LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan khóa luận tốt nghiệp: “Quản lí chất lƣợng dịch vụ
mạng IP” là cơng trình nghiên cứu của bản thân dƣới sự hƣớng dẫn của Th.S
Nguyễn Thanh Tuấn. Những phần sử dụng tài liệu tham khảo trong Khóa luận
đã đƣợc nêu rõ trong thƣ mục tài liệu tham khảo. Các số liệu, kết quả trình
bày trong Khóa luận là hồn tồn trung thực, nếu sai tơi xin chịu hồn tồn
trách nhiệm và chịu mọi kỉ luật của khoa và nhà trƣờng đề ra.

Đà Nẵng ngày 1 tháng 6 năm 2013
Tác giả

Nguyễn Ngọc Sỹ


LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong khoa Tin học,
Trƣờng Đại học Sƣ phạm Đà Nẵng đã tạo điều kiện cho tôi đƣợc làm Khóa
luận tốt nghiệp này, đây là một cơ hội tốt để tơi có thể thực hành các kỹ năng
đƣợc học trên lớp và cũng giúp ích rất lớn để tơi ngày càng tự tin về bản thân
mình hơn.
Để có thể hồn thành tốt Khóa luận này, tơi xin gửi lời cảm ơn chân
thành nhất tới Th.S Nguyễn Thanh Tuấn, ngƣời đã hƣớng dẫn tận tình và giúp
đỡ tơi rất nhiều trong q trình thực hiện Khóa luận của mình.
Tơi cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến tồn thể bạn bè, ngƣời thân,
gia đình những ngƣời đã luôn bên cạnh tôi, cổ vũ tinh thần lớn lao và đã ủng
hộ tôi trong suốt thời gian qua.

Đà Nẵng ngày 1 tháng 6 năm 2013
Tác giả

Nguyễn Ngọc Sỹ


MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU .................................................................................................. 5
1. Lý do chọn đề tài ........................................................................................... 5
2. Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu .................................................................... 6
3. Nhiệm vụ nghiên cứu .................................................................................... 6
4. Phƣơng pháp nghiên cứu............................................................................... 6
5. Bố cục đề tài .................................................................................................. 6
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MƠ HÌNH TCP/IP .................................. 8
I. MƠ HÌNH THAM CHIẾU TCP/IP ........................................................... 8
1.1 Lịch sử ra đời và các khái niệm .................................................................. 8
1.2 Vai trị của mơ hình tham tham chiếu TCP/IP ............................................ 8
1.3 Các tầng của mơ hình tham chiếu TCP/IP .................................................. 9
1.3.1 Application Layer (tầng ứng dụng) .......................................................... 9
1.3.2 Transport Layer (tầng giao vận)............................................................. 10
1.3.3 Internet Layer (tầng mạng) .................................................................... 11
1.3.4 Network Interface Layer (Tầng giao diện mạng) .................................. 12
1.4 Các bƣớc đóng gói dữ liệu trong mơ hình TCP/IP ................................... 12
1.4.1 Các gói tin IP .......................................................................................... 12
1.4.2 Các bƣớc đóng gói dữ liệu ..................................................................... 14
1.5 So sánh mơ hình TCP/IP và mơ hình OSI ................................................ 14
CHƢƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ QoS .......................................................... 16
I. TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ QoS ............................... 16
1.1 Giới thiệu chung về QoS ........................................................................... 16
1.2 Khái niệm QoS .......................................................................................... 17
1.3 Các tham số QoS ....................................................................................... 17
1.3.1 Băng thông (Bandwidth) ........................................................................ 17



1.3.2 Trễ (Delay) ............................................................................................. 18
1.3.3 Biến động trễ (Jitter) .............................................................................. 18
1.3.4 Độ tin cậy (tính sẵn sàng) ...................................................................... 19
1.3.5 Mất gói (Packet loss).............................................................................. 20
1.3.6 Bảo mật (Security) ................................................................................. 21
1.4 Đặc tính kỹ thuật của QoS ........................................................................ 22
CHƢƠNG 3. CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ MẠNG IP ................................. 24
I. CÁC MƠ HÌNH CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ PHỔ BIẾN ..................... 24
1.1 Mơ hình tích hợp dịch vụ IntServ (Intergrated Service) ........................... 24
1.1.1 Tổng quan về mơ hình IntServ ............................................................... 24
1.1.2 Ngun lý hoạt động của mơ hình IntServ ............................................ 24
1.1.3 Giao thức dành trƣớc tài ngun RSVP (Resource Reservation Protocol).... 25
1.3 Mơ hình phân biệt dịch vụ DiffServ (Differential Service) ...................... 28
1.3.1 Tổng quan về mơ hình DiffServ ............................................................ 28
1.3.2 Ngun lý hoạt động của mơ hình DiffServ .......................................... 29
1.3.3 Một số ngun tắc của mơ hình DiffServ .............................................. 29
II. CÁC KỸ THUẬT ĐẢM BẢO CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ MẠNG IP..... 30
2.1 Kỹ thuật đo lƣu lƣợng và màu hóa lƣu lƣợng ........................................... 30
2.2 Kỹ thuật lập lịch cho gói tin ...................................................................... 36
2.3 Kỹ thuật chia cắt lƣu lƣợng ....................................................................... 37
2.4 Kỹ thuật quản lý hàng đợi tích cực ........................................................... 39
III. QUẢN LÝ NGHẼN VÀ TRÁNH NGHẼN .......................................... 41
3.1 Khái niệm hàng đợi trong Router của Cisco ............................................. 42
3.2 Các công cụ hàng đợi ................................................................................ 42
3.2.1 Hàng đợi FIFO ....................................................................................... 42
3.2.2 Hàng đợi ƣu tiên (PQ – Piority Queue) ................................................. 43
3.2.3 Hàng đợi yêu cầu (CQ – Custom Queue) .............................................. 43



