Luận văn Cao học: Các kỹ thuật đảm bảo chất lượng dịch vụ mạng IP - Nguyễn Tư Khoa

Chia sẻ: Nguyễn Tuấn Sơn | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:104

0
389
lượt xem
177
download

Luận văn Cao học: Các kỹ thuật đảm bảo chất lượng dịch vụ mạng IP - Nguyễn Tư Khoa

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

kết cấu bài Luận văn Cao học: Các kỹ thuật đảm bảo chất lượng dịch vụ mạng IP gồm 5 chương trình bày các kiến thức về chất lượng dịch vụ trong mạng truyền thông, các thông số QoS, các kỹ thuật đảm bảo chất lượng dịch vụ, chất lượng dịch vụ trong mạng IP, QoS trong giao thức chuyển mạch nhãn MPLS, chất lượng dịch vụ trong mạng ATM. Mời các bạn tham khảo.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Luận văn Cao học: Các kỹ thuật đảm bảo chất lượng dịch vụ mạng IP - Nguyễn Tư Khoa

  1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC THÁI NGHUYÊN KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN LUẬN VĂN CAO HỌC CÁC KỸ THUẬT ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG IP
  2. 0 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGUYỄN TƢ KHOA CÁC KỸ THUẬT ĐẢM BẢO CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG IP Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 60.48.01 Lớp Cao học K6 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN GIA HIỂU Thái Nguyên - 2009 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
  3. 1 LỜI CẢM ƠN Trƣớc hết tôi xin gửi lời cảm ơn đặc biệt nhất tới Thầy giáo PGS.TS Nguyễn Gia Hiểu, Viện Công Nghệ Thông Tin, ngƣời đã định hƣớng đề tài và tận tình hƣớng dẫn chỉ bảo trong suốt quá trình thực hiện luận văn cao học. Tôi xin đƣợc cảm ơn tới các Thầy cô trong Viện Công Nghệ Thông Tin và Khoa Công Nghệ Thông Tin - Đại học Thái Nguyên đã tận tình giảng dạy và truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt 2 năm học Cao học. Cuối cùng tôi xin dành một tình cảm biết ơn tới gia đình và bạn bè, những ngƣời đã luôn luôn ở bên cạnh tôi, động viên, chia sẻ cùng tôi trong suốt thời gian học Cao học cũng nhƣ quá trình thực hiện luận văn này. Thái Nguyên, ngày 04 tháng 11 năm 2009 Học viên: Nguyễn Tƣ Khoa Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
  4. 2 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi, có sự hỗ trợ của Thầy hƣớng dẫn và những ngƣời tôi đã cám ơn. Các nội dung nghiên cứu và kết quả trong đề tài này là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất cứ công trình nào. Thái Nguyên, ngày 04 tháng 11 năm 2009 Học viên: Nguyễn Tƣ Khoa Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
  5. 3 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................................ 1 LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................................. 2 MỤC LỤC ............................................................................................................................. 3 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ...................................................................................................... 6 DANH SÁCH HÌNH VẼ ....................................................................................................... 9 ĐẶT VẤN ĐỀ ..................................................................................................................... 12 CHƢƠNG I: ........................................................................................................................ 13 CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG TRUYỀN THÔNG ........................................ 13 Nhập đề: .......................................................................................................................... 13 1.1 Khái niệm về chất lƣợng dịch vụ ............................................................................... 14 1.2 Các thông số QoS ....................................................................................................... 15 1.2.1 Băng thông .......................................................................................................... 16 1.2.2 Trễ....................................................................................................................... 16 1.2.3 Jitter (Biến động trễ) ........................................................................................... 17 1.2.4 Mất gói ............................................................................................................... 18 1.2.5 Tính sẵn sàng (Độ tin cậy) ................................................................................... 19 1.2.6 Bảo mật .............................................................................................................. 19 1.3 Yêu cầu QoS đối với các dịch vụ khác nhau ............................................................... 