Chất lượng dịch vụ IP - Chương 1

Chia sẻ: Nguyễn Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:19

Thêm vào BST

Báo xấu

177
lượt xem 48
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu tham khảo Chất lượng dịch vụ IP - Chương 1 Tổng quan về chất lượng dịch vụ QOS

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Chất lượng dịch vụ IP - Chương 1

H C VI N CÔNG NGH BƯU CHÍNH VI N THÔNG ----------- ----------- CH T LƯ NG D CH V IP Biên so n Hoàng Tr ng Minh Hà n i, 5/2007 1
L I NÓI ð U Ch t lư ng d ch v m ng luôn là m t v n ñ quan tâm c a c ngư i s d ng d ch v và nhà cung c p d ch v . Cùng v i s phát tri n bùng n các d ch v trên n n IP là hàng lo t các yêu c u và gi i pháp k thu t nh m c i thi n ch t lư ng d ch v IP. S phát tri n m nh m c a các gi i pháp ñã làm thay ñ i r t l n trong lĩnh v c này th m chí c nh ng v n ñ khái ni m và ñ nh nghĩa. Cu n tài li u này g m 3 chương, t p trung vào các khía c nh cơ b n c a v n ñ QoS IP. Ti p c n c a tác gi hư ng t nh ng khái ni m và c u hình chung nh t t i nh ng gi i pháp k thu t thư ng s d ng trong m ng IP hi n nay. Các mô hình và xu hư ng c i thi n ch t lư ng d ch v IP cũng s ñư c trình bày nh m giúp ngư i ñ c thâu tóm các ñ c ñi m cơ b n, ưu như c ñi m c a m t s gi i pháp hi n th i.!. Hà n i, tháng 5 năm 2007 HOÀNG TR NG MINH 2
CÁC THU T NG VI T T T T vi t t t Gi i nghĩa ti ng Anh Gi i nghĩa ti ng Vi t Assured Forwarding Chuy n ti p ñ m b o AF Application Layer L p ng d ng AL Active Queue Management Qu n lý hàng ñ i ho t ñ ng AQM Asychronous Transfer Mode Phương th c truy n t i không ñ ng ATM b Behavior Aggressive K t h p hành vi BA Broadband ISDN M ng tích h p ña d ch v băng r ng B-ISDN Constant Bit Rate T c ñ bit c ñ nh CBR Committed Burst Size Kích thư c bùng n cam k t CBS Committed Information Rate T c ñ thông tin cam k t CIR Class of Service L p d ch v CoS Differential Service D ch v phân bi t DiffServ Data Link Layer L p liên k t d li u DLL Different Service D ch v phân bi t DS Differential Service Code Point ði m mã d ch v phân bi t DSCP Explicit Congestion Notification Thông báo t c ngh n hi n ECN Expedited Forwarding Chuy n ti p nhanh EF European Telecommunications Vi n tiêu chu n vi n thông châu âu ETSI Standards Institute First In First Out Hàng ñ i vào trư c ra trư c FIFO FLOWSPEC Flow Specification ð c tính lu ng Fair Queueing Hàng ñ i cân b ng FQ Grade of Seviche C p ñ d ch v GoS Internet Engineering Task Force U ban th c thi k thu t Internet IETF Intergrated Service D ch v tích h p IntServ IP Loss Rate T l t n th t gói IP IPLR IP Packet Transfer Delay Tr truy n t i gói tin IP IPTD IP Error Rate T l l i gói tin IP IPER International Standard Organization T ch c tiêu chu n qu c t ISO International Telecommunication Union Hi p h i vi n thông qu c t ITU-T Multi Fields ða trư ng MF Mean of Score ði m ñánh giá trung bình MoS Multi Protocol Label Switching Chuy n m ch nhãn ña giao th c MPLS Network Layer L p m ng NL Network Node Interface Giao di n nút m ng NNI 3
Packet Burst Size Kích thư c bùng n gói PBS Per Hop Behavior Hành vi bư c k ti p PHB Peak Information Rate T c ñô thông tin ñ nh PIR Priority Queueing Hàng ñ i ưu tiên PQ Quality of Service Ch t lư ng d ch v QoS Random Early Discarding Lo i b gói s m RED Request For Comments Các yêu c u c n tr l i RFC Resource reservation protocol Giao th c dành trư c tài nguyên RSVP Shared Explicit Chia s hi n SE Service Level Argreement Tho thu n m c d ch v SLA Single rate Three Color Marker B ñánh d u 3 màu t c ñ ñơn srTCM Traffic Conditioning Agreement Tho thu n ñi u ki n lưu lư ng TCA Transmission Layer L p truy n d n TL Type of Service Ki u d ch v ToS Single rate Three Color Marker B ñánh d u 3 màu hai t c ñ trTCM Undefined Bit rate T c ñ bit không ñ nh nghĩa UBR User Network Interface Giao di n ngư i dùng m ng UNI Variable Bit Rate T c ñ bit thay ñ i VBR Wildcard Filter B l c Wildcard WF Weighted Fair Queueing Hàng ñ i cân b ng tr ng s WFQ Weighted Random Early Discarding Lo i b gói s m theo tr ng s WRED Weighted Round Robin Quay vòng theo tr ng s WRR 4