3.2.4 Hàng đợi theo trọng số (WFQ - Weighted Fair Queue) ........................ 44
3.2.5 Hàng đợi theo trọng số dựa trên các lớp CBWFQ và hàng đợi độ trễ
thấp LLQ. ........................................................................................................ 46
CHƢƠNG 4. TRIỂN KHAI MƠ HÌNH ..................................................... 48
I. GIỚI THIỆU VỀ MƠ HÌNH BÀI LAB .................................................. 48
1. Cấu hình địa chỉ IP ...................................................................................... 49
2. Cấu hình định tuyến OSPF.......................................................................... 50
3. Cấu hình QoS .............................................................................................. 51
KẾT LUẬN .................................................................................................... 57
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 58


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Cấu trúc gói tin TCP ........................................................................ 10
Hình 1.2 Cấu trúc gói tin UDP [9] .................................................................. 11
Hình 1.3 Gói dữ liệu giao thức IP [10]………………………………………11
Hình 1.4 Header của gói tin IPv4 .................................................................... 13
Hình 1.5 Header của gói tin IPv6……………………………………………13
Hình 1.6 Sự hoạt động mơ tả theo mơ hình TCP/IP [9]……………………..14
Hình 1.7 Mơ hình: TCP/IP và OSI .................................................................. 14
Hình 2.1: Packets cuối cùng sẽ bị drop theo cơ chế tail drop. ....................... 20
Hình 3.1 Nguyên lý hoạt động của RSVP [4] ................................................. 26
Hình 3.2 Các kiểu dành trƣớc tài nguyên ....................................................... 27
Hình 3.3 Nguyên lý hoạt động của mơ hình phân biệt dịch vụ DiffServ ....... 29
Hình 3.4 Khoảng thời gian CIR và CBS [4] ................................................... 32
Hình 3.5 Gáo C, gáo E và chế độ mù màu srTCM ......................................... 32
Hình 3.7: Gáo rị C, P và chế độ hoạt động mù màu trTCM .......................... 34
Hình 3.8 Chế độ hoạt động rõ màu trTCM [4] ............................................... 36
Hình 3.9 Biểu đồ khái niệm của lập lịch gói................................................... 36

Hình 3.10 Chia cắt lƣu lƣợng thuần................................................................ 37
Hình 3.11: Chia cắt lƣu lƣợng bùng nổ kiểu gáo rị ....................................... 38
Hình 3.12 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của RED ............................................. 39
Hình 3.13 Hoạt động thơng báo tắc nghẽn hiện ECN .................................... 41
Hình 4.1 Mơ hình bài Lab ............................................................................... 49
Hình 4.2 Interface của R11 ............................................................................. 50
Hình 4.3 Bảng định tuyến của R11 ................................................................. 51
Hình 4.4 Ping từ R11 đến 100.100.128.12...................................................... 51
Hình 4.5 Băng thơng áp cho router R11 ......................................................... 53
Hình 4.6 Băng thơng áp cho router R21. ........................................................ 54
Hình 4.7 Đo băng thơng trên router ISPR1 ..................................................... 55
1


Hình 4.8 Gửi gói tin ICMP thành cơng ........................................................... 56
Hình 4.9 Gửi gói tin ICMP thất bại................................................................. 56

2


THUẬT NGỬ VIẾT TẮT
ARP

Address Resolution Protocol

Giao thức phân giai địa chỉ

DiffServ Differentiated Service

Dịch vụ khác biệt


DNS

Domain Name System

Hệ thống tên miền

DSCP

Difserv Code-Point

Điểm mã dịch vụ khác biệt

ECN

explicit congestion notification

thông báo nghẽn cụ thể

FIFO

first in first out

Hàng đợi theo nguyên tắc vào
trƣớc ra trƣớc

FTP

File Transfer Protocol


Giao thức truyền file

GS

guaranteed Service

Dịch vụ đảm bảo vụ

GNS3

Graphical Network Simulator

Công cụ giả lập router

ICMP

Internet Control Message

Giao thức tín hiệu điều khiển

Protocol

internet

Intserv

Intergrated Service

Dịch vụ tích hợp


IP

internet Protocol

Giao thức Internet

MPLS

Multi protocol lable Switching

Chuyển mạch nhãn đa giao
thức

OSI

Open Systems Interconection

Mơ hình tham chiếu “liên kết
hệ thống mở”

