Luận văn: Giải pháp đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) trên mạng IP, đánh giá và so sánh hiệu quả đảm bảo QoS của DiffServ và IntServ

Chia sẻ: Sunflower Sunflower_1 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:89

Thêm vào BST

Báo xấu

490
lượt xem 168
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn tập trung nghiên cứu những vấn đề sau: - Tập trung nghiên cứu về đảm bảo chất lượng dịch vụ trên mạng IP. - Phân tích, đánh giá hai mô hình IntServ và Diffserv đối với QoS IP. - Sử dụng công cụ NS2 mô phỏng mô hình đảm bảo QoS: IntServ và DiffServ, từ đó đưa ra giải pháp cho việc đảm bảo chất lượng dịch vụ trên nền mạng IP.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn: Giải pháp đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) trên mạng IP, đánh giá và so sánh hiệu quả đảm bảo QoS của DiffServ và IntServ

2 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN THỊ PHƯƠNG NHUNG GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRÊN MẠNG IP, ĐÁNH GIÁ VÀ SO SÁNH HIỆU QUẢ ĐẢM BẢO QoS CỦA DIFFSERV VÀ INTSERV LUẬN VĂN THẠC SĨ
3 Hà Nội – 2010
4 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN THỊ PHƯƠNG NHUNG GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRÊN MẠNG IP, ĐÁNH GIÁ VÀ SO SÁNH HIỆU QUẢ ĐẢM BẢO QoS CỦA DIFFSERV VÀ INTSERV Ngành: Công Nghệ Thông Tin Chuyên ngành: Truyền dữ liệu và Mạng máy tính Mã số: 60.48.15 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Hồ Sĩ Đàm Hà Nội – 2010
5 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân. Các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn này là trung thực. Những tư liệu được sử dụng trong luận văn có nguồn gốc và trích dẫn rõ ràng, đầy đủ. Hà nội, tháng 9 năm 2010 Nguyễn Thị Phương Nhung
6 LỜI CẢM ƠN Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và chân thành tới thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Hồ Sĩ Đàm người đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn tôi trong suốt quá trình làm luận văn. Sự giúp đỡ quý báu của thầy giáo đã tạo điều kiện về mặt khoa học và là nguồn động viên tinh thần rất lớn giúp tôi hoàn thành luận văn của mình. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Ths Lê Đình Thanh, người đã tận tình giúp đỡ, hỗ trợ và đóng góp quý báu cho tôi thực hiện các mô phỏng kiểm chứng. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy cô giáo đã giảng dạy và truyền thụ kiến thức cho tôi trong quá trình học tập tại trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội. Cuối cùng, con xin được bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới bậc sinh thành, người đã dưỡng dục và động viên con trong suốt cuộc đời. Tôi cảm ơn chồng và người thân trong gia đình đã là nguồn động viên tinh thần rất lớn đối với tôi. NGUYỄN THỊ PHƯƠNG NHUNG
7 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................ 2 LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. 6 MỤC LỤC ................................................................................................................... 7 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT........................................................... 9 DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................ 11 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .................................................................................... 12 MỞ ĐẦU ................................................................................................................... 15 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ ......................................... 17 1.1 CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ (QoS) VÀ CÁC THAM SỐ QoS ............................. 17 1.1.1 Giới thiệu chung về QoS ........................................................................... 17 1.1.2 Các thành phần thực hiện QoS .................................................................. 21 1.1.3 Các tham số QoS đặc trưng ....................................................................... 24 1.2 CÁC YÊU CẦU ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ ................................... 26 1.3 CÁC VẤN ĐỀ ĐẢM BẢO QoS ......................................................................... 27 1.3.1 Cung cấp QoS ........................................................................................... 28 1.3.2 Điều khiển QoS......................................................................................... 28 1.3.3 Quản lý QoS ............................................................................................. 29 Chương 2 ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ CHO MẠNG IP ......................... 30 2.1 GIAO THỨC LIÊN MẠNG (IP – INTERNET PROTOCOL) ............................. 