Chuyên đề Kỹ thuật chuyển mạch – Internet Qos

iao thức tầng cấp dưới để biến đổi dữ liệu thành các dạng mà cuối cùng có thể được truyền đi một cách vật lý Bộ giao thức IP dùng sự đóng gói dữ liệu hòng trừu tượng hóa (thu nhỏ lại quan niệm cho dễ hiểu) các giao thức và các dịch vụ. Nói một cách chung chung, giao thức ở tầng cao hơn dùng giao thức ở tầng thấp hơn để đạt được mục đích của mình. Hình 1.7.Mô hình tầng giao thức TCP/IP Những tầng gần trên nóc gần với người sử dụng hơn, còn những tầng gần đáy gần với thiết bị truyền thông dữ liệu. Mỗi tầng có một giao thức để phục vụ tầng trên nó, và một giao thức để sử dụng dịch vụ của tầng dưới nó (ngoại trừ giao thức của tầng đỉnh và tầng đáy). 1.2. Địa chỉ IP và tên miền: 1.2.1. Địa chỉ IP: Địa chỉ IP (Internet Protocol) là một địa chỉ đơn nhất mà những thiết bị điện tử hiện nay đang sử dụng để nhận diện và liên lạc với nhau trên mạng máy tính bằng cách sử dụng tiêu chuẩn Giao thức Internet (IP).Mỗi địa chỉ IP là duy nhất trong cùng một cấp mạng. Một cách đơn giản hơn: IP là một địa chỉ của một máy tính khi tham gia vào mạng nhằm giúp cho các máy tính có thể chuyển thông tin cho nhau một cách chính xác, tránh thất lạc. Bất kỳ thiết bị mạng nào (bao gồm bộ định tuyến, bộ chuyển mạch mạng, máy vi tính, máy chủ hạ tầng, máy in, máy fax qua Internet, và vài loại điện thoại ) tham gia vào mạng đều có địa chỉ riêng, và địa chỉ này là đơn nhất trong phạm vi của một mạng cụ thể. Vài địa chỉ IP có giá trị đơn nhất trong phạm vi Internet toàn cầu, trong khi một số khác chỉ cần phải đơn nhất trong phạm vi một công ty. Địa chỉ IP hoạt động như một bộ định vị để một thiết bị IP tìm thấy và giao tiếp với nhau. Tuy nhiên, mục đích của nó không phải dùng làm bộ định danh luôn luôn xác định duy nhất một thiết bị cụ thể. Trong thực tế hiện nay, một địa IP hầu như không làm bộ định danh, do những công nghệ như gán địa chỉ động và biên dịch địa chỉ mạng. Địa chỉ IP do Tổ chức cấp phát số hiệu Internet (IANA) quản lý và tạo ra. IANA nói chung phân chia những "siêu khối" đến Cơ quan Internet khu vực, rồi từ đó lại phân chia thành những khối nhỏ hơn đến nhà cung cấp dịch vụ Internet và công ty. Cấu trúc một địa chỉ IP: - IPv4: Địa chỉ IP theo phiên bản IPv4 sử dụng 32 bit để mã hoá dữ liệu. Địa chỉ IP (IPv4) có dạng như sau:EFG.HIJ.KMN.OPQ (ví dụ một địa chỉ IP: 220.231.124.5) Trong đó mỗi ký tự trên đại diện cho một con số do người sử dụng máy tính, modem hoặc một máy chủ có chức năng riêng (DHCP) gán cho chúng. - IPv6: Địa chỉ IP theo phiên bản IPv6 sử dụng 128 bit để mã hoá dữ liệu, nó cho phép sử dụng nhiều địa chỉ hơn so với IPv4. Địa chỉ IP phiên bản IPv6 đang dần được đưa vào áp dụng bởi nguồn tài nguyên IPv4 đang cạn kiệt do sự phát triển rất nhanh của công nghệ thông tin. Hàng loạt các quốc gia, tổ chức trên thế giới đã nhanh chóng chuẩn bị triển khai để đưa vào sử dụng theo lộ trình bắt đầu từ năm 2008 đến năm 2010. 1.2.2. Tên miền: Tên miền được tạo thành từ các nhãn không rỗng phân cách nhau bằng dấu chấm (.); những nhãn này giới hạn ở các chữ cái ASCII từ a đến z (không phân biệt hoa thường), chữ số từ 0 đến 9, và dấu gạch ngang (-), kèm theo những giới hạn về chiều dài tên và vị trí dấu gạch ngang. Đó là dấu gạch ngang không được xuất hiện ở đầu hoặc cuối của nhãnh, và chiều dài của nhãn nên trong khoảng từ 1 đến 63 và tổng chiều dài của một tên miền không được vượt quá 255. Người đăng kí tên miền thường được gọi là chủ tên miền, mặc dù việc một người đăng kí một tên miền không phải là người sở hữu hợp pháp cái tên đó, mà chỉ là độc quyền sử dụng nó mà thôi. Ví dụ minh họa cho sư khác nhau giữa một địa chi URL (Uniform Resource Locator) và một tên miền: URL:  Tên miền: www.vidu.net Tên miền đã đăng ký: vidu.net Mục đích chính của tên miền là để cung cấp một hình thức đại diện, hay nói cách khác, dùng những tên dễ nhận biết, thay cho những tài nguyên internet mà đa số được đánh địa chỉ bằng số. Cách nhìn trừu tượng này cho phép bất kỳ tài nguyên nào (ở đây là website) đều có thể được di chuyển đến một địa chỉ vật lý khác trong cấu trúc liên kết địa chỉ mạng, có thể là toàn cầu hoặc chỉ cục bộ trong một mạng intranet, mà trên thực tế là đang làm thay đổi địa chỉ IP. Việc dịch từ tên miền sang địa chỉ IP (và ngược lại) do hệ thống DNS trên toàn cầu thực hiện. Hình 1.8 Tổ chức của hệ thống tên miền 1.3. Các nhà cung cấp dịch vụ Internet và một số dich vụ Internet thông dụng: 1.3.1. Các nhà cung cấp dịch vụ Internet ở Việt nam hiện nay: CÔNG TY THÔNG TINVIỄN THÔNG ĐIỆN LỰC (EVN) CÔNG TY CỔ PHẦN VIỄN THÔNG HÀ NỘI (HANOITELECOM) CÔNG TY CỔ PHẦN CÔNG NGHỆ MẠNG (QTNET) CÔNG TY CỔ PHẦN DỊCH VỤ BƯU CHÍNH, VIỄN THÔNG SÀI GÒN (SAIGONPOSTEL) CÔNG TY CỔ PHẦN VIỄN THÔNG FPT CÔNG TY NETNAMVIỆN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN TẬP ĐOÀN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG VIỆT NAM (VNPT) TỔNG CÔNG TY VIỄN THÔNG QUÂN ĐỘI (VIETTEL) CÔNG TY CỔ PHẦN DỊCH VỤ INTERNET ( OCI) CÔNG TY CỔ PHẦN VIỄN THÔNG THẾ HỆ MỚI (VNGT) CÔNG TY THÔNG TIN ĐIỆN TỬ HÀNG HẢI(VISHIPEL) CÔNG TY CỔ PHẦN THANH TÂM TỔNG CÔNG TY TRUYỀN THÔNG ĐA PHƯƠNG TIỆN (VTC) CÔNG TY CỔ PHẦN DỊCH VỤ THƯƠNG MẠI ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG HỢP THÀNH CÔNG TY SAIGONTOURIST (SCTV) CÔNG TY TNHH PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ĐẠT THỊNH CÔNG TY CỔ PHẦN VIỄN THÔNG VTC CÔNG TY CỔ PHẦN VÔ TUYẾN IP VIỆT NAM  (VIP) 1.3.2. Một số dịch vụ Internet thông dụng: - Thư điện tử ( email ): là một phương tiện thông tin rất nhanh. Một mẫu thông tin (thư từ) có thể được gửi đi ở dạng mã hoá hay dạng thông thường và được chuyển qua các mạng máy tính đặc biệt là mạng Internet. Nó có thể chuyển mẫu thông tin từ một máy nguồn tới một hay rất nhiều máy nhận trong cùng lúc.Ngày nay, email chẳng những có thể truyền gửi được chữ, nó còn có thể truyền được các dạng thông tin khác như hình ảnh, âm thanh, phim, và đặc biệt các phần mềm thư điện tử kiểu mới còn có thể hiển thị các email dạng sống động tương thích với kiểu tệp HTML. - Dịch vụ trao đổi các dữ liệu FTP (FILE TRANSFER PROTOCOL): thường được dùng để trao đổi tập tin qua mạng lưới truyền thông dùng giao thức TCP/IP(chẳng hạn như Internet- mạng