OSPF

Đƣờng dẫn đầu ngắn nhất

Open Sortest Path First

3


PQ


Priority Queue

Hàng đợi ƣu tiên

QoS

Quality of service

Chất lƣợng dịch vụ

RED

Random Early Detection

Tìm kiếm ngẫu nhiên sớm

RSVP

Resource Reservation Protocol

Giao thức dành trƣớc tài
nguyên

SLA

Service level agreement

Thỏa thuận mức dịch vụ


SMTP

Simple Mail Transfer Protocol

Giao thức truyền thƣ điện tử
đơn giản

TCP

Tranmission Control Protocol

Gíao thức điều khiển truyền
dẫn

Telnet

Terminal NETwork

Mạng đầu cuối

TOS

Type Of Service

Loại dịch vụ

UDP

User Datagram protocol


Giao thức ngƣời sử dụng

VPN

IP virtual private Network

IP virtual private Network

WRED

Weight Random Early Detection

Tìm kiếm ngẫu nhiên sớm
theo trọng số

WFQ

Hàng đợi theo trọng số

Weighted Fair Queue

4


LỜI MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Trong thời buổi công nghệ hiện đại nhƣ bây giờ, công nghệ thông tin
phát triển nhƣ vũ bão, các nhu cầu về thông tin liên lạc ngày càng mở rộng.
Điều đó kéo theo nhu cầu đòi hỏi cao về chất lƣợng dịch vụ.
Chất lƣợng dịch vụ mạng luôn là một vấn đề quan tâm của cả ngƣời sử

dụng dịch vụ và nhà cung cấp dịch vụ. Cùng với sự phát triển bùng nổ các
dịch vụ trên nền IP (Internet Protocol) là hàng loạt các yêu cầu và giải
pháp kỹ thuật nhằm cải thiện chất lƣợng dịch vụ IP. Ví dụ nhƣ trong một
mạng doanh nghiệp tƣ nhân ABC, phải cần đến phân vùng băng thơng cho tất
cả các phịng trong cơng ty. Phịng giám đốc sẽ là nơi có quyền truy nhập với
băng thông và mức độ ƣu tiên cao nhất, rồi dần dần đến các trƣởng phịng thì
đƣợc cung cấp với băng thông thấp hơn, và cuối cùng là đội ngũ nhân viên
trong công ty. Nhƣ vậy, để làm đƣợc điều này chúng ta cần đến chất lƣợng
dịch vụ QoS (Quality of service), vậy:
QoS là gì?
Nói một cách ngắn gọn 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.
Chúng ta cần đến QoS để làm gì?
Để đảm bảo chất lƣợng dịch vụ của mạng cho cơng ty.
Nếu khơng có QoS thì sẽ ra sao?
Thì việc truy cập vào hệ thống mạng nội bộ trong công ty ai ai cũng nhƣ
nhau, vì vậy sẽ dễ dẫn đến việc mạng bị tắc nghẽn, mất gói tin, khơng có
quyền ƣu tiên cho các gói tin quan trọng.

5


Mạng hiện thời đang tồn tại ở Việt Nam so với một số nƣớc trong khu
vực còn chƣa thật sự ổn định, vẫn còn nhiều hiện tƣợng nghẽn mạng hay tốc
độ truy cập mạng cịn thấp. Ngồi biện pháp cải thiện băng thông (rất tốn
kém), chƣa thể đáp ứng ngay thì chúng ta cần phải cải thiện chất lƣợng dịch
vụ theo một số hƣớng khác. Đó cũng là lí do em chọn đề tài “Quản lý chất
lƣợng dịch vụ mạng IP”.
2. Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu

- Đối tƣợng nghiên cứu: thông lƣợng đi qua mạng.
- Phạm vi nghiên cứu: chất lƣợng dịch vụ trong hệ thống mạng IP.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
Với đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu nhƣ trên, tơi xác định nhiệm vụ
nghiên cứu của khóa luận gồm:
- Giới thiệu tổng quan về mơ hình mạng TCP/IP (Transmission Control
Protocol/Internet Protocol) và chất lƣợng dịch vụ QoS.
- Chỉ ra vai trị của QoS.
- Mơ hình triển khai về QoS.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Trong khóa luận của mình, tôi sử dụng những phƣơng pháp nghiên cứu
sau :
- Tổng hợp tài liệu: từ các trang web và sách chuyên ngành, tài liệu tiếng
anh.
- Phân tích tài liệu: từ những tài liệu đã thu thập đƣợc tôi tiến hành xử lý,
chắt lọc nên nội dung.
- Tơi triển khai mơ hình trên phần mềm giả lập router GNS3
5. Bố cục đề tài