20 1.3.1 Ứng dụng E-mail, FTP ........................................................................................ 20 1.3.2 Ứng dụng Streaming, âm thanh hình ảnh lưu trước.............................................. 21 1.3.3 Ứng dụng Streaming cho âm thanh, hình ảnh sống .............................................. 22 1.3.4 Ứng dụng Hình ảnh âm thanh tương tác thời gian thực ....................................... 22 1.3.5 Ví dụ về điện thoại VOIP: .................................................................................... 23 1.3.6 Các lớp dịch vụ.................................................................................................... 30 1.4 Một số kỹ thuật hỗ trợ chất lƣợng dịch vụ .................................................................. 32 Kết luận chƣơng ............................................................................................................... 34 CHƢƠNG II: ....................................................................................................................... 35 CÁC KỸ THUẬT ĐẢM BẢO CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ .................................................. 35 Nhập đề: .......................................................................................................................... 35 2.1 Kỹ thuật đo lƣu lƣợng và mầu hóa lƣu lƣợng .............................................................. 35 2.1.1 Đánh dấu ba mầu tốc độ đơn ............................................................................... 35 2.1.2 Đánh dấu ba mầu hai tốc độ ................................................................................ 37 2.2 Kỹ thuật quản lý hàng đợi tích cực ............................................................................. 39 2.2.1 Kỹ thuật loại bỏ gói ngẫu nhiên sớm RED .......................................................... 39 2.2.2 Kỹ thuật loại bỏ gói sớm theo trọng số WRED .................................................... 40 2.2.3 Thông báo tắc nghẽn hiện ECN .......................................................................... 40 2.3 Lập lịch gói ................................................................................................................ 41 2.3.1 FIFO ................................................................................................................... 42 2.3.2 Hàng đợi ưu tiên PQ ............................................................................................ 42 2.3.3 Hàng đợi công bằng FQ ...................................................................................... 43 2.3.4 Vòng quay trọng số Robin (WRR) ........................................................................ 44 2.3.5 Hàng đợi công bằng có trọng số WFQ ................................................................. 45 2.3.6 Hàng đợi công bằng có trọng số dựa trên cơ sở lớp (CB WFQ) ........................... 47 2.4 Trafic Shaping ............................................................................................................ 48 2.4.1 Bộ định dạng lưu lượng thường ........................................................................... 48 2.4.2 Bộ định dạng lưu lượng gáo rò ............................................................................ 49 Kết luận chƣơng ............................................................................................................... 51 CHƢƠNG 3: ........................................................................................................................ 52 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
  6. 4 CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG IP ................................................................... 52 Nhập đề: .......................................................................................................................... 52 3.1 Các dịch vụ tích hợp ................................................................................................... 52 3.2 Giao thức dành riêng tài nguyên (RSVP) .................................................................... 52 3.2.1 Tổng quan về RSVP ............................................................................................. 52 3.2.2 Hoạt động của RSVP ........................................................................................... 53 3.2.3 Các kiểu RSVP dành riêng ................................................................................... 53 3.2.4 Các ví dụ về IntSer .............................................................................................. 54 3.2 Các dịch vụ phân biệt ................................................................................................. 