Chất lượng Dịch vụ Mạng Ứng dụng
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.52 MB, 57 trang )
1
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------
MỤC LỤC
MỤC LỤC ........................................................................................... 1
DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT .......................................... 6
DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................... 11
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ................................................. 12
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGÀNH: XỬ LÝ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG
LỜI NÓI ĐẦU.................................................................................... 14
CHƯƠNG 1. MẠNG THẾ HỆ MỚI ..................................................... 16
1.1 Khái niệm................................................................................. 16
1.2 Các đặc điểm của mạng NGN ..................................................... 17
1.3 Kiến trúc dịch vụ của mạng thế hệ mới ........................................ 18
VẤN ĐỀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG
THẾ HỆ MỚI VÀ TRIỂN KHAI ỨNG DỤNG TRÊN
HẠ TẦNG MẠNG CỦA CÔNG TY SPT
1.4 Các tham số đánh giá chất lượng mạng ........................................ 22
1.4.1 Băng thông ....................................................................... 23
1.4.2 Trễ .................................................................................. 23
1.4.3 Trượt ............................................................................... 24
1.4.4 Mất gói ............................................................................. 25
CHƯƠNG 2. CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ (QoS) ..................................... 25
2.1 Khái niệm................................................................................. 26
NGUYẾN VĂN NGOAN
2.2 Các kỹ thuật QoS ...................................................................... 26
2.2.1 Mô hình dịch vụ cố gắng tối đa (Best Effort) ......................... 28
2.2.2 Dịch vụ tích hợp (Integrated Service) .................................. 28
2.2.2.1 Dịch vụ đảm bảo GS (Guaranteed Service) ..................... 30
2.2.2.2 Dịch vụ kiểm soát tải CL (Controlled Load) .................... 30
2.2.2.3 Kết luận ..................................................................... 30
2.2.3 Mô hình Differentiated Service ............................................ 31
2.2.3.1 Trường DS của DiffServ .............................................. 32
HÀ NỘI 2006
2.2.3.2 Per-hop Behavior trong DiffServ ................................... 32
2
3
2.2.3.3 Các cơ chế DiffServ..................................................... 36
4.1.4 Tốc độ truy nhập cam kết .................................................... 61
2.2.3.4 Ưu nhược điểm của mô hình DiffServ ........................... 37
4.1.4.1 Cơ chế hoạt động ........................................................ 61
2.2.3.5 Kết luận về DiffServ .................................................... 38
4.1.4.2 Các chức năng của CAR............................................... 62
2.2.4 So sánh 2 mô hình kiến trúc QoS chính ................................ 39
4.1.4.3 Mô hình chiếc thùng và thẻ bài ...................................... 64
2.3 Các giao thức báo hiệu trong kỹ thuật QoS.................................... 39
4.1.5 Sửa dạng lưu lượng (GTS) ................................................... 65
2.3.1 Giao thức dành sẵn tài nguyên ............................................. 40
4.1.5.1 Đặc điểm của GTS ...................................................... 65
2.3.2 Mô hình RSVP end-to-end .................................................. 42
4.1.5.2 Cơ chế hoạt động của GTS ........................................... 66
CHƯƠNG 3. PHÂN LOẠI, PHÂN MẢNH ..............................................
4.1.5.3 Kết luận ..................................................................... 67
VÀ NÉN GÓI DỮ LIỆU TRONG KỸ THUẬT QoS ............................... 44
4.2 Điều khiển tắc nghẽn............................................................................ 68
3.1 Phân loại gói dữ liệu .................................................................. 44
4.2.1 Hàng đợi vào trước ra trước (FIFO) ...................................... 69
3.1.1 Quyền ưu tiên IP ............................................................... 45
4.2.1.1 Các ưu nhược điểm của hàng đợi FIFO .......................... 69
3.1.2 Định tuyến chính sách (PBR) .............................................. 47
4.2.1.2 Cấu hình FIFO ............................................................ 70
3.1.2.1 Đặc điểm của PBR ...................................................... 47
4.2.2 Hàng đợi tuần tự (CQ) ........................................................ 71
3.1.2.2 Nguyên tắc hoạt động .................................................. 47
4.2.2.1 Cơ chế hoạt động ........................................................ 71
3.2 Phân mảnh gói dữ liệu (MLP) ..................................................... 48
4.2.2.2 Những ưu nhược điểm của hàng đợi CQ ......................... 75
3.2.1 Các đặc tính phân mảnh dữ liệu ............................................ 48
4.2.2.3 Cấu hình thực thi hàng đợi CQ ...................................... 75
3.2.2 Nguyên lý hoạt động ........................................................... 49
4.2.3 Hàng đợi ưu tiên (PQ) ......................................................... 77
3.3 Các giải thuật nén tải tin ............................................................. 50
4.2.3.1 Cơ chế hoạt động ........................................................ 77
3.3.1 Nguyên tắc hoạt động ......................................................... 50
4.2.3.2 Những ưu nhược điểm của hàng đợi PQ ......................... 78
3.3.2 Nén tiêu đề ........................................................................ 52
4.2.3.3 Cấu hình thực thi hàng đợi ưu tiên ................................. 78
3.3.2.1 Nén tiêu đề TCP .......................................................... 53
4.2.3.4 Kết luận ..................................................................... 80
3.3.2.2 Nén tiêu đề giao thức thời gian thực (RTP) ..................... 53
4.2.4 Hàng đợi cân bằng trọng số (WPQ) ....................................... 81
CHƯƠNG 4. KỸ THUẬT QoS TRONG ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN ..... 56
4.2.4.1 Cơ chế hoạt động ........................................................ 81
4.1 Tránh tắc nghẽn......................................................................... 56
4.2.4.2 Hàng đợi cân bằng trọng số phân loại lưu lượng .............. 82
4.1.1 Phương pháp bỏ đuôi .......................................................... 57
4.2.4.3 Hàng đợi cân bằng trọng số phân lớp lưu lượng ............... 84
4.1.2 Phương pháp loại bỏ ngẫu nhiên ........................................... 58
4.2.4.4 Hàng đợi cân bằng trọng số tốc độ cao ........................... 85
4.1.3 Phương pháp loại bỏ cân bằng ngẫu nhiên ............................. 59
4.2.4.5 Các ưu nhược điểm của hàng đợi WFQ .......................... 87
4
4.2.4.6 Cấu hình thực thi WFQ ................................................ 87
5
6.3 Cấu hình triển khai MPLS QoS trên mạng SPT............................ 107
CHƯƠNG 5. KỸ THUẬT QoS TRONG MẠNG IP/MPLS ..................... 89
6.4 Kết luận ................................................................................. 109
5.1 Cơ sở ....................................................................................... 89
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................. 110
5.2 Định nghĩa chuyển mạch nhãn (MPLS) ........................................ 90
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................. 112
5.2.1 Chuyển mạch nhãn là gì? ..................................................... 90
5.2.2 Ưu điểm của kỹ thuật MPLS ................................................ 90
5.3 Kiến trúc MPLS ........................................................................ 91
5.3.1 Cấu trúc khối ..................................................................... 91
5.3.2 Một số khái niệm trong chuyển mạch nhãn ............................ 92
5.3.2.1 Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC) .............................. 92
5.3.2.2 Router chuyển mạch nhãn (LSR) ................................... 92
5.3.2.3 Giao thức phân phối nhãn ............................................. 94
5.3.2.4 Tuyến đường chuyển mạch nhãn ................................... 95
5.4 Thực hiện cơ chế QoS trong mạng MPLS ..................................... 95
5.4.1 Cấu trúc trường MPLS EXP trong gói IP được gán nhãn.......... 96
5.4.2 Gán nhãn tại biên mạng ....................................................... 98
5.4.3 Chuyển tiếp gói MPLS ........................................................ 99
5.5 Kết luận ................................................................................... 99
CHƯƠNG 6. PHƯƠNG ÁN TRIỂN KHAI MPLS QoS ............................