6


Ngồi phần mở đầu và kết luận, nội dung chính của khóa luận gồm bốn
chƣơng:
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MƠ HÌNH TCP/IP
Giới thiệu tổng quan về mơ hình TCP/IP, đề cập đến sự ra đời và các
khác niệm. TCP/IP là nền tảng cho mạng Internet, nói cách khác tìm hiểu về
mơ hình TCP/IP chính là tìm hiểu bản chất của mạng IP
CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ QoS
Giới thiệu tổng quan về chất lƣợng dịch vụ, trình bày khái niệm QoS, với

các thơng số, các ngun tắc với những đặc tính kỹ thuật của nó.
CHƢƠNG 3: CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ MẠNG IP
Chƣơng này nói sâu hơn về chất lƣợng dịch vụ QoS trong mạng IP. Sẽ đề
cập đến các mơ hình dịch vị phổ biến, các kỹ thuật đảm bảo chất lƣợng dịch
vụ và về vấn đề tắc nghẽn trong mạng.
CHƢƠNG 4: TRIỂN KHAI MƠ HÌNH
Mơ hình bài lab QoS tơi sẽ làm trên phần mềm giả lập router GNS3
(Graphical Network Simulator) phiên bản 0.8.3.1.
Ở đây tôi thiết lập một mô hình mạng và cấu hình QoS (bandwidth and
lenght) ở trên đó. Mơ hình gồm 4 router khách hàng (2 router của khách hàng
A và 2 router của khách hàng B) kết nối với 2 router của nhà mạng ISP. Ở 1
router của A đƣợc đấu nối với máy thật của tơi và router cịn lại của A đƣợc
đấu nối với máy ảo của VMware.

7


CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ MƠ HÌNH TCP/IP
I. MƠ HÌNH THAM CHIẾU TCP/IP
1.1 Lịch sử ra đời và các khái niệm
Trƣớc yêu cầu truyền thông tin giữa các thiết bị việc truyền tải là rất khó
khăn khi mở rộng mơ hình. Do các thiết bị trong một mạng có thể do nhiều
nhà cung cấp khác nhau, nhiều thiết bị khác nhau. Điều đó đặt ra một vấn đề
về sự tƣơng thích các thiết bị với nhau, để có thể truyền thơng tin cho nhau.
Việc đƣa ra một chuẩn để làm công cụ tham chiếu là một giải pháp duy nhất
để giải quyết vấn đề này.
Mặc dù mơ hình OSI đƣợc chấp nhận rộng rãi khắp nơi, nhƣng chuẩn mở
về kỹ thuật mạng mang tính lịch sử của Internet lại là mơ hình tham chiếu
TCP/IP. Mơ hình và các giao thức TCP/IP tạo khả năng truyền dữ liệu giữa

hai máy tính bất cứ nơi nào trên thế giới, tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng.
Khái niệm: Nhƣ vậy TCP/IP là bộ giao thức phân cấp từ các khối tƣơng
tác, mỗi khối cung cấp những chức năng riêng nhƣng các khối không nhất
thiết phải phụ thuộc lẫn nhau. Trong khi mơ hình OSI định nghĩa chức năng
nào thuộc về lớp nào thì các lớp trong bộ giao thức TCP/IP lại chứa các giao
thức khá độc lập với nhau, chúng có thể trộn lẫn và phối hợp với nhau tuỳ
theo yêu cầu của hệ thống. Thuật ngữ phân cấp có nghĩa là một giao thức lớp
trên đƣợc một hay nhiều giao thức lớp dƣới hỗ trợ. [9]
1.2 Vai trị của mơ hình tham tham chiếu TCP/IP
Trong phạm vi một hệ thống mạng, các yêu cầu và dữ liệu từ một máy
tính đƣợc chuyển qua bộ phận trung gian (có thể là dây cáp mạng hoặc đƣờng
điện thoại) tới một máy tính khác. Một máy tính tƣơng tác với thế giới thơng
qua một hoặc nhiều ứng dụng. Những ứng dụng này thực hiện các nhiệm vụ
cụ thể và quản lý dữ liệu ra và vào. Nếu máy tính đó là một phần của hệ thống

8


mạng, thì một trong số các ứng dụng trên sẽ có thể giao tiếp với các ứng dụng
trên các máy tính khác thuộc cùng hệ thống mạng. Bộ giao thức mạng là một
hệ thống các quy định chung giúp xác định quá trình truyền dữ liệu phức tạp.
Dữ liệu đi từ ứng dụng trên máy này, qua phần cứng về mạng của máy, tới bộ
phận trung gian và đến nơi nhận, thơng qua phần cứng của máy tính đích rồi
tới ứng dụng.
Các giao thức TCP/IP có vai trị xác định quá trình liên lạc trong mạng
và quan trọng hơn cả là định nghĩa “hình dáng” của một đơn vị dữ liệu và
những thơng tin chứa trong nó để máy tính đích có thể dịch thơng tin một
cách chính xác. TCP/IP và các giao thức liên quan tạo ra một hệ thống hồn
chỉnh quản lý q trình dữ liệu đƣợc xử lý, chuyển và nhận trên một mạng sử
dụng TCP/IP. Một hệ thống các giao thức liên quan, chẳng hạn nhƣ TCP/IP,

đƣợc gọi là bộ giao thức.
1.3 Các tầng của mô hình tham chiếu TCP/IP
1.3.1 Application Layer (tầng ứng dụng)
Quản lý các giao thức, nhƣ hỗ trợ việc trình bày, mã hóa và quản lý cuộc
gọi, điều khiển từng ứng dụng cụ thể. Lớp Application cũng hỗ trợ nhiều ứng
dụng nhƣ:
 FTP (File Transfer Protocol): thƣờng đƣợc dùng để trao đổi tập tin
qua mạng lƣới truyền thông dùng giao thức TCP/IP.
 SMTP (Simple Mail Transfer Protocol): là một chuẩn truyền tải thƣ
điện tử qua mạng Internet.
 DNS (Domain Name System): chuyển đổi tên miền thành địa chỉ IP.
 TFTP (Trivial File Transfer Protocol): giao thức truyền tải văn kiện
đơn giản.
 TELNET (Terminal NETwork): cho phép các phiên đăng nhập từ xa
giữa các máy tính.

