Đánh giá và so sánh hiệu quả đảm bảo qos cho truyền thông đa phương tiện của mô hình intserv và diffserv

  • 93 trang
  • file .pdf
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
NGUYỄN ĐỨC XUÂN BÌNH
ĐÁNH GIÁ VÀ SO SÁNH HIỆU QUẢ ĐẢM BẢO QOS CHO
TRUYỀN THÔNG ĐA PHƢƠNG TIỆN CỦA MÔ HÌNH
INTSERV VÀ DIFFSERV
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Hà Nội – 2008
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
NGUYỄN ĐỨC XUÂN BÌNH
ĐÁNH GIÁ VÀ SO SÁNH HIỆU QUẢ ĐẢM BẢO QOS CHO
TRUYỀN THÔNG ĐA PHƢƠNG TIỆN CỦA MÔ HÌNH
INTSERV VÀ DIFFSERV
Ngành : Công nghệ thông tin
Chuyên ngành : Truyền dữ liệu và Mạng máy tính
Mã số : 60 48 15
LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN ĐÌNH VIỆT
Hà Nội – 2008
1
2
MỤC LỤC
MỤC LỤC ....................................................................................................... 2
CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ..................................................................... 5
DANH SÁCH HÌNH VẼ ................................................................................. 7
DANH MỤC CÁC BẢNG............................................................................... 9
MỞ ĐẦU ........................................................................................................ 10
1. Mục đích và ý nghĩa của đề tài ................................................................ 10
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu............................................................ 10
3. Cấu trúc các chương ............................................................................... 11
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN QoS CHO TRUYỀN THÔNG ĐA PHƢƠNG
TIỆN .............................................................................................................. 12
1.1 Tổng quan......................................................................................... 12
1.2 Các ứng dụng truyền thông đa phương tiện ....................................... 12
1.2.1 Truyền dòng số liệu âm thanh và hình ảnh đã được lưu trữ trước
(Streaming stored audio and video) ............................................... 13
1.2.2 Truyền dòng số liệu âm thanh và hình ảnh thời gian thực từ một
nguồn đến nhiều đích .................................................................... 14
1.2.3 Truyền âm thanh và hình ảnh có tương tác thời gian thực (Real-time
interactive audio and video) .......................................................... 14
1.3 Các tham số chất lượng dịch vụ ........................................................ 15
1.3.1 Băng thông.................................................................................... 15
1.3.2 Độ trễ............................................................................................ 16
1.3.3 Độ thăng giáng trễ ......................................................................... 16
1.3.4 Sự mất mát gói tin ......................................................................... 17
1.4 Các yêu cầu chất lượng dịch vụ......................................................... 18
1.5 Các mô hình đảm bảo QoS ............................................................... 20
CHƢƠNG 2. KIẾN TRÚC QoS ................................................................... 22
2.1 Thành phần chung của kiến trúc QoS ................................................ 22
2.1.1 Cung cấp QoS ............................................................................... 22
2.1.2 Điều khiển QoS............................................................................. 23
2.1.3 Quản lý QoS ................................................................................. 24
2.2 Các chức năng của QoS .................................................................... 24
2.2.1 Đánh dấu gói tin............................................................................ 25
2.2.2 Phân loại gói tin ............................................................................ 26
3
2.2.3 Chính sách lưu lượng .................................................................... 26
2.2.4 Quản lý hàng đợi tích cực ............................................................. 26
2.2.4.1 Kỹ thuật loại bỏ gói ngẫu nhiên sớm RED ............................. 27
2.2.4.2 Kỹ thuật loại bỏ sớm theo trọng số WRED ............................ 28
2.2.5 Lập lịch gói tin .............................................................................. 28
2.2.5.1 Hàng đợi FIFO ...................................................................... 29
2.2.5.2 Hàng đợi có ưu tiên PQ ......................................................... 30
2.2.5.3 Hàng đợi công bằng FQ ........................................................ 30
