1. 2
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
NGUYỄN THỊ PHƯƠNG NHUNG
GIẢI PHÁP
ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRÊN MẠNG IP,
ĐÁNH GIÁ VÀ SO SÁNH HIỆU QUẢ ĐẢM BẢO QoS
CỦA DIFFSERV VÀ INTSERV
LUẬN VĂN THẠC SĨ
3. 4
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
NGUYỄN THỊ PHƯƠNG NHUNG
GIẢI PHÁP
ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRÊN MẠNG IP,
ĐÁNH GIÁ VÀ SO SÁNH HIỆU QUẢ ĐẢM BẢO
QoS CỦA DIFFSERV VÀ INTSERV
Ngành: Công Nghệ Thông Tin
Chuyên ngành: Truyền dữ liệu và Mạng máy tính
Mã số: 60.48.15
LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS Hồ Sĩ Đàm
Hà Nội – 2010
4. 5
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân. Các số liệu, kết quả
trình bày trong luận văn này là trung thực. Những tư liệu được sử dụng trong luận văn
có nguồn gốc và trích dẫn rõ ràng, đầy đủ.
Hà nội, tháng 9 năm 2010
Nguyễn Thị Phương Nhung
5. 6
LỜI CẢM ƠN
Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và chân thành tới thầy giáo hướng
dẫn PGS.TS Hồ Sĩ Đàm người đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn tôi trong suốt quá trình
làm luận văn. Sự giúp đỡ quý báu của thầy giáo đã tạo điều kiện về mặt khoa học và là
nguồn động viên tinh thần rất lớn giúp tôi hoàn thành luận văn của mình.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Ths Lê Đình Thanh, người đã tận tình
giúp đỡ, hỗ trợ và đóng góp quý báu cho tôi thực hiện các mô phỏng kiểm chứng.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy cô giáo đã giảng dạy và truyền
thụ kiến thức cho tôi trong quá trình học tập tại trường Đại học Công nghệ, Đại học
Quốc gia Hà Nội.
Cuối cùng, con xin được bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới bậc sinh
thành, người đã dưỡng dục và động viên con trong suốt cuộc đời. Tôi cảm ơn chồng và
người thân trong gia đình đã là nguồn động viên tinh thần rất lớn đối với tôi.
NGUYỄN THỊ PHƯƠNG NHUNG
6. 7
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN........................................................................................................2
LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................6
MỤC LỤC...................................................................................................................7
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT...........................................................9
DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................11
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ....................................................................................12
MỞ ĐẦU...................................................................................................................15
Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ.........................................17
1.1 CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ (QoS) VÀ CÁC THAM SỐ QoS .............................17
1.1.1 Giới thiệu chung về QoS...........................................................................17
1.1.2 Các thành phần thực hiện QoS..................................................................21
1.1.3 Các tham số QoS đặc trưng.......................................................................24
1.2 CÁC YÊU CẦU ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ ...................................26
1.3 CÁC VẤN ĐỀ ĐẢM BẢO QoS.........................................................................27
1.3.1 Cung cấp QoS...........................................................................................28
1.3.2 Điều khiển QoS.........................................................................................28
1.3.3 Quản lý QoS .............................................................................................29
Chương 2 ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ CHO MẠNG IP .........................30
2.1 GIAO THỨC LIÊN MẠNG (IP – INTERNET PROTOCOL) .............................30
2.1.1 Phần tiêu đề gói IP....................................................................................31
2.1.2 Địa chỉ IP..................................................................................................32
2.1.3 Các giao thức định tuyến...........................................................................33
2.1.4 Các cơ chế truyền tải.................................................................................34
2.2 TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ CHO MẠNG IP (QoS IP)..............34
2.2.1 Lịch sử phát triển các mô hình QoS IP......................................................34
2.2.2 Các tham số cơ bản ảnh hưởng tới QoS IP thực tế.....................................36
2.3 CÁC CHỨC NĂNG CHUNG CỦA QoS IP .......................................................39
2.4 CÁC KỸ THUẬT ĐẢM BẢO QoS IP................................................................42
2.4.1 Kỹ thuật đo lưu lượng và màu hóa lưu lượng............................................42
2.4.2 Kỹ thuật quản lý hàng đợi tích cực............................................................46
2.4.3 Kỹ thuật lập lịch cho gói tin......................................................................47
2.4.4 Kỹ thuật cắt lưu lượng ..............................................................................50
2.5 KẾT LUẬN ........................................................................................................52
Chương 3: MỘT SỐ MÔ HÌNH ĐẢM BẢO QoS IP ................................................53
3.1 MÔ HÌNH DỊCH VỤ TÍCH HỢP - INTSERV .....................................................53
7. 8
3.1.1 Giới thiệu chung .......................................................................................53
3.1.2 Giao thức dành trước tài nguyên RSVP.......................................................57
3.2 MÔ HÌNH DỊCH VỤ PHÂN BIỆT - DIFFSERV..................................................64
3.2.1 Tổng quan về mô hình DiffServ..................................................................64
3.2.2 Miền dịch vụ phân biệt và điểm mã dịch vụ phân biệt .................................66
3.2.4 Xử lý gói tin trong DiffServ........................................................................68
3.3 KHUYẾN NGHỊ TRIỂN KHAI QoS TRÊN MẠNG IP........................................73
3.4 KẾT LUẬN ........................................................................................................73
Chương 4 ĐÁNH GIÁ MÔ HÌNH ĐẢM BẢO QoS IP QUA MÔ PHỎNG............74
4.1 ĐÁNH GIÁ CHUNG...........................................................................................74
4.2 MÔ PHỎNG VÀ KIỂM TRA QoS.....................................................................75
4.2.1 Tổng quan chương trình mô phỏng mạng NS2..........................................75
4.2.2 Mô phỏng mô hình DiffServ .....................................................................79
KẾT LUẬN...............................................................................................................88
TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................89
8. 9
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt
AF
AL
AQM
ATM
ACS
AF
BA
BB
BE
B-ISDN
CBR
CBS
CIR
CoS
CR
DiffServ
DLL
DS
DSCP
ECN
EF
ER
ETSI
FIFO
FLOWSPEC
FQ
FSI
GoS
GS
IETF
IntServ
IPLR
IPTD
IPER
ISO
Assured Forwarding
Application Layer
Active Queue Management
Asychronous Transfer Mode
Access Control System
Assured Forward
Behavior Aggressive
Bandwith Broker
Best-Effort
Broadband ISDN
Constant Bit Rate
Committed Burst Size
Committed Information Rate
Class of Service
Core Router
Differentiated Services
Data Link Layer
Differentiated Server
Differentiated Services Code Point
Explicit Congestion Notification
Expedited Forwarding
Edge Router
European Telecommunications
Standards Institute
First In First Out
Flow Specification
Fair Queueing
Flow State Information
Grade of Sevice
Guaranteed Service
Internet Engineering Task Force
Intergrated Service
IP Loss Rate
IP Packet Transfer Delay
IP Error Rate
International Standard Organization
Chuyển tiếp đảm bảo
Tầng ứng dụng
Quản lý hàng đợitích cực
Chế độ truyền tải không đồng bộ
Hệ thống điều khiển truy nhập
Chuyển tiếp đảm bảo
Kết hợp hành vi
Phân bổ băng thông
Cố gắng tối đa
Mạng tích hợp đa dịch vụ băng rộng
Tốc độ bit cố định
Kích thước bùng nổ cam kết
Tốc độ thông tin cam kết
Lớp dịch vụ
Bộ định tuyến lõi
Dịch vụ phân biệt
Tầng liên kết dữ liệu
Server phân biệt
Điểm mã dịch vụ phân biệt
Thông báo tắc nghẽn tường minh
Chuyển tiếp nhanh
Bộ định tuyến biên
Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu
Vào trước ra trước
Đặc tả luồng
Hàng đợi công bằng
Thông tin trạng thái luồng
Cấp độ dịch vụ
Dịch vụ đảm bảo
Uỷ ban thực thi kỹ thuật Internet
Dịch vụ tích hợp
Tỷ lệ mất gói IP
Trễ truyền tải gói tin IP
Tỷ lệ lỗi gói tin IP
Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế
9. 10
IPv4
IPv6
ITU-T
MF
MPLS
NL
NNI
NP
PBS
PHB
PIR
PQ
QoS
RA
RED
RFC
RSVP
SACP
SE
SLA
SNMP
srTCM
TCA
TL
ToS
trTCM
UBR
UNI
VBR
VoIP
VPN
WF
WFQ
WRED
WRR
Internet Protocol version 4
Internet Protocol version 6
International Telecommunication Union
Multi Fields
MultiProtocol Label Switching
Network Layer
Network Node Interface
Net Performance
Packet Burst Size
Per-Hop forwarding Behaviour
Peak Information Rate
Priority Queueing
Quality of Service
Resource Allocation
Random Early Detection and Discard
Request For Comments
Resource Reservation Protocol
Simple Acceptance Control Protocol
Shared Explicit
Service Level Argreement
Simple Network Management Protocol
Single rate Three Color Marker
Traffic Conditioning Agreement
Transmission Layer
Type of Service
Two rate Three Color Marker
Undefined Bit rate
User Network Interface
Variable Bit Rate
Voice over IP
Virtual Private Network
Wildcard Filter
Weighted Fair Queueing
Weighted Random Early Discarding
Weighted Round Robin
Giao thức Internet phiên bản 4
Giao thức Internet phiên bản 6
Hiệp hội viễn thông quốc tế
Đa trường
Chuyển mạch nhãn đa giao thức
Tầng mạng
Giao diện nút mạng
Hiệu năng mạng
Kích thước bùng nổ gói
Hành vichuyển tiếp theo từng chặng
Tốc độ thông tin đỉnh
Hàng đợi ưu tiên
Chất lượng dịch vụ
Cấp phát tài nguyên
Phát hiện và loại bỏ sớm ngẫu nhiên
Các yêu cầu cần trả lời
Giao thức dành trước tài nguyên
Giao thức điều khiển chấp nhận đơn giản
Chia sẻ tường minh
Thoả thuận mức dịch vụ
Giao thức quản lý mạng đơn giản
Bộ đánh dấu 3 màu tốc độ đơn
Thoả thuận điều kiện lưu lượng
Tầng truyền dẫn
Kiểu dịch vụ
Bộ đánh dấu 3 màu hai tốc độ
Tốc độ bit không xác định
Giao diện người dùng mạng
Tốc độ bit thay đổi
Thoại qua IP
Mạng riêng ảo
Bộ lọc Wildcard
Hàng đợi công bằng theo trọng số
Loại bỏ sớm ngẫu nhiên theo trọng số
Quay vòng theo trọng số
10. 11
DANH MỤC CÁC BẢNG
Tên bảng Trang
Bảng 1.1. Các đặc tính phân lớp QoS cho mạng IP theo ITU-T .................................26
Bảng 1.2. Phân lớp QoS theo quan điểm của ETSI ....................................................26
Bảng 1.3. Các vùng dịch vụ của B-ISDN...................................................................27
Bảng 1.4. Phân vùng dịch vụ theo diễn đàn ATM......................................................27
Bảng 3.1: Các kiểu dành trước tài nguyên..................................................................58
Bảng 3.2. Các bit sử dụng cho điều khiển chia sẻ......................................................61
Bảng 3.3. Các bít sử dụng cho điều khiển lựa chọn máy gửi .....................................61
Bảng 3.4. Các tham số của các đối tượng CL khác nhau ............................................63
Bảng 3.5. Các tham số của dịch vụ cam kết Rspec....................................................63
Bảng 3.6. Các khối điểm mã dịch vụ phân biệt DSCP...............................................67
Bảng 3.7. Chi tiết các phân lớp chuyển tiếp đảm bảo AF PHB..................................70
Bảng 4.1. So sánh mô hình IntServ và DiffServ.........................................................75
11. 12
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Tên hình Trang
Hình 1.1. Mô hình QoS tổng quát .............................................................................17
