Chất lượng dịch vụ IP - Chương 2

Chia sẻ: Nguyễn Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:23

Thêm vào BST

Báo xấu

116
lượt xem 35
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu tham khảo Chất lượng dịch vụ IP - Chương 2 Kỹ thuật đảm bảo chất lượng IP QOS

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Chất lượng dịch vụ IP - Chương 2

Chương 2 K THU T ð M B O CH T LƯ NG D CH V IP Các k thu t ñ m b o ch t lư ng d ch v IP s ñư c trình bày trong chương này theo hư ng ti p c n t ñơn gi n t i chi ti t. Các mô hình chung c a QoS IP ñư c trình bày qua ti n trình l ch s phát tri n, các tham s nh hư ng t i ch t lư ng d ch v IP trong th c t ñư c trình bày ñơn gi n qua các hình thái ñơn gi n nh t c a m ng nh m hư ng ngư i ñ c d n t i các v n ñ k thu t trong các bài toán ñ m b o ch t lư ng d ch v IP.Chương 2 t p trung vào các gi i pháp k thu t ñư c trình bày t góc ñ b ñ nh tuy n IP, ñây là các n i dung quan tr ng nh t th hi n trong các mô hình ñ m b o ch t lư ng d ch v IP. 2.1 GI I THI U T NG QUAN V QOS IP 2.1.1 L ch s phát tri n các mô hình QoS cho m ng IP Các m ng IP vào kho ng gi a th p k 1990 là các m ng n l c t i ña gi ng như m ng internet hi n nay. Các h th ng m ng doanh nghi p và các m ng cung c p d ch v ñã phát tri n t các mô hình n l c t i ña thành các mô hình d ch v phân bi t ph c t p. ði u ñó có nghĩa là m ng chung ph i ñưa ra nhi u các ng d ng v i nhi u m c d ch v khác nhau. Hình 2.1 dư i ñây ch ra các bư c phát tri n c a khái ni m QoS t kho ng gi a th p kỳ 1990 t i ñây. Hình 2.1: Các bư c phát tri n c a mô hình QoS 20
N l c tiêu chu n hoá ch t lư ng d ch v IP l n ñ u tiên khi IETF phát hành RFC 1633 vào tháng 6 năm 1994. RFC 1633 ñưa ra mô hình d ch v tích h p IntServ (Integrated Sevices) và t p trung vào giao th c dành trư c tài nguyên RSVP (Resource Reservation Protocol). RSVP báo hi u các yêu c u v tr và băng thông cho các phiên riêng bi t t i t ng nút d c theo tuy n ñư ng d n mà gói ñi qua. T i th i ñi m kh i t o, RSVP yêu c u các nút d tr tài nguyên, ñi u này g p ph i tr ng i r t l n khi ho t ñ ng trong các môi trư ng không gian l n như Internet, vì s lư ng các b ñ nh tuy n, máy ch , thi t b chuy n m ch l n và ña d ng. ð gi i quy t thách th c này, m t t p tiêu chu n c a mô hình phân bi t d ch v ñư c ñưa ra như m t tiêu chu n th hai v ch t lư ng d ch v IP. Mô hình Diffesrv (Differentiated Services) mô t các hành vi khác nhau ñư c ñưa ra b i m i nút. Các nút có th s d ng các ñ c tính có s n (ñ c tính chung ho c riêng) ñư c l a ch n b i các nhà cung c p thi t b cho phù h p v i ñ c tính lu ng lưu lư ng. Mô hình Diffserv ñ nh nghĩa các k thu t ñánh d u gói, như th t ưu tiên IPP (IP precendence) và nút k ti p c a nó, các ñi m mã d ch v phân bi t DSCP (Differentiated Services Code Points) phù h p v i các hành vi bư c k ti p PHB (per-hop behaviors) cho các ki u lưu lư ng. Hai mô hình tích h p d ch v IntServ và DiffServ cùng ñư c phát tri n và b sung các tính năng c n thi t cho ngư i s d ng. C hai mô hình ñ u ñưa ra các gi i pháp hoàn thi n và các thành ph n c a hai mô hình có th t h p ñ cung c p các ng d ng t ng quát nh t cho mi n r ng các lưu lư ng và ki u ng d ng. Hình 2.2: Tích h p d ch v IntServ và phân bi t d ch v DiffServ IntServ s d ng khái ni m d a trên lu ng cùng v i giao th c báo hi u d c theo ñư ng d n gói tin. Giao th c báo hi u ñ m b o các ngu n tài nguyên tho mãn yêu c u d ch v ñư c cung c p t i m i nút cho các lu ng lưu lư ng trư c khi nó ñư c truy n trên m ng. Trong giai ño n ñ u kh i t o, mô hình IntServ b h n ch b i v n ñ m r ng vì r t nhi u lu ng lưu lư ng c n ph i qu n lý trong m ng ñ c bi t là trong m ng ñư ng tr c. 21
