Giải pháp đảm bảo chất lượng dịch vụ trên mạng ip, đánh giá và so sánh hiệu quả đảm bảo qos của diffserv và intserv
- 83 trang
- file .pdf
4
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................ 2
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. 3
MỤC LỤC ................................................................................................................... 4
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT........................................................... 6
DANH MỤC CÁC BẢNG .......................................................................................... 8
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ...................................................................................... 9
MỞ ĐẦU ................................................................................................................... 11
Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ ......................................... 13
1.1 CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ (QoS) VÀ CÁC THAM SỐ QoS ............................. 13
1.1.1 Giới thiệu chung về QoS ........................................................................... 13
1.1.2 Các thành phần thực hiện QoS .................................................................. 17
1.1.3 Các tham số QoS đặc trƣng ....................................................................... 20
1.2 CÁC YÊU CẦU ĐẢM BẢO CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ ................................... 22
1.3 CÁC VẤN ĐỀ ĐẢM BẢO QoS ......................................................................... 23
1.3.1 Cung cấp QoS ........................................................................................... 24
1.3.2 Điều khiển QoS......................................................................................... 24
1.3.3 Quản lý QoS ............................................................................................. 25
Chƣơng 2 ĐẢM BẢO CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ CHO MẠNG IP ......................... 26
2.1 GIAO THỨC LIÊN MẠNG (IP – INTERNET PROTOCOL) ............................. 26
2.1.1 Phần tiêu đề gói IP .................................................................................... 27
2.1.2 Địa chỉ IP .................................................................................................. 28
2.1.3 Các giao thức định tuyến........................................................................... 29
2.1.4 Các cơ chế truyền tải................................................................................. 30
2.2 TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ CHO MẠNG IP (QoS IP).............. 30
2.2.1 Lịch sử phát triển các mô hình QoS IP ...................................................... 30
2.2.2 Các tham số cơ bản ảnh hƣởng tới QoS IP thực tế ..................................... 32
2.3 CÁC CHỨC NĂNG CHUNG CỦA QoS IP ....................................................... 35
2.4 CÁC KỸ THUẬT ĐẢM BẢO QoS IP................................................................ 38
2.4.1 Kỹ thuật đo lƣu lƣợng và màu hóa lƣu lƣợng ............................................ 38
2.4.2 Kỹ thuật quản lý hàng đợi tích cực ............................................................ 42
2.4.3 Kỹ thuật lập lịch cho gói tin ...................................................................... 43
2.4.4 Kỹ thuật cắt lƣu lƣợng .............................................................................. 46
2.5 KẾT LUẬN ........................................................................................................ 48
Chƣơng 3: MỘT SỐ MÔ HÌNH ĐẢM BẢO QoS IP ................................................ 49
3.1 MÔ HÌNH DỊCH VỤ TÍCH HỢP - INTSERV ..................................................... 49
5
3.1.1 Giới thiệu chung ....................................................................................... 49
3.1.2 Giao thức dành trƣớc tài nguyên RSVP ....................................................... 53
3.2 MÔ HÌNH DỊCH VỤ PHÂN BIỆT - DIFFSERV .................................................. 60
3.2.1 Tổng quan về mô hình DiffServ.................................................................. 60
3.2.2 Miền dịch vụ phân biệt và điểm mã dịch vụ phân biệt ................................. 62
3.2.4 Xử lý gói tin trong DiffServ ........................................................................ 64
3.3 KHUYẾN NGHỊ TRIỂN KHAI QoS TRÊN MẠNG IP ........................................ 69
3.4 KẾT LUẬN ........................................................................................................ 69
Chƣơng 4 ĐÁNH GIÁ MÔ HÌNH ĐẢM BẢO QoS IP QUA MÔ PHỎNG ............ 70
4.1 ĐÁNH GIÁ CHUNG ........................................................................................... 70
4.2 MÔ PHỎNG VÀ KIỂM TRA QoS ..................................................................... 71
4.2.1 Tổng quan chƣơng trình mô phỏng mạng NS2 .......................................... 71
4.2.2 Mô phỏng mô hình DiffServ ..................................................................... 75
KẾT LUẬN ............................................................................................................... 84
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................... 85
6
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt
AF Assured Forwarding Chuyển tiếp đảm bảo
AL Application Layer Tầng ứng dụng
AQM Active Queue Management Quản lý hàng đợi tích cực
ATM Asychronous Transfer Mode Chế độ truyền tải không đồng bộ
ACS Access Control System Hệ thống điều khiển truy nhập
AF Assured Forward Chuyển tiếp đảm bảo
BA Behavior Aggressive Kết hợp hành vi
BB Bandwith Broker Phân bổ băng thông
BE Best-Effort Cố gắng tối đa
B-ISDN Broadband ISDN Mạng tích hợp đa dịch vụ băng rộng
CBR Constant Bit Rate Tốc độ bit cố định
CBS Committed Burst Size Kích thƣớc bùng nổ cam kết
CIR Committed Information Rate Tốc độ thông tin cam kết
CoS Class of Service Lớp dịch vụ
CR Core Router Bộ định tuyến lõi
DiffServ Differentiated Services Dịch vụ phân biệt
DLL Data Link Layer Tầng liên kết dữ liệu
DS Differentiated Server Server phân biệt
DSCP Differentiated Services Code Point Điểm mã dịch vụ phân biệt
ECN Explicit Congestion Notification Thông báo tắc nghẽn tƣờng minh
EF Expedited Forwarding Chuyển tiếp nhanh
ER Edge Router Bộ định tuyến biên
ETSI European Telecommunications Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu
Standards Institute
FIFO First In First Out Vào trƣớc ra trƣớc
FLOWSPEC Flow Specification Đặc tả luồng
FQ Fair Queueing Hàng đợi công bằng
FSI Flow State Information Thông tin trạng thái luồng
GoS Grade of Sevice Cấp độ dịch vụ
GS Guaranteed Service Dịch vụ đảm bảo
IETF Internet Engineering Task Force Uỷ ban thực thi kỹ thuật Internet
IntServ Intergrated Service Dịch vụ tích hợp
IPLR IP Loss Rate Tỷ lệ mất gói IP
IPTD IP Packet Transfer Delay Trễ truyền tải gói tin IP
IPER IP Error Rate Tỷ lệ lỗi gói tin IP
ISO International Standard Organization Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế
7
IPv4 Internet Protocol version 4 Giao thức Internet phiên bản 4
IPv6 Internet Protocol version 6 Giao thức Internet phiên bản 6
ITU-T International Telecommunication Union Hiệp hội viễn thông quốc tế
MF Multi Fields Đa trƣờng
MPLS MultiProtocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức
NL Network Layer Tầng mạng
NNI Network Node Interface Giao diện nút mạng
NP Net Performance Hiệu năng mạng
PBS Packet Burst Size Kích thƣớc bùng nổ gói
PHB Per-Hop forwarding Behaviour Hành vi chuyển tiếp theo từng chặng
PIR Peak Information Rate Tốc độ thông tin đỉnh
PQ Priority Queueing Hàng đợi ƣu tiên
QoS Quality of Service Chất lƣợng dịch vụ
RA Resource Allocation Cấp phát tài nguyên
RED Random Early Detection and Discard Phát hiện và loại bỏ sớm ngẫu nhiên
RFC Request For Comments Các yêu cầu cần trả lời
RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức dành trƣớc tài nguyên
SACP Simple Acceptance Control Protocol Giao thức điều khiển chấp nhận đơn giản
SE Shared Explicit Chia sẻ tƣờng minh
SLA Service Level Argreement Thoả thuận mức dịch vụ
SNMP Simple Network Management Protocol Giao thức quản lý mạng đơn giản
srTCM Single rate Three Color Marker Bộ đánh dấu 3 màu tốc độ đơn
TCA Traffic Conditioning Agreement Thoả thuận điều kiện lƣu lƣợng
TL Transmission Layer Tầng truyền dẫn
ToS Type of Service Kiểu dịch vụ
trTCM Two rate Three Color Marker Bộ đánh dấu 3 màu hai tốc độ
UBR Undefined Bit rate Tốc độ bit không xác định
UNI User Network Interface Giao diện ngƣời dùng mạng
VBR Variable Bit Rate Tốc độ bit thay đổi
VoIP Voice over IP Thoại qua IP
VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo
WF Wildcard Filter Bộ lọc Wildcard
WFQ Weighted Fair Queueing Hàng đợi công bằng theo trọng số
WRED Weighted Random Early Discarding Loại bỏ sớm ngẫu nhiên theo trọng số
WRR Weighted Round Robin Quay vòng theo trọng số
8
DANH MỤC CÁC BẢNG
Tên bảng Trang
Bảng 1.1. Các đặc tính phân lớp QoS cho mạng IP theo ITU-T ................................. 22
Bảng 1.2. Phân lớp QoS theo quan điểm của ETSI .................................................... 22
Bảng 1.3. Các vùng dịch vụ của B-ISDN ................................................................... 23
Bảng 1.4. Phân vùng dịch vụ theo diễn đàn ATM ...................................................... 23
Bảng 3.1: Các kiểu dành trƣớc tài nguyên .................................................................. 54
Bảng 3.2. Các bit sử dụng cho điều khiển chia sẻ ...................................................... 57
Bảng 3.3. Các bít sử dụng cho điều khiển lựa chọn máy gửi ..................................... 57
Bảng 3.4. Các tham số của các đối tƣợng CL khác nhau ............................................ 59
Bảng 3.5. Các tham số của dịch vụ cam kết Rspec .................................................... 59
Bảng 3.6. Các khối điểm mã dịch vụ phân biệt DSCP ............................................... 63
Bảng 3.7. Chi tiết các phân lớp chuyển tiếp đảm bảo AF PHB .................................. 66
Bảng 4.1. So sánh mô hình IntServ và DiffServ ......................................................... 71
9
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Tên hình Trang
Hình 1.1. Mô hình QoS tổng quát ............................................................................. 13
Hình 1.2. Kiến trúc cơ bản của QoS .......................................................................... 14
Hình 1.3. Các mức của chất lƣợng dịch vụ đầu cuối-đầu cuối ................................... 15
Hình 1.4. Các đặc điểm cơ bản của chất lƣợng dịch vụ ............................................. 16
Hình 1.5. Hàng đợi vào trƣớc ra trƣớc trong router ................................................... 18
Hình 1.6. Classify, Queue và Schedule trong router .................................................. 19
Hình 1.7. Cơ chế traffic shaping trong router ............................................................ 19
Hình 1.8. Các thành phần trong cơ cấu đảm bảo chất lƣợng dịch vụ .......................... 24
Hình 2.1. Chồng giao thức TCP/IP ............................................................................ 26
Hình 2.2. Khuôn dạng phần tiêu đề gói IP.................................................................. 27
Hình 2.3. Các lớp địa chỉ IP ....................................................................................... 29
Hình 2.4. Các bƣớc phát triển của mô hình QoS [12]. ................................................ 30
Hình 2.5. Dịch vụ Intserv và dịch vụ Diffserv [19]. ................................................... 31
Hình 2.6. Băng thông khả dụng .................................................................................. 33
Hình 2.7. Trễ tích lũy từ đầu cuối tới đầu cuối ........................................................... 34
Hình 2.8. Trễ xử lý và hàng đợi ................................................................................. 34
Hình 2.9. Mất gói vì hiện tƣợng tràn bộ đệm đầu ra ................................................... 35
Hình 2.10. Các chức năng đảm bảo QoS của bộ định tuyến IP ................................... 36
Hình 2.11. Phƣơng pháp phân loại gói đa trƣờng chức năng ...................................... 36
Hình 2.12. Phƣơng pháp phân loại gói theo kết hợp hành vi ...................................... 37
Hình 2.13. Khoảng thời gian CBS trong CIR của tốc độ lƣu lƣợng đầu vào đơn ........ 39
Hình 2.14. Chế độ mù màu srTCM với gáo C và gáo E.............................................. 39
Hình 2.15. Chế độ hoạt động rõ màu srTCM ............................................................. 40
Hình 2.16. Gáo rò C, P và chế độ hoạt động mù màu của trTCM ............................... 41
Hình 2.17. Chế độ hoạt động rõ màu của trTCM ........................................................ 41
Hình 2.18. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của RED ........................................................ 42
Hình 2.19. Hoạt động thông báo tắc nghẽn tƣờng minh ECN ..................................... 43
Hình 2.20. Hàng đợi ƣu tiên PQ ................................................................................. 44
Hình 2.21. Hàng đợi cân bằng FQ .............................................................................. 45
Hình 2.22. Hàng đợi quay vòng theo trọng số WRR .................................................. 45
Hình 2.23: Chia cắt lƣu lƣợng thuần .......................................................................... 47
Hình 2.24: Chia cắt lƣu lƣợng bùng nổ kiểu gáo rò .................................................... 47
Hình 3.1. Mô hình dịch vụ tích hợp IntServ .............................................................. 50
10
Hình 3.2. Cấu trúc mạng IntServ ............................................................................... 54
Hình 3.3. Khuôn dạng bản tin RSVP và tiêu đề chung RSVP ................................... 55
Hình 3.4. Khuôn dạng bản tin đối tƣợng RSVP ......................................................... 56
Hình 3.5. Khuôn dạng đối tƣợng kiểu ....................................................................... 56
Hình 3.6. Cấu trúc bản tin Path và Resv trong RSVP ................................................. 57
Hình 3.7. Tổng quan mô hình DiffServ ..................................................................... 60
Hình 3.8. Mô hình DiffServ tại biên và lõi của mạng ................................................ 61
Hình 3.9. Mô hình các bƣớc dịch vụ phân biệt DiffServ ........................................... 62
Hình 3.10. Miền dịch vụ phân biệt DS ...................................................................... 63
Hình 3.11. Cấu trúc của trƣờng phân biệt dịch vụ DS ................................................ 63
Hình 3.12. Hoạt động của BB ................................................................................... 64
Hình 3.13. Xử lý chuyển tiếp nhanh EF PHB ............................................................ 65
Hình 3.14. Các phân lớp AF PHB ............................................................................. 66
Hình 3.15. Cấu trúc của byte TOS ............................................................................ 67
Hình 4.1. Mô hình NS2 đơn giản ............................................................................... 72
Hình 4.2. Tƣơng ứng C++ và Otcl ............................................................................. 72
Hình 4.3. Kiến trúc của NS ........................................................................................ 73
Hình 4.4. Sơ đồ hoạt động của NS2 ........................................................................... 73
Hình 4.5. Các trƣờng của tệp bám vết ....................................................................... 74
Hình 4.6. Mô hình khảo sát ........................................................................................ 81
Hình 4.7. Đồ thị mô tả mất gói trong khoảng thời gian 120s ...................................... 82
Hình 4.8. Đồ thị mô tả thông lƣợng trong khoảng thời gian 120s ..... Error! Bookmark
not defined.
