HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG ----------- ----------- CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ IP Biên soạn Hoàng Trọng Minh Hà nội, 5/2007 1 LỜI NÓI ðẦU Chất lượng dịch vụ mạng luôn là một vấn ñề quan tâm của cả người sử dụng dịch vụ và nhà cung cấp dịch vụ. Cùng với sự phát triển bùng nổ các dịch vụ trên nền IP là hàng loạt các yêu cầu và giải pháp kỹ thuật nhằm cải thiện chất lượng dịch vụ IP. Sự phát triển mạnh mẽ của các giải pháp ñã làm thay ñổi rất lớn trong lĩnh vực này thậm chí cả những vấn ñề khái niệm và ñịnh nghĩa. Cuốn tài liệu này gồm 3 chương, tập trung vào các khía cạnh cơ bản của vấn ñề QoS IP. Tiếp cận của tác giả hướng từ những khái niệm và cấu hình chung nhất tới những giải pháp kỹ thuật thường sử dụng trong mạng IP hiện nay. Các mô hình và xu hướng cải thiện chất lượng dịch vụ IP cũng sẽ ñược trình bày nhằm giúp người ñọc thâu tóm các ñặc ñiểm cơ bản, ưu nhược ñiểm của một số giải pháp hiện thời. Hà nội, tháng 5 năm 2007 HOÀNG TRỌNG MINH 2 CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Giải nghĩa tiếng Anh Giải nghĩa tiếng Việt AF Assured Forwarding Chuyển tiếp ñảm bảo AL Application Layer Lớp ứng dụng AQM Active Queue Management Quản lý hàng ñợi hoạt ñộng Asychronous Transfer Mode Phương thức truyền tải không ñồng ATM bộ BA Behavior Aggressive Kết hợp hành vi B-ISDN Broadband ISDN Mạng tích hợp ña dịch vụ băng rộng CBR Constant Bit Rate Tốc ñộ bit cố ñịnh CBS Committed Burst Size Kích thước bùng nổ cam kết CIR Committed Information Rate Tốc ñộ thông tin cam kết CoS Class of Service Lớp dịch vụ DiffServ Differential Service Dịch vụ phân biệt DLL Data Link Layer Lớp liên kết dữ liệu DS Different Service Dịch vụ phân biệt DSCP Differential Service Code Point ðiểm mã dịch vụ phân biệt ECN Explicit Congestion Notification Thông báo tắc nghẽn hiện EF Expedited Forwarding Chuyển tiếp nhanh European Telecommunications Viện tiêu chuẩn viễn thông châu âu ETSI Standards Institute FIFO First In First Out Hàng ñợi vào trước ra trước FLOWSPEC Flow Specification ðặc tính luồng FQ Fair Queueing Hàng ñợi cân bằng GoS Grade of Seviche Cấp ñộ dịch vụ IETF Internet Engineering Task Force Uỷ ban thực thi kỹ thuật Internet IntServ Intergrated Service Dịch vụ tích hợp IPLR IP Loss Rate Tỷ lệ tổn thất gói IP IPTD IP Packet Transfer Delay Trễ truyền tải gói tin IP IPER IP Error Rate Tỷ lệ lỗi gói tin IP ISO International Standard Organization Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế ITU-T International Telecommunication Union Hiệp hội viễn thông quốc tế MF Multi Fields ða trường MoS Mean of Score ðiểm ñánh giá trung bình MPLS Multi Protocol Label Switching Chuyển mạch nhãn ña giao thức NL Network Layer Lớp mạng NNI Network Node Interface Giao diện nút mạng 3 PBS Packet Burst Size Kích thước bùng nổ gói PHB Per Hop Behavior Hành vi bước kế tiếp PIR Peak Information Rate Tốc ñô thông tin ñỉnh PQ Priority Queueing Hàng ñợi ưu tiên QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ RED Random Early Discarding Loại bỏ gói sớm RFC Request For Comments Các yêu cầu cần trả lời RSVP Resource reservation protocol Giao thức dành trước tài nguyên SE Shared Explicit