M CL C Tiêu ñ Trang Chương 1: T NG QUAN V CH T LƯ NG D CH V QoS 1.1. QoS và tham s QoS 1 1.1.1. Các v n ñ chung c a d ch v QoS 1 1.1.2. C p ñ d ch v GoS 4 1.1.3. Ki u d ch v ToS và l p d ch v CoS 5 1.1.4. Các tham s ch t lư ng d ch v 6 1.2. Các yêu c u ch t lư ng d ch v 8 1.3. Các v n ñ ñ m b o QoS 10 1.3.1. Cung c p QoS 10 1.3.2. ði u khi n QoS 11 1.3.3. Qu n lý QoS 11 Chương 2: K THU T ð M B O CH T LƯ NG IP QOS 2.1. Gi i thi u t ng quan v QoS IP 13 2.1.1. L ch s phát tri n các mô hình QoS cho m ng IP 13 2.1.2. Các tham s ch t lư ng d ch v IP 15 2.1.3. Các tham s cơ b n nh hư ng t i QoS IP th c t 15 2.2. Các yêu c u ch c năng chung QoS IP 19 2.3. Các k thu t ñ m b o ch t lư ng d ch v IP 22 2.3.1. K thu t ño lư ng và màu hoá lưu lư ng 22 2.3.2. K thu t ho t ñ ng tích c c 26 2.3.3. K thu t l p l ch cho gói tin 28 2.3.4. K thu t chia c t lưu lư ng 32 Chương 3: MÔ HÌNH NG D NG ð M B O QOS IP 3.1. Mô hình tích h p d ch v IntServ 34 3.1.1. Các yêu c u ch c năng chung c a IntServ 34 3.1.2. Giao th c dành trư c truy nh p RSVP 37 3.2. Mô hình phân bi t d ch v DiffServ 42 3.2.1. T ng quan v ki n trúc DiffServ 42 3.2.2. Mi n phân bi t d ch v DS và ñi m mã phân bi t d ch v DSCP 44 3.2.3. Các phương pháp x lý gói trong DiffServ 45 3.3. IP QoS và công ngh chuy n m ch nhãn ña giao th c MPLS 48 5
Bài t p 55 Tài li u tham kh o 58 DANH M C B NG BI U VÀ HÌNH V Tiêu ñ Trang 2 Các khía c nh c a ch t lư ng d ch v Hình 1.1: 5 Trư ng ki u d ch v trong tiêu ñ IPv4 Hình 1.2: 10 Các thành ph n trong cơ c u ñ m b o QoS Hình 1.3: 13 Các bư c phát tri n c a mô hình QoS Hình 2.1: 14 Hình 2.2: Tích h p d ch v và phân bi t d ch v 16 Băng thông kh d ng Hình 2.3: 17 Tr tích lu t ñ u cu i t i ñ u cu i Hình 2.4: 17 Tr x lý và hàng ñ i Hình 2.5: 18 T n th t gói vì hi n tư ng tràn b ñ m ñ u ra Hình 2.6: 19 Các yêu c u ch c năng cơ b n c a b ñ nh tuy n IP Hình 2.7: 20 Phương pháp phân lo i gói ña trư ng ch c năng Hình 2.8: 20 Phương pháp phân lo i gói theo hành vi k t h p Hình 2.9: 21 Nguyên lý qu n lý hàng ñ i th ñ ng Hình 2.10: 22 Sơ ñ nguyên lý l p l ch gói tin IP Hình 2.11: 23 Hình 2.12: Kho ng th i gian CIR và CBS 25 Gáo C, gáo E và ch ñ mù màu srTCM Hình 2.13: 25 Ch ñ ho t ñ ng rõ màu srTCM Hình 2.14: 25 Gáo rò C,P và ch ñ ho t ñ ng mù màu trTCM Hình 2.15: 26 Ch ñ ho t ñ ng rõ màu trTCM Hình 2.16: 27 Sơ ñ nguyên lý ho t ñ ng c a RED Hình 2.17: 28 Ho t ñ ng thông báo t c ngh n hi n Hình 2.18: 29 Hàng ñ i ưu tiên PQ Hình 2.19: 29 Hàng ñ i cân b ng FQ Hình 2.20: 31 Hàng ñ i quay vòng theo tr ng s WRR Hình 2.21: 32 Chia c t lưu lư ng thu n Hình 2.22: 33 Chia c t lưu lư ng bùng n ki u gáo rò Hình 2.21: 34 Hình 3.1: Mô hình tích h p d ch v IntServ 38 Nguyên lý ho t ñ ng RSVP Hình 3.2: 38 Các ki u dành trư c tài nguyên Hình 3.3: 39 Khuôn d ng b n tin RSVP và tiêu ñ chung RSVP Hình 3.4: 40 Khuôn d ng b n tin ñ i tư ng Hình 3.5: 41 Khuôn d ng ñ i tư ng ki u Hình 3.6: 41 Hình 3.7: C u trúc b n tin Path và Resv 6
43 Mô hình các bư c phân bi t d ch v DiffServ Hình 3.8: 43 Hình 3.9: X lý gói trong mô hình DiffServ 44 Hình 3.10: Mi n phân bi t d ch v DS 45 C u trúc trư ng phân bi t d ch v DS Hình 3.11: 46 Hình 3.12: X lý chuy n ti p nhanh EF PHB 47 Các phân l p chuy n ti p ñ m b o AF PHB Hình 3.13: 48 Hình 3.14: D ch v phân bi t v i PHB và TCA 50 Hình 3.15: Th c hi n phân b nhãn qua RSVP-TE 51 Hình 3.16: C u trúc b n tin RSVP-TE 5 Th t và ý nghĩa các giá tr ưu tiên trong trư ng ToS B ng 1.1: 8 Các ñ c tính phân l p QoS cho m ng IP theo ITU-T B ng 1.2: 9 Phân l p QoS theo quan ñi m c a ETSI B ng 1.3: 9 B ng 1.4: Các vùng d ch v c a B-ISDN 9 Phân vùng d ch v theo di n ñàn ATM B ng 1.5: 41 Các bít s d ng cho ñi u khi n chia s B ng 3.1: 41 Các bít s d ng cho ñi u khi n l a ch n máy g i B ng 3.2: 45 Các kh i ñi m mã d ch v phân bi t DSCP B ng 3.3: 47 Chi ti t các phân l p chuy n ti p ñ m b o AF PHB B ng 3.4: 7