TRÊN HẠ TẦNG MẠNG CỦA CÔNG TY SPT .................................. 100
6.1 Hạ tầng mạng IP của công ty SPT .............................................. 100
6.2 Phương án triển khai ................................................................ 101
6.2.1 Chia sẻ băng thông kênh liên tỉnh ....................................... 101
6.2.1.1 Chính sách định tuyến ................................................ 104
6.2.1.2 Địa chỉ IP cho các router ............................................ 105
6.2.1.3 QoS và phân lớp dịch vụ (CoS) .................................. 106
6.2.2 Tích hợp dịch vụ .............................................................. 106
6
DANH SÁCH CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
A
7
DSCP
Differentiated Service Code Point
DoS
Denial of Service
E
API
Application Program Interface
Edge-LSR
ARQ
Admission Request
EXP
Experimental Field
ATM
Asynchronous Transfer Mode
EF
Expedited Forwaring
AF
Assured forwarding
F
ASN
Autonomous System Number
FIFO
B
Edge Label Switching Router
First In First Out
FEC
Forwarding Equivalence Class
BGP
Border Gateway Protocol
FTP
File Transfer Protocol
BA
Behavior Aggregate
FBWFQ
Flow- Based WFQ
C
G
CAR
Commited Access Rate
GRE
Generic Route Encapsulation
CPE
Customer Premise Equipment
GSM
Global System for Mobile Communications
CIR
Committed Information Rate
GTS
Generic Traffic Shaping
CATV
Community Antenna Television
GS
Guaranteed Service
cRTP
compressed Real-time Transport Protocol
H
CQ
Custom Queuing
HTML
CBWFQ
Class-Based Weighted Fair Queuing
HDLC
Hyper level Data Link Control
CL
Controlled Load
HQO
Hold-queue
CS
Class – Selector
I
CPU
Central Processing Unit
IPH
CDT
Congestive Discard Threshold
IETF
Interrnet Engineering Task Force
IGP
Interior Gateway Protocol
D
Hyper Text Mark Language
IP Header
DWDM
Dense Wavelength Division Multiplexing
IS-IS
Intermediate System - Intermediate System
DWFQ
Distributed Weighted Fair Queuing
ISP
Internet Service Provider
DiffServe
Differentiated Service
IXP
Internet Exchange Point
8
ISDN
IP MTU
ITU-T
IntServ
9
Integrated Services Digital Network
O
IP Maximum Transfer Unit
OSPF
International Telecommunication Union -
P
Telecommunication standardization sector
PSTN
Public Switched Telephone Network
PE
Provider Edge
Integrated Service
L
Open Shortest Path First
POP
Point Of Presence
LDP
Label Distribution Protocol
PVC
Permanent Virtual Circuit
Public Land Mobile Network
LFIB
Label Forwarding Information Base
PLMN
LIB
Label Information Base
PDH
Plesiochronous Digital Hierarchy
LSP
Label Switching Path
PQ
Priority Queuing
LSR
Label Switching Router
POS
Packet over SONET
LFI
Link Fragmentation and Interleaving
PHB
Per-hop behavior
LZ (LZV)
Lempel – Ziv
PPP
Point – to – Point Protocol
LAPB
Link Access Procedure Balanced
R
RPT
M
Resilient Packet Transport
MPLS
Multi Protocol Label Switching
RFC
Request for Comment
MP-BGP
Multiprotocol BGP
RSVP
Resource Reservation Protocol
MP_REACH_NLRI
Multiprotocol Reachable NLRI
RESV
Reservation request
MP_UNREACH_NLRI Multiprotocol Unreachable NLRI
RTP
Real-time Transport Protocol
MTU
Maximum Transfer Unit
RIP
MCML PPP
Multi- Class Multilink Point-to-Point Protocol
S
MLP
Multiling PPP
SDH
Synchronous Digital Hierarchy
MPPC
Microsoft Point – to – point Compression
SMTP
Simple Mail Transfer Protocol
MAC
Medium Access Control
SS7
Signalling System No 7
SVC
Switched virtual circuit
NH
Next Hop
SONET
Synchronous Optical Network
NLRI
Network Layer Reachability Information
SLA
Service Level Agreement
N
10
STAC
Stacker
SQL
Structured Query Language
T
11
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1-1 So sánh công nghệ mạng hiện tại và tương lai ........................... 22
TCP
Transmission Control Protocol
Bảng 1-2 Thống kê các loại trễ từ đầu cuối đến đầu cuối .......................... 25
TDM
Time Division Multiplex
Bảng 2-1 Giá trị IP Precedence và DSCP trong các PHB .......................... 35
TTL
Time-to-Live
Bảng 2-2 So sánh đặc điểm cơ bản của hai mô hình QoS .......................... 39
TAC
Technical Assistance Center
U
UDP
Bảng 3-1 Giá trị IP Precedence tương ứng với 3 bits ToS ............................. 46
Bảng 3-2 Phạm vi sử dụng của các giải thuật nén..................................... 51
User Datagram Protocol
Bảng 3-3 Hiệu quả nén tiêu đề TCP ...................................................... 53
VC
Virtual Circuit
Bảng 5-2 Mô tả mối liên hệ giữa giá trị IP DSCP và MPLS EXP .............. 97
VPN
Virtual Private Network
Bảng 6-1 Thống kê chính sách QoS ............................................................ 107
VRF
VPN Routing and Forwarding
V
Bảng 5-1 Chức năng của các kiểu LSR................................................... 94
VoIP
Voice over IP
VIP
Versatile Interface Processor
Vd
Ví dụ
W
WDM
Wavelength Division Multiplexing
WFQ
Weighted Fair Queing
WAN
Wide Area Network
WRED
Weighted random early Drop/Detect
WRR
Weighted Round Robin
12
13
DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ
Hình 4.9 Cơ chế hoạt động của CQ ................................................................ 72
Hình 4.10 Một trường hợp xấu nhất xảy ra đối với hàng đợi CQ .................. 73
Hình 1.1 Nhu cầu tiến hóa mạng..................................................................... 19
Hình 4.11 Minh họa tính toán băng thông và độ trễ tối đa ............................. 73
Hình 1.2 Chiến lược phát triển........................................................................ 20
Hình 4.12 Ví dụ cấu hình hàng đợi CQ .......................................................... 76
Hình 1.3 Sự hội tụ giữa các mạng................................................................... 21
Hình 4.13 Cơ chế hoạt động của PQ............................................................... 77
Hình 1.4 Băng thông trong mạng đa truy nhập............................................... 23
Hình 4.14 Một Ví dụ cấu hình hàng đợi PQ ................................................... 80
Hình 1.5 Một ví dụ về trễ mạng ...................................................................... 24
Hình 4.15 Cơ chế hoạt động của WFQ ........................................................... 82
Hình 2.1 Các kỹ thuật QoS trong mạng IP ..................................................... 27
Hình 4.16 Sự phân lớp WFQ dựa trên tiêu đề gói tin..................................... 85
Hình 2.2 Mô hình dịch vụ IntServ ................................................................ 29
Hình 5.1 Mạng IP chạy trên mạng trục ATM................................................. 89
Hình 2.3 Sơ đồ khối kiến trúc DiffServ .......................................................... 32
Hình 5.2 Kiến trúc cơ bản của một node MPLS chạy trên nền IP.................. 91
Hình 2.4 Mô tả cấu trúc bit trong trường DSCP............................................. 34
Hình 5.3 Kiến trúc của Edge-LSR .................................................................. 93
Hình 2.5 Sơ đồ cơ chế phân loại và điều hoà lưu lượng................................. 36
Hình 5.4 Cấu trúc nhãn (label)........................................................................ 97
Hình 2.6 Mô hình mạng đầu cuối đến đầu cuối với RSVP ............................ 42
Hình 5.5 Gán nhãn và chuyển tiếp gói tin trong mạng MPLS ....................... 99
Hình 2.7 Mô hình mạng đầu cuối đến đầu cuối non-RSVP ........................... 43
Hình 6.1 Sơ đồ mạng kết nối HNI – HPG của SPT ..................................... 101
Hình 3.1 Mô tả trường ToS trong gói IP......................................................... 45
Hình 6.2 Cấu trúc phân lớp mạng SPT ......................................................... 102
Hình 3.2 Nguyên lý hoạt động của LFI ......................................................... 49
Hình 6.3 Mạng IP tích hợp nhiều kỹ thuật chuyển mạch khác nhau............ 104
Hình 3.3 Minh họa quá trình thực hiện thuật toán nén ................................... 51
Hình 3.4 Minh họa thuật toán nén tiêu đề....................................................... 52
Hình 3.5 Minh họa hiệu quả nén TCP ............................................................ 53
Hình 3.6 Cơ chế nén tiêu đề RTP ................................................................... 54
Hình 4.1 Thuật toán RED ............................................................................... 58
Hình 4.2 Cơ chế hoạt động của WRED .......................................................... 60
Hình 4.3 Sơ đồ khối của CAR ........................................................................ 62
Hình 4.4 Lưu đồ chức năng của CAR............................................................. 63
Hình 4.5 Mô hình chiếc thùng và thẻ bài........................................................ 64
Hình 4.6 Sơ đồ các khối chức năng của GTS ................................................. 67
Hình 4.8 Ví dụ cấu hình hàng đợi FIFO ......................................................... 70
14
LỜI NÓI ĐẦU
15
Chương 2 – Chất lượng dịch vụ (QoS).
Phân tích những yêu cầu cần thiết phải triển khai QoS trong mạng NGN,
Môi trường kinh doanh ngày càng mang tính cạnh tranh và phức tạp hơn
bao giờ hết. Trong đó chất lượng dịch vụ là chìa khoá để có thể dẫn tới thành
các khái niệm, các kỹ thuật triền khai và các giao thức báo hiệu trong QoS.
Chương 3 – Phân loại, phân mảnh và nén gói dữ liệu trong kỹ thuật QoS.
công. Song song với xu thế này, công nghệ viễn thông và công nghệ thông tin
Phân tích các cơ chế phân loại, phân mảnh và nén gói dữ liệu trong kỹ
phát triển cũng có nhiều ảnh hưởng đến mạng viễn thông, đòi hỏi mạng viễn
thuật QoS. Các ưu, nhược điểm của những cơ chế này trong việc góp phần
thông phải hội tụ được nhiều loại hình dịch vụ khác nhau. Để đáp ứng các yêu
nâng cao chất lượng dịch vụ.
cầu này, một số nhà sản xuất thiết bị viễn thông và một số tổ chức nghiên cứu
về viễn thông đã đưa ra các ý tưởng và mô hình về cấu trúc mạng thế hệ mới
(Next Generation Network – NGN).
NGN không phải là mạng hoàn toàn mới, mạng này dựa trên cơ sở chuyển
mạch và truyền dẫn gói IP và hướng tới là MPLS. Tuy nhiên bên cạnh những
ưu thế nổi bật, một yêu cầu đặt ra đối với mạng NGN là đảm bảo chất lượng
Chương 4 – Kỹ thuật QoS trong phòng tránh và điều khiển tắc nghẽn.
Phân tích các cơ chế hàng đợi và các cơ chế loại bỏ gói dữ liệu, cũng như
ảnh hưởng của các cơ chế đó như thế nào trong việc đảm bảo QoS.
Chương 5 – Kỹ thuật QoS trong mạng IP/MPLS.
Phân tích những mặt hạn chế của công nghệ IP và miêu tả kiến trúc của
chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS. Giới thiệu cách thực hiện MPLS QoS
truyền tải âm thanh và dữ liệu. Đây thực sự là một thách thức khó khăn về
Chương 6 – Đề xuất phương án triển khai MPLS QoS.
mặt công nghệ, vì các dịch vụ khác nhau có các yêu cầu về chất lượng dịch vụ
Phân tích các giải pháp xây dựng mạng MPLS QoS trên cơ sở hạ tầng
khác nhau. Do vậy song song với tiến trình xây dựng mạng NGN thì việc
triển khai các kỹ thuật QoS cũng phải được thực thi đồng thời nhằm đảm bảo
các yêu cầu mà dịch vụ đưa ra.
Luận văn tốt nghiệp cao học của tôi là “Vấn đề chất lượng dịch vụ trong
mạng thế hệ mới và triển khai ứng dụng trên hạ tầng mạng của công ty SPT”
Nội dung gồm 6 chương:
mạng của công ty SPT để giải quyết một yêu cầu cụ thể.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô bạn bè và đồng nghiệp đã tận tình
giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Tôi xin đặc biệt chân
thành cảm ơn thầy giáo GSTS. Nguyễn Thúc Hải đã nhiệt tình hướng dẫn và
chỉ bảo để tôi hoàn thành bản luận văn này.
Do thời gian nghiên cứu có hạn, nên bản luận văn chắc chắn không tránh
Chương 1 – Mạng thế hệ mới (NGN).
khỏi sơ suất cả về nội dung và hình thức. Kính mong nhận được sự góp ý của
Giới thiệu tổng quan về mạng thế hệ mới. Tác giả phân tích xu thế phát
thầy cô, bạn bè và đồng nghiệp.
triển của mạng viễn thông ngày nay. Các đặc điểm về dịch vụ, công nghệ và
Hà Nội, tháng 11 năm 2006
kiến trúc mạng NGN triển khai trên hạ tầng các mạng riêng lẻ có sẵn. Phân
NGƯỜI THỰC HIỆN
tích các tham số đánh giá chất lượng dịch vụ mạng và những yêu cầu cần
được giải quyết.