ngoại bộ - hoặc intranet - mạng nội bộ). Hoạt động của FTP cần có hai máy tính, một máy chủ và một máy khách). Máy chủ FTP, dùng chạy phần mềm cung cấp dịch vụ FTP, gọi là trình chủ, lắng nghe yêu cầu về dịch vụ của các máy tính khác trên mạng lưới. Máy khách chạy phần mềm FTP dành cho người sử dụng dịch vụ, gọi là trình khách, thì khởi đầu một liên kết với máy chủ. Một khi hai máy đã liên kết với nhau, máy khách có thể xử lý một số thao tác về tập tin, như tải tập tin lên máy chủ, tải tập tin từ máy chủ xuống máy của mình, đổi tên của tập tin, hoặc xóa tập tin ở máy chủ v.v. Vì giao thức FTP là một giao thức chuẩn công khai, cho nên bất cứ một công ty phần mềm  nào, hay một lập trình viên nào cũng có thể viết trình chủ FTP hoặc trình khách FTP. - Dịch vụ thông tin dưới dạng tiếng nói và hình ảnh world wide web (www): là một không gian thông tin toàn cầu mà mọi người có thể truy nhập (đọc và viết) qua các máy tính nối với mạng Internet. Thuật ngữ này thường được hiểu nhầm là từ đồng nghĩa với chính thuật ngữ Internet. Nhưng Web thực ra chỉ là một trong các dịch vụ chạy trên internet .Các tài liệu trên World Wide Web được lưu trữ trong một hệ thống siêu văn bản (hypertext), đặt tại các máy tính trong mạng internet. Người dùng phải sử dụng một chương trình được gọi là trình duyệt ưeb (web browser) để xem siêu văn bản. Chương trình này sẽ nhận thong tin (documents) tại ô địa chỉ (address) do người sử dụng yêu cầu (thông tin trong ô địa chỉ được gọi là tên miền (domain name)), rồi sau đó chương trình sẽ tự động gửi thông tin đến máy chủ (web server) và hiển thị trên màn hình máy tính của người xem. Người dùng có thể theo các liên kết siêu văn bản (hyperlink) trên mỗi trang ưeb để nối với các tài liệu khác hoặc gửi thông tin phản hồi theo máy chủ trong một quá trình tương tác. Hoạt động truy tìm theo các siêu liên kết thường được gọi là duyệt Web. - Dịch vụ truy cập thông tin từ xa TELNET (TErminaL NETwork): là một giao thức mạng (network protocol) được dùng trên các kết nối với internet hoặc các kết nối tại mạng máy tính cục bộ LAN. TELNET thường được dùng để cung cấp những phiên giao dịch đăng nhập, giữa các máy trên mạng Internet, dùng dòng lệnh có tính định hướng người dùng. Tên của nó có nguồn gốc từ hai chữ tiếng Anh "telephone network" (mạng điện thoại), vì chương trình phần mềm được thiết kế, tạo cảm giác như một thiết bị cuối được gắn vào một máy tính khác. - Dịch vụ tham gia nhóm hội thảo USENET (Unix User Network): Một hệ thống thông tin toàn cầu dưới dạng diễn đàn thảo luận (còn được gọi là "Newsgroup") về tất cả các lĩnh vực của đời sống và bất cứ ai cũng có thể tham gia. - Thương mại điện tử (ELECTRONIC COMMERCE): là quy trình mua bán hàng hóa và dịch vụ thông qua các phương tiện điện tử và mạng viễn thông, đặc biệt là qua máy tính và mạng Internet.Thương mại điện tử (Electronic Commerce), một yếu tố hợp thành của nền "Kinh tế số hóa", là hình thái hoạt động thương mại bằng các phương pháp điện tử; là việc trao đổi thông tin thương mại thông qua các phương tiện công nghệ điện tử mà nói chung là không cần phải in ra giấy trong bất cứ công đoạn nào của quá trình giao dịch (nên còn gọi là "Thương mại không có giấy tờ"). 1.4. Kết luận chương 1 : Chương 1 giới thiệu sơ lược tổng quan về mạng Internet. Tập trung giới thiệu các kiến thức cơ bản về mạng internet. Khái quát các kiến thức liên quan đến mạng Internet như các khái niệm, cấu trúc và phương thức kết nối internet, địa chỉ IP và tên miền, các nhà cung cấp dịch vụ internet và các dịch vụ internet thông dụng. Giúp người đọc nắm bắt được những kiến thức cơ bản về môi trường internet, từ đó thấy được lợi ich thiết thực khi sử dụng dịch vụ internet Chương 2: Giới thiệu chung về Qos 2.1. Khái niệm về QoS và sự cần thiết của QoS trong mạng internet: 2.1.1. Khái niệm về QoS: Chất lượng dịch vụ (QoS – Quality of Service) là một khái niệm rộng và có thể tiếp cận theo nhiều hướng khác nhau. Theo khuyến nghị của Hiệp hội viễn thông quốc tế ITU-T (International Telecommunication Union) chất lượng dịch vụ là tập hợp các khía cạch của hiệu năng dịch vụ nhằm xác định cấp độ thỏa mãn của người sử dụng đối với dịch vụ. Theo IETF [ETSI – TR102] nhìn nhận chất lượng dịch vụ 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 gồm cả việc phân loại các dịch vụ và hiệu năng tổng thể của mạng cho mỗi loại dịch vụ. Chất lượng dịch vụ được nhìn nhận từ hai khía cạnh: phía người sử dụng dịch vụ và phía nhà cung cấp dịch vụ mạng. Nhìn từ khía cạnh người sử dụng dịch vụ mạng, QoS là mức độ chấp nhận chất lượng dịch vụ mà người sử dụng dịch vụ nhận được từ nhà cung cấp dịch vụ mạng đối với các dịch vụ riêng của họ hoặc các ứng dụng mà các nhà cung cấp dịch vụ cam kết với khách hàng của mình như: voice, video và dữ liệu. Nhìn từ khía cạnh nhà cung cấp dịch vụ mạng, QoS liên quan tới khả năng cung cấp các yêu cầu chất lượng dịch vụ cho người sử dụng. Có hai kiểu khả năng mạng cần thiết để cung cấp chất lượng dịch vụ trong mạng chuyển mạch gói. Thứ nhất, mạng chuyển mạch gói phải có khả năng phân biệt các lớp lưu lượng mà người sử dụng đầu cuối có thể xem xét để lựu chọn một hoặc nhiều lớp lưu lượng trong số các lớp lưu lượng khác nhau đó. Thứ hai, một khi mạng đã phân biệt được các lớp lưu lượng, nó phải có cơ chế xử lý khác nhau đối với các lớp khác nhau bằng cách bảo đảm việc cung cấp tài nguyên và phân biệt dịch vụ trong mạng. Mức độ chấp nhận dịch vụ của người sử dụng đầu cuối được xác định thông qua việc kiểm tra các thông số mạng như khả năng mất gói, độ trễ, jitter và xác suất tắc nghẽn. Số lượng và các đặc tính của các tham số trên phụ thuộc vào các kỹ thuật thực thi QoS khác nhau trên mạng. 2.1.2. Kiến trúc cơ bản của Qos: Kiến trúc cơ bản của QoS gồm 3 mảng cơ bản: Định dạng QoS và kĩ thuật đánh dấu cho phép phối hợp QoS từ điểm đầu tới điểm cuối giữa từng thành phần mạng. QoS trong từng thành phần mạng đơn(các công cụ hàng đợi định dạng,lập lịch, định dạng lưu lượng) Cách giải quyết, điều khiển QoS, các chức năng tính toán để điều khiển và giám sát lưu lượng đầu cuối qua mạng. Hình 2.1: Ba thành phần của kiến trúc QoS cơ bản. 2.1.3 Sự cần thiết của QoS trong mạng internet: Ngày nay Internet