DiffServ s d ng phương pháp ñánh d u gói ñ phân lo i và ng x v i t ng gói theo các hành vi ñ c l p. M c dù tính m m d o l n, nhưng DiffServ không cung c p ñ m b o băng thông cho các gói trong cùng m t lu ng lưu lư ng. Các phân tích k lư ng hơn v hai mô hình này s ñư c trình bày trong chương 3. Vào cu i nh ng năm 1990, các k thu t QoS ñư c chú tr ng nhi u hơn và tr thành v n ñ quan tr ng khi tương thích v i các công ngh m ng tiên ti n như: Công ngh chuy n m ch nhãn ña giao th c MPLS (Multiprotocol Label Switching) và các công ngh m ng riêng o VPN (Virtual Private Network). Các chi n lư c phát tri n mô hình ch t lư ng d ch v IP trong các kho ng th i gian g n ñây t p trung vào tính ñơn gi n và t ñ ng, v i m c tiêu cung c p các k thu t ñ m b o QoS thông minh trên m ng IP. Các công ngh QoS ngày càng ñưa ra các m c tiêu qu n lý ch t lư ng d ch v r ng và chi ti t hơn, có th gi i quy t ñư c các v n ñ ch t lư ng d ch v IP nh ng c u hình ph c t p. R t nhi u nhà qu n tr m ng không mu n có các m c qu n lý ph c t p và h mu n xu hư ng c a qu n lý QoS càng ñơn gi n càng t t, th m chí phát tri n các công ngh QoS theo hư ng công c b o m t cho h th ng. 2.1.2 Các tham s ch t lư ng d ch v IP Theo khuy n ngh I.380 ITUT ñ nh nghĩa m t s tham s ñánh giá hi u năng truy n gói tin IP g m: Tr truy n gói IP IPTD (IP packet Transfer Delay): ðây là tr cho m t datagram ho c phân ño n cu i gi a hai ñi m tham kh o. Tr này thư ng g i là tr ñ u cu i t i ñ u cu i ho c tr m ng. Trong tr truy n gói IP còn ñư c th hi n qua tr truy n gói IP trung bình và bi n ñ ng tr gói tin IP. T l l i gói tin IP IPER (IP packet Error Ratio): ðây là tham s tính theo t l c a các gói tin IP l i trên t ng s gói tin IP nh n ñư c: Nerr (2.1) IPER = Nerr + Nsuc Trong ñó: Nerr: S lư ng gói tin IP l i Nsuc: S lư ng gói tin IP truy n thành công T l t n th t gói IP IPLR (IP Loss Ratio): T s các gói t n th t trên t ng s các gói tin IP truy n. Nloss IPLR = Ntran (2.2) Trong ñó: Nloss: S lư ng gói tin t n th t 22
Ntran: S lư ng gói tin truy n T l t n th t gói nh hư ng b i ch t lư ng k t n i, các ng d ng trên IP thư ng tính trên 3 khía c nh nh hư ng t l m t gói: Giá tr ngư ng c a t l m t gói, dung sai c a t l m t gói và nh hư ng c a t l m t gói ñ i v i hi u năng ng d ng. 2.1.3 M t s tham s cơ b n nh hư ng t i QoS IP th c t Cùng v i các ng d ng m i ñư c b sung vào m ng internet là các yêu c u ch t lư ng d ch v . M t s v n ñ liên quan t i ch t lư ng d ch v IP ñư c nhìn nh n t phía ngư i s d ng là: M t s ng d ng ch m; các ng d ng video có ch t lư ng th p; các d ch v IP telephony có ch t lư ng không ñ m b o; th i gian chuy n giao và truy n t i lưu lư ng l n có th i gian dài. T góc ñ m ng, các v n ñ trên có th ñ nh lư ng qua các tham s QoS c a m ng như: Băng thông, ñ tr , trư t m t gói và ñi u khi n qu n lý. [4] (i) Băng thông Băng thông là m t trong nh ng tham s quan tr ng nh t c a ch t lư ng d ch v IP. S thi u h t băng thông trong m ng Internet thư ng xuyên x y ra do r t nhi u nguyên nhân, b n thân ngu n tài nguyên m ng không ñ ñáp ng ho c các lu ng lưu lư ng cùng tranh ch p m t s ngu n tài nguyên. M t th hi n rõ nh t v băng thông kh d ng ñư c ch ra trên các tài nguyên liên k t trong hình 2.3 dư i ñây. Hình 2.3: Băng thông kh d ng Băng thông l n nh t c a tuy n liên k t b ng giá tr băng thông l n nh t c a m t ño n liên k t. Băng thông kh d ng ñư c tính tương ñ i qua giá tr băng thông l n nh t và lư ng băng thông c a lu ng lưu lư ng. Tính toán băng thông kh d ng tương ñ i ph c t p vì tham s băng thông mang tính lõm (như ch ra trên m c 1.1.4 trên ñây). M t s gi i pháp ñã ñư c ñưa ra nh m gi i quy t v n ñ s d ng băng thông không hi u qu g m: Ti p c n t t nh t là tăng dung lư ng liên k t ñ phù h p v i t t c các ng d ng và ngư i s d ng v i m t s lư ng băng thông dư. Gi i pháp này g p ph i m t s ñi m h n ch th c t như th i gian, ti n và ñôi khi còn t gi i h n c a công ngh trong quá trình nâng c p h th ng. 23