57 3.2.1 Tổng quan DiffServ.............................................................................................. 57 3.2.2 Cấu trúc DiffServ................................................................................................. 58 3.2.3 Cư sử từng chặng (PHB) ..................................................................................... 63 3.2.4 Ví dụ về Differentiated Services ........................................................................... 66 Kết luận chƣơng ............................................................................................................... 68 CHƢƠNG IV:...................................................................................................................... 69 CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG ATM .............................................................. 69 Nhập đề: .......................................................................................................................... 69 4.1 Nền tảng về ATM ....................................................................................................... 69 4.1.1 Nguồn gốc của ATM ............................................................................................ 69 4.1.2 Giao diện mạng ATM........................................................................................... 69 4.2 Giao thức ATM .......................................................................................................... 70 4.2.1 Lớp tế bào ATM....................................................................................................... 71 4.2.2 Lớp tương thích ATM........................................................................................... 72 4.3 Các kết nối ảo ATM ................................................................................................... 72 4.3.1 Kênh ảo và đường ảo ........................................................................................... 72 4.3.2 Liên kết ảo ........................................................................................................... 73 4.3.3 Kết nối ảo (Virtual Connection) ........................................................................... 75 4.3.4 Kết nối chuyển mạch ảo (SVC) ............................................................................ 76 4.4 Các loại dịch vụ ATM ................................................................................................ 77 4.4.1 Các loại dịch vụ ATM .......................................................................................... 77 4.4.2 Miêu tả lưu lượng ................................................................................................ 78 4.4.3 Các kiểu AAL....................................................................................................... 79 Kết luận chƣơng: .............................................................................................................. 80 CHƢƠNG 5: ........................................................................................................................ 81 QOS TRONG GIAO THỨC CHUYỂN MẠCH NHÃN MPLS ............................................ 81 Đặt vấn đề: ....................................................................................................................... 81 5.1 Cơ sở lý thuyết của MPLS .............................................................................................. 81 5.1.1 Sự chuyển tiếp gói IP thông thường ......................................................................... 81 5.1.2 Các cải tiến của MPLS ........................................................................................ 82 5.1.3 Kiến trúc MPLS ................................................................................................... 83 5.2 Mã hóa nhãn............................................................................................................... 83 5.2.1 MPLS shim header .............................................................................................. 83 5.2.2 Mã hóa nhãn qua mạng ATM............................................................................... 84 5.3 Hoạt động của MPLS ................................................................................................. 85 5.3.1 Ánh xạ nhãn......................................................................................................... 85 5.3.2 Một ví dụ về các đường hầm phân cấp MPLS ...................................................... 87 5.4 MPLS hỗ trợ DiffServ ................................................................................................ 88 5.4.1 E-LSP .................................................................................................................. 88 5.4.2 L-LSP .................................................................................................................. 90 Kết luận chƣơng ............................................................................................................... 91 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