30 2.1.1 Phần tiêu đề gói IP .................................................................................... 31 2.1.2 Địa chỉ IP .................................................................................................. 32 2.1.3 Các giao thức định tuyến........................................................................... 33 2.1.4 Các cơ chế truyền tải................................................................................. 34 2.2 TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ CHO MẠNG IP (QoS IP).............. 34 2.2.1 Lịch sử phát triển các mô hình QoS IP ...................................................... 34 2.2.2 Các tham số cơ bản ảnh hưởng tới QoS IP thực tế..................................... 36 2.3 CÁC CHỨC NĂNG CHUNG CỦA QoS IP ....................................................... 39 2.4 CÁC KỸ THUẬT ĐẢM BẢO QoS IP................................................................ 42 2.4.1 Kỹ thuật đo lưu lượng và màu hóa lưu lượng ............................................ 42 2.4.2 Kỹ thuật quản lý hàng đợi tích cực ............................................................ 46 2.4.3 Kỹ thuật lập lịch cho gói tin ...................................................................... 47 2.4.4 Kỹ thuật cắt lưu lượng .............................................................................. 50 2.5 KẾT LUẬN ........................................................................................................ 52 Chương 3: MỘT SỐ MÔ HÌNH ĐẢM BẢO QoS IP ................................................ 53 3.1 MÔ HÌNH DỊCH VỤ TÍCH HỢP - INTSERV ..................................................... 53
8 3.1.1 Giới thiệu chung ....................................................................................... 53 3.1.2 Giao thức dành trước tài nguyên RSVP ....................................................... 57 3.2 MÔ HÌNH DỊCH VỤ PHÂN BIỆT - DIFFSERV .................................................. 64 3.2.1 Tổng quan về mô hình DiffServ.................................................................. 64 3.2.2 Miền dịch vụ phân biệt và điểm mã dịch vụ phân biệt ................................. 66 3.2.4 Xử lý gói tin trong DiffServ ........................................................................ 68 3.3 KHUYẾN NGHỊ TRIỂN KHAI QoS TRÊN MẠNG IP ........................................ 73 3.4 KẾT LUẬN ........................................................................................................ 73 Chương 4 ĐÁNH GIÁ MÔ HÌNH ĐẢM BẢO QoS IP QUA MÔ PHỎNG ............ 74 4.1 ĐÁNH GIÁ CHUNG ........................................................................................... 74 4.2 MÔ PHỎNG VÀ KIỂM TRA QoS ..................................................................... 75 4.2.1 Tổng quan chương trình mô phỏng mạng NS2 .......................................... 75 4.2.2 Mô phỏng mô hình DiffServ ..................................................................... 79 KẾT LUẬN ............................................................................................................... 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................... 89
9 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt AF Assured Forwarding Chuyển tiếp đảm bảo AL Application Layer Tầng ứng dụng AQM Active Queue Management Quản lý hàng đợi tích cực ATM Asychronous Transfer Mode Chế độ truyền tải không đồng bộ ACS Access Control System Hệ thống điều khiển truy nhập AF Assured Forward Chuyển tiếp đảm bảo BA Behavior Aggressive Kết hợp hành vi BB Bandwith Broker Phân bổ băng thông BE Best-Effort Cố gắng tối đa B-ISDN Broadband ISDN Mạng tích hợp đa dịch vụ băng rộng CBR Constant Bit Rate Tốc độ bit cố định CBS Committed Burst Size Kích thước bùng nổ cam kết CIR Committed Information Rate Tốc độ thông tin cam kết CoS Class of Service Lớp dịch vụ CR Core Router Bộ định tuyến lõi DiffServ Differentiated Services Dịch vụ phân biệt DLL Data Link Layer Tầng liên kết dữ liệu DS Differentiated Server Server phân biệt DSCP Differentiated Services Code Point Điểm mã dịch vụ phân biệt ECN Explicit Congestion Notification Thông báo tắc nghẽn tường minh EF Expedited Forwarding Chuyển tiếp nhanh ER Edge Router Bộ định tuyến biên ETSI European Telecommunications Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu Standards Institute FIFO First In First Out Vào trước ra trước FLOWSPEC Flow Specification Đặc tả luồng FQ Fair Queueing Hàng đợi công bằng FSI Flow State Information Thông tin trạng thái luồng GoS Grade of Sevice Cấp độ dịch vụ GS Guaranteed Service Dịch vụ đảm bảo IETF Internet Engineering Task Force Uỷ ban thực thi kỹ thuật Internet IntServ Intergrated Service Dịch vụ tích hợp IPLR IP Loss Rate Tỷ lệ mất gói IP IPTD IP Packet Transfer Delay Trễ truyền tải gói tin IP IPER IP Error Rate Tỷ lệ lỗi gói tin IP ISO International Standard Organization Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế
10 IPv4 Internet Protocol version 4 Giao thức Internet phiên bản 4 IPv6 Internet Protocol version 6 Giao thức Internet phiên bản 6 ITU-T International Telecommunication Union Hiệp hội viễn thông quốc tế MF Multi Fields Đa trường MPLS MultiProtocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức NL Network Layer Tầng mạng NNI Network Node Interface Giao diện nút mạng NP Net Performance Hiệu năng mạng PBS Packet Burst Size Kích thước bùng nổ gói PHB Per-Hop forwarding Behaviour Hành vi chuyển tiếp theo từng chặng PIR Peak Information Rate Tốc độ thông tin đỉnh PQ Priority Queueing Hàng đợi ưu tiên QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ RA Resource Allocation Cấp phát tài nguyên RED Random Early Detection and Discard Phát hiện và loại bỏ sớm ngẫu nhiên RFC Request For Comments Các yêu cầu cần trả lời RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức dành trước tài nguyên SACP Simple Acceptance Control Protocol Giao thức điều khiển chấp nhận đơn giản SE Shared Explicit Chia sẻ tường minh SLA Service Level Argreement Thoả thuận mức dịch vụ SNMP Simple Network Management Protocol Giao thức quản lý mạng đơn giản srTCM Single rate Three Color Marker Bộ đánh dấu 3 màu tốc độ đơn TCA Traffic Conditioning Agreement Thoả thuận điều kiện lưu lượng TL Transmission Layer Tầng truyền dẫn ToS Type of Service Kiểu dịch vụ trTCM Two rate Three Color Marker Bộ đánh dấu 3 màu hai tốc độ UBR Undefined Bit rate Tốc độ bit không xác định UNI User Network Interface Giao diện người dùng mạng VBR Variable Bit Rate Tốc độ bit thay đổi VoIP Voice over IP Thoại qua IP VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo WF Wildcard Filter Bộ lọc Wildcard WFQ Weighted Fair Queueing Hàng đợi công bằng theo trọng số WRED Weighted Random Early Discarding Loại bỏ sớm ngẫu nhiên theo trọng số WRR Weighted Round Robin Quay vòng theo trọng số
11 DANH MỤC CÁC BẢNG Tên bảng Trang Bảng 1.1. Các đặc tính phân lớp QoS cho mạng IP theo ITU-T ................................. 26 Bảng 1.2. Phân lớp QoS theo quan điểm của ETSI .................................................... 26 Bảng 1.3. Các vùng dịch vụ của B-ISDN ................................................................... 27 Bảng 1.4. Phân vùng dịch vụ theo diễn đàn ATM ...................................................... 27 Bảng 3.1: Các kiểu dành trước tài nguyên .................................................................. 58 Bảng 3.2. Các bit sử dụng cho điều khiển chia sẻ ...................................................... 61 Bảng 3.3. Các bít sử dụng cho điều khiển lựa chọn máy gửi ..................................... 61 Bảng 3.4. Các tham số của các đối tượng CL khác nhau ............................................ 63 Bảng 3.5. Các tham số của dịch vụ cam kết Rspec .................................................... 63 Bảng 3.6. Các khối điểm mã dịch vụ phân biệt DSCP ............................................... 67 Bảng 3.7. Chi tiết các phân lớp chuyển tiếp đảm bảo AF PHB .................................. 70 Bảng 4.1. So sánh mô hình IntServ và DiffServ ......................................................... 75
12 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Tên hình Trang Hình 1.1. Mô hình QoS tổng quát ............................................................................. 17 Hình 1.2. Kiến trúc cơ bản của QoS .......................................................................... 18 Hình 1.3. Các mức của chất lượng dịch vụ đầu cuối-đầu cuối ................................... 19 Hình 1.4. Các đặc điểm cơ bản của chất lượng dịch vụ ............................................. 20 Hình 1.5. Hàng đợi vào trước ra trước trong router ................................................... 22 Hình 1.6. Classify, Queue và Schedule trong router .................................................. 23 Hình 1.7. Cơ chế traffic shaping trong router ............................................................ 23 Hình 1.8. Các thành phần trong cơ cấu đảm bảo chất lượng dịch vụ .......................... 28 Hình 2.1. Chồng giao thức TCP/IP ............................................................................ 30 Hình 2.2. Khuôn dạng phần tiêu đề gói IP.................................................................. 31 Hình 2.3. Các lớp địa chỉ IP ....................................................................................... 33 Hình 2.4. Các bước phát triển của mô hình QoS [12]. ................................................ 