KS. Nguyễn Văn Ngoan
16
CHƯƠNG 1 MẠNG THẾ HỆ MỚI (NGN)
17
1.2 Các đặc điểm của mạng NGN
Sự phát triển của các dịch vụ truyền thông hiện nay sẽ hướng đến việc các
Trong những năm gần đây, công nghệ mạng và các dịch vụ viễn thông
nhà cung cấp dịch vụ sẽ phải có sự mềm dẻo để có thể phục vụ được cả thị
phát triển hết sức nhanh chóng, trong đó lưu lượng các dịch vụ dữ liệu đã
trường lớn và nhỏ. Các quyết định về việc cung cấp dịch vụ của họ có thể có
vượt qua lưu lượng thoại. Sự phát triển nhanh của các dịch vụ dữ liệu đòi hỏi
nhiều vấn đề phải quyết như giá cả, việc đóng gói, tiếp thị và sự thuận tiện
có một sự chuyển biến trong việc xây dựng, quản lý và khai thác mạng. Có
như là các dịch vụ thực tế họ cung cấp. Khi có nhiều phương tiện truyền tin,
thể nói sự ra đời của mạng thế hệ mới NGN (Next Generation Network) sẽ
nhà cung cấp dịch vụ, nhà cung cấp thiết bị và các doanh nghiệp thương mại
thoả mãn được yêu cầu tăng trưởng nhanh của lưu lượng dữ liệu và cả lưu
khác, tất cả phối hợp để cung cấp các dịch vụ cho người sử dụng.
lượng thoại trong thời gian tới. Trong chương này tác giả sẽ phân tích tổng
Dưới đây là trình bày một số đặc trưng dịch vụ quan trọng trong môi trường
quan về các đặc điểm và kiến trúc mạng NGN cũng như các tham số đánh giá
NGN:
chất lượng dịch vụ mạng.
1.1 Khái niệm
Cho tới nay, đã có rất nhiều các tổ chức viễn thông quốc tế cũng như các
nhà cung cấp thiết bị viễn thông trên thế giới đều quan tâm và nghiên cứu về
Liên lạc thông tin rộng khắp, thời gian thực, đa phương tiện - đảm bảo
độ tin cậy, thân thiện trong việc liên kết mọi người, truy nhập tốc độ
cao và truyền tải thông tin với bất kỳ phương tiện nào, bất kỳ thời gian
nào, bất kỳ đâu, và trong bất kỳ kích cỡ nào.
chiến lược phát triển mạng NGN nhưng vẫn chưa có một định nghĩa chính
Sử dụng công nghệ chuyển mạch mềm (SoftSwitch) thay thế các thiết
xác và thống nhất nào cho mạng NGN. Sau đây là những khái niệm tương đối
bị tổng đài chuyển mạch phần cứng cồng kềnh. Các mạng của từng
chung nhất khi đề cập đến NGN
dịch vụ riêng rẽ được kết nối với nhau thông qua sự điều khiển của một
Mạng hội tụ (hỗ trợ cho cả lưu lượng thoại và dữ liệu, cấu trúc mạng
hội tụ).
Mạng phân phối (phân phối tính thông minh cho mọi phần tử trong
mạng).
thiết bị tổng đài duy nhất, thiết bị tổng đài này dựa trên công nghệ
chuyển mạch mềm.
Nhiều mạng thông minh (network intelligence) được phân bố trên toàn
mạng. Nó bao gồm các ứng dụng cho phép truy nhập và điều khiển các
Mạng đa dịch vụ (cung cấp nhiều loại dịch vụ khác nhau).
dịch vụ mạng độc lập với lớp truyền tải và lớp truy nhập của mạng
Mạng nhiều lớp (mạng được phân phối ra nhiều lớp mạng có chức năng
thông qua cổng giao diện lập trình ứng dụng (API - Application
độc lập nhưng hỗ trợ nhau thay vì một khối thống nhất như trong mạng
Program Interface). Nó cũng có thể thực hiện các chức năng cụ thể thay
TDM - Time Division Multiplex).
mặt cho nhà cung cấp dịch vụ hoặc mạng. Ta có thể hiểu nó như một
tác tử quản lý (management agents) mà nó có thể giám sát tài nguyên
18
mạng, tập hợp các số liệu hay sử dụng, cung cấp việc gỡ rối, hoặc môi
giới các dịch vụ mới từ các nhà cung cấp khác,.…
Dễ dàng sử dụng. Đó là việc làm trong suốt đối với người sử dụng về
tính phức tạp của thu thập, xử lý, chế tạo và truyền thông tin. Nó cho
19
Dễ dàng mở rộng dung lượng, phát triển các dịch vụ mới.
Độ linh hoạt và tính sẵn sàng cao của mạng.
Sau đây chúng ta xem xét quá trình tiến hóa về cấu trúc từ mạng hiện có
lên cấu trúc mạng NGN hình 1.1
phép dễ dàng sử dụng và truy nhập các dịch vụ mạng, bao gồm giao
diện người sử dụng cho phép tương tác giữa người và mạng một cách
tự nhiên, cung cấp các thông tin, trợ giúp, lựa chọn động theo ngữ cảnh
(nhạy ngữ cảnh), quản lý một cách trong suốt các tương tác đa dịch vụ,
cung cấp các menu khác nhau cho những người chưa có kinh nghiệm
ngược lại với những người đã có kinh nghiệm, và cung cấp môi trường
thống nhất cho tất cả các dạng truyền thông.
Quản lý và chế tạo các dịch vụ cá nhân: Nó bao gồm khả năng của
người sử dụng để quản lý các thông tin cá nhân của họ, các dịch vụ
mạng cung cấp, giám sát thông tin sử dụng và tính cước.
Quản lý thông tin thông minh: Nó giúp người sử dụng quản lý tình
trạng quá tải thông tin bằng việc đưa khả năng tìm kiếm, sắp xếp, và
lọc các bản tin hoặc dữ liệu.
1.3 Kiến trúc dịch vụ của mạng thế hệ mới
Hình 1.1 Nhu cầu tiến hóa mạng
Như hình vẽ 1.1, chúng ta nhận thấy mạng viễn thông hiện tại gồm nhiều
mạng riêng lẻ kết hợp lại với nhau thành một mạng “hỗn hợp”, chỉ được xây
Mạng thế hệ mới ra đời cùng với việc tái kiến trúc mạng, tận dụng tất cả
dựng ở cấp quốc gia, nhằm đáp ứng được nhiều loại dịch vụ khác nhau. Ví dụ
các ưu thế về công nghệ tiên tiến để phát triển, kiến trúc mạng NGN dựa trên
xét mạng Internet, đó là một mạng đơn lớn, có tính chất toàn cầu, thường
mạng chuyển mạch gói và cung cấp nhiều dịch vụ mới.
được đề cập theo một loạt các giao thức truyền dẫn hơn là theo một kiến trúc
Mạng thế hệ sau được tổ chức dựa trên các nguyên tắc cơ bản sau:
đặc trưng. Internet hiện tại không hỗ trợ QoS cũng như các dịch vụ có tính
Đáp ứng nhu cầu cung cấp các loại hình dịch vụ viễn thông phong phú,
đa dạng, đa dịch vụ, đa phương tiện.
Mạng có cấu trúc đơn giản.
Nâng cao hiệu quả sử dụng chất lượng mạng lưới và giảm thiểu chi phí
khai thác và bảo dưỡng.
thời gian thực (như thoại truyền thống).
Do đó, việc xây dựng mạng thế hệ mới NGN cần tuân theo các chỉ tiêu:
NGN phải có khả năng hỗ trợ cả cho các dịch vụ của mạng Internet và
của mạng hiện hành.
20
Một kiến trúc NGN khả thi phải hỗ trợ dịch qua nhiều nhà cung cấp
khác nhau. Mỗi nhà cung cấp mạng hay dịch vụ là một thực thể riêng lẻ
21
Công nghệ ghép kênh bước sóng quang DWDM sẽ chiếm lĩnh ở lớp vật
lý.
với mục tiêu kinh doanh và cung cấp dịch vụ khác nhau, và có thể sử
IP/MPLS làm nền cho lớp 3
dụng những kỹ thuật và giao thức khác nhau, nhưng tất cả đều phải
Công nghệ ở lớp 2 phải thỏa mãn các điều kiện như: Đơn giản, tối ưu
được truyền qua mạng một cách thông suốt từ đầu cuối đến đầu cuối.
hóa truyền tải gói dữ liệu, có khả năng giám sát chất lượng, giám sát lỗi
Một mạng tương lai phải hỗ trợ tất cả các loại kết nối, thiết lập đường
và bảo vệ, khôi phục mạng khi có sự cố. Hiện tại công nghệ RPT
truyền trong suốt cả cho hữu tuyến cũng như vô tuyến. Vì vậy, mạng
(Resilient Packet Transport) đang phát triển nhằm đáp ứng các chỉ tiêu
NGN sẽ tiến hóa lên từ mạng truyền dẫn hiện tại (phát triển thêm
chuyển mạch gói) và từ mạng Internet công cộng (hỗ trợ thêm chất
lượng dịch vụ QoS). Chiến lược phát triển mạng xem hình 1.2
này.
Thứ 2 là chuyển dịch mạng đường dài (mạng truyền dẫn): Tín hiệu từ các
cổng trung kế tích hợp hoặc độc lập được chuyển đến mạng IP hoặc ATM
(Asynchronous Transfer Mode), rồi sử dụng chuyển mạch mềm để điều khiển
luồng và cung cấp dịch vụ. Sử dụng phương thức này có thể giải quyết được
vấn đề tắc nghẽn trong chuyển mạch kênh (Xem hình 1.3).
Tương lai mạng đa dịch vụ
Hiện tại các mạng dịch vụ riêng lẻ
Điều khiển và quản lý các
dịch vụ truy nhập
Content
Dịch vụ
Mạng lõi IP
Media
Gateway
PSTN/
ISDN
Hình 1.2 Chiến lược phát triển
Cellular
PLMN
Data/IP
Network
CATV
Wireline
Access
Wireless
Access
Để thực hiện việc chuyển dịch một cách thuận lợi từ mạng viễn thông hiện
có sang mạng thế hệ mới, việc chuyển dịch phải phân ra làm ba mức (kể cả
kết nối và chuyển mạch).