M t l a ch n khác là s d ng phân lo i lưu lư ng thành các l p QoS và s p x p th t ưu tiên các lu ng lưu lư ng quan tr ng. ðây là gi i pháp thư ng s d ng hi n nay v i r t nhi u cơ c u k thu t thư ng ñư c các nhà cung c p thi t b h tr tr c ti p trên h th ng c a h . T i ưu ñư ng liên k t b ng cách nén các khung t i tin nh m tăng băng thông kh d ng c a liên k t. Nén d li u có th th c hi n b ng ph n c ng ho c ph n m m qua các thu t toán nén. V n ñ khó khăn n y sinh trong gi i pháp này là quá trình nén và gi i nén s làm tăng th i gian tr vì ñ ph c t p c a thu t toán nén. T i ưu ñư ng liên k t b ng các k thu t nén tiêu ñ . K thu t này ñ c bi t hi u qu t i môi trư ng truy n thông có các gói tin có t s tiêu ñ / t i tin l n. Ví d ñi n hình c a nén tiêu ñ là nén tiêu ñ giao th c truy n t i tin c y TCP (Transfer Control Protocol) và giao th c th i gian th c RTP (Real Time Protocol). (ii) ð tr ð tr t ñ u cu i t i ñ u cu i c a m t quá trình truy n tin IP ñư c nhìn nh n ñơn gi n trên hình 2.4 ch y u g m hai thành ph n tr : Tr truy n lan và tr x lý, hàng ñ i. Tr tích lu g m t t c các thành ph n tr trên và mang tính c ng. Tr truy n lan là tham s có giá tr c ñ nh ph thu c và phương ti n truy n, trong khi ñó tham s tr x lý và tr hàng ñ i trong các b ñ nh tuy n là các tham s có giá tr thay ñ i do các ñi u ki n th c t c a m ng. Hình 2.4: Tr tích lu t ñ u cu i t i ñ u cu i Tr x lý là kho ng th i gian c n thi t c a m t b ñ nh tuy n ñ chuy n m t gói t giao di n ñ u vào t i hàng ñ i ñ u ra và ph thu c vào r t nhi u y u t như: T c ñ x lý, m c ñ chi m d ng CPU, phương th c chuy n m ch IP, ki n trúc b ñ nh tuy n và các ñ c tính c u hình giao di n ñ u vào và ñ u ra. 24
Hình 2.5: Tr x lý và hàng ñ i Tr hàng ñ i là kho ng th i gian c a gói tin n m ch t i hàng ñ i trong m t b ñ nh tuy n. Tr hàng ñ i ph thu c vào s lư ng và kích thư c các gói tin trong hàng ñ i và băng thông kh d ng trên liên k t ñ u ra c a b ñ nh tuy n. Tr hàng ñ i còn ph thu c vào k thu t x p hàng. Tr truy n lan là th i gian truy n m t gói qua liên k t, tr truy n lan thư ng ch ph thu c vào băng thông kh d ng c a liên k t. Các k thu t truy nh p CSMA/CD cũng có th gây thêm tr vì xác su t tranh ch p tài nguyên trong trư ng h p giao di n ti n g n t i tr ng thái t c ngh n. M t s gi i pháp c i thi n th i gian tr g m có: Tăng dung lư ng liên k t, băng thông ñ s khi n hàng ñ i ng n l i và các gói không ph i ñ i trư c khi truy n d n. Tăng băng thông cũng ñ ng nghĩa làm gi m tr n i ti p nhưng m t khác, gi i pháp này cũng làm tăng giá thành h th ng khi ph i nâng c p. M t ti p c n hi u qu hơn khi s d ng các hàng ñ i h p lý. Các hàng ñ i ưu tiên là m t trong nh ng thành ph n ch y u trong ti p c n này. Các phân tích chi ti t s ñư c trình bày trong m c 2.3 dư i ñây. Phương pháp nén t i tin và nén tiêu ñ gói tin là m t ti p c n có các ưu và như c ñi m trái ngư c nhau cùng t n t i. Vi c nén thông tin làm kích thư c gói nh ñi ñ ng nghĩa v i th i gian tr th p ñi, ñ ng th i các k thu t nén s làm gia tăng tr vì chính k thu t nén c n ph i có th i gian th c hi n. (iii) T n th t gói Thông thư ng, t n th t gói x y ra khi các b ñ nh tuy n tràn không gian ñ m. Hình v 2.6 dư i ñây ch ra trong trư ng h p hàng ñ i ñ u ra ñ y và các gói tin m i ñ n b lo i b . Hình 2.6: T n th t gói vì hi n tư ng tràn b ñ m ñ u ra 25