Chương 1 T NG QUAN V CH T LƯ NG D CH V QOS Chương ñ u tiên c a cu n bài gi ng này gi i thi u các v n ñ t ng quan v ch t lư ng d ch v QoS, phương pháp ti p c n trong chương này ñi t các thu t ng , ñ nh nghĩa, yêu c u và các v n ñ cơ b n c a ch t lư ng d ch v t i các mô hình và cơ c u khung làm vi c c a ch t lư ng d ch v QoS trong m ng chuy n m ch gói nói chung, các v n ñ chung s ñư c chi ti t hoá trong các chương ti p theo. 1.1 CH T LƯ NG D CH V QoS VÀ CÁC THAM S QoS. 1.1.1. Các v n ñ chung c a ch t lư ng d ch v QoS Ch t lư ng d ch v QoS là m t khái ni m r ng và có th ti p c n theo nhi u hư ng khác nhau. Theo khuy n ngh E 800 ITU-T ch t lư ng d ch v là “M t t p các khía c nh c a hi u năng d ch v nh m xác ñ nh c p ñ tho mãn c a ngư i s d ng ñ i v i d ch v ”. ISO 9000 ñ nh nghĩa ch t lư ng là “c p ñ c a m t t p các ñ c tính v n có ñáp ng ñ y ñ các yêu c u”. Trong khi IETF [ETSI - TR102] nhìn nh n QoS là kh năng phân bi t lu ng lưu lư ng ñ m ng có các ng x phân bi t ñ i v i các ki u lu ng lưu lư ng, QoS bao trùm c phân lo i hoá d ch v và hi u năng t ng th c a m ng cho m i lo i d ch v. M t tính ch t chung c a ch t lư ng d ch v là: “Hi u ng chung c a ñ c tính ch t lư ng d ch v là xác ñ nh m c ñ hài lòng c a ngư i s d ng ñ i v i d ch v ”. Ngoài ra, QoS mang m t ý nghĩa là “kh năng c a m ng ñ m b o và duy trì các m c th c hi n nh t ñ nh cho m i ng d ng theo như các yêu c u ñã ñư c ch rõ c a m i ngư i s d ng”. Ch t lư ng d ch v QoS ñư c nhìn nh n t hai khía c nh: phía ngư i s d ng d ch v và phía m ng. T khía c nh ngư i s d ng d ch v , QoS ñư c coi là m c ñ ch p nh n d ch v c a ngư i s d ng và thư ng ñư c ñánh giá trên thang ñi m ñánh giá trung bình MoS (Mean of Score). QoS c n ñư c cung c p cho m i ng d ng ñ ngư i s d ng có th ch y ng d ng ñó và m c QoS mà ng d ng ñòi h i ch có th ñư c xác ñ nh b i ngư i s d ng, b i vì ch ngư i s d ng m i có th bi t ñư c chính xác ng d ng c a mình c n gì ñ ho t ñ ng t t. Tuy nhiên, không ph i ngư i s d ng t ñ ng bi t ñư c m ng c n ph i cung c p nh ng gì c n thi t cho ng d ng, h ph i tìm hi u các thông tin cung c p t ngư i qu n tr m ng và ch c ch n r ng, m ng không th t ñ ng ñ t ra QoS c n thi t cho m t ng d ng c a ngư i s d ng. MOS dao ñ ng t m c (1-t i) ñ n m c (5- xu t s c) và các nhà cung c p d ch v d a vào m c MOS này ñ ñưa ra m c ch t lư ng d ch v phù h p cho d ch v c a mình. 8
Khuy n ngh ITU-T G107 phát tri n mô hình E ñ ñánh giá ch t lư ng d ch v tho i qua IP là m t mô hình ưu vi t trong phát tri n k ho ch truy n d n, k t qu c a mô hình E là m t giá tr truy n d n chung g i là nhân t t c ñ truy n d n R (Transmission Rating Factor) th hi n ch t lư ng ñàm tho i gi a ngư i nói và ngư i nghe. R dao ñ ng t 1 ñ n 100 tuỳ thu c vào các sơ ñ m ng c th . Giá tr R càng l n thì m c ch t lư ng d ch v càng cao. ð i v i d ch v tho i qua IP, mô hình E là m t công c ñ c l c ñ ñánh giá ch t lư ng d ch v . Mô hình E có th ñư c s d ng ñ hi u các ñ c ñi m c a m ng và thi t b nh hư ng như th nào ñ n ch t lư ng tho i trong m ng VoIP. Các y u t nh hư ng ñ n s suy gi m R là lo i mã hoá, ñ tr , ti ng d i, m t gói, và thu t toán mã hoá thông tin. Giá tr ñ u ra c a mô hình E có th chuy n thành giá tr MOS tương ng ñ ñánh giá ch t lư ng d ch v [1]. T khía c nh d ch v m ng, QoS liên quan t i năng l c cung c p các yêu c u ch t lư ng d ch v cho ngư i s d ng. Có hai ki u năng l c m ng ñ cung c p ch t lư ng d ch v trong m ng chuy n m ch gói. Th nh t, m ng chuy n m ch gói ph i có kh năng phân bi t các l p d ch v . Th hai, m t khi m ng có các l p d ch khác nhau, m ng ph i có cơ ch ng x khác nhau v i các l p b ng cách cung c p các ñ m b o tài nguyên và phân bi t d ch v trong m ng. Hình 1.1 dư i ñây ch ra các ñ c ñi m cơ b n c a ch t lư ng d ch v . Hình 1.1: Các khía c nh c a ch t lư ng d ch v 9
Các phương pháp cơ b n ñ xác ñ nh ch t lư ng d ch v m ng bao g m quá trình phân tích lưu lư ng và các ñi u ki n c a m ng, thông qua các bài toán ñư c mô hình hoá ho c ño ki m tr c ti p các thông s m ng ñ ñánh giá các tiêu chu n khách quan. M c ñ ch p nh n d ch v t phía ngư i s d ng có th ñư c ki m tra qua các thông s m ng như kh năng t n th t gói, ñ tr , trư t và xác su t t c ngh n. S lư ng và ñ c tính các tham s ch t lư ng ph thu c r t l n vào cơ c u m ng cung c p d ch v . M t khung làm vi c chung c a ki n trúc ch t lư ng d ch v QoS ñư c nhìn t khía c nh m ng g m có: Các phương pháp ñ yêu c u và nh n các m c c a d ch v qua các hình th c th a thu n m c d ch v SLA (Service Level Agreements). M t SLA là ñ nh d ng yêu c u m c d ch v g m có các tham s