Header Page 1 of 113.
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

HOÀNG TRỌNG THỦY

ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ CHO TRUYỀN
THÔNG ĐA PHƯƠNG TIỆN THỜI GIAN THỰC
TRÊN INTERNET

NGÀNH: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
CHUYÊN NGÀNH: TRUYỀN DỮ LIỆU VÀ MẠNG MÁY TÍNH
MÃ SỐ:

LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

GVHD: PGS TS Nguyễn Đình Việt

Hà Nội - 2016

Footer Page 1 of 113.


Header Page 2 of 113.
LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng đây là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi dưới sự hướng dẫn
giúp đỡ của PGS TS. Nguyễn Đình Việt. Các kết quả được viết chung với các tác giả
khác đều được sự đồng ý của tác giả trước khi đưa vào luận văn. Trong toàn bộ nội dung
nghiên cứu của luận văn, các vấn đề được trình bày đều là những tìm hiểu và nghiên cứu
của chính cá nhân tôi hoặc là được trích dẫn từ các nguồn tài liệu có ghi tham khảo rõ

ràng, hợp pháp.
Trong luận văn, tôi có tham khảo đến một số tài liệu của một số tác giả được liệt kê tại
mục tài liệu tham khảo.
Hà nội, tháng 11 năm 2016
Tác giả luận văn

Hoàng Trọng Thủy

Footer Page 2 of 113.


Header Page 3 of 113.
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành tốt luận văn này, đầu tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và
sâu sắc đến Thầy Nguyễn Đình Việt, người đã tận tình và trực tiếp hướng dẫn tôi trong
suốt quá trình triển khai và nghiên cứu đề tài, tạo điều kiện để tôi hoàn thành luận văn
này.
Thứ hai, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới toàn thể các thầy cô giáo trong
khoa Công nghệ thông tin, trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội đã dạy
bảo tận tình tôi trong suốt quá trình tôi học tập tại khoa.
Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã luôn bên
em cổ vũ, động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn.
Mặc dù đã cố gắng hoàn thành luận văn trong phạm vi và khả năng cho phép nhưng
chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. tôi rất mong được sự góp ý chân thành
của thầy cô và các bạn để tôi hoàn thiện luận văn của mình.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 11 năm 2016
Học viên

Hoàng Trọng Thủy


Footer Page 3 of 113.


Header Page 4 of 113.
MỤC LỤC
Chương 1. GIỚI THIỆU .................................................................................................. 2
1.1. Tổng quan về bộ giao thức TCP/IP và sự phát triển của mạng Internet .............. 2
Giới thiệu chung ..................................................................................................... 2
1.2. Tổng quan về truyền thông đa phương tiện (Multimedia) và chất lượng dịch vụ
(QoS) ........................................................................................................................... 3
1.2.1. Giới thiệu chung về truyền thông đa phương tiện (Multimedia) .................. 3
1.2.2. Giới thiệu chung về chất lượng dịch vụ (QoS) ............................................. 4
1.3. Kiến trúc QoS cở bản ........................................................................................... 8
1.3.1. QoS nhận dạng và đánh dấu ......................................................................... 8
1.3.2. QoS trong một thiết bị mạng ........................................................................ 9
1.4. Các mô hình đảm bảo chất lượng dịch vụ............................................................ 9
1.4.1. Mô hình các dịch vụ được tích hợp IntServ ................................................. 9
1.4.2. Mô hình các dịch vụ phân biệt DiffServ ..................................................... 12
1.5. Kiến trúc DiffServ trong bộ mô phỏng NS2 ...................................................... 17
1.5.1. Router MRED (Milti RED) ........................................................................ 18
1.5.2. Các cơ chế đánh dấu gói tin và chính sách phục vụ ................................... 18
1.5.3. Các cơ chế lập lịch hàng đợi ....................................................................... 20
1.6. Thách thức của việc truyền thông đa phương tiện trên Internet hiện nay.......... 20
1.6.1. Hạn chế của việc truyền thông đa phương tiện hiện nay ............................ 20
1.6.2. Các phương pháp đảm bảo chất lượng dịch vụ trên nền các dịch vụ cố gắng
tối đa (best effort) ................................................................................................. 20
Chương 2. CÁC CHIẾN LƯỢC QUẢN LÝ HÀNG ĐỢI VÀ KHẢ NĂNG ÁP DỤNG
ĐỂ ĐẢM BẢO QOS CHO TRUYỀN THÔNG ĐA PHƯƠNG TIỆN THỜI GIAN
THỰC ............................................................................................................................ 21

2.1. Các chiến lược quản lý hàng đợi truyền thống .................................................. 21
2.1.1. Hàng đợi FIFO (First in first out) ............................................................... 21
2.1.2. Chiến lược hàng đợi ưu tiên PQ ( Priority Queue ) .................................... 22
2.1.3. Chiến lược Packet-Based Round Robin ..................................................... 23
2.1.4. Bộ lập lịch lý tưởng GPS - Generalized Processor Sharing ....................... 24

Footer Page 4 of 113.


Header Page 5 of 113.
2.1.5. Chiến lược Flow-Based Weighted Fair Queuing (WFQ) .......................... 24
2.1.6. Chiến lược Class-Based Weighted Fair Queuing (CBQ) ........................... 27
2.2. CÁC CHIẾN LƯỢC QUẢN LÝ HÀNG ĐỢI ĐỘNG ...................................... 29
2.2.1. Chiến lược quản lý hàng đợi truyền thống và hệ quả ................................. 29
2.2.2. Ưu điểm các chiến lược quản lý hàng đợi động ......................................... 30
2.2.3. Thuật toán RED trong chiến lược quản lý hàng đợi động .......................... 32
2.2.4. Thuật toán A-RED ...................................................................................... 39
2.2.5. Thuật toán RIO ........................................................................................... 41
2.2.6. Thuật toán A-RIO ....................................................................................... 44
Chương 3. ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ ĐẢM BẢO QOS CHO TRUYỀN THÔNG ĐA
PHƯƠNG TIỆN THỜI GIAN THỰC CỦA MỘT SỐ CHIẾN LƯỢC QUẢN LÝ
HÀNG ĐỢI.................................................................................................................... 46
3.1. Đánh giá bằng mô phỏng hiệu quả của thuật toán RED .................................... 46
3.2. Đánh giá bằng mô phỏng việc áp dụng kiến trúc mạng Diffserv có sử dụng
RED ........................................................................................................................... 49
3.2.1. Cấu hình mạng mô phỏng ........................................................................... 50
3.3. Kết luận và hướng nghiên cứu tiếp theo ............................................................ 58
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 59

Footer Page 5 of 113.