2.2.5.4 Hàng đợi quay vòng có trọng số WRR .................................. 31
2.2.5.5 Hàng đợi công bằng có trọng số WFQ và hàng đợi theo lớp
công bằng có trọng số CB-WFQ ........................................................... 33
2.2.6 Định dạng lưu lượng (Traffic Shaping) ......................................... 34
2.2.6.1 Định dạng lưu lượng “thuần” (Pure traffic shaping)................ 34
2.2.6.2 Định dạng lưu lượng kiểu giỏ có sử dụng thẻ bài (Token bucket)
35
CHƢƠNG 3. MÔ HÌNH DỊCH VỤ TÍCH HỢP INTSERV ....................... 37
3.1 Tổng quan IntServ ............................................................................ 37
3.2 Kiến trúc IntServ .............................................................................. 38
3.2.1 Điều khiển chấp nhận.................................................................... 39
3.2.2 Phân loại ....................................................................................... 39
3.2.3 Lập lịch ......................................................................................... 39
3.2.4 Các dịch vụ của IntServ ................................................................ 39
3.3 Giao thức dành trước tài nguyên - RSVP (Resource Reservation
Protocol) ................................................................................................. 40
3.3.1 Giới thiệu chung ........................................................................... 40
3.3.2 Hoạt động của RSVP .................................................................... 41
3.3.3 Các kiểu dành trước tài nguyên RSVP .......................................... 42
3.3.4 Định dạng thông báo RSVP .......................................................... 43
3.3.5 Thông báo PATH .......................................................................... 49
3.3.6 Thông báo RESV .......................................................................... 50
CHƢƠNG 4. MÔ HÌNH DỊCH VỤ KHÁC BIỆT DIFFSERV .................. 51
4.1 Tổng quan DiffServ .......................................................................... 51
4.2 Kiến trúc DiffServ ............................................................................ 53
4.2.1 Miền DS (Different Service) ......................................................... 53
4.2.2 Vùng DS ....................................................................................... 55
4.3 Định nghĩa trường trong DiffServ...................................................... 56
4.3.1 Đánh dấu gói tin trong bộ định tuyến thông thường....................... 56
4.3.2 Cấu trúc trường DS ....................................................................... 58
4.3.3 Các mã phân biệt dịch vụ DSCP ................................................... 58
4.4 Phân loại và điều hoà lưu lượng ........................................................ 59
4.5 Hành vi theo chặng PHB (Per-Hop Behaviors) .................................. 61
4.5.1 Chuyển tiếp nhanh EF PHB. ......................................................... 62
4
4.5.2 Chuyển tiếp đảm bảo AF PHB ...................................................... 63
CHƢƠNG 5. THỰC NGHIỆM MÔ PHỎNG ............................................. 64
5.1 Hệ mô phỏng NS2 ............................................................................ 64
5.1.1 Giới thiệu ...................................................................................... 64
5.1.2 Kiến trúc của NS2 ......................................................................... 64
5.1.3 Các nguồn sinh lưu lượng trong NS-2 ........................................... 67
5.2 Thực nghiệm mô phỏng mô hình IntServ ........................................... 68
5.2.1 Thực nghiệm 1: Mô phỏng mạng IP không hỗ trợ RSVP_TE ........ 69
5.2.1.1 Thiết lập cấu hình mô phỏng 1............................................... 69
5.2.1.2 Thực hiện và phân tích kết quả mô phỏng 1 ........................... 70
5.2.2 Thực nghiệm 2: Mô phỏng mạng IP có hỗ trợ việc đặt trước tài
nguyên .......................................................................................... 71
5.2.2.1 Thiết lập cấu hình mô phỏng 2............................................... 71
5.2.2.2 Thực hiện và phân tích kết quả mô phỏng 2 ........................... 71
5.2.3 Thực nghiệm 3: Mô phỏng hoạt động tự khôi phục kết nối đường
truyền bị “đứt” .............................................................................. 74
5.2.3.1 Thiết lập cấu hình mô phỏng 3............................................... 74
5.2.3.2 Thực hiện và phân tích kết quả mô phỏng 3 ........................... 74
5.3 Thực nghiệm mô phỏng mô hình DiffServ ......................................... 77