Hình 4.9. Độ trễ hàng đợi của lớp lƣu lƣợng ................ Error! Bookmark not defined.
11
MỞ ĐẦU
1. CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
Ngày nay, với sự bùng nổ của Internet, việc kết nối và sử dụng Internet ngày
càng đa dạng, phong phú, chính vì vậy tầm quan trọng của việc đảm bảo chất lƣợng
dịch vụ (QoS) ngày càng tăng. Với sự ra đời của các nhà cung cấp dịch vụ Internet
(ISP), việc ổn định “chất lƣợng của Internet” cần phải đƣợc đảm bảo. Điều đó có
nghĩa là các nhà cung cấp Internet tạo ra cho ngƣời dùng những dịch vụ đa dạng,
phong phú và cốt yếu là phải đảm bảo chất lƣợng dịch vụ đó.
Mạng Internet hiện nay cung cấp dịch vụ trên cơ sở phục vụ theo khả năng tối
đa (best - effort), tức là không có bất cứ một cam kết nào đƣợc đƣa ra từ phía nhà khai
thác về chất lƣợng dịch vụ. Thay vào đó, tùy thuộc vào trạng thái cụ thể của mạng,
mạng chủ sẽ thực hiện những khả năng tốt nhất của mình để phục vụ lƣu lƣợng cho
dịch vụ [9]. Đây là nguyên nhân chủ yếu thúc đẩy nghiên cứu mạnh mẽ về QoS trên
nền mạng IP trong những năm gần đây.
Chất lƣợng dịch vụ là một thành phần quan trọng của các mạng gói đa dịch vụ.
Vấn đề chất lƣợng dịch vụ và đánh giá chất lƣợng dịch vụ luôn là vấn đề đóng vai trò
quan trọng đối với tất cả các loại hình dịch vụ viễn thông. Mỗi loại hình dịch vụ sẽ
quan tâm tới QoS ở những khía cạnh khác nhau.
Việc tích hợp nhiều ứng dụng với các yêu cầu về QoS khác nhau đòi hỏi phải
có một mô hình đảm bảo QoS cho các dịch vụ này. Hƣớng tiếp cận QoS theo mô hình
IntServ và DiffServ rất phù hợp với mạng gói IP [18]. Công nghệ IP và các ứng dụng
của nó đã và đang tạo ra nhiều cơ hội và thách thức mới cho các nhà cung cấp dịch vụ
viễn thông.
Từ tính cấp thiết nêu trên, chúng tôi chọn đề tài “Giải pháp đảm bảo chất
lượng dịch vụ (QoS) trên mạng IP, đánh giá và so sánh hiệu quả đảm bảo QoS của
DiffServ và IntServ”. Luận văn sẽ đi sâu tìm hiểu những kiến thức cơ bản về chất
lƣợng dịch vụ trên nền mạng IP nhƣ đặc điểm kỹ thuật, phân tích và đánh giá chất
lƣợng cho mạng IP qua mô hình IntServ và DiffServ; việc triển khai, hỗ trợ chất lƣợng
dịch vụ trên nền mạng IP.
2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
Luận văn tập trung nghiên cứu những vấn đề sau:
- Tập trung nghiên cứu về đảm bảo chất lƣợng dịch vụ trên mạng IP.
- Phân tích, đánh giá hai mô hình IntServ và Diffserv đối với QoS IP.
- Sử dụng công cụ NS2 mô phỏng mô hình đảm bảo QoS: IntServ và
DiffServ, từ đó đƣa ra giải pháp cho việc đảm bảo chất lƣợng dịch vụ trên
nền mạng IP.
12
3. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đề tài tập trung nghiên cứu lý thuyết về đảm bảo chất lƣợng dịch vụ. Các mô
hình và cơ chế đảm bảo QoS trên nền mạng IP.
Đánh giá và so sánh hiệu năng của 2 mô hình Intserv và DiffServ qua việc sử
dụng công cụ mô phỏng NS2.
4. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Thực hiện nghiên cứu lý thuyết về các kiến trúc QoS.
Phân tích và đánh giá qua mô phỏng.
5. CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN
Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn gồm 4 chƣơng:
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ
Các vấn đề và yêu cầu đảm bảo chất lƣợng dịch vụ:
a) Khái niệm về QoS và những yếu tố liên quan: tham số và phƣơng thức
đánh giá chất lƣợng dịch vụ mạng.
b) Với các dịch vụ trên nền mạng IP, những tham số đặc trƣng khách quan đƣợc
chuẩn hóa qua các tham số nhƣ tỷ lệ mất gói, độ trễ gói, độ biến thiên trễ,...
c) Các thông số QoS: Khi xem xét đến đảm bảo chất lƣợng cho một dịch
vụ trên nền mạng IP, cần định nghĩa cụ thể tập hợp những tham số QoS
khách quan phải đƣợc quan tâm cùng với mô hình phù hợp cho sự ràng
buộc của các tham số đó.
Chương 2 ĐẢM BẢO CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ CHO MẠNG IP
Khái quát về mạng IP, các loại mạng, các giao thức liên mạng và định
tuyến, các cơ chế truyền tải trong mạng IP. Nghiên cứu các yếu tố chính có
ảnh hƣởng tới mạng IP.
Tìm hiểu lịch sử phát triển QoS IP cùng với các tham số ảnh hƣởng trực tiếp
tới QoS IP trên thực tế.
Các kỹ thuật và công nghệ đảm bảo QoS IP: quản lý hàng đợi, lƣu lƣợng,
lập lịch cho gói tin.
Chương 3 MỘT SỐ MÔ HÌNH ĐẢM BẢO QoS IP
Đi sâu nghiên cứu mô hình hỗ trợ chất lƣợng dịch vụ trong mạng IP, so sánh
lợi thế của mỗi mô hình dịch vụ đối với mạng IP.
Nghiên cứu và rút ra những giải pháp của hai mô hình IntServ và DiffServ.
Chương 4 ĐÁNH GIÁ MÔ HÌNH ĐẢM BẢO QoS IP QUA MÔ PHỎNG
Đánh giá chung về DiffServ và IntServ, rút ra ƣu – nhƣợc điểm của hai mô
hình trong thực tế
Luận văn thực hiện mô phỏng bằng NS2 nhằm đánh giá mô hình đảm bảo
QoS trên mạng IP.
13
Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ
1.1 CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ (QoS) VÀ CÁC THAM SỐ QoS
1.1.1 Giới thiệu chung về QoS
Chất lƣợng dịch vụ (Quality of Service – QoS) là một khái niệm rộng và đƣợc
tiếp cận theo nhiều hƣớng khác nhau, QoS liên quan tới khả năng cung cấp các dịch vụ
tốt hơn của một mạng đối với một lƣu lƣợng mạng đã chọn với những công nghệ khác
nhau bao gồm Frame Relay, ATM, Ethernet và các mạng 802.1, SONET, IP.
Chất lƣợng đƣợc định nghĩa trong ISO 9000 là “cấp độ của một tập các đặc
tính vốn có đáp ứng đầy đủ các yêu cầu”. Theo khuyến nghị E800 ITU-T, chất lƣợng
dịch vụ là “Một tập các khía cạnh của hiệu năng dịch vụ nhằm xác định cấp độ thỏa
mãn của người sử dụng đối với dịch vụ”. Trong khi IETF [ETSI - TR102] nhìn nhận
QoS là khả năng phân biệt luồng lƣu lƣợng để mạng có các ứng xử phân biệt đối với
các kiểu luồng lƣu lƣợng, QoS bao trùm cả phân loại hóa dịch vụ và hiệu năng tổng
thể của mạng cho mỗi loại dịch vụ [10].
Cho đến nay vẫn chƣa thực sự có một khái niệm hoàn chỉnh về chất lƣợng dịch
vụ, mặc dù vậy ta có thể hiểu chất lƣợng dịch vụ là điều kiện để việc cung cấp dịch vụ
truyền dữ liệu trên mạng phù hợp với các ứng dụng và đảm bảo sự nhận biết của
người dùng. Chất lƣợng dịch vụ bao gồm tập hợp các tiêu chí đặc trƣng cho yêu cầu
của từng loại lƣu lƣợng cụ thể trên mạng nhƣ độ trễ, jitter (sự thay đổi độ trễ), tỉ lệ
mất gói,…[16]. Các tiêu chí trên có liên quan chặt chẽ tới băng thông dành cho lƣu
lƣợng đó .
Hình vẽ sau đây biểu diễn một mô hình QoS tổng quát:
`
AP Mạng Mạng AP `
NP NP NP
QoS
Hình 1.1. Mô hình QoS tổng quát
Trong hình vẽ, NP (Net Performance) là năng lực và hiệu quả của một mạng cụ
thể. Nó bao gồm khả năng ứng xử, tính hiệu quả của mạng và chất lƣợng phục vụ mà
mạng cung cấp. AP (Access Point) là điểm truy nhập mạng.
Việc thực hiện đảm bảo chất lƣợng dịch vụ bao gồm ba thành tố cơ bản sau:
14
Các cơ chế đảm bảo chất lƣợng dịch vụ tại các nút mạng: thuật toán hàng đợi
(queuing), cơ chế định hình lƣu lƣợng (traffic shapping), các cơ chế tối ƣu hóa
đƣờng truyền, các thuật toán dự đoán và tránh tắc nghẽn…
Phƣơng thức báo hiệu QoS giữa các nút mạng để phối hợp hoạt động đảm bảo
chất lƣợng dịch vụ từ đầu cuối tới đầu cuối
Chính sách QoS và các chức năng tính cƣớc, quản lý để điều khiển và phân
phát QoS cho các lƣu lƣợng đi qua mạng
Hình 1.2. Kiến trúc cơ bản của QoS
Xét từ đầu cuối đến đầu cuối, chất lƣợng dịch vụ đƣợc chia ra một số loại sau:
Best-Effort Service: Mô hình dịch vụ “tối đa”, có nghĩa là mạng sẽ khai thác
hết khả năng trong giới hạn cho phép, nhƣng không đảm bảo độ trễ và mất
mát dữ liệu. Vì vậy, khi có nhiều luồng lƣu lƣợng truyền đi trong mạng và
vƣợt quá khả năng của mạng, dịch vụ không bị từ chối nhƣng chất lƣợng
dịch vụ giảm: thời gian trễ tăng, tốc độ giảm và mất dữ liệu. Với Best-Effort,
dữ liệu đi vào mạng đều tuân theo quy tắc FIFO. Không có sự đối xử nào
của QoS đối với dữ liệu.
Differrentiated Service (còn gọi là soft QoS): Một vài dòng lƣu lƣợng của dịch
vụ đƣợc ƣu tiên hơn những dòng lƣu lƣợng còn lại (ví dụ nhƣ cam kết các dịch
vụ khác nhau nhƣ thoại, video sẽ có băng thông ổn định, đƣợc xử lý nhanh hơn,
tỉ lệ mất gói ít hơn, …).
Guaranteed Service (còn gọi là hard QoS): dữ liệu đi vào mạng đƣợc phân loại
thành các lớp khác nhau để phân loại cách đối xử của mạng đối với dữ liệu.