Header Page 6 of 113.
DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt Từ hoặc cụm từ

Ý nghĩa

1

ACL

Access Control Lists

Danh sách điều khiển truy cập

2

AF

Assured Forwarding

3

AIMD

STT

4


AQM

5

A-RIO

6

CBQ

Additive-Increase

Tăng theo cấp số cộng, giảm

Multiplicative-Decrease

theo cấp số nhân

Active Queue

Quản lý hàng đợi động

Management
Adaptive – RED with

Thuật toán RED thích nghi với

In/Out bit

bit In/Out


Class-Based Weighted
Fair Queuing

7

CBR

Constant Bit Rate

8

CBS

Committed Burst Size

Kích thước cụm cam kết

9

CIR

Committed Information

Tốc độ thông tin cam kết

Rate

10


CP

Code Point

11

DiffServ

Differentiated Services

Dịch vụ phân biệt

12

EBS

Excess Burst Size

Kích thước cụm vượt mức

13

ECN

Explicit Congestion

Cờ thông báo tắc nghẽn

Notification


14

EF

Expedited Forwarding

15

FIFO

First In First Out

Footer Page 6 of 113.


Header Page 7 of 113.
16

FTP

File Transfer Protocol

Giao thức truyền file

17

IntServ

Integrated Services


Dịch vụ tích hợp

18

IP

Internet Protocol

19

ISP

Internet Service Provider

Nhà cung cấp dịch vụ

20

LAN

Local Area Network

Mạng cục bộ

21

NS

Network Simulator


22

PBS

Peak Burst Size

Kích thước cụm tối đa

23

PIR

Peak Information Rate

Kích thước cam kết tối đa

24

PQ

Priority Queue

Hàng đợi ưu tiên

25

PRI

Priority


26

PHB

Per-Hop Behavior

Đối xử theo chặng

27

QoS

Quality of Service

Chất lượng dịch vụ

Random Early Detection/

Phát hiện sớm ngẫu nhiên, Loại

Random Early Drop

bỏ sớm ngẫu nhiên

28

RED

29


RIO

RED with In/Out bit

30

RIO – C

Rio Coupled

31

RIO - D

Rio DeCoupled

32

RR

Round Robin

33

RSVP

Footer Page 7 of 113.

Resource Revervation


Giao thức dành trước tài

Protocol

nguyên


Header Page 8 of 113.

34

TCP

Transmission Control

Giao thức điều khiển truyền

Protocol

vận
Cửa sổ thời gian trượt

35

TSW

Time Sliding Window

36


UDP

User Datagram Protocol

37

WAN

Wide Area Network

Mạng diện rộng

38

WFQ

Flow-Based Weighted

Hàng đợi luồng có trọng số

39

WIRR

Footer Page 8 of 113.

Fair Queuing

Weighted Interleaved
Round Robin



Header Page 9 of 113.
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1. Sự phát triển của QoS........................................................................................
Hình 1.2. Các kỹ thuật QoS ...............................................................................................
Hình 1.3. Mô hình nguyên lý hoạt động của giao thức RSVP ...........................................
Hình 1.4. Kiến trúc DiffServ đơn giản ..............................................................................
Hình 1.4. Phân loại và đánh dấu gói tin ở router biên .....................................................
Hình 2.1. Cơ chế phục vụ FIFO ........................................................................................
Hình 2.2. Cơ chế phục vụ hàng đợi ưu tiên .......................................................................
Hình 2.3. Cơ chế phục vụ hàng đợi Packet-Based Round Robin ......................................
Hình 2.4. Cơ chế WFQ ......................................................................................................
Hình 2.5. IP Precedence bits .............................................................................................
Hình 2.5. Chia sẻ băng thông trong CBQ .........................................................................
Hình 2.7. Giải thuật tổng quát cho RED gateway.............................................................
Hình 2.8 Giải thuật RED chi tiết .......................................................................................
Hình 2.9. Các tham số thuật toán RED .............................................................................
Hình 2.10. Giải thuật tổng quát cho A-RED gateway .......................................................
Hình 2.11. Giải thuật RIO .................................................................................................
Hình 3.1. Mô phỏng DropTail ...........................................................................................
Hình 3.2. Mô phỏng RED ..................................................................................................
Hình 3.3. Giải thuật RIO ...................................................................................................
Hình 3.4. Topo mạng mô phỏng ........................................................................................
Hình 3.5. So sánh thông lượng các kết nối UDP trường hợp tắc nghẽn ít .......................
Hình 3.6. So sánh kích thước hàng đợi trung bình trường hợp tắc nghẽn ít ....................
Hình 3.7. So sánh độ trễ hàng đợi trung bình trường hợp tắc nghẽn ít ............................

Footer Page 9 of 113.



Header Page 10 of 113.
Hình 3.8 . So sánh thông lược các kết nối UDP trường hợp tắc nghẽn nhiều ..................
Hình 3.9. So sánh kích thước hàng đợi trung bình trường hợp tắc nghẽn nhiều ..............
Hình 3.10. So sánh độ trễ hàng đợi trung bình trường hợp tắc nghẽn nhiều ...................

