MỞ ĐẦU Mạng viễn thông hiện đại ngày nay đang phát triển một cách mạnh mẽ cả về quy mô cũng nhƣ công nghệ. Ở Việt Nam, cùng với mức độ tăng trƣởng chóng mặt của thuê bao điện thoại là tỷ lệ ngƣời dùng Internet băng thông rộng. Làm việc và giải trí, giao tiếp trên môi trƣờng mạng Internet nói riêng và mạng IP nói chung đang là hình thức giao tiếp hiệu quả và thuận tiện nhất. Xu hƣớng hội tụ tất cả các dịch vụ viễn thông lên nền tảng IP đã đƣợc dự đoán và đang đƣợc kiểm chứng ngay tại Việt Nam.
Các dịch vụ trên nền IP rất đa dạng: từ gửi thƣ điện tử, truy cập web, thƣơng mại điện tử đến truyền file, mạng riêng ảo, thoại VOIP, truyền hình trực tuyến, truyền hình hội nghị. Trƣớc sự bùng nổ về số lƣợng và chủng loại dịch vụ thông tin trên mạng IP, các nhà sản xuất và cung cấp mạng ngày càng phải chú ý đến chất lƣợng dịch vụ. Ngoài việc tăng cƣờng đầu tƣ thiết bị mới để cung cấp dịch vụ, một việc hết sức cần thiết là sử dụng hạ tầng mạng một cách hiệu quả. Các kỹ thuật Chất lƣợng dịch vụ QoS đƣợc đƣa ra nhằm mục đích này.
Thực ra các kỹ thuật và khái niêm IP QoS đã xuất hiện từ rất lâu nhƣng phải đến những năm gần đây nó mới đƣợc thực sự chú ý đến. Lý do là ban đầu, lƣu lƣợng trên mạng Internet rất ít, chỉ gồm các dịch vụ nhƣ email, truyền file và truy cập web. Đây là những dịch vụ băng hẹp, dùng ít dải thông và không phải là dịch vụ thời gian thực. Ngày nay, số lƣợng dịch vụ đã tăng lên rất nhiều, bao gồm cả dịch vụ truyền thống và các dịch vụ đòi hỏi thời gian thực nhƣ VOIP và hội nghị truyền hình.
Các nhà cung cấp dịch vụ phải tìm mọi cách thoả mãn khách hàng về lƣu lƣợng thông tin và chất lƣợng thông tin. Các kỹ thuật QoS có thể đảm nhiệm việc đảm bảo chất lƣợng thông tin cũng nhƣ sử dụng hiệu quả nhất băng thông của mạng. Một mạng dù đƣợc trang bị băng thông lớn cũng cần phải có những chính sách QoS thích hợp để cân bằng nhu cầu giữa các loại dịch vụ. Trƣớc những nhu cầu của thực tế khai thác vận hành mạng nhƣ vậy, tôi đăng ký đề tài nghiên cứu về các kỹ thuật đảm bảo chất lƣợng dịch vụ QoS.
Nội dung của đề tài này là tìm hiểu các mô hình LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com xi QoS mạng IP và ứng dụng trên mạng Viễn Thông Việt Nam, đó là mô hình Nỗ lực cao nhất (Best effort), mô hình Dịch vụ có bảo đảm (Integrated Service) và mô hình Dịch vụ phân biệt (Diffrentiated Service). Đặc biệt chú ý đến mô hình Dịch vụ phân biệt vì nó có thể đáp ứng chất lƣợng dịch vụ ở quy mô lớn. Mục tiêu của đề tài là: Tìm hiểu tất cả các kỹ thuật của mô hình Dịch vụ có phân loại để có thể ứng dụng mô hình này một cách tốt nhất trên mạng lƣới Việt Nam. Trên cơ sở các hiểu biết về QoS, đề tài cũng đề cập đến một số bài đo chất lƣợng dịch vụ trên nền tảng Dịch vụ phân biệt cho mạng IP của Bƣu điện thành phố Hồ Chí Minh.