  7. 5 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN ............................................. 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................... 93 PHỤ LỤC ............................................................................................................................ 94 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
  8. 6 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ARED Adapted Random Early Detection Tìm kiếm sớm ngẫu nhiên thích ứng ARP Address Resolution Protocol Giao thức phân giai địa chỉ ARPA Advance Research Projects Agency Trung tâm nghiên cứu cấp cao ATM Assyschronous Tranfer Mode Chế độ truyền bất đồng bộ AF Assured Forwarding Chuyển tiếp đảm bảo BB Bandwidth Brokering Thu hồi băng thông BGP Border Gateway Protocol Giao thức định tuyến ngòai CBQ Class Base Queuing Hàng đợi cơ sở lớp CBR Contant Bitrate Rate tốc độ bit cố định CL Controlled Load Tải điều khiển CPU Center Processor Unit Khối xử lí trung tâm CQS Classify Queue Shedule Lập lịch hàng đợi phân loại CAC Call Adminission Contron Điều khiến xác nhận cuộc gọi CE Congestion Experience Nghẽn trải qua DFF Drop from Front Loại bỏ phía trƣớc DiffServ Differentiated Service Dịch vụ khác biệt DNS Domain Name System Hệ thống tên miền DOD Deparment of Defense thuộc bộ quốc phòng Mĩ DRR Deficit Round Robin DSCP Difserv Code-Point Điểm mã dịch vụ khác biệt ECN Explicit congestion notification Thông báo nghẽn cụ thể EF Expedited Forwarding Chuyển tiếp ngay FBI Forwarding information base Khối chuyển tiếp FIFO First in first out Hàng đợi theo nguyên tắc vào trƣớc ra trƣớc FRED Flow Random Early Detection Tìm kiếm ngẫu nhiên sớm theo luồng FTP File Transfer Protocol Giao thức truyền file Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
  9. 7 GS Guaranteed Service Dịch vụ đảm bảo vụ HL Header length Độ dài tiêu đề ICMP Internet Control Message Protocol Giao thức tín hiệu điều khiển Internet IHL Identifed Header Length Trƣờng xác nhận độ dài tiêu đề Intserv Intergrated Service Dịch vụ tích hợp IP Internet Protocol Giao thức Internet LSP Label-switching Paths Đƣờng dẫn chuyển mạch nhãn MF Multi field Đa trƣờng MPLS Multi protocol lable Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức MTU Maximum Transfer Unit Đơn vị truyền tối đa NGN Next Generation Network Mạng thế hệ kế tiếp OSI Open Systems Interconection Mô hình tham chiếu “liên kết hệ thống mở” OSPF Open Sortest Path First Đƣờng dẫn đầu tiên ngắn nhất mở PHB Per-Hop Behavior Cƣ sử từng chặng PNNI Private network Node Interface Giao diện node mạng riêng PQ Priority Queue Hàng đợi ƣu tiên QoS Quality of service Chất lƣợng dịch vụ RAP Resource Allocation Protocol Giao thức phân phát tài nguyên RARP Reverse Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ ngƣợc RED Random Early Detection Tìm kiếm ngẫu nhiên sớm RIO RED With IN/ OUT Tìm kiếm ngẫu nhiên sớm theo vào ra RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức dành trƣớc tài nguyên SDH Synchronous Digital Hiearachy Phân cấp số đồng bộ SLA Service level agreement Thỏa thuận mức dịch vụ SMTP Simple Mail Transfer Protocol Giao thức truyền thƣ điện tử đơn giản TCP Tranmission Control Protocol Gíao thức điều khiển truyền dẫn Telnet Terminal NETwork Mạng đầu cuối Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
  10. 8 TL Total length Độ dài tổng TOS Type Of Service Loại dịch vụ TTL Time-to-live Thời gian sống UDP User Datagram protocol Giao thức ngƣời sử dụng VCI Virtual circuit Identify Nhận biết kênh ảo VPI Virtual Path Identify Nhận biết đƣờng ảo VPN IP virtual private Network IP virtual private Network WRED Weight Random Early Detection Tìm kiếm ngẫu nhiên sớm theo trọng số WRED Weighted Random Early Detection Tìm kiếm sớm ngẫu nhiên theo trọng số Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