Thực hiện thông qua các tool QoS là PQ, CQ, WFQ và WRED. Dịch vụ
đƣợc đảm bảo tuyệt đối về tài nguyên mạng dành cho nó, với điều khoản cụ thể
nhƣ băng thông, trễ, mất gói…
15
Hình 1.3. Các mức của chất lượng dịch vụ đầu cuối-đầu cuối
Tính chất chung của chất lƣợng dịch vụ: “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 còn 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”. Từ
đó, chất lƣợng dịch vụ QoS có thể đƣợc đánh giá theo hai cách: đánh giá chủ quan và
đánh giá khách quan.
Đối với ngƣời sử dụng dịch vụ, chất lƣợng dịch vụ phần lớn đƣợc đánh giá một
cách chủ quan. Ví dụ, khi truy cập một trang Web, yếu tố đầu tiên để ngƣời sử dụng đánh
giá chất lƣợng dịch vụ truy cập là khả năng truy nhập thành công trang Web đó. Một yếu
tố cũng không thể thiếu là đánh giá mức độ truy nhập nhanh hay chậm qua xem xét thời
gian cần thiết để tải các dữ liệu từ trang Web. Từ ý kiến đó, ngƣời sử dụng sẽ công nhận
dịch vụ truy cập Internet là tốt nếu khả năng truy nhập cao (sự gián đoạn là hạn hữu và
vận tốc truyền tải dữ liệu nhanh).
Dựa trên những đánh giá chủ quan, QoS đƣợc coi là mức độ chấp nhận dịch vụ
của ngƣời sử dụng và thƣờng đƣợc đánh giá trên thang điểm đánh giá trung bình MoS
(Mean of Score), MoS dao động từ mức (1-tồi) đến mức (5- xuất sắc). QoS cần đƣợc cung
cấp cho mỗi ứng dụng để ngƣời sử dụng có thể chạy ứng dụng đó và mức QoS mà ứng
dụng đòi hỏi đƣợc xác định bởi ngƣời sử dụng. Từ MoS, các nhà cung cấp dịch vụ đƣa ra
mức chất lƣợng dịch vụ phù hợp cho dịch vụ của mình.
Điều cơ bản chung của cách đánh giá chủ quan là với ngƣời sử dụng, sự đánh giá
phụ thuộc vào dịch vụ cụ thể họ đang dùng. Vì những đánh giá này mang tính chủ quan nên
chúng không đƣợc biểu hóa một cách thống nhất và rành mạch.
Từ khía cạnh dịch vụ mạng, QoS liên quan tới năng lực cung cấp các yêu cầu
chất lƣợng dịch vụ cho ngƣời sử dụng. Có hai kiểu năng lực mạng để cung cấp chất
lƣợng dịch vụ trong mạng chuyển mạch gói.
a. Mạng chuyển mạch gói phải có khả năng phân biệt các lớp dịch vụ.
b. Một khi mạng có các lớp dịch vụ khác nhau, mạng phải có cơ chế ứng xử khác nhau
16
với các lớp bằng cách cung cấp các đảm bảo tài nguyên và phân biệt dịch vụ trong mạng.
Ngƣời sử dụng đầu cuối Mạng chuyển mạch gói Ngƣời sử dụng đầu cuối
QoS QoS
Mức độ chấp nhận
dịch vụ 1. Khả năng phân lớp dịch vụ
2. Khả năng cung cấp dịch vụ
theo lớp
Phân tích
Kiểm tra Mô hình hóa và mô phỏng
Đo kiểm
Các tham số mạng:
Mất gói
MOS – E Mode Độ trễ
Trƣợt thời gian
Khả năng tắc nghẽn
Hình 1.4. Các đặc điểm cơ bản của chất lượng dịch vụ
Phƣơng pháp cơ bản để xác định chất lƣợng dịch vụ mạng là quá trình phân tích
lƣu lƣợng và các điều kiện của mạng, thông qua các bài toán đƣợc mô hình hóa hoặc
đo kiểm trực tiếp các thông số mạng để đánh giá tiêu chuẩn khách quan.
Nhìn từ khía cạnh mạng, một khung làm việc chung của kiến trúc QoS gồm có:
Phƣơng pháp để yêu cầu và nhận các mức của dịch vụ qua các hình thức
thỏa thuận mức dịch vụ SLA (Service Level Agreements). Các thỏa thuận
SLA gồm các tham số QoS nhƣ băng thông, độ trễ, ...là một hình thức giao
kèo dịch vụ giữa khách hàng và nhà cung cấp dịch vụ. Khách hàng cần
SLA để hiểu các ứng dụng của họ nhận đƣợc mức dịch vụ nhƣ thế nào, còn
các nhà cung cấp dịch vụ cần SLA để hƣớng lƣu lƣợng đầu vào của ngƣời
sử dụng tới mạng phù hợp.
Báo hiệu, phân phối bộ đệm và quản lý bộ đệm cho phép đáp ứng yêu cầu
mức dịch vụ thông qua các giao thức dành trƣớc tài nguyên cho ứng dụng.
Điều khiển những ứng dụng có sai lệch trong việc thiết lập các mức dịch
vụ, thông qua quá trình phân loại loại lƣu lƣợng, hƣớng tới chính sách
quản lý và thực thi đối với từng luồng lƣu lƣợng nhằm xác định kỹ thuật
điều khiển lƣu lƣợng phù hợp. Phƣơng pháp sắp xếp cho luồng lƣu lƣợng
qua mạng trong một chừng mực có thể đảm bảo thỏa thuận các mức dịch
vụ sử dụng, bằng các phƣơng pháp định tuyến trên nền tảng QoS.
17
Phƣơng pháp tránh tắc nghẽn, quản lý tắc nghẽn, hàng đợi, và thiết lập để
ngăn chặn các điều kiện sự cố mạng gây ra những hậu quả bất lợi ảnh hƣởng
tới mức dịch vụ. Quản lý tắc nghẽn không phải là cơ chế phòng ngừa, nhƣng
là một cơ chế tác động ngƣợc khi các điều kiện tắc nghẽn phát sinh trong
mạng. Phát hiện và loại bỏ sớm ngẫu nghiên RED (Random Early
Detection and Discard) là một trong các kỹ thuật để ngăn ngừa tắc nghẽn.
Chính sách quản lý cho phép thực hiện các luật áp dụng cho các gói tin qua
mạng trên nền chính sách chung. Mỗi lớp lƣu lƣợng có một giới hạn nhất
định số các gói tin đƣợc chấp nhận trong một khoảng thời gian nhất định.
Chính sách quản lý liên quan tới các hoạt động của thiết bị xử lý gói tin và
hiện trạng của mạng từ đó quyết định hình thức thỏa thuận mức dịch vụ.
Tiếp cận theo mô hình phân lớp trong mô hình tham chiếu hệ thống mở OSI
(Open System Interconnection) là cách tiếp cận khác về QoS đƣợc nhìn nhận từ phía
mạng, QoS đƣợc đánh giá trong một số tầng:
Tầng ứng dụng AL (Application Layer): QoS đƣợc nhận thức là “mức độ
dịch vụ”.
Tầng truyền tải TL (Transport Layer): QoS đƣợc thực hiện bởi kiến trúc
logic của mạng, các cơ chế định tuyến và báo hiệu.
Tầng mạng NL (Network layer): QoS thể hiện qua cac tham số lớp mạng:
Tỷ lệ lỗi, giá trị trung bình, giá trị lớn nhất của các tham số nhƣ băng
thông, độ trễ và độ tin cậy của luồng lƣu lƣợng.
Lớp liên kết dữ liệu DLL (Data link Layer): QoS đƣợc thể hiện qua các
tham số truyền dẫn, tỷ lệ lỗi thông tin, các hiện tƣợng tắc nghẽn và hỏng
hóc của các tuyến liên kết.
Từ mô hình trên chúng ta nhận thấy, chất lƣợng dịch vụ tại các tầng cao của mô
hình hƣớng về ngƣời sử dụng (liên quan tới giao thức và phần mềm điều khiển), trong
khi các tầng thấp hƣớng về các đặc tính của hệ thống mạng truyền thông (nhƣ cấu trúc
mạng, tài nguyên sử dụng trong các nút và liên kết).
1.1.2 Các thành phần thực hiện QoS
Mục đích chính của QoS là cung cấp thứ tự ƣu tiên các dịch vụ giao nhận thông
tin tin cậy cho những lớp hay loại lƣu lƣợng nào đó bao gồm: cấp băng thông, điều
khiển rung pha và trễ (cần thiết đối với các ứng dụng thời gian thực và lƣu lƣợng
tƣơng tác), cung cấp sự ƣu tiên cho một hay nhiều luồng mà không làm cho các luồng
khác bị lỗi... Vấn đề trƣớc tiên phải quan tâm là quá trình lƣu và chuyển gói tại các nút
mạng diễn ra nhƣ thế nào, do tuyến đƣờng mà gói đi qua để đến đích là một chuỗi các
nút và liên kết mạng.
18
1.1.2.1 Thực hiện QoS tại các nút mạng
Quyết định chuyển gói dựa trên địa chỉ đích của mỗi gói và thông tin trong
bảng định tuyến của router. Những router cần cho mạng có đảm bảo chất lƣợng dịch
vụ không thì cần phải quan tâm thời điểm gửi gói.
Trong phần lớn các mạng, lƣu lƣợng đến theo từng đợt thay đổi thất thƣờng.
Trƣờng hợp hay xảy ra là nhiều đợt gói tin đến từ các tuyến vào khác nhau và cùng
một tuyến ra (bản thân tuyến ra chỉ có dung lƣợng hữu hạn) làm cho router nhận đƣợc
số gói vƣợt quá khả năng phân phát tức thời của nó. Để đối phó với trƣờng hợp này,
tất cả các router đều có các bộ đệm bên trong (các hàng đợi – queues) để lƣu trữ những
gói thừa cho đến khi chúng có thể đƣợc chuyển. Khi đó các gói này sẽ chịu thêm độ
trễ, hay router chịu một sự ứ nghẽn nhất thời. Trễ của gói từ nguồn tới đích bao gồm
nhiều thành phần nhƣng trễ do bộ đệm kể trên rất thất thƣờng, nó thay đổi ngay cả
giữa các gói tới cùng một đích.
Mặt khác, gói đến sẽ bị hủy nếu hết dung lƣợng bộ đệm và tỷ lệ mất gói là một
yếu tố không kiểm soát đƣợc. Với các hàng đợi FIFO sẽ không có các cơ chế phân
tách các loại lƣu lƣợng khác nhau, lƣu lƣợng này sẽ ảnh hƣởng tới chất lƣợng dịch vụ
của lƣu lƣợng kia khi vƣợt qua cùng một hàng đợi.
Cổng 1 Chiều dài L gói
Hàng đợi FIFO
Cổng ra M
Cổng n
Hình 1.5. Hàng đợi vào trước ra trước trong router
Thay vì chỉ có một hàng đợi phục vụ cho mọi loại lƣu lƣợng, ngƣời ta đƣa ra cơ
chế CQS (Classification-Queuing-Scheduling): sử dụng nhiều hàng đợi (với dung
lƣợng và chính sách hủy gói khác nhau) phù hợp với yêu cầu chất lƣợng dịch vụ của
từng lớp lƣu lƣợng cần phục vụ. Classification thực hiện phân loại gói và chỉ định
hàng đợi phù hợp cho từng gói. Các hàng đợi vẫn phải chia sẻ cùng một dung lƣợng
tuyến ra (Output link) hữu hạn, cần một cơ chế đặt lịch phục vụ (Scheduling) từng
hàng đợi. Các router nhƣ vậy đƣợc gọi là có kiến trúc CQS.
19
Phân loại (Classify)
Cổng 1
Hàng đợi
Schedule
Hàng đợi
Cổng ra M
Cổng N
Hàng đợi
Hình 1.6. Classify, Queue và Schedule trong router
Kiến trúc CQS cho phép chia tách, không cho các loại lƣu lƣợng ảnh hƣởng lẫn
nhau, thực hiện ƣu tiên với các loại lƣu lƣợng cần chất lƣợng dịch vụ cao. Thực tế cần
đặt ra những giới hạn để các loại lƣu lƣợng không đƣợc ƣu tiên vẫn có đƣợc chất
lƣợng dịch vụ tối thiểu cũng nhƣ đảm bảo băng thông cho những loại đƣợc ƣu tiên.
Một chức năng trong kiến trúc CQS là đặt ra các giới hạn băng thông cho một
lớp lƣu lƣợng (đƣợc gọi là định hình lưu lượng (traffic shaping)). Nó kết hợp với
chức năng lập lịch (scheduling) để quy định mức tần suất phục vụ với từng hàng đợi
hoặc khoảng thời gian giữa hai lần lấy gói ra ở cùng một hàng đợi. Định hình lƣu
lƣợng cung cấp một cơ chế điều khiển lƣu lƣợng tại một giao diện cụ thể. Nó giới hạn
lƣu lƣợng thông tin đi ra khỏi giao diện để tránh làm mạng bị tắc nghẽn bằng các ràng
buộc tốc độ thông tin đi ra ở một tốc độ bit cụ thể đối với từng loại lƣu lƣợng tránh
trƣờng hợp tốc độ bit tăng đột ngột.
