Nghiên cứu kĩ thuật lập trình trong mang IP

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT A ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền tải không đồng bộ ACLs Access Control Lists Bảng điều khiển truy nhập B BGP4 Border Gateway Protocol version 4 Giao thức cổng biên version 4 C CoS Class of service Lớp dịch vụ CAC Connection Admission Control Điều khiển thu nhận kết nối CAR Committed Access Rate Tốc độ truy nhập được qui định CIR Commited Information Rate Tốc độ thông tin được giao ước CQ Custom Queuing Hàng đợi khách CQS Classification, Queuing, Scheduling Phân loại, hàng đợi, lập lịch CBQ Class-Base Queuing Xếp hàng trên cơ sở lớp CBWFQ Class-Base Weighted Fair Queuing Hàng đợi hợp lý theo trọng số dựa trên cơ sở lớp CSSVC Core-Stateless Shaped Virtual Clock Đồng hồ ảo định dạng không lõi D DiffServ Differentiated Services Dịch vụ phân biệt DSCP Differentiated services codepoint điểm mã dịch vụ phân biệt E EDD Earliest Due Date Phí sớm nhất của ngày EIR Excess Information Rate tỷ lệ thông tin vượt quá F FEC Forward Error-Correcting Code Mã định hướng lỗi đúng FBI Forwarding Information Base Thông tin định hướng cơ sở FIFO First In First Out Vào trước ra trước FCFS First Come First Served Đến trước, phục vụ trước G GPS Generalized Processor Sharing Phân chia bộ xử lý chung I IntServ Integrated Service Dịch vụ tích hợp ISP Internet Service Provider Cung cấp dịch vụ mạng ISDN Integrated Services Digital Network Mạng số tích hợp đa dịch vụ L LAN Local Area Network Mạng cục bộ M MPLS MultiProtocol LabelSwitching Chuyển mạch nhãn đa giao thức MTU Maximum Transmission Unit Khối truyền dẫn lớn nhất N NP Net Performane Mạng thực thi O OSPF Open Shortest Path First giao thức tìm đường dẫn đầu tiên ngắn nhất P PVC Permanent Virtual Circuit kênh ảo cố định PSTN Public Switched Telephone Network Mạng điện thoại công cộng PQ Priority Queuing Hàng đợi ưu tiên PQ PHB Per-Hop Behavior Xử lý trên từng Hop Q QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ R RED Random Early Detection Phát hiện trước ngẫu nhiên RSVP Resource Reservation Protocol Giao Thức dự trữ tài nguyên RSpec Request Specification Mô tả yêu cầu RCSP Rate-Contrlled Static Priority Ưu tiên tốc độ điều khiển cố định S SVC Switched Virtual Circuit kênh ảo chuyển mạch SLA Service Level Agreement Thoả thuận mức dịch vụ SNA System Network Architecture Hệ thống kiến trúc mạng SBM Subnet Bandweidth Management Quản lý băng thông mạng con SCFQ Self-Clock Fair Queuing Xếp hàng hợp lý tự định giờ T TSpec Traffic Specification Mô tả lưu lượng TCA Traffic Conditioning Agreement Điều kiện lưu lượng thoả thuận ToS Type of Service Trường dịch vụ U UDP User Datagram Protocol Gói dữ liệu người dùng V VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo W WAN Wide Area Network Mạng diện rộng WFQ Weighted Fair Queueing Xếp hàng theo trọng số WRED Weighted Early Random Detect Phát hiện sớm ngẫu nhiên theo trọng số WF2Q Worst-Case Fair Weighted Fair Queuing Hàng đợi hợp lý theo trọng số trong trường hợp xấu LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay nghành công nghiệp viễn thông đã đạt được những thành tựu to lớn và trở thành một ngành không thể thiếu trong đời sống con người. Nhờ sự phát triển của kỹ thuật số, kỹ thuật phần cứng và các công nghệ phần mềm đã và đang đem lại cho người sử dụng các dịch vụ mới đa dạng và phong phú. Mạng