QoS như băng thông, ñ tr . Các th a thu n này là m t hình th c giao kèo d ch v gi a khách hàng và nhà cung c p d ch v . Các nhà cung c p d ch v c n SLA ñ hư ng lưu lư ng ñ u vào c a khách hàng t i m ng phù h p, còn ngư i s d ng c n SLA ñ hi u các ng d ng c a mình nh n ñư c các m c d ch v như th nào. Báo hi u, phân ph i b ñ m và qu n lý b ñ m cho phép ñáp ng yêu c u m c d ch v thông qua các giao th c dành trư c tài nguyên cho ng d ng. ði u khi n nh ng ng d ng có sai l ch trong vi c thi t l p các m c d ch v , thông qua quá trình phân lo i lưu lư ng, hư ng t i chính sách qu n lý và th c thi ñ i v i t ng lu ng lưu lư ng nh m xác ñ nh k thu t ñi u khi n lưu lư ng phù h p.Phân lo i lưu lư ng có th s d ng l p liên k t, l p m ng, truy n t i ho c các l p khác cao hơn. Phương pháp s p x p cho lu ng lưu lư ng qua m ng trong m t ch ng m c nào ñó mà có th ñ m b o tho thu n các m c d ch v s d ng, b ng các phương pháp ñ nh tuy n trên n n t ng QoS. Các phương pháp tránh t c ngh n, qu n lý t c ngh n, hàng ñ i, và thi t l p ñ ngăn ch n các ñi u ki n s c m ng gây ra nh ng h u qu b t l i nh hư ng t i m c d ch v . Qu n lý t c ngh n cho phép các thành ph n m ng ñ ñi u khi n t c ngh n b ng cách xác ñ nh th t trong các gói ñư c truy n ñi d a vào các quy n ưu tiên ho c là các m c d ch v gán cho các gói tin ñó. Nó c n t o ra hàng ñ i, ch ñ nh các gói tin t i hàng ñ i và thi t l p các gói tin trong hàng ñ i. Qu n lý t c ngh n không ph i là cơ ch phòng ng a, nhưng là m t cơ ch tác ñ ng ngư c khi các ñi u ki n t c ngh n phát sinh trong m ng. C t gi m và dò tìm ng u nghiên RED (Random Early Detection) là m t trong các k thu t ñ ngăn ng a t c ngh n. Thu t toán RED t n d ng các tính năng tác ñ ng ngư c c a TCP và r t phù h p t i m ng TCP/IP. Các tác ñ ng ngư c cho phép c t gi m lưu lư ng c p phát vào m ng khi t c ñ ñư ng truy n ch m. T n d ng các tính năng này, thu t 10
toán RED th c hi n c t gi m các gói tin ng u nhiên th m chí trư c khi s t c ngh n x y ra. Chính sách qu n lý cho phép th c hi n các lu t áp d ng cho các gói tin qua m ng trên n n chính sách chung. M i l p lưu lư ng có m t gi i h n nh t ñ nh s các gói tin ñư c ch p nh n trong m t kho ng th i gian nh t ñ nh. Chính sách qu n lý liên quan các ho t ñ ng c a thi t b x lý gói tin và hi n tr ng c a m ng t ñó s quy t ñ nh hình th c th a thu n m c d ch v . M t các ti p c n khác v QoS ñư c nhìn nh n t phía m ng là ti p c n theo mô hình phân l p trong mô hình tham chi u h th ng m OSI (Open System Interconnection), QoS ñư c ñánh giá trong m t s l p sau: L p ng d ng AL (Application Layer): Ch t lư ng d ch v QoS ñư c nh n th c là “m c ñ d ch v ”. Khái ni m này r t khó ñư c ñ nh lư ng chính xác, ch y u d a vào ñánh giá c a con ngư i, m c ñ hài lòng ñ i v i d ch v ñó. L p truy n t i TL (Transport Layer): Ch t lư ng d ch v ñư c th c hi n b i ki n trúc logic c a m ng, các cơ ch ñ nh tuy n và báo hi u ñ m b o ch t lư ng d ch v. L p m ng NL (Network Layer): Ch t lư ng d ch v ñư c th hi n qua các tham s l p m ng tương ñ i g n v i các tham s chúng ta thư ng g p, ñư c bi u di n thông qua các ñ i lư ng toán h c như: T l l i, giá tr trung bình, giá tr l n nh t c a các tham s như băng thông, ñ tr và ñ tin c y c a lu ng lưu lư ng. L p liên k t d li u DLL (Data Link Layer): Ch t lư ng d ch v ñư c th hi n qua các tham s truy n d n, t l l i thông tin, các hi n tư ng t c ngh n và h ng hóc c a các tuy n liên k t. Như v y, ch t lư ng d ch v QoS t i các m c cao c a mô hình hư ng v phía ngư i s d ng d ch v liên quan t i các h th ng giao th c và ph n m m ñi u khi n, trong khi các m c th p hư ng v các ñ c tính c a h th ng m ng truy n thông ch y u liên quan t i c u trúc m ng, tài nguyên s d ng trong các nút và liên k t. 1.1.2. C p ñ d ch v GoS (Grade of Service) M t khía c nh k thu t c a ch t lư ng d ch v thư ng ñư c nhìn nh n như là c p ñ d ch v GoS, GoS thư ng ñư c s d ng trong công nghi p vi n thông ñ ch ra các thành ph n b sung ch t lư ng d ch v t ng th c a ngư i s d ng nh n ñư c. R t nhi u các thành ph n g m c phía k thu t m ng và ngư i s d ng ñư c ñánh giá qua c p ñ d ch v , ch y u là các thành ph n k thu t có th ño ñư c như (băng thông, tr ). C p ñ d ch v ñư c ñ nh nghĩa dư i ñây: N u có m t s ki n l i x y ra trong m t m ng, ho c m t ph n c a m ng thì lưu lư ng s tăng lên r t nhanh vư t quá gi i h n x lý c a m ng, và k t qu là có hi n tư ng t c 11
