chương 1: Chương này ñã trình bày một số vấn ñề cơ bản về chất lượng dịch vụ như: Các ñịnh nghĩa, thuật ngữ, các mô hình và tham số cơ bản. Khung làm việc chung của chất lượng dịch vụ ñược trình bày cùng với một số quan ñiểm nhìn nhận của các tổ chức viễn thông lớn trên thế giới nhằm giúp người ñọc nhận thức các hướng tiếp cận khác nhau ñối với vấn ñề chất lượng dịch vụ. 19 Chương 2 KỸ THUẬT ðẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ IP Các kỹ thuật ñảm bảo chất lượng dịch vụ IP sẽ ñược trình bày trong chương này theo hướng tiếp cận từ ñơn giản tới chi tiết. Các mô hình chung của QoS IP ñược trình bày qua tiến trình lịch sử phát triển, các tham số ảnh hưởng tới chất lượng dịch vụ IP trong thực tế ñược trình bày ñơn giản qua các hình thái ñơn giản nhất của mạng nhằm hướng người ñọc dần tới các vấn ñề kỹ thuật trong các bài toán ñảm bảo chất lượng dịch vụ IP.Chương 2 tập trung vào các giải pháp kỹ thuật ñược trình bày từ góc ñộ bộ ñịnh tuyến IP, ñây là các nội dung quan trọng nhất thể hiện trong các mô hình ñảm bảo chất lượng dịch vụ IP.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ QOS IP 2.1 Lịch sử phát triển các mô hình QoS cho mạng IP Các mạng IP vào khoảng giữa thập kỷ 1990 là các mạng nỗ lực tối ña giống như mạng internet hiện nay.
Các hệ thống mạng doanh nghiệp và các mạng cung cấp dịch vụ ñã phát triển từ các mô hình nỗ lực tối ña thành các mô hình dịch vụ phân biệt phức tạp. ðiều ñó có nghĩa là mạng chung phải ñưa ra nhiều các ứng dụng với nhiều mức dịch vụ khác nhau.1 dưới ñây chỉ ra các bước phát triển của khái niệm QoS từ khoảng giữa thập kỳ 1990 tới ñây.1: Các bước phát triển của mô hình QoS 20 Nỗ lực tiêu chuẩn hoá chất lượng dịch vụ IP lần ñầu tiên khi IETF phát hành RFC 1633 vào tháng 6 năm 1994. RFC 1633 ñưa ra mô hình dịch vụ tích hợp IntServ (Integrated Sevices) và tập trung vào giao thức dành trước tài nguyên RSVP (Resource Reservation Protocol). RSVP báo hiệu các yêu cầu về trễ và băng thông cho các phiên riêng biệt tới từng nút dọc theo tuyến ñường dẫn mà gói ñi qua.
Tại thời ñiểm khởi tạo, RSVP yêu cầu các nút dự trữ tài nguyên, ñiều này gặp phải trở ngại rất lớn khi hoạt ñộng trong các môi trường không gian lớn như Internet, vì số lượng các bộ ñịnh tuyến, máy chủ, thiết bị chuyển mạch lớn và ña dạng. ðể giải quyết thách thức này, một tập tiêu chuẩn của mô hình phân biệt dịch vụ ñược ñưa ra như một tiêu chuẩn thứ hai về chất lượng dịch vụ IP. Mô hình Diffesrv (Differentiated Services) mô tả các hành vi khác nhau ñược ñưa ra bởi mỗi nút. Các nút có thể sử dụng các ñặc tính có sẵn (ñặc tính chung hoặc riêng) ñược lựa chọn bởi các nhà cung cấp thiết bị cho phù hợp với ñặc tính luồng lưu lượng.