IP và các dịch vụ ứng dụng công nghệ IP với các ưu điểm như tính linh hoạt, khả năng mở rộng dễ dàng và đạt hiệu quả cao … đã và đang dần chiếm ưu thế trên thị trường viễn thông thế giới. Nhiều nghiên cứu về công nghệ IP đã được thực hiện để đưa ra các giải pháp tiến đến một mạng hội tụ toàn IP. Tuy nhiên mạng IP hiện nay mới chỉ là mạng “Best Effort” -một mạng nỗ lực tối đa, mà không hề có bất kì một sự bảo đảm nào về chất lượng dịch vụ của mạng. Đồ án này nghiên cứu về QoS với mong muốn hiểu them về chất lượng dịch vụ trong mạng IP và đưa QoS vào mạng để có được một mạng IP có QoS chứ không chỉ là mạng “Best Effort”. Đồ án gồm bốn chương : Chương 1. Tổng quan về QoS: Trình bày các khái niệm cơ bản, các tham số QoS, thực trạng QoS trong các mạng viễn thông hiện nay và cách đưa QoS vào trong mạng IP bằng cách sử dụng các giao thức và các thuật toán QoS. Chương 2. Kiến trúc CQS:trình bày tổng quan về kiến trúc CQS, đặc điểm, khái niệm, các ứng dụng và các dịch vụ mạng của kiến trúc CQS. Chương 3. Scheduling: Trình bày về bộ lập lịch với các khái niệm các thuật toán và ứng dụng của chương trình lập lịch trong việc điều khiển lưu lượng, điều khiển tắc nghẽn nhằm giăi quyết vấn đề QoS trong mạng IP. Chương 4. Định hướng phát triển mạng viễn thông Việt Nam: Trình bày mạng Viễn thông trong tương lai và các ứng dụng để đưa chất lượng dịch vụ vào trong mạng tương lai. TỔNG QUAN VỀ QoS 1. 1. Giới thiệu chung QoS là chất lượng truyền tải các thông tin trên mạng theo đúng thời gian, kiểm soát băng thông, đặt quyền ưu tiên cho các lưu thông, cung cấp mức độ an toàn cao. QoS còn được kết hợp với khả năng chuyển tải các thông tin phụ thuộc vào trễ (delay sensitive) như video trực tiếp hay âm thanh mà vẫn có đủ băng thông cho các lưu thông khác dù ở tốc độ thấp hơn. Quyền ưu tiên liên quan đến việc đánh dấu một số thông tin để có thể đi qua những mạng đông đúc trước khi những những thông tin khác có độ ưu tiên thấp hơn đi qua. Quyền ưu tiên được gọi là cấp dịch vụ (class of service) hay còn gọi la CoS. Cung cấp QoS đòi hỏi cải tiến cơ sở hạ tầng của mạng. Một kỹ thuật để mở rộng băng thông là tạo các trục chính trên mạng bằng các bộ chuyển mạch ATM hoặc Gigabit Ethernet. Điều này cũng có nghĩa là nâng cấp một mạng cục bộ dùng chung thành một mạng cục bộ chuyển mạch. Hơn nữa, các giao thức mới yêu cầu phải quản trị các quyền ưu tiên lưu thông và băng thông trên mạng. Ví dụ sau đây sẽ mô tả cách thức QoS áp dụng vào thực tế. Giả sử bạn có cơ hội để thiết kế lại hệ thống đường sá trong trung tâm. Hệ thống đường sá hiện thời không bảo đảm bạn có thể đi đến đích đúng giờ, cũng không cung cấp được những mức độ ưu tiên cho các lưu thông đặc biệt, như các xe cấp cứu hoặc có những người sẵn sàng trả tiền để được đi trên các tuyến không tắc nghẽn. Tình huống này cũng tương tự như mô hình truyền dữ liệu “nỗ lực cao nhất” (best-effort) trên Internet, mà các gói được ưu tiên như nhau và phải truyền qua các băng thông có sẵn. Việc đầu tiên là phải xác định cách thức cải tiến chất lượng dịch vụ được cung cấp bởi hệ thống đường sá. Điều này có nghĩa là phải làm giảm hay tránh các chậm trễ, dự báo các loại hình lưu thông, và tạo các thứ tự ưu tiên sao cho một số các lưu thông có thể truyền tải gấp. Một giải pháp hiển nhiên là tăng thêm các tuyến, tương đương việc nâng cao băng thông bằng cách nâng cấp thành mạng ATM hay mạng Gigabit