ngh n x y ra, ho c ki n trúc c a các thành ph n chuy n ti p thông tin t o ra gi i h n ñ thông qua. Các gi i h n này nh hư ng t i d ch v cung c p t i khách hàng, và c p ñ c a các gi i h n này ñư c gi i thích b ng các tham s GoS thích h p (ví d như xác su t m t gói, tr trung bình, t l l i, v..v). Vì v y, c p ñ d ch v liên quan t i các khía c nh thông tin cung c p trên lu ng lưu lư ng c a ch t lư ng d ch v QoS. GoS ñư c s d ng l n ñ u trong các ng d ng chuy n m ch kênh, GoS xác ñ nh kh năng t c ngh n ho c tr c a các cu c g i trong m t kho ng th i gian và thư ng ñư c bi u di n dư i d ng ph n trăm (%). Kh năng t c ngh n cu c g i hay còn g i là kh năng t n th t cu c g i x y ra khi không th thi t l p m t cu c g i t m t tuy n ñ u vào r i ra m t tuy n ñ u ra thích h p. Các y u t nh hư ng chính t i GoS trong trư ng h p này là do c u trúc trư ng chuy n m ch, ki n trúc ñi u khi n c a h th ng chuy n m ch. Khía c nh tr c a các cu c g i trong chuy n m ch kênh là m t tham s ñánh giá GoS bao g m tr thi t l p, tr truy n và tr gi i phóng các k t n i cho cu c g i. [2] M t cách t ng th ,c pñ d ch v GoS ph thu c r t l n vào ki n trúc chuy n m ch trên c phương di n ph n c ng và ph n m m ñi u khi n, ñ ng th i ph thu c vào m u lưu lư ng ñưa t i h th ng. Cùng v i m t ki n trúc x lý v i các m u lưu lư ng khác nhau s có các c p ñ d ch v khác nhau. 1.1.3. Ki u d ch v ToS và l p d ch v CoS Khái ni m ki u d ch v ToS (Type of Service) và l p d ch v CoS (Class of Service) thư ng ñư c mô t tư ng minh t i tiêu ñ c a các gói tin. ð d dàng nh n th c các v n ñ này ta xem xét t i tiêu ñ gói tin IP. L p d ch v chia lưu lư ng m ng thành các l p khác nhau và cung c p các d ch v cho t ng gói tin theo l p d ch v mà gói tin thu c vào ñó. M i m t l p d ch v xác ñ nh m t m c yêu c u ch t lư ng d ch v . ð nh n d ng m t l p d ch v , các thi t b m ng xác ñ nh theo m t s y u t g m: Ki u d ch v ToS và th t ưu tiên c a d ch v ; Nh n d ng c a thi t b g i, nh n d ng c a thi t b nh n d ch v . Các trư ng ch c năng c a ToS trong tiêu ñ IPv4 ñư c trình bày trong hình 1.2 dư i ñây. Hình 1.2: Trư ng ki u d ch v trong tiêu ñ IPv4 Giá tr ưu tiên Ý nghĩa 7 (111) ði u khi n m ng 6(110) ði u khi n liên m ng 5(101) T i h n, ñ c bi t 12
4(100) Truy n nhanh (tràn l t) 3(011) Truy n nhanh 2(010) L pt c 1(001) Ưu tiên 0(000) Bình thư ng B ng 1.1: Th t và ý nghĩa các giá tr ưu tiên trong trư ng ToS Giá tr ưu tiên (IP precedence) g m 3 bit xác nh n m c ñ ưu tiên, d a vào ñó các b ñ nh tuy n ñưa ra các quy t ñ nh chuy n ti p thông tin qua m ng. Như ch ra trên b ng 1.1, th t ưu tiên cao nh t ñư c gán cho các gói ñi u khi n m ng, ñi u ñó ñ m b o các gói liên quan t i ñi u khi n và tái c u hình m ng luôn có cơ h i chuy n qua m ng cao nh t ngay c trong nh ng trư ng h p t c ngh n c c b . Các gói có th t ưu tiên th p nh t là các gói s ñư c b khi có hi n tư ng t c ngh n x y ra. Cùng v i các phân th t ưu tiên cho các gói theo cách trên, ToS xác ñ nh th t ưu tiên theo m c tiêu ch t lư ng d ch v tương ng v i: ð thông qua T (Throughput), tr D (Delay) ho c ñ tin c y R (Reliability). Các giá tr này ñ t các bit T,D,R theo giá tr bit (0) cho giá tr bình thư ng và giá tr bit (1) cho các ñ c tính ưu tiên t t. M t s bit trong trư ng ch c năng ToS ñ d phòng trong tương lai. L p d ch v CoS khi k t h p v i mô hình phân bi t d ch v DiffServ (Differentiated Service) s thay th 3 trư ng ch c năng IP precedence b ng các giá tr ñi m mã d ch v ñư c ñ nh nghĩa riêng b i DiffServ ñ mô t các th t ưu tiên lưu lư ng. V n ñ này s ñư c trình bày trong chương 3. 1.1.4. Các tham s ch t lư ng d ch v Các yêu c u ch t lư ng d ch v ph i ñư c bi u th theo các tham s QoS ño ñư c. Các tham s thông thư ng nh t thư ng ñư c bi t ñ n là các tham s : Băng thông, ñ tr , trư t, giá và xác su t m t gói. Các tham s s d ng ñ tính toán QoS có th tuỳ thu c vào ki u m ng: Băng thông, ñ tr , giá và ñ tin c y là các tham s thư ng ñư c s d ng trong m ng IP; s bi n ñ i t c ñ t bào, t l m t t bào và tr chuy n giao là các tham s thư ng s d ng trong m ng ATM; Trong khi ñó ñ i v i các m ng không dây, các tham s ño thư ng s d ng là băng thông, nhi u, suy hao và ñ tin c y. Trong khung làm vi c chung c a QoS , ba d ng tham s ño t ng quát g m: Các tham s tính c ng (ví d như tr , trư t, giá và s bư c nh y). Các tham s tính nhân (ví d như ñ tin c y). Các tham s tính lõm (ví d như băng thông). (i) ð tin c y ð xác ñ nh ñ n ñ nh c a h th ng, ngư i ta thư ng xác ñ nh ñ kh d ng c a h 13