Footer Page 10 of 113.


Header Page 11 of 113.
DANH SÁCH BẢNG BIỂU

Bảng 3.1.. So sánh RED với DropTail ..............................................................................
Bảng 3.2. Thông kê gói tin trường hợp tắc nghẽn ít .........................................................
Bảng 3.3. Thống kê Từng kết nối Trường hợp tắc nghẽn ít ..............................................
Bảng 3.4. Thông kê gói tin trường hợp tắc nghẽn nhiều ...................................................
Bảng 3.5.. Thống kê Từng kết nối trường hợp tắc nghẽn nhiều ........................................

Footer Page 11 of 113.


Header Page 12 of 113.

1
MỞ ĐẦU

1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Sự phát triển mạnh mẽ của mạng Internet ngày này kéo theo sự sự phát triển của
các ứng dụng trên Internet. Dữ liệu trao đổi trên mạng không chỉ đơn thuần là văn bản

(text) nữa mà thêm vào đó là dữ liệu đa phương tiện (multimedia) bao gồm có hình ảnh
(image), âm thanh (audio), phim, nhạc… Các ứng dụng đa phương tiện phổ biến có thể
kể đến như gọi điện qua mạng (Internet telephony), hội thảo trực tuyến (video
conferencing) hoặc các ứng dụng xem video theo yêu cầu (video on demand) càng ngày
càng được sử dụng rộng rãi. Vấn đề đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) đang trở nên
quan trọng hơn bao giờ hết.
2. MỤC ĐÍCH CỦA LUẬN VĂN
Do sự bùng nổ mạng mẽ của mạng Internet như hiện nay khiến cho dữ liệu vận
chuyển quan mạng Internet trở nên khổng lồ, nhu cầu quá lớn khiến cho việc tắc nghẽn
xảy ra thường xuyên và vấn đề đặt ra là làm sao hạn chế tối đa tắc nghẽn trên mạng
Internet và duy trì sự ổn định cao nhất cho mạng. Các kỹ thuật truyền thống nhằm giảm
thiểu tắc nghẽn trên mạng ngày càng kém hiệu quả. Mục đích của luận văn là nghiên
cứu một giải pháp quản lý và điều khiển nhằm hạn chế tối đa tắc nghẽ trên mạng Internet.
Thay vì sử dụng hàng đợi FIFO truyền thống (Trong bộ mô phỏng NS2 được gọi với cái
tên DropTail) luận văn này sẽ nghiên cứu sâu các chiến lược quản lý hàng đợi động mà
tiêu biểu là RED (Random Early Detection of Congestion; Random Early Drop),
Adaptive-RED, A-RIO (Adaptive – RED with In and Out).
3. BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN
a)

Chương 1: Giới thiệu

b)

Chương 2: Các chiến lược quản lý hàng đợi và khả năng áp dụng để đảm bảo

QoS cho truyền thông đa phương tiện thời gian thực
c)

Chương 3: Đánh giá hiệu quả đảm bảo QoS cho truyền thông đa phương tiện


thời gian thực của một số chiến lược quản lý hàng đợi

Footer Page 12 of 113.


Header Page 13 of 113.

2
Chương 1. GIỚI THIỆU

1.1. Tổng quan về bộ giao thức TCP/IP và sự phát triển của mạng Internet
Giới thiệu chung
Năm 1967 từ một thí nghiệm mạng do Robert L.G đề xuất. ARPA trực thuộc bộ
quốc phòng Mỹ đã kết nối 4 địa điểm đầu tiên vào tháng 7 năm 1967 gồm: Viện nghiên
cứu Standford, Đại học California tại Los Angeles, Đại học tổng hợp Utah và Đại học
California tại Santa Barbara. Đó là mạng WAN đầu tiên được xây dựng được gọi là
ARPANET sau này là mạng Internet [17]
Bộ giao thức TCP/IP chính thức ra đời năm 1983 và được coi là chuẩn đối với
ngành quân sự Mỹ và tất cả các máy tính nối với mạng ARPANET phải sử dụng theo
chuẩn mới này. Sự phát triển như vũ bão khiến cho mọi trường đại học đều muốn gia
nhập vào mạng này và việc quản lý mạng trở nên khó khăn. Chính vì lẽ đó mạng
ARPANET được tách ra thành 2 phần là MILNET và ARPANET mới vào năm 1983,
tuy tách rời nhưng hai mạng này vẫn liên kết với nhau nhờ giao thức liên mạng IP.
Sự ra đời của TCP/IP đánh dấu mốc lịch sử quan trọng và càng ngày càng hiện rõ
điểm mạnh của nó nhất là khả năng liên kết các mạng khác với nhau một cách dễ dàng.
Vào thập kỷ 80 khi hội đồng Khoa học quốc gia Mỹ NSF (Nation Science Foundation)
thành lập mạng liên kết các trung tâm máy tính lới với nhau gọi là NSFNET. Các doanh
nghiệp đã chuyển từ ARPANET sang NSFNET. Sau gần 20 năm hoạt động ARPANET
đã dừng hoạt động vào khoảng năm 1990.

Sự phát triển của backbone NSFNET và những mạng khác đã tạo ra mội trường
thuận lợi cho sự phát triển của Internet. Năm 1995 NSFNET thu lại thành một mạng
nghiên cứu và Internet thì tiếp tục phát triển. Cùng với khả năng kết nối mở Internet đã
trở thành một mạng lớn nhất thế giới, mạng của các mạng xuất hiện trong mọi linh vực
thương mại, chính trị, quân sự, xã hội… Ngày nay khi cơ sở hạ tầng của mạng Internet
được nâng cao đã làm cho nhu cầu của các ứng dụng đa phương tiện qua mạng tăng lên
nhanh chóng.

Footer Page 13 of 113.


Header Page 14 of 113.