Các b ñ nh tuy n IP thông thư ng lo i b gói vì m t s lý do như: Lo i b gói t i hàng ñ i ñ u vào vì b x lý t c ngh n và không th x lý gói (hàng ñ i ñ u vào ñ y), các gói b lo i b t i ñ u ra vì b ñ m ñ u ra ñ y, b ñ nh tuy n quá t i không th ch ñ nh ñư c không gian ñ m r i cho các gói ñ u vào và m t s hi n tư ng l i khung truy n d n. Ngoài vi c tăng dung lư ng liên k t, m t s ti p c n sau ñư c s d ng ñ gi m ñ t n th t gói: ð m b o băng thông và tăng không gian ñ m ñ tương thích v i các ng d ng có ñ bùng n lưu lư ng cao. M t vài k thu t hàng ñ i thư ng s d ng trong th c t : Hàng ñ i ưu tiên, hàng ñ i theo yêu c u, hàng ñ i cân b ng tr ng s và hàng ñ i phân l p. Ch ng t c ngh n b ng phương pháp lo i b gói s m trư c khi có hi n tư ng t c ngh n x y ra qua các k thu t lo i b gói s m. Chia c t lưu lư ng và tr lưu lư ng thay vì lo i b gói, gi i pháp này thư ng ñư c s d ng cùng v i các hàng ñ i phân l p và có th t ưu tiên. Chính sách lưu lư ng có th gi i h n t c ñ c a các gói tin ít quan tr ng hơn ñ cung c p ch t lư ng d ch v t t nh t cho các gói tin có yêu c u cao (T c ñ truy nh p cam k t và chính sách phân l p). 2.2 CÁC YÊU C U CH C NĂNG CHUNG C A IP QOS Như chương 1 ñã trình bày, ñ cung c p ch t lư ng d ch v QoS qua m ng IP, m ng ph i th c hi n hai nhi m v cơ b n: (1) Phân bi t các lu ng lưu lư ng ho c các ki u d ch v ñ ngư i s d ng ñưa các ng d ng vào các l p ho c lu ng lưu lư ng phân bi t v i các ng d ng khác; (2) Phân bi t các l p lưu lư ng b ng các ngu n tài nguyên và ng x d ch v khác nhau trong m t m ng. Nhi m v (1) thư ng ñư c th c hi n t i giao di n ngư i s d ng và m ng UNI (User Network Interface). Kh năng th c hi n nhi m v (2) c a m ng là s khác bi t cơ b n c a các công ngh m ng, nó th hi n các ñ c ñi m ưu vi t và như c ñi m c a các gi i pháp công ngh khác nhau. Hình 2.7 dư i ñây ch ra các yêu c u ch c năng ñư c th c hi n trong b ñ nh tuy n IP. B ñ nh tuy n IP trên hình v th hi n dư i góc ñ các kh i ch c năng s p x p theo hư ng ñi c a lu ng d li u t ñ u vào b ñ nh tuy n t i ñ u ra b ñ nh tuy n. Các gói tin IP ñi vào t các c ng ñ u vào c a b ñ nh tuy n t i các kh i ch c năng ñánh d u gói và phân lo i gói, hai kh i ch c năng này c a b ñ nh tuy n th c hi n nhi m v (1). Các kh i ch c năng: Chính sách lưu lư ng, qu n lý hàng ñ i tích c c, l p l ch gói và chia c t lưu lư ng là các kh i ch c năng th c hi n nhi m v (2). 26
Hình 2.7: Các yêu c u ch c năng cơ b n c a m t b ñ nh tuy n IP (i) ðánh d u gói tin IP ðánh d u gói tin IP là ch c năng ñ u tiên mà các b ñ nh tuy n IP áp d ng vào các lu ng lưu lư ng ngư i s d ng. Ch c năng ñánh d u gói ñ t các bit nh phân vào các trư ng ch c năng ñ c bi t c a c a tiêu ñ gói tin IP ñ phân bi t ki u c a gói tin IP v i các gói tin IP khác. M t gói có th phân bi t b i ñ a ch ngu n, ñ a ch ñích ho c t h p c hai, ho c giá tr DSCP c a trư ng ch c năng IP precedence, k thu t ñánh d u DSCP s ñư c trình bày trong m c sau. Các gói tin IP ñ n m t c ng ñ u vào có th ñư c ñánh d u ho c không. N u gói tin ñã ñư c ñánh d u, nó có th ñư c ñánh d u l i n u các giá tr ñã ñư c ñánh d u ch ra các ñ c ñi m vi ph m chính sách c a b ñ nh tuy n ñang th c hi n chuy n gói. N u m t gói chuy n qua nhi u vùng d ch v phân bi t, các gói tin s ñư c ñánh d u theo cách phù h p v i các tho thu n m c d ch v SLA gi a các vùng. Các gói tin chưa ñư c ñánh d u s ñư c ñánh d u ñ nh n các giá tr ph h p v i chính sách c a b ñ nh tuy n. (ii) Phân lo i gói tin IP Phân lo i gói s d ng ñ nhóm các gói tin IP theo lu t phân l p d ch v . ði m kh i t o phân l p lưu lư ng có th ñ t t i thi t b ñ u cu i. Trong m ng, các gói tin IP ñư c l a ch n d a trên các trư ng ch c năng c a tiêu ñ IP s d ng cho ñánh d u gói tin IP. Hai phương pháp phân lo i gói tin là: Phân lo i ña trư ng MF (Multi-Field) Phân lo i k t h p hành vi BA (Behavior Aggregate) Phương pháp phân lo i ña trư ng ch c năng ñư c ch ra trên hình 2.8 dư i ñây. Các gói ñư c phân lo i d a trên t h p các giá tr c a m t ho c nhi u trư ng ch c năng trong tiêu ñ u IP. Thêm vào ñó là các tham s khác như nh n d ng giao di n c ng vào cũng có th s d ng cho m c ñích phân lo i. 27