Thứ nhất là chuyển dịch ở lớp truy nhập và truyền dẫn. Hai lớp này bao
gồm lớp vật lý, lớp 2 và lớp 3 nếu chọn công nghệ IP làm nền cho mạng thế
hệ mới. Trong đó:
Các mạng truy nhập, truyền dẫn,
chuyển mạch riêng lẻ
Cable
Access
`
Liên mạng trên cơ sở IP
Hình 1.3 Sự hội tụ giữa các mạng
22
23
Bảng 1-1 dưới đây so sánh công nghệ mạng hiện tại và tương lai
Thành phần mạng
Mạng truy nhập
Công nghệ hiện tại
Công nghệ tương lai
Cáp xoắn băng hẹp
Cáp xoắn băng hẹp
Truyền hình cáp số
Truyền hình cáp số
và tương tự chuyên
và tương tự chuyên
dụng
dụng
GSM không dây
GSM không dây
Cáp quang
Cáp quang
1.4.1 Băng thông
Thuật ngữ băng thông được sử dụng để chỉ khả năng truyền một lượng dữ
liệu của một giao thức, phương tiện hoặc của một kết nối. Nói chung, kết nối
của các dịch vụ được đảm bảo sẽ có các yêu cầu đối với mạng để cấp phát
một lượng băng thông tối thiểu.
Ví dụ một mạng có kiến trúc đa truy nhập ví dụ như Frame Relay, ATM.
Băng thông thực tế đạt được dựa trên thỏa thuận kết nối dịch vụ giữa nhà
cung cấp với khách hàng hay giữa các nhà cung cấp khác nhau.
Cáp xoắn băng rộng
Modem cáp
IP qua vệ tinh
Ethernet
Chuyển mạch và định Tổng đài PSTN
Định tuyến IP
tuyến
Chuyển mạch quang
Chuyển mạch ATM
Hình 1.4 Băng thông trong mạng đa truy nhập
Có vẻ như cách tốt nhất để giải quyết vấn đề băng thông là dành càng
Chuyển mạch Frame
nhiều băng thông cho các kết nối càng tốt. Tuy nhiên thực tế để tăng băng
Relay
thông, ngoài chi phí phát triển mạng lưới còn phát sinh các vấn đề trễ như
Định tuyến IP
Mạng truyền dẫn
PDH
đường trục
SDH
trong các mạng hội tụ nhiều dịch vụ.
DWDM
Bảng 1-1 So sánh công nghệ mạng hiện tại và tương lai
1.4.2 Trễ
Tất cả các gói tin trong mạng đều trải qua một vài khoảng trễ nhất định
trước khi tới được đích, hay nói cách khác trễ có rất nhiều loại, ở đây chỉ nêu
ra một số loại cơ bản sau:
1.4 Các tham số đánh giá chất lượng mạng
Như đã phân tích ở trên, mạng NGN là mạng hạ tầng thông tin dựa trên
công nghệ chuyển mạch gói, nên việc đánh giá chất lượng mạng chủ yếu dựa
trên 4 tham số cơ bản là: băng thông, độ trễ gói, trượt (jitter) và tỉ lệ mất gói.
Trễ lan truyền (Propagation Delay): Được định nghĩa là khoảng thời
gian cần thiết để truyền 1 bit thông tin từ nơi gửi đến đích trên một liên
kết môi trường vật lý.
Trễ mạng (Network Delay): Đây là thời gian để một thiết bị nhận và
chuyển một gói đi. Khoảng thời gian này thường nhỏ hơn 10µs . Tất cả
24
25
các gói trong một luồng không có cùng độ trễ trong mạng. Độ trễ của
vậy một vấn đề cần đặt ra là làm sao cho ảnh hưởng của Jitter không đủ để
mỗi gói biến đổi tuỳ theo điều kiện của từng chặng trên mạng. Nếu
làm suy giảm chất lượng dịch vụ.
mạng không bị tắc nghẽn, các router sẽ không cần có hàng đợi, do đó
1.4.4 Mất gói (Loss Packet)
trễ chuyển gói sẽ không còn. Điều này làm giảm rất nhiều độ trễ gói
Tỉ lệ mất gói chỉ ra số lượng gói bị mất trong mạng trong suốt quá trình
trong mạng. Nếu mạng bị tắc nghẽn. trễ hàng đợi sẽ ảnh hưởng rất lớn
truyền dẫn. Mất gói do hai nguyên nhân chính: gói bị loại bỏ khi mạng bị tắc
tới gói và gây ra sự biến đổi trễ của gói. Sự biến đổi trễ của mỗi gói là
nghẽn nghiêm trọng hoặc gói bị mất khi đường kết nối bị lỗi. Loại bỏ gói có
khác nhau và điều này gọi là jitter. Tóm lại trễ mạng là biến đổi và khó
thể xảy ra tại các điểm tắc nghẽn do kỹ thuật QoS khi số lượng gói đến vượt
xác định trước nó phụ thuộc vào nhà cung cấp, trạng thái các tuyến
quá kích thước hàng đợi tại đầu ra.
trong mạng, vấn đề tắc nghẽn,... Trong một số trường hợp nhà cung cấp
Kết luận: QoS có thể giúp giải quyết một số vấn đề như: mất gói, jitter, và
có thể giới hạn trễ này tùy theo thỏa thuận mức dịch vụ giữa nhà cung
xử lý trễ. Nhưng một số vấn đề mà QoS không thể giải quyết được như là trễ
cấp và khách hàng hay giữa các nhà cung cấp với nhau (xem hình 1.5).
lan truyền, trễ do mã hóa/ giải mã, trễ lấy mẫu và trễ do số hóa. Điều quan
Ngoài ra còn có các trễ cố định có thể xác định được như: Trễ mã hóa,
trọng là phải biết phần nào không thể thay đổi và phần nào có thể điều khiển
trễ hàng đợi, trễ sửa dạng và trễ nén.
được theo như bảng 1-2 (trích tài liệu: Tiêu chuẩn G.114 “One-way
transmission time”).
Trễ cố định
Hình 1.5 Một ví dụ về trễ mạng
Trễ chuyển tiếp và xử lý ( Forwading/ Processing Delay): Trễ xuất hiện
Trễ mã hóa G.729 (5 ms)
5 ms
Trễ mã hóa G.729 (10 ms/frame)
20 ms
Trễ đóng gói bao gồm trong trễ mã hóa
Trễ xếp hàng trên trung kế 64 kbps
6 ms
do nguồn đẩy gói ra chậm so với tốc độ quy định. Loại trễ này phụ
Trễ chuyển nối tiếp trên trung kế 64 kbps
3 ms
thuộc vào băng thông của kết nối cũng như kích thước gói được đẩy ra.
Trễ truyền lan (trên các dây riêng)
32 ms
1.4.3 Trượt (Jitter)
Jitter được định nghĩa là sự biến đổi trễ xuyên qua mạng trong quá trình
truyền tin. Nguyên nhân chính của Jitter là thời gian trễ của các gói tin khi
được phân phát từ nơi gửi đến đích là khác nhau. Trong mạng chuyển mạch
gói, với các thành phần có trễ biến đổi thì hiện tượng Jitter luôn xảy ra. Bởi
Trễ thay đổi
Trễ mạng (Vd Frame Relay)
Đệm loại bỏ Jitter
Tổng cộng – Giả sử Jitter Buffer 50 ms
2-200ms
110 ms
Bảng 1-2 Thống kê các loại trễ từ đầu cuối đến đầu cuối
Khuyến nghị G.114 của ITU-T cho rằng trễ từ đầu cuối đến đầu cuối
không vượt quá 150ms là duy trì được chất lượng thoại tốt.
26
27
CHƯƠNG 2 CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ (QoS)
Chúng ta cần quan tâm đến những dữ kiện sau khi xác định kỹ thuật QoS
Một trong những vấn cần giải quyết trong mạng NGN là tránh sự va chạm
giữa các dịch vụ và đảm bảo chất lượng dịch vụ của chúng ở mức người dùng
có thể chấp nhận được. Điều này khó có thể đảm bảo nếu mạng không áp
dụng các kỹ thuật QoS.
Thuật ngữ “kỹ thuật QoS” được tác giả đề cập đến xuyên suốt luận văn và
được hiểu là kỹ thuật đảm bảo QoS cho phép mạng có thể ước lượng và dự
đoán từng thay đổi của dịch vụ về các ứng dụng, lưu lượng và sử dụng nó để
nâng cao các tính năng như điều khiển nguồn tài nguyên, dự trữ băng thông
sẽ được triển khai trong mạng:
Các ứng dụng hoặc vấn đề bạn đang cố gắng giải quyết.
Những khả năng bạn muốn cho phân chia tài nguyên.
Phân tích những lợi ích về giá, Vd giá thành cần thiết cho các phương
tiện và triển khai dịch vụ Differentiated services chắc chắn là đắt hơn
rất nhiều so với dịch vụ Best effort.
Các kỹ thuật Qos được mô tả trong hình 2.1
và đáp ứng các yêu cầu đặc biệt. Ngoài ra QoS còn góp phần nâng cao độ an
toàn và tin cậy trong mạng và có thể mở rộng các dịch vụ trong tương lai.
Trong chương này tác giả giới thiệu khái niệm QoS, các kỹ thuật QoS và ứng
dụng. Ngoài ra các giao thức báo hiệu trong QoS cũng được phân tích trong
chương này.
2.1 Khái niệm
Chất lượng dịch vụ (QoS) là một thuật ngữ được sử dụng rộng rãi trong
nhiều lĩnh vực khác nhau. Hiểu một cách đơn giản QoS là các cơ chế, công
cụ đảm bảo cho các mức dịch vụ khác nhau thỏa mãn các tiêu chuẩn về băng
thông và thời gian trễ cần thiết cho một ứng dụng đặc biệt nào đó.
Có nhiều công cụ cho phép chúng ta thực hiện QoS. Trong một vài trường
hợp chúng ta có thể không dùng đến công cụ nào mà vẫn đạt được QoS.
2.2 Các kỹ thuật QoS (hay còn gọi là các mô hình dịch vụ QoS)
Hình 2.1 Các kỹ thuật QoS trong mạng IP
Một mô hình dịch vụ còn được gọi là một mức dịch vụ mô tả khả năng
Không phải tất cả các công nghệ QoS đều phù hợp cho tất cả các mạng
thiết lập từ đầu cuối đến đầu cuối của QoS, đầu cuối đến đầu cuối QoS là khả
định tuyến. Bởi vì định tuyến cho các nhánh và đường trục trong một mạng
năng của mạng có thể phục vụ các yêu cầu đặc biệt tới mạng khác. Kỹ thuật
không cần thiết thực hiện giống nhau. QoS có thể thực hiện tốt các nhiệm vụ
QoS cung cấp 3 kiểu mô hình dịch vụ là: Best effort, Integrated và
khác nhau. Vd cấu hình lưu lượng thoại thời gian thực cho một mạng IP bạn
Differentiated services.
cần cân nhắc các chức năng định tuyến của cả đường trục và đường nhánh
trong mạng, sau đó lựa chọn các tính chất QoS cho phù hợp.
28
2.2.1 Dịch vụ cố gắng tối đa (Best Effort)
Best Effort là một mô hình dịch vụ đơn và phổ biến trên mạng Internet hay
mạng IP nói chung, cho phép ứng dụng gửi dữ liệu bất cứ khi nào với bất cứ
29
Cung cấp dịch vụ tốt nhất: mô hình IntServ cho phép nhà cung cấp
mạng tung ra những dịch vụ tốt nhất, khác biệt với các đối thủ cạnh
tranh khác.
khối lượng nào nó có thể thực hiện và không đòi hỏi sự cho phép hoặc thông
Các bản tin
Setup đặt trước
tin cơ sở mạng, nghĩa là mạng phân phối dữ liệu nếu nó có thể mà không cần
sự đảm bảo về độ tin cậy, độ trễ hoặc khả năng thông mạng.
Appl
Setup
Các giao thức định
tuyến / Database
Setup
QoS đặc tả dịch vụ Best Effort là xếp hàng đợi: firt - in, firt – out (FIFO).
Dịch vụ Best Effort rất phù hợp cho những ứng dụng của mạng dải rộng như
Điều khiển chấp
nhận/cưỡng bức
Data
truyền file hoặc email. Cho đến thời điểm này đa phần các dịch vụ được cung
cấp bởi mạng Internet vẫn sử dụng mô hình dịch vụ này.
Classifier
Sheduler
IP Data
Classifier
Sheduler
2.2.2 Dịch vụ tích hợp (Integrated Service)
Đứng trước nhu cầu ngày càng tăng trong việc cung cấp dịch vụ thời gian
Hình 2.2 Mô hình dịch vụ IntServ
thực (Thoại, Video,...) và băng thông cao (đa phương tiện), dịch vụ tích hợp
IntServ đã ra đời (xem hình 2.2). Đây là sự phát triển của mạng IP nhằm đồng
Một số thành phần trong mô hình 2.2 như:
thời cung cấp dịch vụ truyền thống Best Effort và các dịch vụ thời gian thực.
Giao thức thiết lập Setup: cho phép các máy chủ và các router dự trữ
Sau đây là những động lực thúc đẩy sự ra đời của mô hình này:
Dịch vụ cố gắng tối đa không còn đủ đáp ứng nữa: ngày càng có nhiều
ứng dụng khác nhau, các yêu cầu khác nhau về đặc tính lưu lượng được
triển khai, đồng thời người sử dụng cũng yêu cầu chất lượng dịch vụ
ngày càng cao hơn.
Các ứng dụng đa phương tiện ngày càng xuất hiện nhiều: mạng IP phải
có khả năng hỗ trợ không chỉ đơn dịch vụ mà còn hỗ trợ đa dịch vụ của
nhiều loại lưu lượng khác nhau từ thoại, số liệu đến video.
động tài nguyên mạng để xử lý các yêu cầu của các luồng lưu lượng
riêng. RSVP (Resource Reservation Protocol), Q2391 là một trong
những giao thức đó.
Đặc tính luồng: xác định chất lượng dịch vụ QoS sẽ cung cấp cho các
luồng xác định, luồng ở đây được định nghĩa như một luồng các gói từ
nguồn đến đích có cùng yêu cầu về QoS như băng tần tối thiểu mà
mạng bắt buộc phải cung cấp để đảm bảo QoS cho các luồng yêu cầu.
Điều khiển lưu lượng: Trong các thiết bị mạng (máy chủ, router,
Tối ưu hóa hiệu suất sử dụng mạng và tài nguyên mạng: đảm bảo hiệu
chuyển mạch) có thành phần điều khiển và quản lý tài nguyên mạng
quả sử dụng và đầu tư. Tài nguyên mạng sẽ được dự trữ cho lưu lượng
cần thiết để hỗ trợ QoS theo yêu cầu. Các thành phần điều khiển lưu
có độ ưu tiên cao hơn.
lượng này có thể được khai báo bởi giao thức báo hiệu RSVP hay nhân
công. Thành phần điều khiển lưu lượng bao gồm:
30
• Điều khiển chấp nhận: Xác định các thiết bị mạng có khả năng hỗ
trợ QoS theo yêu cầu hay không.
• Thiết bị phân lớp (Classifier): Nhận dạng và chọn lựa lớp dịch vụ
trên nội dung của một số trường nhất định trong mào đầu gói.
• Thiết bị lập lịch và phân phối (Scheduler): Cung cấp các mức chất
lượng dịch vụ (QoS) ở kênh đầu ra của thiết bị.
31
xếp hàng cân bằng trọng số (WFQ) kết hợp với giao thức dành sẵn tài nguyên
(RSVP) để cung cấp loại hình dịch vụ này.
Controlled Load Service, loại hình này cho phép các ứng dụng có độ trễ
thấp và tốc độ lưu lượng cao thậm trí ngay cả khi tắc nghẽn. Vd các ứng dụng
không nhạy cảm với thời gian thực như khi phát lại băng ghi âm cuộc hội
thoại có thể sử dụng loại hình dịch vụ này. QoS sử dụng RSVP kết hợp với
Các mức QoS cung cấp bởi IntServ gồm:
Weighted Random early Detect (WRED) cung cấp loại hình dịch vụ này.
Dịch vụ Best Effort
2.2.3 Mô hình Differentiated Service
Dịch vụ đảm bảo GS (Guaranteed Service)
Dịch vụ kiểm soát tải CL (Controlled Load)
Sau đây chúng ta sẽ phân tích các dịch vụ được cung cấp bởi IntServ.
2.2.2.1 Dịch vụ đảm bảo GS (Guaranteed Service)
GS cung cấp các dịch vụ chất lượng cao như: Dành riêng băng thông, giới
Việc đưa ra mô hình IntServ có vẻ như giải quyết được nhiều vấn đề liên
quan đến QoS trong mạng IP. Tuy nhiên trong thực tế mô hình này đã không
đảm bảo được QoS xuyên suốt (end to end). Đã có nhiều cố gắng nhằm thay
đổi điều này nhằm đạt một mức QoS cao hơn cho mạng IP, và một trong
những cố gắng đó là sự ra đời của DiffServ (xem hình 2.3).
hạn độ trễ tối đa và không bị mất gói tin trong hàng đợi. Các ứng dụng có thể
DiffServ sử dụng việc đánh dấu gói và xếp hàng theo loại để hỗ trợ dịch vụ
kể đến: Hội nghị truyền hình chất lượng cao, thanh toán tài chính thời gian
ưu tiên qua mạng IP. Hiện tại IETF đã có một nhóm nghiên cứu DiffServ để
thực,....
đưa ra các khuyến cáo RFC về DiffServ.
2.2.2.2 Dịch vụ kiểm soát tải CL (Controlled Load)
CL không đảm bảo về băng tần hay trễ, nhưng khác với Best Effort ở điểm
Nguyên tắc cơ bản của DiffServ như sau:
Phân loại và đánh dấu các gói riêng biệt tại biên của mạng vào các lớp
không giảm chất lượng một cách đáng kể khi tải mạng tăng lên. Dịch vụ này
dịch vụ. Việc phân loại có thể dựa trên nhiều cách thức như sửa dạng
phù hợp cho các ứng dụng không nhạy cảm lắm với độ trễ hay mất gói như
lưu lượng, loại bỏ gói tin, và cuối cùng là đánh dấu trường DS
truyền hình multicast audio/video chất lượng trung bình.
(DiffServ) trong mào đầu gói tin để chỉ thị lớp dịch vụ cho gói tin.
2.2.2.3 Kết luận
Mô hình dịch IntServ có thể sử dụng giao thức báo hiệu RSVP cung cấp
Điều chỉnh lưu lượng này tại biên mạng. DS là mô hình có sự phân biệt
dịch vụ trong mạng có nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm cả lưu
nhiều loại hình dịch vụ khác nhau:
lượng thời gian thực có thể được đáp ứng mức dịch vụ của chúng trong
Guaranteed Rate Service loại hình này cho phép dành sẵn độ rông băng thông
khi vẫn có khả năng mở rộng các hoạt động trong mạng IP lớn. Khả
để phù hợp với những yêu cầu của chúng, Vd ứng dụng VoIP có thể dành 32
năng mở rộng có thể đạt được bằng:
Mbps từ đầu cuối đến đầu cuối sử dụng loại hình dịch vụ này. QoS sử dụng
• Chia nhỏ lưu lượng ra thành nhiều lớp khác nhau.
32
33
• Ánh xạ nhiều ứng dụng vào trong các lớp dịch vụ này trên biên
mặc định), Class – selector PHB (PHB lựa chọn theo lớp), Expedited
mạng. Chức năng ánh xạ này đựơc gọi là phân loại (classification)
Forwaring PHB (PHB chuyển tiếp ưu tiên nhất – EF PHB), Assured
và điều hoà (conditioning) lưu lượng.
forwarding PHB (PHB chuyển tiếp được đảm bảo – AF PHB). PHB không
Cung cấp các xử lý cố định cho mỗi lớp dịch vụ tại mỗi hop (được gọi
đưa ra các cơ chế thực thi cụ thể cho gói tin. Để miêu tả cho một PHB cụ thể,
là Per-hop behavior - PHB) tương ứng với các yêu cầu QoS của nó).
nhà quản trị mạng kích hoạt, điều chỉnh, và kết hợp các cơ chế phân lịch gói
PHB bao gồm hàng đợi, phân lịch, và các cơ chế loại bỏ gói tin.
tin thích hợp cũng như kích hoạt các cơ chế quản lý hàng đợi (như Priority
Queueing, Class-based Weight Fair Queue) hay các cơ chế tránh tắc nghẽn
như (WRED, CAR,...) được các router Diff-serv hỗ trợ.
Default PHB: Mặc định PHB tương ứng với tiến trình chuyển tiếp gói
tin best-effort, nó là mặc định trên tất cả các router. Nó chỉ đơn giản
phân phối càng nhiều gói tin càng tốt. PHB này không có sự cam kết về
chất lượng dịch vụ cho gói tin. Các gói tin được ánh xạ đến PHB này sẽ
Hình 2.3 Sơ đồ khối kiến trúc DiffServ
2.2.3.1 Trường DS của DiffServ
có giá trị DSCP là 0.
Class – selector PHB: Trong một vài triển khai IP QoS, giá trị IP
Trường DS là trường được quá trình điều hoà và phân loại lưu lượng sử
Precedence thường được sử dụng vì tính đơn giản và dễ sử dụng của
dụng tại biên mạng để mã hoá giá trị DSCP. Giá trị này được các router
nó. Do đó, để cho tương thích với các giá trị Precedence, các giá trị
DiffServ sử dụng tại mỗi hop để lựa chọn PHB thích hợp cho mỗi gói tin.
DSCP được định nghĩa dưới dạng xxx000 (trong đó x có thể là 0 hay
DSCP là giá trị 6 bit, được mang trong trường ToS của mào đầu gói tin.
1). Các giá trị đó được gọi là class – selector codepoint. Giá trị mặc
Với 6 bit có thể tạo ra đến 64 lớp dịch vụ. Tuy nhiên, trong thực tế chỉ có một
định là 0. PHB kết hợp với một class – selector codepoint được gọi là
số lớp dịch vụ được triển khai. Giá trị IP Precedence (đạt được từ 3 bit có
Class – selector PHB. Các PHB này sẽ có cùng kiểu chuyển tiếp như
trọng số lớn nhất trong trường ToS) có thể được ánh xạ đến trường DSCP,
các node sử dụng giá trị IP Precedence. Ví dụ, các gói tin có giá trị
vừa vặn với các bit trong trường này. Tập hợp các gói tin có cùng giá trị
DSCP là 101000 (IP Precedence là 101) sẽ có độ ưu tiên chuyển tiếp
DSCP, và di chuyển qua mạng theo cùng một hướng được gọi là tập hợp hành
vi (Behavior Aggregate - BA). PHB sẽ thực hiện các chức năng của nó (hàng
lớn hơn các gói tin có giá trị DSCP là 011000 (IP Precedence 011).
EF PHB: PHB chuyển phát nhanh EF PHB là PHB đáp ứng cho gói tin
đợi, phân lịch, đánh rớt) cho bất kì gói tin nào thuộc về một BA
các dịch vụ có việc mất gói tin thấp (low - loss), độ trễ thấp (low -
2.2.3.2 Per-hop Behavior trong Diff Serv
delay), độ jitter thấp (low - jitter). EF PHB đảm bảo rằng lưu lượng của
Có 4 PHB quan trọng trong khi triển khai DiffServ là: Default PHB (PHB
nó được phục vụ ở tốc độ ít nhất là bằng với tốc độ dịch vụ cam kết.
34
35
Các ứng dụng như VoIP, video, thương mại điện tử được sử dụng PHB
Ví dụ, AF23 sẽ bị đánh rớt trước AF22, AF22 sẽ bị đánh rớt trước AF21.
này. Bất kì lưu lượng nào vượt qúa hợp đông lưu lượng sẽ bị huỷ bỏ.
Lớp AFx có thể được biểu diễn bằng giá trị DSCP xyzab0, trong đó xyz là
Giá trị DSCP (xem hình 2.4) cho EF là 101110.
001, 010, 011, 100 và ab là bit ưu tiên đánh rớt.
AF PHB: PHB chuyển phát đảm bảo Đây là công cụ được sử dụng để
Bảng 2-1 là giá trị của IP Precedence và DSCP trong các PHB
đưa ra các mức dịch vụ đảm bảo chuyển tiếp cho gói tin của người
DSCP in Binary
DSCP in Decimal
Precedence
PHB
dùng. Có tất cả 4 lớp AF. Trong mỗi lớp AF, một gói tin được đăng kí
000000
0
0
Default
một trong 3 mức ưu tiên đánh rớt, tức là gói tin có 3 giá trị ưu tiên đánh
001000
8
1
CS1
rớt khác nhau trong cùng một lớp dịch vụ. Mỗi PHB sẽ tương đương
001010
10
1
AF11
với một lớp khác nhau và được gọi là AFij, trong đó i là lớp AF, và j là
001100
12
1
AF12
độ ưu tiên đánh rớt. Mỗi lớp AF được chỉ định với số lượng nguồn tài
001110
14
1
AF13
nguyên nhất định phụ thuộc vào hợp đồng mức dịch vụ SLA (Service
010000
16
2
CS2
Level Agreement) của khách hàng, gồm có băng thông và không gian
010010
18
2
AF21
bộ đệm. Việc chuyển tiếp được thực hiện độc lập dọc mỗi lớp AF.
010100
20
2
AF22
010110
22
2
AF23
011000
24
3
CS3
011010
26
3
AF31
011100
28
3
AF32
011110
30
3
AF33
DSCP
EF
1
0
1
1
1
0
CU
DSCP
AFxy
x
x
x
y
y
0
CU
100000
32
4
CS4
100010
34
4
AF41
Hình 2.4 Mô tả cấu trúc bit trong trường DSCP
100100
36
4
AF42
Vì có 4 lớp nên các lớp có thể là AF1y, AF2y, AF3y, AF4y. Trong mỗi
100110
38
4
AF43
lớp Afx, có đến 3 giá trị ưu tiên đánh rớt. Nếu có nghẽn xảy ra trong mạng
101000
40
5
CS5
Class
Drop Precedence
Diff-serv trên một kết nối nào đó, các gói tin thuộc về lớp AF nào đó sẽ bị
101110
46
5
EF
đánh rớt. Độ ưu tiên đánh rớt của các gói tin là như sau:
110000
48
6
CS6
dp(AFx1)<=dp(AFx2)<=dp(AFx3)<=dp(AFx4), trong đó dp(AFxy) là xác
111000
56
7
CS7
suất mà các gói tin của lớp Afxy bị đánh rớt.
Bảng 2-1 Giá trị IP Precedence và DSCP trong các PHB
36
2.2.3.3 Các cơ chế DiffServ
Hai chức năng này được thực hiện tại biên mạng giữa khách hàng và nhà
cung cấp dịch vụ hoặc giữa hai mạng nhà cung cấp dịch vụ với nhau. Nó được
áp đặt trên mỗi gói tin đi vào và dùng nhận diện lưu lượng với nhiều dịch vụ
khác nhau (phân loại), sau đó áp đặt giá trị DS (DiffServ) cho mỗi lưu lượng
đó (điều hoà). Rõ ràng, chính sách phân loại và điều hoà lưu lượng đáp ứng
yêu cầu của khách hàng các các lớp dịch vụ do nhà cung cấp đưa ra. Hình 2.5
mô tả sơ đồ khối cơ chế phân loại và điều hòa lưu lượng.
37
Hoạt động đo (meter): Sau khi gói tin được phân loại, meter sẽ đo tốc
độ luồng lưu lượng.
Hoạt động đánh dấu thiết lập trường DS của mào đầu gói tin dựa vào
kết quả có được từ bộ đo.
Hoạt động sửa dạng sẽ làm trễ vài gói tin trong luồng dữ liệu được
phân loại, định hướng lưu lượng trước khi đi vào miền DiffServ.
Hoạt động đánh rớt sẽ đánh rớt gói tin trong luồng dữ liệu đó (ví dụ các
gói tin vượt quá profile được nhận diện trong bộ đo), tiến trình này
được gọi là policing. Nghĩa là các gói tin được đưa đến bộ điều hoà lưu
lượng có thể là in-profile hoặc là out-of-profile. Các gói in-profile là
các gói tuân thủ theo hợp đồng mức dịch vụ giữa khách hàng và nhà
cung cấp. Các gói out-of-profile nằm bên ngoài hợp đồng SLA, hoặc do
hành vi mạng mà các gói này đến bộ điều hoà, tại đây bộ điều hoà sẽ có
những xử lý thích hợp.
Hình 2.5 Sơ đồ cơ chế phân loại và điều hoà đến lưu lượng
Cơ chế phân loại gói:
Việc phân loại có thể dựa trên trường DS, có thể dựa trên các giao thức
được vận chuyển như SMTP, HTTP, hoặc là địa chỉ nguồn và đích. Phân loại
lưu lượng được sử dụng để chuyển tiếp gói tin đến trạng thái điều hoà lưu
lượng thích hợp. Bộ phân loại hoạt động ở hai chế độ:
Bộ phân loại tổng hợp hành vi (BA) phân loại các gói tin chỉ dựa trên
giá trị DSCP.
Bộ phân loại đa trường (multifield) phân loại các gói tin bởi nhiều
trường trong gói, như là địa chỉ, số cổng,….
Cơ chế điều hòa lưu lượng:
Điều hoà lưu lượng bao gồm các thành phần sau : hoạt động đo, hoạt động
đánh dấu, hoạt động sửa dạng, và hoạt động đánh rớt gói tin.
2.2.3.4 Ưu nhược điểm của mô hình DiffServ
Với nguyên tắc này, Diffserv có nhiều lợi thế hơn so với IntServ:
Không yêu cầu báo hiệu cho từng luồng.
Dịch vụ ưu tiên có thể áp dụng cho một số luồng riêng biệt cùng một
lớp dịch vụ. Điều này cho phép nhà cung cấp dịch vụ dễ dàng phân
phối một số mức dịch vụ khác nhau cho khách hàng cho nhu cầu.
Không yêu cầu thay đổi tại các máy chủ hay các ứng dụng để hỗ trợ
dịch vụ ưu tiên. Đây là nhiệm vụ của thiết bị biên.
Hỗ trợ rất tốt dịch vụ VPN (Virtual Private Network).
Tuy nhiên có thể nhận thấy DiffServ cần vượt qua một số vấn đề như:
Không có khả năng cung cấp băng tần và độ trễ đảm bảo như GS của
IntServ hay ATM (Asynchronous Transfer Mode).
38
Thiết bị biên vẫn yêu cầu bộ Classifier chất lượng cao cho từng gói
giống như trong mô hình IntServ.
Vấn đề quản lý trạng thái Classifier của một số lượng lớn các thiết bị
biên là một vấn đề không nhỏ cần quan tâm.
Chính sách khuyến khích khách hàng trên cơ sở giá cước cho dịch vụ
cung cấp cũng ảnh hưởng đến giá trị của DiffServ.
2.2.3.5 Kết luận về DiffServ
Differentiated Service là một mô hình đa dịch vụ, chúng có thể làm thỏa
39
Processor (VIP) gọi là VIP – Distributed WRED và VIP – Distributed
WFQ. Những đặc điểm này có thể được sử dụng với CAR để phân phối
các dịch vụ Differentiated.
2.2.4 So sánh hai mô hình kiến trúc QoS chính
Integrated Services (IntServ)
Differentiated Serviecs (DiffServ)
Vậy giữa chúng có những đặc điểm gì khác nhau. Bảng 2-2 So sánh đặc điểm
cơ bản của hai mô hình trên:
mãn các yêu cầu QoS khác nhau. Dẫu sao nó không giống mô hình dịch vụ
DiffServ
IntServ
Integrated, một ứng dụng sử dụng mô hình dịch vụ Differentiated không cần
Có ít phần tử mạng
Có nhiều phần tử mạng
xác định rõ ràng tín hiệu tới bộ định tuyến trước khi gửi dữ liệu.
