Chương 1 giới thiệu về truyền thông đa phương tiện trên mạng, khái niệm QoS và các phương pháp đảm bảo chất lượng dịch vụ trong truyền thông multimedia trên mạng. -ll- Chương 2 trình bày so lược về một số chiến lược phục vụ hàng đợi phổ biến: FIFO, RR, FQ, WFQ, CBQ. Chuong 3 trinh bay về chiến lược quản lý hàng đợi động AQM và hai thuật toán tiêu biểu của nó: RED, A-RED. Ở mỗi thuật toán chúng tôi đều có những mô phỏng dé kiểm chứng các đánh giá hiệu suất của chúng.
Đây là những thuật toán cơ sở trực tiếp cho A-RIO được trình bày trong chương 4. Chương 4 là chương quan trọng nhất của Luận văn. Nội dung chính của chương4 là tập trung trình bày thuật toán A-RIO và việc áp dụng nó vào kiến trúc mạng DiffServ; sử dụng bộ mô phỏng mang NS dé nghiên cứu sâu về A-RIO va so sánh hiệu suất của nó với các chiến lược quản lý hàng đợi khác: RIO va G-RIO. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới TS.
Nguyễn Đình Việt, thầy đã luôn ân cần, chỉ bảo, động viên, giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình thực hiện Luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã luôn tin tưởng, động viên và giúp đỡ về nhiều mặt trong thời gian qua. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Kỹ thuật - Công nghệ, trường Đại học Hồng Đức đã động viên và tạo điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành tốt nhất Luận văn này. -12- CHUONG 1 GIỚI THIỆU 1.1 Lich sử phat triển của mang Internet và bộ giao thức TCP/IP Tiền thân của mạng Internet là ARPANET, xuất phát từ một mạng thí nghiệm được Robert L.
Cơ quan quản lý dự án nghiên cứu phát triển ARPA thuộc Bộ Quốc phòng Mỹ đã liên kết mạng tại 4 địa điểm đầu tiên vào tháng 7 năm 1968 bao gồm: Viện nghiên cứu Stanford, Đại học tổng hợp California ở Los Angeles, Đại học tổng hợp Utah và Đại học tổng hợp California ở Santa Barbara (UCSB). Đó chính là mạng liên khu vực (WAN) đầu tiên được xây dựng. Năm 1983, giao thức TCP/IP chính thức duoc coi như một chuẩn đối với ngành quân sự Mỹ và tất cả các máy tính nối với ARPANET phải sử dụng chuẩn mới này. ARPANET phát triển rất nhanh, mọi trường đại học đều muốn gia nhập, việc quản lý mạng trở nên khó khăn.
Vì vậy, năm 1984, ARPANET được chia ra thành hai phần: phần thứ nhất cho các địa điểm quân sự, được gọi là MILNET; phần thứ hai là một ARPANET mới, cho các địa điểm phi quân sự, dành cho việc nghiên cứu và phát triển. Tuy nhiên hai mạng nay vẫn được liên kết với nhau nhờ giao thức liên mạng IP. Giao thức TCP/IP ngày càng thé hiện rõ các điểm mạnh của nó, quan trọng nhất là khả năng liên kết các mạng khác với nhau một cách dễ dàng. Chính điều này cùng với các chính sách mở cửa đã cho phép các mạng dung cho nghiên cứu va thương mại kết nối được với ARPANET, thúc đây việc tạo ra một siêu mạng (SuperNetwork).
Méc lịch sử quan trọng của Internet được xác lập vào giữa thập kỷ 80 khi Hội đồng Khoa học Quốc gia Mỹ NSF (National Science Foundation) thành lập mạng liên kết các trung tâm máy tính lớn với nhau gọi là NSFNET. Nhiều doanh nghiệp đã chuyên từ ARPANET sang NSFNET và do đó sau gần 20 năm hoạt động, ARPANET không còn hiệu quả đã ngừng hoạt động vào khoảng năm 1990. -13- Sự phát triển của mạng xương sống NSFNET và những mạng vùng khác đã tạo ra một môi trường thuận lợi cho sự phát triển của Internet. Đến năm 1995, NSFNET thu lại thành một mạng nghiên cứu còn Internet thì vẫn tiếp tục phát triển.