Ethernet. Một giải pháp khác là tạo ra thêm các bộ định tuyến trực tiếp tới nơi đến quan trọng, tương đương việc tạo ra một môi trường mạng chuyển mạch mà các mạch chuyên biệt có thể được thiết lập để nối kết giữa hai hệ thống. Những quy luật không thể tránh khỏi của hệ thống đường sá cũng như các mạng là các đường truyền mới hoặc việc gia tăng băng thông sẽ nhanh chóng được dùng hết. Trong môi trường mạng, các ứng dụng multimedia sẽ dùng hết băng thông được cung cấp thêm. Nếu mở rộng băng thông, bạn cũng cần phải có các dịch vụ quản lý nó. Đây là lúc các giao thức mạng QoS đóng vai trò của nó. Cũng tương tự như trong hệ thống đường sá, khi bạn đặt một làn xe chuyên dụng chẳng hạn cho những xe cần đi gấp và cho xe buýt. Một làn xe khác được đặt riêng cho người được quyền sử dụng nó chẳng hạn như những làn xe có hình thoi (diamond lanes) có thể được sử dụng bởi những xe với hai hoặc nhiều hành khách hơn. Trên mạng, ta có thể dành riêng một băng thông và chỉ cho phép những người sử dụng được cấp quyền như những người quản lý hoặc như những ứng dụng đặc biệt như hội thảo qua video hoặc như những nghi thức đặc biệt như SNA (System Network Architecture) là những nghi thức mà phải được phân phối trong một khoảng thời gian nhất định để ngăn chặn việc quá thời hạn. Sự cấp quyền nầy giả định là có một người nào đó đang quản lý quyền ưu tiên. Nếu có nhiều người hơn được quyền đi thì kể cả những làn xe hình thoi cũng bị tắt nghẽn. Vì vậy có lẽ bạn muốn thiết lập một vài hình thức điều khiển truy cập khác chẳng hạn như trả tiền sử dụng khi qua cửa thu thuế. Do đó bất cứ ai sẳn sàng trả tiền để được đi trên những làn xe không bị tắc nghẽn sẽ được đi qua những làn xe đó. Nếu việc sử dụng tăng lên thì phí sẽ tăng lên theo. Cuối cùng, hệ thống sẽ cân bằng ít nhất cũng trên lý thuyết. Một vài người có thể truy nhập đến những làn đặc biệt do những mối quan hệ chính trị, việc phục vụ chính phủ hoặc do những uy tín có được qua việc phục vụ cộng đồng. Những người này được xác định và được cấp quyền qua một hệ thống máy tính hóa để điều khiển những chế độ ưu tiên như vậy. Trong môi trường mạng nội bộ, quyền ưu tiên của người sử dụng được thiết lập bởi những nhà quản trị mạng trên máy chủ dựa trên các policy server. Trên Internet, quyền ưu tiên và băng thông được cung cấp trên nền tảng trả tiền để sử dụng. Điều này ngăn cản những ai sử dụng quá nhiều băng thông, nhưng nó đòi hỏi những nhà cung cấp dịch vụ Internet phải đồng ý với những nhà cung cấp dịch vụ Internet khác cùng thiết lập một chất lượng dịch vụ (QoS) qua Internet và đòi hỏi họ có những hệ thống thanh toán để tính tiền khách hàng 1. 1. 1 Chất lượng dịch vụ của ATM Cung cấp chất lượng dịch vụ trên mạng ATM thì tương đối dễ dàng do nhiều nguyên nhân. Đầu tiên, ATM sử dụng các cell có kích thước cố định để phân phối dữ liệu, trái ngược với những khung có kích thước biến đổi được sử dụng trong môi trường mạng cục bộ. Kích thước cố định sẽ tiện lợi hóa việc đoán trước lưu lượng và những đòi hỏi về băng thông. Giả sử bạn tìm cách xác định có bao nhiêu xe cộ đi qua một đường hầm trong một giờ. Sẽ dễ dàng nếu tất cả các xe điều có cùng kích thước, nhưng nếu chúng là xe con, xe buýt và xe tải trung… kích thước khác nhau sẽ gây khó khăn cho việc xác định trước lưu lượng. Thuận lợi của những cell có kích thước của mạng ATM là ở chổ những nhà cung cấp dịch vụ có thể chỉ định