  11. 9 DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình Nội dung Hình 1.1 Băng thông, trễ Hình 1.2 FTP truyền file giữa các hệ thống Hình 1.3 Phân loại các kỹ thuật sửa đổi dữ liệu phía ngƣời gửi Hình 1.4 Sửa đổi dữ liệu sử dụng FEC Hình 1.5 Sửa chữa sử dụng FEC phụ thuộc môi trƣờng Hình 1.6 Các khối đƣợc đan xen trong nhiều gói Hình 1.7 Phân loại các kỹ thuật che dấu lỗi Hình 2.1 Khoản thời gian đo CBS và CIR Hình 2.2(a) Gáo C và gáo E ở chế độ mù mầu Hình 2.2(b) srTCM ở chế độ mù mầu Hình 2.3 srTCM ở chế độ rõ mầu Hình 2.4(a) Gáo rò C và P trong trTCM Hình 2.4(b) trTCM ở chế độ mù mầu Hình 2.5 Chế độ rõ mầu với trTCM Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của RED Hình 2.7 Hồ sơ RED Hình 2.8 Khái niệm ECN Hình 2.9 Biểu đồ khái niệm của lập lịch gói Hình 2.10 FIFO Hình 2.11 Hàng đợi ƣu tiên PQ Hình 2.12 Ảnh hƣởng của kích thƣớc gói với phân bổ băng thông Hình 2.13 WRR Hình 2.14 Vòng quay Robin trọng số theo từng bit Hình 2.15 WFQ Hình 2.16 CB WFQ Hình 2.17 Bộ định dạng lƣu lƣợng thƣờng Hình 2.18 Gáo rò token traffic shaper Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
  12. 10 Hình 3.1 Hoạt động của RSVP Hình 3.2 Các kiểu dàng riêng RSVP Hình 3.3 Các ống chia sẻ đƣợc dành riêng Hình 3.4 Ví dụ 1 về RSVP trong IntServ Hình 3.5 Ví dụ 2 về RSVP trong IntServ Hình 3.6 Ví dụ về RSVP Style Hình 3.7 Dành riêng Wildcard filter Hình 3.8 Dành riêng Fixed filter Hình 3.9 Dành riêng Shared-explicit Hình 3.10 Các bƣớc của DiffServ Hình 3.11 Miền IP Hình 3.12 Một miền DS và các mạng con Hình 3.13 Miền DiffServ Hình 3.14 Vùng DS Hình 3.15 IPv4 Header 24 byte Hình 3.16 Các trƣờng TOS trong Ipv4 header Hình 3.17 IPv6 Header 48 byte Hình 3.18 Trƣờng DS Hình 3.19 Ví dụ về cài đặt EF Hình 3.20 Một ví dụ cài đặt AF Hình 3.21 Ví dụ về DiffServ Hình 4.1 Các giao tiếp ATM Hình 4.2 Xếp chồng giao thức ATM Hình 4.3 Cấu trúc tế bào ATM Hình 4.4 Tế bào ATM cắt và lắp ghép Hình 4.5 Kết nối kênh ảo Hình 4.6 Biên dịch VPI/VCI Hình 4.7 Liên kết đƣờng ảo (VPL) Hình 4.8 Quan hệ giữa VCL và VPL Hình 4.9 Kết nối đƣờng ảo (VPC) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
  13. 11 Hình 4.10 Kết nối kênh ảo (VCC) trong một VPL Hình 4.11 VCC đƣợc tạo từ các VCL của các VPL khác nhau Hình 4.12 SVCC Hình 5.1 Chức năng định tuyến IP chuẩn Hình 5.2 Kiến trúc của MPLS Hình 5.3 Đầu mào MPLS Hình 5.4 Xếp chồng nhãn độ sâu m Hình 5.5 MPLS LSP sử dụng ATM SVC Hình 5.6 MPLS LSP sử dụng ATM SVP Hình 5.7 MPLS LSP sử dụng ATM SVP mã hóa đa điểm Hình 5.8 Ánh xạ nhãn vào Hình 5.9 Ánh xạ FTN Hình 5.10 Trao đổi nhãn Hình 5.11 Đẩy nhãn Hình 5.12 Một ví dụ về LSP phân cấp Hình 5.13 Ánh xạ giữa DiffServ PBH với các bit MPLS EXP Hình 5.14 E-LSP Hình 5.15 L-LSP Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
  14. 12 ĐẶT VẤN ĐỀ Trong xu hƣớng phát triển bùng nổ thông tin ngày này, các nhu cầu về thông tin liên lạc ngày càng mở rộng. Nó đi đôi với nhu cầu đòi hỏi cao về chất lƣợng dịch vụ. Đối với nhà khai thác mạng nâng cao chất lƣợng dịch vụ đồng nghĩa với khả năng tăng khả năng cạnh tranh. Đó là điều tất yếu mà một nhà khai thác phải làm tốt để tồn tại. Việt Nam đƣợc đánh giá là một quốc gia có nhu cầu về thông tin lớn. Hệ thống viễn thông mạng Việt Nam rất đa rạng, phong phú, trong đó công nghệ mạng trên nền chuyển mạch gói là rất phổ biến. Song song với việc cung cấp nhiều loại hình dịch vụ mục tiêu nâng cao chất lƣợng dịch vụ đang là một vấn đề trọng tâm của các nhà cung cấp đặt ra. Mạng hiện thời đang tồn tại ở Việt Nam so với một số nƣớc trong khu vực còn chƣa thật sự ổn định, vẫn còn nhiều hiện tƣợng nghẽn mạng hay tốc độ truy cập mạng còn thấp. Ngoài biên pháp cải thiện băng thông (rất tốn kém), chƣa thể đáp ứng ngay thì chúng ta cần phải cải thiện chất lƣợng dịch vụ theo một số hƣớng khác. Bản luận văn này tìm hiểu về QoS trong mạng IP và một số giải pháp nâng cao QoS phổ biến đang đƣợc áp dụng. Đƣợc sự hƣớng dẫn và giúp đỡ nhiệt tình của Thầy giáo PGS.TS Nguyễn Gia Hiểu, bản luận văn với đề tài “Các kỹ thuật đảm bảo chất lượng dịch vụ trong mạng IP” đã đề cập đến những vấn đề cơ bản về chất lƣợng dịch vụ trong mạng IP. Sau một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu bản luận văn đã hoàn thành với những nội dung chính sau đây: Chƣơng 1: Chất lƣợng dịch vụ trong mạng Viễn thông. Chƣơng 2: Các kỹ thuật đảm bảo chất lƣợng dịch vụ trong mạng IP. Chƣơng 3: Chất lƣợng dịch vụ trong mạng IP. Chƣơng 4: Chất lƣợng dịch vụ trong mạng ATM. Chƣơng 5: QOS trong giao thức chuyển mạch nhãn MPLS. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
  15. 13 CHƢƠNG I: CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG TRUYỀN THÔNG Nhập đề: Trong những năm gần đây, tầm quan trọng của các công nghệ về chất lƣợng dịch vụ (QoS) đối với các mạng truyền thông đã tăng lên đáng kể, đặc biệt là trong các mạng chuyển mạch gói. Trƣớc đây, các mạng ra đời với một mục đích là chuyền tải một loại thông tin nhất định. Mạng điện thoại đã ra đời dựa trên một phát minh của Bell vài trăm năm trƣớc đây, đã đƣợc thiết kế để truyền tải âm thanh. Còn mạng IP thì khác, nó ra đời với mục đích truyền tải dữ liệu. Đối với mạng điện thoại, khi thiết lập một cuộc gọi mạng sẽ phải dành riêng một kênh kết nối trong suốt quá trình hội thoại. Khi cuộc gọi kết thúc, các kênh này sẽ đƣợc tiếp tục sử dụng cho một cuộc gói khác. Có thể đƣa ra