Hình 1.2. Kiến trúc cơ bản của QoS..........................................................................18
Hình 1.3. Các mức của chất lượng dịch vụ đầu cuối-đầu cuối...................................19
Hình 1.4. Các đặc điểm cơ bản của chất lượng dịch vụ .............................................20
Hình 1.5. Hàng đợi vào trước ra trước trong router ...................................................22
Hình 1.6. Classify, Queue và Schedule trong router..................................................23
Hình 1.7. Cơ chế traffic shaping trong router ............................................................23
Hình 1.8. Các thành phần trong cơ cấu đảm bảo chất lượng dịch vụ ..........................28
Hình 2.1. Chồng giao thức TCP/IP ............................................................................30
Hình 2.2. Khuôn dạng phần tiêu đề gói IP..................................................................31
Hình 2.3. Các lớp địa chỉ IP.......................................................................................33
Hình 2.4. Các bước phát triển của mô hình QoS [12].................................................34
Hình 2.5. Dịch vụ Intserv và dịch vụ Diffserv [19]. ...................................................35
Hình 2.6. Băng thông khả dụng..................................................................................37
Hình 2.7. Trễ tích lũy từ đầu cuối tới đầu cuối...........................................................38
Hình 2.8. Trễ xử lý và hàng đợi .................................................................................38
Hình 2.9. Mất gói vì hiện tượng tràn bộ đệm đầu ra...................................................39
Hình 2.10. Các chức năng đảm bảo QoS của bộ định tuyến IP...................................40
Hình 2.11. Phương pháp phân loại gói đa trường chức năng ......................................40
Hình 2.12. Phương pháp phân loại gói theo kết hợp hành vi ......................................41
Hình 2.13. Khoảng thời gian CBS trong CIR của tốc độ lưu lượng đầu vào đơn........43
Hình 2.14. Chế độ mù màu srTCM với gáo C và gáo E..............................................43
Hình 2.15. Chế độ hoạt động rõ màu srTCM .............................................................44
Hình 2.16. Gáo rò C, P và chế độ hoạt động mù màu của trTCM...............................45
Hình 2.17. Chế độ hoạt động rõ màu của trTCM........................................................45
Hình 2.18. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của RED........................................................46
Hình 2.19. Hoạt động thông báo tắc nghẽn tường minh ECN.....................................47
Hình 2.20. Hàng đợi ưu tiên PQ.................................................................................48
Hình 2.21. Hàng đợi cân bằng FQ..............................................................................49
Hình 2.22. Hàng đợi quay vòng theo trọng số WRR ..................................................49
Hình 2.23: Chia cắt lưu lượng thuần ..........................................................................51
Hình 2.24: Chia cắt lưu lượng bùng nổ kiểu gáo rò....................................................51
Hình 3.1. Mô hình dịch vụ tích hợp IntServ ..............................................................54
12. 13
Hình 3.2. Cấu trúc mạng IntServ...............................................................................58
Hình 3.3. Khuôn dạng bản tin RSVP và tiêu đề chung RSVP ...................................59
Hình 3.4. Khuôn dạng bản tin đối tượng RSVP.........................................................60
Hình 3.5. Khuôn dạng đối tượng kiểu .......................................................................60
Hình 3.6. Cấu trúc bản tin Path và Resv trong RSVP.................................................61
Hình 3.7. Tổng quan mô hình DiffServ.....................................................................64
Hình 3.8. Mô hình DiffServ tại biên và lõi của mạng................................................65
Hình 3.9. Mô hình các bước dịch vụ phân biệt DiffServ ...........................................66
Hình 3.10. Miền dịch vụ phân biệt DS......................................................................67
Hình 3.11. Cấu trúc của trường phân biệt dịch vụ DS ................................................67
Hình 3.12. Hoạt động của BB ...................................................................................68
Hình 3.13. Xử lý chuyển tiếp nhanh EF PHB............................................................69
Hình 3.14. Các phân lớp AF PHB.............................................................................70
Hình 3.15. Cấu trúc của byte TOS ............................................................................71
Hình 4.1. Mô hình NS2 đơn giản ...............................................................................76
Hình 4.2. Tương ứng C++ và Otcl .............................................................................76
Hình 4.3. Kiến trúc của NS........................................................................................77
Hình 4.4. Sơ đồ hoạt động của NS2 ...........................................................................77
Hình 4.5. Các trường của tệp bám vết .......................................................................78
Hình 4.6. Mô hình khảo sát........................................................................................85
Hình 4.7. Đồ thị mô tả mất gói trong khoảng thời gian 120s ......................................86
Hình 4.8. Đồ thị mô tả thông lượng trong khoảng thời gian 120s ..... Error! Bookmark
not defined.
Hình 4.9. Độ trễ hàng đợi của lớp lưu lượng................Error! Bookmark not defined.
14. 15
MỞ ĐẦU
1. CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
Ngày nay, với sự bùng nổ của Internet, việc kết nối và sử dụng Internet ngày
càng đa dạng, phong phú, chính vì vậy tầm quan trọng của việc đảm bảo chất lượng
dịch vụ (QoS) ngày càng tăng. Với sự ra đời của các nhà cung cấp dịch vụ Internet
(ISP), việc ổn định “chất lượng của Internet” cần phải được đảm bảo. Điều đó có
nghĩa là các nhà cung cấp Internet tạo ra cho người dùng những dịch vụ đa dạng,
phong phú và cốt yếu là phải đảm bảo chất lượng dịch vụ đó.
Mạng Internet hiện nay cung cấp dịch vụ trên cơ sở phục vụ theo khả năng tối
đa (best - effort), tức là không có bất cứ một cam kết nào được đưa ra từ phía nhà khai
thác về chất lượng dịch vụ. Thay vào đó, tùy thuộc vào trạng thái cụ thể của mạng,
mạng chủ sẽ thực hiện những khả năng tốt nhất của mình để phục vụ lưu lượng cho
dịch vụ [9]. Đây là nguyên nhân chủ yếu thúc đẩy nghiên cứu mạnh mẽ về QoS trên
nền mạng IP trong những năm gần đây.
Chất lượng dịch vụ là một thành phần quan trọng của các mạng gói đa dịch vụ.
Vấn đề chất lượng dịch vụ và đánh giá chất lượng dịch vụ luôn là vấn đề đóng vai trò
quan trọng đối với tất cả các loại hình dịch vụ viễn thông. Mỗi loại hình dịch vụ sẽ
quan tâm tới QoS ở những khía cạnh khác nhau.
Việc tích hợp nhiều ứng dụng với các yêu cầu về QoS khác nhau đòi hỏi phải
có một mô hình đảm bảo QoS cho các dịch vụ này. Hướng tiếp cận QoS theo mô hình
IntServ và DiffServ rất phù hợp với mạng gói IP [18]. Công nghệ IP và các ứng dụng
của nó đã và đang tạo ra nhiều cơ hội và thách thức mới cho các nhà cung cấp dịch vụ
viễn thông.
Từ tính cấp thiết nêu trên, chúng tôi chọn đề tài “Giải pháp đảm bảo chất
lượng dịch vụ (QoS) trên mạng IP, đánh giá và so sánh hiệu quả đảm bảo QoS của
DiffServ và IntServ”. Luận văn sẽ đi sâu tìm hiểu những kiến thức cơ bản về chất
lượng dịch vụ trên nền mạng IP như đặc điểm kỹ thuật, phân tích và đánh giá chất
lượng cho mạng IP qua mô hình IntServ và DiffServ; việc triển khai, hỗ trợ chất lượng
dịch vụ trên nền mạng IP.
2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
Luận văn tập trung nghiên cứu những vấn đề sau:
- Tập trung nghiên cứu về đảm bảo chất lượng dịch vụ trên mạng IP.
- Phân tích, đánh giá hai mô hình IntServ và Diffserv đối với QoS IP.
- Sử dụng công cụ NS2 mô phỏng mô hình đảm bảo QoS: IntServ và
DiffServ, từ đó đưa ra giải pháp cho việc đảm bảo chất lượng dịch vụ trên
nền mạng IP.
15. 16
3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đề tài tập trung nghiên cứu lý thuyết về đảm bảo chất lượng dịch vụ. Các mô
hình và cơ chế đảm bảo QoS trên nền mạng IP.
Đánh giá và so sánh hiệu năng của 2 mô hình Intserv và DiffServ qua việc sử
dụng công cụ mô phỏng NS2.
4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Thực hiện nghiên cứu lý thuyết về các kiến trúc QoS.
Phân tích và đánh giá qua mô phỏng.
5. CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN
Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn gồm 4 chương:
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ
Các vấn đề và yêu cầu đảm bảo chất lượng dịch vụ:
a) Khái niệm về QoS và những yếu tố liên quan: tham số và phương thức
đánh giá chất lượng dịch vụ mạng.
b) Với các dịch vụ trên nền mạng IP, những tham số đặc trưng khách quan được
chuẩn hóa qua các tham số như tỷ lệ mất gói, độ trễ gói, độ biến thiên trễ,...
c) Các thông số QoS: Khi xem xét đến đảm bảo chất lượng cho một dịch
vụ trên nền mạng IP, cần định nghĩa cụ thể tập hợp những tham số QoS
khách quan phải được quan tâm cùng với mô hình phù hợp cho sự ràng
buộc của các tham số đó.
Chương 2 ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ CHO MẠNG IP
Khái quát về mạng IP, các loại mạng, các giao thức liên mạng và định
tuyến, các cơ chế truyền tải trong mạng IP. Nghiên cứu các yếu tố chính có
ảnh hưởng tới mạng IP.
Tìm hiểu lịch sử phát triển QoS IP cùng với các tham số ảnh hưởng trực tiếp
tới QoS IP trên thực tế.
Các kỹ thuật và công nghệ đảm bảo QoS IP: quản lý hàng đợi, lưu lượng,
lập lịch cho gói tin.
Chương 3 MỘT SỐ MÔ HÌNH ĐẢM BẢO QoS IP
Đi sâu nghiên cứu mô hình hỗ trợ chất lượng dịch vụ trong mạng IP, so sánh
lợi thế của mỗi mô hình dịch vụ đối với mạng IP.
Nghiên cứu và rút ra những giải pháp của hai mô hình IntServ và DiffServ.
Chương 4 ĐÁNH GIÁ MÔ HÌNH ĐẢM BẢO QoS IP QUA MÔ PHỎNG
Đánh giá chung về DiffServ và IntServ, rút ra ưu – nhược điểm của hai mô
hình trong thực tế
Luận văn thực hiện mô phỏng bằng NS2 nhằm đánh giá mô hình đảm bảo
QoS trên mạng IP.
16. 17
Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ
1.1 CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ (QoS) VÀ CÁC THAM SỐ QoS
1.1.1 Giới thiệu chung về QoS
Chất lượng dịch vụ (Quality of Service – QoS) là một khái niệm rộng và được
tiếp cận theo nhiều hướng khác nhau, QoS liên quan tới khả năng cung cấp các dịch vụ
tốt hơn của một mạng đối với một lưu lượng mạng đã chọn với những công nghệ khác
nhau bao gồm Frame Relay, ATM, Ethernet và các mạng 802.1, SONET, IP.
Chất lượng được định nghĩa trong ISO 9000 là “cấp độ của một tập các đặc
tính vốn có đáp ứng đầy đủ các yêu cầu”. Theo khuyến nghị E800 ITU-T, chất lượng
dịch vụ là “Một tập các khía cạnh của hiệu năng dịch vụ nhằm xác định cấp độ thỏa
mãn của người sử dụng đối với dịch vụ”. Trong khi IETF [ETSI - TR102] nhìn nhận
QoS là khả năng phân biệt luồng lưu lượng để mạng có các ứng xử phân biệt đối với
các kiểu luồng lưu lượng, QoS bao trùm cả phân loại hóa dịch vụ và hiệu năng tổng
thể của mạng cho mỗi loại dịch vụ [10].
Cho đến nay vẫn chưa thực sự có một khái niệm hoàn chỉnh về chất lượng dịch
vụ, mặc dù vậy ta có thể hiểu chất lượng dịch vụ là điều kiện để việc cung cấp dịch vụ
truyền dữ liệu trên mạng phù hợp với các ứng dụng và đảm bảo sự nhận biết của
người dùng. Chất lượng dịch vụ bao gồm tập hợp các tiêu chí đặc trưng cho yêu cầu
của từng loại lưu lượng cụ thể trên mạng như độ trễ, jitter (sự thay đổi độ trễ), tỉ lệ
mất gói,…[16]. Các tiêu chí trên có liên quan chặt chẽ tới băng thông dành cho lưu
lượng đó .
Hình vẽ sau đây biểu diễn một mô hình QoS tổng quát:
Hình 1.1. Mô hình QoS tổng quát
Trong hình vẽ, NP (Net Performance) là năng lực và hiệu quả của một mạng cụ
thể. Nó bao gồm khả năng ứng xử, tính hiệu quả của mạng và chất lượng phục vụ mà
mạng cung cấp. AP (Access Point) là điểm truy nhập mạng.
17. 18
Việc thực hiện đảm bảo chất lượng dịch vụ bao gồm ba thành tố cơ bản sau:
Các cơ chế đảm bảo chất lượng dịch vụ tại các nút mạng: thuật toán hàng đợi
(queuing), cơ chế định hình lưu lượng (traffic shapping), các cơ chế tối ưu hóa
đường truyền, các thuật toán dự đoán và tránh tắc nghẽn…
Phương thức báo hiệu QoS giữa các nút mạng để phối hợp hoạt động đảm bảo
chất lượng dịch vụ từ đầu cuối tới đầu cuối
Chính sách QoS và các chức năng tính cước, quản lý để điều khiển và phân
phát QoS cho các lưu lượng đi qua mạng
Hình 1.2. Kiến trúc cơ bản của QoS
Xét từ đầu cuối đến đầu cuối, chất lượng dịch vụ được chia ra một số loại sau:
Best-Effort Service: Mô hình dịch vụ “tối đa”, có nghĩa là mạng sẽ khai thác
hết khả năng trong giới hạn cho phép, nhưng không đảm bảo độ trễ và mất
mát dữ liệu. Vì vậy, khi có nhiều luồng lưu lượng truyền đi trong mạng và
vượt quá khả năng của mạng, dịch vụ không bị từ chối nhưng chất lượng
dịch vụ giảm: thời gian trễ tăng, tốc độ giảm và mất dữ liệu. Với Best-Effort,
dữ liệu đi vào mạng đều tuân theo quy tắc FIFO. Không có sự đối xử nào
của QoS đối với dữ liệu.
Differrentiated Service (còn gọi là soft QoS): Một vài dòng lưu lượng của dịch
vụ được ưu tiên hơn những dòng lưu lượng còn lại (ví dụ như cam kết các dịch
vụ khác nhau như thoại, video sẽ có băng thông ổn định, được xử lý nhanh hơn,
tỉ lệ mất gói ít hơn, …).
Guaranteed Service (còn gọi là hard QoS): dữ liệu đi vào mạng được phân loại
thành các lớp khác nhau để phân loại cách đối xử của mạng đối với dữ liệu.
Thực hiện thông qua các tool QoS là PQ, CQ, WFQ và WRED. Dịch vụ
được đảm bảo tuyệt đối về tài nguyên mạng dành cho nó, với điều khoản cụ thể
như băng thông, trễ, mất gói…
18. 19
Hình 1.3. Các mức của chất lượng dịch vụ đầu cuối-đầu cuối
Tính chất chung của chất lượng dịch vụ: “Hiệu ứng chung của đặc tính chất
lượng dịch vụ là xác định mức độ hài lòng của người sử dụng đối với dịch vụ”. Ngoài
ra, QoS còn là “khả năng của mạng đảm bảo và duy trì các mức thực hiện nhất định
cho mỗi ứng dụng theo như các yêu cầu đã được chỉ rõ của mỗi người sử dụng”. Từ
đó, chất lượng dịch vụ QoS có thể được đánh giá theo hai cách: đánh giá chủ quan và
đánh giá khách quan.
Đối với người sử dụng dịch vụ, chất lượng dịch vụ phần lớn được đánh giá một
cách chủ quan. Ví dụ, khi truy cập một trang Web, yếu tố đầu tiên để người sử dụng đánh
giá chất lượng dịch vụ truy cập là khả năng truy nhập thành công trang Web đó. Một yếu
tố cũng không thể thiếu là đánh giá mức độ truy nhập nhanh hay chậm qua xem xét thời
gian cần thiết để tải các dữ liệu từ trang Web. Từ ý kiến đó, người sử dụng sẽ công nhận
dịch vụ truy cập Internet là tốt nếu khả năng truy nhập cao (sự gián đoạn là hạn hữu và
vận tốc truyền tải dữ liệu nhanh).
Dựa trên những đánh giá chủ quan, QoS được coi là mức độ chấp nhận dịch vụ
của người sử dụng và thường được đánh giá trên thang điểm đánh giá trung bình MoS
(Mean of Score), MoS dao động từ mức (1-tồi) đến mức (5- xuất sắc). QoS cần được cung
cấp cho mỗi ứng dụng để người sử dụng có thể chạy ứng dụng đó và mức QoS mà ứng
dụng đòi hỏi được xác định bởi người sử dụng. Từ MoS, các nhà cung cấp dịch vụ đưa ra
mức chất lượng dịch vụ phù hợp cho dịch vụ của mình.
Điều cơ bản chung của cách đánh giá chủ quan là với người sử dụng, sự đánh giá
phụ thuộc vào dịch vụ cụ thể họ đang dùng. Vì những đánh giá này mang tính chủ quan nên
chúng không được biểu hóa một cách thống nhất và rành mạch.
Từ khía cạnh dịch vụ mạng, QoS liên quan tới năng lực cung cấp các yêu cầu
chất lượng dịch vụ cho người sử dụng. Có hai kiểu năng lực mạng để cung cấp chất
lượng dịch vụ trong mạng chuyển mạch gói.
a. Mạng chuyển mạch gói phải có khả năng phân biệt các lớp dịch vụ.
b. Một khi mạng có các lớp dịch vụ khác nhau, mạng phải có cơ chế ứng xử khác nhau
19. 20
với các lớp bằng cách cung cấp các đảm bảo tài nguyên và phân biệt dịch vụ trong mạng.
Hình 1.4. Các đặc điểm cơ bản của chất lượng dịch vụ
Phương pháp cơ bản để xác định chất lượng dịch vụ mạng là quá trình phân tích
lưu lượng và các điều kiện của mạng, thông qua các bài toán được mô hình hóa hoặc
đo kiểm trực tiếp các thông số mạng để đánh giá tiêu chuẩn khách quan.
Nhìn từ khía cạnh mạng, một khung làm việc chung của kiến trúc QoS gồm có:
Phương pháp để yêu cầu và nhận các mức của dịch vụ qua các hình thức
thỏa thuận mức dịch vụ SLA (Service Level Agreements). Các thỏa thuận
SLA gồm các tham số QoS như băng thông, độ trễ, ...là một hình thức giao
kèo dịch vụ giữa khách hàng và nhà cung cấp dịch vụ. Khách hàng cần
SLA để hiểu các ứng dụng của họ nhận được mức dịch vụ như thế nào, còn
các nhà cung cấp dịch vụ cần SLA để hướng lưu lượng đầu vào của người
sử dụng tới mạng phù hợp.
Báo hiệu, phân phối bộ đệm và quản lý bộ đệm cho phép đáp ứng yêu cầu
mức dịch vụ thông qua các giao thức dành trước tài nguyên cho ứng dụng.
Điều khiển những ứng dụng có sai lệch trong việc thiết lập các mức dịch
vụ, thông qua quá trình phân loại loại lưu lượng, hướng tới chính sách
quản lý và thực thi đối với từng luồng lưu lượng nhằm xác định kỹ thuật
điều khiển lưu lượng phù hợp. Phương pháp sắp xếp cho luồng lưu lượng
qua mạng trong một chừng mực có thể đảm bảo thỏa thuận các mức dịch
vụ sử dụng, bằng các phương pháp định tuyến trên nền tảng QoS.
Mức độ chấp nhận
dịch vụ
Kiểm tra
MOS – E Mode
1. Khả năng phân lớp dịch vụ
2. Khả năng cung cấp dịch vụ
theo lớp
Các tham số mạng:
Mất gói
Độ trễ
Trượt thời gian
Khả năng tắc nghẽn
Người sử dụng đầu cuối Mạng chuyển mạch gói Người sử dụng đầu cuối
QoS QoS
Phân tích
Mô hình hóa và mô phỏng
Đo kiểm
20. 21
Phương pháp tránh tắc nghẽn, quản lý tắc nghẽn, hàng đợi, và thiết lập để
ngăn chặn các điều kiện sự cố mạng gây ra những hậu quả bất lợi ảnh hưởng
tới mức dịch vụ. Quản lý tắc nghẽn không phải là cơ chế phòng ngừa, nhưng
là một cơ chế tác động ngược khi các điều kiện tắc nghẽn phát sinh trong
mạng. Phát hiện và loại bỏ sớm ngẫu nghiên RED (Random Early
Detection and Discard) là một trong các kỹ thuật để ngăn ngừa tắc nghẽn.
Chính sách quản lý cho phép thực hiện các luật áp dụng cho các gói tin qua
mạng trên nền chính sách chung. Mỗi lớp lưu lượng có một giới hạn nhất
định số các gói tin được chấp nhận trong một khoảng thời gian nhất định.
Chính sách quản lý liên quan tới các hoạt động của thiết bị xử lý gói tin và
hiện trạng của mạng từ đó quyết định hình thức thỏa thuận mức dịch vụ.
Tiếp cận theo mô hình phân lớp trong mô hình tham chiếu hệ thống mở OSI
(Open System Interconnection) là cách tiếp cận khác về QoS được nhìn nhận từ phía
mạng, QoS được đánh giá trong một số tầng:
Tầng ứng dụng AL (Application Layer): QoS được nhận thức là “mức độ
dịch vụ”.
Tầng truyền tải TL (Transport Layer): QoS được thực hiện bởi kiến trúc
logic của mạng, các cơ chế định tuyến và báo hiệu.
Tầng mạng NL (Network layer): QoS thể hiện qua cac tham số lớp mạng:
Tỷ lệ lỗi, giá trị trung bình, giá trị lớn nhất của các tham số như băng
thông, độ trễ và độ tin cậy của luồng lưu lượng.
Lớp liên kết dữ liệu DLL (Data link Layer): QoS được thể hiện qua các
tham số truyền dẫn, tỷ lệ lỗi thông tin, các hiện tượng tắc nghẽn và hỏng
hóc của các tuyến liên kết.
Từ mô hình trên chúng ta nhận thấy, chất lượng dịch vụ tại các tầng cao của mô
hình hướng về người sử dụng (liên quan tới giao thức và phần mềm điều khiển), trong
khi các tầng thấp hướng về các đặc tính của hệ thống mạng truyền thông (như cấu trúc
mạng, tài nguyên sử dụng trong các nút và liên kết).
1.1.2 Các thành phần thực hiện QoS
Mục đích chính của QoS là cung cấp thứ tự ưu tiên các dịch vụ giao nhận thông
tin tin cậy cho những lớp hay loại lưu lượng nào đó bao gồm: cấp băng thông, điều
khiển rung pha và trễ (cần thiết đối với các ứng dụng thời gian thực và lưu lượng
tương tác), cung cấp sự ưu tiên cho một hay nhiều luồng mà không làm cho các luồng
khác bị lỗi... Vấn đề trước tiên phải quan tâm là quá trình lưu và chuyển gói tại các nút
mạng diễn ra như thế nào, do tuyến đường mà gói đi qua để đến đích là một chuỗi các
nút và liên kết mạng.
21. 22
1.1.2.1 Thực hiện QoS tại các nút mạng
Quyết định chuyển gói dựa trên địa chỉ đích của mỗi gói và thông tin trong
bảng định tuyến của router. Những router cần cho mạng có đảm bảo chất lượng dịch
vụ không thì cần phải quan tâm thời điểm gửi gói.
Trong phần lớn các mạng, lưu lượng đến theo từng đợt thay đổi thất thường.
Trường hợp hay xảy ra là nhiều đợt gói tin đến từ các tuyến vào khác nhau và cùng
một tuyến ra (bản thân tuyến ra chỉ có dung lượng hữu hạn) làm cho router nhận được
số gói vượt quá khả năng phân phát tức thời của nó. Để đối phó với trường hợp này,
tất cả các router đều có các bộ đệm bên trong (các hàng đợi – queues) để lưu trữ những
gói thừa cho đến khi chúng có thể được chuyển. Khi đó các gói này sẽ chịu thêm độ
trễ, hay router chịu một sự ứ nghẽn nhất thời. Trễ của gói từ nguồn tới đích bao gồm
nhiều thành phần nhưng trễ do bộ đệm kể trên rất thất thường, nó thay đổi ngay cả
giữa các gói tới cùng một đích.
Mặt khác, gói đến sẽ bị hủy nếu hết dung lượng bộ đệm và tỷ lệ mất gói là một
yếu tố không kiểm soát được. Với các hàng đợi FIFO sẽ không có các cơ chế phân
tách các loại lưu lượng khác nhau, lưu lượng này sẽ ảnh hưởng tới chất lượng dịch vụ
của lưu lượng kia khi vượt qua cùng một hàng đợi.
Hình 1.5. Hàng đợi vào trước ra trước trong router
Thay vì chỉ có một hàng đợi phục vụ cho mọi loại lưu lượng, người ta đưa ra cơ
chế CQS (Classification-Queuing-Scheduling): sử dụng nhiều hàng đợi (với dung
lượng và chính sách hủy gói khác nhau) phù hợp với yêu cầu chất lượng dịch vụ của
từng lớp lưu lượng cần phục vụ. Classification thực hiện phân loại gói và chỉ định
hàng đợi phù hợp cho từng gói. Các hàng đợi vẫn phải chia sẻ cùng một dung lượng
tuyến ra (Output link) hữu hạn, cần một cơ chế đặt lịch phục vụ (Scheduling) từng
hàng đợi. Các router như vậy được gọi là có kiến trúc CQS.
Hàng đợi FIFO
Cổng ra M
Cổng 1
Cổng n
Chiều dài L gói
22. 23
Phân loại (Classify)
Hình 1.6. Classify, Queue và Schedule trong router
Kiến trúc CQS cho phép chia tách, không cho các loại lưu lượng ảnh hưởng lẫn
nhau, thực hiện ưu tiên với các loại lưu lượng cần chất lượng dịch vụ cao. Thực tế cần
đặt ra những giới hạn để các loại lưu lượng không được ưu tiên vẫn có được chất
lượng dịch vụ tối thiểu cũng như đảm bảo băng thông cho những loại được ưu tiên.
Một chức năng trong kiến trúc CQS là đặt ra các giới hạn băng thông cho một
lớp lưu lượng (được gọi là định hình lưu lượng (traffic shaping)). Nó kết hợp với
chức năng lập lịch (scheduling) để quy định mức tần suất phục vụ với từng hàng đợi
hoặc khoảng thời gian giữa hai lần lấy gói ra ở cùng một hàng đợi. Định hình lưu
lượng cung cấp một cơ chế điều khiển lưu lượng tại một giao diện cụ thể. Nó giới hạn
lưu lượng thông tin đi ra khỏi giao diện để tránh làm mạng bị tắc nghẽn bằng các ràng
buộc tốc độ thông tin đi ra ở một tốc độ bit cụ thể đối với từng loại lưu lượng tránh
trường hợp tốc độ bit tăng đột ngột.
Hình 1.7. Cơ chế traffic shaping trong router
Khi có quá nhiều gói đến trong một khoảng thời gian ngắn thì hủy gói là không
tránh khỏi. Việc hủy gói phải tuân theo một số chính sách (policy). Giống như định
Hàng được định hình
Cổng ra M
Cổng 1
Hàng đợi
Schedule
Gói đến
1 2 3 4 ít nhất T giây giữa hai lần
Gói đi
1 2 3 4
Hàng đợi
Cổng ra M
Cổng 1
Cổng N
Hàng đợi
Hàng đợi
Schedule
23. 24
hình lưu lượng, policing cũng là công cụ giới hạn tốc độ bit (rate-limiting tool) do đó
tạm dịch là kiểm soát lưu lượng. Chính sách hủy gói có thể đơn giản như hủy những
gói mới đến khi không còn chỗ trong hàng đợi.
1.1.2.2 Báo hiệu QoS
Báo hiệu QoS cung cấp một cơ chế cho phép trạm cuối hoặc phần tử mạng đưa
ra yêu cầu về QoS với mạng. Báo hiệu thực sự cần thiết để phối hợp giữa các nút
mạng với các kỹ thuật xử lý lưu lượng nhằm đảm bảo chất lượng dịch vụ “end to
end”. Trong mạng IP chất lượng dịch vụ từ đầu cuối tới đầu cuối được xây dựng từ
chất lượng dịch vụ trên một chuỗi các chặng mà lưu lượng đi qua.
Báo hiệu điều khiển QoS rất cần thiết cho việc sử dụng các cơ chế xử lý lưu
lượng . Có 2 phương pháp hay dùng cho báo hiệu QoS là: Sử dụng quyền ưu tiên IP (IP
precendence) và sử dụng giao thức báo hiệu RSVP ( Resource Reservation Protocol). Chi
tiết về hai phương pháp báo hiệu sẽ được trình bày trong các chương sau.
1.1.3 Các tham số QoS đặc trưng
Yêu cầu chất lượng dịch vụ của các ứng dụng khác nhau có thể biểu diễn bằng
một tập các tham số QoS đo được bao gồm băng thông, độ trễ, rung pha, xác xuất mất
gói. Các tham số sử dụng để tính toán QoS tùy thuộc vào kiểu mạng: Ví dụ thoại và
các ứng dụng multimedia rất nhạy cảm với trễ và rung pha; với mạng IP các tham số
thường được sử dụng là băng thông, độ trễ và độ tin cậy; trong khi đó mạng không
dây thường sử dụng các tham số như băng thông, nhiễu, suy hao và độ tin cậy.
Chúng ta sẽ xem xét các tham số đo tổng quát trong khung làm việc chung của QoS:
(i) Băng thông
Băng thông biểu thị tốc độ truyền dữ liệu cực đại có thể đạt được giữa
hai điểm kết nối, được tính theo (bit/s). Có thể giải thích cụ thể như sau:
Biểu diễn mô hình trạng thái QoS của mạng dưới dạng một đồ thị
G(V,E) (trong đó: V là các nút, E là các liên kết). Lưu lượng vào qua nút Vi và
ra khỏi mạng nút Vj. Mỗi liên kết (i, j) có 2 đặc tính: C(i, j) là dung lượng liên
kết, f(i,j) là lưu lượng thực tế. Gọi R(i, j) = C(i, j) – f(i, j) là băng thông dư. Khi
đó, nếu một kết nối yêu cầu băng thông là Dk thì một kết nối được gọi là khả
dụng khi và chỉ khi R(i,j) ≥ Dk. Một kết nối mới có thể được chấp nhận nếu tồn
tại ít nhất một đường dẫn khả dụng giữa 2 nút Vi và Vj.
(ii) Độ trễ
Trễ là khoảng thời gian một bản tin chiếm khi truyền từ điểm này đến
điểm khác. Trễ tổng thể (còn gọi là trễ tích lũy) là thời gian trễ từ đầu cuối phát
tới đầu cuối thu tín hiệu. Các thành phần trong tuyến kết nối gây ra trễ như thiết
bị phát, truyền dẫn, thiết bị chuyển mạch và định tuyến. Trễ bao gồm một số
thành phần như:
24. 25
Trễ hàng đợi: là thời gian tiêu tốn trong hàng đợi để thực hiện quyết
định định tuyến trong bộ định tuyến hay là thời gian một gói phải trải
qua trong một hàng đợi khi nó phải đợi để được truyền đi trong một
liên kết khác.
Trễ lan truyền: là thời gian cần thiết để môi trường vật lý truyền dữ
liệu. Ví dụ trễ lan truyền trong các truyền dẫn quang thường nhỏ hơn
môi trường vô tuyến.
Trễ chuyển tiếp: là thời gian cần thiết để thực hiện quyết định trong
bộ định tuyến hay thời gian được yêu cầu để xử lý các gói đã đến
trong một nút. Ví dụ, thời gian để kiểm tra tiêu đề gói và xác định nút
tiếp theo để gửi đi.
Trễ truyền dẫn: là thời gian sử dụng để truyền tất cả các bit trong gói qua
liên kết, trễ truyền dẫn được xác định trên thực tế của băng thông liên kết.
Thành phần có thể được quản lý là trễ hàng đợi. Gói có ưu tiên cao hơn
sẽ được đưa ra để truyền trước và kỹ thuật hàng đợi như RED được áp dụng.
(iii) Biến thiên trễ (Jitter)
Biến thiên trễ là sự khác biệt về trễ của các gói khác nhau cùng trong
một luồng lưu lượng. Biến thiên trễ chủ yếu do sự sai khác về thời gian xếp
hàng của các gói liên tiếp trong một luồng gây ra và là một trong những vấn đề
quan trọng của QoS. Khi biến thiên nằm vào khoảng dung sai định nghĩa trước
thì nó không ảnh hưởng tới chất lượng dịch vụ, ngược lại, nếu biến thiên trễ quá
lớn sẽ làm cho kết nối mạng bị đứt quãng. Trong một số ứng dụng, như ứng
dụng thời gian thực không thể chấp nhận rung pha, biến thiên trễ lớn có thể
được xử lý bằng bộ đệm, song nó lại làm tăng trễ.
(iv) Độ tin cậy
Độ tin cậy xác định độ ổn định của hệ thống, đồng nghĩa với độ khả
dụng của hệ thống. Độ khả dụng của mạng càng cao nghĩa là độ tin cậy của
mạng và độ ổn định của hệ thống càng lớn. Độ khả dụng của mạng thường
được tính trên cơ sở thời gian ngừng hoạt động và tổng số thời gian hoạt động.
(v) Mất gói
Mất gói tin là trường hợp khi gói tin không tới được đích của nó trước
thời gian timeout của bộ thu. Trong mạng TCP/IP mất gói xảy ra do mạng bị
nghẽn liên tục hoặc xảy ra trên chính các trường chuyển mạch gói, đây là
nguyên nhân gây ra sự tràn bộ nhớ hoặc loại bỏ gói tin bởi các phương tiện
quản lí lưu lượng. Từng gói bị mất không thường xuyên cũng khiến kết nối gặp
khó khăn. Xác xuất mất gói là giá trị được nhân lên từ xác xuất mất gói được kỳ
vọng ở mỗi một trong các nút trung gian giữa một cặp nguồn và đích. Xác xuất
25. 26
mất gói là một đại lượng quan trọng của QoS với các ứng dụng dữ liệu hay các
dịch vụ thời gian thực.
1.2 CÁC YÊU CẦU ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ
Để nhận biết các yêu cầu về chất lượng dịch vụ, hệ thống thường nhận biết qua
các lớp dịch vụ. Theo quan điểm của ITU-T, khuyến nghị I-1541 các lớp dịch vụ được
chia thành các vùng như sau:
Bảng 1.1. Các đặc tính phân lớp QoS cho mạng IP theo ITU-T
Lớp QoS Các đặc tính QoS
0 Thời gian thực, nhạy cảm với jitter, tương tác cao
1 Thời gian thực, nhạy cảm với jitter, tương tác
2 Dữ liệu chuyển giao, tương tác cao
3 Dữ liệu chuyển giao, tương tác
4 Tổn hao thấp
5 Các ứng dụng nguyên thủy của mạng IP ngầm định
Theo quan điểm này, các tham số thời gian thực và tương tác cao được đặt lên
hàng đầu đối với mạng IP. Trong khi đó, mạng IP nguyên thủy không hỗ trợ QoS cho
các dịch vụ thời gian thực.
Trong dự án TIPHON, ETSI đề xuất phân lớp QoS như sau:
Bảng 1.2. Phân lớp QoS theo quan điểm của ETSI
Lớp QoS Thành phần Các đặc tính QoS
Hội thoại thời gian
thực (thoại, video,
hội nghị).
Thoại, audio,
video, đa phương
tiện
Nhạy cảm với trễ và biến động trễ, có
giới hạn lỗi và tổn thất, tốc độ bít thay
đổi và cố định
Luồng thời gian
thực (quảng bá)
Audio, video, đa
phương tiện
Trễ và biến động trễ có dung sai nhất
định, dung sai nhỏ đối với lỗi và tổn thất,
tốc độ bít thay đổi.
Tươngtáccận thời gian
thực(webbrowsing)
Dữ liệu Nhạy cảm với trễ, biến động trễ và tổn
thất, tốc độ bít thay đổi.
Phi thời gian thực
(Email)
Dữ liệu Không nhạy cảm với trễ và biến động
trễ, nhạy cảm với lỗi, nỗ lực tối đa.
Hướng tiếp cận của ETSI tập trung vào các dịch vụ thường sử dụng trên mạng
IP để phân ra các loại dịch vụ yêu cầu thời gian thực và không yêu cầu thời gian thực.
Đối với các yêu cầu thời gian thực, ETSI-TR102 phân biệt dịch vụ qua các độ nhạy
cảm với các tham số QoS: Trễ, biến động trễ, tổn thất gói và đặc tính tốc độ bít.
26. 27
Đối với mạng tích hợp đa dịch vụ băng rộng B-ISDN, ITU-T định nghĩa các
vùng dịch vụ, theo hướng liên quan tới công nghệ lõi của B-ISDN là công nghệ ATM
theo bảng dưới đây:
Bảng 1.3. Các vùng dịch vụ của B-ISDN
Vùng dịch vụ Các ứng dụng
Hội thoại Thoại, video hội nghị, truyền thông đa phương tiện tốc
độ cao (truyền file, âm thanh, hình ảnh).