th ng, ñ ng nghĩa v i ñ kh d ng c a h th ng và ñư c nhìn nh n t khía c nh m ng là ñ tin c y c a h th ng. ð kh d ng c a m ng càng cao nghĩa là ñ tin c y c a m ng càng l n và ñ n ñ nh c a h th ng càng l n. ð kh d ng c a m ng thư ng ñư c tính trên cơ s th i gian ng ng ho t ñ ng và t ng s th i gian ho t ñ ng. Ví d , ñ kh d ng c a các h th ng chuy n m ch gói hi n nay là 99,995% thì th i gian ng ng ho t ñ ng trong m t năm vào kho ng 26 phút. (i) Băng thông Băng thông bi u th t c ñ truy n d li u c c ñ i có th ñ t ñư c gi a hai ñi m k t cu i. Có th gi i thích qua các phép tính toán như sau: M t mô hình tr ng thái QoS c a m ng thư ng ñư c bi u di n dư i d ng m t ñ th G (V,E). Trong ñó, V là các nút còn E các liên k t. Lưu lư ng vào m ng qua nút Vi và ra kh i m ng nút Vj. M i liên k t có 2 ñ c tính: C(i,j) là dung lư ng liên k t, f(i,j) là lưu lư ng th c t . G i R(i,j) là băng thông dư. Khi ñó, n u m t k t n i có yêu c u băng thông là Dk, thì k t n i ñư c g i là kh d ng khi và ch khi R(i,j)≥Dk. M t k t n i m i có th ñư c ch p nh n n u t n t i ít nh t m t ñư ng d n kh d ng gi a 2 nút Vi và Vj. Băng thông là t c ñ truy n thông tin ñư c tính theo (bit/s). (ii) ð tr Là kho ng th i gian chênh l ch gi a các thi t b phát và thi t b thu. Tr t ng th là th i gian tr t ñ u cu i phát t i ñ u cu i thu tín hi u (còn g i là tr tích lu ). M i thành ph n trong tuy n k t n i như thi t b phát, truy n d n, thi t b chuy n m ch và ñ nh tuy n ñ u có th gây ra tr . Các thành ph n gây tr ch y u g m: Tr hàng ñ i: Là th i gian m t gói ph i tr i qua trong m t hàng ñ i khi nó ph i ñ i ñ ñư c truy n ñi trong m t liên k t khác, hay th i gian c n thi t ph i ñ i ñ th c hi n quy t ñ nh ñ nh tuy n trong b ñ nh tuy n. Nó có th b ng 0 ho c r t l n vì ph thu c vào s gói có trong hàng ñ i và t c ñ x lý. Tr truy n lan: Th i gian c n thi t ñ môi trư ng v t lý truy n d li u. Ví d tr truy n lan trong các truy n d n quang thư ng nh hơn trong môi trư ng vô tuy n. Tr chuy n ti p: Th i gian s d ng ñ chuy n gói tin t m t tuy n này sang tuy n khác, hay th i gian ñư c yêu c u ñ x lý các gói ñã ñ n trong m t nút. Ví d , th i gian ñ ki m tra tiêu ñ gói và xác ñ nh nút ti p theo ñ g i ñi. Tr truy n d n: Là th i gian ñư c yêu c u ñ truy n t t c các bit trong gói qua liên k t, tr truy n d n ñư c xác ñ nh trên th c t c a băng thông liên k t. (iii) Bi n ñ ng tr Bi n ñ ng tr là s khác bi t v tr c a các gói khác nhau cùng trong m t lu ng lưu lư ng. Bi n ñ ng tr có t n s cao ñư c g i là jitter trong khi bi n ñ ng tr có t n s th p ñư c g i là wander. Bi n ñ ng tr ch y u do s sai khác v th i gian x p hàng c a các gói liên ti p trong m t lu ng gây ra và là v n ñ quan tr ng nh t c a QoS. Khi jitter n m 14
vào kho ng dung sai ñ nh nghĩa trư c thì nó không nh hư ng t i ch t lư ng d ch v . N u bi n ñ ng tr quá l n s làm cho k t n i trong m ng b ñ t quãng. B ñ m Jitter ñư c dùng ñ gi m tác ñ ng “tr i /s t” c a m ng và t o ra dòng gói ñ n ñ u ñ n hơn máy thu. Trong m t s ng d ng, như ng d ng th i gian th c không th ch p nh n rung pha. Bi n ñ ng tr l n có th ñư c x lý b ng b ñ m, song nó l i làm tăng tr nên l i n y sinh các khó khăn khác. (iv) T n th t gói T n th t gói có th x y ra theo t ng c m ho c theo chu kỳ do m ng b t c ngh n liên t c, ho c x y ra trên chính các trư ng chuy n m ch gói. M t gói theo chu kì kho ng 5-10% s gói phát ra có th làm gi m ch t lư ng m ng xu ng c p ñáng k . T ng gói b m t không thư ng xuyên cũng khi n k t n i g p khó khăn. Xác su t m t gói là giá tr giá tr ñư c nhân lên t xác su t m t gói ñư c kỳ v ng m i m t trong các nút trung gian gi a m t c p ngu n và ñích. Xác su t t n th t gói là m t ñ i lư ng quan tr ng c a QoS v i