Chia sẻ hiện SLA Service Level Argreement Thoả thuận mức dịch vụ srTCM Single rate Three Color Marker Bộ ñánh dấu 3 màu tốc ñộ ñơn TCA Traffic Conditioning Agreement Thoả thuận ñiều kiện lưu lượng TL Transmission Layer Lớp truyền dẫn ToS Type of Service Kiểu dịch vụ trTCM Single rate Three Color Marker Bộ ñánh dấu 3 màu hai tốc ñộ UBR Undefined Bit rate Tốc ñộ bit không ñịnh nghĩa UNI User Network Interface Giao diện người dùng mạng VBR Variable Bit Rate Tốc ñộ bit thay ñổi WF Wildcard Filter Bộ lọc Wildcard WFQ Weighted Fair Queueing Hàng ñợi cân bằng trọng số WRED Weighted Random Early Discarding Loại bỏ gói sớm theo trọng số WRR Weighted Round Robin Quay vòng theo trọng số 4 MỤC LỤC Tiêu ñề Trang Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ QoS 1. QoS và tham số QoS 1 1. Các vấn ñề chung của dịch vụ QoS 1 1. Cấp ñộ dịch vụ GoS 4 1. Kiểu dịch vụ ToS và lớp dịch vụ CoS 5 1. Các tham số chất lượng dịch vụ 6 1. Các yêu cầu chất lượng dịch vụ 8 1. Các vấn ñề ñảm bảo QoS 10 1. Cung cấp QoS 10 1. ðiều khiển QoS 11 1. Quản lý QoS 11 Chương 2: KỸ THUẬT ðẢM BẢO CHẤT LƯỢNG IP QOS 2. Giới thiệu tổng quan về QoS IP 13 2. Lịch sử phát triển các mô hình QoS cho mạng IP 13 2. Các tham số chất lượng dịch vụ IP 15 2. Các tham số cơ bản ảnh hưởng tới QoS IP thực tế 15 2. Các yêu cầu chức năng chung QoS IP 19 2. Các kỹ thuật ñảm bảo chất lượng dịch vụ IP 22 2. Kỹ thuật ño lượng và màu hoá lưu lượng 22 2. Kỹthuật hoạt ñộng tích cực 26 2. Kỹ thuật lập lịch cho gói tin 28 2. Kỹ thuật chia cắt lưu lượng 32 Chương 3: MÔ HÌNH ỨNG DỤNG ðẢM BẢO QOS IP 3. Mô hình tích hợp dịch vụ IntServ 34 3. Các yêu cầu chức năng chung của IntServ 34 3. Giao thức dành trước truy nhập RSVP 37 3. Mô hình phân biệt dịch vụ DiffServ 42 3. Tổng quan về kiến trúc DiffServ 42 3. Miền phân biệt dịch vụ DS và ñiểm mã phân biệt dịch vụ DSCP 44 3. Các phương pháp xử lý gói trong DiffServ 45 3. IP QoS và công nghệ chuyển mạch nhãn ña giao thức MPLS 48 5 Bài tập 55 Tài liệu tham khảo 58 DANH MỤC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH VẼ Tiêu ñề Trang Hình 1.1: Các khía cạnh của chất lượng dịch vụ 2 Hình 1.2: Trường kiểu dịch vụ trong tiêu ñề IPv4 5 Hình 1.3: Các thành phần trong cơ cấu ñảm bảo QoS 10 Hình 2.1: Các bước phát triển của mô hình QoS 13 Hình 2.2: Tích hợp dịch vụ và phân biệt dịch vụ 14 Hình 2.3: Băng thông khả dụng 16 Hình 2.4: Trễ tích luỹ từ ñầu cuối tới ñầu cuối 17 Hình 2.5: Trễ xử lý và hàng ñợi 17 Hình 2.6: Tổn thất gói vì hiện tượng tràn bộ ñệm ñầu ra 18 Hình 2.7: Các yêu cầu chức năng cơ bản của bộ ñịnh tuyến IP 19 Hình 2.8: Phương pháp phân loại gói ña trường chức năng 20 Hình 2.9: Phương pháp phân loại gói theo hành vi kết hợp 20 Hình 2.10: Nguyên lý quản lý hàng ñợi thụ ñộng 21 Hình 2.11: Sơ ñồ nguyên lý lập lịch gói tin IP 22 Hình 2.12: Khoảng thời gian CIR và CBS 23 Hình 2.13: Gáo C, gáo E và chế ñộ mù màu srTCM 25 Hình 2.14: Chế ñộ hoạt ñộng rõ màu srTCM 25 Hình 2.15: Gáo rò C,P và chế ñộ hoạt ñộng mù màu trTCM 25 Hình 2.16: Chế ñộ hoạt ñộng rõ màu trTCM 26 Hình 2.17: Sơ ñồ nguyên lý hoạt ñộng của RED 27 Hình 2.18: Hoạt ñộng thông báo tắc nghẽn hiện 28 Hình 2.19: Hàng ñợi ưu tiên PQ 29 Hình 2.20: Hàng ñợi cân