5.3.1 Mục tiêu thực nghiệm ................................................................... 77
5.3.2 Thiết lập cấu hình mô phỏng ......................................................... 78
5.3.3 Thực hiện mô phỏng ..................................................................... 81
5.3.4 Kết quả mô phỏng và nhận xét ...................................................... 83
KẾT LUẬN .................................................................................................... 88
CÁC HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO ............................................... 89
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................. 90
5
CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt Nghĩa tiếng Anh
AF Assured Forwarding
AL Application Layer
AQM Active Queue Management
ATM Asynchronous Transfer Mode
BA Behavior Aggressive
B-ISDN Broadband ISDN
CBR Constant Bit Rate
CBS Committed Burst Size
CIR Committed Information Rate
CoS Class of Service
DiffServ Differential Service
DLL Data Link Layer
DS Different Service
DSCP Differential Service Code Point
ECN Explicit Congestion Notification
EF Expedited Forwarding
ETSI European Telecommunications Standards Institute
FIFO First In First Out
FLOWSPEC Flow Specification
FQ Fair Queuing
GoS Grade of Service
IESG Internet Engineering Steering Group
IETF Internet Engineering Task Force
IntServ Integrated Service
IPLR IP Loss Rate
IPTD IP Packet Transfer Delay
IPER IP Error Rate
ISO International Standard Organization
ITU International Telecommunication Union
MF Multi Fields
MoS Mean of Score
MPLS Multi Protocol Label Switching
NL Network Layer
6
NNI Network Node Interface
PBS Packet Burst Size
PHB Per Hop Behavior
PIR Peak Information Rate
PQ Priority Queuing
QoS Quality of Service
RED Random Early Discarding
RFC Request For Comments
RSVP Resource reservation protocol
SE Shared Explicit
SLA Service Level Agreement
TCA Traffic Conditioning Agreement
TL Transmission Layer
ToS Type of Service
UBR Undefined Bit rate
UNI User Network Interface
VBR Variable Bit Rate
WF Wildcard Filter
WFQ Weighted Fair Queuing
WRED Weighted Random Early Discarding
WRR Weighted Round Robin
7
DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 1.1: Băng thông liên kết ............................................................................ 15
Hình 2.1: Các thành phần trong cơ chế đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS. ......... 22
Hình 2.2: Các yêu cầu chức năng cơ bản của một bộ định tuyến........................ 25
Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của RED ................................................. 28
Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý lập lịch gói tin.......................................................... 29
Hình 2.5: Hàng đợi ưu tiên PQ. ......................................................................... 30
Hình 2.6: Hàng đợi công bằng FQ ..................................................................... 31
Hình 2.7: Hàng đợi quay vòng có trọng số WRR. ............................................. 32
Hình 2.8: Định dạng lưu lượng thuần ................................................................ 34
Hình 2.9: Định dạng lưu lượng bùng nổ kiểu giỏ có sử dụng thẻ bài. ................. 35
Hình 3.1: Mô hình hoạt động dịch vụ tích hợp IntServ ...................................... 38
Hình 3.2: Nguyên lý hoạt động của RSVP......................................................... 42
Hình 3.3: Các kiểu dành trước tài nguyên.......................................................... 43
Hình 3.4: Khuôn dạng bản tin RSVP và tiêu đề chung RSVP ............................ 44
Hình 3.5: Khuôn dạng bản tin đối tượng RSVP ................................................. 46
Hình 3.6: Class-Num và C-Type ....................................................................... 46
Hình 3.7: Đối tượng kiểu .................................................................................. 47
Hình 3.8: Định dạng thông báo RSVP PATH .................................................... 49
Hình 3.9: Định dạng thông báo RSVP RESV .................................................... 50
Hình 4.1: Mô hình các bước dịch vụ phân biệt DiffServ. ................................... 52
Hình 4.2: Miền IP ............................................................................................. 53
Hình 4.3: Miền DS............................................................................................ 54
Hình 4.4: Một miền DS và các mạng con. ......................................................... 55
Hình 4.5: Vùng DS. .......................................................................................... 55