Hình 2.8: Phương pháp phân lo i gói ña trư ng ch c năng Phương pháp phân lo i k t h p hành vi BA th c hi n phân lo i các gói d a trên trư ng ch c năng ch a giá tr ñi m mã d ch v phân bi t DSCP. Chi ti t k thu t phân lo i này s ñư c trình bày trong mô hình phân bi t d ch v DiffServ trong chương 3. Hình v 2.9 dư i ñây mô t ñơn gi n c a phương pháp phân lo i gói theo hành vi k t h p. Hình 2.9: Phương pháp phân lo i gói theo hành vi k t h p BA 28
(iii) Chính sách lưu lư ng Chính sách lưu lư ng ñư c s d ng ñ ki m tra các lu ng lưu lư ng gói tin IP ñ n trên các c ng ñ u vào c a b ñ nh tuy n có phù h p v i các t c ñ lưu lư ng ñã ñư c tho thu n và xác ñ nh hay không. Chính sách lưu lư ng g m b ño lưu lư ng ñ xác ñ nh lưu lư ng ñ u vào và ñ u ra, trên cơ s ñó áp d ng chính sách ñi u khi n t c ñ lưu lư ng phù h p v i ñ u ra b i b ñánh d u gói. Các gói tin có th ñánh d u l i ho c b lo i b n u không phù h p v i lưu lư ng ñ u ra. Thông thư ng chính sách lưu lư ng ki m tra t c ñ lưu lư ng ñ u vào theo m t vài tham s lưu lư ng như: T c ñ thông tin cam k t CIR (Committed Information Rate); t c ñ thông tin ñ nh PIR (Peak Information Rate); ho c m t s tham s ph : Kích thư c bùng n ñ nh PBS ( Peak Burst Size), kích thư c bùng n cam k t CBS (Committed Burst Size) và kích thư c bùng n vư t ngư ng EBS (Excess Burst Size). [5] (iv) Qu n lý hàng ñ i tích c c Như ñã ñ c p trên ñây, hàng ñ i ch y u trong các b ñ nh tuy n IP truy n th ng là phương pháp lo i b “ñuôi” lưu lư ng. ðây là ki u hàng ñ i th ñ ng, các gói tin t ñ ng b lo i b khi hàng ñ i ñ y. Ưu ñi m cơ b n nh t c a phương pháp này là x lý ñơn gi n, tuy nhiên phương pháp này có th gây ra các hi n tư ng x u nh hư ng t i ñ ng b . Hình 2.10 dư i ñây ch ra mô hình c a hàng ñ i th ñ ng. Hình 2.10: Nguyên lý qu n lý hàng ñ i th ñ ng K thu t qu n lý hàng ñ i tích c c AQM (Active Queue Management) là m t k thu t ñi u khi n ch ng t c ngh n, ý tư ng chính c a AQM là d ñoán trư c kh năng t c ngh n và ñưa ra m t s ho t ñ ng ñi u khi n ñ ch ng l i ho c gi m thi u kh năng t c ngh n. Có 3 k thu t cơ b n là: K thu t lo i b gói s m ng u nhiên RED (Random Early Discarding); K thu t lo i b gói s m ng u nhiên theo tr ng s WRED (Weighted Random Early Discarding); Thông báo t c ngh n hi n ECN (Explicit Congestion Notification). K thu t RED và WRED liên quan t i các ho t ñ ng c a các gói lo i b trong hàng ñ i và không liên quan tr c ti p t i thi t b ñ u cu i. ECN ñưa ra ti p c n khác liên quan tr c ti p t i các thành viên c a ngư i s d ng ñ u cu i. (v) L p l ch cho gói tin L p l ch cho các gói tin IP th hi n cách th c thi t l p th t cho các gói ñi ra kh i các hàng ñ i, d a trên các ñ c tính c a các c ng ñ u ra, các gói tin s ñư c phân b và chuy n t i ñ u ra theo lu t. Thông thư ng, k thu t l p l ch không c n ph i tiêu chu n 29
hoá và ph thu c vào nhà cung c p thi t b . K thu t l p l ch là m u ch t trung tâm c a ch t lư ng d ch v và là thư c ño công ngh gi a các nhà cung c p khác nhau. Hình 2.11 dư i ñây ch ra sơ ñ nguyên lý c a m t d ng l p l ch, nó không ñ i di n cho k thu t trong th c ti n. Hình 2.11: Sơ ñ nguyên lý c a l p l ch gói tin IP Như ch ra trên hình v 2.11 l p l ch gói ñư c ng d ng trên t ng c ng ñ u ra. Các gói ñ n t i các c ng vào (1-n) ñư c ñ nh tuy n t i các c ng ñ u ra (1-m) theo ñích và ñư c xác ñ nh b i b ng ñ nh tuy n trong b ñ nh tuy n. T i m i c ng ñ u ra, các gói ñư c phân lo i và x p hàng. L p l ch ñư c áp d ng cho các hàng ñ i này k t cu i t i m t c ng ñ u ra th c t . M t s ki u hàng ñ i l p l ch thư ng s d ng g m: Hàng ñ i vào trư c ra trư c FIFO (First In First Out); Hàng ñ i ưu tiên PQ (Priority Queueing); Hàng ñ i cân b ng FQ (Fair Queuing); hàng ñ i quay vòng tr ng s WRR (Weighted Round Robin); Hàng ñ i cân b ng tr ng s WFQ (Weighted Fair Queuing) và hàng ñ i d a theo l p cân b ng tr ng s (Class – based WFQ). (vi) Chia c t lưu lư ng Chia c t lưu lư ng là ñ thay ñ i t c ñ lu ng lưu lư ng ñ n nh m ñi u hoà lưu lư ng v i ñ u