34 Hình 2.5. Dịch vụ Intserv và dịch vụ Diffserv [19]. ................................................... 35 Hình 2.6. Băng thông khả dụng.................................................................................. 37 Hình 2.7. Trễ tích lũy từ đầu cuối tới đầu cuối ........................................................... 38 Hình 2.8. Trễ xử lý và hàng đợi ................................................................................. 38 Hình 2.9. Mất gói vì hiện tượng tràn bộ đệm đầu ra ................................................... 39 Hình 2.10. Các chức năng đảm bảo QoS của bộ định tuyến IP ................................... 40 Hình 2.11. Phương pháp phân loại gói đa trường chức năng ...................................... 40 Hình 2.12. Phương pháp phân loại gói theo kết hợp hành vi ...................................... 41 Hình 2.13. Khoảng thời gian CBS trong CIR của tốc độ lưu lượng đầu vào đơn ........ 43 Hình 2.14. Chế độ mù màu srTCM với gáo C và gáo E.............................................. 43 Hình 2.15. Chế độ hoạt động rõ màu srTCM ............................................................. 44 Hình 2.16. Gáo rò C, P và chế độ hoạt động mù màu của trTCM ............................... 45 Hình 2.17. Chế độ hoạt động rõ màu của trTCM........................................................ 45 Hình 2.18. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của RED ........................................................ 46 Hình 2.19. Hoạt động thông báo tắc nghẽn tường minh ECN ..................................... 47 Hình 2.20. Hàng đợi ưu tiên PQ ................................................................................. 48 Hình 2.21. Hàng đợi cân bằng FQ .............................................................................. 49 Hình 2.22. Hàng đợi quay vòng theo trọng số WRR .................................................. 49 Hình 2.23: Chia cắt lưu lượng thuần .......................................................................... 51 Hình 2.24: Chia cắt lưu lượng bùng nổ kiểu gáo rò .................................................... 51 Hình 3.1. Mô hình dịch vụ tích hợp IntServ .............................................................. 54
13 Hình 3.2. Cấu trúc mạng IntServ ............................................................................... 58 Hình 3.3. Khuôn dạng bản tin RSVP và tiêu đề chung RSVP ................................... 59 Hình 3.4. Khuôn dạng bản tin đối tượng RSVP......................................................... 60 Hình 3.5. Khuôn dạng đối tượng kiểu ....................................................................... 60 Hình 3.6. Cấu trúc bản tin Path và Resv trong RSVP ................................................. 61 Hình 3.7. Tổng quan mô hình DiffServ ..................................................................... 64 Hình 3.8. Mô hình DiffServ tại biên và lõi của mạng ................................................ 65 Hình 3.9. Mô hình các bước dịch vụ phân biệt DiffServ ........................................... 66 Hình 3.10. Miền dịch vụ phân biệt DS ...................................................................... 67 Hình 3.11. Cấu trúc của trường phân biệt dịch vụ DS ................................................ 67 Hình 3.12. Hoạt động của BB ................................................................................... 68 Hình 3.13. Xử lý chuyển tiếp nhanh EF PHB ............................................................ 69 Hình 3.14. Các phân lớp AF PHB ............................................................................. 70 Hình 3.15. Cấu trúc của byte TOS ............................................................................ 71 Hình 4.1. Mô hình NS2 đơn giản ............................................................................... 76 Hình 4.2. Tương ứng C++ và Otcl ............................................................................. 76 Hình 4.3. Kiến trúc của NS ........................................................................................ 77 Hình 4.4. Sơ đồ hoạt động của NS2 ........................................................................... 77 Hình 4.5. Các trường của tệp bám vết ....................................................................... 78 Hình 4.6. Mô hình khảo sát ........................................................................................ 85 Hình 4.7. Đồ thị mô tả mất gói trong khoảng thời gian 120s ...................................... 86 Hình 4.8. Đồ thị mô tả thông lượng trong khoảng thời gian 120s ..... Error! Bookmark not defined. Hình 4.9. Độ trễ hàng đợi của lớp lưu lượng ................ Error! Bookmark not defined.
