K HÁI NIỆM VÀ SỰ CẦN THIẾT CỦA Q O S
Khái niệm
Chất lượng dịch vụ (Quality of Service - QoS) là khái niệm đa dạng, được định nghĩa bởi Hiệp hội viễn thông quốc tế ITU-T như là tập hợp các khía cạnh hiệu suất dịch vụ nhằm đánh giá mức độ hài lòng của người dùng Theo IETF, QoS là khả năng phân biệt lưu lượng, cho phép mạng xử lý các loại lưu lượng khác nhau một cách hiệu quả QoS được xem xét từ hai góc độ: người sử dụng dịch vụ và nhà cung cấp dịch vụ mạng Đối với người sử dụng, QoS phản ánh mức độ chấp nhận chất lượng dịch vụ mà họ nhận được từ nhà cung cấp cho các dịch vụ như thoại, video và dữ liệu Trong khi đó, đối với nhà cung cấp, QoS liên quan đến khả năng đáp ứng các yêu cầu chất lượng dịch vụ của người sử dụng, bao gồm hai khả năng mạng cần thiết để đảm bảo chất lượng trong mạng chuyển mạch gói.
Mạng chuyển mạch gói cần có khả năng phân loại các lớp lưu lượng, cho phép người sử dụng đầu cuối lựa chọn một hoặc nhiều lớp lưu lượng từ nhiều tùy chọn khác nhau.
Khi mạng đã phân biệt được các lớp lưu lượng, cần thiết phải có cơ chế xử lý khác nhau cho từng lớp Điều này giúp đảm bảo việc cung cấp tài nguyên và phân biệt dịch vụ trong mạng một cách hiệu quả.
Mức độ chấp nhận dịch vụ của người dùng cuối được đánh giá thông qua việc kiểm tra các thông số mạng như tỷ lệ mất gói, độ trễ, jitter và xác suất tắc nghẽn Các tham số này có số lượng và đặc tính khác nhau tùy thuộc vào các kỹ thuật thực thi QoS được áp dụng trên mạng.
Sự cần thiết của QoS trong mạng IP
Ngày nay, sự phát triển nhanh chóng của Internet và Intranet đã dẫn đến sự gia tăng đa dạng các dịch vụ Người dùng truy cập Internet với nhiều mục đích khác nhau, và lượng dữ liệu truyền tải qua mạng ngày càng lớn Sự gia tăng số lượng người sử dụng cũng đồng nghĩa với sự phát triển mạnh mẽ của các ứng dụng đa phương tiện, đặc biệt là các ứng dụng thời gian thực như thoại IP.
IP Telephony, hệ thống hội nghị video và IPTV là những ứng dụng mới cần băng thông lớn hơn nhiều so với các ứng dụng truyền thống như WWW, FTP và Telnet Các ứng dụng này yêu cầu truyền dữ liệu liên tục với độ trễ thấp, trong khi các ứng dụng truyền thống không chấp nhận mất gói và chỉ cần đảm bảo rằng dữ liệu nhận được là đầy đủ và chính xác.
QoS (Chất lượng Dịch vụ) là một kỹ thuật quan trọng giúp đảm bảo rằng các ứng dụng thời gian thực hoạt động hiệu quả trên Internet, đồng thời cải thiện chất lượng cho các ứng dụng truyền thống.
Bảng 1.1 dưới đây cho thấy các dấu hiệu của mạng khi không có cơ chế và các kỹ thuật để bảo đảm chất lượng dịch vụ:
Bảng 1.1 Kiểu lưu lượng và các vấn đề khi không thực thi QoS
Kiểu lưu lượng Các vấn đề khi không có QoS
Voice Voice nghe khó hiểu
Voice không liên tục, tiếng nói bị méo
Người gọi không biết người nhận kết thúc cuộc gọi khi nào hay kết thúc chưa
Cuộc gọi không kết nối được
Video Hình ảnh hiển thị chập chờn, giật Âm thanh không đồng bộ với video
Sự di chuyển của hình ảnh chậm lại
Data Dữ liệu được chuyển đến khi nó không còn giá trị nữa
Dữ liệu phản hồi không đúng so với ban đầu
Thời gian truyền bị gián đoạn làm cho người dùng thất vọng và từ bỏ hoặc thực hiện lại dịch vụ.
C ÁC YÊU CẦU VÀ MỘT SỐ CÁCH ĐỂ ĐÁNH GIÁ Q O S TRONG MẠNG IP
Các yêu cầu chất lượng dịch vụ trong mạng IP
Mỗi ứng dụng có những đặc tính riêng, vì vậy để xác định yêu cầu chất lượng dịch vụ, hệ thống thường dựa vào các lớp dịch vụ Theo ITU-T, các lớp dịch vụ được phân chia một cách cụ thể.
Bảng 1.2 Phân loại các lớp dịch vụ theo ITU – T
Lớp QoS Các đặc tính QoS
0 Thời gian thực, nhạy cảm với jitter, tương tác cao
1 Thời gian thực, nhạy cảm với jitter, tương tác cao
2 Dữ liệu chuyển tiếp, tương tác cao
3 Dữ liệu chuyển tiếp, tương tác
5 Các ứng dụng nguyên thủy của mạng IP ngầm định
Theo quan điểm này, các ứng dụng thời gian thực và ứng dụng tương tác cao được ưu tiên hàng đầu trong mạng IP.
Dự án TYPHOON của ETSI đề xuất các lớp dịch vụ QoS như sau:
Bảng 1.3 Phân loại các lớp dịch vụ theo ETSI
Lớp QoS Thành phần Các đặc tính QoS
Hội thoại thời gian thực (thoại, video, hội nghị video)
Thoại, audio, video, đa phương tiện
Nhạy cảm với trễ và jitter, có giới hạn lỗi và tổn thất gói, tốc độ bit thay đổi và cố định
Audio, video, đa phương tiện
Trễ và jitter có sai số nhất định, sai số nhỏ đối với lỗi và tổn thất, tốc độ bit thay đổi
Tương tác cận dữ liệu thời gian thực
Dữ liệu Nhạy cảm với trễ, jitter và mất gói, tốc độ bit thay đổi
Dữ liệu không nhạy cảm với độ trễ và jitter nhưng lại nhạy cảm với lỗi Hướng tiếp cận của ETSI tập trung vào việc phân loại các dịch vụ trên mạng IP thành hai loại: dịch vụ yêu cầu thời gian thực và dịch vụ không yêu cầu thời gian thực.
Cách tiếp cận để đánh giá QoS trong mạng IP
Phương pháp xác định chất lượng dịch vụ mạng bao gồm phân tích, mô hình hóa và đo trực tiếp các thông số mạng Đánh giá mức độ chấp nhận dịch vụ được thực hiện thông qua thang điểm MOS (Mean Opinion Score), với điểm số từ 1 đến 5, trong đó 1 là tồi và 5 là xuất sắc Các nhà cung cấp dịch vụ sử dụng mức MOS để xác định chất lượng dịch vụ phù hợp cho sản phẩm của họ.
Hình 1-1Một số cách tiếp cận để đánh giá QoS trong mạng IP.
Một phương pháp khác để đánh giá chất lượng dịch vụ (QoS) là từ góc độ mạng, thông qua mô hình phân lớp trong mô hình tham chiếu hệ thống mở OSI.
Tầng ứng dụng liên quan đến chất lượng dịch vụ QoS, được hiểu là “mức độ dịch vụ” Khái niệm này khó định lượng chính xác, chủ yếu phụ thuộc vào đánh giá của con người về mức độ hài lòng với dịch vụ.