hai phép đo chính đối với chất lƣợng dịch vụ trong mạng điện thoại, thứ nhất là tỷ lệ thiết lập cuộc gọi thành công và thứ hai là chất lƣợng các cuộc gọi, những vấn đề này sẽ chịu ảnh hƣởng bởi dung lƣợng truyền dẫn trung kế của mạng và các vấn đề nhƣ lỗi đƣờng truyền hay nhiễn mạch. Với đặc tính nhƣ vậy, mạng điện thoại đã đƣợc thiết kế với hai vấn đề chính, thứ nhất là làm sao để cung cấp đủ các mạch trung kế phục vụ cho nhiều cuộc gọi đồng thời qua đó năng cao tỷ lệ kết nối thành công. Thứ hai là phải tối ƣu mạng để giảm tối đa những vấn đề nhƣ suy hao, nhiễu, vọng và trễ. Thoại là một loại dịch vụ thời gian thực và nó không cần hàng đợi để lƣu trữ tín hiệu âm thanh. Mạng IP ra đời có rất nhiều điểm khác so với mạng điện thoại. Thứ nhất mạng IP đƣợc thiết kế để truyền tải dữ liệu. Thứ hai các dịch vụ truyền dữ liệu đa phần là các dịch vụ không thời gian thực, dữ liệu có thể đƣợc lƣu lại trong mạng và truyền đi sau, khi dữ liệu truyền đi bị lỗi nó có thể đƣợc truyền lại. Các dịch vụ truyền dữ liệu còn đƣợc gọi là dịch vụ “lƣu và chuyển tiếp”. Mô hình hoạt động của mạng IP nhƣ vậy sẽ đƣợc gọi là best-effort. Việc thiết kế các mạng khác nhau sẽ tạo ra những vấn đề nhƣ kinh phí đầu tƣ hạ tầng sẽ lớn, khi kết nối các mạng với nhau sẽ trở nên phức tạp. Vào giữa những năm 90 các nhà thiết kế mạng đã đƣa ra một ý tƣởng là tạo ra một mạng duy nhất dựa trên chuyển mạch gói để truyền tải cả âm thanh và dữ liệu. Và mạng này thƣờng đƣợc gọi mà mạng thế hệ mới Next-Generation-Network. Mạng này đƣợc thiết kế chủ yế dựa trên nền mạng IP, nhƣng những nhƣợc điểm của mô hình best-effort của mạng IP không phù hợp với các loại dịch vụ âm thanh, hình ảnh, đa phƣơng tiện cần thời gian thực. Để khắc phục những hạn chế này, các mô hình chất lƣợng dịch vụ trong mạng IP đã phát triển và đóng một vai trò then chốt trong vấn đề phát triển mở rộng của mạng cũng nhƣ khả năng cung cấp các loại dịch vụ khác nhau trên cùng một hạ tầng mạng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
  16. 14 Những nghiên cứu dƣới đây sẽ đi vào những vấn đề mà mạng IP cần quan tâm đề đảm bảo chất lƣợng dịch vụ. 1.1 Khái niệm về chất lƣợng dịch vụ Chất lƣợng dịch vụ là một vấn đề rất khó cho sự định nghĩa chính xác, bởi vì nhìn từ góc độ khác nhau ta có quan điểm về chất lƣợng dịch vụ khác nhau. Ví dụ nhƣ với ngƣời sử dụng dịch vụ thoại chất lƣợng dịch vụ cung cấp tốt khi thoại đƣợc rõ ràng, tức là chúng ta phải đảm bảo tốt về giá trị tham số trễ, biến động trễ. Nhƣng giá trị tham số mất gói thông tin về một tỉ lệ tổn thất nào đó có thể chấp nhận đƣợc. Nhƣng giả dụ, đối với khách hàng là ngƣời sử dụng trong truyền số liệu ở ngân hàng thì điều tối quan trọng là độ tin cậy, họ có thể chấp nhận trễ lớn, độ biến động trễ lớn, nhƣng thông số mất gói, độ bảo mật kém thì họ không thể chấp nhận đƣợc .v.v.. Từ góc nhìn của nhà cung cấp dịch vụ mạng. Nhà cung cấp dịch vụ mạng đảm bảo QoS cung cấp cho ngƣời sử dụng, và thực hiện các biện pháp để duy trì mức QoS khi điều kiện mạng bị thay đổi vì các nguyên nhân nhƣ nghẽn, hỏng hóc thiết bị hay lỗi liên kết, v..v. QoS cần đƣợc cung cấp cho mỗi ứng. Chất lƣợng dịch vụ chỉ có thể đƣợc xác định bởi ngƣời sử dụng, vì chỉ ngƣời sử dụng mới có thể biết đƣợc chính xác ứng dụng của mình cần gì để hoạt động tốt. Tuy nhiên, không phải ngƣời sử dụng tự động biết đƣợc mạng cần phải cung cấp những gì cần thiết cho ứng dụng, họ phải tìm hiểu các thông tin cung cấp từ ngƣời quản trị mạng và chắc chắn rằng, mạng không thể tự động đặt ra QoS cần thiết cho một ứng dụng của ngƣời sử dụng. Để giải quyết vấn đề đó nhà cung cấp và khách hàng họ lập ra một bản cam kết, trong đó nhà cung cấp phải thực hiện đầy đủ cung cấp các thông số thoả mãn chi tiết bản cam kết đặt ra. Còn phía đối tác cũng phải thực hiện đầy đủ điều khoản của mình. Nếu một mạng đƣợc tối ƣu hoàn toàn cho một loại dịch vụ, thì ngƣời sử dụng ít phải xác định chi tiết các thông số QoS. Ví dụ, với mạng PSTN, đƣợc tối ƣu cho thoại, không cần phải xác định băng thông hay trễ cần cho một cuộc gọi. Tất cả các cuộc gọi đều đƣợc đảm bảo QoS nhƣ đã đƣợc quy định trong các chuẩn liên quan cho điện thoại. Nếu nhìn từ góc độ mạng thì bất cứ một mạng nào cũng bao gồm: - Hosts (chẳng hạn nhƣ: Servers, PC…). - Các bộ định tuyến và các thiết bị chuyển mạch. - Đƣờng truyền dẫn. Nếu nhìn từ khía cạnh thƣơng mại: - Băng thông, độ trễ, jitter, mất gói, tính sẵn sàng và bảo mật đều đƣợc coi là tài nguyên của mạng. Do đó với ngƣời dùng cụ thể phải đƣợc đảm bảo sử dụng các tài nguyên một cách nhiều nhất. - QoS là một cách quản lý tài nguyên tiên tiến của mạng để đảm bảo có một chính Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