14
15 MỞ ĐẦU 1. CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI Ngày nay, với sự bùng nổ của Internet, việc kết nối và sử dụng Internet ngày càng đa dạng, phong phú, chính vì vậy tầm quan trọng của việc đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) ngày càng tăng. Với sự ra đời của các nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP), việc ổn định “chất lượng của Internet” cần phải được đảm bảo. Điều đó có nghĩa là các nhà cung cấp Internet tạo ra cho người dùng những dịch vụ đa dạng, phong phú và cốt yếu là phải đảm bảo chất lượng dịch vụ đó. Mạng Internet hiện nay cung cấp dịch vụ trên cơ sở phục vụ theo khả năng tối đa (best - effort), tức là không có bất cứ một cam kết nào được đưa ra từ phía nhà khai thác về chất lượng dịch vụ. Thay vào đó, tùy thuộc vào trạng thái cụ thể của mạng, mạng chủ sẽ thực hiện những khả năng tốt nhất của mình để phục vụ lưu lượng cho dịch vụ [9]. Đây là nguyên nhân chủ yếu thúc đẩy nghiên cứu mạnh mẽ về QoS trên nền mạng IP trong những năm gần đây. Chất lượng dịch vụ là một thành phần quan trọng của các mạng gói đa dịch vụ. Vấn đề chất lượng dịch vụ và đánh giá chất lượng dịch vụ luôn là vấn đề đóng vai trò quan trọng đối với tất cả các loại hình dịch vụ viễn thông. Mỗi loại hình dịch vụ sẽ quan tâm tới QoS ở những khía cạnh khác nhau. Việc tích hợp nhiều ứng dụng với các yêu cầu về QoS khác nhau đòi hỏi phải có một mô hình đảm bảo QoS cho các dịch vụ này. Hướng tiếp cận QoS theo mô hình IntServ và DiffServ rất phù hợp với mạng gói IP [18]. Công nghệ IP và các ứng dụng của nó đã và đang tạo ra nhiều cơ hội và thách thức mới cho các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông. Từ tính cấp thiết nêu trên, chúng tôi chọn đề tài “Giải pháp đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) trên mạng IP, đánh giá và so sánh hiệu quả đảm bảo QoS của DiffServ và IntServ”. Luận văn sẽ đi sâu tìm hiểu những kiến thức cơ bản về chất lượng dịch vụ trên nền mạng IP như đặc điểm kỹ thuật, phân tích và đánh giá chất lượng cho mạng IP qua mô hình IntServ và DiffServ; việc triển khai, hỗ trợ chất lượng dịch vụ trên nền mạng IP. 2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Luận văn tập trung nghiên cứu những vấn đề sau: - Tập trung nghiên cứu về đảm bảo chất lượng dịch vụ trên mạng IP. - Phân tích, đánh giá hai mô hình IntServ và Diffserv đối với QoS IP. - Sử dụng công cụ NS2 mô phỏng mô hình đảm bảo QoS: IntServ và DiffServ, từ đó đưa ra giải pháp cho việc đảm bảo chất lượng dịch vụ trên nền mạng IP.
16 3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Đề tài tập trung nghiên cứu lý thuyết về đảm bảo chất lượng dịch vụ. Các mô hình và cơ chế đảm bảo QoS trên nền mạng IP. Đánh giá và so sánh hiệu năng của 2 mô hình Intserv và DiffServ qua việc sử dụng công cụ mô phỏng NS2. 4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Thực hiện nghiên cứu lý thuyết về các kiến trúc QoS. Phân tích và đánh giá qua mô phỏng. 5. CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn gồm 4 chương: Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ Các vấn đề và yêu cầu đảm bảo chất lượng dịch vụ: a) Khái niệm về QoS và những yếu tố liên quan: tham số và phương thức đánh giá chất lượng dịch vụ mạng. b) Với các dịch vụ trên nền mạng IP, những tham số đặc trưng khách quan được chuẩn hóa qua các tham số như tỷ lệ mất gói, độ trễ gói, độ biến thiên trễ,... c) Các thông số QoS: Khi xem xét đến đảm bảo chất lượng cho một dịch vụ trên nền mạng IP, cần định nghĩa cụ thể tập hợp những tham số QoS khách quan phải được quan tâm cùng với mô hình phù hợp cho sự ràng buộc của các tham số đó. Chương 2 ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ CHO MẠNG IP  Khái quát về mạng IP, các loại mạng, các giao thức liên mạng và định tuyến, các cơ chế truyền tải trong mạng IP. Nghiên cứu các yếu tố chính có ảnh hưởng tới mạng IP.  Tìm hiểu lịch sử phát triển QoS IP cùng với các tham số ảnh hưởng trực tiếp tới QoS IP trên thực tế.  Các kỹ thuật và công nghệ đảm bảo QoS IP: quản lý hàng đợi, lưu lượng, lập lịch cho gói tin. Chương 3 MỘT SỐ MÔ HÌNH ĐẢM BẢO QoS IP  Đi sâu nghiên cứu mô hình hỗ trợ chất lượng dịch vụ trong mạng IP, so sánh lợi thế của mỗi mô hình dịch vụ đối với mạng IP.  Nghiên cứu và rút ra những giải pháp của hai mô hình IntServ và DiffServ. Chương 4 ĐÁNH GIÁ MÔ HÌNH ĐẢM BẢO QoS IP QUA MÔ PHỎNG  Đánh giá chung về DiffServ và IntServ, rút ra ưu – nhược điểm của hai mô hình trong thực tế  Luận văn thực hiện mô phỏng bằng NS2 nhằm đánh giá mô hình đảm bảo QoS trên mạng IP.