và Intranet phát triển rất nhanh kèm theo đó là sự phát triển nhiều loại dịch vụ khác nhau. Người dùng sử dụng Internet có thể với nhiều mục đích khác nhau, có thể là mục đích riêng hoặc có thể là mục đích kinh doanh. Dữ liệu được truyền đi qua mạng Internet và số lượng người sử dụng mạng Internet tăng theo hàm mũ. Các ứng dụng đa phương tiện – các ứng dụng thời gian thực, như thoại IP (IP Telephony) và hệ thống hội nghị video (Video conferencing system), IPTV, là các ứng dụng mới cần nhiều băng thông hơn rất nhiều so với các ứng dụng đã được sử dụng rất sớm trên Internet, mặt khác các ứng dụng này yêu cầu việc truyền dữ liệu đi qua mạng phải liên tục, độ trễ thấp. Trong khi đó, các ứng dụng truyền thống trên Internet như WWW, FTP, hoặc Telnet, không chấp nhận việc mất gói xẩy ra, không yêu cầu đỗ trễ cao miễn sao dữ liệu khi bên nhận nhận được là đầy đủ và chính xác nội dung. Chất lượng của các ứng dụng thoại phụ thuộc vào chất lượng đường truyền kết nối từ đầu cuối đến đầu cuối, dấu hiệu của tín hiệu thoại không được đảm bảo chất lượng thường gặp như truyền lỗi, nhiễu tín hiệu, tiếng vọng, … Ngay cả việc truyền dữ liệu thời gian thực sử dụng giao thức thời gian thực RTP (Real Time Protocol) vẫn phụ thuộc vào việc tận dụng các tài nguyên được phân phát trên cơ sở giao thức IP. QoS là một kỹ thuật được sử dụng để bảo đảm các ứng dụng thời gian thực chạy được trên Internet và các ứng dụng truyền thống được bảo đảm chất lượng tốt hơn. 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 thức chưa Cuộc gọi không kết nối được Video Hình ảnh hiện thị chập chờn 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 hổi 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 Bảng 2.1: Kiểu lưu lượng và các vấn đề khi không thực thi QoS 2.2. Các yêu cầu và một số cách tiếp cận để đánh giá QoS trong mạng IP: 2.2.1 Các yêu cầu chất lượng dịch vụ trong mạng IP Mỗi ứng dụng đều có đặc tính riêng của nó, do đó để xác định được yêu cầu chất lượng dịch vụ, hệ thống thường nhận biết dựa trên các lớp dịch vụ. Theo quan điểm của ITU-T, các lớp dịch vụ được chia như sau: 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 4 Tồn hao thấp 5 Các ứng dụng nguyên thủy của mạng IP ngầm định Bảng 2.2: Phân loại các lớp dịch vụ theo ITU - T Như vậy, theo quan điểm của ITU thì các ứng dụng thời gian thực và các ứng dụng có tính tương tác cao được đặt lên hàng đầu đối với mạng IP, phần lớn các ứng dụng này được triển khai trong các mạng chuyển mạch hướng kết nối (chuyển mạch kênh và ATM). Trong khi đó, mạng IP nguyên thủy không hỗ trợ QoS cho các dịch vụ thời gian thực. Dự án TIPHON của ETSI đề xuất các lớp dịch vụ QoS như sau: 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 bít thay đổi và cố định Luồng thời gian thực (quảng bá) Audio, video, đa phương tiện Trễ và jitter có sai số nhất định, sai số nhỏ đối với lỗi và tổn thất, tốc độ bít thay đổi Tương tác cận dữ liệu thời gian thực (trình duyệt Web) Dữ liệu Nhạy cảm với trễ, jitter và mất gói, tốc độ bít thay đổi Phi thời gian thực (Email) Dữ liệu Không nhạy cảm với trễ và jitter, nhạy cảm với lỗi Bảng 2.3: Phân loại các lớp dịch vụ theo ETSI Hướng tiếp cận của ETSI tập trung vào các dịch vụ trên mạng IP để phân ra các loại dịch vụ yêu cầu thời gian thực và không yêu cầu thời gian thực. 2.2.2 Một số cách tiếp cận để đánh giá QoS trong mạng IP: Các phương pháp cơ bản để xác định chất lượng của dịch vụ mạng bao gồm quá trình phân tích, mô hình hóa và mô phỏng hoặc đo trực tiếp các thông số mạng để đánh giá. Việc đánh giá mức độ chấp nhận dịch vụ hay nói cách khác là việc đo kiểm các thông số mạng được đánh giá dựa trên các thang điểm đánh giá trung bình MOS (Mean Opinion Score). MOS dao động từ mức 1 đến mức 5 (mức 1 – tồi, mức 2 – nghèo, mức 3 – cân bằng, mức 4 – tốt, và mức 5 – xuất sắc) và các nhà cung cấp dịch vụ dựa vào mức MOS này để đưa ra các mức chất lượng dịch vụ phù hợp cho dịch vụ của mình. Hình 2.2.Một số cách tiếp cận để đánh giá QoS trong mạng IP Theo khuyến nghị của ITU-T G107, để đánh giá chất lượng dịch vụ thoại qua IP thì nên sử dụng mô hình E, đây là một mô hình ưu việt trong việc truyền dẫn, kết quả của mô hình E là một giá trị truyền dẫn chung gọi là nhân tố tốc độ truyền dẫn R (Transmission Rating Factor) thể hiện chất lượng đàm thoại giữa người nói và người nghe. R dao động trong khoảng từ 1 đến 100 tùy thuộc vào các sơ đồ mạng cụ thể. R càng lớn thì chất lượng dịch vụ mạng càng cao. Đối với dịch vụ mạng IP, mô hình E là một công cụ đắc lực để đánh giá chất lượng dịch vụ. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự suy giảm R như: độ trễ, tiếng dội – jitter, mất gói, và thuật toán mã hóa thông tin. Giá trị đầu ra của mô hình E có thể chuyển thành giá trị MOS tương ứng để đánh giá chất lượng dịch vụ. Một cách tiếp cận khác để đánh giá QoS được nhìn nhận từ phía mạng là tiếp cận theo mô hình phân lớp trong mô hình tham chiếu hệ thống mở OSI, cụ thể như sau: Tầng ứng dụng: Chất lượng dịch vụ QoS được nhận thức là “mức độ dịch vụ”. Khái niệm này rất khó để định lượng chính xác, chủ yếu dựa vào đánh giá của con người về mức độ hài lòng đối với dịch vụ. Tầng vận chuyển: Chất lượng dịch vụ được thực hiện bởi kiến trúc logic của mạng, các cơ chế định tuyến và báo hiệu bảo đảm chất lượng dịch vụ. Tầng mạng: Chất lượng dịch vụ được thể hiện qua các tham số lớp mạng tương đối gần với các tham số mà chúng ta thường gặp, được biểu diễn thông qua các đại lượng toán học như: Tỷ lệ lỗi, giá trị trung bình, giá trị lớn nhất của các tham số như băng thông, đỗ trễ, và độ tin cậy của luồng lưu lượng. Tầng liên kết dữ liệu: Chất lượng dịch vụ được thể hiện qua các tham số truyền dẫn, tỉ lệ lỗi thông tin, các hiện tượng tắc nghẽn và hỏng hóc của các đường liên kết mạng. 2.2.3 Các yêu cầu chức năng chung của IP QoS: Để cung cấp chất lượng dịch vụ qua mạng IP, mạng phải thực hiện hai nhiệm cụ cơ bản: (1) Phân biệt các luồng lưu lượng hoặc các kiểu dịch vụ để người sử dụng đưa các ứng dụng vào các lớp hoặc các luồng lưu lượng phân biệt với các ứng dụng khác. (2) Phân biệt các lớp lưu lượng bằng các nguồn tài nguyên và cách cư xử đối với các dịch vụ khác nhau trong một mạng. Nhiệm vụ (1) thường