Tài liệu Qos trong mạng tổ hợp thoại và dữ liệu

1 MỤC LỤC MỤC LỤC……………………………………………………………………………………...1 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT…………………………………………………………….4 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU………………………………………………………………6 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ………………………………………………………………….7 MỞ ĐẦU…………………………………………………………………………….. .……….9 CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ QOS ....................................................................................11 1.1 QoS là gì, tại sao phải triển khai QoS ....................................................................11 1.1.1. Khái niệm về QoS ...........................................................................................11 1.1.2.Tại sao phải triển khai QoS ........................................................................11 1.2. Các vấn đề chính giải quyết trong QoS ............................................................12 1.2.1. Băng thông .................................................................................................13 1.2.2. Trễ ..............................................................................................................15 1.2.3. Trƣợt ..........................................................................................................20 1.2.4. Mất gói .......................................................................................................20 CHƢƠNG 2: CÁC ĐẶC ĐIỂM CỦA CISCO QOS ..............................................................23 2.1. Phân loại gói và cơ sở chính sách định tuyến...................................................23 2.1.1. Phân loại gói .............................................................................................23 2.1.2. Quyền ƣu tiên IP .......................................................................................23 2.1.3 Cơ sở chính sách định tuyến ......................................................................25 2.2 Quản lý nghẽn ...................................................................................................26 2.2.1: Cơ chế quản lý nghẽn ................................................................................26 2.2.2. Phạm vi ứng dụng .....................................................................................27 2.2.3 Hàng đợi phục vụ dựa trên khác hàng ........................................................28 3.2.4. Hàng đợi dựa trên quyền ƣu tiên ................................................................29 2.2.5. Hàng đợi dựa trên trọng số .........................................................................31 2.3 Tránh tắc nghẽn .................................................................................................37 2 2.3.1. Cơ chế tránh tắc nghẽn ...............................................................................37 2.3.2. Tail drop .....................................................................................................37 2.3.3. WRED ........................................................................................................37 2.4. Kiểm soát và sửa dạng lƣu lƣợng .....................................................................40 2.4.1. Kiểm soát lƣu lƣợng với giám sát tốc độ cam kết .....................................40 2.4.2. Sửa dạng lƣu lƣợng ....................................................................................42 2.5. Cơ chế liên kết hiệu quả ...................................................................................44 2.5.1 Phân mảnh và chèn với MLP .....................................................................44 2.5.2 Các giải thuật nén ........................................................................................45 CHƢƠNG 3 : TỔ HỢP THOẠI VÀ DỮ LIỆU TRONG MẠNG IP-177 ..….........................41 3.1. Tổ hợp thoại và dữ liệu .....................................................................................51 3.2. Các thuộc tính của Thoại và Dữ liệu ................................................................51 3.2.1. Các thuộc tính của Thoại ...........................................................................51 3.3.2. Các đặc tính của Dữ liệu ............................................................................57 3.3. Tổ hợp Thoại và Dữ liệu trong mạng IP-177 ...................................................59 3.3.1. Hiện trạng mạng và sự cần thiết phải tổ hợp thoại và dữ liệu trong mạng IP-177 .............................................................................................................59 3.3.2. Tổ hợp thoại và dữ liệu .............................................................................61 3.3.3 Các chính sách QoS trong vấn đề tổ hợp Thoại và Dữ ...............................63 CHƢƠNG 4: TRIỂN KHAI QOS .............…...........................................................................67 4.1. Mô hình triển khai QoS ....................................................................................67 4.2. Mô hình dịch vụ tổ hợp .....................................................................................67 4.2.1. Các yêu cầu chức năng cơ bản ...................................................................67 4.2.2. Giao thức dự trữ tài nguyên RSVP ............................................................68 4.3. Mô hình dịch vụ phân biệt ...............................................................................71 4.3.1. Tổng quan DiffServ ...................................................................................71 4.3.2. Kiến trúc DiffServ ......................................................................................72 4.3.3. Đánh dấu các gói trong DS ........................................................................74 4.3.4. PHP trong DiffServ ....................................................................................74 4.3.5. Phân loại gói và điều hòa lƣu lƣợng ..........................................................79 4.4. Triển khai QoS trong mạng IP - 177 ................................................................80 3 4.4.1 Xác định mô hình dịch vụ ...........................................................................81 4.4.2. Xác định các kiểu dữ liệu và phân lớp dịch vụ ..........................................81 4.4.3. Định nghĩa từng chính sách cho từng loại dịch vụ ....................................83 4.4.4 Áp dụng các chính sách .............................................................................84 4.4.5. Giám sát QoS trong mạng tổ hợp thoại và dữ liệu….................................85 KẾT LUẬN……………………………………………………………………………………95 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………...96 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 4 A ACL Access-control lists AF ATM Assured Forwarding Asynchronous Transfer Mode B BA C CAR CoS CQ CS D Behavior Aggregation DiffServ Diffirentiated Service DS Differentiated Services) DSCP Differentiated Services Code Point Committed Access Rate Class of Service Custom Queuing Class Selector E EF Expedited Forwarding F FIFO First In First Out G GTS Generic Traffic Shaping I IntServ Intergrated Service L LFI Link Fragmentation and Interleaving M MLP Multilink PPP P PBR PHB Policy-Based Routing Per Hop Behavior PoP Point of Presence PQ Priority Queuing 5 Q QoS R RED RSVP RTP S SLA T TC TCA TCP ToS U UDP V VoIP Quality of Service Random Early Detection Resource Reservation Protocol Real-Time Rrotocol Service Level Agreement Traffic Class Traffic Conditioning Agreement Transport Control Protocol Type of Sevice User Datagram Protocol Voice over Internet Protocol W WFQ WRED Weighted Fair Queuing 6 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Gía trị ƣu tiên IP Precedence………………………………………….……24 Bảng 2.2: So sánh các đặc tính hàng đợi………………………………………………28 Bảng 2.3: Đặc tính các thuật toán nén…………………………………………………48 Bảng 3.1: Các loại chuẩn mã hóa thông dụng…………………………………………52 Bảng 3.2: Băng thông yêu cầu với các kiểu liên kết dữ liệu khác nhau……………….53 Bảng 3.3: Tiêu chuẩn trễ của ITU và Cisco…………………………………………...54 Bảng 3.4: So sánh đặc tính băng thông thoại và dữ liệu………………………………58 Bảng 3.5: Chi phí kết nối kênh liên tỉnh………………………………………………60 Bảng 3.6: Chi phí mua sắp thiết bị mạng……………………………………………...61 Bảng 4.1: Các bản tin RSVP…………………………………………………………..70 Bảng 4.2: Giá trị DSCP lựa chọn theo lớp…………………………………………….76 Bảng 4.3: Giá trị DSCP lựa chọn theo lớp mở rộng ………………………………….76 Bảng 4.4: Các loại AF DSCP và xác suất rớt gói. ……………………………………78 Bảng 4.5: Thống kê chính sách QoS…………………………………………………..83 Bảng 4.6: Thông kê hiệu xuất sử dụng kênh trung bình………………………………85 Bảng 4.7: Thông kê hiệu xuất sử dụng kênh cao nhất………………………………...86 Bảng 4.8: Thống kê trễ nội mạng ……………………………………………………..86 Bảng 4.9: Thống kê chất lƣợng kênh truyền…………………………………………..87 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Băng thông trong mạng Điểm - Điểm và Đa truy nhập……………………13 Hình 1.2 : Mô hình truyển tin với nén và không nén………………………………….14 7 Hình 1.3: Router sử dụng 2 cơ chế hàng đợi………………..…………………………15 Hình 1.4: Trễ hàng đợi…...……………………………………………………………17 Hình 1.5: Ví dụ trễ mạng………………………………………………………………18 Hình 1.6: Ví dụ về trƣợt……………………………………………………………….19 Hình 1.7: Cơ chế rớt gói khi hàng đợi bị đầy………………………………………….21 Hình 2.1: Cấu trúc trƣờng ToS trong gói tin IPv4…………………………………….23 Hình 2.2: Nguyên lý hoạt động của CQ……………………………………………….29 Hình 2.3: Nguyên lý hoạt động của PQ……………………………………………….30 Hình 2.4: Cơ chế hàng đợi WFQ……………...……………………………………... 32 Hình 2.5: Xác suất rớt gói sử dụng RED ……………………………………………..38 Hình 2.6: Nguyên lý hoạt động của WRED…………………………………………...39 Hình 2.7: Cơ chế hoạt động của GTS…………………………………………………43 Hình 2.8: Nguyên tắc hoạt động của LFI……………………………………………...45 Hình 2.9: Các kiểu nén………………………………………………………………...47 Hình 3.1: Cấu trúc gói IP……………………………………………………………...51 Hình 3.2: Lƣu đồ thực hiện cuộc gọi………………………………………………….52 Hình 3.3: Ảnh hƣởng của Jitter đến thoại……………………………………………..55 Hình 3.4: Nhiều hàng đợi ƣu tiên thoại xử lý mất gói. ……………………………….57 Hình 3.5: Sơ đồ mạng IPT HNI - HPG………………………………………………..60 Hình 3.6: Sơ đồ đấu nối sử dụng chung kênh thuê riêng thông qua QoS……………..62 Hình 3.7: Mô hình tổ hợp dịch vụ hoàn tất……………………………………………63 Hình 4.1: Nguyên tắc hoạt động của RSVP…………………………………………...69 Hình 4.2: Cấu trúc RSVP.……………………………………………………………..70 Hình 4.2: Miền IP - IP Domain………………………………………………………..72 Hình 4.3: Miền DS…………………………………………………………………….73 Hình 4.4: Vùng DS - DS region.....................................................................................73 Hình 4.5: Khuân dạng trƣờng DS……………………………………………………..74 Hình 4.5: Phân lớp và điều hòa lƣu lƣợng…………………………………………….80 Hình 4.6: Sơ đồ kết nối HNI- HPG……………………………………………………81 8 Hình 4.7: Tổ chức phân lớp dịch vụ…………………………………………………...83 Hình 4.8: Áp dụng chính sách QoS……………………………………………………84 Hình 4.9: Mô hình đo thử nghiệm tại phòng Lab - IPT……………………………….90 Hình 4.10: Chất lƣợng cuộc gọi……………………………………………………….91 Hình 4.11: Chi tiết phân bố QoS của cuộc gọi….……………………………………..92 Hình 4.12: Sơ đồ đấu nối đo chất lƣợng dịch vụ tuyến HNI - HPG…………………..93 9 MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây Công nghệ truyền thông ngày càng phát triển, xu thế mạng hội tụ ra đời với xuất hiện của mô hình mạng NGN cho phép nhà cung cấp nhiều loại hình dịch vụ khác nhau. Một thực tế dễ nhận thấy rằng đối với các mạng cũ đang tồn tại việc chuyển đổi hoàn toàn sang kiến trúc NGN là khó có thể thực hiện đƣợc do tốn qúa nhiều nhân lực lẫn vật lực. Nhƣng xu thể hội tụ là tất yếu và nó không chỉ thực hiện trong mạng NGN mà cần thực hiện trong các mạng khác mà cung cấp các dịch vụ dựa trên một nền tảng chung. Tổ hợp dịch vụ giải quyết tăng hiệu suất và giảm chi phí điều hành mạng từ đó đáp ứng nhu cầu càng cao của khách hàng đồng thời tăng doanh thu cho các nhà cung cấp Với mạng IPT của Sài Gòn Postel cung cấp 2 dịch chính thoại VoIP và Dữ liệu Internet dựa trên nền giao thức IP thì việc tổ hợp dịch vụ lại cần thiết hơn bao giờ hết. Tuy nhiên cũng phải nhận thấy rằng, các dịch vụ khác nhau có các yêu cầu về chất lƣợng dịch vụ khác nhau. Do vậy song song với tiến trình tổ hợp dịch vụ thì triển khai các chính sách QoS cũng phải đƣợc thực thi đồng thời nhằm đảm bảo các yêu cầu mà dịch vụ đƣa ra. Việc nghiên cứu đề tài này sẽ giúp ích rất lớn cho việc thúc đẩy tổ hợp dịch vụ trong một số mạng cung cấp các dịch vụ khác nhau dựa trên nền giao thức IP ở Việt Nam nói chung và trong mạng IPT của SPT nói riêng. Luận văn tốt nghiệm cao học của tôi là: "QoS trong mạng tổ hợp Thoại và Dữ liệu" Nội dung luận văn bao gồm 4 chƣơng: Chương1: Tổng quan QoS. Giới thiệu tổng quan về QoS, sự cần thiết phải triển trai QoS trong mạng hội tụ đa dịch vụ. Trình bầy các vấn đề chính của QoS và các đặc tính của chúng. Chương 2: Các đặc điểm Cisco QoS. 10 Miêu tả các công cụ QoS của Cisco đƣợc áp dụng trong phần lớn các nhà cung cấp dịch thoại VoIP và Internet tại Việt Nam. Các tính năng bao gồm phân loại gói, quản lý nghẽn, tránh tắc nghẽn, quản lý lƣu lƣợng và các liên kết hiệu quả đƣợc thực thi. Chương 3: Vấn đề tổ hợp thoại và dữ liệu trong mạng IP -177. Phân tích chi tiết các đặc tính QoS của thoại và dữ liệu. Phân tích mô hình cung cấp dịch vụ trong mạng IP -177, tự đó lập kế hoạch triển khai tổ hợp dịch vụ và tính toán các chính sách QoS liên quan. Chương 4: Triển khai QoS. Phân tích các mô hình QoS thông dụng, phƣơng thức triển khai QoS trong mạng IP 177. Đồng thời bƣớc đầu giám sát đánh giá chất lƣợng dịch vụ mạng. Do thời gian nghiên cứu có hạn, triển khai QoS trong mạng thực tế là khá phức tạp nên bản luận văn chắc hẳn không tránh khỏi sơ xuất cả về nội dung lẫn hình thức. Kính mong đƣợc sự góp ý của thầy cô và các bạn đồng nghiệp. 11 CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ QOS 1.1 QoS là gì, tại sao phải triển khai QoS: [10,11] 1.1.1. Khái niệm về QoS: Chất lƣợng dịch vụ hay còn gọi tắt là QoS là một thuật ngữ đƣợc sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Hiểu một cách đơn giản QoS là các cơ chế, công cụ đảm bảo cho các mức dịch vụ khác nhau thỏa mãn các tiêu chuẩn trễ, mất gói,.....ở một mức xác định trƣớc. Khi nói tới QoS chúng ta ngay lập tức nghĩ rằng QoS bao gồm nhiều cơ chế hàng đợi khác nhau nhƣ hàng đợi dựa trên trọng số cân bằng, theo từng khách hàng...Tuy nhiên thực tế các đặc tính QoS bao gồm rất nhiều thành phần khác nhau nhƣ phân mảnh và liên kết gói, nén dữ liệu, các cơ chế kiểm soát và định dạng lƣu lƣợng các đặc tính lựa chọn rớt gói..... Có nhiều công cụ cho phép chúng ta thực hiện QoS. Trong một vài trƣờng hợp cụ thể nào đó đôi khi không cần sử dụng công cụ nào ta cũng đạt đƣợc QoS ở một mức nhất định. 1.1.2.Tại sao phải triển khai QoS: Cùng với sự phát triển không ngừng về kiến trúc phần cứng , phần mềm cũng song hành phát triển cung cấp đến ngƣời dùng nhiều loại hình dịch vụ khác nhau. Một thực tế cho thấy rằng việc xây dựng mạng hạ tầng cơ sở xét về mặt kinh tế là tƣơng đối tốn kém. Nếu nhƣ chúng chỉ đƣợc sử dụng cơ sở đó và triển khai một vài dịch vụ thì quả là lãng phí. Và một xu thế chung ra đời đó là xây dựng mạng hạ tầng có thể thích ứng nhiều loại hình dịch vụ khác nhau. Với mạng nhƣ vậy ngƣời ta quen gọi là mạng hội tụ. Trong một mạng hội tụ một vấn đề xảy ra đó là cần đảm bảo tránh sự va chạm giữa các dịch vụ và đảm bảo làm sao chất lƣợng dịch vụ của chúng ở mức ngƣời dùng có thể chấp nhận đƣợc. Với một mạng mà không áp dụng một cơ chế QoS nào thì vấn đề này khó có thể đảm bảo đƣợc vì các dịch vụ khác nhau thì đòi hỏi các tiêu chuẩn kỹ thuật là khác nhau. 12 Chính vì vậy triển khai một cơ chế QoS là một điều cần thiết và là xu thế tất yếu trong mạng Viễn thông hiện đại. Sử dụng các đặc tính QoS cho phép mạng có thể ƣớc lƣợng và dự đoán từng thay đổi của dịch vụ về các ứng dụng, lƣu lƣợng và sử dụng nó để nâng cao các tính năng nhƣ điều khiển nguồn tài nguyên, dự trữ băng thông và đáp ứng các yêu cầu đặc biệt. Hơn thế nữa, thực hiện đầy đủ các tính năng QoS trong mạng làm nâng cao độ an toàn và tin cậy trong mạng và có thể mở rộng để tích hợp mạng đa dịch vụ trong tƣơng lai. 1.2. Các vấn đề chính giải quyết trong QoS: [12] Các loại dịch vụ khác nhau trong một mạng thì có các yêu cầu đặc tính kỹ thuật khác nhau. Ví dụ một ứng dụng truyền file chỉ cần truyền xuyên xuốt giữa các node , vấn đề trễ gói không phải là vấn đề lớn lắm. Ngƣợc lại các ứng dụng trực tuyến cần có thời gian đáp ứng đảm bảo. Một cuộc gọi cần đảm bảo yêu cầu nghiêm nghặt về trễ trong khi đó các dịch vụ truyền hình hội nghị thì lại cần băng thông khả dụng. Về mặt lý thuyết, QoS cần phải giải quyết tất cả các yêu cầu lƣu lƣợng trong mạng, tuy nhiên thực tế QoS không thể giải quyết tất cả các phạm trù khác nhau về tiêu chuẩn mạng. Trong đa phần mạng hiện nay để cải thiện chất lƣợng mạng việc triển khai QoS nhằm giải quyết 4 vấn đề chính, đó là: - Băng thông (Bandwidth). - Trễ (Delay). - Trƣợt (Jitter). - Mất gói (Loss packet) Thật không may mắn việc cải thiện một đặc tính QoS này có thể làm giảm một vài đặc tính khác. Băng thông định nghĩa khả năng môi trƣờng truyền dẫn. Các công cụ nén làm giảm lƣợng băng thông truyền các gói đi nhƣng tiến trình nén bổ xung trễ truyền gói tin và tăng chu trình làm việc của CPU. Jitter là sự biến độ trễ giữa các gói liên tiếp , vì vậy thỉnh thoảng Jitter còn đƣợc gọi là trễ biến đổi " delay variation". Một Router có thể làm giảm Jitter của luồng này nhƣng thông thƣờng lại làm tăng trễ và Jitter của luồng khác. 13 Với sự tƣơng tác lẫn nhau nhƣ vậy khi triển khai một đặc tính QoS nào đó cần tìm hiểu kỹ ảnh hƣởng của nó tới các đặc tính QoS khác. 1.2.1. Băng thông: Khái niệm băng thông liên quan tới số lƣợng bít trong một giây mà đƣợc phân phối thành công trên một vài môi trƣờng truyền dẫn nào đó. Trong một số trƣờng hợp băng thông tƣơng ứng với tốc độ liên kết vật lý hoặc tốc độ xung đồng hồ của giao diện. Trong một số trƣờng hợp khác băng thông thƣờng nhỏ hơn tốc độ thực của tuyến liên kết. Ví dụ trong mạng có topo dạng Điểm - Điểm thì băng thông mạng WAN là tƣơng đƣơng tốc độ liên kết kênh vật lý hay tốc độ đồng hồ nhịp của môi trƣờng vật lý đƣợc sử dụng để truyền. Do dữ liệu đƣợc truyền từ node này và nhận tại đầu kia nên không thể truyền dữ liệu các bít dữ liệu lớn hơn tốc độ xung nhịp của liên kết đó. Tuy nhiên trong , mạng có kiến trúc đa truy nhập ví dụ nhƣ Frame Relay, ATM khái niệm băng thông phức tạp hơn nhiều. Băng thông thực tế đạt đƣợc dựa trên thỏa thuận kết nối dịch vụ giữa nhà cung cấp với khách hàng hay giữa các nhà cung cấp khác nhau. Ví dụ băng thông mô tả nhƣ hình sau: R1 R2 CIR: 128 Kbps R1 Tốc độ truy nhập: 512 Kbps R1 Tốc độ truy nhập: 1544 Kbps Hình 1.1: Băng thông trong mạng Điểm - Điểm và Đa truy nhập. QoS tốt nhất trong vấn đề giải quyết băng thông là dành càng nhiều băng thông cho các kết nối càng nhiều càng tốt. Tuy nhiên thực tế việc thêm nhiều băng thông cũng không thể giải quyết tất cả các vấn đề QoS. Ví nhƣ ở các mạng hội tụ (Thoại, dữ liệu, truyền hình hội nghị...) việc bổ xung thêm nhiều băng thông có thể làm phát sinh các vấn đề về trễ. 14 Một số công cụ QoS cải thiện băng thông dựa trên các liên kết hiệu quả bằng cách giảm bớt số lƣợng bít yêu cầu khi thực hiện truyền tin. Ví dụ cơ chế truyền tin sử dụng nén. Nhƣ mô tả hình sau: S0 Tải yêu cầu: 80 Kbps Nén Hàng đợi FiFo Hàng đợi TX Tốc độ kênh: 64 Kbps Tốc độ truyền: 64 Kbps Router 2 Router 1 S0 Tải yêu cầu: 80 Kbps Hàng đợi FiFo Hàng đợi TX Tốc độ kênh: 64 Kbps Tốc độ truyền: 64 Kbps Router 2 Router 1 Hình 1.2 : Mô hình truyển tin với nén và không nén. Ví dụ với luồng dữ liệu 80 kbps cần truyền trên một liên kết Điểm - Điểm có tốc độ 64 kbps. Với trƣờng hợp không nén, khi hàng đợi bị đầy, các bít ở cuối hàng đợi sẽ bị loại bỏ. Cơ chế này còn gọi là "tail drop". Trong trƣờng hợp sử dụng nén, giả sử tỉ lệ nén 2:1 khi đó luồng 80 kbps chỉ yêu cầu 40 kbps nhờ đó cải thiện đƣợc băng thông cần truyền đƣa. Một số công cụ QoS khác tác động trực tiếp tới băng thông ví dụ cơ chế CAC. CAC sẽ quyết định khi nào mạng có thể chấp nhận các dữ liệu nhƣ thoại, video đƣợc gửi tới nó. Một công cụ khá hữu ích trong vấn đề cải thiện băng thông là cơ chế hàng đợi. Các công cụ hàng đợi tạo ra nhiều hàng đợi khi có các gói đƣợc xếp hàng đợi dựa trên thuật toán hàng đợi phục vụ. Thuật toán này phải bao gồm một đặc tính mà đảm bảo một lƣợng băng thông tối thiểu trên hàng đợi, đặc biệt nào đó. Ví dụ một hệ thống bao gồm 2 hàng đợi nhƣ sau: 15 Hàng đợi 1 75 % băng thông 4 4*1500byte (Gói tin) 32 1 Hàng đợi 2 Router 1 Router 2 25 % băng thông Hình 1.3: Router sử dụng 2 cơ chế hàng đợi. 1.2.2. Trễ: Tất cả các gói tin trong mạng đều trải qua một vài khoảng trễ trƣớc khi tới đƣợc đích. Phần lớn các khái niệm đằng sau các cơ chế QoS đều liên quan bởi trễ. Bởi vậy việc nghiên cứu chi tiết các loại trễ là đặc biệt quan trọng trƣớc khi triển khai các công cụ QoS. Tổng cộng có 8 loại trễ bao gồm: + Trễ nối tiếp ( Serialization Delay ). + Trễ lan truyền ( Propagation Delay ). + Trễ hàng đợi ( Queuing Delay ). + Trễ chuyển tiếp và xử lý ( Forwading/ Processing Delay ). + Trễ do sửa dạng lƣu lƣợng ( Shaping Delay ). + Trễ mạng ( Network Delay ). + Trễ do mã hóa ( Codec Delay ). + Trễ do nén ( Compression Delay ). 1.2.2.1. Trễ nối tiếp (Seria Lization Delay): Tƣởng tƣợng rằng ta đang đứng tại sân một nhà ga. Có một đoàn tầu tiến đến nhƣng nó không dừng lại. Bởi vì các toa tầu nối liền vói nhau do vậy tồn tại một khoảng thời gian giữa lúc đầu tầu bắt đầu đến cho đến khi cả đoàn tàu dịch chuyển qua. Nếu đoàn tầu đủ dài hay tốc độ di chuyển đoàn tầu là tƣơng đối chậm thì nó chiếm khoảng thời gian khá lớn để dịch chuyển toàn bộ toa tầu đi qua. Trong các mạng truyền đƣa thông tin, trễ nối tiếp phát sinh tƣơng tự trễ giữa các toa đầu và cuối của một đoàn tàu. 16 Trễ nối tiếp đƣợc định nghĩa là thời gian cần thiết để mã hóa các bít của một gói tin đƣa lên trên một giao tiếp vật lý. Trễ nối tiếp là thông số phụ thuộc vào cỡ gói và tốc độ kênh liên kết. Ta có thể dễ nhận thấy rằng nếu tốc độ của liên kết này nhanh, hay chiều dài gói ngắn thì trễ này cũng giảm. Trễ này đƣợc tính bằng công thức sau: Trễ nối tiếp = Tổng số bít Tốc độ kênh Trong mạng IP trễ nối tiếp trên giao tiếp Ethernet là không đáng kể do tốc độ Ethernet là rất lớn. Nó tập trung chủ yếu trên giao tiếp Serial kết nối các Router. 1.2.2.2. Trễ lan truyền (Propagation Delay): Trễ lan truyền đƣợc định nghĩa là khoảng thời gian cần thiết để truyền 1 bit thông tin từ nơi gửi đến đích trên một liên kết môi trƣờng vật lý. Thông thƣờng thì chỉ chiều dài truyền tin là ảnh hƣởng tới loại trễ này. Ngƣời ta thƣờng tính theo công thức: Trễ lan truyền = Chiều dài tuyến (m) 3 x 108 (m/s) Chiều dài tuyến (m) 2.1 x 108 (m/s) Trong đó : 3 x 108 là tốc độ ánh sáng trong môi trƣờng chân không . 2,1 x 108 là tốc độ ánh sáng trong môi trƣờng cáp quang hoặc là tốc độ của cáp đồng trong trƣờng hợp cần đo đạc chính xác. 1.2.2.3. Trễ hàng đợi (Queuing Delay): Trễ hàng đợi đƣợc hiểu là khoảng thời gian mà nó đợi để gửi các gói khác đi hay nói một cách khác trễ hàng đợi bao gồm thời gian nó tiêu phí khi vẫn còn ở trên thiết bị. Phần lớn mọi ngƣời liên tƣởng tới trễ hàng đợi hay các chiến lƣợc hàng đợi khi giải quyết các vấn đề QoS. Nhƣng thực tế, các công cụ hàng đợi chỉ là một phần của các công cụ QoS. 17 Giải quyết trễ hàng đợi là rất quan trọng, bởi vì thời gian đợi có thể rất lớn cỡ từ vài trăm ms trở lên. Ví dụ về trễ hàng đợi nhƣ sau: Router 1 4*1500 byte (gói tin) 4 3 2 1 56 kbps Trễ gói thứ 4 là 642 ms Hàng đợi FIFO Hình 1.4: Trễ hàng đợi Giả sử có 4 gói tin, mỗi gói tin có 1500byte cần đƣợc truyền đi trên kênh đầu ra tốc độ 56 kbps. Để truyền hết gói đầu tiên nó cần khoảng thời gian là 1500*8/56,000 hoặc 214 ms ( trễ nối tiếp giữa các bít trong một gói ) trong khoảng thời gian này các gói còn lại sẽ đƣợc lƣu trong bộ đệm hàng đợi hoặc bị loại bỏ nếu hàng đợi bị đầy. Giả sử hàng đợi sử dụng phƣơng thức hàng đợi FIFO và bộ nhớ hàng đợi còn trống. Khi đó gói thứ 2 đợi 214 ms (để truyền hết gói thứ nhất), tƣơng tự gói thứ 3 phải đợi 428 ms kết quả gói thứ 4 có trễ trong hàng đợi là 642 ms. 1.2.2.4. Trễ chuyển tiếp và xử lý (Forwading/ Processing Delay): Đây là loại trễ mà thời gian chuyển tiếp các gói tin trong các Switch hoặc Router. Chú ý rằng nó không bao gồm tất cả khoảng thời gian bên trong Router hay Switch, tức là không bao gồm trễ hàng đợi. Nó bao gồm tất cả thời gian trong tiến trình nhận gói tin vào và chuyển tiếp nó tới giao diện đầu ra tiếp theo. - Kiểu trễ này là tƣơng đối nhỏ, nói chung nó không ảnh hƣởng lớn tới trễ tổng thể của gói tin. 1.2.2.5. Trễ do sửa dạng lƣu lƣợng (Shaping Delay): Việc sửa dạng lƣu lƣợng là nguyên nhân bổ sung thêm trễ. Chu trình này đƣợc thực hiện do hàng đợi phục vụ chậm hay trong trƣờng hợp vi phạm tốc độ cam kết. Cơ chế này là cần thiết để giảm hiện tƣợng trƣợt , rớt gói tin. Tuy nhiên, mặt trái của nó là phát sinh thêm trễ. 1.2.2.6.Trễ mạng (Network Delay): 18 Phần lớn ngƣời thiết kê mạng thƣờng vẽ một đám mây "cloud" để mô tả cho một mạng Frame Relay hoặc ATM bởi vì cấu trúc chi tiết của nó không đƣợc tiết lộ tới khách hàng. Tuy nhiên các thành phần trễ bên ngoài cũng tồn tại bên trong đám mây. Trễ này ngƣời ta thƣờng gọi là trễ mạng hay là các trễ phát sinh khi gói tin đƣợc truyền xuyên qua một mạng nào đó. Trễ mạng là biến đổi và khó xác định trƣớc nó phụ thuộc vào nhà cung cấp, trạng thái các tuyến trong mạng, điều kiện tắc nghẽn... Trong một số trƣờng hợp nhà cung cấp có thể giới hạn trễ này tùy theo thỏa thuận mức dịch vụ giữa nhà cung cấp và khác hàng hay giữa các nhà cung cấp với nhau. Ví dụ trễ mạng nhƣ sau: GW1 Trễ lan truyền giữa R2 và R3 R2 R1 SW 201 Trễ nối tiếp 301 Hình 1.5: Ví dụ trễ mạng Ngoài ra còn một số thuộc tính trễ khác nhƣ trễ mã hóa, trễ nén. Về cơ bản các loại trễ này là cố định và có thể kiểm soát đƣợc một cách dễ dàng. Ta có thể nhận thấy , để giải quyết vấn đề trễ công cụ QoS tốt nhất là tăng băng thông. Tăng băng thông các gói truyền nhanh hơn, giải phóng nhanh hơn, từ đó giảm trễ hàng đợi, trễ dây truyền.... Thật không may mắn, việc tăng băng thông không giải quyết đƣợc tất cả vấn đề trễ, nhƣ phân tích ở trên đôi khi nó làm tăng trễ. Công cụ thông dụng nhất của QoS giải quyết trễ là cơ chế hàng đợi gọi hay gọi lập trình. Thay vì việc sử dụng hàng đợi FIFO với 1 hàng đợi ngƣời ta sử dụng cơ chế hàng đợi khác để tạo ra nhiều hàng đợi. Các gói gửi tới hàng đợi khác nhau tùy theo cơ chế hàng đợi sử dụng. Kết quả nhiều gói đƣợc gửi từ Router nhanh hơn trong khi một 19 số gói khác sẽ phải đợi lâu hơn. Mặc dù các cơ chế hàng đợi không làm giảm trễ của tất cả các loại gói nhƣng bù lại nó làm giảm trễ của các gói có yêu cầu trễ cao và làm tăng các gói độ nhạy trễ thấp. Một công cụ QoS khác đƣợc sử dụng đó là cơ chế phân mảnh và liên kết gói (LFI). Ta có thể thấy rằng thời gian cần thiết để truyền 1 gói tin trên đến đích là một hàm số phụ thuộc vào tốc độ liên kết và cỡ của gói tin. Khi một Router quyết định bắt đầu gửi 1 bít tin của 1 gói tin thì nó sẽ tiếp tục phục vụ gửi tiếp các bít tiếp theo và cứ nhƣ vậy cho tới khi tất cả các bít của gói tin đƣợc truyền đi thì mới chuyển phục vụ các gói tin tiếp theo. Nhƣ vậy, với một gói tin yêu cầu độ nhạy trễ cao mà đến sau một gói tin cỡ lớn hơn thì nó sẽ phải đợi tới khi toàn bộ bit tin của gói lớn kia đƣợc gửi đi. Kết qủa là gói tin đó sẽ không đảm bảo trễ. Một cơ chế LFI phân nhỏ các gói tin cỡ lớn thành các gói nhỏ và liên kết chúng lại tại đầu thu đƣợc đƣa ra , do đó chu trình vận chuyển gói tin đƣợc cải thiện đáng kể. Bên cạnh đó còn có hai cơ chế khác để giảm trễ. Đó là nén và sửa dạng lƣu lƣợng. Chú ý với hai cơ chế này nếu sử dụng một cách quá lạm dụng đôi khi lại làm tăng trễ. Việc nén gói tin bao gồm nén mào đầu, nén dữ liệu sẽ làm giảm bit dƣ thừa từ đó truyền đi nhanh hơn và do đó giảm đƣợc trễ. Tuy nhiên, nó cũng có thể làm tăng trễ bởi vì cần thời gian để thực hiện tiến trình nén và giải nén các gói tin. 1.2.3. Trƣợt (Jitter): Jitter đƣợc định nghĩa là sự biến đổi trễ xuyên qua mạng trong quá trình truyền tin. Nguyên nhân chính của Jitter là thời gian trễ của các gói tin khi đƣợc phân phát từ nơi gửi đến đích là khác nhau. Trong mạng gói, với các thành phần có trễ biến đổi thì hiện tƣợng Jitter luôn xảy ra. Bởi vậy một vấn đề cần đặt ra là làm sao cho ảnh hƣởng của Jitter không đủ để làm suy giảm chất lƣợng dịch vụ. Ta ví dụ trƣợt nhƣ sau: 20 Hình 1.6: Ví dụ về trƣợt Nhƣ trên lƣu đồ mô tả 1 cuộc từ máy 201 đến máy 301. Máy thoại 1 cứ 20ms lại gửi 1 gói tin đi. Theo trên hình vẽ ta thấy gói thứ 2 đến sau 20ms nhƣ vậy không xuất hiện trƣợt. Tuy nhiên gói thứ 3 đến sau gói thứ 2 là 30ms nhƣ vậy nó bị trƣợt 10ms Cũng giống nhƣ phƣơng thức giải quyết của trễ mở rộng băng thông vẫn là một công cụ QoS tốt nhất. Nó làm giảm trễ, mà Jitter là sự biến đổi trễ nên từ đó Jitter sẽ giảm đi. Mặc dù vậy, thêm băng thông không giải quyết tất cả vấn đề về Jitter. Đôi khi giảm Jitter cho 1 bộ gói tin này thì lại làm tăng Jitter của bộ gói tin kia. Một số công cụ khác giảm trễ cũng sử dụng làm giảm Jitter nhƣ các cơ chế hàng đợi, LFI, nén và sửa dạng lƣu lƣợng. 1.2.4. Mất gói (Loss Packet): Đặc tính cuối cùng của QoS là mất gói. Các Router loại bỏ gói tin với rất nhiều lý do khác nhau và đa số các công cụ QoS không giải quyết triệt để đƣợc vấn đề đó.Tuy nhiên các công cụ QoS có thể đƣợc sử dụng để giảm thiểu tối đa mất gói do đầy các hàng đợi. Trong mạng hiện nay, số lƣợng mất gói do lỗi bit là rất nhỏ. Các tỉ lệ lỗi bit thƣờng là 10-9 hoặc thấp hơn. Thực tế một phần lớn rớt gói là do đầy các bộ đệm và các hàng đợi.