Hình 4.6: Tiêu đề gói tin IPv4 ........................................................................... 57
Hình 4.7: Trường kiểu dịch vụ ToS trong tiêu đề IPv4 ...................................... 57
Hình 4.8: Tiêu đề gói tin IPv6 ........................................................................... 58
Hình 4.9: Cấu trúc của trường phân biệt dịch vụ DS. ......................................... 58
Hình 4.10: Dịch vụ phân biệt với PHB và TCA ................................................. 60
8
Hình 4.11: Các khối điều hoà lưu lượng DiffServ (TCB) ................................... 61
Hình 4.12: Xử lý chuyển tiếp nhanh EF PHB. ................................................... 62
Hình 5.1: Sự tương đồ ng giữa C++ và OTcl ...................................................... 65
Hình 5.2: Tổng quan về NS từ góc nhìn của người sử dụng ............................... 66
Hình 5.3: Mô hình vật lý mạng thực hiện mô phỏng. ......................................... 69
Hình 5.4: Cấu hình mạng mô phỏng thực nghiệm 1 ........................................... 70
Hình 5.5: Lưu lượng các luồng trong thực nghiệm 1 .......................................... 70
Hình 5.6: Hình ảnh hoạt động của mạng trong thực nghiệm 2 trên cửa sổ nam... 72
Hình 5.7: Lưu lượng các luồng trong thực nghiệm 2 .......................................... 73
Hình 5.8: Cấu hình mạng mô phỏng thực nghiệm 3 ........................................... 74
Hình 5.9: Hình ảnh hoạt động của mạng trong thực nghiệm 3 trên cửa sổ nam... 75
Hình 5.10: Lưu lượng luồng trong thực nghiệm 3 .............................................. 76
Hình 5.11: Biến thiên trễ của luồng trong thực nghiệm 3 ................................... 76
Hình 5.12: Kiến trúc của mô hình mô phỏng ..................................................... 78
Hình 5.13: Cấu hình mạng mô phỏng DiffServ trong NS2 ................................. 80
Hình 5.14: Tập các tham số của WRED trường hợp một ................................... 83
Hình 5.15: Biến thiên độ trễ các gói tin nguồn voice ......................................... 84
Hình 5.16: Biến thiên độ trễ các gói tin nguồn Video ........................................ 85
Hình 5.17: Biến thiên thông lượng đạt được của nguồn Video ........................... 85
9
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Các đặc tính phân lớp QoS cho mạng IP theo ITU-T......................... 19
Bảng 1.2: Phân lớp QoS theo quan điểm của ETSI ............................................ 20
Bảng 3.1: Các kiểu thông báo RSVP ................................................................. 46
Bảng 3.2: Các bit sử dụng cho điều khiển chia sẻ .............................................. 49
Bảng 3.3: Các bit sử dụng cho điều khiển lựa chọn máy gửi .............................. 49
Bảng 4.1: Các mức hiệu năng DTR ................................................................... 58
Bảng 4.2: Các mã dịch vụ phân biệt DSCP ....................................................... 60
Bảng 4.3: Chi tiết phân lớp đảm bảo AF PHB ................................................... 64
Bảng 5.1: TCS cho giao diện vào e1 ................................................................. 80
Bảng 5.2: Ttập các tham số WRED .................................................................. 83
Bảng 5.3: Kết quả truyền lưu lượng các nguồn FTP trong các trường hợp khác
nhau của WRED ............................................................................................... 86
10
MỞ ĐẦU
1. Mục đích và ý nghĩa của đề tài
Mạng Internet truyền thống được xây dựng theo nguyên tắc “cố gắng tối đa”
(best effort), nghĩa là không có sự đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS). Truyền
thông đa phương tiện (multimedia) đòi hỏi mạng phải đảm bảo chất lượng dịch
vụ. Để khắc phục nhược điểm của mạng Internet truyền thống, người ta đã đề
xuất một số mô hình đảm bảo chất lượng dịch vụ, trong đó có các mô hình
IntServ và DiffServ. Mô hình IntServ đòi hỏi phải có sự đặt trước tài nguyên ở tất
các các router mà dịch vụ truyền thông đa phương tiện truyền các lưu lượng qua
nên khó thực hiện nhưng có hiệu quả cao. Mô hình DiffServ không yêu cầu đặt
trước tài nguyên nên tương đối đơn giản, nhưng hiệu quả bị hạn chế. Người thiết
kế mạng cần đánh giá đúng các ưu nhược điểm của 2 mô hình trên và áp dụng tuỳ
tình hình thực tế. Đó là lý do thúc đẩy tôi chọn đề tài nghiên cứu này.
Trong phạm vi của đề tài luận văn tốt nghiệp – “Đánh giá và so sánh hiệu
quả đảm bảo QoS cho truyền thông đa phương tiện của mô hình IntServ và
DiffServ ”, tôi sẽ nghiên cứu các mô hình IntServ và DiffServ, thực hiện mô
phỏng bằng bộ mô phỏng mạng NS-2, từ đó đưa ra các đánh giá, so sánh hiệu quả
đảm bảo QoS của hai mô hình này.
2. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Đề tài tập trung nghiên cứu lý thuyết về đảm bảo QoS, kiến trúc QoS và các
mô hình đảm bảo chất lượng dịch vụ IntServ và DiffServ. Đề tài còn giới thiệu
việc sử dụng công cụ mô phỏng NS2 để mô phỏng các kiến trúc mạng dựa trên
hai mô hình IntServ và DiffServ. Các kết quả của các thực nghiệm mô phỏng sẽ
được dùng để đánh giá, so sánh hiệu năng của hai mô hình này.
11
3. Cấu trúc các chƣơng
Ngoài phần mở đầu và kết luận, nội dung của luận văn này được bố cục như
sau:
Chương 1: Tổng quan QoS cho truyền thông đa phương tiện
Chương 2: Kiến trúc QoS
Chương 3: Mô hình dịch vụ tích hợp IntServ
Chương 4: Mô hình dịch vụ khác biệt DiffServ
Chương 5: Thực nghiệm mô phỏng
12
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN QoS CHO TRUYỀN THÔNG
ĐA PHƢƠNG TIỆN
1.1 Tổng quan
Sự phát triển như vũ bão của các công nghệ mạng trong những năm gần đây
đã làm bùng nổ các ứng dụng mới trên Internet như truyền dòng số liệu video,
điện thoại IP, hội thảo từ xa, trò chơi tương tác, thế giới ảo…Những ứng dụng
truyền thông đa phương tiện được xem như là các ứng dụng trên môi trường
truyền thông liên tục và có các yêu cầu về chất lượng dịch vụ khác với yêu cầu
của các ứng dụng truyền thống như: Email, Web, Remote login… Chúng cũng
khác với các ứng dụng kiểu tải về trước rồi mới chạy (download-and-then-play).
Mỗi loại ứng dụng truyền thông đa phương tiện có các đòi hỏi QoS khác
nhau. Mục đích chính của việc đưa ra QoS là đưa ra sự đảm bảo có tính định
lượng về băng thông, độ trễ, độ thăng giáng trễ (jitter) hoặc tỉ lệ mất gói. Để thực
hiện đảm bảo QoS, mạng truyền thông cần có các thành phần cơ bản để đảm bảo
QoS như sau: thành phần cung cấp QoS, thành phần điều khiển QoS và thành
phần quản lý QoS. Rất nhiều cơ chế cho QoS được đưa ra để đáp ứng cho yêu
cầu của ứng dụng người dùng và cũng để đạt được hiệu quả sử dụng tài nguyên
mạng ở mức cao nhất với chi phí tối thiểu.
Để phân loại các bảo đảm QoS trong các mạng chuyển mạch gói người ta đã
đưa ra hai tiêu chuẩn phân loại. Tiêu chuẩn thứ nhất là bảo đảm QoS cho mỗi
luồng lưu lượng (per-flow QoS) kiểu đầu cuối - đầu cuối (end-to-end) riêng biệt.
Theo tiêu chuẩn này có thể bảo đảm các giá trị giới hạn tuyệt đối về QoS. Tiêu
chuẩn thứ hai là bảo đảm QoS cho một nhóm các luồng (per-class QoS). Theo
tiêu chuẩn này chỉ có thể bảo đảm QoS một cách tương đối. Từ hai tiêu chuẩn
này các nhà nghiên cứu đã đưa ra được nhiều mô hình đảm bảo QoS khác nhau.
1.2 Các ứng dụng truyền thông đa phƣơng tiện
13
Các ứng dụng truyền thông đa phương tiện chủ yếu truyền dữ liệu audio và
video, chất lượng ứng dụng thay đổi hết sức nhạy với độ trễ, độ thăng giáng trễ và
phụ thuộc vào một số tham số mạng khác như băng thông, tỉ suất lỗi v.v. Nói
chung, sự mất mát gói tin trong một giới hạn nhất định chỉ gây ra sự thực thi
không đều của ứng dụng phía người nhận đối với dữ liệu audio hoặc video mà
người dùng không nhận ra được và thường có thể che dấu được một phần hoặc
hoàn toàn. Điều này hoàn toàn ngược lại với các ứng dụng truyền thống, dữ liệu
là tĩnh (text, image...) có thể chấp nhận độ trễ và độ thăng giáng trễ lớn nhưng
không chấp nhận sự mất mát dữ liệu.
Các ứng dụng multimedia được sử dụng trên Internet ngày nay rất đa dạng.