được thực hiện bởi thiệt bị của người sử dụng mạng và tại giao diện giữa mạng và mạng. Nhiệm vụ (2) được thực thiện bởi các bộ định tuyến mạng. Khả năng thực hiện nhiệm vụ (2) là sự khác biệt giữa các cộng nghệ mạng, nó thể hiện các đặc điểm ưu việt và nhược điểm của các giải pháp công nghệ khác nhau. . Bộ định tuyến IP trên hình vẽ thể hiện dưới góc độ các khối chức năng được sắp xếp theo hướng đi của luồng dữ liệu từ đầu vào bộ định tuyến tới đầu ra bộ định tuyến. Các gói tin IP đi vào từ các cổng đầu vào của bộ định tuyến tới các khối chức năng đánh dấu gói tin và phân loại gói tin, hai khối chức năng này của bộ định tuyến thực hiện nhiệm vụ (1). Các khối chức năng: Chính sách lưu lượng, quản lý hàng đợi, lập lịch gói tin và chia cắt lưu lượng là các khối chức năng thực hiện nhiệm vụ (2) Nhiệm vụ 1 Các gói tin đi ra Phân loại gói tin Đánh dấu gói tin Chính sách lưu lượng Quản lý hàng đợi Lập lịch gói tin Định hướng lưu lượng Các gói tin đi vào Hình 2.3. các yêu cầu chức năng được thể hiện trong các bộ định tuyến IP 2.3. Các tham số ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ trong mạng IP: 2.3.1. Băng thông – Bandwidth: Băng thông là giá trị trung bình số lượng gói tin được truyền qua mạng thành công trong một giây. Kí hiệu là kbps hoặc Mbps. Băng thông khả dụng lớn nhất của đường liên kết bằng giá trị băng thông nhỏ nhất của các đường liên kết mà gói tin đã đi qua. Băng thông nhỏ nhất của đường liên kết này thường là đường liên kết mạng WAN. Một số tuyến kết nối khác như đường liên kết uplink giữa các switch hoặc router. Ảnh hưởng của sự thiếu hụt băng thông là gì? Sự thiếu hụt băng thông là một trong nhiều nguyên nhân làm giảm hiệu năng của các ứng dụng trên mạng; đặc biệt là các ứng dụng dễ bị ảnh hưởng bởi thời gian như voice hoặc các ứng dụng yêu cầu băng thông cao như video. Một số giải pháp có thể ngăn chặn sự thiếu hụt và cải thiện hiệu năng của băng thông: Tăng băng thông: Cách tốt nhất để ngăn chặn sự thiếu hụt của băng thông là nâng cao tốc độ kết nối của tất cả các dịch vụ của nhà cung cấp dịch vụ với người sử dụng. Tuy nhiên nó gặp phải một số điều kiện khách quan khiến cho phương pháp này không phải là phương pháp được sử dụng nhiều như chi phí cao, thời gian thực thi và giới hạn của công nghệ trong quá trình nâng cấp và thực thi. Chuyển tiếp các gói tin theo độ ưu tiên: Đây là giải pháp thường được sử dụng hiện nay, nó liên quan đến việc sử dụng kĩ thuật QoS. Sử dụng phân loại lưu lượng thành các lớp QoS, sắp xếp thứ tự ưu tiên các luồng lưu lượng quan trọng và chuyển các luồng lưu lượng có độ ưu tiên quan trọng trước. Đây là một trong những kĩ thuật cơ bản của QoS và hàng đợi. Chi tiết về các kĩ thuật này sẽ được trình bày cụ thể trong bài báo cáo này. Nén: Tối ưu đường liên kết bằng cách nén nội dung của các frame nhằm tăng băng thông khả dụng của liên kết. Nén dữ liệu có thể thực hiện bằng phần cứng hoặc phần mềm qua các thuật toán nén. Ngoài ra, nén tiêu để (Header) của gói tin cũng là một phương pháp đặc biệt hiệu quả đối với đường truyền có các gói tin có tỉ số header/gói tin là lớn. Ví dụ như nén tiêu để của giao thức truyền tải tin cậy TCP và giao thức thời gian thực RTP. Theo ý kiến của các chuyên gia thì nén nội dung (Payload compression) là phương pháp nén hiệu quả trong mạng đầu cuối – đầu cuối (end – to - end). Trong khi đó, nén header là phương pháp hiệu quả được sử dụng trong các liên kết bước – bước (hop-by-hop). 2.3.2. Độ trễ - Delay: Độ trễ là khoảng thời gian trung bình mà gói tin được truyền đi từ nơi gửi đến nơi nhận. Thời gian này được gọi là “Độ trễ đầu cuối đến đầu cuối”. Mỗi thành phần trong tuyến kết nối từ đầu cuối đến đầu cuối như: thiết bị phát, thiết bị truyền dẫn, thiết bị chuyển mạch và định tuyến đều có thể gây ra trễ. Nhìn từ góc độ tổng quát thì có ba thành phần gây trễ: trễ lan truyền, trễ xử lý, và trễ hàng đợi. Trễ lan truyền là thời gian truyền một gói tin qua liên kết, trễ lan truyền thường chỉ phụ thuộc vào băng thông khả dụng của liên kết. Các kỹ thuật truy cập CSMA/CD cũng có thể gây thêm trễ vì xác suất tranh chấp tài nguyên trong trường hợp giao diện tiến gần tới trạng thái tắc nghẽn, là tham số có giá trị cố định phụ thuộc vào phương tiện truyền, trong khi đó tham số trễ xử lý và trễ hàng đợi trong các thiết bị định tuyến là các tham số có giá trị thay đổi do các điều kiện thực tế của mạng. Trễ xử lý là khoảng thời gian cần thiết của một thiết bị định tuyến để chuyển một gói tin từ giao diện đầu vào tới hàng đợi đầu ra và phụ thuộc vào rất 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 giao diện đầu vào và đầu ra. Trễ hàng đợi là khoảng thời gian của gói tin nằm chờ tại hàng đợi trong một thiết bị định tuyến. Trễ hàng đợi phụ thuộc vào số lượng và kích thước các gói tin trong hàng đợi và băng thông khả dụng trên liên kết đầu ra của thiết bị định tuyến. Trễ hàng đợi còn phụ thuộc vào kỹ thuật xếp hàng các gói tin. Một số giải pháp nhằm cải thiện độ trễ: Tăng băng thông liên kết, băng thông đủ sẽ làm cho hàng đợi ngắn lại và các gói tin không phải đợi trước khi được truyền đi. Tăng băng thông cũng đồng nghĩa là làm giảm trễ nối tiếp nhưng mặt khác, giải pháp này cũng làm tăng giá thành của hệ thống khi cần nâng cấp. Sử dụng các kỹ thuật quản lý hàng đợi. Đây là phương pháp tiếp cận hiệu quả, tốn kém ít chi phí. Các hàng đợi ưu tiên là một trong những thành phần chủ yếu trong cách tiếp cận này. 2.3.3. Độ biến thiên trễ - Delay variation/Jitter: Là sự khác biệt về độ trễ của các gói tin khác nhau trong cùng một luồng lưu lượng. Các gói tin trên cùng một luồng lưu lượng không đến đích cùng tốc độ mà chúng đã được phát đi. Những gói tin này được xử lý, đưa vào hàng đợi, đi ra khỏi hàng đợi, … là riêng lẽ và độc lập với nhau. Do đó, thứ tự đi ra của các gói tin này, và độ trễ của chúng có thể bị thay đổi. Kết quả của sự tác động của độ biến thiên trễ đối với các ứng dụng thời gian thực như thoại IP là dội tín hiệu – echo signal, nhiễu tín hiệu. Một số giải pháp nhằm làm giảm độ biến thiên trễ của lưu lượng mạng: Tăng băng thông liên kết: đây là cách tốt nhất để hạn chế và khác phục hiện tượng jitter, tuy nhiên giải pháp này gặp phải một số điểm hạn chế