c các ng d ng d li u hay các d ch v th i gian th c. Khi k t n i yêu c u truy n d li u theo ñúng th t , thì t n th t gói là nguyên nhân c a quá trình truy n l i. ði u này làm ch m l i quá trình x lý truy n tin và làm gi m QoS nh n ñư c. V i các ng d ng th i gian th c, s truy n l i gói thư ng không kh thi. 1.2 CÁC YÊU C U CH T LƯ NG D CH V T t c các ng d ng ñ u yêu c u m t m c ch t lư ng d ch v nào ñó, m i m t ng d ng ñ u có m t s ñ c tính cơ b n khác nhau. ð nh n bi t các yêu c u ch t lư ng d ch v , h th ng thư ng nh n bi t qua các l p d ch v . Theo quan ñi m c a ITU-T, khuy n ngh I-1541 các l p d ch v ñư c chia thành các vùng như trên b ng 1.2 dư i ñây. L p QoS Các ñ c tính QoS 0 Th i gian th c, nh y c m v i jitter, tương tác cao 1 Th i gian th c, nh y c m v i jitter, tương tác 2 D li u chuy n giao, tương tác cao 3 D li u chuy n giao, tương tác 4 T n hao th p (chuy n giao ng n, d li u bulk, video) 5 Các ng d ng nguyên thu c a m ng IP ng m ñ nh B ng 1.2: Các ñ c tính phân l p QoS cho m ng IP theo ITU-T Như v y, theo quan ñi m c a ITU các tham s th i gian th c và tương tác cao ñư c ñ t lên hàng ñ u ñ i v i m ng IP, ph n l n các ng d ng ñư c th c hi n t t trong các m ng chuy n m ch hư ng k t n i (chuy n m ch kênh và ATM) ñáp ng t t ñư c các yêu c u này. Trong khi ñó, m ng IP nguyên thu không h tr các ñ c tính trên, hay nói cách khác m ng IP nguyên thu không h tr QoS cho các d ch v th i gian th c. 15
D án TIPHON c a ETSI ñ xu t ñ nh nghĩa phân l p QoS ñư c ch ra trên b ng 1.3 dư i ñây: L p QoS Thành ph n Các ñ c tính QoS H i tho i th i Tho i, audio, Video, Nh y c m v i tr và bi n ñ ng gian th c (tho i, ña phương ti n. tr , có gi i h n l i và t n th t, video, h i ngh ). t c ñ bít thay ñ i và c ñ nh. Lu ng th i gian Audio, Video, ña Tr và bi n ñ ng tr có dung th c (qu ng bá). phương ti n. sai nh t ñ nh, dung sai nh ñ i v i l i và t n th t, t c ñ bit thay ñ i. Tương tác c n D li u Nh y c m v i tr , bi n ñ ng th i gian th c tr và t n th t, t c ñ bit thay (Web browsing). ñ i. Không nh y c m v i tr và Phi th i gian th c D li u bi n ñ ng tr , nh y c m v i (Email) l i, n l c t i ña. B ng 1.3: Phân l p QoS theo quan ñi m c a ETSI Hư ng ti p c n c a ETSI t p trung vào các d ch v thư ng s d ng trên m ng IP ñ phân ra các lo i d ch v yêu c u th i gian th c và không yêu c u th i gian th c. ð i v i các yêu c u th i gian th c ETSI-TR102 phân bi t d ch v qua các ñ nh y c m v i các tham s QoS thông dung như : Tr , bi n ñ ng tr , t n th t gói và ñ c tính t c ñ bit. Liên quan t i m ng tích h p ña d ch v băng r ng B-ISDN, ITU-T ñ nh nghĩa các vùng d ch v , theo hư ng liên quan t i công ngh lõi c a B-ISDN là công ngh ATM ch ra trên b ng 1.4 dư i ñây. Vùng d ch v Các ng d ng (ví d ) Tho i và video h i ngh , truy n thông ña phương ti n t c H i tho i ñ cao (truy n file, âm thanh, hình nh). Email, chat B n tin Truy n video, nh tĩnh, âm thanh và d li u Khôi ph c Phân b n i dung video, qu ng bá TV. Phân b B ng 1.4: Các vùng d ch v c a B-ISDN T các phân vùng d ch v c a B-ISDN, di n ñàn ATM ñưa ra các phân l p d ch v ATM, các ñ c tính ng d ng cũng như ñ c tính ch t lư ng d ch v ñư c ch ra trong b ng .15 dư i ñây: 16
Vùng d ch v ATM ng d ng Các ñ c tính QoS Bi n ñ ng tr t bào th p, T c ñ bit c ñ nh Mô ph ng kênh t n th t th p. (CBR) T c ñ bit thay ñ i- th i Video theo yêu Bi n ñ ng tr bình thư ng, gian th c (rt- VBR) cu t n th t th p. T c ñ bit thay ñ i- phi Lưu lư ng gói T n th t bình thư ng th i gian th c (nrt- VBR) Tc ñ bit kh d ng Tương thích t c T n th t th p (ABR) ñ ngu n T c ñ bit không ñ nh Lưu lư ng n l c Không yêu c u nghĩa (UBR) t i ña B ng 1.5: Phân vùng d ch v theo di n ñàn ATM 1.3 CÁC V N ð ð ð M B O QOS ð nh n th c rõ các v n ñ cơ b n nh m ñ m b o các yêu c u ch t lư ng d ch v trên ñây ñã trình bày, ta xem xét m t khung làm vi c c a cơ ch ñ m b o ch t lư ng d ch v chung. M t cơ c u ñ m b o ch t lư ng d ch v QoS chung nh t g m 3 ph n chính: Cung c p QoS, ñi u khi n QoS và qu n lý QoS như ch ra trên hình 1.2 dư i ñây [3]. Cung c p QoS ñưa ra hàng lo t các k thu t nh m thi t l p lu ng và các giai ño n tho thu n tài nguyên nh m ñ m b o QoS t ñ u cu i t i ñ u cu i. ði u khi n QoS