Với khả năng kết nối mở, Internet đã trở thành một mạng lớn nhất trên thế giới, mạng của các mạng, xuất hiện trong mọi lĩnh vực thương mại, chính tri, quan sự, nghiên cứu, giáo dục, văn hoá, xã hội. Cũng từ đó các dịch vụ trên Internet không ngừng phát triển. Ngày nay khi cơ sở hạ tầng của mạng Internet được nâng cao (đặc biệt là về băng thông) đã làm cho nhu cầu của các ứng dụng đa phương tiện qua mạng tăng lên nhanh chóng.2 Các khái niệm về Multimedia và QoS 1.1 Khái niệm truyền thông đa phương tiện (multimedia) Đặc trưng của các ứng dụng truyền thống như Web, truyền file, email là nội dung (dữ liệu) của chúng ở dạng tĩnh (văn bản, hình ảnh). Dữ liệu được truyền từ máy này đến máy khác trên mạng một cách nhanh nhất có thể.
Tuy nhiên đối với những ứng dụng dang này, độ trễ đầu-cuối cho phép có thé lên tới 10s. Phần này chúng tôi sẽ đề cập đến một loại ứng dụng mà nội dung của nó là các file audio và video. Chúng được gọi là các ứng dụng đa phương tiện (multimedia). Đây là loại ứng dụng nhạy cảm với độ trễ, tuy nhiên chúng lại cho phép sự mất mát gói tin ở một mức độ nào đó.
Như vậy so với các ứng dụng truyền thống thì tính chất của nó hoàn toàn ngược lại: chấp nhận mất mát nhưng yêu cầu độ trễ nhỏ, trong khi các ứng dụng truyền thống thì cho phép độ trễ lớn và không chấp nhận mắt mát dữ liệu. Các ứng dụng đa phương tiện có thê chia làm 3 lớp lớn như sau: e Truyén audio và video đã được lưu trữ: Đôi với các ứng dụng loại nay, người dùng tại các máy trạm (client) truy cập đến các files audio hoặc video đã -14- được lưu trữ sẵn trên các máy phục vụ (server). Các files audio có thê là các bài hát, bài giảng, hoặc các đoạn băng được ghi âm từ trước,. Cac files video có thé là những bộ phim, video clips, các đoạn video của những sự kiện thể thao, giải tri.
Trong hầu hết các ứng dụng loại này, sau một thời gian trễ vài giây, các máy trạm có thể chạy được các file trong khi chúng vẫn tiếp tục nhận phần còn lại từ server. Nhiều ứng dụng còn cho phép tính năng tương tác với người dùng: cho phép người dùng pause, play, next, previous. Từ lúc người dùng đưa ra yêu cầu đến khi nhận được đáp ứng khoảng từ 1 — 10s là có thé chấp nhận được. Yêu cầu đối với độ trễ và jitter (sự biến thiên độ trễ) không chặt chẽ băng ở trong ứng dụng thời gian thực như điện thoại Internet, video conference thời gian thực.
Các chương trình dùng dé chạy các file audio/video được lưu trữ trên mạng hiện nay như: RealOne Player, Winamp, Windows Media Player. e© Truyền audio và video thời gian thực: Các ứng dụng loại nay tương tự như phát thanh và truyền hình quảng bá, có điều nó được thực hiện trên Internet. Các ứng dụng cho phép người dùng nghe/xem được các chương trình phát thanh/truyền hình từ bat kỳ nơi nào trên thé giới. Chang hạn người dùng có thé nghe đài BBC phát từ Anh, các kênh truyền hình VTV phat đi từ Hà nội từ bất kỳ máy nào kết nối Internet.