trên thực tế như thời gian, chi phí và đôi khi còn hạn chế bởi công nghệ của các thiết bị truyền dẫn để nâng cấp hệ thống. Ưu tiên các gói tin có độ trễ nhạy cảm và chuyển các gói tin quan trọng trước: để thực hiện được điều này thì các gói tin phải qua giai đoạn phân loại hoặc đánh dấu gói tin trước khi chúng được đưa vào các hàng đợi tương ứng cho các loại gói tin ví dụ như hàng đợi cân bằng trọng số WFQ (Weighted Fair Queuing), hàng đợi cân bằng trọng số theo lớp CBWFQ (Class-base weighted fair queuing)… Đây là những phương pháp không tốn kém chi phí nhưng lại nâng cao được băng thông. Thay đổi độ ưu tiên của gói tin: Đây là trường hợp chắc chắn xẩy ra, độ ưu tiên của gói tin đã được thiết lập khi các gói tin đi vào thiết bị định tuyến. Khi gói tin di chuyển từ miền này sang miền khác, độ ưu tiên của các gói tin này có thể được thay đổi. Ví dụ, gói tin đi ra từ mạng doanh nghiệp đã được đánh dấu và đi vào mạng của nhà cung cấp dịch vụ thì giá trị độ ưu tiên của gói tin phải thay đổi lại để bảo đảm chất lượng dịch vụ đã cam kết giữa nhà cung cấp dịch vụ với mạng doanh nghiệp. Nén nội dung của gói tin ở tầng 2 và hearder của giao thức RTP: Nén tầng 2 sẽ làm giảm kích thước gói tin IP, và nó làm giảm số lượng bít truyền qua mạng do đó nó làm tăng băng thông khả dụng lên. Nén hearder của giao thức RTP là một phương pháp hiệu quả cho gói tin VoIP, bởi vì nó làm giảm kích thước phần tiêu đề cố định của giao thức RTP. Việc nén header của giao thức RTP được đề xuất dành cho kết nối có băng thông nhỏ hơn 2 Mbps. Nén Header làm giảm thời gian chiếm dụng CPU ít hơn hơn so với nén nội dung tầng 2 và cả hai đều có tác dụng làm giảm delay trong hàng đợi. Tuy nhiên, ngay cả việc nén header hay nén nội dung tầng 2 đều tạo ra thời gian trễ cho việc xử lý. 2.3.4. Mất gói – Packet loss: Tỉ lệ mất gói là tỉ lệ phần trăm số gói tin IP bị mất trên tổng số toàn bộ số gói IP phía đầu gửi đã chuyển vào mạng cho phía đầu nhận. Mất gói xẩy ra khi các bộ định tuyến tràn không gian bộ đệm trong các giao diện đầu vào để tiếp nhận thêm các gói tin mới đi vào. Một bộ định tuyến có thể bỏ qua một số gói tin để dành không gian cho các gói tin khác có độ ưu tiên cao hơn. Các bộ định tuyến IP thông thường sẽ loại bỏ gói tin vì một số lý do khác như: Loại bỏ gói tin tại hàng đợi đầu vào vì hàng đợi đầu vào đầy, loại bỏ các gói ở đầu ra vì bộ đệm đầu ra đầy, bộ định tuyến quá tải không chỉ định được không gian bộ đệm rỗi cho các gói đi vào và một số hiện tượng do gói tin bị lỗi khung. Các biện pháp khắc phục việc mất gói tại các bộ định tuyến (Ngoài việc tăng băng thông liên kết): Tăng không gian bộ đệm để tương thích với các ứng dụng có độ bùng nổ lưu lượng cao. Các kỹ thuật hàng đợi thường được sử dụng trong thực tế như: hàng đợi ưu tiên PQ, hàng đợi cân bằng trọng số WFQ, hàng đợi cân bằng trọng số theo lớp CBWFQ. Các phương pháp chống tắc nghẽn: nhằm loại bỏ gói tin sớm trước khi có hiện tượng tắc nghẽn xẩy ra, các hàng đợi RED, WRED được đánh giá là phương pháp chống tắc nghẽn hiệu quả trong mạng TCP tốc độ cao. Thiết lập chính sách lưu lượng để giới hạn các gói tin ít quan trọng, ưu tiên các gói tin quan trọng hơn. 2.4. Kết luận chương 2: Trong Chương 2 đã trình bày các kiến thức cơ bản về Qos trong mạng internet, phần đầu chương 2 giới thiệu đến khái niệm, cấu trúc và sự cần thiết của nó trong mạng internet, phần tiếp theo đề cập đến các yêu cầu và một số cách tiếp cận để đánh giá QoS trong mạng IP và phần cuối là các tham số ảnh hưởng tới chất lượng dịch vụ trong mạng internet. Chương 2 giúp người đọc nắm bắt một cách khái quát về yêu cầu chất lượng dịch vụ mạng internet nói chung và trong mạng IP nói riêng. Chương 3: Các giải pháp QOS 3.1. Giải pháp Dịch Vụ Tích Hợp (Integrated Service): 3.1.1. Giới thiệu về giải pháp dịch vụ tích hợp: Tổ chức IETF (Internet Engineering Task Force) những năm đầu thập kỷ 90 đưa ra cấu trúc IntServ như một giải pháp hữu hiệu đảm bảo QoS trên nền mạng IP. Cốt lõi của IntServ là sự áp dụng các biện pháp đảm bảo QoS cho từng luồng IP vi mô. Luồng IP vi mô là một chuỗi gói IP có chung 5 tham số giống nhau. Cụ thể hơn, một luồng IP vi mô được xác định bởi 5 tham số: địa chỉ IP đầu gửi, địa chỉ IP đầu nhận, số thứ tự của cổng gửi, số thứ tự của cổng nhận, loại hình của giao thức được sử dụng trên lớp truyền tải (TCP hay UDP) cho luồng IP đang được xét. 3.1.2. Nguyên lý hoạt động: Một mạng IntServ điển hình chứa các bộ định tuyến biên và các bộ định tuyến lõi . Trước khi bắt đầu truyền dữ liệu của một luồng IP vi mô, đầu gửi thông báo một số số liệu liên quan đến lưu lượng sẽ được chuyển (như tốc độ gửi lưu lượng trung bình của đầu gửi, độ lớn cho phép của những cụm bùng phát lưu lượng) cho bộ định tuyến biên. Bên cạnh đó, đầu gửi cũng chuyển đến cho bộ định tuyến biên yêu cầu QoS của luồng IP. Những số liệu lưu lượng và QoS sẽ được bộ định tuyến biên sử dụng để tính ra dung lượng cần thiết cho luồng IP đang được quan tâm. Có nhiều phương pháp để tính dung lượng, chẳng hạn áp dụng mô hình điều chỉnh lưu lượng mạng mang tên thùng dò (leaky bucket) là một cách phổ biến. Sau đó, giao thức báo hiệu RSVP (Resource Reservation Protocol – giao thức chiếm giữ tài nguyên mạng) sẽ làm nhiệm vụ xác định đường truyền (kết hợp với các giao thức định tuyến gài đặt tại các bộ định tuyến) và chiếm giữ dung lượng dọc đường truyền cho luồng IP. Xây dựng đường truyền được thực hiện với tin PATH của giao thức RSVP. Sự chiếm giữ dung lượng, theo tính chất hoạt động của RSVP, được thực hiện với tin RESV, bắt đầu từ bộ định tuyến biên đầu nhận và chạy ngược trở lại dọc theo đường truyền cho tới bộ định tuyến biên đầu gửi. Hình 3.1: Cấu trúc mạng IntServ Giao thức báo hiệu RSVP sẽ đưa ra quyết định luồng IP từ nút H1 đến nút H2 có thể được mạng IntServ phục vụ hay không. Trước hết, RSVP xác định và xây dựng đường truyền cho luồng IP bằng tin PATH. Đường truyền này đi qua các bộ định tuyến R1, R2, R3. Tiếp đó dung lượng sẽ được chiếm giữ cho đường truyền theo chiều từ nút nhận ngược trở lại nút gửi. Sự chiếm giữ được thực hiện bằng tin RESV của giao thức RSVP. Nếu sự chiếm giữ thành công tại tất cả các bộ định tuyến R3, R2, R1, luồng IP bắt đầu được phục