bằng FQ 29 Hình 2.21: Hàng ñợi quay vòng theo trọng số WRR 31 Hình 2.22: Chia cắt lưu lượng thuần 32 Hình 2.21: Chia cắt lưu lượng bùng nổ kiểu gáo rò 33 Hình 3.1: Mô hình tích hợp dịch vụ IntServ 34 Hình 3.2: Nguyên lý hoạt ñộng RSVP 38 Hình 3.3: Các kiểu dành trước tài nguyên 38 Hình 3.4: Khuôn dạng bản tin RSVP và tiêu ñề chung RSVP 39 Hình 3.5: Khuôn dạng bản tin ñối tượng 40 Hình 3.6: Khuôn dạng ñối tượng kiểu 41 Hình 3.7: Cấu trúc bản tin Path và Resv 41 6 Hình 3.8: Mô hình các bước phân biệt dịch vụ DiffServ 43 Hình 3.9: Xử lý gói trong mô hình DiffServ 43 Hình 3.10: Miền phân biệt dịch vụ DS 44 Hình 3.11: Cấu trúc trường phân biệt dịch vụ DS 45 Hình 3.12: Xử lý chuyển tiếp nhanh EF PHB 46 Hình 3.13: Các phân lớp chuyển tiếp ñảm bảo AF PHB 47 Hình 3.14: Dịch vụ phân biệt với PHB và TCA 48 Hình 3.15: Thực hiện phân bổ nhãn qua RSVP-TE 50 Hình 3.16: Cấu trúc bản tin RSVP-TE 51 Bảng 1.1: Thứ tự và ý nghĩa các giá trị ưu tiên trong trường ToS 5 Bảng 1.2: Các ñặc tính phân lớp QoS cho mạng IP theo ITU-T 8 Bảng 1.3: Phân lớp QoS theo quan ñiểm của ETSI 9 Bảng 1.4: Các vùng dịch vụ của B-ISDN 9 Bảng 1.5: Phân vùng dịch vụ theo diễn ñàn ATM 9 Bảng 3.1: Các bít sử dụng cho ñiều khiển chia sẻ 41 Bảng 3.2: Các bít sử dụng cho ñiều khiển lựa chọn máy gửi 41 Bảng 3.3: Các khối ñiểm mã dịch vụ phân biệt DSCP 45 Bảng 3.4: Chi tiết các phân lớp chuyển tiếp ñảm bảo AF PHB 47 7 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ QOS Chương ñầu tiên của cuốn bài giảng này giới thiệu các vấn ñề tổng quan về chất lượng dịch vụ QoS, phương pháp tiếp cận trong chương này ñi từ các thuật ngữ, ñịnh nghĩa, yêu cầu và các vấn ñề cơ bản của chất lượng dịch vụ tới các mô hình và cơ cấu khung làm việc của chất lượng dịch vụ QoS trong mạng chuyển mạch gói nói chung, các vấn ñề chung sẽ ñược chi tiết hoá trong các chương tiếp theo.1 CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ QoS VÀ CÁC THAM SỐ QoS. Các vấn ñề chung của chất lượng dịch vụ QoS Chất lượng dịch vụ QoS là một khái niệm rộng và có thể tiếp cận theo nhiều hướng khác nhau. Theo khuyến nghị E 800 ITU-T chất lượng dịch vụ là “Một tập các khía cạnh của hiệu năng dịch vụ nhằm xác ñịnh cấp ñộ thoả mãn của người sử dụng ñối với dịch vụ”. ISO 9000 ñịnh nghĩa chất lượng là “cấp ñộ của một tập các ñặc tính vốn có ñáp ứng ñầy ñủ các yêu cầu”. Trong khi IETF [ETSI - TR102] nhìn nhận QoS là khả năng phân biệt luồng lưu lượng ñể mạng có các ứng xử phân biệt ñối với các kiểu luồng lưu lượng, QoS bao trùm cả phân loại hoá dịch vụ và hiệu năng tổng thể của mạng cho mỗi loại dịch vụ. Một tính chất chung của chất lượng dịch vụ là: “Hiệu ứng chung của ñặc tính chất lượng dịch vụ là xác ñịnh mức ñộ hài lòng của người sử dụng ñối với dịch vụ”. Ngoài ra, QoS mang một ý nghĩa là “khả năng của mạng ñảm bảo và duy trì các mức thực hiện nhất ñịnh cho mỗi ứng dụng theo như các yêu cầu ñã ñược chỉ rõ của mỗi người sử dụng”. Chất lượng dịch vụ QoS ñược nhìn nhận từ hai khía cạnh: phía người sử dụng dịch vụ và phía mạng. Từ khía cạnh người sử dụng dịch vụ, QoS ñược coi là mức ñộ chấp nhận dịch vụ của người sử dụng và thường ñược ñánh giá trên thang ñiểm ñánh giá trung bình MoS (Mean of Score).