3

1.2. Tổng quan về truyền thông đa phương tiện (Multimedia) và chất lượng dịch
vụ (QoS)
1.2.1. Giới thiệu chung về truyền thông đa phương tiện (Multimedia)
Trước đây, khi mà Internet chủ yếu là truyền data thì người ta không cần quan tâm
đến việc phân biệt và ưu tiên cho các gói tin bởi vì lúc này băng thông mạng và các tài
nguyên khác đủ để cung cấp cho các ứng dụng trong mạng, vì vậy các ISPs sẽ cung cấp
cho khách hàng của họ dịch vụ theo kiểu “Cố gắng tối đa” (Best-Effort - BE) khi đó tất
cả các khách hàng sẽ được đối xử như nhau họ chỉ khác nhau ở loại kết nối. Đây là dịch
vụ phố biến trên mạng Internet hay mạng IP nói chung. Các gói thông tin được truyền
đi theo nguyên tắc “đến trước được phục vụ trước” mà không quan tâm đến đặc tính lưu
lượng của dịch vụ là gì. Điều này dẫn đến rất khó hỗ trợ các dịch vụ đòi hỏi độ trễ thấp
như các dịch vụ thời gian thực hay video. Cho đến thời điểm này, đa phần các dịch vụ
được cung cấp bởi mạng Internet vẫn sử dụng nguyên tắc Best Effort này.
Dữ liệu truyền thông trên mạng Internet thường được chia làm 2 loại chính là dữ
liệu dạng tĩnh và dữ liệu dạng động. Các ứng dụng trên Internet truyền thống như Web,

email, file tranfer thường truyền dữ liệu dạng tĩnh. Dữ liệu được truyền một cách nhanh
nhất có thể. Tuy nhiên trộ trễ đầu cuối có thể lên tới 10s hoặc hơn vẫn chấp nhận được.
Dữ liệu động ở đây thường là Audio hoặc Video và các ứng dụng truyền thông loại
dữ liệu trên được gọi chung là ứng dụng đa phương tiện. Loại dữ liệu này rất nhạy cảm
với độ trễ nhưng lại cho phép sự mất mát gói tin trong một ngưỡng chấp nhận được.
Tính chất hoàn toàn trái ngược với các ứng dụng truyền thống nên nó đòi hỏi chất lượng
dịch vụ khác hoàn toàn với các ứng dụng truyền thống. Tùy theo từng yêu cầu về chất
lượng dịch vụ có thể chia ứng dụng đa phương tiện thành 3 lớp cơ bản sau:
 Truyền audio và video đã được lưu trữ
 Truyển audio và video thời gian thực
 Ứng dụng tương tác audio và video thời gian thực

Footer Page 14 of 113.


Header Page 15 of 113.

4

1.2.2. Giới thiệu chung về chất lượng dịch vụ (QoS)
Quality of Service – QoS: chỉ khả năng cung cấp các dịch vụ mạng cho một lưu
lượng nào đó. Mục đích chính là điều khiển băng thông, độ trễ và jitter. Giảm độ trễ,
giảm tỉ lệ mất mát gói tin cho các ứng dụng thời gian thực và tương tác trong khi vẫn
đảm bảo phục vụ tốt cho các luồng dữ liệu khác.
Theo khuyến nghị của CCITT, E800 đưa ra một tính chất chung qua QoS: “Hiệu
ứng chung của đặc tính chất lượng dịch vụ là xác định mức độ hài lòng của người sử
dụng đối với chất lượng dịch vụ”
Khuyến nghị ETR300003 của ETSI chia và cải tiến định nghĩa của ITU thành các
định nghĩa nhỏ hơn, nó phù hợp với các yêu cầu và quan điểm của các nhóm khác nhau
trong viễn thông đó là:

 Yêu cầu QoS của người sử dụng.
 Đề nghị QoS của nhà cung cấp dịch vụ.
 Sử cảm nhận QoS từ khách hàng.
 Việc thực hiện QoS của nhà cung cấp dịch vụ.
 Yêu cầu QoS của nhà cung cấp dịch vụ.
Như vậy một cách tổng quan QoS mang ý nghĩa là “Khả năng của mạng đảm bảo
và duy trì các mức thực hiện nhất định cho mỗi ứng dụng theo như yêu cầu đã chỉ rõ của
mỗi người sử dụng”. Một ý trong định nghĩa này chính là chìa khóa để hiểu được QoS
là gì từ góc nhìn của nhà cung cấp mạng. Nhà cung cấp dịch vụ mạng đảm bảo QoS
cung cấp cho người sử dụng và thực hiện các biện pháp duy trì mức QoS khi điều kiện
mạng thay đổi vì các nguyên nhận như tắc nghẽn, hỏng hóc thiết bị hay lỗi đường truyền
v. v… QoS cần được cung cấp cho mỗi ứng dụng để người sử dụng có thể chạy ứng
dụng đó tuy nhiên người sử dụng cũng cần phải tìm hiểu các thông tin từ người quản trị
để hiểu mạng phải cung cấp những gì cần thiết cho mỗi sứng dụng.
Đảm bảo chất lượng dịch vụ thường phụ thuộc nhiều vào tài nguyên của hệ thống,
việc quản lý tài nguyên đó bao gồm có:
 Tính toán hiệu suất sử dụng tài nguyên
 Dành tài nguyên cho dịch vụ

Footer Page 15 of 113.


Header Page 16 of 113.