Tầng vận chuyển đảm bảo chất lượng dịch vụ thông qua kiến trúc logic của mạng và các cơ chế định tuyến, báo hiệu hiệu quả.
Chất lượng dịch vụ trong tầng mạng được đánh giá qua các tham số như tỷ lệ lỗi, giá trị trung bình, giá trị lớn nhất của băng thông, độ trễ và độ tin cậy của luồng lưu lượng Những tham số này thường được biểu diễn bằng các đại lượng toán học, phản ánh mức độ hiệu quả và ổn định của mạng.
Tầng liên kết dữ liệu đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng dịch vụ mạng, được thể hiện qua các tham số truyền dẫn, tỷ lệ lỗi thông tin, cũng như các hiện tượng tắc nghẽn và hỏng hóc của các đường liên kết.
Các yêu cầu chức năng chung của IP QoS
Hình 1-2 Các chức năng đảo bảo QoS của bộ định tuyến IP
Bộ định tuyến có nhiệm vụ phân loại và xử lý các gói dữ liệu theo từng loại đã được phân chia Nhiệm vụ này bao gồm việc đánh dấu và phân loại gói, cũng như thực hiện các chính sách lưu lượng, quản lý hàng đợi, lập lịch gói và chia cắt lưu lượng một cách hiệu quả.
(i) Đánh dấu gói tin IP
Chức năng đánh dấu gói trong tiêu đề gói tin IP giúp phân biệt các kiểu gói tin khác nhau Khi gói tin đến cổng đầu vào, nó có thể được đánh dấu lại nếu vi phạm chính sách của bộ định tuyến Đặc biệt, trong trường hợp gói tin đi qua nhiều vùng dịch vụ phân biệt, chúng sẽ được đánh dấu nhiều lần để phù hợp với thỏa thuận mức dịch vụ SLA Những gói tin chưa được đánh dấu cũng sẽ được gán giá trị phù hợp theo chính sách của bộ định tuyến.
(ii) Phân loại gói tin IP
Phân loại gói là quá trình nhóm các gói IP dựa trên luật phân lớp dịch vụ, sử dụng các trường chức năng trong tiêu đề IP để đánh dấu Hai phương pháp chính thường được áp dụng trong phân loại gói tin IP.
Phân loại đa trường MF (Multi-Field)
Trong phương pháp này, các gói tin được phân loại dựa trên sự kết hợp của các giá trị từ một hoặc nhiều trường chức năng trong tiêu đề IP Ngoài ra, các tham số khác như nhận diện giao diện cổng vào cũng có thể được áp dụng để phục vụ cho việc phân loại.
Hình 1-3 Phương pháp phân loại đa trường chức năng
Phân loại kết hợp hành vi BA (Behavior Aggregate)
Phương pháp này thực hiện phân loại các gói dựa trên trường chức năng chứa giá trị điểm mã dịch vụ phân biệt DSCP
Hình 1-4 Phương pháp phân loại theo gói kết hợp hành vi
(iii) Chính sách lưu lượng
Chính sách lưu lượng kiểm tra các luồng lưu lượng gói tin IP đến trên các cổng đầu vào của bộ định tuyến, nhằm đảm bảo rằng chúng tuân thủ các tốc độ lưu lượng đã được thỏa thuận và xác định.
(iv) Quản lý hàng đợi tích cực
Quản lý hàng đợi tích cực AQM (Active Queue Management) là một kỹ thuật điều khiển chống tắc nghẽn, nhằm dự đoán và giảm thiểu khả năng tắc nghẽn trong mạng Kỹ thuật này sử dụng ba phương pháp chính: loại bỏ gói sớm ngẫu nhiên RED (Random Early Discarding), loại bỏ gói sớm ngẫu nhiên theo trọng số WRED (Weighted Random Early Discarding), và thông báo tắc nghẽn rõ ràng ECN (Explicit Congestion Notification).
(v) Lập lịch cho gói tin
Lập lịch cho gói tin IP là quá trình thiết lập thứ tự cho các gói ra khỏi hàng đợi dựa trên đặc tính của cổng đầu ra Các gói tin sẽ được phân phối và chuyển tới đầu ra theo các quy tắc nhất định Kỹ thuật lập lịch đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng dịch vụ và là thước đo công nghệ giữa các nhà cung cấp khác nhau.
Common scheduling methods include First In-First Out (FIFO), Priority Queuing (PQ), Fair Queuing (FQ), Weighted Round Robin (WRR), Weighted Fair Queuing (WFQ), and Class-based Weighted Fair Queuing (Class-based WFQ).
(vi) Chia cắt lưu lượng
Chia cắt lưu lượng giúp điều chỉnh tốc độ luồng lưu lượng vào và ra, đặc biệt khi lưu lượng đầu vào có độ bùng nổ cao Việc này cần thiết để giảm bùng nổ và tạo ra đầu ra mềm mại hơn Quá trình điều chỉnh tốc độ lưu lượng giống như một chu trình dừng và đi, với thời gian trễ tại bộ đệm giúp các gói dữ liệu đầu ra được điều chỉnh theo yêu cầu.
C ÁC THAM SỐ ẢNH HƯỞNG ẢNH HƯỞNG ĐẾN Q O S TRONG MẠNG IP
Băng thông
Băng thông khả dụng bằng băng thông của đường định tuyến chia cho số luồng lưu lượng
Hình 1-5 Băng thông khả dụng
BWmax= min (10Mbps, 256Kbps, 512kbps, 100Mbps) = 256Kbps
Một số giải pháp giải quyết vấn đề sử dụng băng thông:
Tăng dung lượng hệ thống để đáp ứng nhu cầu của các ứng dụng và người dùng, đồng thời đảm bảo băng thông dư thừa Cần hạn chế thời gian, chi phí và các giới hạn công nghệ trong quá trình nâng cấp hệ thống.
Phân loại lưu lượng thành các lớp QoS và ưu tiên các luồng lưu lượng quan trọng
Quá trình nén dữ liệu bằng phần cứng hoặc phần mềm thông qua thuật toán nén giúp giảm kích thước dữ liệu cần truyền Tuy nhiên, việc nén và giải nén có thể làm tăng thời gian trễ do độ phức tạp của các thuật toán này.
Nén tiêu đề gói tin, tỷ số kích thước tiêu đề/tải tin lớn TCP và RTP sử dụng phương pháp này.
Độ trễ gói
Độ trễ gói là khoảng thời gian từ khi bên gửi bắt đầu gửi gói tin cho đến khi bên nhận nhận được toàn bộ gói tin Nó bao gồm tổng thời gian trễ lan truyền, tức là thời gian gói tin di chuyển qua các liên kết, và trễ xử lý-đợi, là thời gian gói tin được chuyển từ giao diện đầu vào đến giao diện đầu ra, cũng như thời gian gói tin chờ trong hàng đợi tại các bộ định tuyến trên đường định tuyến.
Hình 1-6 Trễ tích lũy từ đầu cuối đến đầu cuối
Trễ lan truyền có giá trị cố định và phụ thuộc vào phương tiện truyền, trong khi trễ xử lý-đợi lại có giá trị thay đổi tùy thuộc vào điều kiện thực tế của mạng, chủ yếu là băng thông khả dụng của liên kết Trễ xử lý chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như tốc độ xử lý, mức độ chiếm dụng CPU, phương thức chuyển mạch IP, kiến trúc bộ định tuyến, và các đặc tính cấu hình của giao diện đầu vào và đầu ra.