9


1.3.2 Transport Layer (tầng giao vận)
Đảm nhiệm việc vận chuyển từ nguồn đến đích. Tầng Transport đảm
nhiệm việc truyền dữ liệu thông qua hai giao thức TCP (Transmission Control
Protocol) và UDP (User Datagram Protocol).
 Giao thức TCP
TCP là giao thức thuộc dạng connection-oriented (hƣớng kết nối). Có
nghĩa là nó thiết lập kênh kết nối trƣớc khi truyền dữ liệu đi. TCP kết nối theo
hƣớng kết nối bắt tay ba bƣớc. Nó có trách nhiệm thiết lập một kết nối với
phía nhận, chia luồng dữ liệu thành các đơn vị có thể vận chuyển, đánh số
chúng và sau đó gửi chúng lần lƣợt. Hình 1.1 dƣới đây thể hiện cấu trúc gói
tin trong giao thức TCP.


Hình 1.1 Cấu trúc gói tin TCP
Một gói tin TCP bao gồm 2 phần: header và data.
Phần Header: bao gồm 11 trƣờng trong đó 10 trƣờng bắt buộc. Trƣờng
thứ 11 là tùy chọn (trong bảng minh họa có màu nền đỏ) có tên là: options
Phần Data: Trƣờng cuối cùng không thuộc về header. Giá trị của trƣờng
này là thông tin dành cho các tầng trên. Thông tin về giao thức của tầng trên
không đƣợc chỉ rõ trong phần header mà phụ thuộc vào cổng đƣợc chọn. [9]

10


 Giao thức UDP
UDP là một giao thức truyền thông phi kết nối và không tin cậy, đƣợc dùng
thay thế cho TCP ở trên IP theo yêu cầu của ứng dụng. UDP có trách nhiệm
truyền các thơng báo từ tiến trình tới tiến trình, nhƣng khơng cung cấp các cơ
chế giám sát và quản lý. Khn dạng của gói tin UDP đƣợc mơ tả trong hình
1.2, với các vùng tham số đơn giản hơn nhiều so với phân đoạn TCP.

Hình 1.2 Cấu trúc gói tin UDP [9]
1.3.3 Internet Layer (tầng mạng)
Đảm nhiệm việc chọn lựa đƣờng đi tốt nhất cho các gói tin, truyền các
gói bắt nguồn bất kì từ mạng nào trên liên mạng đến đích trong điều kiện độc
lập với đƣờng dẫn và các mạng mà chúng trải qua. Giao thức đƣợc sử dụng
chính ở tầng này là giao thức IP.
 Giao thức IP (Internet Protocol: giao thức liên mạng)
Là một giao thức hƣớng dữ liệu đƣợc sử dụng bởi các máy chủ nguồn và
đích để truyền dữ liệu trong một liên mạng chuyển mạch gói, độ tin cậy
không cao. Giao thức IP là một giao thức kiểu khơng liên kết (connectionlees)
có nghĩa là khơng cần có giai đoạn thiết lập liên kết trƣớc khi truyền dữ liệu.

Hình 1.3 dƣới đây thể hiện cấu trúc gói tin trong giao thức TCP.

11


Hình 1.3 Gói dữ liệu giao thức IP [10]
1.3.4 Network Interface Layer (Tầng giao diện mạng)
Lớp thấp nhất của mô hình TCP/IP chính là lớp giao tiếp mạng, có trách
nhiệm nhận các gói tin và truyền chúng trên một mạng nhất định. Ngƣời ta lại
chia lớp giao tiếp mạng thành 2 lớp con là:
Lớp vật lý: Lớp vật lý làm việc với các thiết bị vật lý, truyền tới dòng bit
0, 1 từ nơi gửi đến nơi nhận.
Lớp liên kết dữ liệu: Tại đây dữ liệu đƣợc tổ chức thành các khung
(frame). Phần đầu khung chứa địa chỉ và thông tin điều khiển, phần cuối
khung dành cho việc phát hiện lỗi.
1.4 Các bƣớc đóng gói dữ liệu trong mơ hình TCP/IP
1.4.1 Các gói tin IP
 IPv4 (Internet Protocol version 4)
Là phiên bản thứ tƣ trong quá trình phát triển của các giao thức Internet.
Đây là phiên bản đầu tiên của IP đƣợc sử dụng rộng rãi. IPv4 là giao thức
hƣớng dữ liệu, đƣợc sử dụng cho hệ thống chuyển mạch gói và có cơ chế đảm
bảo tính tồn vẹn dữ liệu thơng qua sử dụng những gói kiểm tra (checksum).
IPv4 cùng với IPv6 (giao thức Internet phiên bản 6) là nòng cốt của giao tiếp

12


internet. Hiện tại, IPv4 vẫn là giao thức đƣợc triển khai rộng rãi nhất trong bộ
giao thức của lớp internet. Header của gói tin IPv4 đƣợc thể hiện trong hình 1.4.