5

 Lập lich truy cập tài nguyên

Hình 1.1: Sự phát triển của QoS
Các tham số QoS chính liên quan đến mạng bao gồm:

a) Độ trễ (Delay): là thời gian truyền 1 gói tin từ nguồn tới đích, nó phụ thuộc vào
tốc độ truyền tin. Tốc độ truyền tin càng lớn thì độ trễ càng nhỏ và ngược lại. Delay
liên quan chặt chẽ tới băng thông. Với các ứng dụng giới hạn băng thông thì băng
thông càng lớn độ trễ càng nhỏ.
b) Thông lượng (Throughput): là khả năng truyền tin được tính bằng tổn số đơn vị
dữ liệu truyền được trong 1 đơn vị thời gian ví dụ: packet/s
c) Jitter: là sự biến thiên độ trễ. Thông số QoS jitter thiết lập giới hạn lên lượng biến
đổi của độ trễ mà một ứng dụng có thể gặp phải trên mạng. Một cách chính xác
hơn thì jitter được xem như là biến động trễ.
Jitter theo lý thuyết có thể là một giá trị tương đối hoặc tuyệt đối. Ví dụ nếu trễ
mạng cho một ứng dụng được thiết lập là 100ms, jitter có thể đặt là cộng trừ 10%
độ trễ. Theo đó độ trễ đảm bảo phải dao động trong khoảng từ 90ms đến 110ms.
Mặt khác nếu giá trị jitter là 5ms thì độ trễ phải dao động trong khoảng từ 95ms
đến 105ms. Các ứng dụng nhạy cảm nhất với jitter là các ứng dụng thời gian thực

Footer Page 16 of 113.


Header Page 17 of 113.

6

như voice, video streaming nhưng lại không quan trọng đối với các ứng dụng như
web hoặc truyền file qua mạng…
Đây là vấn đề cố hữu trọng mạng chuyển mạch gói do cơ chế định tuyến và chuyển
mạch các gói tin trong mạng của cùng một luồng có thể đi theo nhiều đường khác
nhau để đến đích khi đó độ trễ của các gói tin nay là khác nhau dẫn tới việc jitter
là không thế nào tránh khỏi.
d) Tỉ lệ mất gói tin (Packet loss ratio): là số đơn vị gói tin bị mất trong một đơn vị
thời gian, đây là một tham số QoS không thường xuyên được nói đến. Bản chất

của Internet hiên nay vẫn dựa trên nền “BE” thế nên việc mất gói tin là không tránh
khỏi. Chính vì thế tham số QoS Packet loss không nên định rõ một giới hạn trên
đối với anh hưởng của lỗi mà nên cho phép người sử dụng xác định xem có lựa
chọn cách sửa lỗi bằng việc truyền lại không hoặc các cơ chế khắc phục khác.
e) Độ khả dụng (Đáng tin cậy): Các mạng tồn tại để phục vụ người sử dụng , tuy
nhiện mạng cần có các biện pháp bảo dưỡng và phòng người trước các tình huống
hỏng hóc tiềm tàng được phát hiện và dự đoán trước. Một chiến lược đúng đắn
bằng cách định kì tách các thiết bị ra khỏi mạng và thực hiện các công việc bảo
dưỡng và chẩn đoán trong một thời gian gnawns để có thể giảm thời gian ngưng
hoạt động do hỏng hóc. Thậm chí với biện pháp bảo dưỡng hoàn hảo nhất cũng
không thể tránh được các lỗi không tiên đoán trước và các lỗi nghiêm trọng của
các thiết bị và kết nối theo thời gian.
Việc bảo trì mạng dữ liệu trở nên đơn giản hơn, hầu hết mạng dữ liệu sinh ra dành
cho kinh doanh thường là từ 8h sáng đến 6h chiều từ thứ 2 đến thứ 6. Các hoạt
động bổ trở hoặc bảo trì có thể được thực hiện ngoài giờ hoặc trong các ngày nghỉ.
Internet và web đã thay đổi tất cả, một mạng toàn cầu phải giải quyết được vấn đề
rằng thực sự có một số người luôn cố gắng truy nhập vào mạng tại một số địa điểm
và thậm chí Internet còn có ích cho một số người vào giờ ngoài hành chính hơn.
Một năm có 31.536.000 giây, giả thiết rằng độ khả dụng của một mạng là 99% thì
điều này có nghĩa rằng nhà cung cấp dịch vụ có 315.360 giây hay 87,6 giờ mạng
không hoạt động trong 1 năm. Khoảng thời gian này là tương đối lớn. Nếu giá trị
này 99,99% thì sẽ tốt hơn nhiều. Tất nhiên nhà cung cấp dịch vụ cần nhiều cơ chế

Footer Page 17 of 113.


Header Page 18 of 113.

7


dự phòng và khắc phục lỗi để đảm bảo độ sẵn sàng của mạng càng cao. Ngày ngay
QoS khả dụng của mạng thường khoảng 99,995%
f) Bảo mật: Đây là một tham số mới trong danh sách các tham số QoS nhưng lại là
một tham số quan trọng, thực tế trong một số trường hợp độ bảo mật có thể được
xét ngay sau băng thông. Gầy đây sự đe dọa rông rãi của các hacker và sự lan tràn
virus trên mạng Internet toàn cầu thì tham số này càng trở nên quan trọng hơn. Hầu
hết vấn đề bảo mật liên quan tới tính riêng tư, tự tin cậy và xác nhận Server –
Client. Các vấn đề bảo mật thường được gắn với một vài hình thức của phương
pháp mật mã như mã hóa giữ liệu và giải mã. Các phương pháp trên mạng cũng
được sử dụng như xác thực (Authentication). Một tham số QoS bảo mật điển hình
có thể là “Mã hóa và xác thực đòi hỏi trên tất cả các luồn lưu lượng”. Ngày nay
tầm quan trọng của bảo mật như một tham số QoS là rất lớn không thể đánh giá
hết được
g) Ngoài ra còn một số tham số như “Kích thước mất tin” hoặc “độ tin cậy”

Hình 1.2: Các kỹ thuật QoS

Footer Page 18 of 113.


Header Page 19 of 113.