17 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ 1.1 CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ (QoS) VÀ CÁC THAM SỐ QoS 1.1.1 Giới thiệu chung về QoS Chất lượng dịch vụ (Quality of Service – QoS) là một khái niệm rộng và được tiếp cận theo nhiều hướng khác nhau, QoS liên quan tới khả năng cung cấp các dịch vụ tốt hơn của một mạng đối với một lưu lượng mạng đã chọn với những công nghệ khác nhau bao gồm Frame Relay, ATM, Ethernet và các mạng 802.1, SONET, IP. Chất lượng được định nghĩa trong ISO 9000 là “cấp độ của một tập các đặc tính vốn có đáp ứng đầy đủ các yêu cầu”. Theo khuyến nghị E800 ITU-T, chất lượng dịch vụ là “Một tập các khía cạnh của hiệu năng dịch vụ nhằm xác định cấp độ thỏa mãn của người sử dụng đối với dịch vụ”. Trong khi IETF [ETSI - TR102] nhìn nhận QoS là khả năng phân biệt luồng lưu lượng để mạng có các ứng xử phân biệt đối với các kiểu luồng lưu lượng, QoS bao trùm cả phân loại hóa dịch vụ và hiệu năng tổng thể của mạng cho mỗi loại dịch vụ [10]. Cho đến nay vẫn chưa thực sự có một khái niệm hoàn chỉnh về chất lượng dịch vụ, mặc dù vậy ta có thể hiểu chất lượng dịch vụ là điều kiện để việc cung cấp dịch vụ truyền dữ liệu trên mạng phù hợp với các ứng dụng và đảm bảo sự nhận biết của người dùng. Chất lượng dịch vụ bao gồm tập hợp các tiêu chí đặc trưng cho yêu cầu của từng loại lưu lượng cụ thể trên mạng như độ trễ, jitter (sự thay đổi độ trễ), tỉ lệ mất gói,…[16]. Các tiêu chí trên có liên quan chặt chẽ tới băng thông dành cho lưu lượng đó . Hình vẽ sau đây biểu diễn một mô hình QoS tổng quát: Hình 1.1. Mô hình QoS tổng quát Trong hình vẽ, NP (Net Performance) là năng lực và hiệu quả của một mạng cụ thể. Nó bao gồm khả năng ứng xử, tính hiệu quả của mạng và chất lượng phục vụ mà mạng cung cấp. AP (Access Point) là điểm truy nhập mạng.
18 Việc thực hiện đảm bảo chất lượng dịch vụ bao gồm ba thành tố cơ bản sau:  Các cơ chế đảm bảo chất lượng dịch vụ tại các nút mạng: thuật toán hàng đợi (queuing), cơ chế định hình lưu lượng (traffic shapping), các cơ chế tối ưu hóa đường truyền, các thuật toán dự đoán và tránh tắc nghẽn…  Phương thức báo hiệu QoS giữa các nút mạng để phối hợp hoạt động đảm bảo chất lượng dịch vụ từ đầu cuối tới đầu cuối  Chính sách QoS và các chức năng tính cước, quản lý để điều khiển và phân phát QoS cho các lưu lượng đi qua mạng Hình 1.2. Kiến trúc cơ bản của QoS Xét từ đầu cuối đến đầu cuối, chất lượng dịch vụ được chia ra một số loại sau:  Best-Effort Service: Mô hình dịch vụ “tối đa”, có nghĩa là mạng sẽ khai thác hết khả năng trong giới hạn cho phép, nhưng không đảm bảo độ trễ và mất mát dữ liệu. Vì vậy, khi có nhiều luồng lưu lượng truyền đi trong mạng và vượt quá khả năng của mạng, dịch vụ không bị từ chối nhưng chất lượng dịch vụ giảm: thời gian trễ tăng, tốc độ giảm và mất dữ liệu. Với Best-Effort, dữ liệu đi vào mạng đều tuân theo quy tắc FIFO. Không có sự đối xử nào của QoS đối với dữ liệu.  Differrentiated Service (còn gọi là soft QoS): Một vài dòng lưu lượng của dịch vụ được ưu tiên hơn những dòng lưu lượng còn lại (ví dụ như cam kết các dịch vụ khác nhau như thoại, video sẽ có băng thông ổn định, được xử lý nhanh hơn, tỉ lệ mất gói ít hơn, …).  Guaranteed Service (còn gọi là hard QoS): dữ liệu đi vào mạng được phân loại thành các lớp khác nhau để phân loại cách đối xử của mạng đối với dữ liệu. Thực hiện thông qua các tool QoS là PQ, CQ, WFQ và WRED. Dịch vụ được đảm bảo tuyệt đối về tài nguyên mạng dành cho nó, với điều khoản cụ thể như băng thông, trễ, mất gói…