ñưa ra hàng lo t các hành vi ñi u khi n như l p l ch, chia gói l p chính sách và ñi u khi n lu ng. Qu n lý QoS nh m giám sát, ñi u ñình l i tài nguyên và duy trì các ñi u ki n ñ m b o QoS. 1.3.1 Cung c p QoS. Cơ c u cung c p QoS bao g m ánh x QoS, ki m tra qu n lý và dành trư c tài nguyên. Module ánh x QoS th c hi n các ch c năng biên d ch gi a các th hi n QoS sang các m c h th ng khác nhau, ngư i s d ng có th ñ nh rõ ch t lư ng d ch v thông qua các tham s tr u tư ng như t c ñ trung bình, băng thông kh d ng, tr , m t gói tin và các yêu c u v tr ; m t th c th s biên d ch chúng thành các l p d ch v ñ s d ng cho m c ñích dành trư c tài nguyên. Module ki m tra qu n lý QoS ch u trách nhi m ki m tra ñ kh d ng c a ngu n tài nguyên so v i các yêu c u và ra quy t ñ nh có cho phép các yêu c u m i ho c không. M t khi yêu c u ñ m b o QoS t ñ u cu i t i ñ u cu i c n tài nguyên 17
t ng th , các ngu n tài nguyên ñư c ph c v d a trên quy t ñ nh ñi u khi n qu n lý nhưng chúng ñư c cam k t khi ki m tra ñi u khi n qu n lý thành công. C¬ cÊu QoS Cung cÊp QoS §iÒu khiÓn QoS Qu¶n lý QoS 1. LËp lÞch luång 1. Gi¸m s¸t QoS 1. ¸nh x¹ QoS 2. Chia l−u l−îng 2. §é kh¶ dông QoS 2. KiÓm tra qu¶n lý 3. ChÝnh s¸ch luång 3. Gi¶m cÊp QoS 3. D nh tr−íc t i nguyªn 4. §iÒu khiÓn luång 4. Duy tr× QoS 5. §ång bé luång 5. Më réng QoS Hình 1.2: Các thành ph n trong cơ c u ñ m b o ch t lư ng d ch v QoS Module báo hi u và dành trư c tài nguyên s p x p các ngu n tài nguyên thích h p v i các ñ c tính QoS c a ngư i s d ng. Module qu n lý QoS c n các d ch v này ñ xác nh n các ki m tra ñi u khi n qu n lý thành công ho c không. Module ánh x QoS c n ph i quan tâm t i kh năng c a các giao th c báo hi u trư c khi ghép các ñ c tính QoS vào m c ch t lư ng m ng. 1.3.2 ði u khi n QoS Thành ph n ñi u khi n QoS ho t ñ ng theo thư c ño th i gian t i các t c ñ truy n thông tin, thành ph n này cung c p ñi u khi n lưu lư ng th i gian th c d a trên các yêu c u m c QoS t giai ño n cung c p QoS. Thành ph n này g m các module sau: Module l p l ch lu ng qu n lý các lu ng chuy n ti p theo cùng m t cách th c c h th ng k t cu i và m ng. Các lu ng có ñ c tính riêng t i h th ng k t cu i s t p h p và liên k t trong lưu ñ ñư c l p l ch b i m ng. Module ñ nh hư ng lu ng ñi u ch nh các lu ng lưu lư ng d a trên các m c yêu c u QoS, nó bao g m các thu t toán ñ phân tích và ñ nh hư ng các lu ng t h p t i biên m ng và l p l ch trong m ng ñ cung c p hi u năng cao nh t. Module chính sách thư ng s d ng trong ñi u ki n lưu lư ng ngư i dùng chuy n qua vùng biên qu n lý và c n lo i b giám sát. Chính sách ñư c s d ng ñ theo dõi khi nào nhà cung c p duy trì các ñi u ki n QoS ho c không. Module ñ ng b lu ng ñư c yêu c u ñ ñi u khi n các s ki n tương tác ña phương ti n theo trình t và th i gian chính xác. 1.3.3 Qu n lý QoS Các thành ph n qu n lý QoS là ñ duy trì các m c QoS tho thu n g m các module sau: 18
Module ki m tra QoS là phương ti n ñ theo dõi các m c QoS ñ u ra s ñư c cung c p ho c s ñư c s d ng, nó là cơ s c a th c th qu n lý m ng tính toán t i ưu hi u năng m ng. Module kh d ng QoS cho phép ng d ng ch rõ các tham s QoS giam sát và ph n h i ñ nh n ra hi u năng c n thi t. Module qu n lý QoS cho phép so sánh m c QoS ki m tra v i hi u năng mong mu n và ñi u khi n t i ưu ñ ñưa ra m c ch t lư ng d ch v . Module này cũng ñ m trách các v n ñ liên quan t i x lý và khôi ph c l i trên liên k t và t i các node. ð duy trì các m c QoS cung c p c n s d ng các phương pháp ño lưu lư ng nh m giám sát và ñi u khi n lưu lư ng m ng. Modlue phân m c QoS g m các phép ño ñ gia tăng s phân m c cho ki n trúc QoS, các ng d ng ña phương ti n c n có các phân m c nh m tho mãn các yêu c u băng thông dòi h i khác nhau. Module này g m các thành ph nnhư b l c QoS, t p h p và ki n trúc phân l p QoS. Tóm t t chương 1: Chương này ñã trình bày m t s v n ñ cơ b n v ch t lư ng d ch v như: Các ñ nh nghĩa, thu t ng , các mô hình và tham s cơ b n. Khung làm vi c chung c a ch t lư ng d ch v ñư c trình bày cùng v i m t s quan ñi m nhìn nh n c a các t ch c vi n thông l n trên th gi i nh m giúp ngư i ñ c nh n th c các hư ng ti p c n khác nhau ñ i v i v n ñ ch t lư ng d ch v . 19