Do thời gian nghiên cứu còn hạn chế nên một số vấn đề chƣa đƣợc đề cập chi tiết , vì vậy luận văn chắc sẽ khó tránh khỏi các thiếu sót. Tôi mong nhận đƣợc sự quan tâm và đóng góp ý kiến của các thầy, cô và các bạn đồng nghiệp để hoàn thiện đề tài này. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 1 CHƢƠNG 1: SỰ PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG INTERNET VÀ YÊU CẦU VỀ CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ - CÁC MÔ HÌNH CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ (QoS) 1.1 Giới thiệu mạng Internet và chất lƣợng dịch vụ IP (IP QoS) Mạng IP lớn nhất là mạng Internet toàn cầu. Internet phát triển với tốc độ chóng mặt trong suốt vài năm gần đây cùng với một số lƣợng lớn các ứng dụng trên nền tảng Internet.
Khi Internet và các mạng intranet tiếp tục phát triển, nhiều ứng dụng khác ngoài dữ liệu truyền thống nhƣ thoại trên nền IP (VoIP) và hội nghị truyền hình (video-conferencing) cũng xuất hiện theo đó. Ngày càng nhiều ứng dụng và ngƣời dùng hƣớng đến Internet mỗi ngày, vì vậy, Internet cần có một chức năng để hỗ trợ cảchất lƣợng các dịch vụ và ứng dụng hiện có cũng nhƣ tƣơng lai. Dịch vụ phổ biến nhất mà Internet cung cấp hiện nay là dịch vụ “nỗ lực cao nhất” (best-effort). Dịch vụ best-effort không bảo đảm gói đƣợc chuyển giao đến nơi nhận khi nào hoặc có chuyển đến hay không, trong khi đó các gói thƣờng xuyên bị loại bỏ trong lúc nghẽn mạng.
Trong một mạng, thông thƣờng các gói theo từng luồng (flow) đƣợc phân biệt bởi năm trƣờng trong mào đầu gói IP: Địa chỉ IP nguồn, địa chỉ IP đích, trƣờng phƣơng thức IP, cổng nguồn, và cổng đích. Một luồng riêng lẻ đƣợc tạo bởi các gói xuất phát từ một ứng dụng trên một máy nguồn đến một ứng dụng trên một máy đích, và các gói thuộc một luồng mang các giá trị năm trƣờng mào đầu giống nhau. Để hỗ trợ lƣu lƣợng thoại, và video, và ứng dụng dữ liệu với các yêu cầu dịch vụ khác nhau từ mạng, các hệ thống tại mạng lõi IP cần phân biệt và đáp ứng các dạng lƣu lƣợng khác nhau dựa trên cơ sở nhu cầu của chúng. Tuy nhiên,với dịch vụ best-effort, không thể phân biệt trong số hàng nghìn luồng lƣu lƣợng tồn tại trong mạng lõi IP.
Vì vậy, không có mức ƣu tiên hay sự đảm bảo cho bất cứ luồng lƣu lƣợng ứng dụng nào. Điều này hạn chế cơ bản khả năng của mạng IP để truyền lƣu lƣợng trong khi mạng đó chỉ có một nguồn tài nguyên hạn chế cùng với các yêu cầu kèm theo về bảo đảm dịch vụ. Chất lƣợng dịch vụ IP nhằm để giải quyết vấn đề này. Các chức năng IP QoS hƣớng đến việc cung cấp các LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 2 dịch vụ đƣợc đảm bảo và đa dạng bằng cách trao cho nhà khai thác mạng quyền kiểm soát và cách sử dụng tài nguyên mạng Internet.
QoS là một tập hợp các yêu cầu dịch vụ mà mạng phải đáp ứng trong khi truyền một luồng. QoS cung cấp sự bảo đảm dịch vụ từ điểm đầu đến điểm cuối (end-to-end) và sự điều khiển - dựa trên cơ sở chính sách - các phƣơng pháp vận hành mạng IP, nhƣ các cơ chế cấp phát tài nguyên, chuyển mạch, định tuyến, xếp lịch và loại bỏ gói. Một số lợi ích chính của IP QoS: - Giúp các mạng có thể hỗ trợ các yêu cầu dịch vụ và ứng dụng multimedia hiện có cũng nhƣ đang xuất hiện. Các ứng dụng mới nhƣ Voice over IP (VoIP) sẽ có đƣợc các yêu cầu QoS rõ ràng cụ thể đối với mạng.