Gói đến
1 2 3 4 ít nhất T giây giữa hai lần
Cổng 1
Schedule
Hàng đƣợc định hình
Hàng đợi Cổng ra M
Gói đi
1 2 3 4
Hình 1.7. Cơ chế traffic shaping trong router
Khi có quá nhiều gói đến trong một khoảng thời gian ngắn thì hủy gói là không
tránh khỏi. Việc hủy gói phải tuân theo một số chính sách (policy). Giống nhƣ định
20
hình lƣu lƣợng, policing cũng là công cụ giới hạn tốc độ bit (rate-limiting tool) do đó
tạm dịch là kiểm soát lƣu lƣợng. Chính sách hủy gói có thể đơn giản nhƣ hủy những
gói mới đến khi không còn chỗ trong hàng đợi.
1.1.2.2 Báo hiệu QoS
Báo hiệu QoS cung cấp một cơ chế cho phép trạm cuối hoặc phần tử mạng đƣa
ra yêu cầu về QoS với mạng. Báo hiệu thực sự cần thiết để phối hợp giữa các nút
mạng với các kỹ thuật xử lý lƣu lƣợng nhằm đảm bảo chất lƣợng dịch vụ “end to
end”. Trong mạng IP chất lƣợng dịch vụ từ đầu cuối tới đầu cuối đƣợc xây dựng từ
chất lƣợng dịch vụ trên một chuỗi các chặng mà lƣu lƣợng đi qua.
Báo hiệu điều khiển QoS rất cần thiết cho việc sử dụng các cơ chế xử lý lƣu
lƣợng . Có 2 phƣơng pháp hay dùng cho báo hiệu QoS là: Sử dụng quyền ưu tiên IP (IP
precendence) và sử dụng giao thức báo hiệu RSVP ( Resource Reservation Protocol). Chi
tiết về hai phương pháp báo hiệu sẽ được trình bày trong các chương sau.
1.1.3 Các tham số QoS đặc trƣng
Yêu cầu chất lƣợng dịch vụ của các ứng dụng khác nhau có thể biểu diễn bằng
một tập các tham số QoS đo đƣợc bao gồm băng thông, độ trễ, rung pha, xác xuất mất
gói. Các tham số sử dụng để tính toán QoS tùy thuộc vào kiểu mạng: Ví dụ thoại và
các ứng dụng multimedia rất nhạy cảm với trễ và rung pha; với mạng IP các tham số
thƣờng đƣợc sử dụng là băng thông, độ trễ và độ tin cậy; trong khi đó mạng không
dây thƣờng sử dụng các tham số nhƣ băng thông, nhiễu, suy hao và độ tin cậy.
Chúng ta sẽ xem xét các tham số đo tổng quát trong khung làm việc chung của QoS:
(i) Băng thông
Băng thông biểu thị tốc độ truyền dữ liệu cực đại có thể đạt đƣợc giữa
hai điểm kết nối, đƣợc tính theo (bit/s). Có thể giải thích cụ thể nhƣ sau:
Biểu diễn mô hình trạng thái QoS của mạng dƣới dạng một đồ thị
G(V,E) (trong đó: V là các nút, E là các liên kết). Lƣu lƣợng vào qua nút Vi và
ra khỏi mạng nút Vj. Mỗi liên kết (i, j) có 2 đặc tính: C(i, j) là dung lƣợng liên
kết, f(i,j) là lƣu lƣợng thực tế. Gọi R(i, j) = C(i, j) – f(i, j) là băng thông dƣ. Khi
đó, nếu một kết nối yêu cầu băng thông là Dk thì một kết nối đƣợc gọi là khả
dụng khi và chỉ khi R(i,j) ≥ Dk. Một kết nối mới có thể đƣợc chấp nhận nếu tồn
tại ít nhất một đƣờng dẫn khả dụng giữa 2 nút Vi và Vj.
(ii) Độ trễ
Trễ là khoảng thời gian một bản tin chiếm khi truyền từ điểm này đến
điểm khác. Trễ tổng thể (còn gọi là trễ tích lũy) là thời gian trễ từ đầu cuối phát
tới đầu cuối thu tín hiệu. Các thành phần trong tuyến kết nối gây ra trễ nhƣ thiết
bị phát, truyền dẫn, thiết bị chuyển mạch và định tuyến. Trễ bao gồm một số
thành phần nhƣ:
21
Trễ hàng đợi: là thời gian tiêu tốn trong hàng đợi để thực hiện quyết
định định tuyến trong bộ định tuyến hay là thời gian một gói phải trải
qua trong một hàng đợi khi nó phải đợi để đƣợc truyền đi trong một
liên kết khác.
Trễ lan truyền: là thời gian cần thiết để môi trƣờng vật lý truyền dữ
liệu. Ví dụ trễ lan truyền trong các truyền dẫn quang thƣờng nhỏ hơn
môi trƣờng vô tuyến.
Trễ chuyển tiếp: là thời gian cần thiết để thực hiện quyết định trong
bộ định tuyến hay thời gian đƣợc yêu cầu để xử lý các gói đã đến
trong một nút. Ví dụ, thời gian để kiểm tra tiêu đề gói và xác định nút
tiếp theo để gửi đi.
Trễ truyền dẫn: là thời gian sử dụng để truyền tất cả các bit trong gói qua
liên kết, trễ truyền dẫn đƣợc xác định trên thực tế của băng thông liên kết.
Thành phần có thể đƣợc quản lý là trễ hàng đợi. Gói có ƣu tiên cao hơn
sẽ đƣợc đƣa ra để truyền trƣớc và kỹ thuật hàng đợi nhƣ RED đƣợc áp dụng.
(iii) Biến thiên trễ (Jitter)
Biến thiên trễ là sự khác biệt về trễ của các gói khác nhau cùng trong
một luồng lƣu lƣợng. Biến thiên trễ chủ yếu do sự sai khác về thời gian xếp
hàng của các gói liên tiếp trong một luồng gây ra và là một trong những vấn đề
quan trọng của QoS. Khi biến thiên nằm vào khoảng dung sai định nghĩa trƣớc
thì nó không ảnh hƣởng tới chất lƣợng dịch vụ, ngƣợc lại, nếu biến thiên trễ quá
lớn sẽ làm cho kết nối mạng bị đứt quãng. Trong một số ứng dụng, nhƣ ứng
dụng thời gian thực không thể chấp nhận rung pha, biến thiên trễ lớn có thể
đƣợc xử lý bằng bộ đệm, song nó lại làm tăng trễ.
(iv) Độ tin cậy
Độ tin cậy xác định độ ổn định của hệ thống, đồng nghĩa với độ khả
dụng của hệ thống. Độ khả dụng của mạng càng cao nghĩa là độ tin cậy của
mạng và độ ổn định của hệ thống càng lớn. Độ khả dụng của mạng thƣờng
đƣợc tính trên cơ sở thời gian ngừng hoạt động và tổng số thời gian hoạt động.
(v) Mất gói
Mất gói tin là trƣờng hợp khi gói tin không tới đƣợc đích của nó trƣớc
thời gian timeout của bộ thu. Trong mạng TCP/IP mất gói xảy ra do mạng bị
nghẽn liên tục hoặc xảy ra trên chính các trƣờng chuyển mạch gói, đây là
nguyên nhân gây ra sự tràn bộ nhớ hoặc loại bỏ gói tin bởi các phƣơng tiện
quản lí lƣu lƣợng. Từng gói bị mất không thƣờng xuyên cũng khiến kết nối gặp
khó khăn. Xác xuất mất gói là giá trị đƣợc nhân lên từ xác xuất mất gói đƣợc kỳ
vọng ở mỗi một trong các nút trung gian giữa một cặp nguồn và đích. Xác xuất
22
mất gói là một đại lƣợng quan trọng của QoS với các ứng dụng dữ liệu hay các
dịch vụ thời gian thực.
1.2 CÁC YÊU CẦU ĐẢM BẢO CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ
Để nhận biết các yêu cầu về chất lƣợng dịch vụ, hệ thống thƣờng nhận biết qua
các lớp dịch vụ. Theo quan điểm của ITU-T, khuyến nghị I-1541 các lớp dịch vụ đƣợc
chia thành các vùng nhƣ sau:
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, tƣơng tác cao
1 Thời gian thực, nhạy cảm với jitter, tƣơng tác
2 Dữ liệu chuyển giao, tƣơng tác cao
3 Dữ liệu chuyển giao, tƣơng tác
4 Tổn hao thấp
5 Các ứng dụng nguyên thủy của mạng IP ngầm định
Theo quan điểm này, các tham số thời gian thực và tƣơng tác cao đƣợc đặt lên
hàng đầu đối với mạng IP. Trong khi đó, mạng IP nguyên thủy không hỗ trợ QoS cho
các dịch vụ thời gian thực.
Trong dự án TIPHON, ETSI đề xuất phân lớp QoS nhƣ sau:
Bảng 1.2. Phân lớp QoS theo quan điểm của ETSI
Lớp QoS Thành phần Các đặc tính QoS
Hội thoại thời gian Thoại, audio, Nhạy cảm với trễ và biến động trễ, có
thực (thoại, video, video, đa phƣơng giới hạn lỗi và tổn thất, tốc độ bít thay
hội nghị). tiện đổi và cố định
Luồng thời gian Audio, video, đa Trễ và biến động trễ có dung sai nhất
thực (quảng bá) phƣơng tiện định, dung sai nhỏ đối với lỗi và tổn thất,
tốc độ bít thay đổi.
Tƣơng tác cận thời gian Dữ liệu Nhạy cảm với trễ, biến động trễ và tổn
thực (web browsing) thất, tốc độ bít thay đổi.
Phi thời gian thực Dữ liệu Không nhạy cảm với trễ và biến động
(Email) trễ, nhạy cảm với lỗi, nỗ lực tối đa.
Hƣớng tiếp cận của ETSI tập trung vào các dịch vụ thƣờng sử dụng trên mạng
IP để phân ra các loại dịch vụ yêu cầu thời gian thực và không yêu cầu thời gian thực.
Đối với các yêu cầu thời gian thực, ETSI-TR102 phân biệt dịch vụ qua các độ nhạy
cảm với các tham số QoS: Trễ, biến động trễ, tổn thất gói và đặc tính tốc độ bít.
23
Đối với mạng tích hợp đa dịch vụ băng rộng B-ISDN, ITU-T định nghĩa các
vùng dịch vụ, theo hƣớng liên quan tới công nghệ lõi của B-ISDN là công nghệ ATM
theo bảng dƣới đây:
Bảng 1.3. Các vùng dịch vụ của B-ISDN
Vùng dịch vụ Các ứng dụng
Hội thoại Thoại, video hội nghị, truyền thông đa phƣơng tiện tốc
độ cao (truyền file, âm thanh, hình ảnh).
Bản tin Email, chat
Khôi phục Truyền video, ảnh tĩnh, âm thanh và dữ liệu
Phân bổ Phân bổ nội dung video, quảng bá TV
Theo các phân vùng dịch vụ của B-ISDN, diễn đàn ATM đƣa ra các phân lớp
dịch vụ ATM với các đặc tính ứng dụng và đặc tính QoS nhƣ sau:
Bảng 1.4. Phân vùng dịch vụ theo diễn đàn ATM
Vùng dịch vụ ATM Ứng dụng Các đặc tính QoS
Tốc độ bit cố định (CBR) Mô phỏng kênh Biến động trễ tế bào thấp, tổn
thất thấp
Tốc độ bit thay đổi – thời Video theo yêu cầu Biến động trễ bình thƣờng, tổn
gian thực (rt – VBR) thất thấp
Tốc độ bit thay đổi – phi Lƣu lƣợng gói Tổn thất bình thƣờng
thời gian thực (nrt – VBR)
Tốc độ bit khả dụng (ABR) Tƣơng thích tốc độ Tổn thất thấp
nguồn
Tốc độ bit không định nghĩa Lƣu lƣợng nỗ lực Không yêu cầu
(UBR) tối đa
1.3 CÁC VẤN ĐỀ ĐẢM BẢO QoS
Một cơ cấu đảm bảo chất lƣợng dịch vụ chung nhất gồm 3 phần chính: Cung
cấp QoS, điều khiển QoS và quản lý QoS:
Cung cấp QoS đƣa ra hàng loạt các kỹ thuật nhằm thiết lập luồng và các giai
đoạn thỏa thuận tài nguyên nhằm đảm bảo QoS từ đầu cuối tới đầu cuối.
Điều khiển QoS đƣa ra hàng loạt các hành vi điều khiển nhƣ lập lịch, chia
gói và điều khiển luồng.