19 Hình 1.3. Các mức của chất lượng dịch vụ đầu cuối-đầu cuối Tính chất chung của chất lượng dịch vụ: “Hiệu ứng chung của đặc tính chất lượng dịch vụ là xác định mức độ hài lòng của người sử dụng đối với dịch vụ”. Ngoài ra, QoS còn là “khả năng của mạng đảm bảo và duy trì các mức thực hiện nhất định cho mỗi ứng dụng theo như các yêu cầu đã được chỉ rõ của mỗi người sử dụng”. Từ đó, chất lượng dịch vụ QoS có thể được đánh giá theo hai cách: đánh giá chủ quan và đánh giá khách quan. Đối với người sử dụng dịch vụ, chất lượng dịch vụ phần lớn được đánh giá một cách chủ quan. Ví dụ, khi truy cập một trang Web, yếu tố đầu tiên để người sử dụng đánh giá chất lượng dịch vụ truy cập là khả năng truy nhập thành công trang Web đó. Một yếu tố cũng không thể thiếu là đánh giá mức độ truy nhập nhanh hay chậm qua xem xét thời gian cần thiết để tải các dữ liệu từ trang Web. Từ ý kiến đó, người sử dụng sẽ công nhận dịch vụ truy cập Internet là tốt nếu khả năng truy nhập cao (sự gián đoạn là hạn hữu và vận tốc truyền tải dữ liệu nhanh). Dựa trên những đánh giá chủ quan, QoS được coi là mức độ chấp nhận dịch vụ của người sử dụng và thường được đánh giá trên thang điểm đánh giá trung bình MoS (Mean of Score), MoS dao động từ mức (1-tồi) đến mức (5- xuất sắc). QoS cần được cung cấp cho mỗi ứng dụng để người sử dụng có thể chạy ứng dụng đó và mức QoS mà ứng dụng đòi hỏi được xác định bởi người sử dụng. Từ MoS, các nhà cung cấp dịch vụ đưa ra mức chất lượng dịch vụ phù hợp cho dịch vụ của mình. Điều cơ bản chung của cách đánh giá chủ quan là với người sử dụng, sự đánh giá phụ thuộc vào dịch vụ cụ thể họ đang dùng. Vì những đánh giá này mang tính chủ quan nên chúng không được biểu hóa một cách thống nhất và rành mạch. Từ khía cạnh dịch vụ mạng, QoS liên quan tới năng lực cung cấp các yêu cầu chất lượng dịch vụ cho người sử dụng. Có hai kiểu năng lực mạng để cung cấp chất lượng dịch vụ trong mạng chuyển mạch gói. a. Mạng chuyển mạch gói phải có khả năng phân biệt các lớp dịch vụ. b. Một khi mạng có các lớp dịch vụ khác nhau, mạng phải có cơ chế ứng xử khác nhau
20 với các lớp bằng cách cung cấp các đảm bảo tài nguyên và phân biệt dịch vụ trong mạng. Người sử dụng đầu cuối Mạng chuyển mạch gói Người sử dụng đầu cuối Q oS Q oS Mức độ chấp nhận 1. Khả năng phân lớp dịch vụ dịch vụ 2. Khả năng cung cấp dịch vụ theo lớp  Phân tích Kiểm tra  Mô hình hóa và mô phỏng  Đo kiểm Các tham số mạng:  Mất gói  Độ trễ MOS – E Mode  Trượt thời gian  Khả năng tắc nghẽn Hình 1.4. Các đặc điểm cơ bản của chất lượng dịch vụ Phương pháp cơ bản để xác định chất lượng dịch vụ mạng là quá trình phân tích lưu lượng và các điều kiện của mạng, thông qua các bài toán được mô hình hóa hoặc đo kiểm trực tiếp các thông số mạng để đánh giá tiêu chuẩn khách quan. Nhìn từ khía cạnh mạng, một khung làm việc chung của kiến trúc QoS gồm có:  Phương pháp để yêu cầu và nhận các mức của dịch vụ qua các hình thức thỏa thuận mức dịch vụ SLA (Service Level Agreements). Các thỏa thuận SLA gồm các tham số QoS như băng thông, độ trễ, ...là một hình thức giao kèo dịch vụ giữa khách hàng và nhà cung cấp dịch vụ. Khách hàng cần SLA để hiểu các ứng dụng của họ nhận được mức dịch vụ như thế nào, còn các nhà cung cấp dịch vụ cần SLA để hướng lưu lượng đầu vào của người sử dụng tới mạng phù hợp.  Báo hiệu, phân phối bộ đệm và quản lý bộ đệm cho phép đáp ứng yêu cầu mức dịch vụ thông qua các giao thức dành trước tài nguyên cho ứng dụng.  Điều khiển những ứng dụng có sai lệch trong việc thiết lập các mức dịch vụ, thông qua quá trình phân loại loại lưu lượng, hướng tới chính sách quản lý và thực thi đối với từng luồng lưu lượng nhằm xác định kỹ thuật điều khiển lưu lượng phù hợp. Phương pháp sắp xếp cho luồng lưu lượng qua mạng trong một chừng mực có thể đảm bảo thỏa thuận các mức dịch vụ sử dụng, bằng các phương pháp định tuyến trên nền tảng QoS.
