KẾT HỢP DIFFSERV VÀ MPLS TRONG VIỆC ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ INTERNET - 1

KẾT HỢP DIFFSERV VÀ MPLS TRONG VIỆC ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ INTERNET

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



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 First-

vào 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

 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.

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 (e-

commerce), 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 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.

1.3.3 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

1.3.3.1 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 điểm-

điểm 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.

1.3.3.2 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.

+ 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.

1.3.3.3 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.

1.3.3.4 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 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-

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.