Quản lý QoS nhằm giám sát, phân bổ lại tài nguyên và duy trì các điều kiện
đảm bảo QoS.
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................ 2
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. 3
MỤC LỤC ................................................................................................................... 4
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT........................................................... 6
DANH MỤC CÁC BẢNG .......................................................................................... 8
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ...................................................................................... 9
MỞ ĐẦU ................................................................................................................... 11
Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ ......................................... 13
1.1 CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ (QoS) VÀ CÁC THAM SỐ QoS ............................. 13
1.1.1 Giới thiệu chung về QoS ........................................................................... 13
1.1.2 Các thành phần thực hiện QoS .................................................................. 17
1.1.3 Các tham số QoS đặc trƣng ....................................................................... 20
1.2 CÁC YÊU CẦU ĐẢM BẢO CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ ................................... 22
1.3 CÁC VẤN ĐỀ ĐẢM BẢO QoS ......................................................................... 23
1.3.1 Cung cấp QoS ........................................................................................... 24
1.3.2 Điều khiển QoS......................................................................................... 24
1.3.3 Quản lý QoS ............................................................................................. 25
Chƣơng 2 ĐẢM BẢO CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ CHO MẠNG IP ......................... 26
2.1 GIAO THỨC LIÊN MẠNG (IP – INTERNET PROTOCOL) ............................. 26
2.1.1 Phần tiêu đề gói IP .................................................................................... 27
2.1.2 Địa chỉ IP .................................................................................................. 28
2.1.3 Các giao thức định tuyến........................................................................... 29
2.1.4 Các cơ chế truyền tải................................................................................. 30
2.2 TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ CHO MẠNG IP (QoS IP).............. 30
2.2.1 Lịch sử phát triển các mô hình QoS IP ...................................................... 30
2.2.2 Các tham số cơ bản ảnh hƣởng tới QoS IP thực tế ..................................... 32
2.3 CÁC CHỨC NĂNG CHUNG CỦA QoS IP ....................................................... 35
2.4 CÁC KỸ THUẬT ĐẢM BẢO QoS IP................................................................ 38
2.4.1 Kỹ thuật đo lƣu lƣợng và màu hóa lƣu lƣợng ............................................ 38
2.4.2 Kỹ thuật quản lý hàng đợi tích cực ............................................................ 42
2.4.3 Kỹ thuật lập lịch cho gói tin ...................................................................... 43
2.4.4 Kỹ thuật cắt lƣu lƣợng .............................................................................. 46
2.5 KẾT LUẬN ........................................................................................................ 48
Chƣơng 3: MỘT SỐ MÔ HÌNH ĐẢM BẢO QoS IP ................................................ 49
3.1 MÔ HÌNH DỊCH VỤ TÍCH HỢP - INTSERV ..................................................... 49
5
3.1.1 Giới thiệu chung ....................................................................................... 49
3.1.2 Giao thức dành trƣớc tài nguyên RSVP ....................................................... 53
3.2 MÔ HÌNH DỊCH VỤ PHÂN BIỆT - DIFFSERV .................................................. 60
3.2.1 Tổng quan về mô hình DiffServ.................................................................. 60
3.2.2 Miền dịch vụ phân biệt và điểm mã dịch vụ phân biệt ................................. 62
3.2.4 Xử lý gói tin trong DiffServ ........................................................................ 64
3.3 KHUYẾN NGHỊ TRIỂN KHAI QoS TRÊN MẠNG IP ........................................ 69
3.4 KẾT LUẬN ........................................................................................................ 69
Chƣơng 4 ĐÁNH GIÁ MÔ HÌNH ĐẢM BẢO QoS IP QUA MÔ PHỎNG ............ 70
4.1 ĐÁNH GIÁ CHUNG ........................................................................................... 70
4.2 MÔ PHỎNG VÀ KIỂM TRA QoS ..................................................................... 71
4.2.1 Tổng quan chƣơng trình mô phỏng mạng NS2 .......................................... 71
4.2.2 Mô phỏng mô hình DiffServ ..................................................................... 75
KẾT LUẬN ............................................................................................................... 84
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................... 85
6
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt
AF Assured Forwarding Chuyển tiếp đảm bảo
AL Application Layer Tầng ứng dụng
AQM Active Queue Management Quản lý hàng đợi tích cực
ATM Asychronous Transfer Mode Chế độ truyền tải không đồng bộ
ACS Access Control System Hệ thống điều khiển truy nhập
AF Assured Forward Chuyển tiếp đảm bảo
BA Behavior Aggressive Kết hợp hành vi
BB Bandwith Broker Phân bổ băng thông
BE Best-Effort Cố gắng tối đa
B-ISDN Broadband ISDN Mạng tích hợp đa dịch vụ băng rộng
CBR Constant Bit Rate Tốc độ bit cố định
CBS Committed Burst Size Kích thƣớc bùng nổ cam kết
CIR Committed Information Rate Tốc độ thông tin cam kết
CoS Class of Service Lớp dịch vụ
CR Core Router Bộ định tuyến lõi
DiffServ Differentiated Services Dịch vụ phân biệt
DLL Data Link Layer Tầng liên kết dữ liệu
DS Differentiated Server Server phân biệt
DSCP Differentiated Services Code Point Điểm mã dịch vụ phân biệt
ECN Explicit Congestion Notification Thông báo tắc nghẽn tƣờng minh
EF Expedited Forwarding Chuyển tiếp nhanh
ER Edge Router Bộ định tuyến biên
ETSI European Telecommunications Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu
Standards Institute
FIFO First In First Out Vào trƣớc ra trƣớc
FLOWSPEC Flow Specification Đặc tả luồng
FQ Fair Queueing Hàng đợi công bằng
FSI Flow State Information Thông tin trạng thái luồng
GoS Grade of Sevice Cấp độ dịch vụ
GS Guaranteed Service Dịch vụ đảm bảo
IETF Internet Engineering Task Force Uỷ ban thực thi kỹ thuật Internet
IntServ Intergrated Service Dịch vụ tích hợp
IPLR IP Loss Rate Tỷ lệ mất gói IP
IPTD IP Packet Transfer Delay Trễ truyền tải gói tin IP
IPER IP Error Rate Tỷ lệ lỗi gói tin IP
ISO International Standard Organization Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế
7
IPv4 Internet Protocol version 4 Giao thức Internet phiên bản 4
IPv6 Internet Protocol version 6 Giao thức Internet phiên bản 6
ITU-T International Telecommunication Union Hiệp hội viễn thông quốc tế
MF Multi Fields Đa trƣờng
MPLS MultiProtocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức
NL Network Layer Tầng mạng
NNI Network Node Interface Giao diện nút mạng
NP Net Performance Hiệu năng mạng
PBS Packet Burst Size Kích thƣớc bùng nổ gói
PHB Per-Hop forwarding Behaviour Hành vi chuyển tiếp theo từng chặng
PIR Peak Information Rate Tốc độ thông tin đỉnh
PQ Priority Queueing Hàng đợi ƣu tiên
QoS Quality of Service Chất lƣợng dịch vụ
RA Resource Allocation Cấp phát tài nguyên
RED Random Early Detection and Discard Phát hiện và loại bỏ sớm ngẫu nhiên
RFC Request For Comments Các yêu cầu cần trả lời
RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức dành trƣớc tài nguyên
SACP Simple Acceptance Control Protocol Giao thức điều khiển chấp nhận đơn giản
SE Shared Explicit Chia sẻ tƣờng minh
SLA Service Level Argreement Thoả thuận mức dịch vụ
SNMP Simple Network Management Protocol Giao thức quản lý mạng đơn giản
srTCM Single rate Three Color Marker Bộ đánh dấu 3 màu tốc độ đơn
TCA Traffic Conditioning Agreement Thoả thuận điều kiện lƣu lƣợng
TL Transmission Layer Tầng truyền dẫn
ToS Type of Service Kiểu dịch vụ
trTCM Two rate Three Color Marker Bộ đánh dấu 3 màu hai tốc độ
UBR Undefined Bit rate Tốc độ bit không xác định
UNI User Network Interface Giao diện ngƣời dùng mạng
VBR Variable Bit Rate Tốc độ bit thay đổi
VoIP Voice over IP Thoại qua IP
VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo
WF Wildcard Filter Bộ lọc Wildcard
WFQ Weighted Fair Queueing Hàng đợi công bằng theo trọng số
WRED Weighted Random Early Discarding Loại bỏ sớm ngẫu nhiên theo trọng số
WRR Weighted Round Robin Quay vòng theo trọng số
8
DANH MỤC CÁC BẢNG
Tên bảng Trang
Bảng 1.1. Các đặc tính phân lớp QoS cho mạng IP theo ITU-T ................................. 22
Bảng 1.2. Phân lớp QoS theo quan điểm của ETSI .................................................... 22
Bảng 1.3. Các vùng dịch vụ của B-ISDN ................................................................... 23
Bảng 1.4. Phân vùng dịch vụ theo diễn đàn ATM ...................................................... 23
Bảng 3.1: Các kiểu dành trƣớc tài nguyên .................................................................. 54
Bảng 3.2. Các bit sử dụng cho điều khiển chia sẻ ...................................................... 57
Bảng 3.3. Các bít sử dụng cho điều khiển lựa chọn máy gửi ..................................... 57
Bảng 3.4. Các tham số của các đối tƣợng CL khác nhau ............................................ 59
Bảng 3.5. Các tham số của dịch vụ cam kết Rspec .................................................... 59
Bảng 3.6. Các khối điểm mã dịch vụ phân biệt DSCP ............................................... 63
Bảng 3.7. Chi tiết các phân lớp chuyển tiếp đảm bảo AF PHB .................................. 66
Bảng 4.1. So sánh mô hình IntServ và DiffServ ......................................................... 71
9
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Tên hình Trang
Hình 1.1. Mô hình QoS tổng quát ............................................................................. 13
Hình 1.2. Kiến trúc cơ bản của QoS .......................................................................... 14
Hình 1.3. Các mức của chất lƣợng dịch vụ đầu cuối-đầu cuối ................................... 15
Hình 1.4. Các đặc điểm cơ bản của chất lƣợng dịch vụ ............................................. 16
Hình 1.5. Hàng đợi vào trƣớc ra trƣớc trong router ................................................... 18
Hình 1.6. Classify, Queue và Schedule trong router .................................................. 19
Hình 1.7. Cơ chế traffic shaping trong router ............................................................ 19
Hình 1.8. Các thành phần trong cơ cấu đảm bảo chất lƣợng dịch vụ .......................... 24
Hình 2.1. Chồng giao thức TCP/IP ............................................................................ 26
Hình 2.2. Khuôn dạng phần tiêu đề gói IP.................................................................. 27
Hình 2.3. Các lớp địa chỉ IP ....................................................................................... 29
Hình 2.4. Các bƣớc phát triển của mô hình QoS [12]. ................................................ 30
Hình 2.5. Dịch vụ Intserv và dịch vụ Diffserv [19]. ................................................... 31
Hình 2.6. Băng thông khả dụng .................................................................................. 33
Hình 2.7. Trễ tích lũy từ đầu cuối tới đầu cuối ........................................................... 34
Hình 2.8. Trễ xử lý và hàng đợi ................................................................................. 34
Hình 2.9. Mất gói vì hiện tƣợng tràn bộ đệm đầu ra ................................................... 35
Hình 2.10. Các chức năng đảm bảo QoS của bộ định tuyến IP ................................... 36
Hình 2.11. Phƣơng pháp phân loại gói đa trƣờng chức năng ...................................... 36
Hình 2.12. Phƣơng pháp phân loại gói theo kết hợp hành vi ...................................... 37
Hình 2.13. Khoảng thời gian CBS trong CIR của tốc độ lƣu lƣợng đầu vào đơn ........ 39
Hình 2.14. Chế độ mù màu srTCM với gáo C và gáo E.............................................. 39
Hình 2.15. Chế độ hoạt động rõ màu srTCM ............................................................. 40
Hình 2.16. Gáo rò C, P và chế độ hoạt động mù màu của trTCM ............................... 41
Hình 2.17. Chế độ hoạt động rõ màu của trTCM ........................................................ 41
Hình 2.18. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của RED ........................................................ 42
Hình 2.19. Hoạt động thông báo tắc nghẽn tƣờng minh ECN ..................................... 43
Hình 2.20. Hàng đợi ƣu tiên PQ ................................................................................. 44
Hình 2.21. Hàng đợi cân bằng FQ .............................................................................. 45
Hình 2.22. Hàng đợi quay vòng theo trọng số WRR .................................................. 45
Hình 2.23: Chia cắt lƣu lƣợng thuần .......................................................................... 47
Hình 2.24: Chia cắt lƣu lƣợng bùng nổ kiểu gáo rò .................................................... 47
Hình 3.1. Mô hình dịch vụ tích hợp IntServ .............................................................. 50
10
Hình 3.2. Cấu trúc mạng IntServ ............................................................................... 54
Hình 3.3. Khuôn dạng bản tin RSVP và tiêu đề chung RSVP ................................... 55
Hình 3.4. Khuôn dạng bản tin đối tƣợng RSVP ......................................................... 56
Hình 3.5. Khuôn dạng đối tƣợng kiểu ....................................................................... 56
Hình 3.6. Cấu trúc bản tin Path và Resv trong RSVP ................................................. 57
Hình 3.7. Tổng quan mô hình DiffServ ..................................................................... 60
Hình 3.8. Mô hình DiffServ tại biên và lõi của mạng ................................................ 61
Hình 3.9. Mô hình các bƣớc dịch vụ phân biệt DiffServ ........................................... 62
Hình 3.10. Miền dịch vụ phân biệt DS ...................................................................... 63
Hình 3.11. Cấu trúc của trƣờng phân biệt dịch vụ DS ................................................ 63
Hình 3.12. Hoạt động của BB ................................................................................... 64
Hình 3.13. Xử lý chuyển tiếp nhanh EF PHB ............................................................ 65
Hình 3.14. Các phân lớp AF PHB ............................................................................. 66
Hình 3.15. Cấu trúc của byte TOS ............................................................................ 67
Hình 4.1. Mô hình NS2 đơn giản ............................................................................... 72
Hình 4.2. Tƣơng ứng C++ và Otcl ............................................................................. 72
Hình 4.3. Kiến trúc của NS ........................................................................................ 73
Hình 4.4. Sơ đồ hoạt động của NS2 ........................................................................... 73
Hình 4.5. Các trƣờng của tệp bám vết ....................................................................... 74
Hình 4.6. Mô hình khảo sát ........................................................................................ 81
Hình 4.7. Đồ thị mô tả mất gói trong khoảng thời gian 120s ...................................... 82
Hình 4.8. Đồ thị mô tả thông lƣợng trong khoảng thời gian 120s ..... Error! Bookmark
not defined.