  17. 15 sách ứng dụng đảm bảo. Vậy sự định nghĩa chính xác QoS là rất khó khăn nhƣng ta có thể hiểu chúng gần nhƣ là khả năng cung cấp dịch vụ (ở lớp phần tử mạng, vvv...) đƣa ra cho khách hàng thông qua những yêu cầu chính xác (trên khả năng thực tế hay lý thuyết) có thể đáp ứng dựa trên bản hợp đồng về thoả thuận lƣu lƣợng. Sự định nghĩa khuôn dạng của nó kết thành chất lƣợng dịch vụ của lớp mạng do sự phân phát chất lƣợng dịch vụ của peer-to-peer (ngang hàng) edge-to-edge (biên tới biên) hay end-to-end (đầu cuối tới đầu cuối). Lẽ tự nhiên những yêu cầu này có thể thay đổi từ phía ứng dụng cho ứng dụng hay từ phân phối dịch vụ. Vậy trong tất cả những điều đã nêu về cấp QoS, đảm bảo chất lƣợng và Service Level Agreement SLA thỏa thuận mức độ dịch vụ, để thoả mãn ta phải làm nhƣ thế nào? Vấn đề là bản chất định hƣớng IP là một mạng nỗ lực tối đa do đó “không tin cậy" khi yêu cầu nó đảm bảo về QoS. Cách tiếp cận gần nhất để các nhà cung cấp dịch vụ IP có thể đạt tới đảm bảo QoS hay SLA giữa khách hàng và ISP là với dịch vụ mạng IP đƣợc quản lý. Thuật ngữ đƣợc quản lý ở đây là bất cứ cái gì mà nhà cung cấp dịch vụ quản lý thay mặt cho khách hàng , điều đó cũng làm nâng cao đƣợc chất lƣợng dịch vụ. 1.2 Các thông số QoS Phần này sẽ giới thiệu qua về các thông số của QoS. Sáu thông số chung về chất lƣợng dịch vụ: - Băng thông. - Độ trễ (delay). - Jitter (biến động trễ). - Mất gói. - Tính sẵn sàng (tin cậy). - Bảo mật. Các giá trị ví dụ, đƣợc liệt kê trong Bảng 1.1. Bảng 1.1: Sáu thông số của QoS Thông số QoS Các giá trị ví dụ Băng thông (nhỏ nhất) 64 kb/s, 1.5 Mb/s, 45 Mb/s Trễ (lớn nhất) 50 ms trễ vòng, 150 ms trễ vòng Jitter (biến động trễ) 10% của trễ lớn nhất, 5 ms biến động Mất thông tin (ảnh hƣởng của lỗi) 1 trong 1000 gói chƣa chuyển giao Tính sẵn sàng (tin cậy) 99.99% Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
  18. 16 Bảo mật Mã hoá và nhận thực trên tất cả các luồng lƣu lƣợng 1.2.1 Băng thông Băng thông là một thông số quan trọng nhất, nếu chúng ta có băng thông dùng rộng rãi thì mọi vấn đề coi nhƣ không cần phải quan tâm đến, nhƣ nghẽn, kỹ thuật lập lịch, phân loại, trễ….tuy nhiên điều này là không thể xẩy ra. Băng thông chỉ đơn giản là thƣớc đo số lƣợng bit trên giây mà mạng sẵn sàng cung cấp cho các ứng dụng. Các ứng dụng bùng nổ (bursty) trên mạng chuyển mạch gói có thể chiếm tất cả băng thông của mạng nếu không có ứng dụng nào khác cùng bùng nổ với nó. Khi điều này xảy ra, các bùng nổ phải đƣợc đệm lại và xếp hàng chờ truyền đi, do đó tạo ra trễ trên mạng. Để giải quyết sự hạn chế băng thông này mà nhiều giải pháp tiết kiệm, hay khắc phục băng thông đƣợc đƣa ra. Khi đƣợc sử dụng nhƣ là một thông số QoS, băng thông là yếu tố tối thiểu mà một ứng dụng cần để hoạt động. Ví dụ, thoại PCM 64 kb/s cần băng thông là 64 kb/s. Điều này không tạo ra khác biệt khi mạng xƣơng sống có kết nối 45 Mb/s giữa các nút mạng lớn. Băng thông cần thiết đƣợc xác định bởi băng thông nhỏ nhất sẵn có trên mạng. Nếu truy nhập mạng thông qua một MODEM V.34 hỗ trợ chỉ 33.6 kb/s, thì mạng xƣơng sống 45 Mb/s sẽ làm cho ứng dụng thoại 64 kb/s không hoạt động đƣợc. Băng thông QoS nhỏ nhất phải sẵn sàng tại tất cả các điểm giữa các ngƣời sử dụng. Các ứng dụng dữ liệu đƣợc lợi nhất từ việc đạt đƣợc băng thông cao hơn. Điều này đƣợc gọi là các “ứng dụng giới hạn băng thông”, bởi vì hiệu quả của ứng dụng dữ liệu trực tiếp liên quan tới lƣợng nhỏ nhất của băng thông sẵn sàng trên mạng. Mặt khác, các ứng dụng thoại nhƣ thoại PCM 64 kb/s đƣợc gọi là các “ứng dụng giới hạn trễ”. Thoại PCM 64 kb/s này sẽ không hoạt động tốt hơn chút nào nếu có băng thông 128 kb/s. Loại thoại này phụ thuộc hoàn toàn vào thông số QoS trễ của mạng để có thể hoạt động đúng đắn. 1.2.2 Trễ Trễ liên quan chặt chẽ với băng thông khi nó là một thông số QoS. Với các ứng dụng giới hạn băng thông thì băng thông càng lớn trễ sẽ càng nhỏ. Đối với các ứng dụng giới hạn trễ, nhƣ là thoại PCM 64 kb/s, thông số QoS trễ xác định trễ lớn nhất các bit gặp phải khi truyền qua mạng. Tất nhiên là các bit có thể đến với độ trễ nhỏ hơn. Trễ đƣợc định nghĩa là khoảng thời gian chênh lệch giữa hai thời điểm của cùng một bít khi đi vào mạng (thời điểm bít đầu tiên vào với bít đầu tiên ra) . Với băng thông có nhiều cách tính, giá trị băng thông có thể thƣờng xuyên thay đổi. Nhƣng thông thƣờng giá trị băng thông đƣợc định nghĩa là số bit của một khung chia cho thời gian trôi qua kể từ khi bit đầu tiên rời khỏi mạng cho đến khi bit cuối cùng rời mạng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