Ở đây, chỉ xem xét ba loại ứng dụng multimedia phổ biến để thấy được những đặc
điểm nổi bật của truyền thông đa phương tiện.
1.2.1 Truyền dòng số liệu âm thanh và hình ảnh đã đƣợc lƣu trữ trƣớc
(Streaming stored audio and video)
Trong ứng dụng loại này, client có thể yêu cầu nhận các file audio hoặc
video được lưu trữ trên server bất kì lúc nào. Các ứng dụng truyền thông đa
phương tiện loại này có 3 đặc trưng quan trọng:
1. Thông tin đa phương tiện được lưu trữ trước (Stored media): Nội dung file
audio hoặc video được lưu trữ tại server. Vì thế, khi một file audio hoặc video
đang chạy thì người dùng có thể thực hiện các hành động tương tác như là tạm
dừng, tua đi, tua lại, nhảy tới phía trước hoặc phía sau của file. Thời gian đáp ứng
các hành động này trong khoảng từ 1 cho đến 10 giây.
2. Gửi đi thành dòng (Streaming): Sau một vài giây, client bắt đầu chạy file
audio hoặc video, trong khi nó vẫn tiếp tục nhận phần còn lại của file này từ
server. Kỹ thuật này cho phép người dùng tránh phải chờ lâu để download toàn
bộ file trước khi chạy file.
3. Chơi một cách liên tục (Continuous playout): Khi bắt đầu chơi một file
audio hoặc video, ứng dụng sẽ tiếp tục dựa trên thời gian ban đầu của bản ghi (âm
14
thanh hoặc hình ảnh). Vì vậy nó đòi hỏi độ trễ end-to-end chặt chẽ hơn so với các
ứng dụng truyền thống.
Độ trễ từ khi một người dùng tạo một yêu cầu (ví dụ nghe một file audio)
cho đến khi hành động được thực hiện tại máy người dùng (bắt đầu nghe được)
cần nằm trong khoảng từ 1 tới 10 giây, thì người sử dụng có thể chấp nhận được.
Các yêu cầu đối với độ trễ gói tin và độ thăng giáng trễ trong các ứng dụng
multimedia nêu trên không nghiêm ngặt bằng những yêu cầu trong ứng dụng thời
gian thực có tương tác, như là Internet telephony và realtime video conferencing.
1.2.2 Truyền dòng số liệu âm thanh và hình ảnh thời gian thực từ một
nguồn đến nhiều đích
Ứng dụng này tương tự việc phát sóng radio và TV truyền thống, ngoại trừ
việc phát đi được thực hiện trên Internet, nó cho phép người dùng nhận một
chương trình radio hoặc TV được phát từ một nơi nào đó trên thế giới. Một đặc
điểm của loại ứng dụng này là có nhiều người dùng đồng thời nhận cùng một file
audio hoặc video. Khác với ứng dụng streaming stored audio and video, loại ứng
dụng này không có đặc tính stored media và không thực hiện các hành động
tương tác được, một người dùng không thể dừng hoặc tua lại một chương trình
đang phát cho hàng trăm người đang nghe.
Giống như các ứng dụng đa phương tiện khác, ứng dụng này cũng có đặc
tính streaming, cũng đòi hỏi các yêu cầu về độ trễ và độ thăng giáng trễ, nhưng
không nghiêm ngặt như các yêu cầu trong Internet telephony và realtime video
conferencing. Độ trễ tối đa có thể là 10s từ khi người dùng kích hoạt một liên kết
cho đến khi file audio hoặc video bắt đầu chạy. Sự phân phối dữ liệu real-time
audio and video tới nhiều người nhận được thực hiện hiệu quả với phương thức
đánh địa chỉ multicast.
1.2.3 Truyền âm thanh và hình ảnh có tƣơng tác thời gian thực (Real-time
interactive audio and video)
15
Ứng dụng này cho phép người dùng sử dụng audio hoặc video giao tiếp với
người khác trong thời gian thực. Thí dụ về một ứng dụng như vậy là điện thoại
Internet (Internet phone). Một thí dụ khác là hội thảo truyền hình (Video
conferencing), cho phép một người có thể giao tiếp bằng âm thanh và hình ảnh
với một hay nhiều người khác theo phương thức thời gian thực. Đây là tương tác
có cảm nhận, các thành viên tham gia có thể trao đổi với nhau thông qua tiếng nói
và hình ảnh trong thời gian thực. Trong ứng dụng hội thảo truyền hình, người
dùng có thể nói hoặc di chuyển bất kỳ lúc nào họ muốn. Độ trễ từ khi người dùng
nói hoặc di chuyển cho đến khi hành động được thực hiện tại các máy nhận phải
nhỏ hơn một vài trăm mi-li-giây.