Hình 4.9. Độ trễ hàng đợi của lớp lƣu lƣợng ................ Error! Bookmark not defined.
11
MỞ ĐẦU
1. CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
Ngày nay, với sự bùng nổ của Internet, việc kết nối và sử dụng Internet ngày
càng đa dạng, phong phú, chính vì vậy tầm quan trọng của việc đảm bảo chất lƣợng
dịch vụ (QoS) ngày càng tăng. Với sự ra đời của các nhà cung cấp dịch vụ Internet
(ISP), việc ổn định “chất lƣợng của Internet” cần phải đƣợc đảm bảo. Điều đó có
nghĩa là các nhà cung cấp Internet tạo ra cho ngƣời dùng những dịch vụ đa dạng,
phong phú và cốt yếu là phải đảm bảo chất lƣợng dịch vụ đó.
Mạng Internet hiện nay cung cấp dịch vụ trên cơ sở phục vụ theo khả năng tối
đa (best - effort), tức là không có bất cứ một cam kết nào đƣợc đƣa ra từ phía nhà khai
thác về chất lƣợng dịch vụ. Thay vào đó, tùy thuộc vào trạng thái cụ thể của mạng,
mạng chủ sẽ thực hiện những khả năng tốt nhất của mình để phục vụ lƣu lƣợng cho
dịch vụ [9]. Đây là nguyên nhân chủ yếu thúc đẩy nghiên cứu mạnh mẽ về QoS trên
nền mạng IP trong những năm gần đây.
Chất lƣợng dịch vụ là một thành phần quan trọng của các mạng gói đa dịch vụ.
Vấn đề chất lƣợng dịch vụ và đánh giá chất lƣợng dịch vụ luôn là vấn đề đóng vai trò
quan trọng đối với tất cả các loại hình dịch vụ viễn thông. Mỗi loại hình dịch vụ sẽ
quan tâm tới QoS ở những khía cạnh khác nhau.
Việc tích hợp nhiều ứng dụng với các yêu cầu về QoS khác nhau đòi hỏi phải
có một mô hình đảm bảo QoS cho các dịch vụ này. Hƣớng tiếp cận QoS theo mô hình
IntServ và DiffServ rất phù hợp với mạng gói IP [18]. Công nghệ IP và các ứng dụng
của nó đã và đang tạo ra nhiều cơ hội và thách thức mới cho các nhà cung cấp dịch vụ
viễn thông.
Từ tính cấp thiết nêu trên, chúng tôi chọn đề tài “Giải pháp đảm bảo chất
lượng dịch vụ (QoS) trên mạng IP, đánh giá và so sánh hiệu quả đảm bảo QoS của
DiffServ và IntServ”. Luận văn sẽ đi sâu tìm hiểu những kiến thức cơ bản về chất
lƣợng dịch vụ trên nền mạng IP nhƣ đặc điểm kỹ thuật, phân tích và đánh giá chất
lƣợng cho mạng IP qua mô hình IntServ và DiffServ; việc triển khai, hỗ trợ chất lƣợng
dịch vụ trên nền mạng IP.
2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
Luận văn tập trung nghiên cứu những vấn đề sau:
- Tập trung nghiên cứu về đảm bảo chất lƣợng dịch vụ trên mạng IP.
- Phân tích, đánh giá hai mô hình IntServ và Diffserv đối với QoS IP.
- Sử dụng công cụ NS2 mô phỏng mô hình đảm bảo QoS: IntServ và
DiffServ, từ đó đƣa ra giải pháp cho việc đảm bảo chất lƣợng dịch vụ trên
nền mạng IP.
12
3. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đề tài tập trung nghiên cứu lý thuyết về đảm bảo chất lƣợng dịch vụ. Các mô
hình và cơ chế đảm bảo QoS trên nền mạng IP.
Đánh giá và so sánh hiệu năng của 2 mô hình Intserv và DiffServ qua việc sử
dụng công cụ mô phỏng NS2.
4. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Thực hiện nghiên cứu lý thuyết về các kiến trúc QoS.
Phân tích và đánh giá qua mô phỏng.
5. CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN
Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn gồm 4 chƣơng:
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ
Các vấn đề và yêu cầu đảm bảo chất lƣợng dịch vụ:
a) Khái niệm về QoS và những yếu tố liên quan: tham số và phƣơng thức
đánh giá chất lƣợng dịch vụ mạng.
b) Với các dịch vụ trên nền mạng IP, những tham số đặc trƣng khách quan đƣợc
chuẩn hóa qua các tham số nhƣ tỷ lệ mất gói, độ trễ gói, độ biến thiên trễ,...
c) Các thông số QoS: Khi xem xét đến đảm bảo chất lƣợng cho một dịch
vụ trên nền mạng IP, cần định nghĩa cụ thể tập hợp những tham số QoS
khách quan phải đƣợc quan tâm cùng với mô hình phù hợp cho sự ràng
buộc của các tham số đó.
Chương 2 ĐẢM BẢO CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ CHO MẠNG IP
Khái quát về mạng IP, các loại mạng, các giao thức liên mạng và định
tuyến, các cơ chế truyền tải trong mạng IP. Nghiên cứu các yếu tố chính có
ảnh hƣởng tới mạng IP.
Tìm hiểu lịch sử phát triển QoS IP cùng với các tham số ảnh hƣởng trực tiếp
tới QoS IP trên thực tế.
Các kỹ thuật và công nghệ đảm bảo QoS IP: quản lý hàng đợi, lƣu lƣợng,
lập lịch cho gói tin.
Chương 3 MỘT SỐ MÔ HÌNH ĐẢM BẢO QoS IP
Đi sâu nghiên cứu mô hình hỗ trợ chất lƣợng dịch vụ trong mạng IP, so sánh
lợi thế của mỗi mô hình dịch vụ đối với mạng IP.
Nghiên cứu và rút ra những giải pháp của hai mô hình IntServ và DiffServ.
Chương 4 ĐÁNH GIÁ MÔ HÌNH ĐẢM BẢO QoS IP QUA MÔ PHỎNG
Đánh giá chung về DiffServ và IntServ, rút ra ƣu – nhƣợc điểm của hai mô
hình trong thực tế
Luận văn thực hiện mô phỏng bằng NS2 nhằm đánh giá mô hình đảm bảo
QoS trên mạng IP.
13
Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ
1.1 CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ (QoS) VÀ CÁC THAM SỐ QoS
1.1.1 Giới thiệu chung về QoS
Chất lƣợng dịch vụ (Quality of Service – QoS) là một khái niệm rộng và đƣợc
tiếp cận theo nhiều hƣớng khác nhau, QoS liên quan tới khả năng cung cấp các dịch vụ
tốt hơn của một mạng đối với một lƣu lƣợng mạng đã chọn với những công nghệ khác
nhau bao gồm Frame Relay, ATM, Ethernet và các mạng 802.1, SONET, IP.
Chất lƣợng đƣợc định nghĩa trong ISO 9000 là “cấp độ của một tập các đặc
tính vốn có đáp ứng đầy đủ các yêu cầu”. Theo khuyến nghị E800 ITU-T, chất lƣợng
dịch vụ là “Một tập các khía cạnh của hiệu năng dịch vụ nhằm xác định cấp độ thỏa
mãn của người sử dụng đối với dịch vụ”. Trong khi IETF [ETSI - TR102] nhìn nhận
QoS là khả năng phân biệt luồng lƣu lƣợng để mạng có các ứng xử phân biệt đối với
các kiểu luồng lƣu lƣợng, QoS bao trùm cả phân loại hóa dịch vụ và hiệu năng tổng
thể của mạng cho mỗi loại dịch vụ [10].
Cho đến nay vẫn chƣa thực sự có một khái niệm hoàn chỉnh về chất lƣợng dịch
vụ, mặc dù vậy ta có thể hiểu chất lƣợng dịch vụ là điều kiện để việc cung cấp dịch vụ
truyền dữ liệu trên mạng phù hợp với các ứng dụng và đảm bảo sự nhận biết của
người dùng. Chất lƣợng dịch vụ bao gồm tập hợp các tiêu chí đặc trƣng cho yêu cầu
của từng loại lƣu lƣợng cụ thể trên mạng nhƣ độ trễ, jitter (sự thay đổi độ trễ), tỉ lệ
mất gói,…[16]. Các tiêu chí trên có liên quan chặt chẽ tới băng thông dành cho lƣu
lƣợng đó .
Hình vẽ sau đây biểu diễn một mô hình QoS tổng quát:
`
AP Mạng Mạng AP `
NP NP NP
QoS
Hình 1.1. Mô hình QoS tổng quát
Trong hình vẽ, NP (Net Performance) là năng lực và hiệu quả của một mạng cụ
thể. Nó bao gồm khả năng ứng xử, tính hiệu quả của mạng và chất lƣợng phục vụ mà
mạng cung cấp. AP (Access Point) là điểm truy nhập mạng.
Việc thực hiện đảm bảo chất lƣợng dịch vụ bao gồm ba thành tố cơ bản sau:
14
Các cơ chế đảm bảo chất lƣợng dịch vụ tại các nút mạng: thuật toán hàng đợi
(queuing), cơ chế định hình lƣu lƣợng (traffic shapping), các cơ chế tối ƣu hóa
đƣờng truyền, các thuật toán dự đoán và tránh tắc nghẽn…
Phƣơng thức báo hiệu QoS giữa các nút mạng để phối hợp hoạt động đảm bảo
chất lƣợng dịch vụ từ đầu cuối tới đầu cuối
Chính sách QoS và các chức năng tính cƣớc, quản lý để điều khiển và phân
phát QoS cho các lƣu lƣợng đi qua mạng
Hình 1.2. Kiến trúc cơ bản của QoS
Xét từ đầu cuối đến đầu cuối, chất lƣợng dịch vụ đƣợc chia ra một số loại sau:
Best-Effort Service: Mô hình dịch vụ “tối đa”, có nghĩa là mạng sẽ khai thác
hết khả năng trong giới hạn cho phép, nhƣng không đảm bảo độ trễ và mất
mát dữ liệu. Vì vậy, khi có nhiều luồng lƣu lƣợng truyền đi trong mạng và
vƣợt quá khả năng của mạng, dịch vụ không bị từ chối nhƣng chất lƣợng
dịch vụ giảm: thời gian trễ tăng, tốc độ giảm và mất dữ liệu. Với Best-Effort,
dữ liệu đi vào mạng đều tuân theo quy tắc FIFO. Không có sự đối xử nào
của QoS đối với dữ liệu.
Differrentiated Service (còn gọi là soft QoS): Một vài dòng lƣu lƣợng của dịch
vụ đƣợc ƣu tiên hơn những dòng lƣu lƣợng còn lại (ví dụ nhƣ cam kết các dịch
vụ khác nhau nhƣ thoại, video sẽ có băng thông ổn định, đƣợc xử lý nhanh hơn,
tỉ lệ mất gói ít hơn, …).
Guaranteed Service (còn gọi là hard QoS): dữ liệu đi vào mạng đƣợc phân loại
thành các lớp khác nhau để phân loại cách đối xử của mạng đối với dữ liệu.