  19. 17 n 6 5 4 3 2 1 t2 t3 Bít đầu tiên ra X(bit) Bít cuối cùng ra Hình (a) 1 1 t1 t2 Bít đầu tiên vào Bít đầu tiên ra Hình (b) Hình 1.1 (a) băng thông , (b) trễ Mối quan hệ giữa băng thông và trễ trong mạng đƣợc chỉ ra trong hình 2.1. Trong phần (b), t2 – t1 = số giây trễ. Trong phần (a), X bit/ (t3 - t2) = bit/s băng thông. Nhiều băng thông hơn có nghĩa là nhiều bit đến hơn trong một đơn vị thời gian, trễ tổng thể nhỏ hơn. Đơn vị của mỗi thông số, bit/s với băng thông hay giây với trễ, cho thấy mối quan hệ hiển nhiên giữa băng thông và trễ. Các mạng chuyển mạch gói cung cấp cho các ứng dụng các băng thông biến đổi phụ thuộc vào hoạt động và bùng nổ của ứng dụng. Băng thông biến đổi này có nghĩa là trễ cũng có thể biến đổi trên mạng. Các nút mạng đƣợc nhóm với nhau cũng có thể đóng góp vào sự biến đổi của trễ. Tuy nhiên, thông số QoS trễ chỉ xác định trễ lớn nhất và không quan tâm tới bất kỳ giới hạn nhỏ hơn nào cho trễ của mạng. Nếu cần trễ ổn định, một thông số QoS khác phải quan tâm đến yêu cầu này. Một số nguyên nhân gây ra trễ trong mạng IP:  Trễ do quá trình truyền trên mạng.  Trễ do xử lý gói trên đƣờng truyền.  Trễ do xử lý hiện tƣợng jitter.  Trễ do việc xử lý sắp xếp lại gói đến (xử lý tại đích). 1.2.3 Jitter (Biến động trễ) Biến động trễ là sự khác biệt về độ trễ của các gói khác nhau trong cùng một dòng lƣu lƣợng. Biến động trễ có tần số cao đƣợc gọi là jitter với tần số thấp gọi là eander. Nguyên nhân chủ yếu gây ra hiện tƣợng jitter do sự sai khác trong thời gian xếp hàng của các gói liên tiếp nhau trong một hàng gây ra.Trong mạng IP jitter ảnh hƣởng rất lớn tới chất lƣợng dịch vụ của tất cả các dịch vụ. Thông số QoS jitter thiết lập giới hạn lên giá trị biến đổi của trễ mà một ứng dụng có thể gặp trên mạng. Jitter không đặt một giới hạn nào cho giá trị tuyệt đối của trễ, nó có thể thể tƣơng đối thấp hoặc cao phụ thuộc vào giá trị của thông số trễ. Jitter theo lý thuyết có thể là một giá trị thông số QoS mạng tƣơng đối hay tuyệt đối. Ví dụ, nếu trễ mạng cho một ứng dụng đƣợc thiết lập là 100 ms, jitter có thể đặt là cộng hay trừ 10 phần trăm của giá trị này. Theo đó, nếu mạng có trễ trong khoảng 90 đến 110 ms thì vẫn đạt đƣợc yêu cầu về jitter (trong trƣờng hợp này, rõ ràng là trễ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
  20. 18 không phải là lớn nhất). Nếu trễ là 200 ms, thì 10 phần trăm giá trị jitter sẽ cho phép bất kỳ trễ nào trong khoảng 180 đến 220 ms. Mặt khác, jitter tuyệt đối giới hạn cộng trừ 5 ms sẽ giới hạn jitter trong các ví dụ trên trong khoảng từ 95 tới 105 ms và từ 195 tới 205 ms. Các ứng dụng nhạy cảm nhất đối với giới hạn của jitter là các ứng dụng thời gian thực nhƣ thoại hay video. Nhƣng đối với các trang Web hay với truyền tập tin qua mạng thì lại ít quan tâm hơn đến jitter. Internet, là gốc của mạng dữ liệu, có ít khuyến nghị về jitter. Các biến đổi của trễ tiếp tục là vấn đề gây bực mình nhất gặp phải đối với các ứng dụng video và thoại dựa trên Internet. 1.2.4 Mất gói Mất thông tin là một thông số QoS không đƣợc đề cập thƣờng xuyên nhƣ là băng thông và trễ, đặc biệt đối với mạng Internet. Đó bởi vì bản chất tự nhiên đƣợc thừa nhận của mạng Internet là "cố gắng tối đa". Nếu các gói IP không đến đƣợc đích thì Internet không hề bị đổ lỗi vì đã làm mất chúng. Điều này không có nghĩa là ứng dụng sẽ tất yếu bị lỗi, bởi vì đối với những dịch vụ khác nhau đều đặt ra giá trị ngƣỡng của riêng mình. Nếu các thông tin bị mất vẫn cần thiết đối với ứng dụng thì nó sẽ yêu cầu bên gửi gửi lại bản sao của thông tin bị mất. Bản thân mạng không quan tâm giúp đỡ vấn đề này, bởi vì bản sao của thông tin bị mất không đƣợc lƣu lại tại bất cứ nút nào của mạng. Thực ra Internet là mạng của các mạng và không có cơ chế giám sát đầy đủ nào đảm bảo chất lƣợng thông tin truyền. Hiện tƣợng mất gói tin là kết quả của rất nhiều nguyên nhân :  Quá tải lƣợng ngƣời truy nhập cùng lúc mà tài nguyên mạng còn hạn chế.  Hiện tƣợng xung đột trên mạng LAN.  Lỗi do các thiết bị vật lý và các liên kết truy nhập mạng. Cho một ví dụ nếu một kết nối bị hỏng, thì tất cả các bit đang truyền trên liên kết này sẽ không, và không thể, tới đƣợc đích. Nếu một nút mạng ví dụ nhƣ bộ định tuyến hỏng, thì tất cả các bit hiện đang ở trong bộ đệm và đang đƣợc xử lý bởi nút đó sẽ biến mất không để lại dấu vết. Do những loại hƣ hỏng này trên mạng có thể xảy ra bất cứ lúc nào, nên việc một vài thông tin bị mất do lỗi trên mạng là không thể tránh khỏi. Tác động của mất thông tin là tuỳ thuộc và ứng dụng. Điều khiển lỗi trên mạng là một quá trình gồm hai bƣớc, mà bƣớc đầu tiên là xác định lỗi. Bƣớc thứ hai là khắc phục lỗi, nó có thể đơn giản là bên gửi truyền lại đơn vị bị mất thông tin. Một vài ứng dụng, đặc biệt là các ứng dụng thời gian thực, không thể đạt hiệu quả khắc phục lỗi bằng cách gửi lại đơn vị tin bị lỗi. Các ứng dụng không phải thời gian thực thì thích hợp hơn đối với cách truyền lại thông tin bị lỗi, tuy nhiên cũng có một số ngoại lệ (ví dụ nhƣ các hệ thống quân sự tấn công mục tiêu trên không thể sử dụng hiệu quả với cách khắc phục lỗi bằng truyền lại). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản