Tài liệu Kết hợp diffserv và mpls trong việc đảm bảo chất lượng dịch vụ

Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc lập - Tự do - Hạnh Phúc ***** LỜI CAM ĐOAN Tôi tên là: Nguyễn Thị Đoan Trang Sinh viên lớp: 03ĐT3 Tôi xin cam đoan nội dung đồ án này không giống hoàn toàn với bất cứ đồ án hoặc công trình đã có từ trước. Nếu không đúng, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm. Đà Nẵng, ngày 20 tháng 5 năm 2008 Người cam đoan Nguyễn Thị Đoan Trang MỤC LỤC  3 Lời mở đầu ....................................................................................................................... Bảng tra cứu từ viết tắt ....................................................................................................... CHƯƠNG 1 CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG IP 1.1 Giới thiệu chương ................................................................................................. 1 1.2 Ưu và nhược điểm của mạng IP ............................................................................ 1 1.2.1 Ưu điểm ......................................................................................................... 1 1.2.2 Nhược điểm ................................................................................................... 1 1.3 Chất lượng dịch vụ QoS ........................................................................................ 2 1.3.1 Định nghĩa QoS ............................................................................................. 2 1.3.2 Tầm quan trọng.................................................................................................... 2 1.3.3 Các đặc tính QoS ........................................................................................... 4 1.3.3.1 Băng thông (bandwidth) ................................................................................ 4 1.3.3.2 Độ trễ (delay) ................................................................................................. 4 1.3.3.3 Độ trượt (Jitter) .............................................................................................. 5 1.3.3.4 Mất gói (loss) ................................................................................................. 5 1.3.4 Các giải pháp tăng QoS ....................................................................................... 6 1.3.4.1 Tăng băng thông ............................................................................................... 6 1.3.4.2 Giảm trễ ......................................................................................................... 7 1.3.4.3 Ngăn mất gói.................................................................................................. 7 1.4 Các kiểu dịch vụ QoS trong mạng ........................................................................ 8 1.4.1 Dịch vụ tích hợp Intserv ................................................................................ 8 1.4.1.1 Giao thức dự trữ tài nguyên RSVP (Resource Reservation Protocol) .......... 9 1.4.1.2 Cách thức hoạt động của RSVP................................................................... 10 1.4.2 Dịch vụ phân biệt Diffserv .......................................................................... 11 1.4.2.1 Các thuật ngữ sử dụng trong Diffserv ......................................................... 12 1.4.2.2 Điểm mã dịch vụ phân biệt DSCP (DiffServ code point) .......................... 13 1.4.2.3 Xử lý từng chặn PHB (Per-hop Behavior) .................................................. 15 1.4.2.4 Phân lớp lưu lượng và điều hòa ...................................................................... 17 1.4.2.4.1 Các bộ phân lớp (classiffier) ....................................................................... 18 1.4.2.4.2 Các hiện trạng lưu lượng ............................................................................. 18 1.4.2.4.3 Các bộ điều hòa lưu lượng .......................................................................... 19 1.4.2.4 Ví dụ ............................................................................................................ 20 1.4.2.6 Ưu điểm và hạn chế của DiffServ ............................................................... 22 1.4.2.6.1 Ưu điểm ....................................................................................................... 22 1.4.2.6.2 Hạn chế ........................................................................................................ 23 1.5 Những tồn tại của mạng IP trong việc phát hiện lỗi và tái định tuyến lưu lượng ... 23 1.6 Kết luận ................................................................................................................... 25 CHƯƠNG 2 MPLS, KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG VÀ CÁC CƠ CHẾ KHÔI PHỤC 2.1 Giới thiệu.................................................................................................................. 26 2.2 Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS .................................................................. 26 2.2.1 Khái niệm....................................................................................................................26 2.2.2 Đặc điểm của mạng MPLS .......................................................................................26 2.2.3 Phương thức họat động .............................................................................................27 2.2.4 Ưu điểm của MPLS ...................................................................................................27 2.3 Các khái niệm chính trong MPLS ............................................................................ 28 2.3.1 Nhãn (Label) .............................................................................................................28 2.3.2 Ngăn xếp nhãn (Label Stack) ..................................................................................29 2.3.3 Router biên LER .......................................................................................................30 2.3.4 Router chuyển mạch nhãn LSR ..............................................................................31 2.3.5 Lớp chuyển tiếp tương đương FEC ........................................................................31 2.3.6 Đường dẫn chuyển mạch nhãn LSP .......................................................................32 2.3.7 LIB và LFIB .............................................................................................................32 2.3.8 Giao thức phân phối nhãn LDP ..............................................................................33 2.4 MPLS-TE và cơ chế khôi phục đường dẫn .............................................................. 34 2.4.1 Kỹ thuật lưu lượng MPLS-TE .................................................................................34 2.4.1.1 Hoạt động của MPLS-TE ......................................................................................35 2.4.1.2 Ưu điểm của MPLS-TE .........................................................................................35 2.4.2 Các cơ chế bảo vệ và khôi phục đường trong MPLS ............................................36 2.4.2.1 Phân loại các cơ chế khôi phục .............................................................................37 2.4.2.1.1 Sửa chửa toàn cục và sửa chửa cục bộ .............................................................37 2.4.2.1.2 Tái định tuyến và chuyển mạch bảo vệ ............................................................37 2.4.2.2 Một số mô hình bảo vệ và khôi phục đường trong MPLS ................................38 2.4.2.2.1 Mô hình Makam ..................................................................................................38 2.4.2.2.2 Mô hình Haskin (Reverse Backup) ...................................................................39 2.4.2.2.3 Mô hình Symple Dynamic .................................................................................39 2.5 Kết luận .................................................................................................................... 40 CHƯƠNG 3 SỰ KẾT HỢP GIỮA DIFFSERV VÀ MPLS 3.1 Giới thiệu.................................................................................................................. 41 3.2 Sự kết hợp giữa MPLS và DiffServ ......................................................................... 41 3.2.1 DiffServ hỗ trợ MPLS ...............................................................................................41 3.2.2 MPLS hỗ trợ DiffServ ...............................................................................................42 3.2.3 Các đặc tính khác so với IP DiffServ ......................................................................42 3.2.4 Các dạng đường dẫn LSP trong MPLS-DiffServ ..................................................44 3.2.4.1 E-LSP .......................................................................................................................44 3.2.4.2 L-LSP .......................................................................................................................46 3.3 Kiểu chuyển tiếp nhãn trong các Router LSR DiffServ .......................................... 48 3.3.1 Xác định PHB đi vào ..........................................................................................49 3.3.2 Xác định PHB đi ra .............................................................................................49 3.3.3 Chuyển tiếp nhãn .................................................................................................49 3.3.4 Việc đóng gói của thông tin miền DiffServ DS...............................................49 3.4 Các kiểu thực thi ................................................................................................. 50 3.5 Ví dụ ......................................................................................................................... 51 3.6 Kết luận .................................................................................................................... 52 CHƯƠNG 4 CHƯƠNG TRÌNH VÀ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG SỰ KẾT HỢP DIFFSERV VÀ MPLS 4.1 Giới thiệu chương .................................................................................................... 53 4.2 Khái quát chung về NS-2 ........................................................................................ 53 4.3 Mô hình và kết quả mô phỏng.................................................................................. 55 4.3.1 Mô phỏng mạng IP không sử dụng DiffServ .........................................................56 4.3.1.1 Mô tả ........................................................................................................................56 4.3.1.2 Thực hiện và kết quả mô phỏng ...........................................................................57 4.3.1.3 Nhận xét ...................................................................................................................58 4.3.2 Mạng IP truyền thống sử dụng DiffServ ................................................................59 4.3.2.1 Mô tả ........................................................................................................................59 4.3.2.2 Thực hiện và kết quả mô phỏng ...........................................................................61 4.3.2.3 Nhận xét ...................................................................................................................64 4.3.3 Mô phỏng định tuyến ràng buộc trong mạng MPLS .............................................65 4.3.3.1 Mô tả ........................................................................................................................65 4.3.3.2 Thực hiện và kết quả mô phỏng ...........................................................................66 4.3.3.3 Nhận xét ...................................................................................................................67 4.3.4 Khôi phục đường dẫn trong mạng MPLS sử dụng DiffServ ...............................69 4.3.4.1 Mô tả ........................................................................................................................69 4.3.4.2 Thực hiện và kết quả mô phỏng ...........................................................................69 4.3.4.3 Nhận xét ...................................................................................................................71 4.4 Kết luận .................................................................................................................... 71 LỜI MỞ ĐẦU  Ngày nay, Internet đã trở thành phần không thể thiếu trong cuộc sống của chúng ta. Internet đã mở ra một chân trời mới đối với nhân loại Khi mạng Internet phát triển và mở rộng, lưu lượng Internet bùng nổ thì việc đáp ứng nhu cầu cho người sử dụng về chất lượng dịch vụ ngày càng cao, đòi hỏi các nhà cung cấp dịch vụ ISP luôn đứng trước thử thách. Các ISP xử lý bằng cách tăng dung lượng các kết nối và nâng cấp router nhưng vẫn không tránh khỏi nghẽn mạch. Lý do là các giao thức định tuyến thường hướng lưu lượng vào cùng một số các kết nối nhất định dẫn đến kết nối này bị quá tải trong khi một số tài nguyên khác không được sử dụng. Vì vậy, việc tìm ra giải pháp mới thỏa mãn được các nhu cầu của người dùng là vấn đề cấp bách và đang được ưu tiên hiện nay Được sự chỉ dẫn tận tình của các thầy cô trong khoa Điện Tử_ Viễn Thông em đã tìm hiểu về đề tài “Kết hợp DiffServ và MPLS trong việc đảm bảo chất lượng dịch vụ”. Nội dung của đề tài gồm những chương sau: ❖ Chương 1: Chất lượng dịch vụ trong mạng IP Trong chương này sẽ đề cập đến tầm quan trọng của chất lượng dịch vụ, một số giải pháp tăng QoS và đi sâu vào kiến trúc DiffServ cũng như cách thức hoạt động của nó ❖ Chương 2: MPLS, kỹ thuật lưu lượng và các cơ chế khôi phục Chương này sẽ giới thiệu một số khái niệm chính trong MPLS, kỹ thuật lưu lượng và các cơ chế khôi phục đường dẫn khi có sự cố đứt kết nối của nó. ❖ Chương 3: Sự kết hợp giữa DiffServ và MPLS Đi vào tìm hiều một số thủ tục cần thiết khi thiết lập DiffServ vào trong một mạng MPLS ❖ Chương 4: Chương trình và kết quả mô phỏng kết họp DiffServ và MPLS Sẽ mô phỏng mạng IP sử dụng DiffServ khi xảy ra sự cố đứt kết nối và mạng MPLS sử dụng DiffServ. Sau đó nhận xét và so sánh các kết quả đạt được Chương trình mô phỏng hoạt động dựa trên nền tảng hoạt động thực tế của mạng IP và MPLS Trong quá trình làm đồ án, em đã cố gắng rất nhiều song do kiến thức hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự góp ý, hướng dẫn và sự giúp đỡ của Thầy Cô, bạn bè. Suốt quá trình học tập, Thầy Cô đã truyền đạt cho em nhiều kiến thức quý báu tạo cơ sở cho em hoàn thành đồ án này. Em xin chân thành gởi lời cảm ơn đến các Thầy Cô trong khoa Điện Tử-Viễn Thông. Đặc biệt là Thầy giáo Nguyễn Duy Nhật Viễn đã đóng góp nhiều ý kiến quý báu và cổ vũ, động viên em trong thời gian qua. Em xin chân thành cám ơn! Đà Nẵng, tháng 5 năm 2008 Sinh viên thực hiện Nguyễn Thị Đoan Trang Thuật ngữ viết tắt AF Assured Forwarding Chuyển tiếp đảm bảo ATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền tải không đồng bộ BA Behavior Aggretate Tập hợp đối xử BE Best Effort Nổ lực tối đa BGP Border Gateway Protocol Giao thức cổng biên CBQ Class Based Queue Hàng đợi lớp cơ sở CR-LSP Contraint Routing-LSP Định tuyến ràng buộc LSP CS Class Selector Chọn lớp DiffServ Differented Service Dịch vụ phân biệt DLCI Data Link Connection Identifier Nhận dạng kết nối lớp liên kết dữ liệu DS Domain Service Miền dịch vụ DSCP Differantiated Service Code Point Điểm mã dịch vụ phân biệt EF Expecdited Forwarding Chuyển tiếp xúc tiến E-LSP EXP-inferred-class LSP LSP có lớp tham chiếu EXP ER Explicit Route Tuyến tường minh FEC Forwarding Equivalence Class Lớp chuyển tiếp tương đương FIB Forwarding Information Base Cơ sở thông tin chuyển tiếp FIS Fault Indication Signal Chỉ định báo hiệu lỗi FRS Fault Recovery Signal Tín hiệu khôi phục lỗi IntServ Integrated Service Dịch vụ tích hợp IPv4 IP version 4 LDP Label Distribution Protocol Giao thức phân phối nhãn LFIB Label Forwarding Information Base Cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn LIB Label Information Base Cơ sở thông tin nhãn L-LSP Label-inferred-class LSP LSP có lớp tham chiếu nhãn LSP Label Switching Path Đường dẫn chuyển mạch nhãn LSR Label Switching Router Router chuyển mạch nhãn MF Multi-Field Đa môi trường MPLS MultiProtocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức NHLFE Next Hop Label Forwarding Entry Trường chuyển tiếp nhãn chặn kế tiếp OSPF Open Shortest Path First Đường ngắn nhất ban đầu PHB Per-Hop Behavior Đối xử từng chặn PLS Path Switch LSR LSR chuyển đường PML Path Merge LSR LSR hợp nhất đường dẫn PSC PHB Scheduling Class Lớp lập lịch PHB QoS Quality Of Service Chất lượng dịch vụ SLA Service level Agreement Thỏa thuận mức dịch vụ RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức dự trữ tài nguyên TCA Traffic Control Aggrate Tập hợp điều khiển lưu lượng TCP Transport Control Protocol Giao thức điều khiển vẫn chuyển ToS Type Of Service Kiểu dịch vụ UDP User Datagram Protocol Giao thức khối dữ liệu người dùng VC Virtual Circuit Mạch ảo WFQ Weighted Fair Queue Hàng đợi cân bằng trọng số WRED Weighted Random Early Drop Hủy bỏ sớm ngẫu nhiên trọng số Chương 1 Chất lượng dịch vụ trong mạng IP Chương 1 Chất lượng dịch vụ trong mạng IP  1.1 Giới thiệu chương Ngày nay, Internet đã trở thành phần không thể thiếu trong cuộc sống của chúng ta. Internet đã mở ra một chân trời mới đối với nhân loại. Khi mạng Internet phát triển và mở rộng, lưu lượng Internet bùng nổ thì việc đáp ứng nhu cầu cho người sử dụng về chất lượng dịch vụ ngày càng cao, đòi hỏi các nhà cung cấp dịch vụ ISP luôn đứng trước thử thách làm sao luôn làm hài lòng các “thượng đế” của mình. Do đó việc cung cấp chất lượng dịch vụ QoS là cần thiết cho phép đảm bảo chất lượng của các ứng dụng thời gian thực như VoIP, Video Streaming và hạn chế nghẽn mạng. Trong chương này sẽ trình bày khái quát các khái niệm cơ bản trong chất lượng dịch vụ QoS, những thông số đặc trưng cho chất lượng dịch vụ, sự cần thiết của lĩnh vực này trong mạng IP. Đồng thời sẽ đi vào tổng quan về kiến trúc của QoS với các dịch vụ tích hợp (Intserv) và phân tích rõ các khái niệm, hoạt động cũng như ưu và nhược điểm của dịch vụ phân biệt (DiffServ) trong mạng IP. 1.2 Ưu và nhược điểm của mạng IP 1.2.1 Ưu điểm ▪ Trong định tuyến các router IP sẽ dùng thuật tóan SPF (Shortest Path Firstvào băng thông và hop count của đường đi) để tính toán đường đi ngắn nhất cho lưu lượng, giảm độ trễ của lưu lượng khi mạng hoạt động bình thường 1.2.2 Nhược điểm ▪ Do cơ chế định tuyến đường ngắn nhất (shortest path routing), khi lưu lượng trên mạng quá tải, các luồng lưu lượng vẫn được tính toán đi trên đường ngắn nhất. Do đó tắt nghẽn là không tránh khỏi trong khi một số đường vẫn không được sử dụng. việc sử dụng băng thông trong mạng không hiệu quả -1- Chương 1 Chất lượng dịch vụ trong mạng IP ▪ Để có thể chuyển tiếp gói tin đi trên mạng, các router phải kiểm tra địa chỉ đích và so sánh trong bảng định tuyến và xác định chặn tiếp theo của lưu lượng.họat động này làm tăng thời gian trễ của gói tin ▪ IP chỉ cung cấp dịch vụ Best effort, có nghĩa là khi hàng đợi cho chặn tiếp theo quá dài, gói tin sẽ bị trễ hay khi hàng đợi quá đầy, IP router cho phép hủy gói. Việc tăng thời gian trễ và mất dữ liệu là không thể dự đoán được. Với nhược điểm này yêu cầu cung cấp QoS trong mạng là vấn đề cần thiết. 1.3 Chất lượng dịch vụ QoS 1.3.1 Định nghĩa QoS Chất lượng dịch vụ là khả năng của một yếu tố mạng (ví dụ như một ứng dụng, máy chủ hay router) để có một vài mức đảm bảo cho lưu lượng và các yêu cầu dịch vụ cần được thỏa mãn. Nó ngày càng trở nên cần thiết trong việc quản lý mạng và sử dụng tài nguyên mạng hiệu quả để đáp ứng nhu cầu dịch vụ Internet ngày càng tăng nhanh. 1.3.2 Tầm quan trọng Khi lưu lượng được chuyển tiếp với tốc độ nhanh nhưng không có bất kỳ sự đảm bảo nào về thời gian xử lý cũng như độ tin cậy của việc vận chuyển lưu lượng đến đích, kiểu dịch vụ này đòi hỏi các giao thức ở lớp cao hơn, ví dụ như TCP để cung cấp tính tin cậy và điều khiển lỗi. Bảng trạng thái dưới đây thể hiện một số vấn đề thường gặp đối với mạng không hỗ trợ QoS. -2- Chương 1 Chất lượng dịch vụ trong mạng IP Bảng 1-1 Các vấn đề khi mạng không hỗ trợ QoS Dạng lưu lượng Vấn đề khi mạng không hỗ trợ Qos Thoại (voice) Tiếng nói truyền trên mạng thường khó hiểu Bị ngắt quảng, âm thanh không trong suốt Trễ truyền làm các cuộc đối thoại khó khăn hơn, khi đầu dây bên này đã kết thúc nhưng đầu bên kia vẫn không hay biết Hoặc các cuộc gọi sẽ không kết nối được Video Hình ảnh không ổn định Âm thanh không đồng bộ với hình ảnh Các hình động luôn bị “đóng băng” Dữ liệu (data) Tốc độ truyền dữ liệu chậm Mất dữ liệu khi đang truyền Với các xu hướng phát triển ồ ạt các dịch vụ thương mại điện tử (ecommerce), vấn đề đảm bảo chất lượng dịch vụ cho các ứng dụng trên mạng Internet trở nên cần thiết hơn bao giờ hết. Nhìn chung có 2 nhân tố cơ bản dẫn đến yêu cầu về chất lượng dịch vụ. ❖ Thứ nhất, với các công ty kinh doanh trên web, họ cần chất lượng dịch vụ để cải thiện và nâng cao chất lượng vận chuyển các thông tin và dịch vụ của họ đến khách hàng như một yếu tố để thu hút ngày càng nhiều khách hàng. ❖ Thứ 2, các nhà cung cấp dịch vụ Internet IPSs cần thêm nhiều các dịch vụ giá trị gia tăng trên mạng của họ để tăng lợi nhuận. Việc các nhà cung cấp không ngừng phát triển các dịch vụ, số lượng khách hàng ngày càng nhiều. Theo truyền thống nếu một mạng làm việc không có QoS thì giải pháp để giải quyết các tắc nghẽn trong mạng đòi hỏi một lượng băng thông lớn. Điều này là không khả thi đối với các nhà cung cấp dịch vụ (IPS) và các nhà kinh -3- Chương 1 Chất lượng dịch vụ trong mạng IP doanh mạng khác về giá thành cũng như tính hiệu quả của nó. Vì thế yêu cầu phải cung cấp chất lượng dịch vụ QoS là rất cần thiết. 1..3 Các đặc tính QoS Mặc dù chất lượng dịch vụ QoS chưa phải là giải pháp hoàn toàn nhưng nó ra đời nhằm giải quyết các vấn đề về lưu lượng trên mạng. Chất lượng dịch vụ thường được đánh giá bằng các thông số sau: ❖ Băng thông ❖ Độ trễ ❖ Độ rung pha ❖ Khả năng mất gói 1..3.1 Băng thông (bandwidth) Băng thông là tỉ lệ bit trên mỗi giây để phân phối dữ liệu đi trong mạng. Trong một số trường hợp, băng thông còn được hiểu là tốc độ đường kết nối vật lý hay là xung đồng hồ (clock rate) của mỗi interface. Ví dụ như các kết nối điểmđiểm trong mạng WAN thì băng thông 64kbps chính là tốc độ của đường kết nối vật lý. Nhưng đối với các kết nối trong mạng Frame relay hay ATM thì băng thông là tốc độ cam kết (CIR) giữa nhà cung cấp dịch vụ với khách hàng, băng thông này có thể lớn hơn tốc độ cam kết khi lưu lượng trong mạng cho phép. 1..3.2 Độ trễ (delay) Các mạng hiện nay thường tồn tại các loại trễ sau đây: ❖ Trễ môi trường truyền (propagation): là thời gian để chuyển gói đi, thời gian này thường phụ thuộc vào băng thông của giao tiếp ❖ Trễ xử lý và xếp hàng: đây là hai loại trễ tồn tại trong mỗi router ➢ Trễ xử lý: là thời gian để một router lấy gói tin từ interface vào và đặt nó vào hàng đợi của interface. Độ trễ sẽ phụ thuộc vào các yếu tố sau: + Tốc độ xử lý của CPU. + Khả năng xử dụng của CPU. + Mode chuyển mạch IP được sử dụng. + Cấu trúc của router. -4- Chương 1 Chất lượng dịch vụ trong mạng IP + Các đặc tính cấu hình trên các giao tiếp vào/ra. ➢ Trễ xếp hàng: khoảng thời gian gói nằm trên hàng đợi của router. Thời gian này phụ thuộc vào số lượng cũng như kích thước của các gói đang có trên hàng đợi và trên băng thông của interface. Đồng thời thông số này cũng phụ thuộc vào cơ chế xếp hàng gói tin. 1..3.3 Độ trượt (Jitter) Khái niệm độ trượt và độ trễ thường liên quan đến nhau. Một gói tin trong mạng với các thành phần độ trễ thay đổi thì luôn tồn tại độ trượt. Vậy khi độ trượt xảy ra thì có làm giảm đến chất lượng dịch vụ hay không? Đối với các ứng dụng dữ liệu thì độ trượt không làm giảm chất lượng là bao nhưng một số dạng lưu lượng khác như thoại được số hóa đòi hỏi các gói tin phải được truyền nhất quán tức là khoảng cách giữa các gói tin là đồng bộ. Dạng lưu lượng này còn gọi là lưu lượng đẳng thời (isochronous traffic). Dưới đây là một ví dụ để thấy rõ hơn về độ trượt. Hình 1.1 Ví dụ về độ trượt Xét 3 gói tin thoại đi từ máy 201 đến 301, thời gian truyền của mỗi gói tin là 20ms. Nhưng khi đi đến máy 301 thì gói tin thứ 3 thời gian truyền đã tăng lên 30ms, vậy 10ms chính là độ trượt của gói. 1..3.4 Mất gói (loss) Mất gói là một thông số quan trọng trong chất lượng dịch vụ, khi tỉ lệ mất gói xảy ra trong mạng quá lớn thì cần phải có biện pháp để khắc phục. Ví dụ như trường sửa lỗi FCS (Frame Check Sequence) sẽ kiểm tra các khung bị lỗi khi truyền -5- Chương 1 Chất lượng dịch vụ trong mạng IP trong mạng. Các công cụ của QoS có thể làm giảm mất gói tin khi các hàng đợi quá đầy. Ở các mạng hiện nay, số các gói tin bị mất do tỉ lệ lỗi bit là rất ít (tỉ lệ bit lỗi BER 10-9 là có thể chấp nhận) [2], đa số các gói tin bị mất là do bộ đệm và các hàng đợi quá tải. Do đó việc khắc phục tình trạng mất gói trong mạng là cần thiết. Forwarding IP IP IP IP IP Tail-drop Hình 1.2 Mất gói trong mạng 1.3.4 Các giải pháp tăng QoS 1.3.4.1 Tăng băng thông Hiện nay, một vài giải pháp để giải quyết vấn đề thiếu băng thông đã được đề ra: ❖ Tăng dung lượng liên kết nhằm tạo ra một lượng băng thông thừa để đảm bảo cho những người sử dụng hoặc các ứng dụng có yêu cầu băng thông lớn. Vấn đề này xem có vẻ đơn giản, tuy nhiên sẽ tốn rất nhiều thời gian cũng như tiền của để thực thi đề án này do những hạn chế trong thiết bị sẽ gây khó khăn trong công việc nâng cao khả năng băng thông lên quá lớn. ❖ Phân loại những lưu lượng thông tin thành các lớp và trao quyền ưu tiên chiếm giữ băng thông tùy theo tầm quan trọng của từng loại hình thông tin. ❖ Nén tải nhằm tăng dung lượng băng thông liên kết. Tuy nhiên, việc nén tải sẽ làm tăng độ trễ trong việc truyền dẫn do phải cần khoảng thời gian dài để thực hiện những thuật toán nhằm giải quyết việc nén dữ liệu. ❖ Một cơ chế nén hiệu quả hơn đó là nén phần header. Cơ chế nén này đặc biệt hiệu quả đối với những mạng có gói chứa dữ liệu nhỏ ( tỉ số tải trên header là nhỏ). -6- Chương 1 Chất lượng dịch vụ trong mạng IP 1.3.4.2 Giảm trễ Để giảm trễ trong mạng, dưới đây là một số giải pháp: ❖ Tăng dung lượng liên kết, với một dung lượng băng thông vừa đủ trên liên kết sẽ giúp rút ngắn chiều dài hàng đợi và như vậy gói sẽ không phải đợi lâu để được truyền đi. Mặt khác, thời gian phát định kỳ sẽ được giảm xuống. Tuy nhiên giải pháp sẽ không được khả thi do cùng việc tăng dung lượng thì giá thành cũng sẽ tăng theo. ❖ Một giải pháp có tính hiệu quả hơn đó là tạo ra một cơ cấu hàng đợi có hỗ trợ quyền ưu tiên đối với những gói có yêu cầu độ trễ nhỏ bằng cách đưa các gói tin này lên hàng đầu. ❖ Nén tải sẽ giảm được kích thước của gói và từ đó sẽ tăng được băng thông liên kết. Thêm vào đó, kích thước gói sẽ nhỏ hơn sau khi nén tải và gói sẽ yêu cầu thời gian truyền ngắn hơn. Tuy nhiên, để thực hiện nén tải cần được thực hiện thông qua các thuật toán phức tạp. Giải pháp này thường không được sử dụng đối với những gói truyền trong môi trường có độ trễ nhỏ. ❖ Việc nén header không là công việc tập trung xử lý chính mà nó sẽ được kết hợp với các kỹ thuật khác để giảm độ trễ. Phương thức này đặc biệt phù hợp với gói là voice. Bằng cách giảm độ trễ truyền dẫn thì độ trượt cũng được giảm đáng kể. 1.3.4.3 Ngăn mất gói Mất gói thông thường xảy ra khi router không còn thời gian bộ đệm phục vụ cho việc xếp hàng đợi. Router sẽ thực hiện loại bỏ gói trong những trường hợp sau: ✓ CPU bị nghẽn và không thể xử lý gói. ✓ Router không còn không gian bộ đệm ✓ CPU bị nghẽn và không thể ấn định một không gian bộ đệm nào cho các gói mới ✓ Lỗi khung (ví dụ CRC). -7- Chương 1 Chất lượng dịch vụ trong mạng IP Sau đây là một số giải pháp giúp tăng ngăn chặn mất gói đối với các ứng dụng: ▪ Tăng dung lượng liên kết để tránh nghẽn. ▪ Đảm bảo đủ lượng băng thông và tăng không gian bộ đệm nhằm đáp ứng được khi xảy ra bùng nổ thông tin. ▪ Tránh nghẽn bằng cách loại bỏ gói trước khi nghẽn xảy ra. WRED sẽ được sử dụng để thực hiện loại bỏ gói trước khi xảy ra nghẽn. Weighted Random Early Detection (WRED) IP Data FIFO queuing Custom Queuing (CQ) Modified Deficit Round Robin (MDRR) 1.4 Class-Based Hình 1.3 Tránh nghẽn ngănWeighted mất gói Fair Queuing (CBWFQ) {{{ Các kiểu dịch vụ QoS trong mạng Định nghĩa kiến trúc QoS ra đời vào giữa năm 1990, và cho đến nay nhóm nghiên cứu IETF (Internet Engineering Task Force) đã định nghĩa hai dạng kiến trúc QoS cho mạng IP đó là các dịch vụ tích hợp (IntServ) và các dịch vụ phân biệt (DiffServ). 1.4.1 Dịch vụ tích hợp Intserv Các dịch vụ tích hợp (Intserv) được nhóm nghiên cứu IETF đưa ra nhằm cung cấp các dịch vụ end-to-end giữa các máy chủ cho các ứng dụng point-to-point và point-to multipoint . Nó định nghĩa quá trình xử lý báo hiệu cho các luồng riêng biệt và yêu cầu phải dự trữ một lượng băng thông và độ trễ nhất định. Để đảm bảo cho mỗi dòng, IntServ mô tả hai thành phần: dự trữ tài nguyên và điều khiển lưu lượng. Dự trữ tài nguyên cho phép luồng dữ liệu riêng biệt yêu cầu một lượng băng thông và độ trễ thích hợp. Nếu việc báo hiệu thành công, thì các thành phần mạng sẽ phải dự trữ lượng băng thông cần thiết. Còn điều khiển lưu lượng Intserv sẽ -8- Chương 1 Chất lượng dịch vụ trong mạng IP quyết định yêu cầu dự trữ nào sẽ bị từ chối. Nếu tất cả các yêu cầu được chấp nhận thì sẽ có quá nhiều luồng lưu lượng đi trong mạng và kết quả sẽ không có luồng nào được nhận dịch vụ yêu cầu cả. Hình 1.4 Kiến trúc dịch vụ Intserv 1.4.1.1 Giao thức dự trữ tài nguyên RSVP (Resource Reservation Protocol) RSVP là một giao thức cho việc thiết lập các dự trữ tài nguyên. Giao thức RSVP được các máy chủ sử dụng để yêu cầu các chất lượng dịch vụ đặc biệt từ mạng cho các ứng dụng riêng biệt như các dòng dữ liệu hay các luồng thông tin. Các router cũng có thể sử dụng giao thức này để thiết lập, duy trì và phân phối các yêu cầu QoS cho các node hoạt động dọc theo đường dẫn. Kết quả là các tài nguyên sẽ được dự trữ cho mỗi node theo đường dữ liệu. RSVP phải mang các thông tin sau: ▪ Thông tin phân loại, nhờ nó mà các luồng lưu lượng với các yêu cầu QoS cụ thể có thể được nhận biết trong mạng. Thông tin này bao gồm địa chỉ IP phía gửi và phía nhận, số cổng UPD. ▪ Chỉ tiêu kỹ thuật của luồng lưu lượng và các yêu cầu QoS Rõ ràng là RSVP phải mang những thông tin này từ các máy chủ tới tất cả các tổng đài chuyển mạch và các router dọc theo đường truyền từ bộ gửi đến bộ -9-