- Cho phép nhà vận hành mạng điều khiển tài nguyên mạng và cách thức sử dụng chúng. - Cung cấp sự đảm bảo dịch vụ và sự phân biệt lƣu lƣợng trên mạng. Điều này cần thiết để hội tụ lƣu lƣợng thoại, video và dữ liệu trên một mạng IP duy nhất. - Nó cho phép các nhà cung cấp dịch vụ đƣa ra thêm các dịch vụ chất lƣợng cao cùng lúc với các dịch vụ best-effort hiện tại.
Nhà cung cấp có thể phân loại các dịch vụ chất lƣợng cao của họ thành các mức ví dụ nhƣ mức Bạch kim, Platinum, Vàng hay Bạc, và đặt cấu hình mạng để theo đó phân biệt các loại dịch vụ khác nhau nói trên. -Cho phép khai thác mạng theo ứng dụng, trong đó mạng truyền các gói tin dựa trên cơ sở thông tin ứng dụng trong các mào đầu gói. - QoS đóng vai trò chủ chốt trong việc đƣa ra những dịch vụ mạng mới nhƣ Mạng riêng ảo (VPNs).2 Lịch sử chất lƣợng dịch vụ giao thức Internet (IP QoS) IP QoS không phải là mới xuất hiện. Các nhà sáng chế ra Internet đã sớm nhận thấy sự cần thiết này và đƣa ra một byte có tên gọi Dạng dịch vụ (ToS) trong LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 3 mào đầu IP để làm cho QoS trở thành một phần đặc điểm kỹ thuật IP ban đầu.
Mục đích của byte ToS đƣợc miêu tả nhƣ sau: Dạng dịch vụ thể hiện những thông số tóm tắt của chất lượng dịch vụ mong muốn. Những thông số này được sử dụng để hướng dẫn lựa chọn các thông số dịch vụ thực tế khi truyền một datagram qua một mạngcụ thể. [5] Cho đến cuối những năm 1980, Internet vẫn còn ở mức độ nghiên cứu và chỉ có một ít dịch vụ và lƣu lƣợng thông tin. Vì vậy, sự hỗ trợ ToS không đóng vai trò quan trọng, và hầu hết tất cả các triển khai mạng IP đều bỏ qua byte ToS.
Những ứng dụng IP không đánh dấu rõ byte ToS, và các router cũng không sử dụng nó để điều khiển cách thức chuyển tiếp gói IP. Tầm quan trọng của QoS trên Internet đã tăng lên cùng với sự phát triển của Internet đạt đến mức độ phổ biến và thƣơng mại nhƣ hiện nay. Mạng Internet dựa trên cơ sở dịch vụ gói end- to-end không kết nối thƣờng cung cấp các công cụ truyền tải best-effort (nỗ lực cao nhất), dùng bộ Giao thức điều khiển truyền dẫn/Giao thức Internet (TCP/IP). Mặc dầu thiết kế không kết nối cung cấp cho mạng Internet tính linh hoạt và mạnh mẽ, sự linh hoạt của gói tin của nó cũng là nguyên nhân của hiện tƣợng tắc nghẽn, đặc biệt tại các router kết nối các mạng với rất nhiều dải thông khác nhau.
Tập hợp các chức năng QoS ban đầu đƣợc thiết lập cho các host Internet. Một vấn đề lớn đối với những kết nối mạng diện rộng (WAN) có giá thành cao là việc kích thƣớc mào đầu quá lớn so vớicác gói TCP nhỏ đƣợc tạo bởi những ứng dụng nhƣ telnet và rlogin. Thuật toán Nagle đã giải quyết vấn đề này và ngày nay đƣợc hỗ trợ bởi tất cả các ứng dụng host IP. Thuật toán Nagle báo trƣớc sự ra đời của chức năng QoS Internet trong mạng IP.
[4] Vào năm 1986, Van Jacobson phát triển tập hợp tiếp theo các công cụ QoS Internet. Đó là cơ chế tránh tắc nghẽn cho hệ thống đầu cuối, cơ chế này đang đƣợc sử dụng trong những ứng dung TCP. Những cơ chế này là khởi động chậm và tránh tắc nghẽn, và chúng đã hỗ trợ rất lớn trong việc ngăn chặn sự sập mạng do tắc nghẽn của Internet hiện nay. Chúng bƣớc đầu khiến các luồng TCP có khả LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 4 năng đáp ứng những tín hiệu báo tắc nghẽn (những gói bị mất) trong mạng.