Tỉ lệ ứng dụng lớn, được các nhà cung
Tỉ lệ ứng dụng nhỏ, phù hợp với
cấp dịch vụ ngày nay ưu dùng
một vài đặc tính mạng vd
bằng nhiều cách khác nhau, Vd sử dụng IP Precedence bit thiết lập trong gói
Không có trạng thái bảo dưỡng trong
Trạng thái mềm dẻo bảo dưỡng ở
IP hoặc địa chỉ nguồn và đích, mạng sử dụng đặc điểm kỹ thuật QoS để phân
mạng
bất kỳ nút mạng nào
loại, đánh dấu, sửa dạng và chính sách điều khiển lưu lượng nhằm xếp hàng
Không có điều khiển quản trị nguồn tài
Điều khiển quản trị nguồn tài
đợi thông minh.
nguyên
nguyên
Bởi vì đối với dịch vụ Differentiated, mạng cố gắng phân loại dịch vụ dựa
trên lý thuyết QoS cho mỗi gói tin. Đặc điểm kỹ thuật này có thể thực hiện
Mô hình dịch vụ Differentiated được sử dụng dành cho những ứng dụng
đặc biệt và để cung cấp đầu cuối tới đầu cuối QoS. Tiêu biểu cho loại hình
dịch vụ này phù hợp cho việc tập trung lưu lượng, bởi vì nó thực hiện việc
phân loại lưu lượng ở cấp độ thô.
admission control
Không có điều khiển quản trị chính sách
Điều khiển quản trị chính sách
Bảng 2-2 So sánh đặc điểm cơ bản của hai mô hình QoS
Trong tương lai để cung cấp một giải pháp đầy đủ đầu cuối tới đầu cuối
cần có sự kết hợp cả 2 mô hình kiến trúc trên.
QoS cung cấp các mô hình dịch vụ Differentiated sau:
Committed access rate (CAR), loại hình này thực hiện phân loại gói
thông qua IP Precedence và thiết lập nhóm QoS. CAR thực hiện đo và
điều khiển lưu lượng, quản lý độ rộng băng thông.
Xếp hàng đợi thông minh như WRED và WFQ và những đặc tính
tương đương dựa trên bộ xử lý giao diện đa năng – Versatile Interface
2.3 Các giao thức và cơ chế báo hiệu trong kỹ thuật QoS
Bên cạnh các đặc tính về xử lý lưu lượng, báo hiệu cũng là một thành phần
khá quan trọng của QoS. Cũng như các dạng báo hiệu khác, báo hiệu QoS là
một dạng của mạng thông tin mà cho phép các phần tử nút mạng, các trạm
đầu xa bắt tay nhau để thực hiện quá trình truyền dữ liệu.
40
41
Một mạng QoS end-to-end yêu cầu mỗi phần tử trong mạng, Router,
RSVP hoạt động trong mối liên kết với các cơ chế hàng đợi hiện thời.
Switch, Firewall, Host..., đóng vai trò như là một phần của QoS và tất cả các
Chúng ta có thể sử dụng RSVP để điều khiển tải trọng và đảm bảo tốc độ dịch
thành phần này được phối hợp liên kết bởi báo hiệu QoS.
vụ.
Có nhất nhiều giải pháp báo hiệu QoS được áp dụng trong mạng, tuy nhiên
chúng thường bị giới hạn bởi phạm vi hoạt động của mạng.
Đối với mạng ứng dụng trên nền IP đưa ra các tính năng cho phép ứng
dụng báo hiệu QoS trên cơ sở của các mạng không đồng nhất. Đó là các giải
pháp báo hiệu QoS lớp 2 của RSVP (Resource Reservation Protocol) và
phương thức báo hiệu QoS IP lớp 3 dựa trên đặc tính về quyền ưu tiên IP.
RSVP là một đặc tính quan trọng của QoS nhưng nó không giải quyết tất
cả các vấn đề đưa ra bởi QoS, Vd như thời gian cần để thiết lập một sự đăng
ký dành riêng từ đầu cuối đến đầu cuối, khả năng phát triển, điều khiển chấp
nhận (admission).
Các host và router phân phối các yêu cầu QoS tới các router trên suốt
đường truyền dữ liệu và duy trì trạng thái cung cấp dịch vụ được yêu cầu từ
Tương ứng là cơ chế báo hiệu trong băng (IP precedence) và báo hiệu
trước, thông thường đó là băng thông và yếu tố trễ. RSVP sử dụng tốc độ
ngoài băng (RSVP). Báo hiệu IP Precedence phân biệt QoS, còn báo hiệu
truyền dữ liệu trung bình (mean data rate - lượng dữ liệu lớn nhất mà router
RSVP nhằm đảm bảo QoS.
có thể lưu trữ trong hàng đợi) và tối thiểu hóa QoS (đảm bảo lượng băng
2.3.1 Giao thức dành sẵn tài nguyên (Resource Reservation Protocol)
thông được yêu cầu) để xác định lượng băng thông dành riêng.
RSVP là giao thức chuẩn cho phép cài đặt QoS đầu cuối đến đầu cuối trên
Khi một Host dùng RSVP để yêu cầu một dịch vụ QoS nó sẽ gửi yêu cầu
một mạng hỗn hợp. RSVP chạy trên nền IP rất hữu hiệu trong dự trữ băng
tới mạng trên một nửa của luồng truyền dữ liệu. Dịch vụ QoS được yêu cầu
thông mạng. Sử dụng RSVP, các ứng dụng có thể yêu cầu mức QoS xác định
bởi RSVP, tuy nhiên nó để cho các cơ chế hàng đợi thực hiện sự dành riêng
cho một luồng dữ liệu vận chuyển qua mạng.
đó.
Trên các nền ứng dụng của QoS, RSVP có thể được khởi tạo thông qua
RSVP chuyên trở yêu cầu xuyên xuốt tất cả các nút trong mạng ở trên
RSVP proxy. RSVP cũng chỉ là một giao thức báo hiệu tiêu chuẩn được thiết
đường truyền dữ liệu. Tại đó yêu cầu dự trữ tài nghuyên cho luồng dữ liệu
kế để đảm bảo băng thông từ đầu cuối này đến đầu cuối kia trong mạng IP.
thông qua module điều khiển truy nhập của chính node đó.
Nếu 1 node mạng không hỗ trợ RSVP thì RSVP sẽ di chuyển đến node kế
Chú ý rằng với RSVP, một ứng dụng có thể được gửi với tốc độ lớn hơn
tiếp. Một node mạng có tùy chọn là đồng ý hay từ chối sự dành riêng căn cứ
yêu cầu đưa ra bởi QoS, tuy nhiên dịch vụ đó chỉ được đảm bảo tại tốc độ yêu
vào tải của giao tiếp mà dịch vụ yêu cầu.
cầu tối thiểu. Nếu băng thông khả dụng lưu lượng sẽ được truyền đi với tốc
RSVP không định tuyến chính nó và không hiệu chỉnh bảng định tuyến IP,
thay vào đó nó sử dụng các giao thức định tuyến để xác định ở đâu cần gửi
các yêu cầu dành riêng (reservation).
độ lớn hơn tốc độ yêu cầu, còn nếu như không đủ toàn bộ phần lưu lượng
vượt quá sẽ bị rớt.
42
43
2.3.2 Mô hình RSVP end-to-end.
Nếu end-to-end được thiết kế trong mạng, tất cả thiết bị trong đường dẫn
đặt trước phải enable RSVP. Khi thiết bị nhận được bản tin RSVP, nó xác
định xem có đủ tài nguyên cho yêu cầu đặt trước ở mức nội tại. Một mạng từ
đầu cuối đến đầu cuối cài đặt RSVP được mô tả như hình vẽ 2.6
Hình 2.7 Mô hình mạng đầu cuối đến đầu cuối non-RSVP
Pass-through RSVP chỉ thực thi phân phát best-effort giữa 2 phần mạng
RSVP-enable.
Một ứng dụng khác là áp dụng CoS để phân phát các gói trên phần mạng
Hình 2.6 Mô hình mạng đầu cuối đến đầu cuối với RSVP
Hai bản tin chính được dùng cho bản tin báo hiệu RSVP. Khi cần thiết một
sự đặt trước, client gửi bản tin đường dẫn RSVP PATH trong mạng yêu cầu
một băng thông xác định nào đó tới đích. Mục đích của bản tin PATH là
khám phát tất cả RSVP-enable trên các router. Khi phía thu end-node nhận
bản tin PATH, nó sẽ xác định lại sự đặt trước bằng cách reply với bản tin
RSVP RESV. Bản tin RESV chuyển tiếp ngược về phía phát. Nếu bản tin
RESV đến phía phát thành công , mỗi hop trong kết nối end-to-end dành
trước tài nguyên và băng thông đặt trước được thiết lập end-to-end. Nếu
nguồn tài nguyên không có khả năng đáp ứng thì sự đặt trước bị từ chối.
Khi một phần của mạng không hỗ trợ RSVP, có nghĩa là khi bản tin RSVP
không được xử lý bởi tất cả các hop ở giữa 2 ứng dụng endpoints, một vài cơ
chế khác có thể được áp dụng để cố gắng đạt được yêu cầu của ứng dụng
trong non-RSVP network được gọi là pass-through RSVP.
Mạng từ đầu cuối đến đầu cuối pass-through RSVP được mô tả như hình 2.7
non-RSVP-enable. Trong trường hợp này, lưu lượng ứng dụng RSVP được
đánh dấu với các bộ đánh dấu lớp như IP Precedence hoặc bit DSCP ở trên
thực thể non-RSVP.
Sự đánh dấu gói của IP Precedence và DSCP dựa vào byte ToS trong IP
header, nó sẽ nhận dạng các lớp lưu lượng trên mỗi hop. IP precedence và
DSCP luôn được cấu hình ở phần biên của mạng, ở đó lưu lượng được đánh
dấu và phân lớp.
RSVP được áp dụng cho các ứng dụng trong đó băng thông và trễ quan hệ
đảm bảo với nhau là cần thiết. Các ứng dụng là VoIP, netmeeting, MPLS
traffic Engineering,....