Bản tin Email, chat
Khôi phục Truyền video, ảnh tĩnh, âm thanh và dữ liệu
Phân bổ Phân bổ nội dung video, quảng bá TV
Theo các phân vùng dịch vụ của B-ISDN, diễn đàn ATM đưa ra các phân lớp
dịch vụ ATM với các đặc tính ứng dụng và đặc tính QoS như sau:
Bảng 1.4. Phân vùng dịch vụ theo diễn đàn ATM
Vùng dịch vụ ATM Ứng dụng Các đặc tính QoS
Tốc độ bit cố định (CBR) Mô phỏng kênh Biến động trễ tế bào thấp, tổn
thất thấp
Tốc độ bit thay đổi – thời
gian thực (rt – VBR)
Video theo yêu cầu Biến động trễ bình thường, tổn
thất thấp
Tốc độ bit thay đổi – phi
thời gian thực (nrt – VBR)
Lưu lượng gói Tổn thất bình thường
Tốc độ bit khả dụng (ABR) Tương thích tốc độ
nguồn
Tổn thất thấp
Tốc độ bit không định nghĩa
(UBR)
Lưu lượng nỗ lực
tối đa
Không yêu cầu
1.3 CÁC VẤN ĐỀ ĐẢM BẢO QoS
Một cơ cấu đảm bảo chất lượng dịch vụ chung nhất gồm 3 phần chính: Cung
cấp QoS, điều khiển QoS và quản lý QoS:
Cung cấp QoS đưa ra hàng loạt các kỹ thuật nhằm thiết lập luồng và các giai
đoạn thỏa thuận tài nguyên nhằm đảm bảo QoS từ đầu cuối tới đầu cuối.
Điều khiển QoS đưa ra hàng loạt các hành vi điều khiển như lập lịch, chia
gói và điều khiển luồng.
Quản lý QoS nhằm giám sát, phân bổ lại tài nguyên và duy trì các điều kiện
đảm bảo QoS.
27. 28
Hình 1.8. Các thành phần trong cơ cấu đảm bảo chất lượng dịch vụ
1.3.1 Cung cấp QoS
Cơ cấu cung cấp QoS bao gồm ánh xạ QoS, kiểm tra quản lý và dành trước tài nguyên:
Module ánh xạ QoS: thực hiện chức năng biên dịch giữa các thể hiện QoS
sang các mức hệ thống khác nhau.
Module kiểm tra quản lý QoS: chịu trách nhiệm kiểm tra độ khả dụng của
nguồn tài nguyên so với các yêu cầu và ra quyết định có cho phép các yêu
cầu mới hoặc không.
Module báo hiệu và dành trước tài nguyên: sắp xếp các nguồn tài nguyên
thích hợp với các đặc tính QoS của người sử dụng. Module quản lý QoS cần
dịch vụ này để xác nhận các kiểm tra điều khiển quản lý thành công hoặc
không. Module ánh xạ QoS cần phải quan tâm tới khả năng của các giao
thức báo hiệu trước khi ghép các đặc tính QoS vào mức chất lượng mạng.
1.3.2 Điều khiển QoS
Thành phần điều khiển QoS cung cấp điều khiển lưu lượng thời gian thực dựa
trên các yêu cầu mức QoS từ giai đoạn cung cấp QoS bao gồm các module:
Module lập lịch luồng quản lý các luồng chuyển tiếp theo cùng một cách
thức ở cả hệ thống cuối và mạng.
Module chia lưu lượng điều chỉnh các luồng lưu lượng dựa trên các mức
yêu cầu QoS bao gồm các thuật toán để phân tích và định hướng các luồng
tại biên mạng và lập lịch trong mạng để cung cấp hiệu năng cao nhất.
Module chính sách luồng sử dụng trong điều kiện lưu lượng người dùng
chuyển qua vùng biên quản lý và cần loại bỏ giám sát.
Module đồng bộ luồng điều khiển các sự kiện tương tác đa phương tiện theo
trình tự và thời gian chính xác.
Cơ cấu QoS
Cung cấp QoS Điều khiển QoS Quản lý QoS
1. Ánh xạ QoS
2. Kiểm tra quản lý
3. Dành trước tài nguyên
1. Lập lịch luồng
2. Chia lưu lượng
3. Chính sách luồng
4. Điều khiển luồng
5. Đồng bộ luồng
1. Giám sát QoS
2. Độ khả dụng QoS
3. Giảm cấp QoS
4. Duy trì QoS
5. Mở rộng QoS
28. 29
1.3.3 Quản lý QoS
Quản lý QoS để duy trì các mức QoS thỏa thuận theo các module:
Module kiểm tra QoS: theo dõi các mức QoS đầu ra sẽ được cung cấp hoặc sử
dụng, nó chính là cơ sở của thực tế quản lý mạng tính toán tối ưu hiệu năng mạng.
Module khả dụng: cho phép ứng dụng chỉ rõ các tham số QoS giám sát và
phản hồi để nhận ra hiệu năng cần thiết.
Module quản lý QoS: so sánh mức QoS kiểm tra với hiệu năng mong muốn và
điều khiển tối ưu để đưa ra mức chất lượng dịch vụ. Ngoài ra, nó còn đảm trách
các vấn đề liên quan tới xử lý và khôi phục lỗi trên liên kết và các nút.
Module phân mức QoS: gồm các phép đo để gia tăng sự phân mức cho kiến
trúc QoS, các thành phần trong module như bộ lọc QoS, tập hợp và kiến
trúc phân lớp QoS.
1.4 KẾT LUẬN
Trong chương này của luận văn tôi giới thiệu về khái niệm QoS, các vấn đề cơ
bản và chung nhất về QoS bao gồm: các thành phần thực hiện QoS cũng như các mức
QoS end-to-end, các tham số để đánh giá chất lượng dịch vụ QoS như băng thông, độ
trễ, biến thiên trễ… và các yêu cầu chung nhất để đảm bảo QoS. Khung làm việc
chung của chất lượng dịch vụ được trình bày cùng với một số quan điểm nhìn nhận của
các tổ chức viễn thông lớn trên thế giới.
29. 30
Chương 2 ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ CHO
MẠNG IP
Khi công nghệ chuyển mạch gói IP là phương thức duy nhất cho mạng Internet
toàn cầu như hiện nay, các giải pháp của ngành Công nghệ - Viễn thông đã và đang
được phát triển, ứng dụng thử nghiệm trong thời gian gần đây hướng tới mục đích phát
triển các giải pháp đảm bảo chất lượng dịch vụ trên nền mạng IP.
Mạng IP ở đây là các mạng dữ liệu sử dụng bộ giao thức TCP/IP, hoạt động
dựa trên nguyên lý chuyển mạch gói. Dữ liệu được truyền tải dưới dạng các gói IP ở
tầng mạng (Network Layer).
Mạng IP có tính chất chuyển mạch không kết nối, tức là không có sự chiếm giữ
đường truyền cố định dẫn đến việc đảm bảo chất lượng đường truyền trở nên không
đơn giản. Mạng Internet hiện nay cung cấp dịch vụ trên cơ sở phục vụ theo khả năng
tối đa (Best-Effort), tức là mạng chủ sẽ thực hiện những khả năng tốt nhất của mình
mà không có bất cứ một cam kết nào từ phía nhà khai thác về chất lượng dịch vụ. Đây
chính là nguyên nhân chủ yếu thúc đẩy nghiên cứu mạnh mẽ về QoS IP trong những
năm gần đây.[1] – [8]
2.1 GIAO THỨC LIÊN MẠNG (IP – INTERNET PROTOCOL)
Việc mở rộng phạm vi ứng dụng của giao thức TCP/IP hình thành lên các loại
mạng IP như: mạng Internet toàn cầu, mạng Intranet, mạng riêng ảo dùng giao thức IP
(IP VPN)… TCP/IP là một bộ giao thức trong đó IP là giao thức chủ chốt cung cấp
khả năng kết nối các mạng con thành liên mạng để truyền thông tin. Việc truyền thông
tin trong mạng IP tồn tại dưới ba hình thức: Unicast, multicast và broadcast. Vai trò
của IP tương tự như tầng mạng trong mô hình ISO:
Hình 2.1. Chồng giao thức TCP/IP
Nhiệm vụ chính của IP là phân phát gói theo kiểu không kết nối
(connectionless) và phân mảnh hoặc tái tạo các gói (datagram) để phù hợp với kích
thước đơn vị truyền dẫn tối đa MTU (Maximum Transmission Unit) của tầng liên kết
Applications
Transport
Internetwork
Network interface
and Hardware
SMTP, Telnet, FTP, Gopher
TCP UDP
IP ARP RARPICMP
Ethenet, Token-ring, FDDI, X.25, Wireless, Async, ATM, ,…
30. 31
dữ liệu ở dưới. Giao thức IP có tính phổ biến rộng khắp do nó thích ứng với mọi loại
giao thức ở hai tầng dưới.
2.1.1 Phần tiêu đề gói IP
IP là giao thức cung cấp dịch vụ truyền thông theo kiểu “không kết nối”.
Phương thức kết nối "không kết nối" cho phép thiết kế và thực hiện giao thức trao đổi
dữ liệu đơn giản. Cũng chính vì vậy độ tin cậy trao đổi dữ liệu của loại giao thức này
không cao.
Các gói dữ liệu IP được định nghĩa là các datagram. Mỗi datagram có phần tiêu
đề (header) chứa các thông tin cần thiết để chuyển dữ liệu. Thông tin tiêu đề cần thiết
để hiểu IP Precedence và các thông số QoS. Tiêu đề gói IP như sau:
Hình 2.2. Khuôn dạng phần tiêu đề gói IP
Vers (4-bit): Chỉ phiên bản hiện hành của IP được sử dụng. Với IP thông
thường là IPv4 trên mạng, thế hệ IP tiếp theo là IPv6.
Length (4-bit): Chỉ độ dài của phần tiêu đề gói IP tính theo đơn vị 32bit.
Precedence (3-bit): Chỉ thị quyền ưu tiên gửi gói IP, trường này có giá trị từ 0
(mức ưu tiên bình thường) tới 7 (mức kiểm soát mạng) quy định việc gửi datagram.
Precedence D T R unused
D (delay) (1 bit) – Chỉ độ trễ yêu cầu: D = 1 khi yêu cầu trễ thấp, D = 0 khi
độ trễ bình thường
T (throughput) (1 bit) – chỉ số thông lượng yêu cầu: T = 1 thông lượng cao,
T = 0 thông lượng bình thường
R (reliability) (1 bit) – chỉ độ tin cậy yêu cầu: R = 1 độ tin cậy cao, R = 0 độ
tin cậy bình thường.
Type of Service (ToS ) (8-bit): Kiểu dịch vụ. Là chỉ số chất lượng dịch vụ yêu
cầu cho IP datagram, tuy nhiên mạng IP phải có các cơ chế hỗ trợ thì yêu cầu mới
được thực hiện. Trường này bao gồm những thông tin sau:
Total Length (16-bit): xác định độ dài của gói IP gồm cả phần dữ liệu và phần
tiêu đề.
31. 32
Identification (16-bit): Nhận dạng các datagram được phân đoạn từ cùng một
datagram lớn hơn. Nó kết hợp với địa chỉ IP nguồn để nhận dạng.
Flags (3-bit): Liên quan đến sự phân mảnh của datagram. Trong đó có 2 bit
cuối dùng cho việc phân mảnh các gói IP, chỉ ra gói đó có được phân mảnh hay không
và gói đó có phải là gói cuối cùng hay không. Cụ thể như sau:
0: chưa sử dụng và luôn bằng 0
DF (Do not Fragment): bằng 0 có nghĩa là cho phép phân mảnh, bằng 1
là không cho phép phân mảnh.
MF (More Fragment): bằng 0 thì đây là đoạn phân mảnh cuối cùng (the
last fragment). Bằng 1 đây là phân mảnh tiếp theo (more fragments).
Fragment Offset (13-bit): Chỉ ra vị trí của đoạn trong goid IP để có thể tái tạo
lại datagram gốc.
Time to live (TTL – 8 bit): Quy định thời gian tồn tại (tính bằng giây) của gói
trên mạng để tránh tình trạng gói không đến được đích và cứ đi vòng quanh trên mạng.