Một số giải pháp cải thiện thời gian trễ như:
Tăng dung lượng liên kết giúp các gói dữ liệu không phải chờ đợi trước khi được truyền dẫn Mặc dù việc tăng băng thông có thể giảm thiểu độ trễ, nhưng nó cũng đồng nghĩa với việc chi phí hệ thống sẽ tăng lên khi thực hiện nâng cấp.
Sử dụng các hàng đợi ưu tiên Giải pháp này hiệu quả hơn
Nén tải và nén tiêu đề gói tin đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng Nén tải giúp giảm kích thước gói, từ đó giảm thời gian trễ, nhưng việc áp dụng các kỹ thuật nén có thể làm tăng độ trễ.
Độ biến thiên trễ/Jitter
Độ biến thiên trễ là sự khác biệt về thời gian giữa các gói tin trong cùng một luồng lưu lượng, khiến chúng không đến đích với tốc độ như khi phát đi Các gói tin này được xử lý và xếp hàng riêng lẻ, dẫn đến việc thứ tự ra và độ trễ của chúng có thể thay đổi Sự biến thiên này có ảnh hưởng lớn đến các ứng dụng thời gian thực, như thoại IP, gây ra hiện tượng dội tín hiệu và nhiễu tín hiệu.
Một số giải pháp nhằm làm giảm độ biến thiên trễ của lưu lượng mạng:
Để giảm thiểu hiện tượng jitter, việc tăng băng thông liên kết là một giải pháp hiệu quả Tuy nhiên, phương pháp này cũng gặp phải một số hạn chế thực tiễn như thời gian, chi phí và đôi khi bị giới hạn bởi công nghệ của các thiết bị truyền dẫn hiện có.
Để tối ưu hóa hiệu suất mạng, cần ưu tiên các gói tin có độ trễ nhạy cảm và chuyển các gói tin quan trọng trước Điều này yêu cầu các gói tin phải được phân loại hoặc đánh dấu trước khi đưa vào các hàng đợi tương ứng, chẳng hạn như hàng đợi cân bằng trọng số WFQ (Weighted Fair Queuing) và hàng đợi cân bằng trọng số theo lớp CBWFQ (Class-based Weighted Fair Queuing) Các phương pháp này không chỉ tiết kiệm chi phí mà còn giúp nâng cao băng thông hiệu quả.
Khi gói tin di chuyển qua các miền khác nhau, độ ưu tiên của chúng có thể được thay đổi để đảm bảo chất lượng dịch vụ Độ ưu tiên này được thiết lập khi gói tin vào thiết bị định tuyến, nhưng khi gói tin từ mạng doanh nghiệp vào mạng của nhà cung cấp dịch vụ, giá trị độ ưu tiên cần được điều chỉnh lại Điều này là cần thiết để duy trì các cam kết về chất lượng dịch vụ giữa nhà cung cấp và mạng doanh nghiệp.
Nén nội dung gói tin ở tầng 2 và header của giao thức RTP giúp giảm kích thước gói tin IP, từ đó giảm số lượng bit truyền qua mạng và tăng băng thông khả dụng Việc nén header của giao thức RTP là một phương pháp hiệu quả cho gói tin VoIP, vì nó làm giảm kích thước phần tiêu đề cố định của giao thức này.
10 phương pháp được khuyến nghị cho kết nối có băng thông dưới 2 Mbps Việc nén Header giúp giảm thời gian sử dụng CPU hiệu quả hơn so với nén nội dung ở tầng 2.
Mất gói
Tham số này chỉ ra tỷ lệ phần trăm gói IP bị mất so với tổng số gói IP đã gửi vào mạng đến phía nhận, thường xảy ra do bộ định tuyến gặp phải tình trạng tràn bộ nhớ đệm.
Hình 1-7 Mất gói vì hiện tượng tràn bộ đệm đầu ra
Một số giải pháp cho việc giảm mất gói:
Chống tắc nghẽn bằng phương pháp loại bỏ gói sớm trước khi có hiện tượng tắc nghẽn xảy ra
Chia cắt lưu lượng và giảm độ trễ lưu lượng là giải pháp hiệu quả thay vì loại bỏ gói, thường được áp dụng kết hợp với các hàng đợi phân lớp và thứ tự ưu tiên.
Để đảm bảo hiệu suất tối ưu cho các ứng dụng có lưu lượng truy cập cao, cần tăng cường băng thông và mở rộng không gian đệm Hiện nay, các kỹ thuật quản lý hàng đợi phổ biến bao gồm hàng đợi ưu tiên, hàng đợi theo yêu cầu, hàng đợi cân bằng trọng số và hàng đợi phân lớp.
Chính sách lưu lượng cho phép giới hạn tốc độ của các gói tin không quan trọng, nhằm đảm bảo chất lượng dịch vụ tốt nhất cho những gói tin có yêu cầu cao.
T ỔNG KẾT CHƯƠNG
Trong chương này, chúng ta sẽ khám phá khái niệm và tầm quan trọng của việc đảm bảo chất lượng dịch vụ Để đáp ứng các yêu cầu chất lượng, cần nắm rõ các phương pháp đảm bảo như đánh dấu gói tin IP, phân loại gói tin IP, thiết lập chính sách lưu lượng, quản lý hàng đợi, lập lịch gói tin và chia cắt lưu lượng.
Các tham số ảnh hưởng đến QoS như là: Băng thông, độ trễ, độ biến thiên trễ, mất gói
Các đánh giá trung bình MOS (Mean Opinion Score) của người dùng thông qua
5 mức độ như (1- tồi, 2- nghèo, 3 – cân bằng, 4 – tốt, 5 – xuất sắc)
MỘT SỐ MÔ HÌNH ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ PHỔ BIẾN
Hiện nay, trong mạng IP, có ba mô hình chính thực thi QoS, bao gồm mô hình Best-Effort (nỗ lực tối đa), mô hình tích hợp dịch vụ và mô hình phân biệt dịch vụ.
Mô hình Best-Effort không áp dụng QoS cho các gói tin truyền qua mạng, phù hợp cho những gói tin không quan trọng Trong trường hợp gói tin không cần thiết phải đến đích hay không quan tâm đến cách thức đến đích, mô hình này là lựa chọn tối ưu để thực hiện.
Mô hình tích hợp dịch vụ (Integrated service) nâng cao hiệu suất của mạng IP bằng cách hỗ trợ truyền tải lưu lượng thời gian thực Mô hình này đảm bảo băng thông cho từng luồng lưu lượng thông qua việc dự trữ tài nguyên từ đầu cuối đến đầu cuối, giúp các luồng lưu lượng thời gian thực được đảm bảo theo yêu cầu.
Mô hình phân biệt dịch vụ (Differentiated services) không xử lý từng luồng lưu lượng riêng biệt mà thay vào đó, nhóm các luồng lưu lượng thành các nhóm hoặc lớp khác nhau, kết hợp với các tham số QoS khác nhau Mô hình này được xem là bước tiến quan trọng nhằm khắc phục những hạn chế của mô hình tích hợp dịch vụ.
M Ô HÌNH B EST -E FFORT
Mô hình Best – Effort là phương thức đầu tiên được áp dụng cho việc truyền tải gói tin qua Internet, không có QoS để phân biệt các gói tin và dịch vụ Các gói tin được truyền từ điểm đầu cuối này sang điểm đầu cuối khác mà không có cơ chế đảm bảo băng thông hay thời gian tối thiểu cho độ trễ Tất cả các yêu cầu trên Internet được xử lý theo nguyên tắc “Đến trước, ra trước”, dẫn đến việc không thể dành trước băng thông cho các kết nối đặc biệt hay ưu tiên cho các yêu cầu cụ thể.