44
CHƯƠNG 3 PHÂN LOẠI, PHÂN MẢNH
VÀ NÉN GÓI DỮ LIỆU TRONG KỸ THUẬT QoS
45
3.1.1 Quyền ưu tiên IP
Trong mạng IP các gói được lưu chuyển từ nguồn đến đích với mức ưu
tiên khác nhau. Để xác định IP Prececdence cho các gói tin người ta sử dụng
Phân loại gói là cơ sở để từ đó ta xây dụng các ứng dụng kỹ thuật QoS
3 bits ToS, được mô tả như hình vẽ 3.1
khác nhau. Tuy nhiên không phải lúc nào các gói dữ liệu đến cũng có kích
thước phù hợp, vì vậy trước khi phân loại, các gói có kích thước lớn sẽ được
phân mảnh thành các gói nhỏ hơn có kích thước phù hợp. Song song với việc
phân loại và phân mảnh gói, cơ chế nén gói dữ liệu cũng được đề cập đến
trong chương này. Có thể nói phân loại góp giúp chúng ta có thể áp dụng các
kỹ thuật QoS, thì phân mảnh và nén dữ liệu rất hữu ích trong việc giảm trễ
chuyển tiếp và xử lý, trễ mạng cũng như các hiện tượng trượt phát sinh bởi
trễ.
Hình 3.1 Mô tả trường ToS trong gói IP
Trên cơ sở đó thiết lập các lớp dịch vụ khác nhau cho các gói tin. Với các
3.1 Phân loại gói dữ liệu
Dựa trên các đặc tính của lưu lượng được truyền tải, thực hiện phân loại
các gói tin thành các nhóm riêng biệt mà có thể áp dụng các kỹ thuật QoS.
Bằng việc phân loại gói, ta có thể phân chia lưu lượng truyền tải thành nhiều
mức ưu tiên khác nhau hay nhiều lớp dịch vụ khác nhau.
Các phương thức phân loại gói trước đây bị giới hạn bởi số bít trong
trường tiêu đề (header). Trong các phương thức gần đây đánh dấu gói kết hợp
với phân loại gói cho phép ta có thể thiết lập giá trị trên các tiêu đề tại các lớp
2,3 hoặc có thể thiết lập trên tải trọng của gói.
Các router tại biên của mạng sử dụng chức năng phân loại gói để nhận
dạng các gói thuộc về lớp lưu lượng nào trên mạng tuỳ theo một hoặc nhiều
trường trong tiêu đề gói IP. Sau đó chức năng đánh dấu được sử dụng để đánh
dấu gói đó bằng cách thiết lập các bit trong trường IP Precedence hoặc trường
DSCP (Differentiated Service Code Point).
lớp dịch vụ tùy theo các yêu cầu cụ thể mà thực hiện các phương pháp cấu
hình tính năng QoS khác nhau để quản lý tắc nghẽn hay phân phối băng
thông. Chú ý rằng IP Precedence không phải là phương thức hàng đợi tuy
nhiên các phương thức hàng đợi như WFQ (Weighted Fair Queuing) hay
WRED (Weighted random early Drop/Detect) có thể sử dụng IP Precedence
để thiết lập thứ tự ưu tiên cho các gói IP.
Bên cạnh đó thông qua việc thiết lập các mức ưu tiên cho các lưu lượng dữ
liệu đầu vào và tổ hợp với các đặc tính hàng đợi QoS để tạo ra các dịch vụ
khác nhau. Chúng ta cũng có thể sử dụng các đặc tính như định tuyến chính
sách (PBR - Policy-based routing) và tốc độ truy cập cam kết (CAR Committed Access Rate), để đặt thứ tự ưu tiên dựa trên mở rộng phân loại
danh sách truy nhập. Ví dụ như chúng ta có thể gán thứ tự ưu tiên dựa trên
ứng dụng của người sử dùng hay mạng nguồn và mạng đích.
46
47
Như đã nói ở trên việc gán thứ tự ưu tiên cho các gói thông qua tổ hợp 3
PBR (Policy-based routing) cung cấp cơ chế định tuyến linh hoạt cho việc
bits ToS trong địa chỉ mào đầu IP để tạo ra các lớp dịch vụ khác nhau. Về lý
định tuyến các gói tin dựa trên chính sách định tuyến cho các luồng lưu
thuyết với 3 bits ToS có thể phân chia thành 8 loại CoS khác nhau. Tuy nhiên
lượng. PBR làm tăng khả năng điều khiển định tuyến bằng cách mở rộng hay
chỉ phân 6 lớp dịch vụ tương ứng với 6 giá trị ToS, 2 giá trị còn lại được dành
bổ sung các đặc tính của các giao thức định tuyến. Bên cạnh đó PBR cho
cho sử dụng trong thông tin nội bộ mạng.
phép thiết lập các giá trị IP Precedence, ưu tiên cho loại dữ liệu nào đó trên
Giá trị IP Precedence tương ứng với 3 bits ToS được quy định trong bảng 3-1
tuyến dành riêng.
3.1.2.1 Đặc điểm của PBR
IP precedence value
IP precedence name
0
Routine
Chúng ta có thể sử dụng PBR như một phương án định tuyến. Ví dụ như
1
Priority
chúng ta có thể cho phép hay từ chối các luồng dữ liệu dựa trên cơ sở nhận
2
Immediate
dạng một dạng đặc biệt của điểm kết cuối, một giao thức ứng dụng hay dựa
3
Flash
trên cơ sở kích cỡ của các gói tin.
4
Flash-override
5
Critical
6
Internet
7
Network
Bảng 3-1 Giá trị IP Precedence tương ứng với 3 bits ToS
Trong chế độ mặc định các phần mềm thường không thiết lập các gía trị
của IP Precedence. Như vậy để có thể sử dụng các phần tử mạng cần thực
hiện gán giá trị IP Precedence trong trường tiêu đề (header).
Chú ý rằng các gói đến từ các mạng khác có thể đã được gán giá trị ưu tiên
do đó nên thực hiện thiết lập lại giá trị ưu tiên cho tất cả các gói được gửi tới.
Bằng cách điều khiển giá trị IP Precedence chúng ta có thể ngăn chặn các
người dùng không mong muốn hay lựa chọn các dịch vụ thích hợp hơn.
Nói chung PBR cung cấp các đặc tính sau:
Phân loại lưu lượng dựa trên cơ sở mở rộng danh sách truy nhập (ACL
– Access List), sau đó các ACL thiết lập tiêu chuẩn thích hợp.
Thiết lập giá trị IP Precedence, trên cơ sở đó thành lập các lớp dịch vụ
khác nhau trên mạng.
Định tuyến các gói tin tới tuyến xác định.
Định tuyến chính sách có thể dựa trên địa chỉ IP, các cổng (port), các giao
thức hay kích cỡ của các gói tin. Đối với các bài toán định tuyến đơn giản ta
có thể chỉ cần sử dụng một trong các đặc tính ở trên tuy nhiên với các phương
án định tuyến phức tạp chúng ta cũng có thể sử dụng tất cả các đặc tính đó.
3.1.2.2 Nguyên tắc hoạt động
Mỗi một PBR được xây dựng trên cơ sở thiết lập bảng định tuyến, các gói
tin được chuyển đến trên một giao diện mà có sử dụng cơ chế PBR sẽ được
chuyển tới bảng định tuyến từ đó xác định cơ chế chuyển tiếp đến đầu ra.
Bảng định tuyến được xây dựng từ các trạng thái, các trạng thái này có thể
3.1.2 Định tuyến chính sách (PBR)
48
49
được xem như quyết định chấp nhận hay từ chối. Cụ thể chúng được quy định
các yêu cầu về trễ của lưu lượng có độ nhạy trễ. Các gói tin có độ nhạy
như sau:
trễ thấp sẽ không được đóng gói đa liên kết nhưng được chèn giữa các
Nếu các gói tin không phù hợp với bất cứ kỳ trạng thái nào của bảng
định tuyến thì tất cả các nguyên tắc định tuyến sẽ được áp dụng.
Nếu trạng thái từ chối thì các gói tin sẽ được gửi trở lại và cơ chế định
bản tin được phân mảnh.
MLP (Multiling PPP) cho phép các gói phân mảnh được gửi tới cùng
một trạm đầu xa tại cùng thời điểm thông qua nhiều liên kết điểm điểm.
tuyến dựa trên cơ sở trạm đích (destination-based routting) sẽ được áp
Tải trọng có thể được tính toán ở đầu vào, đầu ra hoặc cả hai để xác
dụng.
định lưu lượng giữa các trạm xác định. MLP có thể phân phối băng
thông theo yêu cầu để giảm thiểu trễ truyền dẫn trên các liên kết WAN.
3.2 Phân mảnh gói dữ liệu ( MLP - Multiling PPP)
Đối với các lưu lượng mà có sự tương tác qua lại như Telnet và VoIP dễ
3.2.2 Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động của LFI được mô tả trong hình 3.2
làm tăng trễ khi mạng xử lý các gói có kích cỡ lớn như lưu chuyển các gói
(FTP) LAN-to-LAN qua mạng WAN. Các gói bị trễ là rất đáng kể khi mà các
gói có kích cỡ lớn này được cùng xếp hàng trong một hàng đợi sẽ dễ gây tắc
nghẽn. Để giải quyết vấn đề này một phương thức phân mảnh được áp dụng
nhằm chia chúng thành các gói có kích cơ nhỏ hơn sau đó mới được sắp xếp
vào hàng đợi.
3.2.1 Các đặc tính phân mảnh dữ liệu
Như đã biết tiêu chuẩn trễ cho phép truyền các gói thời gian thực đặc biệt
là các gói thoại khoảng 150 – 200ms. Với các kỹ thuật truyền bản tin dựa trên
Hình 3.2 Nguyên lý hoạt động của LFI
nền IP khó có thể đáp ứng các dịch vụ thoại do các vấn đề giới hạn băng
thông, đặc biệt là các yêu cầu khắt khe độ trễ thoại cho phép khoảng 150ms.
Lưu lượng đến giao diện bao gồm các gói IP voice và các gói cỡ lớn, Khi
Sự phân mảnh (LFI - Link Fragmentation and Interleaving) làm giảm
chuyển đến giao diện đầu vào các gói sẽ được sắp xếp vào hàng đợi dựa trên
thiểu thời gian trễ trên các liên kết tốc độ thấp bằng cách “chặt” các gói
đặc tính phân loại của gói mỗi gói. Sau khi đã được xếp vào hàng đợi các gói
tin cỡ lớn sau đó chèn các gói tin đòi hỏi trễ nhỏ để truyền đi.
lớn sẽ bị phân mảnh thành các gói nhỏ hơn và chuẩn bị xen kẽ với các gói
LFI cung cấp công cụ cho phép, cắt, tổ hợp lại, sắp xếp bản tin thông
qua nhiều liên kết dữ liệu logic. Các gói cỡ lớn được đóng gói đa liên
kết và phân mảnh thành các gói có kích cỡ nhỏ hơn mà đủ thỏa mãn
thoại IP, các gói này sẽ được gửi đi theo lịch trình của cơ chế hàng đợi được
cấu hình.
Chú ý để đảm bảo đúng thứ tự của các gói tin khi được truyền và thiết lập