21  Phương pháp tránh tắc nghẽn, quản lý tắc nghẽn, hàng đợi, và thiết lập để ngăn chặn các điều kiện sự cố mạng gây ra những hậu quả bất lợi ảnh hưởng tới mức dịch vụ. Quản lý tắc nghẽn không phải là cơ chế phòng ngừa, nhưng là một cơ chế tác động ngược khi các điều kiện tắc nghẽn phát sinh trong mạng. Phát hiện và loại bỏ sớm ngẫu nghiên RED (Random Early Detection and Discard) là một trong các kỹ thuật để ngăn ngừa tắc nghẽn.  Chính sách quản lý cho phép thực hiện các luật áp dụng cho các gói tin qua mạng trên nền chính sách chung. Mỗi lớp lưu lượng có một giới hạn nhất định số các gói tin được chấp nhận trong một khoảng thời gian nhất định. Chính sách quản lý liên quan tới các hoạt động của thiết bị xử lý gói tin và hiện trạng của mạng từ đó quyết định hình thức thỏa thuận mức dịch vụ. Tiếp cận theo mô hình phân lớp trong mô hình tham chiếu hệ thống mở OSI (Open System Interconnection) là cách tiếp cận khác về QoS được nhìn nhận từ phía mạng, QoS được đánh giá trong một số tầng:  Tầng ứng dụng AL (Application Layer): QoS được nhận thức là “mức độ dịch vụ”.  Tầng truyền tải TL (Transport Layer): QoS được thực hiện bởi kiến trúc logic của mạng, các cơ chế định tuyến và báo hiệu.  Tầng mạng NL (Network layer): QoS thể hiện qua cac tham số lớp mạng: Tỷ lệ lỗi, giá trị trung bình, giá trị lớn nhất của các tham số như băng thông, độ trễ và độ tin cậy của luồng lưu lượng.  Lớp liên kết dữ liệu DLL (Data link Layer): QoS được thể hiện qua các tham số truyền dẫn, tỷ lệ lỗi thông tin, các hiện tượng tắc nghẽn và hỏng hóc của các tuyến liên kết. Từ mô hình trên chúng ta nhận thấy, chất lượng dịch vụ tại các tầng cao của mô hình hướng về người sử dụng (liên quan tới giao thức và phần mềm điều khiển), trong khi các tầng thấp hướng về các đặc tính của hệ thống mạng truyền thông (như cấu trúc mạng, tài nguyên sử dụng trong các nút và liên kết). 1.1.2 Các thành phần thực hiện QoS Mục đích chính của QoS là cung cấp thứ tự ưu tiên các dịch vụ giao nhận thông tin tin cậy cho những lớp hay loại lưu lượng nào đó bao gồm: cấp băng thông, điều khiển rung pha và trễ (cần thiết đối với các ứng dụng thời gian thực và lưu lượng tương tác), cung cấp sự ưu tiên cho một hay nhiều luồng mà không làm cho các luồng khác bị lỗi... Vấn đề trước tiên phải quan tâm là quá trình lưu và chuyển gói tại các nút mạng diễn ra như thế nào, do tuyến đường mà gói đi qua để đến đích là một chuỗi các nút và liên kết mạng.