Hình 2-1 Mô hình Best - Effort Ưu điểm: gần như không hạn chế khả năng leo thang trên mạng Chỉ có cách duy nhất là hạn chế băng thông
Nhược điểm: Là không đảm bảo chất lượng dịch vụ.
M Ô HÌNH DỊCH VỤ TÍCH HỢP –I NTEGRATED S ERVICES MODEL
Nguyên lý hoạt động
Mô hình tích hợp dịch vụ sử dụng giao thức RSVP (Resource Reservation Protocol) để báo hiệu, giúp duy trì kết nối truyền thông giữa các trạm đầu cuối qua router Giao thức này tạo và duy trì trạng thái các luồng lưu lượng dọc theo đường đi của một luồng, đảm bảo chất lượng dịch vụ trong mạng.
IP Tất cả các luồng lưu lượng
Hình 2-2 Mô hình dịch vụ tích hợp Intserv
Để đảm bảo chất lượng gói tin, một ứng dụng cần gửi thông điệp RSVP nhằm dự trữ tài nguyên tại các nút mạng Giao thức RSVP thiết lập luồng dành trước cho yêu cầu QoS, và sẽ được chấp nhận nếu các ứng dụng tuân thủ chính sách lưu lượng và các Router có khả năng xử lý yêu cầu QoS Sau khi gửi thông điệp RSVP, hệ thống sẽ thông báo cho bộ lập phân loại và bộ lập lịch gói tin tại mỗi nút mạng để xử lý và truyền tải gói tin theo đúng luồng đã được thiết lập.
Giao thức RSVP là giao thức đơn giản, việc dành trước tài nguyên QoS chỉ thực thi theo một hướng, từ nút gửi đến nút nhận
Khi ứng dụng muốn chấm dứt việc dành trước tài nguyên cho luồng dữ liệu, nó gửi thông điệp hủy bỏ dự trữ tài nguyên, kích hoạt các thông điệp trong giao thức RSVP để giải phóng tài nguyên đã dự trữ, nhằm đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) trên tất cả các Router trong tuyến đường của gói tin Mô hình tích hợp dịch vụ được quy định trong RFC 1633.
Trong mô hình tích hợp dịch, mỗi luồng IP được xác định bởi năm tham số sau:
Giao thức nhận dạng – Protocol identifier
Địa chỉ cổng nguồn là yếu tố quan trọng để dự trữ tài nguyên cho mỗi luồng Ứng dụng đích cần cung cấp các đặc tính luồng, bao gồm các yêu cầu dịch vụ và đặc tính lưu lượng Các đặc tính lưu lượng chủ yếu bao gồm tốc độ đỉnh, tốc độ trung bình và kích thước.
Bùng nổ 15 và các tham số của leaky bucket liên quan đến yêu cầu dịch vụ, bao gồm băng thông tối thiểu và các tiêu chí hiệu năng như độ trễ, jitter và tỷ lệ mất gói Những yếu tố này đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng dịch vụ mạng.
Dịch vụ điều khiển tải - Controlled Load Service
Để đảm bảo hiệu suất cho các ứng dụng nhạy cảm với quá tải Internet, như ứng dụng thời gian thực, cần có giải pháp kiểm soát tải Những ứng dụng này hoạt động hiệu quả trong điều kiện mạng không quá tải, nhưng chất lượng sẽ giảm nhanh chóng khi mạng bị quá tải Việc sử dụng dịch vụ điều khiển tải giúp duy trì hiệu năng cho các luồng dữ liệu riêng biệt, ngay cả khi tải trong mạng tăng lên.
Mỗi Router trong mạng cần đảm bảo băng thông và tài nguyên hợp lý để xử lý các gói tin yêu cầu QoS Điều này được thực hiện tại bộ điều khiển đầu vào Trước khi chấp nhận yêu cầu tài nguyên QoS mới, Router phải xác định các tài nguyên quan trọng như băng thông liên kết, không gian bộ đệm của cổng trên Router hoặc Switch, và tính toán khả năng chuyển tiếp gói tin.
Lớp dịch vụ điều khiển tải không dựa vào các tham số như băng thông, độ trễ hay tỷ lệ mất gói để thực hiện điều khiển Để đảm bảo hiệu suất, các ứng dụng sử dụng dịch vụ này cần duy trì tỷ lệ mất gói và độ trễ luôn ở mức thấp.
Dịch vụ điều khiển tải chỉ có khả năng quản lý chất lượng dịch vụ (QoS) cho lưu lượng đã được xác định trong quá trình thiết lập Điều này có nghĩa là các dịch vụ bảo đảm chỉ áp dụng cho các gói tin tuân theo quy tắc của thẻ token trong suốt các giai đoạn (T), với số lượng dữ liệu gửi đi không được vượt quá rT + b.
Dịch vụ điều khiển tải được phát triển nhằm phục vụ cho các ứng dụng có thể chấp nhận một số lượng gói tin mất mát và độ trễ hợp lý, đặc biệt là trong lĩnh vực âm thanh và hội nghị video qua mạng.
Dịch vụ bảo đảm - Guaranted Service
Mô hình dịch vụ bảo đảm cung cấp chức năng đảm bảo rằng các datagram sẽ đến đích đúng thời gian và không bị mất gói do tràn hàng đợi Dịch vụ này cần thiết cho các ứng dụng yêu cầu datagram được truyền đến phía nhận trong một khoảng thời gian nhất định sau khi gửi từ nguồn Tuy nhiên, dịch vụ bảo đảm chỉ khả thi nếu được hỗ trợ bởi các Router trong tuyến đường và tài nguyên đã được phân bổ trước.
Để đảm bảo dịch vụ cho các ứng dụng với độ trễ tối thiểu, cần chú ý đến ba thành phần chính của độ trễ trong mạng IP: trễ đường truyền cố định, trễ xử lý và trễ hàng đợi Trễ truyền cố định liên quan đến việc lựa chọn đường đi thông qua các kỹ thuật định tuyến hiệu quả.
Thời gian trễ hàng đợi trong dịch vụ bảo đảm được xác định bởi hai yếu tố chính: kích thước bucket và băng thông R được yêu cầu dành trước Những yếu tố này đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý hiệu suất dịch vụ.
Trong mô hình dịch vụ bảo đảm, việc thiết lập luồng dự trữ dựa trên các đặc tính lưu lượng và yêu cầu dịch vụ Các đặc tính lưu lượng được xác định bởi các tham số bucket, trong khi yêu cầu lưu lượng được thể hiện qua tham số R, đại diện cho băng thông của luồng dự trữ.
Giao thức dành trước tài nguyên RSVP
2.2.4.1 Giới thiệu chung về RSVP
Giao thức RSVP (Resource Reservation Protocol) là một công nghệ thiết lập tài nguyên dự phòng cho chất lượng dịch vụ (QoS) trong mạng IP, hỗ trợ cả địa chỉ IPv4 và IPv6 Nó cho phép quản lý tài nguyên hiệu quả cho các ứng dụng sử dụng cả phương thức truyền tin đơn phát (unicast) và đa phát (multicast).
RSVP không phải là một giao thức định tuyến mà là giao thức báo hiệu, cho phép quản lý băng thông trong mạng Các bản tin RSVP được truyền tải trên cùng một đường định tuyến với các gói tin dữ liệu và được xác định bởi bảng định tuyến trong bộ định tuyến IP.