vụ. Nếu tại bất cứ bộ định tuyến nào, sự chiếm giữ không thực hiện được do thiếu dung lượng cần thiết, giao thức RSVP sẽ dựa vào kết quả này để chặn luồng IP. Nếu sự chiếm giữ dung lượng tại tất cả các bộ định tuyến dọc đường truyền đều thành công, các gói của luồng IP bắt đầu được truyền tải từ đầu gửi đến đầu nhận. Trong trường hợp bất kỳ một liên kết nào dọc đường truyền không có đủ dung lượng cần thiết, quá trình chiếm giữ sẽ bị ngừng và thông tin về sự chiếm giữ không thành công sẽ được chuyển đến đầu gửi bằng một tin riêng của RSVP. Luồng IP vi mô sẽ bị chặn không được phục vụ. Cần lưu ý là ngay cả khi đường truyền được xây dựng thành công, trong quá trình truyền tải các gói của luồng IP vi mô, cần thiết phải có sự kiểm tra dung lượng được chiếm giữ một cách định kỳ, đều đặn nhờ giao thức báo hiệu RSVP để đảm bảo trạng thái được dùng số dung lượng cần thiết dọc theo đường truyền. Để thực hiện quá trình chiếm giữ dung lượng, cũng như kiểm tra trạng thái chiếm giữ liên quan đến từng luồng IP vi mô, mỗi bộ định tuyến trong cơ chế IntServ cần phải lưu trữ tất cả các dữ liệu về đặc tính cập nhật của tất cả các luồng gói vi mô đang tồn tại trong mạng. Đồng thời tất cả các bộ định tuyến phải có chức năng hoạt động được cùng với giao thức RSVP. Cấu trúc IntServ có ưu điểm là sự đảm bảo chặt chẽ các yêu cầu QoS của từng luồng IP vi mô, nhược điểm lớn căn bản của nó là không có tính áp dụng rộng cao.Điều này xuất phát từ thực tế là một bộ định tuyến bình thường trong mạng IP ngày nay phải xử lý cùng một lúc số lượng rất lớn các luồng IP vi mô. Con số này có thể lên tới vài trăm nghìn, hoặc thậm chí hàng triệu. Vì thế, lưu trữ, truyền tải và xử lý thông tin cho từng luồng IP vi mô tạo ra một lưu lượng báo hiệu khổng lồ, làm giảm đáng kể hiệu suất hoạt động của bộ định tuyến. Nhược điểm này là nguyên nhân vì sao cấu trúc IntServ chỉ có tính khả thi trong các mạng có tầm bao phủ nhỏ. Với mạng IP trải rộng toàn cầu như mạng Internet hiện nay, trông đợi sự đầu tư và đưa vào hoạt động phổ biến của cấu trúc IntServ là không thực tế. 3.2 .Giải pháp Dịch Vụ Phân Biệt (Differentiated Services ): 3.2.1. Giới thiệu về giải pháp dịch vụ Phân Biệt: Giải pháp dịch vụ phân biệt (DiffServ) được phát triển bới nhóm làm việc về phân biệt dịch vụ trong IETF. Mục tiêu phát triển của DiffServ là nhằm cung cấp các lớp dịch vụ khác nhau cho các lưu lượng trên Internet, do đó nó hỗ trợ nhiều loại ứng dụng và tiếp nhận các yêu cầu kinh doanh riêng trên Internet. Sự khác biệt giữa mô hình tích hợp dịch vụ và mô hình phân biệt dịch vụ là DiffServ cung cấp cơ chế phân biệt các dịch vụ trên Internet mà không cần trạng thái của từng luồng và báo hiệu tại các Hop. Trong DiffServ, các lưu lượng trên Internet được chia thành các lớp dịch vụ khác nhau tương tứng với các yêu cầu QoS khác nhau. Và trong DiffServ, băng thông và các tài nguyên mạng khác nhau được chỉ định trong các lớp lưu lượng. Mặt khác, DiffServ hướng tới xử lý từng vùng dịch vụ phân biệt (DS domain) thay vì xử lý từ đầu cuối tới đầu cuối như trong mô hình tích hợp dịch vụ. Cơ chế DiffServ đưa ra sự phân loại cho 3 loại hình dịch vụ: dịch vụ ưu tiên, dịch vụ đảm bảo và dịch vụ ứng biến theo khả năng tối đa. Dịch vụ cuối cùng chính là dịch vụ đang được cung cấp bởi mạng Internet hiện nay. Ứng với mỗi loại dịch vụ, DiffServ định nghĩa cách thức xử lý các gói IP tại các bộ định tuyến lõi. Nói cách khác, tại các bộ định tuyến lõi, các gói IP sẽ được xử lý tương ứng với loại dịch vụ của chúng. Gói IP của dịch vụ ưu tiên nhận được cách xử lý chuyển nhanh (EF-PHB Expedited Forwarding-Per Hop Behaviour), còn gói IP của dịch vụ đảm bảo nhận được cách xử lý chuyển đảm bảo (AF-PHB Assured Forwarding- Per Hop Behaviour). DSCP DSCPP DSCP Interfac của người dùng Bộ định tuyến IP Hàng đợi PHB Cổng ra Phân lọa gói tin - BA 3.2.2. Nguyên lý hoạt động: Hình 3.2. Nguyên lý hoạt động của mô hình phân biệt dịch vụ DiffServ Nguyên lý hoạt động của cấu trúc DiffServ bao gồm những điểm cơ bản sau. Khi bắt đầu đi vào mạng DiffServ mà trực tiếp là tại bộ định tuyến biên, gói IP sẽ được phân loại. Bộ định tuyến biên thực hiện việc phân loại bằng cách kiểm tra mã DSCP (DiffServ Code Point) chứa chủng loại dịch vụ nằm trong phần đầu gói cùng với một số dữ liệu khác liên quan đến luồng vi mô của gói IP (như địa chỉ đầu gửi, địa chỉ đầu nhận). Sau khi chủng loại của gói IP được xác định, bộ định tuyến biên sẽ áp dụng một số giải pháp điều chỉnh tiếp theo cho gói nếu cần thiết. Lý do là gói IP cần phải tuân theo những tính chất đã được định nghĩa trước cho chủng loại của nó. Những tính chất này có thể là mức cực đại của lưu lượng, biên độ cho phép của sự bùng phát của lưu lượng và một số đại lượng khác. Tùy thuộc vào mức độ tuân thủ cụ thể của gói IP và mức độ chặt chẽ của DiffServ, giải pháp được bộ định tuyến biên sử dụng có thể là đánh dấu gói, điều chỉnh gói (bao gồm loại bỏ gói,hoặc làm trễ gói một thời gian nhất định trước khi chuyển tiếp). Những tác động liên quan này mang mục đích nắn lại tính chất của luồng lưu luợng cho phù hợp với những tính chất đã được định nghĩa trước. Tại bộ định tuyến lõi, gói IP sẽ được xử lý trên cơ sở duy nhất là chủng loại của nó. Bộ định tuyến lõi chỉ có nhiệm vụ kiểm tra chủng loại của gói IP và đơn giản chuyển tiếp gói IP theo cách chủng loại đó được nhận, bao gồm định tuyến cho gói, hoặc xếp gói vào bộ đệm thích hợp nếu cần thiết. Ví dụ, khi đường kết nối đầu ra của bộ định tuyến không truyền tải kịp lưu lượng đầu vào, các gói IP được xác định thuộc vào dịch vụ ưu tiên sẽ được xếp vào một bộ đệm riêng với các gói IP của dịch vụ đảm bảo. Chỉ khi nào các gói trong bộ đệm của dịch vụ ưu tiên được đường kết nối phục vụ hết thì các gói IP trong bộ đệm của dịch vụ bảo đảm mới bắt đầu được truyền tải. Tuy khắc phục được nhược điểm về tính áp dụng rộng của IntServ, nhưng ngược lại DiffServ chỉ có khả năng đảm bảo QoS cho luồng IP tổng. Nhiều nghiên cứu, mô phỏng và đo đạc trên các mạng DiffServ thử nghiệm đã chỉ ra và chứng minh rằng ngay cả khi các tham số QoS của luồng IP tổng được đảm bảo thì các tham số QoS của các luồng IP vi mô tạo nên luồng tổng hoàn toàn có thể bị thay đổi ngoài mức cho phép. Phương