ra. N u lưu lư ng ñ u vào có ñ bùng n cao, lu ng lưu lư ng c n ph i ñ m ñ ñ u ra b t bùng n và m m hơn. Theo ý tư ng như v y, các hành vi lưu lư ng ñư c ñi u ch nh theo các d ng lưu lư ng ñã xác ñ nh trư c, ví d theo các tho thu n m c d ch v SLA. Vi c ñi u ch nh t c ñ lưu lư ng gi ng như m t quá trình d ng và ñi, th i gian tr t i b ñ m s làm các gói t i ñ u ra ñư c ñi u ch nh theo yêu c u. Có hai d ng chia c t lưu lư ng thư ng s d ng là: chia c t lưu lư ng thu n và chia c t lưu lư ng gáo rò. Các k thu t này s ñư c trình bày trong m c 2.3 dư i ñây. 2.3 CÁC K THU T ð M B O CH T LƯ NG D CH V IP M c 2.2 trên ñây ñã ch ra các kh i ch c năng cơ b n c a m t b ñ nh tuy n IP ñư c nhìn dư i khía c nh ch t lư ng d ch v , các k thu t cơ b n s ñư c trình bày dư i ñây ch ra các gi i pháp ñ m b o QoS thư ng ñư c áp d ng. 2.3.1 K thu t ño lưu lư ng và màu hoá lưu lư ng ð th c hi n h n ch lưu lư ng, b ñ nh tuy n s d ng k thu t ño lưu lư ng nh m xác ñ nh t c ñ lưu lư ng ñ u vào có phù h p v i t c ñ th c t hay không. Các kh i ño 30
lưu lư ng thư ng s d ng mô hình toán g i là gáo rò token ñ xác ñ nh và h n ch t c ñ lưu lư ng. Mô hình gáo rò token g m hai thành ph n: Token mang ý nghĩa v s cho phép m t s lư ng bit ñư c ñưa vào m ng; Gáo rò là nơi lưu tr các token, ñ sâu c a gáo th hi n các kích thư c c a gói. Có hai d ng ño lưu lư ng và màu hoá lưu lư ng: ðánh d u 3 màu t c ñ ñơn srTCM (single rate Three Color marker) và ñánh d u 3 màu hai t c ñ trTCM (two rate Three Color marker). (i) ðánh d u 3 màu t c ñ ñơn K thu t ñánh d u 3 màu t c ñ ñơn ñư c ñ nh nghĩa trong RFC 2696 [6], như tên c a nó ñã ng ý, srTCM ñư c s d ng ñ ñ t chính sách cho m t lu ng ñơn t c ñ và cùng CIR. Nó ño t c ñ lưu lư ng và d a trên k t qu ño ñánh d u các gói theo 3 màu ho c các c p ñ . Ba màu là xanh, vàng và ñ th hi n c p ñ tương thích lưu lư ng theo th t gi m d n. srTCM có hai ch ñ ñi u hành: Ch ñ mù màu và ch ñ rõ màu. Ch ñ mù màu gi thi t các gói tin ñ n chưa ñư c ñánh d u màu, trong khi ch ñ rõ màu gi thi t các gói tin IP ñ n ñã ñư c ñánh d u màu t th c th phía trư c. M c tiêu c a srTCM là ñ m b o t c ñ lưu lư ng trung bình dài h n c a ngư i s d ng trong t c ñ thông tin cam k t CIR. Kho ng th i gian dài h n không tương thích v i kho ng th i gian áp d ng chính sách vì m c tiêu c a chính sách là xác ñ nh các lu ng lưu lư ng vi ph m các t c ñ tho thu n trư c và ñánh d u các gói tin ñ chuy n chúng ñi. Do ñó các gói s chuy n ñi ngay mà không lưu t i b ñ nh tuy n m t th i gian dài ñ ch CIR ñư c xác ñ nh d a trên th i gian dài h n. Vì v y, áp d ng chính sách ph i d a trên m t kho ng th i gian ng n, s d ng hai tham s ph là CBS và EBS thay cho CIR. Hình 2.12 dư i ñây ch ra kho ng th i gian CBS trong CIR c a t c ñ lưu lư ng ñ u vào ñơn. Hình 2.12: Kho ng th i gian CIR và CBS ðánh d u 3 màu t c ñ ñơn srTCM g m hai ki u gáo token, gáo token C và gáo token E như ch ra trên hình 2.13(a). ð sâu c a gáo C là kích thư c bùng n cam k t CBS, gáo C ñư c kh i t o ñ y v i s lư ng token Tc=CBS. ð sâu c a gáo E là kích thư c bùng n quá h n EBS. Gáo E cũng ñư c kh i t o ñ y v i s lư ng Te=EBS. C hai b ñ m token Tc và Te ñư c c p nh t t i t c ñ CIR, ví d t i các th i ñi m 1/CIR giây. 31
Hình 2.13: Gáo C, gáo E và ch ñ mù màu srTCM Thu t toán c p nh t c a hai gáo như sau: T i kho ng th i gian c p nh t, n u gáo C không ñ y (TcTe), gói s ñư c ñánh d u màu ñ và c Tc và Te không thay ñ i tr ng thái. Hình 2.14 th hi n ch ñ ho t ñ ng rõ màu c a srTCM, nó tương t như trong ch ñ mù màu. Các gói màu xanh kích thư c B bytes ñ n t i th i ñi m t. V n gi màu xanh n u Tc≥ B và Tc:=Tc-B. ðư c ñánh d u màu vàng n u Tc≤B≤Te và Te:=Te-B. ðánh d u màu ñ n u Te
Hình 2.14: Ch ñ ho t ñ ng rõ màu srTCM Các gói màu vàng có th gi nguyên màu vàng ho c chuy n sang màu ñ và không th chuy n sang màu xanh. Các gói màu ñ luôn gi màu ñ và không bao gi ñư c chuy n lên c p ñ cao hơn ( màu xanh ho c màu vàng). (ii) ðánh d u 3 màu hai t c ñ B ñánh d u 3 màu hai t c ñ ñư c ñ nh nghĩa b i RFC 2698 [6]. trTCM ñư c s d ng cho c t c ñ thông tin ñ nh PIR và t c ñ thông tin cam k t CIR. Gi ng như srTCM, trTCM có hai ch ñ ho t ñ ng : Ch ñ mù màu và ch ñ rõ màu. ðánh d u 3 màu hai t c ñ ñư c c u hình b i các ch ñ ho t ñ ng và các tham s PIR, CIR, PBS và CBS. B ñánh d u 3 màu hai t c ñ trTCM ho t ñ ng v i hai gáo rò: Gáo rò token C và gáo rò token P. Gáo rò C ñư c s d ng ñ ñi u khi n CIR và gáo dò P ñi u khi n PIR. Gáo rò C trong trTCM tương t như trong srTCM, gáo rò P có ñ sâu cân b ng v i kích thư c bùng n ñ nh PBS và ñư c c p nh t t i t c ñ PIR (ví d t i các th i ñi m 1/PIR giây như trên hình 2.15(a)). 33
Hình 2.15: Gáo rò C, P và ch ñ ho t ñ ng mù màu trTCM Ch ñ ho t ñ ng mù màu ñư c mô t trên hình 2.15 (b). Gi thi t các gói không màu có kích thư c B ñ n t i th i ñi m t. Gói tin kích thư c B s so sánh v i token trong gáo rò P. N u gáo P không ñ ch (B> Tp), gói tin s ñư c ñánh d u màu ñ b t k C có ñ hay không. N u gáo P ñ ch (Tp≥B), gói kích thư c B ñư c so sánh v i b ñ m token trong gáo C, Tc. N u (Tc≥ B), gói ñư c ñánh d u màu xanh và Tp:=Tp-B và Tc:=Tc-B. N u (TcB. N u gói ñã ñư c ñánh d u màu xanh, nó ñư c chuy n sang màu: ð , n u Tp
Hình 2.16: Ch ñ ho t ñ ng rõ màu trTCM 2.3.2 K thu t qu n lý hàng ñ i tích c c Trong k thu t qu n lý hàng ñ i tích c c g m có 3 ki u cơ b n: RED, WRED và ECN như ñã trình bày trên m c 2.2. Dư i ñây, chúng ta s xem xét chi ti t các ki u hàng ñ i này. (i) K thu t lo i b gói ng u nhiên s m RED. RED phát hi n trên t p t c ngh n và lo i b gói ng u nhiên t b ñ m. Hình 2.16 th hi n sơ ñ nguyên lý ho t ñ ng c a k thu t lo i b gói ng u nhiên s m. Như ch ra trên hình, RED ch a m t thu t toán d ñoán t c ngh n và h sơ lo i b gói như là các thành ph n trung tâm. Hình 2.17: Sơ ñ nguyên lý ho t ñ ng c a RED Ch c năng c a module d ñoán t c ngh n là ñánh giá hành vi lưu lư ng trong b ñ m theo th i gian và phát hi n kh năng t c ngh n. 35
Ti p c n ñơn gi n nh t là d a vào chi u dài hàng ñ i (N) và xác ñ nh tr ng thái t c ngh n d a trên cơ s hàng ñ i ñ y (so sánh v i kích thư c b ñ m (B)). M t phương pháp khác s d ng ñ d ñoán t c ngh n d a trên thu t toán tính toán th i gian trung bình c a hàng ñ i, ñ u ra c a module d ñoán t c ngh n là chi u dài hàng ñ i trung bình tr ng s (nN). M c dù nó ph n ánh ñ dài hàng ñ i hi n th i, nhưng (nN) không ph i là chi u dài hàng ñ i th c t mà là phép ño cho hi n tư ng t c ngh n. G i α là ph n trăm (%) ñi n ñ y b ñ m ñư c tính theo công th c sau: n (2.3) α= N B Trong ñó: B là kích thư c b ñ m H sơ lo i b gói là m t phương pháp tham chi u gi a % b ñ m ñ y và xác su t lo i b gói, khi α ñ t m t giá tr nào ñó thì RED ñư c kích ho t, khi α ñ t giá tr l n nh t (
Hình 2.18: Ho t ñ ng thông báo t c ngh n hi n ECN ECN yêu c u ñánh d u trên c hai tiêu ñ IP và TCP. ECN s d ng hai bit d phòng trong tiêu ñ TCP và hai bit d phòng trong tiêu ñ IP. Hai bit d phòng cu i cùng trong 8 bit c a trư ng ki u d ch v ToS trong tiêu ñ IPv4 và 8 bit trư ng phân l p lưu lư ng trong IPv6 s d ng ñ ñánh d u ECN. 2.3.3 K thu t l p l ch cho gói tin M t s k thu t l p l ch cơ b n s d ng trong b ñ nh tuy n ñư c trình bày trong m c này g m có: Hàng ñ i FIFO; Hàng ñ i ưu tiên PQ; hàng ñ i cân b ng FQ; hàng ñ i quay vòng tr ng s WRR; hàng ñ i cân b ng tr ng s WFQ và hàng ñ i d a theo l p cân b ng tr ng s CBQ. (i) Hàng ñ i FIFO Hàng ñ i vào trư c – ra trư c FIFO là k thu t hàng ñ i ng m ñ nh, các gói tin ñ n ñư c ñưa vào trong m t hàng ñ i ñơn và ñư c g i ra ñ u ra theo ñúng th t . FIFO là ki u hàng ñ i ñơn gi n nh t không c n s d ng thu t toán ñi u khi n. FIFO ñ i x v i t t c các gói theo cùng