8

Mức QoS:
 Best-Effort: Đây là mức thấp nhất, dịch vụ kết nối không đảm bảo đặc trưng bởi
hàng đợi FIFO, không có sự phân loại giữa các luồng dữ liệu
 QoS Cứng: là sự đặt trước tài nguyên phục vụ cho một luồng dữ liệu xác định
trước thường được cung cấp bởi giao thức RSVP và CBR có trong kiến trúc
IntServ

 QoS Mềm: trong kiến trúc mạng phân loại (Differentiated service) dựa trên sự
phân loại các luồng dữ liệu theo nhiều mức ưu tiên thì một luồng dữ liệu nào đó
sẽ được ưu tiên phục vụ tốt hơn các luồn còn lại.
Việc lựa chọn loại dịch vụ nào để triển khai trong mạng phụ thuộc vào các yếu tố sau:
 Ứng dụng hoặc tính chất của bài toán cần giải quyết
 Chi phí cho cài đặt và triển khai dịch vụ
1.3. Kiến trúc QoS cở bản
QoS cơ bản bảo gồm có 3 phần chính
 Định dạng QoS và các kỹ thuật đánh dấu cho phép QoS phối hợp từ điểm đầu tới
điểu cuối giữa từng thành phần mạng.
 QoS trong từng thành phần mạng đơn (Các chiến lược, công cụ quản lý, lập lịch
hàng đợi).
 Các chính sách điều khiển QoS giám sát lưu lượng đầu cuối qua mạng
1.3.1. QoS nhận dạng và đánh dấu
Điểm cơ bản trong việc đảm bảo chất lượng cho các dịch vụ trên Internet là việc
ta nhận dạng, phân loại và đánh dấu được từng mức ưu tiên cho các dịch vụ để cung cấp
các chính sách phục vụ ưu tiên cho các lớp lưu lượng cũng như dịch vụ có độ ưu tiên
cao hơn các lớp còn lại. Điều này thường được thực hiện bằng cách dựa vào các trường
trong tiêu đều gói tin IP như: IP nguồn, Ip đích, Port nguồn, Port đích, hoặc các giá trị
trong trường Type Of Service…

Footer Page 19 of 113.


Header Page 20 of 113.

9

1.3.2. QoS trong một thiết bị mạng
QoS trong một thiết bị mạng thường bao gồm các cơ chế sau:

a) Quản lý tắc nghẽn: do sự phát triển của mạng Internet kéo theo sự phát triển mạnh
mẽ của các ứng dụng đa phương tiên thời gian thực, các ứng dụng này thường có
lưu lượng dữ liệu bùng nổ lớn khiến cho mạng thường xuyên xảy ra tắc nghẽn.
Nếu tắc nghẽn xảy ra thì các router sẽ phản ứng như thế nào để giảm thiểu tác hại
của tắc nghẽn.
b) Quản lý hàng đợi: Vì kích thước của hàng đợi không vô hạn và độ dài của hàng
đợi tỉ lệ với độ trễ của gói tin vậy nên cần có cơ chế quản lý hàng đợi hợp lý sao
cho lượng gói tin bị drop và độ trễ hàng đợi của gói tin là chấp nhận được cũng
như khả năng hấp thu các lưu lượng đột biệt của hàng đợi
c) Hiệu suất đường truyền: router phải có các cơ chết kết hợp để đạt được hiệu suất
đường truyền cao nhất nhằm tránh lãng phí đường truyền, mặt khác cũng cần
phải cân bằng với các tham số QoS khác như độ trễ và tỉ lệ mất gói tin.
1.4. Các mô hình đảm bảo chất lượng dịch vụ
1.4.1. Mô hình các dịch vụ được tích hợp IntServ
Mô hình IntServ (Integrated Services) được IETF (Internet Engineering Task
Force) giới thiệu vào giữa thập niên 90 và được định nghĩa trong RFC (Request For
Comments) 1633. Mô hình này nhằm cung cấp khả năng đảm bảo chất lượng dịch vụ
cho một số luồng lưu lượng bằng cách đặt trước tài nguyên từ nguồn tới đích thông qua
giao thức đặt trước tài nguyên RSVP. IntServ đưa ra khả năng cho các ứng dụng lụa
chọn trong nhiều khả năng các mức điều khiển cho các gói dữ liệu, hỗ trợ QoS theo
luồng. Nó yêu cầu kiến trúc phức hợp bao gồm phân loại, xếp hang và định trình dọc
theo một tuyến đường truyền bất kỳ từ nguồn tới đích. IntServ phát triển dựa trên nền
BestEfford Internet nhưng mở rộng cho các ứng dụng tương tác và thời gian thực.
IntServ hỗ trợ cho hai lớp ứng dụng:
Các ứng dụng thời gian thực có yêu cầu chặt chẽ về băng thông và độ trễ mà người
sử dụng không có được ở mạng chỉ hỗ trợ BestEffort

Footer Page 20 of 113.



Header Page 21 of 113.

10

Các ứng dụng truyền thống mà trong đó người sử dụng không phải quan tâm đến
lưu lượng cũng những người sử dụng khác, khi đó mạng được xem như mạng BestEffort
có mức tải thấp.
Nguyên lý căn bản của mô hình IntServ là dành riêng tai nguyên mạng: băng thông,
độ trễ,… cho từng luồng dữ liệu xuyên suốt từ nguồn phát cho tới đích. Tài nguyên này
không được chiếm dụng cho bất cứ một luồng dữ liệu nào khác, vì tài nguyên bị chiếm
dụng nhưng nếu không được sử dụng nó sẽ dẫn tới việc lãng phí tài nguyên. Sự ra đời
của kiến trúc IntServ nhằm giải quyết các vấn đề sau:
 Dịch vụ BestEfford không còn dủ đáp ứng nhu cầu sử dụng hàng ngày: Ngày càng
có nhiều ứng dụng khác nhau và có yêu cầu khác nhau về đặc tính lưu lượng được
triển khai, đồng thời người sử dụng cũng yêu cầu chất lượng ngày càng cao hơn
 Sự xuất hiền ngày càng nhiều của các ứng dụng đa phương tiện: 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 voice, data cho đến video
 Tối ưu hóa hiệu suất sử dụng mạng và tài nguyên mạng: đảm bảo hiệu quả sử dụng
và đầu tư. Tài nguyên mạng sẽ được lưu trữ cho lưu lượng có độ ưu tiên cao hơn
 Cung cấp dịch vụ tốt nhất cho một lớp người sử dụng.
Các mức QoS được cung cấp bởi IntServ bao gồm:
 Dịch vụ BestEffort
 Dịch vụ đảm bảo GS (Guaranteed Service)
 Dịch vụ kiểm soát tải CL (Controlled Load)
Giao thức dành trước tài nguyên RSVP
RSVP là giao thức giành tài nguyên là giao thức được sử dụng bởi Intserv được đề
cập trong RFC2205, tự động cập nhật tình trạng đường truyền khi có lỗi xảy ra. RSVP
là giao thức điều khiển Internet được thiết kế để cài đặt chất lượng dịch vụ trên mạng IP
(RSVP không phải chỉ sử dụng dành riêng với mô hình Intserv). Về tổng quát, giao thức