1.3 Các tham số chất lƣợng dịch vụ
Các yêu cầu chất lượng dịch vụ phải được biểu thị theo các tham số QoS đo
được. Các tham số thông thường được biết đến là: băng thông, độ trễ, độ thăng
giáng trễ và sự mất mát gói tin.
1.3.1 Băng thông
Băng thông biểu thị tốc độ truyền dữ liệu cực đại có thể đạt được giữa hai
điểm kết nối. Sự thiếu hụt băng thông trong mạng Internet thường xuyên xảy ra
do nhiều nguyên nhân, bản thân nguồn tài nguyên mạng không đủ đáp ứng hoặc
các nguồn lưu lượng cùng tranh chấp một số tài nguyên.
Hình 1.1: Băng thông liên kết
Băng thông lớn nhất của một tuyến liên kết bằng giá trị băng thông nhỏ nhất
của một đoạn liên kết. Băng thông khả dụng được tính tương đối qua giá trị băng
16
thông lớn nhất và lượng băng thông của luồng lưu lượng đã sử dụng. Một tuyến
mới được chấp nhận nếu tồn tại một đường khả dụng giữa hai đầu tuyến.
1.3.2 Độ trễ
Độ trễ nói ở đây là độ trễ đầu cuối- đầu cuối (end-to-end), là thời gian cần
thiết để gửi một gói tin từ nguồn đến đích, nó là tổng độ trễ của việc xử lý gói tin,
thời gian gói tin phải xếp hàng chờ được gửi đi tại các router và thời gian đưa gói
tin lên đường truyền.
 Trễ truyền (transmission delay): là thời gian để đưa gói tin lên đường
truyền, được tính bằng tỉ số của độ dài gói tin trên dung lượng của đường
truyền.
 Trễ hàng đợi (queueing delay): là thời gian gói tin phải trải qua trong một
hàng đợi để được truyền đi tiếp qua một liên kết khác, hay thời gian cần
thiết phải đợi để thực hiện quyết định định tuyến trong bộ định tuyến. Nó
có thể xấp xỉ bằng 0 hoặc rất lớn tuỳ thuộc vào số gói tin có trong hàng đợi
và tốc độ xử lí.
 Trễ truyền lan (propagation delay): là thời gian cần thiết để tín hiệu mang
nội dung thông tin (sóng điện từ) truyền qua môi trường vật lí. Nó phụ
thuộc vào khoảng cách và tốc độ truyền tín hiệu.
Các ứng dụng truyền thông đa phương tiện đòi hỏi độ trễ các gói tin nằm
trong khoảng cho phép, được quy định bởi một ngưỡng cụ thể. Các nghiên cứu
thực nghiệm cho biết, đối với Internet phone, nếu độ trễ nhỏ hơn 150 ms thì
người nghe không nhận biết được độ trễ, nếu độ trễ nằm trong khoảng 150..400
ms thì có thể chấp nhận được, nếu độ trễ vượt quá 400 ms thì cuộc đàm thoại bị
hỏng hoàn toàn, vì người nhận sẽ không để ý đến bất kỳ gói tin nào bị trễ hơn
ngưỡng nêu trên. Do đó, các gói tin bị trễ hơn ngưỡng cho phép, thực tế được coi
là bị mất.
1.3.3 Độ thăng giáng trễ
17
Một trong những thành phần chính của độ trễ end-to-end là độ trễ của gói tin
tại hàng đợi, nói chung có giá trị ngẫu nhiên, chính vì vậy thời gian từ khi một gói
tin được sinh ra tại nguồn cho đến khi nó được nhận tại đích có thể dao động đối
với các gói tin khác nhau, sự dao động này được gọi là jitter hay là độ thăng
giáng trễ. Jitter là yếu tố ảnh hưởng lớn đến QoS của truyền thông đa phương
tiện, tỉ lệ nghịch với QoS của truyền thông đa phương tiện. Trong các ứng dụng
truyền thông đa phương tiện như Internet phone hoặc audio-on-demand, jitter có
thể được hạn chế bằng cách thực hiện kết hợp ba kỹ thuật: đánh số thứ tự các gói
tin (sequence number), gán nhãn thời gian (timestamp) và làm trễ việc chơi
(delaying playout). Người gửi đặt một sequence number vào mỗi gói tin và tăng
giá trị này lên một khi một gói tin mới được tạo ra, nhờ vậy người nhận có thể
dùng sequence number để khôi phục thứ tự đúng của các gói tin nhận được.