pháp phổ biến để tránh hiện tượng này là sử dụng thêm các thuật toán điều chỉnh đầu vào (CAC-Connection Admission Control) của các luồng IP vi mô. Nguyên tắc chung của điều chỉnh đầu vào là chỉ phục vụ luồng IP vi mô mới nếu thực trạng tức thời của mạng đảm bảo được cùng lúc hai điều kiện: luồng IP mới sẽ nhận được các tham số QoS khách quan đúng theo yêu cầu, và các tham số QoS khách quan của các luồng IP đang tồn tại sẵn trong mạng không bị tổn phá ngoài mức cho phép bởi sự xuất hiện của luồng IP mới. Có hai phương pháp chính có thể tuân theo khi triển khai thuật toán điều chỉnh đầu vào trên nền mạng DiffServ: Phương pháp thứ nhất là điều chỉnh dùng cấu trúc Broker dung lượng (BB -- Bandwidth Broker). Phương pháp thứ hai là điều chỉnh dựa vào các kết quả đo đạc, giám sát trạng thái của mạng. Ở phương pháp thứ nhất, thiết bị đặc biệt được gọi là Broker dung lượng được lắp đặt .Vì chứa các tập dữ liệu luôn được làm mới và bổ xung nhờ sự báo hiệu đều đặn, ở bất cứ thời điểm nào Broker dung lượng đều có cái nhìn cụ thể và chính xác về thực trạng dữ lượng mạng. Khi một luồng IP vi mô mới muốn đi vào mạng DiffServ, bộ định tuyến biên nơi luồng IP xuất hiện sẽ báo hiệu với Broker dung lượng. Nhận được báo hiệu, Broker dung lượng sẽ xác định đường truyền cho luồng IP vi mô qua mạng DiffServ, đồng thời kiểm tra xem dữ lượng mạng dọc đường truyền vừa xác định có đủ theo yêu cầu QoS của luồng IP hay không. Trường hợp có đủ dữ lượng, luồng IP vi mô sẽ được đón nhận. Nếu không đủ dữ lượng, Broker dung lượng sẽ tìm một đường truyền khác và lặp lại quá trình kiểm tra dữ lượng đường truyền. Nếu không có đường truyền nào thoả mãn được nhu cầu dữ lượng, luồng IP mới sẽ bị từ chối và không được truyền tải qua mạng DiffServ. Hình 3.3: DiffServ và điều chỉnh đầu vào của luồng IP vi mô với Broker lưu lượng. Khi luồng gói IP muốn đi từ đầu H1 đến đầu H2 qua mạng DiffServ, bộ định tuyến biên R1 sẽ thông báo yêu cầu nhập mạng của luồng IP cho Broker dung lượng. Broker dung lượng xác định đường truyền R1-R2-R3 từ H1 đến H2 cho luồng IP và thực hiện thuật toán điều chỉnh đầu vào bằng cách kiểm tra dung lượng dọc đường truyền này. Nếu đủ dung lượng cho yêu cầu QoS của luồng IP, lưu lượng của nó sẽ bắt đầu được truyền tải qua mạng DiffServ. Phương pháp thứ hai để điều chỉnh đầu vào dựa vào kết quả đo đạc, giám sát mạng.Trong phương pháp này, bọ định tuyến có khả năng tự quyết định từ chối hay chấp nhận truyền tải dữ liệu của luồng IP vi mô mới. Để làm được điều nay tất nhiên cần có sự phân tích các kết quả đo đạc thu thập được. Hiện nay, cấu trúc DiffServ vẫn chỉ được triển khai chủ yếu với quy mô nhỏ, có tầm cỡ thử nghiệm trong các phòng thí nghiệm của các tổ chức nghiên cứu. Mặc dù có những ưu điểm nhất định được nhắc đến ở trên, DiffServ vẫn chưa được các nhà cung cấp dịch vụ triển khai trong mạng của họ. Ngoài nguyên nhân đằng sau sự cần thiết phải đầu tư nâng cấp mạng,thiếu động lực triển khai do tính tiện lợi của cung ứng thừa dung lượng cũng lý giải cho hiện trạng này 3.3. Giải pháp MPLS 3.3.1. Giới thiệu về giải pháp MPLS: MPLS (Multi Protocol Label Switching) là giao thức chuyển mạch nhãn đa giao thức cho phép xác định chính xác các đường truyền mạch nhãn LSP (Label Switched Path) ngay từ bộ định tuyến đầu tiên có chức năng MPLS. Dọc theo đường truyền LSP, sự định tuyến của các gói không dựa vào địa chỉ IP thông thường, mà dựa vào chuỗi bits đặc biệt được gọi là nhãn MPLS. Để làm được điều này tất nhiên các bộ định tuyến phải có chức năng MPLS. Lợi ích cơ bản của MPLS là nó cho phép: - Điều phối lưu lượng mạng và cân bằng tải một cách hiệu quả dựa vào tính chất xác định toàn bộ đường truyền ngay từ đầu gửi và khả năng dùng đồng bộ nhiều đường truyền cho lưu lượng thuộc về cùng một mối liên kết, - Cho phép điều khiển một cách chính xác dung lượng của đường truyền LSP dựa trên yêu cầu của các tham số QoS, - Ứng biến linh hoạt và phục hồi nhanh chóng các trường hợp xảy ra lỗi và sự cố mạng Ở giai đoạn đầu, MPLS đơn thuần là công nghệ để rút ngắn thời gian định tuyến cho các gói và nâng cao khả năng điều phối lưu lượng của mạng, tạo ra cân bằng tải. Tuy vậy, khi được áp dụng đồng thời với các giải pháp QoS, đặc biệt là cùng với cơ chế DiffServ, MPLS làm tăng đáng kể khả năng đảm bảo chất lượng dịch vụ của mạng. Trên thực tế, IETF đã đưa ra cấu trúc DiffServ trên nền MPLS với đặc điểm chính là các gói MPLS được phân loại và nhận sự xử lý giống như cách các gói IP được xử lý trong cơ chế DiffServ. Điểm khác so với cơ chế DiffServ nguyên dạng là sự phân loại các gói được dựa vào phần đầu của gói MPLS chứ không phải dùng mã 4 bit DSCP của gói IP. Có hai cách để đánh dấu các gói MPLS cho sự phân loại: đánh dấu miền LABEL, hoặc đánh dấu miền EXP trong phần đầu của gói MPLS. Với cách thứ nhất, đường truyền chuyển mạch nhãn gọi là L-LSP, với cách thứ hai đường truyền chuyển mạch nhãn gọi là E-LSP được thiết lập. Cả hai cách nói trên đều cho phép khả năng dẫn những gói MPLS của các loại lưu lượng có yêu cầu QoS khác nhau vào những đường LSP riêng biệt và xử lý phù hợp cho loại lưu lượng đó.MPLS có khả năng chiếm giữ và điều chỉnh chính xác dung lượng chiếm giữ cho mỗi đường truyền LSP. Khả năng này được thực hiện bằng việc sử dụng giao thức báo hiệu RSVP-TE (Resource Reservation Protocol – Traffic Enginerring). Khi cho trước yêu cầu QoS của một loại lưu lượng (thể hiện qua các tham số QoS khách quan), áp dụng các thuật toán hợp lý ta sẽ tính được dung lượng cần thiết của đường truyền LSP cho loại lưu lượng đó. Với RSVP-TE, MPLS có ưu điểm là dung lượng đường truyền sẽ được chiếm giữ chính xác như đã tính toán. Hơn thế nữa, trong quá trình hoạt động của đường truyền LSP, tuỳ thuộc vào sự biến đổi của lưu lượng và những yếu tố khác, dung lượng của đường LSP này có thể được điều chỉnh một cách chuẩn xác. Khả năng này tạo tiền đề cho sự sử dụng tối ưu tài nguyên mạng, vẫn đảm bảo QoS nhưng lại không lãng phí tài nguyên. Dùng MPLS có một thuận lợi nữa là nâng cao độ duy trì của mạng, và vì thế tăng khả năng đáp ứng của dịch vụ. Do có khả năng định tuyến chính xác từ đầu gửi, MPLS phục hồi khả năng chuyển lưu lượng nhanh chóng khi xảy ra các lỗi đường kết nối