RSVP hoạt động như sau: Khi một node nào đó gửi dữ liệu, nó gửi một bản tin RSVP
qua các node trung gian tới nút nhận, bản tin này chứa đặc điểm lưu lượng sẽ gửi, đặc
điểm của các node mạng trên đường đi. Node nhận sau khi nhận được thông điệp, căn
cứ vào đặc điểm lưu lượng và đặc điểm đường đi, sẽ gửi lại một thông điệp để đăng ký

Footer Page 21 of 113.


Header Page 22 of 113.

11

tài nguyên tại các node trung gian trên đường đi đó. Nếu việc đăng ký thành công, node
gửi bắt đầu truyền dữ liệu. Nếu không, thông điệp đi đến node gửi sẽ báo lỗi.
RSVP có thể mang dịch vụ yêu cầu và đáp ứng tương ứng của thành phần chấp
nhận luồng từ máy tính tới router, từ router tới router và từ router tới máy đích (hoặc
nhiều một máy). RSVP sử dụng 6 thông điệp, “Path” và “Resv”. Thông điệp Resv mang
tham số dịch vụ. Thông điệp Path bắt đầu từ nguồn và được gửi tới đích. Mục đích chính
của nó là để router biết trên kết nào sẽ chuyển tiếp thông điệp giành tài nguyên (nó cũng
bao gồm định nghĩa về đặc điểm lưu lượng của luồng). Thông điệp Error được sử dụng
khi việc giành tài nguyên thất bại. RSVP không phải là một giao thức định tuyến do đó
nó không cần xác định liên kết nào sẽ được dùng để giành trước mà nó dựa vào các giao
thức định tuyến bên dưới để xác định tuyến đường cho một luồng. Một khi tuyến đường
được xác định, RSVP bắt đầu thực hiện việc giành trước tài nguyền. Trong suốt quá
trình thiết lập để giành tài nguyên, RSVP phải được thông qua mô đun điều khiển về
chính sách và mô đun quản lý về việc chấp nhận tuyến đường. Mô đun điều khiển về
chính sách xác định xem người dùng có đủ thẩm quyền để giành được nguồn tài nguyên
hay không. Thành phần chấp nhận tuyến đường xác định xem nút đó có đủ tài nguyên
để cung cấp cho yêu cầu QoS hay không. Nếu cả hai bước kiểm tra đều tốt, các tham số
được thiết lập trong bộ phân loại gói và trong bộ lập lịch để đạt được QoS mong muốn.

Tiến trình này được thực hiện tại mọi router và máy tính dọc theo tuyến đường. Nếu có
xảy ra lỗi, thông điệp RSVP Error được tạo và quảng bá cho mọi nút.

Hình 1.3: Mô hình nguyên lý hoạt động của giao thức RSVP
Theo hình 1.1, máy gửi gửi bản tin PATH (mô tả thông tin truyền thông qua địa
chỉ IP nguồn và địa chỉ IP đích theo chiều đi) đến máy nhận để yêu cầu dành trước tài
nguyên và thiết lập một luồng truyền thông. Máy nhận nhận được bản tin PATH sẽ gửi

Footer Page 22 of 113.


Header Page 23 of 113.

12

lại máy gửi bản tin RESV (mô tả thông tin truyền thông qua địa chỉ IP nguồn và địa chỉ
IP đích theo chiều về) để thiết lập và duy trì việc dự trữ tài nguyên. Khi đi qua các router,
dựa vào hai bản tin PATH và RESV, các router đăng ký nhận dạng luồng và lưu đặc
tính luồng vào cơ sở dữ liệu.
Nếu bản tin PATH lỗi thì bản tin PathErr sẽ được sử dụng để thông báo. Tương tự,
RSVP sử dụng bản tin ResvErr để thông báo lỗi cho bản tin RESV. Bên cạnh đó, RSVP
còn dùng hai bản tin PathTear và ResvTear. PathTear sử dụng để xóa bỏ tài yêu cầu
dành tài nguyên theo hướng đi đã được thiết lập. Tương tự, ResvTear sử dụng để xóa bỏ
tài yêu cầu dành tài nguyên theo hướng về.
Tại mỗi node mạng, yêu cầu dự trữ tài nguyên gồm 2 hoạt động:
 Dự trữ tài nguyên tại một node mạng.
 Chuyển tiếp yêu cầu dự trữ tài nguyên cho các node khác còn lại trên mạng. Trong
môi trường truyền đa hướng (một máy nhận dữ liệu từ nhiều máy gửi, một máy
gửi dữ liệu tới nhiều máy nhận) các yêu cầu dự trữ tài nguyên được chuyển sang
một node khác khi node trước đó đã đáp ứng việc dự trữ các yêu cầu tài nguyên.