m t cách, vì v y nó r t thích h p v i m ng n l c t i ña. M t khác FIFO không th cung c p các d ch v phân bi t và t t c các lu ng lưu lư ng ñ u b suy gi m ch t lư ng khi có t c ngh n x y ra. (ii) Hàng ñ i ưu tiên PQ Hàng ñ i FIFO ñ t t t c các gói tin vào trong m t hàng ñ i ñơn b t k l p lưu lư ng nào. M t cách ñơn gi n ñ t o ra s phân bi t l p lưu lư ng là s d ng hàng ñ i ưu tiên PQ. Trong PQ, N hàng ñ i ñư c t o ra như trong hình 2.19 v i các m c ưu tiên t 1 t i N. Th t l p l ch ñư c xác ñ nh b i th t ưu tiên và không ph thu c vào v trí c a gói tin. Các gói trong hàng ñ i th j ñư c x lý khi không còn gói nào trong hàng ñ i có th t cao hơn (Các hàng ñ i t 1 t i (j-1)). 37
Hình 2.19: Hàng ñ i ưu tiên PQ Gi ng như FIFO, hàng ñ i ưu tiên có ưu ñi m là r t ñơn gi n: nó cung c p phương ti n ñơn gi n nh t ñ phân bi t l p lưu lư ng. Như c ñi m c a hàng ñ i ưu tiên là PQ luôn hư ng t i x lý m c ưu tiên cao, nên các hàng ñ i có m c ưu tiên th p có th không có cơ h i ñ g i gói ñi. (iii) Hàng ñ i cân b ng FQ Hàng ñ i cân b ng còn ñư c g i là hàng ñ i d a trên lu ng lưu lư ng, trong FQ các gói tin ñ n ñư c phân lo i thành N hàng ñ i. M i m t hàng ñ i nh n 1/N băng thông ñ u ra. B l p l ch ki m tra các hàng ñ i theo chu kỳ và b qua các hàng ñ i r ng. M i khi b l p l ch t i m t hàng ñ i, m t gói tin ñư c truy n ra kh i hàng ñ i. Hàng ñ i cân b ng r t ñơn gi n, nó không yêu c u m t k thu t ch ñ nh băng thông ph c t p nào. N u m t hàng ñ i m i ñư c thêm vào N hàng ñ i có trư c ñó, b l p l ch t ñ ng ñ t l i băng thông theo th c t b ng 1/(N+1). ðơn gi n chính là ưu ñi m c a hàng ñ i cân b ng. Hình 2.20: Hàng ñ i cân b ng FQ Hàng ñ i cân b ng có hai như c ñi m chính. ð u tiên, khi băng thông ñ u ra ñư c chia thành N hàng ñ i 1/N, n u các l p lưu lư ng ñ u vào có yêu c u băng thông khác nhau, thì FQ không th phân b l i ñư c băng thông c a ñ u ra ñ ñáp ng yêu c u ñ u vào. Th hai, khi kích thư c gói không ñư c quan tâm trong FQ, kích thư c các gói s nh hư ng ñ n phân b băng thông th c t , th m chí b l p l ch v n ho t ñ ng ñúng trên cơ s công b ng, các hàng ñ i có gói kích thư c l n s chi m nhi u băng thông hơn các hàng ñ i khác. 38
(iv) Hàng ñ i quay vòng theo tr ng s (WRR) Hàng ñ i quay vòng theo tr ng s WRR ñư c ñưa ra nh m gi i quy t hai như c ñi m c a hàng ñ i cân b ng FQ. WRR chia băng thông c ng ñ u ra v i các l p lưu lư ng ñ u vào phù h p v i băng thông yêu c u. Nguyên lý ho t ñ ng c a WRR ñư c ch ra trên hình 2.21. Các lu ng lưu lư ng ñ u vào ñư c nhóm thành m l p tương ng v i tr ng s ñư c xác ñ nh b i băng thông yêu c u. T ng các tr ng s c a các l p b ng 100%. m ∑ W = 100% i i =1 (ct 2.4) Trong ñó: m là s l p lưu lư ng, Wi là % tr ng s c a l p i. V i m i m t l p, các lu ng lưu lư ng riêng ñư c l p l ch theo nguyên t c hàng ñ i cân b ng FQ. ð t s lư ng các hàng ñ i FQ trong l p i là Ni, t ng s hàng ñ i FQ trong lư c ñ WRR ñư c tính theo công th c 2.5 sau ñây : m (ct 2.5) TotalFQ − WRR = ∑ N i i =1 Như ch ra trên hình 2.21, hàng ñ i quay vòng theo tr ng s WRR g m hai l p l p l ch quay vòng. B l p l ch quay vòng ch t i các l p trong kho ng t l p 1 ñ n l p m, ñây ñư c coi là l p l p l ch th nh t. Khi b l p l ch d ng l i t i m t l p, b l p l ch quay vòng th hai s quay vòng trong các hàng ñ i FQ. Băng thông c ng ñ u ra tính theo % ñư c gán vào l p i, tr ng s c a l p i (Wi) th hi n lư ng th i gian tiêu t n c a b l p l ch cho l p i. Ví d , Wi=20% có nghĩa là b l p l ch s tiêu t n 20% chu kỳ th i gian quay vòng cho l p i. V i các hàng ñ i FQ trong l p i, th i gian cho các hàng ñ i là cân b ng, vì v y lư ng th i gian cho m t hàng ñ i trong Ni hàng ñ i là (1/Ni). Tr ng s cho m i m t hàng ñ i FQ ñư c tính như sau: Wij = Wi x (1/Ni) (ct 2.6) Trong ñó : Wij là tr ng s c a hàng ñ i th j trong l p i; Wi là tr ng s l p i. 39