RSVP được thiết kế để giảm thiểu tắc nghẽn mạng bằng cách cho phép các bộ định tuyến đưa ra quyết định ở mức cao, từ đó có thể đáp ứng yêu cầu của các luồng ứng dụng và dự trữ tài nguyên cần thiết Giao thức này sử dụng phương pháp xử lý đặc biệt để gửi thông điệp báo hiệu đến các nút dọc theo đường đi của luồng, quản lý trạng thái mềm và trao đổi thông tin, đồng thời dự phòng tài nguyên và tách biệt chức năng báo hiệu QoS khỏi định tuyến.
Một số đặc tính cơ bản của RSVP là:
RSVP là giao thức báo hiệu để dành trước tài nguyên trong đường định tuyến từ nguồn tới đích
RSVP báo hiệu tới tất cả các thiết bị mạng về yêu cầu QoS của ứng dụng
RSVP yêu cầu các ứng dụng khởi tạo yêu cầu
RSVP hoạt động liên điều hành với các kỹ thuật QoS khác để cải thiện độ đảm bảo cho các tài nguyên dành trước
Giao thức RSVP được sử dụng phổ biến cho các ứng dụng cần đảm bảo băng thông và độ trễ Một đặc điểm nổi bật của RSVP là việc giành tài nguyên thông qua "trạng thái mềm", tức là trạng thái này liên quan đến một bộ định thời, và khi bộ định thời kết thúc, tài nguyên sẽ không còn được đảm bảo.
Trong giao thức RSVP, việc dành trước tài nguyên sẽ bị loại bỏ nếu không có thông điệp thường xuyên từ nơi nhận và nơi gửi Để duy trì trạng thái dành tài nguyên, nơi nhận cần gửi định kỳ các thông điệp này, và nơi gửi cũng phải làm tương tự Hiện nay, nhiều ứng dụng mạng, đặc biệt là VoIP (Voice over IP) và kỹ thuật lưu lượng MPLS (Multi Protocol Label Switching), đã sử dụng RSVP như một giao thức báo hiệu hiệu quả.
2.2.4.2 Nguyên lý hoạt động của RSVP
Một phiên làm việc của giao thức dành trước tài nguyên RSVP thường sử dụng
Hình 2-3 Cấu trúc mạng Intserv
Giao thức RSVP xác định khả năng phục vụ luồng IP từ nút H1 đến nút H2 trong mạng IntServ Đầu tiên, RSVP sử dụng tin PATH để xác định và xây dựng đường định tuyến qua các bộ định tuyến R1, R2, R3 Sau đó, dung lượng sẽ được chiếm giữ cho đường định tuyến theo chiều ngược lại từ nút nhận về nút gửi thông qua tin RESV Nếu sự chiếm giữ thành công tại tất cả các nút R3, R2, R1, luồng IP sẽ được phục vụ Ngược lại, nếu có bất kỳ bộ định tuyến nào không thể thực hiện sự chiếm giữ do thiếu dung lượng, giao thức RSVP sẽ chặn luồng IP.
2.2.4.3 Các kiểu dành trước tài nguyên RSVP
Có 3 kiểu dành trước tài nguyên:
Bảng 2.1 Các kiểu dành trước tài nguyên
Dành trước tài nguyên Phân biệt Chia sẻ
Bảng 2.1 trình bày bốn khả năng được kết hợp từ các phương thức điều khiển chia sẻ tài nguyên và lựa chọn máy gửi, bao gồm một kiểu không được định nghĩa, một kiểu bộ lọc cố định (FF), và một kiểu chia sẻ tường minh (SE).
Explicit) và kiểu bộ lọc Wildcard WF (Wildcard – Filter)
Hai kiểu điều khiển máy gửi được định nghĩa:
Kiểu lựa chọn tường minh: liệt kê toàn bộ các máy gửi
Kiểu lựa chọn wildcard cho phép liệt kê toàn bộ máy chủ trong một phiên, nhằm thực hiện việc điều khiển chia sẻ lưu lượng Điều này giúp quản lý và phân bổ tài nguyên cho các máy gửi khác nhau trong cùng một phiên Hiện có hai kiểu điều khiển chia sẻ lưu lượng được định nghĩa.
Kiểu dành trước tài nguyên riêng biệt dành trước tài nguyên được tạo ra cho từng máy gửi
Kiểu dành trước tài nguyên chia sẻ dành trước tài nguyên chung cho các máy gửi trong phiên
2.2.4.4 Định dạng bản tin RSVP
Bản tin RSVP có cấu trúc bao gồm một tiêu đề chính và các trường chức năng đại diện cho các đối tượng, như minh họa trong Hình 2.4(a) Mỗi đối tượng trong bản tin này được xây dựng từ một tiêu đề và nội dung riêng biệt.
Khuôn dạng tiêu đề chung được chỉ ra trên Hình 2.4 (b) có tổng độ dài là 8 bytes
Bản tin RSVP bao gồm 4 bit cho số hiệu phiên bản, 4 bit cờ, 8 bit cho kiểu bản tin, 16 bit tổng kiểm tra, 8 bit cho thời gian sống TTL của gói tin IP, 8 bit dự phòng, và 16 bit cho trường hiển thị độ dài bản tin.
Hình 2-4 Khuôn dạng bản tin và tiêu đề chung RSVP
Nếu trường tổng kiểm tra độ dài chỉ chứa giá trị 0, điều này cho thấy không cần thiết phải kiểm tra dữ liệu truyền đi Độ dài của bản tin RSVP bao gồm cả tiêu đề và các đối tượng trong bản tin RSVP xác định các kiểu bản tin theo thứ tự loại bản tin.
1 Path - Sử dụng để yêu cầu tài nguyên dành trước
2 Resv - Gửi đáp ứng bản tin đường để thiết lập và duy trì dự trữ tài nguyên
3 PathTear - Sử dụng để xóa dự trữ tài nguyên khỏi mạng theo hướng đi
4 ResvTear - Sử dụng để xóa bỏ tài nguyên khỏi mạng theo hướng về
5 PathErr - Thông báo lỗi bản tin PATH
6 ResvErr - Thông báo lỗi bản tin RESV
7 ResvConf - Là một bản tin tùy chọn, gửi ngược lại tới phía gửi của bản tin Resv để xác nhận rằng tài nguyên dự trữ xác định thực sự đã được cài đặt
8 ResvTearConf - Sử dụng để xác nhận dự trữ tài nguyên xác định đã bị xóa khỏi mạng
Khuôn dạng đối tượng RSVP, như thể hiện trong hình 2.5, bao gồm 32 bit tiêu đề và nội dung đối tượng với độ dài thay đổi Một đối tượng có độ dài linh hoạt cho phép truyền tải thông tin một cách hiệu quả.
Độ dài tối đa cho phép của đối tượng RSVP được định nghĩa là 65,528 byte trong hệ thống 32 bit Các đối tượng RSVP được phân loại thành các lớp đối tượng và kiểu đối tượng khác nhau.
Hình 2-5 Khuôn dạng bản tin đối tượng RSVP
Trường chức năng “Class Num” định nghĩa lớp đối tượng và trường chức năng
"C-Type" là một định nghĩa quan trọng trong lớp đối tượng, nơi các trường chức năng được tổ chức thành cặp để mô tả các đối tượng trong RSVP Các lớp đối tượng này được quy định trong RFC 2205.