Một đặc điểm quan trọng của RSVP là việc giành tài nguyên được thực hiện bởi
“trạng thái mềm”. Có nghĩa là trạng thái giành tài nguyên có liên quan tới một bộ định
thời, và khi bộ định thời hết hạn, việc giành trước tài nguyên được loại bỏ. Nếu nơi nhận
muốn lưu lại trạng thái giành tài nguyên nào, nó phải đều đặn gửi các thông điệp giành
tài nguyên. Nơi gởi cũng phải thường xuyên gửi các thông điệp này. RSVP được thiết
kế dành cho kiến trúc Intserv nhưng vai trò của nó cũng được mở rộng cho giao thức
báo hiệu trong MPLS
1.4.2. Mô hình các dịch vụ phân biệt DiffServ
Sự phát triển mạnh mẽ của mạng Internet và hạ tầng mạng trong những năm gần
đây, ngày càng nhiều các tổ chức tham gia cung cấp các dịch vụ Intenet với nhiều loại
hình gói cước khác nhau, đáp ứng nhu cầu của nhiều người dùng khác nhau tùy theo khả
năng chi trả. Lượng dữ liệu vận chuyển trên Internet ngày càng tăng, để đáp ứng thực tế

Footer Page 23 of 113.


Header Page 24 of 113.

13

đó ngoài sự phát triển mạnh về phần cứng hạ tầng mạng đặc biệt là băng thông mạng,
điều quan trọng hơn là phải có những chính sách phục vụ tốt hơn tại các nút mạng.

Hình 1.4: Kiến trúc DiffServ đơn giản
Trong quá trình triển khai đảm bảo chất lượng dịch vụ cho các ứng dụng đa phương
tiện thời gian thực trên Internet, mặc dù kiến trúc IntServ đảm bảo cung cấp QoS một
cách chắc chắn nhưng lại chứa khá nhiều nhược điểm như khả năng mở rộng (scalability)
trong core network hoặc chi phí cao, cài đặt phức tạp và khó quản lý ở router vì nó phản
đảm nhiệm rất nhiều việc dẫn tới làm chậm tốc độ truyền dữ liệu và gia tăng độ trễ endto-end. Điều này đã tạo ra động lực cho các nghiên cứu rộng hơn để phát triển một giải
pháp cung ứng QoS phi trạng thái (stateless), đó là kiến trúc Diffserv (Differentiated

services). DiffServ trở thành giải pháp QoS thứ 2 của IETF. Diffserv trái ngược với
Intserv là dựa trên từng luồng dữ liệu, nó phân loại các gói thành một số lượng không
lớn các tập (gọi là các lớp) và do đó đạt được hiệu quả cho các mạng lớn. Các chức năng
đơn giản được thực hiện tại router lõi, trong khi các chức năng phức tạp được triển khai
tại các router biên. Tính linh động rất là cần thiết vì dịch vụ mới có thể xuất hiện và một

Footer Page 24 of 113.


Header Page 25 of 113.

14

số dịch vụ trở lên lỗi thời. Kiến trúc DiffServ khắc phục được những nhược điểm của
kiến trúc IntServ vì có tính khả triển cao. Tuy nhiên để đáp ứng được các nhu cầu đa
dạng của ứng dụng trên thực tế kiến trục được triển khai phải đi kèm các thuật toán quản
lý lưu lượng trên đó.
Các giải thuật quản lý lưu lượng có thể được phân loại theo thời gian hoạt động
của chúng hay theo khả năng điều khiển. Do đó, các giải thuật này có thể hoạt động theo
mức gói hay khối dữ liệu hay kết nối. Các nguyên lý phục vụ gói là ví dù về các giải
thuật theo mức gói hya khối số liệu, với nhiệu vụ cung cấp các phẩm chất giữa hai đầu
cưới thông qua biện pháp phân loại và lập lịch lưu lượng. Trong số các giải pháp điều
khiên lưu lượn theo từng cuộc gọi hay từng kết nối thì điểu khiển chấp nhận (admission
control) là một trong số các giải pháp phổ dụng nhất. Tùy theo vị trí hoạt động mà có
thể là tấp trung hay phân tán. Đại diện tiêu biểu cho điều khiển chấp nhận nối phân tán
là giao thức RSVP.
Nguyên lý hoạt động của mô hình DiffServ như sau: Các gói tin được phân loại ra
thành nhiều nhóm ưu tiên từ thấp đến cao tùy theo đặc điểm của từng dịch vụ, thiết bị
sẽ tiến hành cung cấp tài nguyên theo từng nhóm, nhóm nào có thứ tự cao hơn thì sẽ
được cung cấp quyền được sử dụng tài nguyên ưu tiên hơn, tài nguyên sẽ được các nhóm

thấp hơn dùng nếu nhóm trên không sử dụng nữa. Tất cả các quá trình này sẽ được thực
hiện riêng lẻ trên từng thiết bị.
Cấu trúc DiffServ
Cấu trúc của mô hình DiffServ bao gồm nhiều class lưu lượng cho từng dịch vụ cụ
thể và mỗi class được cung cấp một lượng tài nguyên xác định. Để phân biệt các class,
DiffServ sử dụng một thông tin gọi là điểm mã phân biệt dịch vụ DSCP (Differentiated
Service Code Point). DSCP có tiền thân là vùng ToS (Type of Service) trong IP header.
Trong kiến trúc DiffServ chia thành 2 thành phần chính là phần biên và mạng lõi.
 Mạng biên: có nhiệm vụ phân loại gói tin và điều kiển lưu lượng, Vị trí này có thể
là một nguồn lưu lượng có cài đặt chính sách phân loại gói tin hoặc router hỗ trợ
DiffServ đầu tiên (router biên). Tại biên mạng này các gói tin sẽ được đánh dấu
vào trường Diffierentiated Service (DS) trong header của các gói tin một giá trị
nào đó gọi là Code Point (CP). Các lớp lưu lượng khác nhau sẽ được đánh dấu với

Footer Page 25 of 113.