Bắt đầu từ trạm gửi nó sẽ đặt giá trị = N (thường =16) cứ đi qua mỗi nút mạng giá trị
của trường này sẽ giảm đi 1. Nếu giảm TTL = 0 mà nó vẫn chưa tới đích thì gói sẽ bị
hủy tránh tình trạng đi quẩn trên mạng.
Protocol (8 bit): Chỉ ra giao thức ở lớp bên trên (ví dụ TCP, EGP hoặc UDP).
Checksum (16 bit): Kiểm tra lỗi theo mã dư vòng CRC, chỉ dùng cho phần tiêu
đề gói. Trường này luôn được cập nhật khi một gói tin đi qua router trung gian.
Source IP Address (32 bit): địa chỉ IP của trạm nguồn (trạm gửi).
Destination IP Address (32 bit): địa chỉ IP của trạm đích (trạm nhận).
IP Option (độ dài thay đổi): Khai báo các tùy chọn do nơi gửi yêu cầu. Trường
option không bắt buộc phải có trong mọi datagram và chủ yếu dùng để kiểm tra lỗi
trên mạng. Option là một phần quan trọng của giao thức IP nên mọi tiêu chuẩn thực
hiện dựa trên IP phải bao gồm tiến trình xử lý trường này. Độ dài của trường option
thay đổi tuỳ thuộc vào các tham số đi kèm. Khi các option xuất hiện trong datagram,
nó sẽ kéo dài liên tục mà không có sự ngắt quãng.
Padding: Vùng đệm, đảm bảo cho phần tiêu đề luôn kết thúc ở một mốc 32 bits.
2.1.2 Địa chỉ IP
Địa chỉ IP chính là sơ đồ địa chỉ hóa để định danh các trạm (host) trong liên
mạng. Mỗi địa chỉ IP có độ dài 32 bits (đối với IPv4) được tách thành bốn phần (mỗi
phần 1 byte). Cách viết phổ biến nhất là biểu diễn dưới dạng thập phân có dấu chấm
để tách giữa các phần. Mục đích của địa chỉ IP là để định danh duy nhất cho một host
bất kỳ trên liên mạng.
Do tổ chức và độ lớn của các mạng con của liên mạng có thể khác nhau, người
ta chia các địa chỉ IP thành 5 lớp kí hiệu A, B, C, D, E với cấu trúc như sau:
32. 33
Hình 2.3. Các lớp địa chỉ IP
Khuôn dạng địa chỉ IP: mỗi host trên mạng TCP/IP được định danh duy nhất
bởi một địa chỉ có khuôn dạng:
<Network Number, Host Number>
- Network number: Phần định danh địa chỉ mạng
- Host number: Phần định danh địa chỉ các trạm làm việc trên mạng đó
2.1.3 Các giao thức định tuyến
Khi đã có địa chỉ IP của trạm nguồn và trạm đích thì gói IP còn phải tìm đường
để tới đích. Ở từng chặng, các router làm nhiệm vụ chọn đường hay định tuyến cho
các gói và router phải có thông tin về các tuyến, các chặng và tình trạng của mạng nói
chung. Các giao thức định tuyến được dùng để cập nhật những thông tin đó cho router.
Đã có rất nhiều giao thức định tuyến được phát triển cho mạng IP, có thể chia
làm hai loại chính:
Định tuyến theo trạng thái liên kết (link-state routing)
Định tuyến theo vecto khoảng cách (distance-vector routing)
Với các giao thức định tuyến, mạng có độ tin cậy cao có khả năng tự vượt qua
các tắc nghẽn cục bộ và phản ứng nhanh với các tình huống xảy ra.
Giao thức phân giải địa chỉ ARP(Address Resolution Protocol) được xây dựng
để chuyển đổi địa chỉ IP sang địa chỉ vật lý (địa chỉ MAC) khi cần thiết (tức là thực
hiện ánh xạ giữa địa chỉ IP và địa chỉ MAC của một trạm). Giao thức phân giải địa chỉ
ngược RARP (Reverse Address Resolution Protocol) được dùng trong trường hợp
ngược lại.
Giao thức thông báo điều khiển mạng Internet ICMP (Internet Control Message
Protocol) thực hiện truyền thông báo điều khiển (về tình trạng lỗi trên mạng…) giữa
các gateway hoặc trạm của liên mạng. Một thông báo ICMP được tạo và chuyển cho
trạm, trạm sẽ đọc thông báo đó với một IP header và chuyển đến cho router khác hoặc
trạm đích.
33. 34
2.1.4 Các cơ chế truyền tải
Hai giao thức ở tầng giao vận là TCP và UDP hoạt động trên IP, tuy nhiên,
chúng có những đặc điểm khác nhau. Nếu độ trễ được coi trọng hơn độ tin cậy thì sử
dụng UDP, ngược lại, sự tin cậy quan trọng hơn thì dùng TCP.
TCP (Transmission Control Protocol): là một giao thức “hướng kết nối”
(connection-oriented), nghĩa là cần thiết lập kết nối (logic) giữa một cặp thực thể TCP
trước khi chúng trao đổi dữ liệu với nhau.
TCP cung cấp khả năng truyền dữ liệu một cách an toàn giữa các máy trạm
trong hệ thống các mạng. Dữ liệu được truyền theo luồng liên tục, đảm bảo sắp xếp
tuần tự các đoạn dữ liệu (segment). Nó cung cấp thêm các chức năng nhằm kiểm tra
tính chính xác của dữ liệu khi đến và bao gồm cả việc gửi lại dữ liệu khi có lỗi xảy ra.
Một tiến trình ứng dụng trong một host truy nhập vào các dịch vụ của TCP
được cung cấp thông qua một cổng (port). Một cổng kết hợp với một địa chỉ IP tạo
thành một socket duy nhất trên liên mạng để trao đổi thông tin.
UDP (User Datagram Protocol): Ngược lại với TCP, UDP là giao thức kết nối
“không kết nối”, có phần tiêu để nhỏ hơn và ít chức năng hơn nên UDP có xu hướng
hoạt động nhanh hơn TCP. Ngoài ra, UDP có cơ chế gán và quản lý các số hiệu cổng
để định danh các ứng dụng.
2.2 TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ CHO MẠNG IP (QoS IP)
2.2.1 Lịch sử phát triển các mô hình QoS IP
Vào khoảng giữa thập kỷ 1990, các mạng IP hoạt động theo mô hình “nỗ lực tối
đa” giống như mạng Internet hiện nay và đang phát triển thành các mô hình dịch vụ
phân biệt phức tạp. Dưới đây là các bước phát triển của khái niệm QoS từ khoảng giữa
thập kỷ 90 tới nay [19]:
Hình 2.4. Các bước phát triển của mô hình QoS [12].
Mô hình IP
nỗ lực tối đa
Mô hình dịch vụ
tích hợp
Mô hình dịch vụ
phân biệt
Kỹ thuật lưu lượng
và VPN QoS
Điều khiển QoS
thông minh, tự động
QoS là công cụ
bảo mật
Cácmôhình,phiênbản
1994 1996 1998 2000 2002 2004 thời gian
34. 35
Vào tháng 6 năm 1994, lần đầu tiên khi IETF phát hành RFC 1633 với nỗ lực
tiêu chuẩn hóa chất lượng dịch vụ IP. RFC 1633 đưa ra mô hình dịch vụ tích hợp
IntServ (Integrated Sevices) và tập trung vào giao thức dành trước tài nguyên RSVP
(Resource Reservation Protocol) [19]. RSVP báo hiệu các yêu cầu về trễ và băng
thông cho các phiên riêng biệt tới từng nút dọc theo tuyến đường mà gói đi qua. Trong
môi trường không gian lớn như Internet, điều gây trở ngại lớn khi hoạt động là tại thời
điểm khởi tạo RSVP yêu cầu các nút dự trữ tài nguyên, vì số lượng các bộ định tuyến,
thiết bị chuyển mạch lớn và đa dạng.
Đứng trước những thách thức này, một tập tiêu chuẩn về chất lượng dịch vụ IP của
mô hình dịch vụ phân biệt được đưa ra. Mô hình DiffServ (Differentiated Services) định
nghĩa các kỹ thuật dấu gói như thứ tự ưu tiên IPP (IP Precendence) và nút kế tiếp của nó,
các điểm mã dịch vụ phân biệt DSCP (Differentiated Services Code Points) phù hợp với
các hành vi bước kế tiếp PHB (Per-Hop Behaviors) cho các kiểu lưu lượng.
Cả hai mô hình IntServ và DiffServ đều đưa ra các giải pháp hoàn thiện và các
thành phần của hai mô hình có thể tổ hợp để cung cấp các ứng dụng tổng quát nhất
cho miền rộng các lưu lượng và kiểu ứng dụng [17], [19]:
Mô hình dịch vụ tích hợp Mô hình dịch vụ phân biệt
IntServ sử dụng khái niệm dựa trên
luồng cùng với giao thức báo hiệu
(RSVF) dọc theo đường dẫn gói tin.
Trong giai đoạn đầu khởi tạo, mô
hình IntServ bị hạn chế bởi vấn đề mở
rộng vì rất nhiều luồng lưu lượng cần
phải quản lý trong mạng đặc biệt là
mạng đường trục
DiffServ sử dụng phương pháp đánh
dấu gói để phân loại và ứng xử với từng
gói theo các hành vi độc lập.
Dù DiffServ có tính mềm dẻo lớn
nhưng mô hình này không cung cấp
đảm bảo băng thông cho các gói trong
cùng một luồng lưu lượng.
Hình 2.5. Dịch vụ IntServ và dịch vụ DiffServ [19].
Các dịch vụ tích hợp
Theo trạng thái luồng
Giao thức báo hiệu RSVF
Các dịch vụ phân biệt
Không trạng thái,
Hành vi bước kế tiếp
Khả năng mở rộng ít Khả năng mở rộng lớn
35. 36
Các kỹ thuật QoS ngày càng được chú trọng nhiều hơn vào cuối những năm
1990 và trở thành vấn đề quan trọng khi tương thích với các công nghệ mạng tiên tiến
là công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS (Multiprotocol Label Switching)
và công nghệ mạng riêng ảo VPN (Virtual Private Network) [19].
Trong khoảng thời gian gần đây, các chiến lược phát triển mô hình chất lượng
dịch vụ IP tập trung vào tính đơn giản và tự động, với mục tiêu cung cấp các kỹ thuật
đảm bảo QoS thông minh trên mạng IP. Công nghệ QoS ngày càng đưa ra các mục tiêu
quản lý chất lượng chi tiết và rộng hơn, có thể giải quyết các vấn đề chất lượng dịch vụ
IP ở những cấu hình phức tạp. Các nhà quản trị mạng muốn xu hướng quản lý QoS càng
đơn giản càng tốt và phát triển QoS theo hướng công cụ bảo mật hệ thống [8].
2.2.2 Các tham số cơ bản ảnh hưởng tới QoS IP thực tế
Tiến tới một chuẩn mực chung cho việc đảm bảo chất lượng dịch vụ, chúng ta cần
phải xây dựng cách đánh giá khách quan dựa trên những tham số đặc trưng khách quan liên
quan tới các dịch vụ trên nền mạng IP. Theo khuyến nghị của I.380 ITUT một số tham số
đánh giá hiệu năng truyền gói IP như sau:
Trễ truyền gói IP (IP Packet Transfer Delay – IPTD): Thường gọi là trễ mạng
hoặc trễ đầu cuối tới đầu cuối. Trễ cho một datagram hoặc phân đoạn cuối giữa
hai điểm tham khảo. Liên quan đến trễ truyền gói IP, hai tham số quan trọng cần
được quan tâm là trễ trung bình và biến thiên trễ.
Tỷ lệ lỗi gói IP (IP Packet Error Ratio – IPER): Là tham số tính theo tỷ lệ của
các gói tin IP lỗi trên tổng số gói tin IP nhận được:
err
Nerr + Nsuc
N
IPER
(2.1)
Trong đó:
Nerr: Số lượng gói IP lỗi
Nsuc: Số lượng gói IP truyền thành công
Tỷ lệ mất gói IP (IP Loss Ratio): Tham số tính theo tỷ số các gói bị mất trên
tổng số các gói tin IP được truyền:
Nloss
IPLR
Ntran
(2.2)
Trong đó:
Nloss: Số lượng gói tin bị mất
Ntran: Số lượng gói tin được truyền
Các ứng dụng trên IP thường tính trên 3 khía cạnh ảnh hưởng tỷ lệ mất gói: Giá
trị ngưỡng của tỷ lệ mất gói, dung sai và ảnh hưởng của tỷ lệ mất gói đối với hiệu
năng ứng dụng.