NULL - Mô tả trạng thái của phiên
RSVP_HOP - Thể hiện các bước nhảy của bản tin RSVP
TIME_VALUE - Mô tả giá trị thời gian chuyển tin
STYLE - Mô tả kiểu bản tin
FLOWSPEC - Mô tả đặc tính luồng
FILTER_SPEC - Mô tả đặc tính bộ lọc
SENDER_TEMPLATE - Mô tả khuôn dạng gói của đối tượng gửi
M Ô HÌNH DỊCH VỤ PHÂN BIỆT - D IFFERENTIATED S ERVICES M ODEL (D IFFSERV )
Tổng quan về mô hình DiffServ
Vào tháng 8 năm 1997, nhóm IETF đã giới thiệu mô hình DiffServ như một giải pháp khả thi cho chất lượng dịch vụ (QoS), đồng thời xác định rõ các yêu cầu cho dịch vụ phân biệt (DiffServ) và phát triển các tiêu chuẩn liên quan.
Mô hình dịch vụ phân biệt DiffServ khác biệt với IntServ, khi mà IntServ yêu cầu duy trì trạng thái thông tin cho từng luồng, điều này trở nên khó khăn trong mạng lớn với nhiều dịch vụ và thiết bị Thay vì xử lý từng luồng lưu lượng riêng biệt, DiffServ nhóm chúng vào một số lượng hạn chế các lớp lưu lượng Mô hình này tập trung vào việc xử lý dịch vụ phân biệt, thay vì quản lý từ đầu cuối đến đầu cuối như IntServ.
DiffServ xác định các tham số quan trọng cho người sử dụng trong ứng dụng của họ theo SLA, bao gồm thỏa thuận về điều kiện lưu lượng (TCA), hồ sơ lưu lượng với các tham số của token bucket, và các thông số hiệu năng như thông lượng, độ trễ, và tỷ lệ mất gói Nó cũng quy định cách xử lý các gói tin không phù hợp với thỏa thuận, cũng như các luật đánh dấu và chia cắt lưu lượng.
Trong mô hình DiffServ, các bộ định tuyến được phân chia thành hai loại: bộ định tuyến biên và bộ định tuyến lõi Bộ định tuyến biên, nằm ở rìa của mạng, có nhiệm vụ xử lý từng luồng IP vi mô, trong khi bộ định tuyến lõi, nằm bên trong tổ chức mạng, chỉ cần xử lý một số ít luồng IP tổng Các luồng IP tổng này bao gồm tất cả các gói của các luồng IP vi mô cùng loại, giúp giảm tải cho bộ định tuyến lõi so với mô hình IntServ.
Hình 2-9 Tổng quan mô hình DiffServ
BR (Boundary Router): Bộ định tuyến ở biên
IR (Interior Router): Bộ định tuyến phía trong.
Nguyên lý hoạt động và kiến trúc của mô hình dịch vụ phân biệt
Khi triển khai mạng DiffServ tại bộ định tuyến biên, gói tin IP sẽ được phân loại thông qua việc kiểm tra mã DSCP (DiffServ Code Point) trong phần đầu gói Bộ định tuyến biên xác định loại dịch vụ dựa trên mã DSCP cùng với các thông tin khác liên quan đến luồng vi mô của gói IP, bao gồm địa chỉ đầu gửi và địa chỉ đầu nhận.
Các gói tin gửi đến bộ định tuyến có thể được đánh dấu hoặc không, và bộ định tuyến sẽ xác định điểm mã điều khiển dịch vụ DSCP của gói tin để phân loại chúng theo phương pháp phân loại kết hợp hành vi BA Các gói tin này sau đó được chuyển tiếp theo hành vi từng bước PHB (Per Hop Behavior) đã được định nghĩa cho từng lớp BA Mỗi PHB tương ứng với một giá trị DSCP và các gói tin trong cùng lớp BA sẽ được xử lý giống nhau.
Hình 2-10 Mô hình các bước dịch vụ phân biệt
Sau khi xác định loại gói IP, bộ định tuyến biên sẽ thực hiện các biện pháp điều chỉnh cần thiết cho gói tin Tùy thuộc vào mức độ tuân thủ của gói IP và sự nghiêm ngặt của DiffServ, bộ định tuyến có thể áp dụng các giải pháp như đánh dấu gói, điều chỉnh gói bằng cách loại bỏ hoặc trì hoãn gói một thời gian trước khi chuyển tiếp.
Bộ định tuyến lõi có vai trò quan trọng trong việc kiểm tra loại gói IP và chuyển tiếp chúng theo cách mà gói tin được nhận Điều này bao gồm việc định tuyến cho gói và xếp gói vào bộ đệm phù hợp khi cần thiết.
Mặc dù DiffServ đã khắc phục nhược điểm về tính áp dụng rộng của IntServ, nhưng mô hình này chỉ đảm bảo QoS cho luồng IP tổng Hiện tại, các nhà cung cấp dịch vụ vẫn chưa triển khai DiffServ do cần đầu tư nâng cấp mạng và thiếu động lực triển khai, bởi tính tiện lợi của việc cung ứng thừa dung lượng.
2.3.2.2 Kiến trúc của mô hình phân biệt dịch vụ
Mô hình phân biệt dịch vụ được định nghĩa trong RFC 2475, trong đó mạng IP được chia thành các miền phân biệt dịch vụ (DS) Mỗi miền DS cho phép quản lý và tối ưu hóa lưu lượng mạng, đảm bảo chất lượng dịch vụ cho các ứng dụng khác nhau Điều này giúp cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của các dịch vụ trên mạng.
Trong miền DS (Differentiated Services), có thể tồn tại một hoặc nhiều vùng phân biệt dịch vụ liên tiếp, được gọi là vùng DS (DS Domain) Mỗi vùng DS bao gồm các bộ định tuyến hỗ trợ cơ chế phân biệt dịch vụ, được gọi là các nút DS, và tất cả hoạt động theo cùng một chính sách cung cấp dịch vụ Bên cạnh đó, một vùng mạng IP hay vùng IP sẽ có một đường biên xác định.
DS được xác định bởi một đường biên gọi là biên DS (DS Boundary) Nút DS nằm trên đường biên này được gọi là nút biên DS (DS Boundary node), trong khi nút DS nằm bên trong vùng DS được gọi là nút bên trong DS (DS interior node).
Có hai loại nút biên trong hệ thống phân phối (DS): nút biên lối vào và nút biên lối ra Nút biên lối vào được đặt tại điểm vào của vùng DS, trong khi nút biên lối ra nằm ở điểm ra, theo hướng truyền tải từ máy gửi đến máy nhận Lưu lượng dữ liệu vào vùng DS thông qua nút biên đầu vào và ra khỏi vùng DS thông qua nút biên đầu ra Hình 2-12 minh họa rõ ràng các thành phần chính trong một vùng DS.
Hình 2-11 Các thành phần chính trong một vùng DS
Các nút biên trong vùng Differentiated Services (DS) thực hiện phân loại và điều khiển lưu lượng đầu vào nhằm đảm bảo rằng các gói tin được đánh dấu đúng cách để lựa chọn một Phân loại Hành vi (PHB) từ nhóm PHB được hỗ trợ trong vùng DS Các nút lõi trong vùng này sẽ quyết định cách thức chuyển tiếp cho các gói tin dựa trên mã dịch vụ DSCP, từ đó sắp xếp chúng vào các PHB tương ứng.