Đặc trưng của lớp ứng dụng này là nhiều người có thể đồng thời nhận được cùng một chương trình audio/video. Các ứng dụng này không cho phép tương tác người dùng. Cũng như lớp ứng dụng truyền audio/video được lưu trữ, độ trễ các ứng dụng loại này cho phép tối đa là 10s. Việc phân phối audio/video cho nhiều người dùng được thực hiện bằng kỹ thuật multicast hoặc nhiều dòng unicast riêng biệt cho moi người nhận.
e© Ứng dụng tương tác audio và video thời gian thực: Lớp ứng dung này cho phép nhiều người dùng sử dụng audio/video để tương tác với nhau trong thời gian thực. Một ứng dụng tiêu biểu của audio thời gian thực là điện thoại Internet, nó cung cấp dịch vụ điện thoại cục bộ cũng như điện thoại đường dài với giá rẻ hơn nhiều so với điện thoại truyền thống. Các ứng dụng cho audio thời gian thực có thể -15- kế đến như: Voice Chat trong Yahoo Messenger, Skype, Palm Talk. Đối với ứng dụng video thời gian thực, điển hình là Hội thảo trực tuyến (video conferencing), trong đó các “đại biểu” có thé giao tiếp với nhau bằng cả âm thanh và hình ảnh.
Trong quá trình hội thảo, mỗi “đại biểu” được hiển thị trên một cửa số giao diện chương trình người dùng, khi cần giao tiếp với ai người ta chỉ cần mở cửa số tương ứng với người đó. Hiện nay đã có nhiều ứng dụng cho video thời gian thực như Microsoft Netmeeting, Yahoo Messenger,. Trong các ứng dụng tương tác audio/video thời gian thực thì yêu cầu độ trễ nhỏ hơn vài trăm miligiây. Với âm thanh, độ trễ tốt nhất là nên nhỏ hơn 150 ms, với độ trễ từ 150-400ms thì có thể chấp nhận được, còn lớn hơn 400 ms thì không thể chấp nhận được.2 Khái niệm QoS Các hệ thống đa phương tiện thường là phân tán, yêu cầu về nguồn tài nguyên lớn và thường là động, do đó phải có các giải pháp để đảm bảo chất lượng thoả mãn yêu cầu của người dùng.
Yêu cầu của người dùng được thoả mãn bởi việc đảm bảo chất lượng dịch vu (QoS - Quality of Service). QoS chỉ khả năng cung cấp các dich vụ của mạng cho một lưu lượng nào đó [13]. Mục đích chính của QoS là cung cấp băng thông riêng, điều khiển độ trễ và jitter, giảm tỷ lệ mất mát gói tin cho các luồng lưu lượng của các ứng dụng thời gian thực và tương tác. Một điều quan trọng nữa là nó cung cấp quyên ưu tiên cho một hoặc một vài luồng trong khi vẫn đảm bảo các luồng khác (có quyền ưu tiên thấp hơn) không mat quyền được phục vu.
Việc đảm bảo chất lượng dựa trên cơ sở quản lý tài nguyên vì QoS phụ thuộc vào tài nguyên khả dụng của hệ thống, việc quản lý tài nguyên bao gồm: — Tính toán, ước lượng được hiệu suất sử dụng tài nguyên — Dành tài nguyên cho dịch vụ — Lập lịch truy cập tài nguyên -16- Các tham số QoS chính Hình 1.1 minh hoạ các tham số QoS chính, bao gồm: độ trễ, thông lượng, tỷ lệ mat tin, jitter. — Độ tré: là thời gian dé truyền một gói tin từ nguồn đến dich, bao gồm thời gian phát một gói tin lên đường truyền, thời gian xử lý tại hàng đợi và thời gian truyền trên đường truyền; nó phụ thuộc vào tốc độ truyền tin, tốc độ truyền tin càng lớn, độ trễ càng nhỏ và ngược lại. Trẻ > Thong luong Mat tin (Độ tin cậy) Hình 1.1: Các tham số QoS chỉnh — Thông lượng: thông lượng quyết định khả năng truyền tin, thông lượng được tính bằng tổng số đơn vị dit liệu được truyền trong 1 đơn vị thời gian, chang hạn số gói tin hoặc số bytes dữ liệu truyền đi trong 1s.