Thực hiện thông qua các tool QoS là PQ, CQ, WFQ và WRED. Dịch vụ
đƣợc đảm bảo tuyệt đối về tài nguyên mạng dành cho nó, với điều khoản cụ thể
nhƣ băng thông, trễ, mất gói…
15
Hình 1.3. Các mức của chất lượng dịch vụ đầu cuối-đầu cuối
Tính chất chung của chất lƣợng dịch vụ: “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 còn 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”. Từ
đó, chất lƣợng dịch vụ QoS có thể đƣợc đánh giá theo hai cách: đánh giá chủ quan và
đánh giá khách quan.
Đối với ngƣời sử dụng dịch vụ, chất lƣợng dịch vụ phần lớn đƣợc đánh giá một
cách chủ quan. Ví dụ, khi truy cập một trang Web, yếu tố đầu tiên để ngƣời sử dụng đánh
giá chất lƣợng dịch vụ truy cập là khả năng truy nhập thành công trang Web đó. Một yếu
tố cũng không thể thiếu là đánh giá mức độ truy nhập nhanh hay chậm qua xem xét thời
gian cần thiết để tải các dữ liệu từ trang Web. Từ ý kiến đó, ngƣời sử dụng sẽ công nhận
dịch vụ truy cập Internet là tốt nếu khả năng truy nhập cao (sự gián đoạn là hạn hữu và
vận tốc truyền tải dữ liệu nhanh).
Dựa trên những đánh giá chủ quan, QoS đƣợc coi là mức độ chấp nhận dịch vụ
của ngƣời sử dụng và thƣờng đƣợc đánh giá trên thang điểm đánh giá trung bình MoS
(Mean of Score), MoS dao động từ mức (1-tồi) đến mức (5- xuất sắc). QoS cần đƣợc cung
cấp cho mỗi ứng dụng để ngƣời sử dụng có thể chạy ứng dụng đó và mức QoS mà ứng
dụng đòi hỏi đƣợc xác định bởi ngƣời sử dụng. Từ MoS, các nhà cung cấp dịch vụ đƣa ra
mức chất lƣợng dịch vụ phù hợp cho dịch vụ của mình.
Điều cơ bản chung của cách đánh giá chủ quan là với ngƣời sử dụng, sự đánh giá
phụ thuộc vào dịch vụ cụ thể họ đang dùng. Vì những đánh giá này mang tính chủ quan nên
chúng không đƣợc biểu hóa một cách thống nhất và rành mạch.
Từ khía cạnh dịch vụ mạng, QoS liên quan tới năng lực cung cấp các yêu cầu
chất lƣợng dịch vụ cho ngƣời sử dụng. Có hai kiểu năng lực mạng để cung cấp chất
lƣợng dịch vụ trong mạng chuyển mạch gói.
a. Mạng chuyển mạch gói phải có khả năng phân biệt các lớp dịch vụ.
b. Một khi mạng có các lớp dịch vụ khác nhau, mạng phải có cơ chế ứng xử khác nhau
16
với các lớp bằng cách cung cấp các đảm bảo tài nguyên và phân biệt dịch vụ trong mạng.
Ngƣời sử dụng đầu cuối Mạng chuyển mạch gói Ngƣời sử dụng đầu cuối
QoS QoS
Mức độ chấp nhận
dịch vụ 1. Khả năng phân lớp dịch vụ
2. Khả năng cung cấp dịch vụ
theo lớp
Phân tích
Kiểm tra Mô hình hóa và mô phỏng
Đo kiểm
Các tham số mạng:
Mất gói
MOS – E Mode Độ trễ
Trƣợt thời gian
Khả năng tắc nghẽn
Hình 1.4. Các đặc điểm cơ bản của chất lượng dịch vụ
Phƣơng pháp cơ bản để xác định chất lƣợng dịch vụ mạng là quá trình phân tích
lƣu lƣợng và các điều kiện của mạng, thông qua các bài toán đƣợc mô hình hóa hoặc
đo kiểm trực tiếp các thông số mạng để đánh giá tiêu chuẩn khách quan.
Nhìn từ khía cạnh mạng, một khung làm việc chung của kiến trúc QoS gồm có:
Phƣơng pháp để yêu cầu và nhận các mức của dịch vụ qua các hình thức
thỏa thuận mức dịch vụ SLA (Service Level Agreements). Các thỏa thuận
SLA gồm các tham số QoS nhƣ băng thông, độ trễ, ...là một hình thức giao
kèo dịch vụ giữa khách hàng và nhà cung cấp dịch vụ. Khách hàng cần
SLA để hiểu các ứng dụng của họ nhận đƣợc mức dịch vụ nhƣ thế nào, còn
các nhà cung cấp dịch vụ cần SLA để hƣớng lƣu lƣợng đầu vào của ngƣời
sử dụng tới mạng phù hợp.
Báo hiệu, phân phối bộ đệm và quản lý bộ đệm cho phép đáp ứng yêu cầu
mức dịch vụ thông qua các giao thức dành trƣớc tài nguyên cho ứng dụng.
Điều khiển những ứng dụng có sai lệch trong việc thiết lập các mức dịch
vụ, thông qua quá trình phân loại loại lƣu lƣợng, hƣớng tới chính sách
quản lý và thực thi đối với từng luồng lƣu lƣợng nhằm xác định kỹ thuật
điều khiển lƣu lƣợng phù hợp. Phƣơng pháp sắp xếp cho luồng lƣu lƣợng
qua mạng trong một chừng mực có thể đảm bảo thỏa thuận các mức dịch
vụ sử dụng, bằng các phƣơng pháp định tuyến trên nền tảng QoS.
17
Phƣơng pháp tránh tắc nghẽn, quản lý tắc nghẽn, hàng đợi, và thiết lập để
ngăn chặn các điều kiện sự cố mạng gây ra những hậu quả bất lợi ảnh hƣởng
tới mức dịch vụ. Quản lý tắc nghẽn không phải là cơ chế phòng ngừa, nhƣng
là một cơ chế tác động ngƣợc khi các điều kiện tắc nghẽn phát sinh trong
mạng. Phát hiện và loại bỏ sớm ngẫu nghiên RED (Random Early
Detection and Discard) là một trong các kỹ thuật để ngăn ngừa tắc nghẽn.
Chính sách quản lý cho phép thực hiện các luật áp dụng cho các gói tin qua
mạng trên nền chính sách chung. Mỗi lớp lƣu lƣợng có một giới hạn nhất
định số các gói tin đƣợc chấp nhận trong một khoảng thời gian nhất định.
Chính sách quản lý liên quan tới các hoạt động của thiết bị xử lý gói tin và
hiện trạng của mạng từ đó quyết định hình thức thỏa thuận mức dịch vụ.
Tiếp cận theo mô hình phân lớp trong mô hình tham chiếu hệ thống mở OSI
(Open System Interconnection) là cách tiếp cận khác về QoS đƣợc nhìn nhận từ phía
mạng, QoS đƣợc đánh giá trong một số tầng:
Tầng ứng dụng AL (Application Layer): QoS đƣợc nhận thức là “mức độ
dịch vụ”.
Tầng truyền tải TL (Transport Layer): QoS đƣợc thực hiện bởi kiến trúc
logic của mạng, các cơ chế định tuyến và báo hiệu.
Tầng mạng NL (Network layer): QoS thể hiện qua cac tham số lớp mạng:
Tỷ lệ lỗi, giá trị trung bình, giá trị lớn nhất của các tham số nhƣ băng
thông, độ trễ và độ tin cậy của luồng lƣu lƣợng.
Lớp liên kết dữ liệu DLL (Data link Layer): QoS đƣợc thể hiện qua các
tham số truyền dẫn, tỷ lệ lỗi thông tin, các hiện tƣợng tắc nghẽn và hỏng
hóc của các tuyến liên kết.
Từ mô hình trên chúng ta nhận thấy, chất lƣợng dịch vụ tại các tầng cao của mô
hình hƣớng về ngƣời sử dụng (liên quan tới giao thức và phần mềm điều khiển), trong
khi các tầng thấp hƣớng về các đặc tính của hệ thống mạng truyền thông (nhƣ cấu trúc
mạng, tài nguyên sử dụng trong các nút và liên kết).
1.1.2 Các thành phần thực hiện QoS
Mục đích chính của QoS là cung cấp thứ tự ƣu tiên các dịch vụ giao nhận thông
tin tin cậy cho những lớp hay loại lƣu lƣợng nào đó bao gồm: cấp băng thông, điều
khiển rung pha và trễ (cần thiết đối với các ứng dụng thời gian thực và lƣu lƣợng
tƣơng tác), cung cấp sự ƣu tiên cho một hay nhiều luồng mà không làm cho các luồng
khác bị lỗi... Vấn đề trƣớc tiên phải quan tâm là quá trình lƣu và chuyển gói tại các nút
mạng diễn ra nhƣ thế nào, do tuyến đƣờng mà gói đi qua để đến đích là một chuỗi các
nút và liên kết mạng.
18
1.1.2.1 Thực hiện QoS tại các nút mạng
Quyết định chuyển gói dựa trên địa chỉ đích của mỗi gói và thông tin trong
bảng định tuyến của router. Những router cần cho mạng có đảm bảo chất lƣợng dịch
vụ không thì cần phải quan tâm thời điểm gửi gói.
Trong phần lớn các mạng, lƣu lƣợng đến theo từng đợt thay đổi thất thƣờng.
Trƣờng hợp hay xảy ra là nhiều đợt gói tin đến từ các tuyến vào khác nhau và cùng
một tuyến ra (bản thân tuyến ra chỉ có dung lƣợng hữu hạn) làm cho router nhận đƣợc
số gói vƣợt quá khả năng phân phát tức thời của nó. Để đối phó với trƣờng hợp này,
tất cả các router đều có các bộ đệm bên trong (các hàng đợi – queues) để lƣu trữ những
gói thừa cho đến khi chúng có thể đƣợc chuyển. Khi đó các gói này sẽ chịu thêm độ
trễ, hay router chịu một sự ứ nghẽn nhất thời. Trễ của gói từ nguồn tới đích bao gồm
nhiều thành phần nhƣng trễ do bộ đệm kể trên rất thất thƣờng, nó thay đổi ngay cả
giữa các gói tới cùng một đích.
Mặt khác, gói đến sẽ bị hủy nếu hết dung lƣợng bộ đệm và tỷ lệ mất gói là một
yếu tố không kiểm soát đƣợc. Với các hàng đợi FIFO sẽ không có các cơ chế phân
tách các loại lƣu lƣợng khác nhau, lƣu lƣợng này sẽ ảnh hƣởng tới chất lƣợng dịch vụ
của lƣu lƣợng kia khi vƣợt qua cùng một hàng đợi.
Cổng 1 Chiều dài L gói
Hàng đợi FIFO
Cổng ra M
Cổng n
Hình 1.5. Hàng đợi vào trước ra trước trong router
Thay vì chỉ có một hàng đợi phục vụ cho mọi loại lƣu lƣợng, ngƣời ta đƣa ra cơ
chế CQS (Classification-Queuing-Scheduling): sử dụng nhiều hàng đợi (với dung
lƣợng và chính sách hủy gói khác nhau) phù hợp với yêu cầu chất lƣợng dịch vụ của
từng lớp lƣu lƣợng cần phục vụ. Classification thực hiện phân loại gói và chỉ định
hàng đợi phù hợp cho từng gói. Các hàng đợi vẫn phải chia sẻ cùng một dung lƣợng
tuyến ra (Output link) hữu hạn, cần một cơ chế đặt lịch phục vụ (Scheduling) từng
hàng đợi. Các router nhƣ vậy đƣợc gọi là có kiến trúc CQS.
19
Phân loại (Classify)
Cổng 1
Hàng đợi
Schedule
Hàng đợi
Cổng ra M
Cổng N
Hàng đợi
Hình 1.6. Classify, Queue và Schedule trong router
Kiến trúc CQS cho phép chia tách, không cho các loại lƣu lƣợng ảnh hƣởng lẫn
nhau, thực hiện ƣu tiên với các loại lƣu lƣợng cần chất lƣợng dịch vụ cao. Thực tế cần
đặt ra những giới hạn để các loại lƣu lƣợng không đƣợc ƣu tiên vẫn có đƣợc chất
lƣợng dịch vụ tối thiểu cũng nhƣ đảm bảo băng thông cho những loại đƣợc ƣu tiên.
Một chức năng trong kiến trúc CQS là đặt ra các giới hạn băng thông cho một
lớp lƣu lƣợng (đƣợc gọi là định hình lưu lượng (traffic shaping)). Nó kết hợp với
chức năng lập lịch (scheduling) để quy định mức tần suất phục vụ với từng hàng đợi
hoặc khoảng thời gian giữa hai lần lấy gói ra ở cùng một hàng đợi. Định hình lƣu
lƣợng cung cấp một cơ chế điều khiển lƣu lƣợng tại một giao diện cụ thể. Nó giới hạn
lƣu lƣợng thông tin đi ra khỏi giao diện để tránh làm mạng bị tắc nghẽn bằng các ràng
buộc tốc độ thông tin đi ra ở một tốc độ bit cụ thể đối với từng loại lƣu lƣợng tránh
trƣờng hợp tốc độ bit tăng đột ngột.