36. 37
Một số vấn đề liên quan tới chất lượng dịch vụ IP được nhìn nhận từ phía người sử
dụng là ứng dụng chậm, các ứng dụng video có chất lượng thấp, thời gian chuyển giao và
truyền tải lưu lượng lớn có thời gian dài. Nhìn từ góc độ mạng, những vấn đề nêu trên có
thể định lượng qua các tham số QoS của mạng: Băng thông, mất gói, độ trễ gói và điều
khiển quản lý.
(i) Băng thông
Sự thiếu hụt băng thông trong mạng Internet thường xuyên xảy ra do nhiều
nguyên nhân: Bản thân nguồn tài nguyên mạng không đủ đáp ứng hay các luồng lưu
lượng cùng tranh cấp một số tài nguyên. Băng thông của đường định tuyến bằng giá trị
băng thông của liên kết trên đường định tuyến có băng thông nhỏ nhất. Băng thông
khả dụng bằng băng thông của đường định tuyến chia cho số luồng lưu lượng. Hình
2.6 cho ta một ví dụ về cách tính băng thông đường định tuyến (BWmax) và băng thông
khả dụng (BWavail).
BWmax = min(10Mbps, 256Kbps, 512Kbps, 100Mbps) = 256Kbps
BWavail = BWmax / Flows
Hình 2.6. Băng thông khả dụng
Một số giải pháp giải quyết vấn đề sử dụng băng thông:
Tăng dung lượng liên kết để phù hợp với các ứng dụng và người sử dụng
với một số lượng băng thông dư. Hạn chế của giải pháp này là thời gian,
tiền, giới hạn của 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.
Nén dữ liệu cần truyền. Việc nén dữ liệu có thể thực hiện bằng phần cứng
hoặc phần mềm qua các thuật toán nén. Vấn đề khó khăn trong giải pháp
này là quá trình nén và giải nén sẽ làm tăng thời gian trễ vì độ phức tạp của
thuật toán nén.
Nén tiêu đề gói tin. Giải pháp này đặc biệt hiệu quả tại môi trường truyền thông mà
các gói tin có tỷ số kích thước tiêu đề/tải tin lớn. TCP và RTP sử dụng phương
pháp này.
37. 38
(ii) Độ trễ gói
Độ trễ gói, hay còn gọi là trễ từ đầu cuối tới đầu cuối, là thời gian từ khi bên gửi bắt đầu
gửi gói tin đến khi bên nhận nhận được toàn bộ gói tin. Trễ gói là tổng của các trễ lan truyền
(thời gian truyền gói qua liên kết) trên các liên kết và trễ xử lý-đợi (thời gian chuyển gói tin
từ giao diện đầu vào tới giao diện đầu ra - thời gian gói tin nằm chờ tại hàng đợi) ở các bộ
định tuyến trên đường định tuyến. Ở ví dụ Hình 2.7, đường định tuyến bao gồm bốn liên kết
với ba bộ định tuyến, trễ gói là tổng các trễ lan truyền trên bốn liên kết (P1, P2, P3, P4) và trễ xử
lý-đợi của ba bộ định tuyến (Q1, Q2, Q3).
Delay = P1 + Q1 + P2 + Q2 + P3 + Q3 + P4 = X ms
Hình 2.7. Trễ tích lũy từ đầu cuối tới đầu cuối
Trễ lan truyền có giá trị cố định phụ thuộc vào phương tiện truyền trong khi trễ xử
lý-đợi có giá trị thay đổi do các điều kiện thực tế của mạng. Trễ lan truyền chỉ phụ thuộc
vào băng thông khả dụng của liên kết. Trễ xử lý phụ tuộc vào các yếu tố: 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 giao diện đầu vào và đầu ra. Trễ hàng đợi phụ thuộc vào số lượng, kích thước các gói
tin trong hàng đợi và băng thông khả dụng trên liên kết đầu ra của bộ định tuyến và còn phụ
thuộc vào kỹ thuật quản lý hàng đợi.
Hình 2.8. Trễ xử lý và hàng đợi
Một số giải pháp cải thiện thời gian trễ như:
Tăng dung lượng liên kết để các gói không phải đợi trước khi truyền dẫn. Tăng
băng thông sẽ làm giảm trễ nối tiếp nhưng lại làm tăng giá thành hệ thống khi
nâng cấp.
Sử dụng các hàng đợi ưu tiên. Giải pháp này hiệu quả hơn.
38. 39
Nén tải và nén tiêu đề gói tin là một giải pháp có ưu – nhược điểm trái ngược
cùng tồn tại. Nén tải làm kích thước gói nhỏ đi, thời gian trễ thấp, nhưng các kỹ
thuật nén sẽ làm gia tăng trễ.
(iii) Mất gói
Tham số này cho biết tỷ lệ phần trăm số gói IP bị mất trên tổng số toàn bộ gói IP đầu
gửi đã chuyển vào mạng cho phía đầu nhận. Mất gói thường xảy ra khi các bộ định tuyến
tràn không gian đệm. Gói có thể bị loại bỏ tại hàng đợi đầu vào vì bộ xử lý tắc nghẽn và
hàng đợi đầu vào đầy, và bị loại bỏ tại đầu ra vì bộ đệm đầu ra đầy.
Hình 2.9. Mất gói vì hiện tượng tràn bộ đệm đầu ra
Tăng dung lượng liên kết giúp giảm mất gói. Ngoài ra, chúng ta có thể sử dụng một
số giải pháp sau đây 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 trễ lưu lượng thay vì loại bỏ gói (giải pháp này thường
được sử dụng cùng các hàng đợi phân lớp và có thứ tự ưu tiên).
Đảm bảo băng thông và tăng không gian đệm để tương thích với các ứng
dụng có độ bùng nổ lưu lượng cao. Các kỹ thuật hàng đợi thường sử dụng
hiện nay là hàng đợi ưu tiên, hàng đợi theo yêu cầu, hàng đợi cân bằng trọng
số và hàng đợi phân lớp.
Chính sách lưu lượng có thể giới hạn tốc độ của các gói tin ít quan trọng
hơn nhằm cung cấp chất lượng dịch vụ tốt nhất cho gói tin có yêu cầu cao.
Tóm lại, khi xem xét đến đảm bảo chất lượng cho một dịch vụ trên nền mạng
IP, chúng ta cần định nghĩa cụ thể tập hợp những tham số QoS khách quan cùng với
phương thức phù hợp cho sự ràng buộc tham số đó. Bên cạnh đó, mục tiêu đảm bảo
chất lượng dịch vụ cũng cần làm rõ.
2.3 CÁC CHỨC NĂNG CHUNG CỦA QoS IP
Để đảm bảo QoS, các bộ định tuyến IP cần có các chức năng được chỉ ra trong
hình vẽ dưới đây sắp xếp theo hướng đi của luồng dữ liệu từ đầu vào tới đầu ra của bộ
định tuyến.
39. 40
Hình 2.10. Các chức năng đảm bảo QoS của bộ định tuyến IP
Hai nhiệm vụ của bộ định tuyến là phân loại gói và xử lý gói theo loại đã được
phân chia. Nhiệm vụ thứ nhất bao gồm các khối chức năng đánh dấu gói và phân loại
gói. Nhiệm vụ thứ hai gồm các khối chức năng chính sách lưu lượng, quản lý hàng đợi
tích cực, lập lịch gói và chia cắt lưu lượng.
(i) Đánh dấu gói tin IP
Chức năng đánh dấu gói đặt các bít nhị phân vào trường chức năng đặc biệt của
tiêu đề gói tin IP nhằm phân biệt kiểu của gói tin IP với các gói tin IP khác. Các gói tin
đã được đánh dấu khi đến một cổng đầu vào vẫn có thể được đánh dấu lại nếu các giá
trị đã được đánh dấu vi phạm chính sách của bộ định tuyến đang thực hiện chuyển gói.
Ví dụ, nếu một gói được chuyển qua nhiều vùng dịch vụ phân biệt, các gói tin sẽ được
đánh dấu nhiều lần để phù hợp với các thỏa thuận mức dịch vụ SLA giữa các vùng.
Trường hợp các gói tin chưa được đánh dấu sẽ được đánh dấu để nhận giá trị phù hợp
với chính sách của bộ định tuyến.
(ii) Phân loại gói tin IP
Phân loại gói được sử dụng để nhóm các gói IP theo luật phân lớp dịch vụ.
Các gói IP được lựa chọn trên các trường chức năng của tiêu đề IP sử dụng cho đánh
dấu gói IP. Phân loại gói tin IP thường sử dụng hai phương pháp:
Phân loại đa trường MF (Multi-Field)
Trong phương pháp này, các gói tin được phân loại dựa trên tổ hợp các giá trị
của một hoặc nhiều trường chức năng trong tiêu đề IP. Bên cạnh đó, các tham số khác
như nhận dạng giao diện cổng vào cũng có thể sử dụng cho mục đích phân loại.
Hình 2.11. Phương pháp phân loại gói đa trường chức năng
40. 41
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 2.12. Phương pháp phân loại gói theo kết hợp hành vi
(iii) Chính sách lưu lượng
Chính sách lưu lượng được sử dụng nhằm kiểm tra các luồng lưu lượng gói tin
IP đến trên các cổng đầu vào của bộ định tuyến có phù hợp với các tốc độ lưu lượng
đã được thỏa thuận và xác định hay không.
Chính sách lưu lượng kiểm tra tốc độ lưu lượng đầu vào theo tốc độ thông tin
cam kết CIR (Committed Information Rate), tốc độ thông tin đỉnh PIR (Peak
Information Rate) và một số tham số phụ như kích thước bùng nổ đỉnh PBS (Peak
Burst Size), kích thước bùng nổ cam kết (Committed Burst Size), kích thước bùng nổ
vượt ngưỡng EBS (Excess Burst Size).
(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. Ý tưởng chính của kỹ thuật này là dự đoán trước khả
năng tắc nghẽn và đưa ra một số hoạt động điều khiển để chống lại hoặc giảm thiểu
khả năng tắc nghẽn. Ba kỹ thuật cơ bản thường áp dụng trong quản lý hàng đợi là 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).
Hai kỹ thuật RED và WRED liên quan tới các hoạt động trong hàng đợi, không
liên quan trực tiếp tới thiết bị đầu cuối. ECN đưa ra cách tiếp cận liên quan trực tiếp
tới thiết bị đầu cuối.
(v) Lập lịch cho gói tin
Lập lịch cho gói tin IP thực hiện 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 bố và chuyển tới đầu ra
theo luật. Kỹ thuật lập lịch là mấu chốt trung tâm của chất lượng dịch vụ và là thước
đo công nghệ giữa các nhà cung cấp khác nhau.
Một số kiểu lập lịch thường sử dụng là vào trước ra trước FIFO (First in - First
out), hàng đợi ưu tiên PQ (Priority Queuing), hàng đợi cân bằng FQ (Fair Queuing),
hàng đợi quay vòng theo trọng số WRR (Weighted Round Robin), hàng đợi cân bằng
Phân loại kết hợp
hành vi BA
Két hợp hành vi BA
41. 42
theo trọng số WFQ (Weighted Fair Queuing) và hàng đợi cân bằng trọng số dựa theo
lớp (Class–based WFQ).
(vi) Chia cắt lưu lượng
Chia cắt lưu lượng để thay đổi tốc độ luồng lưu lượng đến giúp điều hòa lưu
lượng với đầu ra. Nếu lưu lượng đầu vào có độ bùng nổ cao, luồng lưu lượng cần phải
đệm để đầu ra bớt bùng nổ và mềm hơn. Việc điều chỉnh tốc độ lưu lượng giống như
một quá trình dừng và đi, thời gian trễ tại bộ đệm sẽ làm các gói tại đầu ra được điều
chỉnh theo yêu cầu. Hai dạng chia cắt lưu lượng hay được dùng là chia cắt lưu lượng
thuần và chia cắt lưu lượng gáo rò.
2.4 CÁC KỸ THUẬT ĐẢM BẢO QoS IP
2.4.1 Kỹ thuật đo lưu lượng và màu hóa lưu lượng
Với giải pháp thực hiện hạn chế lưu lượng, bộ định tuyến sử dụng kỹ thuật đo
lưu lượng nhằm xác định tốc độ lưu lượng đầu vào có phù hợp với tốc độ thực tế hay
không. Các khối đo lưu lượng thường sử dụng mô hình toán gọi là gáo rò token để xác
định và hạn chế tốc độ lưu lượng. Mô hình gáo rò token gồm hai thành phần: Token
mang ý nghĩa về sự cho phép một số lượng bit được đưa vào mạng; gáo rò là nơi lưu trữ
các token, độ sâu của gáo thể hiện các kích thước của gói.