hay lỗi bộ đinh tuyến.Cách đơn giản nhất để làm được điều này là tạo ra các đường truyền LSP phụ cho lưu lượng.Tuỳ theo yêu cầu về mức độ bảo vệ đường truyền LSP chính, đường truyền LSP phụ được tạo ra sẽ không chung một đường kết nối nào (bảo vệ kết nối đơn), không chung một số đường kết nối liên tiếp (bảo vệ một đoạn đường truyền), hoặc không chung tất cả các đường kết nối (bảo vệ toàn bộ đường truyền) với đường truyền LSP chính. Theo kết quả được thống kê trong các mạng MPLS đang hiện hành, bảo vệ kết nối đơn cho phép thời gian phục hồi trong vòng vài trăm milli giây, một thời gian đủ ngắn. Trên thực tế, hầu như tất cả các mạng MPLS đang được vận hành đều triển khai khả năng phục hồi với phương thức bảo vệ kết nối đơn. Cần nói thêm là giao thức MPLS đã được phát triển tiếp thành giao thức G-MPLS (Generalized-Multiprotocol Label Switching), cho phép các nhà cung cấp dịch vụ có thể điều khiển các đường LSP quang. Đây là một thuận lợi cho các nhà cung cấp dịch vụ trên nền mạng IP/WDM (Wavelength Division Multiplexing), tận dụng những tính năng ưu việt của công nghệ MPLS như điều phối lưu lượng tốt, phục hồi nhanh vào môi trường mạng quang. Tuy nhiên, sự sử dụng giao thức RSVP-TE trong công nghệ MPLS kéo theo sự xuất hiện nhiều lưu lượng báo hiệu. Điều này có thể gây ra những cản trở nhất định khi mở rộng sự áp dụng của MPLS trên mạng quy mô lớn (nhất là trong trường hợp mạng có tôpô kết nối toàn bộ (tức là hai nút MPLS bất kỳ nào cũng được nối bởi một hoặc nhiều đường LSP). Mặc dù vậy, về mặt tổng quan, với ưu thế điều phối tốt lưu lượng mạng, MPLS vẫn là công nghệ có xu hướng được áp dụng một cách rất sẵn sàng bởi các nhà khai thác dịch vụ trong mạng của họ. 3.3.2. Kiến trúc Dịch vụ dựa trên MPLS: MPLS có thể được sử dụng cùng với các dịch vụ khác nhau để cung cấp QoS . Trong kiến trúc như vậy, LSPs cấu hình lần đầu tiên giữa mỗi cặp nguồn- đích. Đối với LSP (LSR1→ LSR2) và LSP (LSR2 → LSR1), LSRs trung gian không cần phải được đối ứng. Có ba sự khác biệt trong việc xử lý một gói tin. 1) Tại các xâm nhập của mạng ISP, Ngoài ra để xử lý tất cả các mô tả trong kiến trúc DS trên hiện trường, một MPLS tiêu đề đã được đưa vào gói tin. 2) thiết bị định tuyến lõi xử lý các gói tin dựa trên nhãn của nó và lĩnh vực COS thay hơn so với lĩnh vực DS. 3) Tại đi ra, trừ khi các LSPs liên miền được cấu hình, tiêu đề MPLS được loại bỏ . Hình 3.4. Quá trình truyền tín hiệu 1. Máy chủ S gửi tin nhắn PATH RSVP trong miền CN1- BB 2. CN1-BB ra một quyết định kiểm soát .Nếu yêu cầu bị từ chối, một thông báo lỗi được gửi trở lại để lưu trữ S. kết thúc quá trình truyền tín hiệu. 3. Yêu cầu được chấp nhận bởi CN1-BB. CN1-BB gửi tin nhắn PATH BR1. 4. BR1 quyết định nếu có đủ nguồn lực để gửi lưu lượng truy cập để đi ra bộ định tuyến BR2. Nếu không, yêu cầu bị từ chối. Một thông báo lỗi được gửi trở lại CN1-BB.  Nếu có, ISP1-BB gửi tin nhắn PATH thông qua một LSP để BR2. 5. BR2 gửi tin nhắn PATH CN2-BB 6. CN2-BB quyết định nếu phạm vi của nó có thể hỗ trợ lưu lượng , Nếu không, yêu cầu bị từ chối. Một thông báo lỗi được gửi đến BR2.  Nếu có, yêu cầu được chấp nhận. CN2-BB sẽ sử dụng LDAP hoặc RSVP để thiết lập việc phân loại và polic các quy định về bộ định tuyến ER2. CN2-BB sau đó sẽ gửi một tin nhắn RSVP RESV BR2. 7. BR2 cấu hình các quy tắc định hình lại cho lươ lượng . Sau đó nó gửi tin nhắn RESV thông qua một LSP BR1. 8. BR1 cấu hình việc phân loại và quy tắc chính sách cho lưu lượng. Sau đó nó sẽ gửi tin nhắn RESV CN1-BB. 9. Khi CN1-BB nhận được tin nhắn RESV, nó sẽ thiết lập việc phân loại và quy tắc hình thành trên router LR1, để nếu lưu lượng truy cập của dòng thừa nhận là không conformant, LR1 có thể định hình nó. CN1-BB cũng sẽ thiết lập các quy tắc định hình lại trên bộ định tuyến ER1 . CN1-BB sau đó sẽ thông qua tin nhắn RESV để lưu trữ S. 10. Tên người gửi S bắt đầu dữ liệu truyền tải .Nếu có nhiều nhà cung cấp dịch vụ Internet giữa CN1 và CN2, 4-5 lặp lại bước và bước 7-8 một lần cho mỗi ISP . 3.4. Kết luận chương 3 Chương 3 giới thiệu cho người đọc các giải pháp mạng cho phép cải thiện chất lượng dịch vụ internet : Giải pháp Dịch Vụ Tích Hợp (Integrated Service), Giải pháp Dịch Vụ Phân Biệt (Differentiated Services ), Giải pháp MPLS. Kết luận chung Vấn đề chất lượng dịch vụ và đánh giá chất lượng dịch vụ luôn là vấn đề đóng vai trò quan trọng đối với loại hình dịch vụ internet, quan tâm đến QoS ở những khía cạnh khác nhau. Việc đánh giá QoS chính là đánh giá các tham số đặc trưng cho dịch vụ đó với các tiêu chí cụ thể. Trong xu hướng phát triển hiện nay, với sự bùng nổ lưu lượng sử dụng trong Internet, nhu cầu sử dụng các dịch vụ đa phương tiện, nhu cầu sử dụng di động tích hợp dịch vụ; phát triển mạng viễn thông lên mạng thế hệ sau - dựa trên cơ sở chuyển mạch gói IP hỗ trợ đa giao thức - là một tất yếu. Việc tích hợp nhiều ứng dụng khác nhau với các yêu cầu về QoS khác nhau đòi hỏi phải có các mô hình đảm bảo QoS cho các dịch vụ này. Bài báo cáo đã đưa ra 3 giải pháp đảm bảo chất lượng dịch vụ: giải pháp dịch vụ phân biệt, giải pháp chất lượng dịch vụ và giải pháp Qos. Hướng tiếp cận QoS theo mô hình Diffserv rất phù hợp với các mạng gói IP do đó nó là sự lựa chọn tốt cho mạng NGN. Hiện nay, nhóm làm việc Diffserv của IETF đã đưa ra các khuyến nghị liên quan đến việc triển khai Diffserv trên mạng IP. Với những ưu điểm vượt trội của diffserv và xu hướng phát triển của mạng viễn thông, diffserv đang trở thành kiến trúc QoS phổ biến hiện nay cũng như trong tương lai. Mặc dù đã có rất nhiều cố gắng trong suốt thời gian làm báo cáo nhưng vẫn không tránh khỏi những sai xót. Vì vậy, chúng em rất mong Thầy giáo góp ý để bài báo cáo được hoàn chỉnh. Em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ chúng em hoàn thành bài báo cáo này, Hà nội, tháng 11 năm 2011 Nhóm 11 Tài liệu tham khảo Xipeng Xiao and Lionel M.Ni , “Internet Qos : A Big Picture”. Trần Tuấn Hưng – Trung tâm nghiên cứu Viễn Thông,Cộng Hòa Áo , “Phát triển và triển khai các giải pháp đảm bảo chất lượng dịch vụ trên nền mạng IP” Nguyễn Quang Huy –H10VT8 “Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp - QoS trong mạng IP” 4. Hoàng Trọng Minh, “Chất lượng dịch vụ IP”, 2007