Hình 1.4 Header của gói tin IPv4
Header của gói tin IPv4 bao gồm 13 trƣờng, trong đó 12 trƣờng là bắt
buộc. Trƣờng thứ 13 (đƣợc tô màu đỏ trong bảng) là tùy chọn, đúng với tên
của nó: options. [9]
 IPv6 (Internet Protocol version 6)
IPv6 là phiên bản địa chỉ Internet mới, đƣợc thiết kế để thay thế cho
phiên bản IPv4 với hai mục đích cơ bản: khắc phục các nhƣợc điểm trong
thiết kế của địa chỉ IPv4 và thay thế cho nguồn địa chỉ IPv4 đã cạn kiệt để
phát triển hạ tầng thông tin và Internet bền vững. Header của gói tin IPv6
đƣợc thể hiện trong hình 1.5.

Hình 1.5 Header của gói tin IPv6
13


1.4.2 Các bƣớc đóng gói dữ liệu

Hình 1.6 Sự hoạt động mơ tả theo mơ hình TCP/IP [9]
Cũng giống nhƣ trong mơ hình tham chiếu OSI (Open Systems
Interconection), dữ liệu gửi từ tầng ứng dụng đi xuống , và khi qua mỗi tầng
nó đƣợc định nghĩa riêng về dữ liệu mà nó sử dụng. Tại nơi gửi, mỗi tầng nó
coi gói tin từ tầng trên gửi xuống nhƣ là dữ liệu của nó và thêm vào gói tin
các thơng tin điều khiển của mình, sau đó nó lại chuyển tiếp xuống tầng dƣới.
Tại nơi nhận thì quá trình lại ngƣợc lại, tại mỗi tầng nó tách thơng tin điều
khiển của mình ra, tiếp đó nó chuyển tiếp lên tầng trên.
1.5 So sánh mơ hình TCP/IP và mơ hình OSI

Hình 1.7 Mơ hình: TCP/IP và OSI

14



Các mạng thông thƣờng không đƣợc xây dựng dựa trên mơ hình OSI,
ngay cả khi OSI đƣợc dùng nhƣ một hƣớng dẫn. Nói cách khác, nó là một văn
phạm nghèo nàn và có nhiều thiếu sót. Nhiều chuyên viên mạng có các quan
điểm khác nhau nên sử dụng mơ hình nào. Nói chung, nên dùng OSI nhƣ một
kính hiển vi trong khi phân tích mạng, nhƣng các giao thức lại là TCP/IP.
Các điểm giống nhau:
- Cả hai đều có kiến trúc phân lớp.
- Cả hai đều có lớp ứng dụng, qua đó chúng có nhiều dịch vụ khác nhau.
- Cả hai có các lớp mạng và lớp vận chuyển có thể so sánh đƣợc.
- Kỹ thuật chuyển mạch gói đƣợc chấp nhận.
Các điểm khác nhau:
- TCP/IP tập hợp các lớp trình bày và lớp phiên vào trong lớp ứng dụng
của nó.
- TCP/IP tập hợp lớp vật lý và lớp liên kết dữ liệu trong OSI thành một
lớp.
- Các giao thức TCP/IP là các chuẩn cơ sở cho Internet phát triển, nhƣ
vậy mơ hình TCP/IP chiếm đƣợc niềm tin chỉ vì các giao thức của nó. Ngƣợc
lại, các mạng thơng thƣờng không đƣợc xây dựng dựa trên nền OSI, ngay cả
khi mơ hình OSI đƣợc dùng nhƣ một hƣớng dẫn. [7]

15


CHƢƠNG 2
TỔNG QUAN VỀ QoS
I. TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ QoS
1.1 Giới thiệu chung về QoS
Chất lƣợng dịch vụ QoS là một khái niệm rộng và có thể tiếp cận theo

nhiều hƣớng khác nhau. Theo khuyến nghị E 800 ITU-T (International
Telecommunication Union) chất lƣợng dịch vụ là “Một tập các khía cạnh của
hiệu năng dịch vụ nhằm xác định cấp độ thoả mãn của ngƣời sử dụng đối
với dịch vụ” . ISO 9000 (International Standard Organization) định nghĩa
chất lƣợng là “cấp độ của một tập các đặc tính vốn có đáp ứng đầy đủ các
yêu cầu”. Trong khi IETF [ETSI - TR102] nhìn nhận QoS là khả năng phân
biệt luồng lƣu lƣợng để mạng có các ứng xử phân biệt đối với các kiểu luồng
lƣu lƣợng, QoS bao trùm cả phân loại hoá dịch vụ và hiệu năng tổng thể của
mạng cho mỗi loại dịch vụ.
Một tính chất chung của chất lƣợng dịch vụ là: “Hiệu ứng chung của đặc
tính chất lƣợng dịch vụ là xác định mức độ hài lòng của ngƣời sử dụng đối
với dịch vụ”. Ngoài ra, QoS mang một ý nghĩa là “khả năng của mạng đảm
bảo và duy trì các mức thực hiện nhất định cho mỗi ứng dụng theo nhƣ
các yêu cầu đã đƣợc chỉ rõ của mỗi ngƣời sử dụng”.
Các phƣơng pháp cơ bản để xác định chất lƣợng dịch vụ mạng bao gồm
q trình phân tích lƣu lƣợng và các điều kiện của mạng, thơng qua các bài
tốn đƣợc mơ hình hố hoặc đo kiểm trực tiếp các thơng số mạng để đánh
giá các tiêu chuẩn khách quan. Mức độ chấp nhận dịch vụ từ phía ngƣời sử
dụng có thể đƣợc kiểm tra qua các thông số mạng nhƣ khả năng tổn thất
gói, độ trễ, trƣợt và xác suất tắc nghẽn. Số lƣợng và đặc tính các tham số chất
lƣợng phụ thuộc rất lớn vào cơ cấu mạng cung cấp dịch vụ. [4]

16


1.2 Khái niệm QoS
Chất lƣợng dịch vụ (QoS) là một thuật ngữ đƣợc 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.

Chất lƣợng dịch vụ chỉ có thể đƣợc xác định bởi ngƣời sử dụng, vì chỉ
ngƣời sử dụng mới có thể biết đƣợc chính xác ứng dụng của mình cần gì để
hoạt động tốt. Tuy nhiên, khơng phải ngƣời sử dụng tự động biết đƣợc mạng
cần phải cung cấp những gì cần thiết cho ứng dụng, họ phải tìm hiểu các
thơng tin cung cấp từ ngƣời quản trị mạng và chắc chắn rằng, mạng không thể
tự động đặt ra QoS cần thiết cho một ứng dụng của ngƣời sử dụng. Để giải
quyết vấn đề đó nhà cung cấp và khách hàng họ lập ra một bản cam kết, trong
đó nhà cung cấp phải thực hiện đầy đủ cung cấp các thông số thoả mãn chi
tiết bản cam kết đặt ra. Cịn phía đối tác cũng phải thực hiện đầy đủ điều
khoản của mình. [4]
1.3 Các tham số QoS
Để đánh giá chất lƣợng dịch vụ ở mạng IP ngƣời ta dựa vào các tham số
của QoS, và ở đây em sẽ nói đến sáu thơng số chung về chất lƣợng dịch vụ:
1.3.1 Băng thông (Bandwidth)
Băng thông là một thông số quan trọng nhất, nếu chúng ta có băng thơng
dùng rộng rãi thì mọi vấn đề coi nhƣ khơng cần phải quan tâm đến, nhƣ
nghẽn, kỹ thuật lập lịch, phân loại, trễ... Nhƣng đó khơng phải là điều chúng
ta nói ở đây vì điều này hiện nay là khơng tƣởng. Thực tế phần nhiều vấn đề
về QoS đều bắt đầu và kết thúc với băng thông. Trong nhiều phần của mạng,
băng thông vẫn là "mặt hàng xa xỉ", mặc dù có các hứa hẹn "băng thơng gần
nhƣ khơng giới hạn" trên sợi quang. Không may rằng, những thất vọng với

17


các cuộc thử nghiệm hầu nhƣ khơng có sự tham gia của điện đã tạo ra các
hoài nghi về khả năng sớm đạt đƣợc băng thông nhƣ yêu cầu.
Băng thông chỉ đơn giản là thƣớc đo số lƣợng bit trên giây mà mạng sẵn
sàng cung cấp cho các ứng dụng, đồng thời nó cũng là yếu tố tối thiểu mà một
ứng dụng cần để hoạt động.

1.3.2 Trễ (Delay)
Tất cả các gói tin trong mạng đều trải qua một vài khoảng trễ nhất
định trƣớc khi tới đƣợc đích, mỗi thành phần trong tuyến kết nối nhƣ thiết bị
phát, truyền dẫn, thiết bị chuyển mạch và định tuyến đều có thể gây ra trễ.
Nói cách khác trễ có rất nhiều loại, ở đây chỉ nêu ra một số loại cơ bản sau:
 Trễ lan truyền: Đƣợc định nghĩa là khoảng thời gian cần thiết để
truyền 1 bit thông tin từ nơi gửi đến đích trên một liên kết mơi trƣờng vật lý.
 Trễ hàng đợi: là thời gian một gói phải trải qua trong một hàng đợi
khi nó phải đợi để đƣợc truyền đi trong một liên kết khác, hay thời gian cần
thiết phải đợi để thực hiện quyết định định tuyến trong bộ định tuyến. Nó có
thể bằng 0 hoặc rất lớn vì phụ thuộc vào số gói có trong hàng đợi và tốc độ xử
lý.
 Trễ chuyển tiếp: Trễ xuất hiện do nguồn đẩy gói ra chậm so với
tốc độ quy định. Loại trễ này phụ thuộc vào băng thông của kết nối cũng
nhƣ kích thƣớc gói đƣợc đẩy ra.
 Trễ truyền dẫn: là thời gian đƣợc yêu cầu để truyền tất cả các bit trong
gói qua liên kết, trễ truyền dẫn đƣợc xác định trên thực tế của băng thông liên
kết. [4]
1.3.3 Biến động trễ (Jitter)
Jitter đƣợc định nghĩa là sự biến đổi trễ xuyên qua mạng trong quá trình
truyền tin. Ngun nhân chính của Jitter là thời gian trễ của các gói tin
khi đƣợc phân phát từ nơi gửi đến đích là khác nhau. Trong mạng chuyển

18


mạch gói, với các thành phần có trễ biến đổi thì hiện tƣợng Jitter ln xảy
ra. Bởi vậy một vấn đề cần đặt ra là làm sao cho ảnh hƣởng của Jitter
không đủ để làm suy giảm chất lƣợng dịch vụ.
Jitter cũng là sự khác biệt về độ trễ của các gói khác nhau trong cùng một

dịng lƣu lƣợng. Biến động trễ có tần số cao đƣợc gọi là jitter với tần số thấp
gọi là eander. Nguyên nhân chủ yếu gây ra hiện tƣợng jitter do sự sai khác
trong thời gian xếp hàng của các gói liên tiếp nhau trong một hàng gây
ra.Trong mạng IP jitter ảnh hƣởng rất lớn tới chất lƣợng dịch vụ của tất cả các
dịch vụ. Các ứng dụng nhạy cảm nhất đối với giới hạn của jitter là các ứng
dụng thời gian thực nhƣ thoại hay video. Nhƣng đối với các trang Web hay
với truyền tập tin qua mạng thì lại ít quan tâm hơn đến jitter. Internet, là gốc
của mạng dữ liệu, có ít khuyến nghị về jitter. Các biến đổi của trễ tiếp tục là
vấn đề gây bực mình nhất gặp phải đối với các ứng dụng video và thoại dựa
trên Internet.
1.3.4 Độ tin cậy (tính sẵn sàng)
Là tỉ lệ thời gian mạng hoạt động để cung cấp dịch vụ. Yếu tố này bất kỳ
nhà cung cấp dịch vụ nào tối thiểu cũng phải có. Tổn thất khi mạng bị ngƣng
trệ là rất lớn. Tuy nhiên, để đảm bảo đƣợc tính sẵn sàng chúng ta cần phải có
một chiến lƣợc đúng đắn, ví dụ nhƣ: định kỳ tạm thời tách các thiết bị ra khỏi
mạng để thực hiện các công việc bảo dƣỡng, trong trƣờng hợp mạng lỗi phải
chuẩn đoán trong một khoảng thời gian ngắn nhất có thể để giảm thời gian
ngừng hoạt động của mạng. Tất nhiên, thậm chí với một biện pháp bảo dƣỡng
hồn hảo nhất cũng khơng thể tránh đƣợc các lỗi khơng thể tiên đốn trƣớc.
Đối với mạng PSTN (Public Switch Telephone Network) vì là mạng
thoại nên điều này ln ln chiếm một vị trí quan trọng. Mạng đảm bảo hoạt
động 24/24 trong ngày, tất cả những ngày lễ, kỉ niệm, khi nhu cầu lớn hay

19


ngay cả khi nhu cầu giảm xuống rất thấp. Thông thƣờng tỉ lệ thời gian hoạt
động là 99,99 %.
Mạng dữ liệu thực hiện cơng việc đó dễ hơn. Hầu hết mạng dữ liệu dành
cho kinh doanh, và do đó hoạt động trong những giờ kinh doanh, thƣờng là từ 8

giờ sáng đến 5 giờ chiều, từ thứ Hai đến thứ Sáu. Hoạt động bổ trợ có thể thực
hiện ngồi giờ, và một tập kiểm tra đầy đủ với mục đích phát hiện ra các vấn đề
có thể chạy trong ngày nghỉ.
1.3.5 Mất gói (Packet loss)
Router mất hay loại bỏ (drop) packet do nhiều nguyên nhân mà hầu hết
QoS không làm gì hơn đƣợc. Mặc dù vậy QoS có thể giảm thiểu việc mất
packet. Ngày nay, các packet bị mất do các bit lỗi là rất nhỏ mà chủ yếu là do
hàng đợi và bộ nhớ đệm quá đầy nên packet bị loại bỏ. Ví dụ một hàng đợi
có kích thƣớc 40 và nhận đƣợc 50 packet liên tục nhau, khi 40 chỗ trong
hàng đợi đã đầy thì 10 packet cuối sẽ bị drop. Trong thực tế có một vài
packet sẽ đƣợc gởi đi trƣớc khi nhận hết 50 packet nên số packet bị mất sẽ ít
hơn 10 nhƣng cũng là một số lớn. Một vài dòng dữ liệu chịu lỗi mất packet
cao hơn các loại khác. Đối với dữ liệu dạng voice chỉ cần một vài packet liên
tục nhau bị mất thì sẽ dẫn đến bị mất âm thanh hồn tồn, ngƣợc lại web
traffic thì chịu lỗi tốt do sữ dụng TCP để phục hồi dữ liệu.

Hình 2.1: Packets cuối cùng sẽ bị drop theo cơ chế tail drop.

20