Timestamp tương tự như sequence number, người gửi dán tem thời gian cho
mỗi gói tin, tem mang thông tin về thời gian mà gói tin đó được sinh ra. Để lấy
được thứ tự đúng của các gói tin từ sequence number và timestamp, người nhận
cần nhận tất cả các gói tin theo thứ tự. Playout delay được sử dụng cho mục đích
này. Playout delay phải đủ dài để nhận được hầu hết các gói tin trước thời điểm
chúng được sử dụng. Playout delay được chia làm hai loại: cố định hoặc có thể
thay đổi trong thời gian hội thảo.
1.3.4 Sự mất mát gói tin
Đối với các ứng dụng truyền thông đa phương tiện, việc mất gói tin không
nghiêm trọng như đối với các ứng dụng truyền thống. Thực vậy, tỉ lệ mất gói tin
từ 1% đến 20% có thể được bỏ qua, phụ thuộc vào tiếng nói được mã hóa và
được truyền như thế nào và sự mất mát được che giấu ở phía nhận như thế nào.
Ví dụ, phương pháp sửa lỗi ở phía trước - FEC (Forward Error Correction) có thể
giúp che giấu sự mất mát gói tin. Với FEC các thông tin dư thừa được truyền
cùng với thông tin nguồn cho nên một vài gói tin nguồn bị hỏng có thể được khôi
phục lại từ thông tin dư thừa. Tuy nhiên, nếu đường truyền giữa người gửi và
người nhận bị tắc nghẽn rất nặng, sự mất mát gói tin vượt quá 10-20 %, thì không
18
còn cách gì có thể thực hiện để đạt được chất lượng âm thanh có thể chấp nhận
được. Tỉ lệ mất mát gói tin cao làm tăng độ trễ và jitter.
Như chúng ta đã biết TCP khắc phục sự mất mát gói tin bằng cách gửi lại
các gói tin đó. Tuy nhiên kỹ thuật này không thể áp dụng cho các ứng dụng tương
tác thời gian thực như Internet phone, bởi vì chúng làm tăng độ trễ end-to-end.
Hơn nữa, bởi vì TCP có cơ chế điều khiển tắc nghẽn nên sau khi phát hiện có sự
mất gói tin, thực thể gửi TCP sẽ giảm tốc độ gửi xuống mức tối thiểu, có thể dẫn
đến đứt đoạn tiếng nói. Vì những lý do này, hầu hết các ứng dụng truyền thông đa
phương tiện không chạy trên TCP mà lại sử dụng UDP cùng các giải pháp RTP
(Real Time Transport Protocol), RTCP (Real Time Control Protocol) để đáp ứng
các đặc tính của truyền thông đa phương tiện như là tính trình tự, đồng bộ hoá
trong dòng dữ liệu, đồng bộ hoá giữa các dòng dữ liệu.
1.4 Các yêu cầu chất lƣợng dịch vụ
Tất cả các ứng dụng đều yêu cầu một mức chất lượng dịch vụ nào đó. Để
nhận biết yêu cầu chất lượng dịch vụ hệ thống thường dựa vào các lớp dịch vụ
khác nhau. Theo quan điểm của ITU-T, khuyến nghị Y-1541 [16], các lớp dịch
vụ được chia theo vùng như bảng dưới đây:
Bảng 1.1: Các đặc tính phân lớp QoS cho mạng IP theo ITU-T
Lớp QoS Các đặc tính QoS
0 Thời gian thực, nhạy cảm với jitter, tương tác cao
1 Thời gian thực, nhạy cảm với jitter, tương tác
2 Dữ liệu chuyển giao, tương tác cao
3 Dữ liệu chuyển giao, tương tác
4 Tổn hao thấp (chuyển giao ngắn, dữ liệu bulk, video)
5 Các ứng dụng nguyên thuỷ của mạng IP ngầm định