Gói đến
1 2 3 4 ít nhất T giây giữa hai lần
Cổng 1
Schedule
Hàng đƣợc định hình
Hàng đợi Cổng ra M
Gói đi
1 2 3 4
Hình 1.7. Cơ chế traffic shaping trong router
Khi có quá nhiều gói đến trong một khoảng thời gian ngắn thì hủy gói là không
tránh khỏi. Việc hủy gói phải tuân theo một số chính sách (policy). Giống nhƣ định
20
hình lƣu lƣợng, policing cũng là công cụ giới hạn tốc độ bit (rate-limiting tool) do đó
tạm dịch là kiểm soát lƣu lƣợng. Chính sách hủy gói có thể đơn giản nhƣ hủy những
gói mới đến khi không còn chỗ trong hàng đợi.
1.1.2.2 Báo hiệu QoS
Báo hiệu QoS cung cấp một cơ chế cho phép trạm cuối hoặc phần tử mạng đƣa
ra yêu cầu về QoS với mạng. Báo hiệu thực sự cần thiết để phối hợp giữa các nút
mạng với các kỹ thuật xử lý lƣu lƣợng nhằm đảm bảo chất lƣợng dịch vụ “end to
end”. Trong mạng IP chất lƣợng dịch vụ từ đầu cuối tới đầu cuối đƣợc xây dựng từ
chất lƣợng dịch vụ trên một chuỗi các chặng mà lƣu lƣợng đi qua.
Báo hiệu điều khiển QoS rất cần thiết cho việc sử dụng các cơ chế xử lý lƣu
lƣợng . Có 2 phƣơng pháp hay dùng cho báo hiệu QoS là: Sử dụng quyền ưu tiên IP (IP
precendence) và sử dụng giao thức báo hiệu RSVP ( Resource Reservation Protocol). Chi
tiết về hai phương pháp báo hiệu sẽ được trình bày trong các chương sau.
1.1.3 Các tham số QoS đặc trƣng
Yêu cầu chất lƣợng dịch vụ của các ứng dụng khác nhau có thể biểu diễn bằng
một tập các tham số QoS đo đƣợc bao gồm băng thông, độ trễ, rung pha, xác xuất mất
gói. Các tham số sử dụng để tính toán QoS tùy thuộc vào kiểu mạng: Ví dụ thoại và
các ứng dụng multimedia rất nhạy cảm với trễ và rung pha; với mạng IP các tham số
thƣờng đƣợc sử dụng là băng thông, độ trễ và độ tin cậy; trong khi đó mạng không
dây thƣờng sử dụng các tham số nhƣ băng thông, nhiễu, suy hao và độ tin cậy.
Chúng ta sẽ xem xét các tham số đo tổng quát trong khung làm việc chung của QoS:
(i) Băng thông
Băng thông biểu thị tốc độ truyền dữ liệu cực đại có thể đạt đƣợc giữa
hai điểm kết nối, đƣợc tính theo (bit/s). Có thể giải thích cụ thể nhƣ sau:
Biểu diễn mô hình trạng thái QoS của mạng dƣới dạng một đồ thị
G(V,E) (trong đó: V là các nút, E là các liên kết). Lƣu lƣợng vào qua nút Vi và
ra khỏi mạng nút Vj. Mỗi liên kết (i, j) có 2 đặc tính: C(i, j) là dung lƣợng liên
kết, f(i,j) là lƣu lƣợng thực tế. Gọi R(i, j) = C(i, j) – f(i, j) là băng thông dƣ. Khi
đó, nếu một kết nối yêu cầu băng thông là Dk thì một kết nối đƣợc gọi là khả
dụng khi và chỉ khi R(i,j) ≥ Dk. Một kết nối mới có thể đƣợc chấp nhận nếu tồn
tại ít nhất một đƣờng dẫn khả dụng giữa 2 nút Vi và Vj.
(ii) Độ trễ
Trễ là khoảng thời gian một bản tin chiếm khi truyền từ điểm này đến
điểm khác. Trễ tổng thể (còn gọi là trễ tích lũy) là thời gian trễ từ đầu cuối phát
tới đầu cuối thu tín hiệu. Các thành phần trong tuyến kết nối gây ra trễ nhƣ thiết
bị phát, truyền dẫn, thiết bị chuyển mạch và định tuyến. Trễ bao gồm một số
thành phần nhƣ:
21
Trễ hàng đợi: là thời gian tiêu tốn trong hàng đợi để thực hiện quyết
định định tuyến trong bộ định tuyến hay là thời gian một gói phải trải
qua trong một hàng đợi khi nó phải đợi để đƣợc truyền đi trong một
liên kết khác.
Trễ lan truyền: là thời gian cần thiết để môi trƣờng vật lý truyền dữ
liệu. Ví dụ trễ lan truyền trong các truyền dẫn quang thƣờng nhỏ hơn
môi trƣờng vô tuyến.
Trễ chuyển tiếp: là thời gian cần thiết để thực hiện quyết định trong
bộ định tuyến hay thời gian đƣợc yêu cầu để xử lý các gói đã đến
trong một nút. Ví dụ, thời gian để kiểm tra tiêu đề gói và xác định nút
tiếp theo để gửi đi.
Trễ truyền dẫn: là thời gian sử dụng để truyền tất cả các bit trong gói qua
liên kết, trễ truyền dẫn đƣợc xác định trên thực tế của băng thông liên kết.
Thành phần có thể đƣợc quản lý là trễ hàng đợi. Gói có ƣu tiên cao hơn
sẽ đƣợc đƣa ra để truyền trƣớc và kỹ thuật hàng đợi nhƣ RED đƣợc áp dụng.
(iii) Biến thiên trễ (Jitter)
Biến thiên trễ là sự khác biệt về trễ của các gói khác nhau cùng trong
một luồng lƣu lƣợng. Biến thiên trễ chủ yếu do sự sai khác về thời gian xếp
hàng của các gói liên tiếp trong một luồng gây ra và là một trong những vấn đề
quan trọng của QoS. Khi biến thiên nằm vào khoảng dung sai định nghĩa trƣớc
thì nó không ảnh hƣởng tới chất lƣợng dịch vụ, ngƣợc lại, nếu biến thiên trễ quá
lớn sẽ làm cho kết nối mạng bị đứt quãng. Trong một số ứng dụng, nhƣ ứng
dụng thời gian thực không thể chấp nhận rung pha, biến thiên trễ lớn có thể
đƣợc xử lý bằng bộ đệm, song nó lại làm tăng trễ.
(iv) Độ tin cậy
Độ tin cậy xác định độ ổn định của hệ thống, đồng nghĩa với độ khả
dụng của hệ thống. Độ khả dụng của mạng càng cao nghĩa là độ tin cậy của
mạng và độ ổn định của hệ thống càng lớn. Độ khả dụng của mạng thƣờng
đƣợc tính trên cơ sở thời gian ngừng hoạt động và tổng số thời gian hoạt động.
(v) Mất gói
Mất gói tin là trƣờng hợp khi gói tin không tới đƣợc đích của nó trƣớc
thời gian timeout của bộ thu. Trong mạng TCP/IP mất gói xảy ra do mạng bị
nghẽn liên tục hoặc xảy ra trên chính các trƣờng chuyển mạch gói, đây là
nguyên nhân gây ra sự tràn bộ nhớ hoặc loại bỏ gói tin bởi các phƣơng tiện
quản lí lƣu lƣợng. Từng gói bị mất không thƣờng xuyên cũng khiến kết nối gặp
khó khăn. Xác xuất mất gói là giá trị đƣợc nhân lên từ xác xuất mất gói đƣợc kỳ
vọng ở mỗi một trong các nút trung gian giữa một cặp nguồn và đích. Xác xuất
22
mất gói là một đại lƣợng quan trọng của QoS với các ứng dụng dữ liệu hay các
dịch vụ thời gian thực.
1.2 CÁC YÊU CẦU ĐẢM BẢO CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ
Để nhận biết các yêu cầu về chất lƣợng dịch vụ, hệ thống thƣờng nhận biết qua
các lớp dịch vụ. Theo quan điểm của ITU-T, khuyến nghị I-1541 các lớp dịch vụ đƣợc
chia thành các vùng nhƣ sau:
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, tƣơng tác cao
1 Thời gian thực, nhạy cảm với jitter, tƣơng tác
2 Dữ liệu chuyển giao, tƣơng tác cao
3 Dữ liệu chuyển giao, tƣơng tác
4 Tổn hao thấp
5 Các ứng dụng nguyên thủy của mạng IP ngầm định
Theo quan điểm này, các tham số thời gian thực và tƣơng tác cao đƣợc đặt lên
hàng đầu đối với mạng IP. Trong khi đó, mạng IP nguyên thủy không hỗ trợ QoS cho
các dịch vụ thời gian thực.
Trong dự án TIPHON, ETSI đề xuất phân lớp QoS nhƣ sau:
Bảng 1.2. Phân lớp QoS theo quan điểm của ETSI
Lớp QoS Thành phần Các đặc tính QoS
Hội thoại thời gian Thoại, audio, Nhạy cảm với trễ và biến động trễ, có
thực (thoại, video, video, đa phƣơng giới hạn lỗi và tổn thất, tốc độ bít thay
hội nghị). tiện đổi và cố định
Luồng thời gian Audio, video, đa Trễ và biến động trễ có dung sai nhất
thực (quảng bá) phƣơng tiện định, dung sai nhỏ đối với lỗi và tổn thất,
tốc độ bít thay đổi.
Tƣơng tác cận thời gian Dữ liệu Nhạy cảm với trễ, biến động trễ và tổn
thực (web browsing) thất, tốc độ bít thay đổi.
Phi thời gian thực Dữ liệu Không nhạy cảm với trễ và biến động
(Email) trễ, nhạy cảm với lỗi, nỗ lực tối đa.
Hƣớng tiếp cận của ETSI tập trung vào các dịch vụ thƣờng sử dụng trên mạng
IP để phân ra các loại dịch vụ yêu cầu thời gian thực và không yêu cầu thời gian thực.
Đối với các yêu cầu thời gian thực, ETSI-TR102 phân biệt dịch vụ qua các độ nhạy
cảm với các tham số QoS: Trễ, biến động trễ, tổn thất gói và đặc tính tốc độ bít.
23
Đối với mạng tích hợp đa dịch vụ băng rộng B-ISDN, ITU-T định nghĩa các
vùng dịch vụ, theo hƣớng liên quan tới công nghệ lõi của B-ISDN là công nghệ ATM
theo bảng dƣới đây:
Bảng 1.3. Các vùng dịch vụ của B-ISDN
Vùng dịch vụ Các ứng dụng
Hội thoại Thoại, video hội nghị, truyền thông đa phƣơng tiện tốc
độ cao (truyền file, âm thanh, hình ảnh).
Bản tin Email, chat
Khôi phục Truyền video, ảnh tĩnh, âm thanh và dữ liệu
Phân bổ Phân bổ nội dung video, quảng bá TV
Theo các phân vùng dịch vụ của B-ISDN, diễn đàn ATM đƣa ra các phân lớp
dịch vụ ATM với các đặc tính ứng dụng và đặc tính QoS nhƣ sau:
Bảng 1.4. Phân vùng dịch vụ theo diễn đàn ATM
Vùng dịch vụ ATM Ứng dụng Các đặc tính QoS
Tốc độ bit cố định (CBR) Mô phỏng kênh Biến động trễ tế bào thấp, tổn
thất thấp
Tốc độ bit thay đổi – thời Video theo yêu cầu Biến động trễ bình thƣờng, tổn
gian thực (rt – VBR) thất thấp
Tốc độ bit thay đổi – phi Lƣu lƣợng gói Tổn thất bình thƣờng
thời gian thực (nrt – VBR)
Tốc độ bit khả dụng (ABR) Tƣơng thích tốc độ Tổn thất thấp
nguồn
Tốc độ bit không định nghĩa Lƣu lƣợng nỗ lực Không yêu cầu
(UBR) tối đa
1.3 CÁC VẤN ĐỀ ĐẢM BẢO QoS
Một cơ cấu đảm bảo chất lƣợng dịch vụ chung nhất gồm 3 phần chính: Cung
cấp QoS, điều khiển QoS và quản lý QoS:
Cung cấp QoS đƣa ra hàng loạt các kỹ thuật nhằm thiết lập luồng và các giai
đoạn thỏa thuận tài nguyên nhằm đảm bảo QoS từ đầu cuối tới đầu cuối.
Điều khiển QoS đƣa ra hàng loạt các hành vi điều khiển nhƣ lập lịch, chia
gói và điều khiển luồng.
Quản lý QoS nhằm giám sát, phân bổ lại tài nguyên và duy trì các điều kiện
đảm bảo QoS.