Đo lưu lượng và màu hoá lưu lượng gồm hai dạng sau: Đánh dấu 3 màu tốc độ
đơn srTCM (single rate Three Color Marker) và đánh dấu 3 màu hai tốc độ trTCM (two
rate Three Color Marker).
(i) Đánh dấu 3 màu tốc độ đơn
Kỹ thuật đánh dấu 3 màu tốc độ đơn (srTCM) được định nghĩa trong RFC 2696
[10], nó được sử dụng để đặt chính sách cho một luồng đơn tốc độ cùng CIR. srTCM đo
tốc độ lưu lượng và dựa trên kết quả đo đánh dấu các gói theo 3 màu là xanh, vàng và đỏ
thể hiện cấp độ tương thích lưu lượng theo thứ tự giảm dần.
srTCM có hai chế độ điều hành: Chế độ mù màu giả thiết các gói tin đến chưa
được đánh dấu màu và chế độ rõ màu giả thiết các gói tin IP đến đã được đánh dấu màu
từ thực thể phía trước. Mục tiêu của srTCM là đảm bảo tốc độ lưu lượng trung bình dài
hạn của người sử dụng trong tốc độ thông tin cam kết CIR.
Mục tiêu của chính sách là xác định các luồng lưu lượng vi phạm các tốc độ thoả
thuận trước và đánh dấu các gói tin để chuyển chúng đi nên khoảng thời gian dài hạn
không tương thích với khoảng thời gian áp dụng chính sách. Do đó các gói sẽ chuyển đi
ngay mà không lưu tại bộ định tuyến một thời gian dài để chờ CIR được xác định dựa
trên thời gian dài hạn. Vì vậy, áp dụng chính sách phải dựa trên một khoảng thời gian
ngắn, sử dụng hai tham số phụ là CBS và EBS thay cho CIR.
42. 43
Hình 2.13. Khoảng thời gian CBS trong CIR của tốc độ lưu lượng đầu vào đơn
Đánh dấu 3 màu tốc độ đơn srTCM gồm hai kiểu gáo token: gáo token C và gáo
token E tại hình 2.14(a) như sau:
Hình 2.14. Chế độ mù màu srTCM với gáo C và gáo E
Độ sâu của gáo C là kích thước bùng nổ cam kết CBS, gáo C được khởi tạo đầy
với số lượng token Tc=CBS. Độ sâu của gáo E là kích thước bùng nổ quá hạn EBS. Gáo
E cũng được khởi tạo đầy với số lượng Te=EBS. Cả hai bộ đếm token Tc và Te được cập
nhật tại tốc độ CIR, ví dụ tại các thời điểm 1/CIR giây.
Hình 2.14(b) chỉ ra phương pháp hoạt động của chế độ mù màu srTCM. Một
gói không đánh dấu có kích thước B byte đến tại thời điểm t:
Đầu tiên, bộ đếm so sánh kích thước B với token hiện thời của gáo C (Tc). Nếu
gáo C đủ chỗ (B ≤ Tc) thì gói được đánh dấu màu xanh, Tc sẽ giảm đi một
lượng B (Tc:=Tc-B).
Nếu không đủ chỗ trong C (B> Tc) bộ đếm kiểm tra gáo thứ 2 (gáo E), nếu gáo
E còn đủ chỗ (B ≤ Te) gói sẽ được đánh dấu màu vàng và Te:=Te-B. Khi đó
gáo C không sử dụng nên Tc không thay đổi trạng thái.
Cuối cùng, nếu gáo E cũng không đủ chỗ (B>Te), gói sẽ được đánh dấu màu
đỏ và cả Tc và Te không thay đổi trạng thái.
Thuật toán cập nhật của hai gáo như sau:
Tại khoảng thời gian cập nhật, nếu gáo C không đầy (Tc<CBS) thì Tc sẽ tăng
lên 1 (Tc:=Tc+1).
43. 44
Nếu gáo C đầy mà gáo E không đầy (Tc= CBS và Te<EBS) thì Tc không thay
đổi và Te tăng lên 1 (Te:=Te+1).
Nếu cả hai gáo đầy thì không có gáo nào thay đổi trạng thái.
Chế độ hoạt động rõ màu của srTCM, nó tương tự như trong chế độ mù màu:
Hình 2.15. Chế độ hoạt động rõ màu srTCM
Các gói màu xanh kích thước B bytes đến tại thời điểm t.
Vẫn giữ màu xanh nếu Tc ≥ B và Tc:=Tc-B.
Được đánh dấu màu vàng nếu Tc ≤ B ≤Te và Te:=Te-B.
Đánh dấu màu đỏ nếu Te<B và không có sự thay đổi của Te và Tc.
Các gói màu vàng có thể giữ nguyên màu vàng hoặc chuyển sang màu đỏ và
không thể chuyển sang màu xanh. Các gói màu đỏ luôn giữ màu đỏ và không bao giờ
được chuyển lên cấp độ cao hơn (màu xanh hoặc màu vàng).
(ii) Đánh dấu 3 màu hai tốc độ
Bộ đánh dấu 3 màu hai tốc độ được định nghĩa bởi RFC 2698 [10]. trTCM được
sử dụng cho cả tốc độ thông tin đỉnh PIR và tốc độ thông tin cam kết CIR. Giống
như srTCM, trTCM có hai chế độ hoạt động: mù màu và rõ màu. Đánh dấu 3 màu hai
tốc độ được cấu hình bởi các chế độ hoạt động và các tham số PIR, CIR, PBS và CBS.
trTCM hoạt động với hai gáo rò: Gáo rò token C và gáo rò token P. Gáo rò C được
sử dụng để điều khiển CIR và gáo dò P điều khiển PIR. Gáo rò C trong trTCM tương tự
như trong srTCM, gáo rò P có độ sâu cân bằng với kích thước bùng nổ đỉnh PBS và
được cập nhật tại tốc độ PIR.
Minh họa tại thời điểm 1/PIR giây trong Hình 2.16a như sau:
44. 45
Hình 2.16. Gáo rò C, P và chế độ hoạt động mù màu của trTCM
Giả thiết các gói không màu có kích thước B đến tại thời điểm t. Gói tin kích
thước B sẽ so sánh với token trong gáo rò P.
Nếu gáo P không đủ chỗ (B > Tp), gói tin sẽ được đánh dấu màu đỏ bất kể C có
đủ hay không.
Nếu gáo P đủ chỗ (Tp ≥ B), gói kích thước B được so sánh với bộ đếm token
trong gáo C, Tc.
Nếu (Tc ≥ B), gói được đánh dấu màu xanh và Tp := Tp - B và Tc := Tc-B.
Nếu (Tc < B) gói được đánh dấu màu vàng và Tp := Tp-B.
Đối với chế độ hoạt động rõ màu của trTCM cũng giống như chế độ hoạt động
của srTCM, các gói đến không thể cải thiện cấp độ tốt hơn (luôn luôn bằng hoặc nhỏ hơn
cấp độ đưa tới). Giả thiết các gói đã được đánh dấu màu tới:
Nếu gói đã được đánh dấu màu đỏ, gói sẽ được đánh dấu lại màu đỏ và các gáo
rò được bỏ qua.
Nếu gói đã được đánh dấu màu vàng, nó được đánh dấu màu đỏ khi B ≤ Tp và
Tp:=Tp-B; được đánh dấu màu vàng nếu Tp>B.
Nếu gói đã được đánh dấu màu xanh, nó được chuyển sang màu:
Đỏ, nếu Tp < B;
Vàng, nếu Tc<B ≤ Tb và Tp:=Tp-B;
Xanh, nếu Tc ≥ B, Tp ≥ B và Tc:=Tc-B, Tp:=Tb-B.
Hình 2.17. Chế độ hoạt động rõ màu của trTCM
45. 46
2.4.2 Kỹ thuật quản lý hàng đợi tích cực
Có 3 kiểu cơ bản trong kỹ thuật quản lý hàng đợi tích cực là: RED, WRED và ECN.
i) Kỹ thuật loại bỏ sớm ngẫu nhiên RED
Hình 2.18 thể hiện sơ đồ nguyên lý hoạt động của kỹ thuật loại bỏ sớm ngẫu
nhiên: phát hiện trên tập tắc nghẽn và loại bỏ gói ngẫu nhiên từ bộ đệm.
Hình 2.18. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của RED
Chức năng của module dự đoán tắc nghẽn là đánh giá hành vi lưu lượng trong bộ
đệm theo thời gian và phát hiện khả năng tắc nghẽn. Tiếp cận đơn giản nhất là dựa vào
chiều dài hàng đợi (N) và xác định trạng thái tắc nghẽn dựa trên cơ sở hàng đợi đầy (so
sánh với kích thước bộ đệm (B)).
Một phương pháp khác sử dụng để dự đoán tắc nghẽn dựa trên thuật toán tính
toán thời gian trung bình của hàng đợi, đầu ra của module dự đoán tắc nghẽn là chiều dài
hàng đợi trung bình trọng số (nN). Mặc dù nó phản ánh độ dài hàng đợi hiện thời, nhưng
(nN) không phải là chiều dài hàng đợi thực tế mà là phép đo cho hiện tượng tắc nghẽn.
Gọi α là phần trăm (%) điền đầy bộ đệm được tính theo công thức sau:
Nn
B
(2.3)
Trong đó B là kích thước bộ đệm.
Hồ sơ loại bỏ gói là một phương pháp tham chiếu giữa % bộ đệm đầy và xác suất
loại bỏ gói, khi α đạt một giá trị nào đó thì RED được kích hoạt, khi α đạt giá trị lớn
nhất (<100%) thì xác suất loại bỏ gói =1. Cơ chế loại bỏ gói chuyển sang theo phương
pháp cắt đuôi lưu lượng.
46. 47
ii) Kỹ thuật loại bỏ gói sớm theo trọng số WRED
Kỹ thuật loại bỏ gói sớm theo trọng số WRED là kỹ thuật loại bỏ gói sớm RED
với nhiều hồ sơ loại bỏ gói. Thay vì sử dụng một hồ sơ loại bỏ gói cho tất cả các hàng
đợi, WRED sử dụng nhiều hồ sơ loại bỏ gói cho một hàng đợi.
iii) Thông báo tắc nghẽn tường minh ECN
Thông báo tắc nghẽn tường minh ECN được đề xuất từ 1999 trong RFC 2481
[10] như là một bổ sung trong kiến trúc IP, được ứng dụng cho các lưu lượng TCP.
Trong ECN tắc nghẽn được thông tin tới các hệ thống cuối bằng cách đánh dấu trong
trường chức năng đặc biệt của tiêu đề IP và TCP với các chỉ thị tắc nghẽn thay vì loại bỏ
gói. Một thuật toán tương tự như trong kỹ thuật loại bỏ gói sớm được thực hiện để chỉ
ra ngưỡng và thời điểm thông báo tắc nghẽn.
Hình 2.19. Hoạt động thông báo tắc nghẽn tường minh ECN
ECN yêu cầu đánh dấu trên cả hai tiêu đề IP và TCP, sử dụng 2 bit dự phòng
trong tiêu đề TCP và 2 bit dự phòng trong tiêu đề IP. Hai bit dự phòng cuối cùng trong 8
bit của trường kiểu dịch vụ ToS trong tiêu đề IPv4 và 8 bit trường phân lớp lưu lượng
trong IPv6 sử dụng để đánh dấu ECN.
2.4.3 Kỹ thuật lập lịch cho gói tin
Kỹ thuật lập lịch cơ bản sử dụng trong bộ định tuyến gồm có: Hàng đợi FIFO;
Hàng đợi ưu tiên PQ; hàng đợi cân bằng FQ; hàng đợi quay vòng trọng số WRR; hàng đợi
cân bằng trọng số WFQ và hàng đợi dựa theo lớp cân bằng trọng số CBQ.
i) Hàng đợi FIFO
Hàng đợi vào trước - ra trước FIFO là kỹ thuật hàng đợi ngầm định, các gói tin
đến được đưa vào trong một hàng đợi đơn và được gửi ra đầu ra theo đúng thứ tự. FIFO
đối xử với tất cả các gói theo cùng một cách, không cần sử dụng thuật toán điều khiển, vì