Mô hình Diffserv ñịnh nghĩa các kỹ thuật ñánh dấu gói, như thứ tự ưu tiên IPP (IP precendence) và nút kế tiếp của nó, các ñiểm mã dịch vụ phân biệt DSCP (Differentiated Services Code Points) phù hợp với các hành vi bước kế tiếp PHB (per-hop behaviors) cho các kiểu lưu lượng. Hai mô hình tích hợp dịch vụ IntServ và DiffServ cùng ñược phát triển và bổ sung các tính năng cần thiết cho người sử dụng. Cả hai mô hình ñều ñưa ra các giải pháp hoàn thiện và các thành phần của hai mô hình có thể tổ hợp ñể cung cấp các ứng dụng tổng quát nhất cho miền rộng các lưu lượng và kiểu ứng dụng.2: Tích hợp dịch vụ IntServ và phân biệt dịch vụ DiffServ IntServ sử dụng khái niệm dựa trên luồng cùng với giao thức báo hiệu dọc theo ñường dẫn gói tin. Giao thức báo hiệu ñảm bảo các nguồn tài nguyên thoả mãn yêu cầu dịch vụ ñược cung cấp tại mỗi nút cho các luồng lưu lượng trước khi nó ñược truyền trên mạng.
Trong giai ñoạn ñầu khởi tạo, mô hình IntServ bị hạn chế bởi vấn ñề mở rộng vì rất nhiều luồng lưu lượng cần phải quản lý trong mạng ñặc biệt là trong mạng ñường trục. 21 DiffServ sử dụng phương pháp ñánh dấu gói ñể phân loại và ứng xử với từng gói theo các hành vi ñộc lập. Mặc dù tính mềm dẻo lớn, nhưng DiffServ không cung cấp ñảm bảo băng thông cho các gói trong cùng một luồng lưu lượng. Các phân tích kỹ lưỡng hơn về hai mô hình này sẽ ñược trình bày trong chương 3.
Vào cuối những năm 1990, các kỹ thuật QoS ñược chú trọng nhiều hơn và trở thành vấn ñề quan trọng khi tương thích với các công nghệ mạng tiên tiến như: Công nghệ chuyển mạch nhãn ña giao thức MPLS (Multiprotocol Label Switching) và các công nghệ mạng riêng ảo VPN (Virtual Private Network). Các chiến lược phát triển mô hình chất lượng dịch vụ IP trong các khoảng thời gian gần ñây tập trung vào tính ñơn giản và tự ñộng, với mục tiêu cung cấp các kỹ thuật ñảm bảo QoS thông minh trên mạng IP. Các công nghệ QoS ngày càng ñưa ra các mục tiêu quản lý chất lượng dịch vụ rộng và chi tiết hơn, có thể giải quyết ñược các vấn ñề chất lượng dịch vụ IP ở những cấu hình phức tạp. Rất nhiều nhà quản trị mạng không muốn có các mức quản lý phức tạp và họ muốn xu hướng của quản lý QoS càng ñơn giản càng tốt, thậm chí phát triển các công nghệ QoS theo hướng công cụ bảo mật cho hệ thống.2 Các tham số chất lượng dịch vụ IP Theo khuyến nghị I.380 ITUT ñịnh nghĩa một số tham số ñánh giá hiệu năng truyền gói tin IP gồm: Trễ truyền gói IP IPTD (IP packet Transfer Delay): ðây là trễ cho một datagram hoặc phân ñoạn cuối giữa hai ñiểm tham khảo.
Trễ này thường gọi là trễ ñầu cuối tới ñầu cuối hoặc trễ mạng. Trong trễ truyền gói IP còn ñược thể hiện qua trễ truyền gói IP trung bình và biến ñộng trễ gói tin IP. Tỷ lệ lỗi gói tin IP IPER (IP packet Error Ratio): ðây là tham số tính theo tỷ lệ của các gói tin IP lỗi trên tổng số gói tin IP nhận ñược: Nerr IPER = (2.1) Nerr + Nsuc Trong ñó: Nerr: Số lượng gói tin IP lỗi Nsuc: Số lượng gói tin IP truyền thành công Tỷ lệ tổn thất gói IP IPLR (IP Loss Ratio): Tỷ số các gói tổn thất trên tổng số các gói tin IP truyền. Nloss IPLR = Ntran (2.2) Trong ñó: Nloss: Số lượng gói tin tổn thất 22 Ntran: Số lượng gói tin truyền Tỷ lệ tổn thất gói ảnh hưởng bởi chất lượng kết nối, các ứng dụng trên IP thường tính trên 3 khía cạnh ảnh hưởng tỷ lệ mất gói: Giá trị ngưỡng của tỷ lệ mất gói, dung sai của tỷ lệ mất gói và ảnh hưởng của tỷ lệ mất gói ñối với hiệu năng ứng dụng.3 Một số tham số cơ bản ảnh hưởng tới QoS IP thực tế Cùng với các ứng dụng mới ñược bổ sung vào mạng internet là các yêu cầu chất lượng dịch vụ.