Mô hình DiffServ tại biên và lõi của mạng được mô tả cụ thể các chức năng như sau:
Hình 2-12 Mô hình tại biên và lõi của DiffServ
Một miền DiffServ bao gồm một hoặc nhiều vùng DiffServ liền kề với các chính sách quản trị khác nhau Điều này cho phép miền DiffServ cung cấp dịch vụ phân biệt qua các bộ định tuyến trong mạng, áp dụng nhiều chính sách quản trị đa dạng.
Mỗi vùng DS thực thi các chính sách và PHB riêng, sử dụng điểm mã phân biệt dịch vụ DSCP để chỉ định kiểu lưu lượng Để cung cấp DiffServ trong miền DS, các vùng DS ngang hàng có thể thiết lập thỏa thuận dịch vụ SLA với thỏa thuận lưu lượng TCA tại các interface giữa các vùng Một số vùng DS có thể kế thừa chính sách dịch vụ chung, hỗ trợ tập hợp các nhóm PHB và cách sắp xếp điểm mã DSCP, giúp loại bỏ quy định lưu lượng giữa các vùng trong cùng một miền DS.
Hình 2-13 Miền DS và vùng DS
Các phương pháp xử lý gói tin trong DiffServ
Mô hình phân biệt dịch vụ DiffServ sử dụng trường kiểu dịch vụ (Type of Service
Trong giao thức IPv4 và IPv6, trường ToS và Traffic Class (TC) được sử dụng để đánh dấu gói tin Khi cả hai giao thức này được triển khai trên các bộ định tuyến hoạt động trong vùng Differentiated Services (DS), các trường ToS và TC sẽ được thay thế bằng trường phân biệt dịch vụ (DiffServ field - DS) 8 bit Trong trường này, 6 bit đầu tiên được sử dụng để đánh dấu gói tin, gọi là điểm mã phân biệt dịch vụ (DSCP), trong khi 2 bit còn lại được dành cho mục đích dự phòng Để các gói tin được đánh dấu và thực thi theo mô hình phân biệt dịch vụ, cần thiết lập giá trị của trường DSCP.
2.3.3.1 Phương pháp hành vi từng bước - PHB
Mô hình phân biệt dịch vụ DiffServ sử dụng phương pháp phân loại gói tin kết hợp hành vi (BA – Behavior Aggregate) Trong phương pháp đánh dấu gói tin
Trong BA, các gói tin được đánh dấu dựa trên giá trị của trường điểm mã phân biệt dịch vụ DSCP Tất cả các gói tin được đánh dấu trong một BA sẽ nhận được quy trình xử lý tương tự khi chuyển tiếp.
Mô hình DiffServ hoạt động dựa trên từng bước và định nghĩa PHB trong mỗi Router Để cung cấp DiffServ cho từng vùng DS, PHB trong mỗi Router cần được thiết kế nhằm đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về QoS từ đầu đến cuối PHB được thiết kế để kết hợp hiệu quả với các kỹ thuật chính sách lưu lượng, định hướng lưu lượng và điều khiển đầu vào.
Một PHB (Per-Hop Behavior) được sử dụng bởi nhà cung cấp dịch vụ để xác định băng thông và các yêu cầu tài nguyên mạng khác như kích thước bộ đệm Độ ưu tiên của các PHB được so sánh trong cùng một Router, cùng với các thông số hiệu năng như độ trễ, jitter và mất gói Để đảm bảo hành vi chuyển tiếp gói tin theo quy tắc ứng xử của từng PHB, các kỹ thuật QoS như AQM và lập lịch gói tin sẽ được áp dụng PHB của một Router có thể được phát triển độc lập với các nguyên tắc chung, sử dụng các kỹ thuật riêng biệt của nhà cung cấp thiết bị mạng.
RFC 2598 định nghĩa hai loại PHB, bao gồm Chuyển tiếp nhanh hành vi từng bước (Expedited Forwarding - EF) và Chuyển tiếp bảo đảm hành vi từng bước (Assured Forwarding - AF).
2.3.3.2 Chuyển tiếp nhanh PHB – Expedited Forwarding (EF) PHB
Chuyển tiếp nhanh yêu cầu dịch vụ với tổn hao thấp, trễ thấp và băng thông đảm bảo Bộ định tuyến EF cần quản lý lưu lượng EF vào bộ nhớ đệm nhỏ để giảm rung pha và trễ do thời gian gói ở trong bộ nhớ và hàng đợi Khi quá tải xảy ra, nút biên DS ngăn chặn lưu lượng này để tránh tắc nghẽn tại các bộ định tuyến trong miền DS Vấn đề này được điều chỉnh qua thỏa thuận mức dịch vụ SLA, xác định lưu lượng truyền có điều kiện.
Hình 2-14 Xử lý chuyển tiếp nhanh EF PHB
Chuyển tiếp nhanh EF PHB có thể thực hiện được khi băng thông đầu ra và kích thước bộ đệm đủ lớn để xử lý các luồng lưu lượng ra với tốc độ phục vụ Để đảm bảo hiệu suất, tốc độ phục vụ luôn phải lớn hơn tốc độ đầu vào λ tại các bộ đệm EF.
2.3.3.3 Chuyển tiếp bảo đảm PHB – Assured Forwarding (AF) PHB
DiffServ trong NS2 hoạt động theo nhóm chuyển tiếp đảm bảo, cho phép một gói tin phụ thuộc vào luồng nhận 3 mức ưu tiên nhằm giảm thiểu xác suất mất gói cho các gói tin đồng bộ trong kết nối TCP Việc mất gói tin đồng bộ có thể gây ra gián đoạn lớn trong giao tiếp, do đó, các luồng được phân thành tối đa 4 lớp khác nhau, mỗi lớp nhận mức độ xử lý riêng biệt Chuyển tiếp đảm bảo với khả năng mất gói thấp là lý tưởng cho các giao thức không có xử lý sửa lỗi hoặc giải pháp truyền lại gói AF PHB gồm 4 lớp chuyển tiếp, mỗi lớp có 3 mức ưu tiên loại bỏ gói tin và được gán băng thông cùng bộ nhớ đệm cụ thể Khi cần loại bỏ gói, bộ định tuyến sẽ xác định gói nào bị loại bỏ trước, và nếu bộ nhớ đệm đầy, quá trình loại bỏ sẽ diễn ra theo thứ tự ưu tiên.
Bảng 2.4 Hiển thị 4 lớp AF và 12 lớp con AF và các giá trị của trường DSCP tương ứng với 12 lớp con được đưa ra trong RFC 2597
Lớp PHB Lớp con PHB Ưu tiên loại bỏ gói Giá trị DSCP
Khác với EF, lưu lượng AF chủ yếu là lưu lượng không thời gian thực, sử dụng giao thức TCP và kỹ thuật hàng đợi RED phù hợp cho AF PHB AF PHB có 4 lớp có thể được thực thi như 4 hàng đợi, với băng thông cổng đầu ra được chia đều cho các hàng đợi này Mỗi hàng đợi AF sẽ có các gói tin được đánh dấu bằng 3 màu hoặc 3 mức ưu tiên để xử lý việc loại bỏ gói tin.
K ẾT HỢP HAI MÔ HÌNH I NT S ERV VÀ D IFF S ERV TRONG VẤN ĐỀ THỰC HIỆN
Chất lượng dịch vụ (QoS) đảm bảo cung cấp độ tin cậy cho các dịch vụ từ điểm đầu đến điểm đích, đồng thời nâng cao khả năng của mạng khi cần thiết Để hiện thực hóa ý tưởng này, cần kết hợp hai mô hình IntServ và DiffServ trong cấu trúc mạng.
