn srTCM (single rate Three Color Marker) và đánhdấu ba mầu hai tốc độ trTCM (two rate Three Color Marker)

2.1.1 Đánh dấu ba mầu tốc độ đơn

Kỹ thuật đánh dấu ba mầu tốc độ đơn được định nghĩa trong RFC 2696,srTCM dùng để đặt chính sách cho một luồng đơn tốc độ CIR Nó đo tốc độ lưulượng dựa vào kết quả đánh dấu các gói theo ba mầu Ba mầu là xanh đỏ vàng thểhiện tốc độ tương thích tốc độ theo cấp độ giảm dần

srTCM có hai chế độ là chế độ mù mầu và chế độ rõ mầu Chế độ mù mầu thìcoi các gói đến không có mầu, còn chế độ rõ mầu thì các gói đến sẽ được quan tâmtới mầu đã được đánh dấu từ trước

Mục đích của scTCM là đảm bảo tốc độ lưu lượng trung bình dài hạn củangười sử dụng trong tốc độ thông tin cam kết CIR Khoảng thời gian dài hạn khôngtương thích với khoảng thời gian áp dụng chính sách vì mục đích của chính sách làxác định các luồng lưu lượng vi phạm các tốc độ thỏa thuận trước và đánh dấu các góitin để chuyển chúng đi Do đó các gói tin sẽ chuyển đi ngay mà không lưu lại ở bộđịnh tuyến một thời gian dài để chờ CIR được xác định dựa trên thời gian dài hạn Vìvậy, áp dụng chính sách phải dựa trên một khoảng thời gian ngắn, sử dụng hai tham

số CBS và CIR thay cho CIR

Tc >=B

Tc<B Te>=B Te<B

Hình 2.1 dưới đây chỉ ra khoảng thời gian CBS trong CIR của tốc độ lưu lượngđầu vào đơn

Thời gian đo CIR

Thời gian đo CBS

Vị trí byte

Hình 2.1: Khoảng thời gian đo CBS và CIR

Đánh dấu 3 mầu tốc độ đơn srTCM gồm 2 kiểu gáo token, gáo token C và gáotoken E như trên hình 2.2 Độ sâu gáo C là kích thước bùng nổ cam kết CBS, gáo Cđược khởi tạo đầy với số token Tc=CBS Độ sâu của gáo E là kích thước bùng nổ quáhạn EBS Gáo E cũng được khởi tạo đầy với số lượng Te+EBS Cả hai bộ đếm token

Tc và Te được cập nhật tại tốc độ CIR, ví dụ tại thời điểm 1/CIR giây

CIR/sec

Thời gian 1/CIR sec

Hình 2.2 (a): Gáo C và gáo E ở chế độ mù mầu

Gói vào không bị đánh dấu

B byte với Tc và TeSo sánh B

Gói ra bị đánh dấu

Hình 2.2 (b): srTCM ở chế độ mù mầu

Thuật toán cập nhật của hai gáo như sau:

Tại khoảng thời gian cập nhật, nếu gáo C không đầy (Tc<CBS) thì Tc sẽ tănglên 1 (Tc:=Tc+1)

Nếu gáo C đầy mà gáo E không đầy (Tc=CBS và Te<EBS) thì Tc không thay đổi và Te tăng lên1 (Te:=Te+1)

Nếu cả hai gáo đầy thì không có gáo nào thay đổi trạng thái

Hình 2.2 (b) chỉ ra phương pháp hoạt động của chế độ mù mầu srTCM, mộtgói không đánh dấu có kích thước B byte đến tại thời điểm t.

Đầu tiên, bộ đếm so sánh kích thước B với token hiện thời của gáo C (Tc), nếu

(Tc:=Tc-B)

Nếu không đủ chỗ trong C (B>Tc) bộ đếm kiểm tra gáo thứ 2 (gáo E), nếu gáo

E còn đủ chỗ (B  Te) gói sẽ được đánh dấu mầu vàng và Te:=Te-B Khi đó gáo

C không sử dụng nên Tc không thay đổi trạng thái

Cuối cùng, nếu gáo E cũng không đủ chỗ (B>Te), gói sẽ được đánh dấu mầu

đỏ và cả Tc và Te không thay đổi trạng thái

Hình 2.3 thể hiện chế độ họat động rõ mầu của srTCM, nó tương ứng nhưtrong chế độ mù mầu Các gói mầu xanh kích thước B bytes đến tại thời điểm t