Một số vấn ñề liên quan tới chất lượng dịch vụ IP ñược nhìn nhận từ phía người sử dụng là: Một số ứng dụng chậm; các ứng dụng video có chất lượng thấp; các dịch vụ IP telephony có chất lượng không ñảm bảo; thời gian chuyển giao và truyền tải lưu lượng lớn có thời gian dài. Từ góc ñộ mạng, các vấn ñề trên có thể ñịnh lượng qua các tham số QoS của mạng như: Băng thông, ñộ trễ, trượt mất gói và ñiều khiển quản lý. [4] (i) Băng thông Băng thông là một trong những tham số quan trọng nhất của chất lượng dịch vụ IP. Sự thiếu hụt băng thông trong mạng Internet thường xuyên xảy ra do rất nhiều nguyên nhân, bản thân nguồn tài nguyên mạng không ñủ ñáp ứng hoặc các luồng lưu lượng cùng tranh chấp một số nguồn tài nguyên.
Một thể hiện rõ nhất về băng thông khả dụng ñược chỉ ra trên các tài nguyên liên kết trong hình 2.3: Băng thông khả dụng Băng thông lớn nhất của tuyến liên kết bằng giá trị băng thông lớn nhất của một ñoạn liên kết. Băng thông khả dụng ñược tính tương ñối qua giá trị băng thông lớn nhất và lượng băng thông của luồng lưu lượng. Tính toán băng thông khả dụng tương ñối phức tạp vì tham số băng thông mang tính lõm (như chỉ ra trên mục 1. Một số giải pháp ñã ñược ñưa ra nhằm giải quyết vấn ñề sử dụng băng thông không hiệu quả gồm: Tiếp cận tốt nhất là tăng dung lượng liên kết ñể phù hợp với tất cả các ứng dụng và người sử dụng với một số lượng băng thông dư.
Giải pháp này gặp phải một số ñiểm hạn chế thực tế như thời gian, tiền và ñôi khi còn từ giới hạn của công nghệ trong quá trình nâng cấp hệ thống. 23 Một lựa chọn khác là sử dụng phân loại lưu lượng thành các lớp QoS và sắp xếp thứ tự ưu tiên các luồng lưu lượng quan trọng. ðây là giải pháp thường sử dụng hiện nay với rất nhiều cơ cấu kỹ thuật thường ñược các nhà cung cấp thiết bị hỗ trợ trực tiếp trên hệ thống của họ. Tối ưu ñường liên kết bằng cách nén các khung tải tin 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. Vấn ñề khó khăn nảy sinh trong giải pháp này là quá trình nén và giải nén sẽ làm tăng thời gian trễ vì ñộ phức tạp của thuật toán nén. Tối ưu ñường liên kết bằng các kỹ thuật nén tiêu ñề. Kỹ thuật này ñặc biệt hiệu quả tại môi trường truyền thông có các gói tin có tỉ số tiêu ñề / tải tin lớn.
Ví dụ ñiển hình của nén tiêu ñề là nén tiêu ñề giao thức truyền tải tin cậy TCP (Transfer Control Protocol) và giao thức thời gian thực RTP (Real Time Protocol). (ii) ðộ trễ ðộ trễ từ ñầu cuối tới ñầu cuối của một quá trình truyền tin IP ñược nhìn nhận ñơn giản trên hình 2.4 chủ yếu gồm hai thành phần trễ: Trễ truyền lan và trễ xử lý, hàng ñợi. Trễ tích luỹ gồm tất cả các thành phần trễ trên và mang tính cộng. Trễ truyền lan là tham số có giá trị cố ñịnh phụ thuộc và phương tiện truyền, trong khi ñó tham số trễ xử lý và trễ hàng ñợi trong các bộ ñịnh tuyến là các tham số có giá trị thay ñổi do các ñiều kiện thực tế của mạng.