Các router và thiết bị đầu cuối trong mạng có thể hoạt động theo mô hình IntServ, đồng thời kết nối qua vùng DiffServ Mô hình này cho phép quản lý lưu lượng và đảm bảo chất lượng dịch vụ trong mạng.
Hình 2-15 Kết hợp giữa IntServ và DiffServ
Bài viết mô tả cấu trúc kết nối giữa hai mạng Intranet và IntServ thông qua vùng DiffServ Trong mạng Intranet, các máy trạm sử dụng giao thức RSVP để truyền tải thông tin yêu cầu chất lượng dịch vụ (QoS) tới các máy trạm khác trong cùng mạng, phục vụ cho các ứng dụng cần QoS.
Các mạng Intranet bao gồm 2 router biên là R1 và R4 R1 và R4 lần lượt nối với
Hai router biên R2 và R3 nằm trong vùng DiffServ, với giao thức báo hiệu RSVP được thiết lập bởi các ứng dụng yêu cầu dịch vụ trên các máy trạm (host A, host B) Các bản tin báo hiệu RSVP được truyền tải giữa các máy trạm trong mạng Intranet, dẫn đến việc dự trữ tài nguyên được thực hiện hoàn toàn bên ngoài vùng DiffServ.
Router R2 và R3 không chú ý đến giao thức RSVP, mà chỉ tập trung vào việc điều khiển và xử lý gói tin dựa trên trường DSCP Vì vậy, các bản tin RSVP đi qua vùng mạng DiffServ một cách trong suốt không ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất của mạng.
Việc ánh xạ kiểu dịch vụ và các tham số từ mạng IntServ sang mạng DiffServ là rất cần thiết QoS DiffServ sử dụng kỹ thuật hành vi từng bước PHB để điều chỉnh các giá trị tham số mô tả luồng lưu lượng từ IntServ cho phù hợp với DiffServ Giá trị ánh xạ này được thể hiện qua 1 bit trong trường DSCP, và việc quản lý băng thông trong mạng DiffServ là phương pháp thực hiện ánh xạ này Tất cả các router trong mạng DiffServ đều nhận biết giá trị DSCP, và việc truyền các giá trị này đến các router có thể thực hiện theo hai cách khác nhau.
Giá trị DSCP được đánh dấu tại router biên của vùng DiffServ, và có thể được đánh dấu lại tại router biên khi lưu lượng đi ra khỏi vùng DiffServ.
Đánh dấu DSCP có thể diễn ra tại router trong mạng Intranet, và việc ánh xạ giá trị DSCP từ router biên mạng Intranet tới mạng DiffServ là cần thiết để đảm bảo truyền thông hiệu quả giữa các thiết bị thuộc hai vùng mạng khác nhau Quá trình này là yếu tố quan trọng để đạt được sự hỗ trợ QoS từ đầu đến cuối.
(1) Host A kết nối vào mạng Intranet và yêu cầu một dịch vụ từ host B nằm ở một mạng Intranet khác Hai mạng Intranet này nối với nhau qua mạng DiffServ
(2) Host A gửi bản tin PATH (RSVP) để yêu cầu dành trước tài nguyên cho một ứng dụng cụ thể
(3) Bản tin PATH được gửi qua mạng Intranet đến R1 Các thiết bị mạng trong mạng Intranet nhận được và thực hiện xử lý
(4) Trạng thái bản tin PATH được định nghĩa tại R1 Sau đó, bản tin này được truyền tới router biên R2 của mạng DiffServ
(5) Bản tin PATH bị lờ đi trong mạng DiffServ tại router R2 và R3 Bản tin PATH tiếp tục được gửi tới router biên R4 của mạng Intranet và tới host B
(6) Khi host B nhận được bản tin PATH, bản tin RESV (RSVP) được tạo ra, cho biết lượng tài nguyên đáp ứng cho ứng dụng cụ thể trên
(7) Bản tin RESV được gửi ngược đến mạng DiffServ
(8) Bản tin RESV được truyền đi một cách trong suốt qua mạng DiffServ tới router R1
Tại R1, bản tin sẽ so sánh các yêu cầu tài nguyên trong yêu cầu RSVP ban đầu với tài nguyên có sẵn trên mạng DiffServ, từ đó xác định khả năng đáp ứng cho ứng dụng mạng Khả năng này được hình thành nhờ chức năng ánh xạ từ mạng IntServ sang DiffServ.
Nếu R1 chấp nhận yêu cầu, bản tin RESV sẽ được chấp nhận và gửi đến host A R1 cũng sẽ cập nhật bảng định tuyến và điều chỉnh khả năng đáp ứng trên một giao diện tương ứng.
(11) Nếu bản tin RESV không bị loại bỏ bời bất kỳ một node nào trên mạng Intranet thì bản tin này được nhận tại host A
2.5 Tổng kết chương Ở chương này ta tìm hiểu nguyên lý hoạt động và kiến trúc của 3 loại mô hình trong đó có mô hình Best-Effort, IntServ, DiffServ
IntServ có giao thức dành trước tài nguyên có những thuộc tính sau:
RSVP giữ trước tài nguyên cho cả các ứng dụng đơn hướng và đa hướng, tương thích linh hoạt với các tuyến thay đổi
RSVP là đơn công, nghĩa là nó tạo giữ trước tài nguyên cho các luồng dữ liệu đơn hướng
RSVP là một cơ chế quản lý tài nguyên, trong đó phía nhận dữ liệu chịu trách nhiệm khởi tạo và duy trì tài nguyên cần thiết cho luồng dữ liệu.
RSVP duy trì “trạng thái mềm” tại Router và Host, hỗ trợ cho sự thay đổi linh hoạt về định tuyến
RSVP chuyển tải và duy trì các tham số điều khiển lưu lượng và điều khiển chính sách
RSVP cung cấp một số mô hình giữ trước tài nguyên để tương thích với các ứng dụng khác nhau
RSVP hoạt động trong suốt với các router không hỗ trợ nó
RSVP hỗ trợ cho cả các giao thức IPv4 và IPv6
DiffServ có 3 kỹ thuật đánh dấu đáng chú ý:
Kỹ thuật hành vi theo từng bước - PHB
Chuyển tiếp đảm bảo - PHB
Bảng 2.5 so sánh đặc tính Đặc tính
Phân biệt dịch vụ Theo từng luồng lưu lượng
Tập các luồng lưu lượng
Cơ sở phân loại lưu lượng
Một vài trường tiêu đề
Trường DS của tiêu đề IP
Trạng thái tại các router
Theo từng luồng Theo tập các luồng
Loại dịch vụ phân biệt
Xác định hoặc đảm bảo thống kê Đảm bảo tuyệt đối hoặc tương đối
Sự sắp đặt cho dịch vụ
Từ đầu cuối tới đầu cuối Nội bộ (từng chặng)
Phạm vi dịch vụ Đơn hướng hoặc đa hướng
Bất cứ nơi nào trong mạng Điều khiển chấp nhận
Dịch vụ tương đối chỉ yêu cầu một số yêu cầu nhất định, trong khi giao thức báo hiệu yêu cầu (RSVP) không cần thiết cho dịch vụ này Quản lý mạng trong dịch vụ tương đối tương tự như mạng chuyển mạch kênh.
Giống như mạng IP hiện tại
Tính cước Dựa trên đặc tính luồng và yêu cầu QoS
Dựa trên loại dịch vụ sử dụng
Triển khai liên mạng Thỏa thuận đa phương Thỏa thuận song phương
CÁC KỸ THUẬT ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG IP