Vẫn giữ mầu xanh nếu Tc  B và Tc:=Tc-B

Được đánh dấu mầu vàng nếu Tc  B  Te và Te:=Te-B

Đánh dấu mầu đỏ nếu Te<B và không có sự thay đổi của Te và Tc

Mầu đầu vào

2.1.2 Đánh dấu ba mầu hai tốc độ

Bộ đánh dấu 3 mầu hai tốc độ được định nghĩa bởi RFC 2698 trTCM sử dụngcho cả tốc độ thông tin đỉnh PIR và tốc độ thông tin cam kết Giống như srTCM,trTCM có hai chế độ họat động: Chế độ mù mầu và chế độ rõ màu Đánh dấu 3 mầuhai tốc độ được cấu hình bởi các chế độ hoạt động và các tham số PIR, CIR, PBS vàCBS

Bộ đánh dấu 3 mầu hai tốc độ trTCM hoạt động với hai gáo rò: Gáo rò token C

và gáo rò token P Gáo rò token C được dùng để điều khiển CIR và góa rò token Pđiều khiển PIR.Gáo rò C trong trTCM tương tự như trong srTCM, gáo rò P có độ sâu

Hình 2.4 (a): Gáo rò C và P trong trTCM

Gói vào

không tô mầu

B byte So sánh vớiTp So sánhvới Tc

Gói ra tô mầu

Hình 2.4 (b): trTCM ở chế độ mù mầu

Chế độ hoạt động mù màu được mô tả trên hình 2.4(b) Giả thiết các gói khôngmàu có kích thước B đến tại thời điểm t Gói tin kích thước B sẽ so sánh với tokentrong gáo rò P

 Nếu gáo rò P không đủ chỗ (B > Tp), gói tin sẽ được đánh dấu bằng màu đỏ bất kể C có đủ hay không

 Nếu gáo P đủ chỗ (Tp ≥ B), gói kích thước B được so sánh với bộ đếm tokentrong gáo C, Tc

Nếu (Tc ≥ B), gói được đánh dấu màu xanh và Tp:=Tp-B và Tc:=Tc-B

Nếu (Tc < B), gói được đánh dấu màu vàng và Tp:=Tp-B

Chế độ hoạt động rõ màu chỉ ra trên hình 2.5 Giống như chế độ hoạt động củasrTCM, các gói đến không thể cải thiện cấp độ tốt hơn (luôn luôn bằng hoặc nhỏ hơncấp độ đưa tới) Giả thiết các gói đã được đánh dấu màu tới:

 Nếu gói đã được đánh dấu màu đỏ, gói sẽ được đánh dấu lại màu đỏ và các gáo

2.2 Kỹ thuật quản lý hàng đợi tích cực

Trong kỹ thuật quản lý hàng đợi tích cực gồm có 3 kiểu cơ bản: RED, WRED

và ECN Dưới đây, chúng ta xem xét chi tiết các kiểu hàng đợi này

2.2.1 Kỹ thuật loại bỏ gói ngẫu nhiên sớm RED

RED phát hiện nguy cơ tắc nghẽn và loại bỏ gói ngẫu nhiên từ bộ đệm Hình2.6 thể hiện sơ đồ nguyên lý hoạt động của kỹ thuật loại bỏ gói ngẫu nhiên sớm Nhưchỉ ra trên hình, phần quan trọng nhất của RED là dự đoán tắc nghẽn và hồ sơ loại bỏgói

Khối dự đoán tắc nghẽn

% bộ đệm đầy

α Hồ sơ loại bỏ

gói

Chiều dài hàng đợi tức thời N

Xác suất loại gói p

X Gói loại bỏ ngẫu nhiên X

Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của RED

Chức năng của khối dự đoán tắc nghẽn là đánh giá lưu lượng trong bộ đệmtheo thời gian và phát hiện khả năng tắc nghẽn

Tiếp cận đơn giản nhất là dựa vào chiều dài hàng đợi (N) và xác định trạngthái tắc nghẽn dựa trên cơ sở hàng đợi đầy (so sánh với kích thước bộ đệm (B))

Một phương pháp khác sử dụng để dự đoán tắc nghẽn là dựa trên thuật toántính toán thời gian trung bình của hàng đợi, đầu ra của khối dự đoán tắc nghẽn làchiều dài hàng đợi trung bình trọng số (nN) Mặc dù nó phản ánh độ dài hàng đợi hiệnthời, nhưng (nN) không phải là chiều dài hàng đợi thực tế mà là phép đo cho hiện