trước băng thông và làm hợp đồng với khách hàng mà đảm bảo được chất lượng dịch vụ. Mạng ATM cũng có tính hướng kết nối. Những cell được phân phối qua những mạch ảo theo thứ tự, một yêu cầu quan trọng đối với hình ảnh và âm thanh theo thời gian thực. Trước khi gửi dữ liệu, một mạch ảo phải được thiết lập. Mạch ảo này có thể được thiết lập trước hoặc cài đặt theo yêu cầu (bằng cách chuyển mạch). Trong trường hợp sau, mạng sẽ cung cấp mạch nếu nó có thể đáp ứng đòi hỏi của người sử dụng. Chất lượng dịch vụ QoS cho những mạng trong văn phòng được thiết lập dựa trên giải pháp thuộc về quản trị hoặc các giải pháp khác. Nếu mạng được nối với mạng ATM của nhà truyền thông thì những thông số của chất lượng dịch vụ QoS cũng có thể được chuyển cho mạng đó. Những ứng dụng vừa mới hình thành có thể đòi hỏi chất lượng dịch vụ (QoS) của mạng ATM cho những dịch vụ như những mạch mô phỏng tạo với một băng thông cụ thể. Những thông số của chất lượng dịch vụ mạng ATM thường gặp bao gồm peak cell rate - tốc độ truyền cell cao nhất (tốc độ truyền cell cao nhất trong mỗi giây để phân phối dữ liệu tới người sử dụng), minimum cell rate - tốc độ truyền cell thấp nhất (tốc độ truyền cell thấp nhất có thể chấp nhận được mà mạng ATM phải cung cấp; nếu mạng không thể cung cấp đến mức độ nầy, đòi hỏi về mạch sẽ bị từ chối), cell loss ratio - tỉ lệ mất cell (cell mất có thể chấp nhận được), cell transfer delay - sự chậm trễ trong việc chuyển tải các cell (sự trì hoãn có thể chấp nhận được), cell error ratio - tỉ lệ lỗi của truyền cell (mức độ lỗi có thể chấp nhận được). Trong suốt giai đoạn cài đặt, ATM chỉ thi hành một tập các thủ tục gọi là CAC (connection admission control - điều khiển thu nhận kết nối) để xác định xem nó có thể cung cấp sự kết nối ATM hay không. Quá trình thu nhận được xác định bằng cách tính toán các yêu cầu về băng thông cần để thỏa mãn những đòi hỏi của người sử dụng về dịch vụ. Nếu mạch được thừa nhận thì mạng sẽ giám sát mạch để bảo đảm rằng những thông số được yêu cầu không được vượt quá mức cho phép. Nếu lưu lượng vượt quá qua cấp độ đã giao ước cho mạch, thì mạng có thể sẽ bỏ những gói tin trong mạch đó ra thay vì trong những mạch khác. Băng thông và chất lượng dịch vụ QoS trong mạng chuyển tải Việc có đủ băng thông luôn là một vấn đề trong môi trường dạng diện rộng (WAN). Trên những đường truyền thuê bao với mức cố định, những gói tin bị bỏ bớt khi lưu lượng vượt quá mức đo có thể. Những kỹ thuật dùng cho việc cung cấp băng thông theo yêu cầu đã phần nào giải quyết được những vấn đề này. Nhờ cảm ứng với việc quá tải, bộ định tuyến sẽ quay số để thêm một hoặc nhiều đường truyền khác để xử lý việc quá tải. Mạng chuyển gói dựa trên vật mang như frame relay và ATM được thiết kế để xử lý những cao điểm tạm thời trong lưu thông. Khách hàng sẽ ký hợp đồng để nhận một tốc độ thông tin được giao ước CIR (commited information rate) cụ thể và tỉ lệ đó có thể được vượt qua nếu có đủ băng thông và lúc đó khách hàng sẽ phải trả thêm tiền. Một điểm nữa, mạng chuyển gói bảo đảm rằng lưu thông được ưu tiên có thể đi qua trước, lưu thông không ưu tiên và do đó lưu thông theo thời gian thực có thể truyền tải qua mạng kịp lúc. Mạng chuyển gói X. 25 hỗ trợ nhiều loại đặc điểm chất lượng dịch vụ QoS cần cho việc đảm bảo sự phân phối. Tuy nhiên, tốc độ dữ liệu trên mạng X. 25 còn thấp. Ngược lại, mạng frame relay không có nhiều đặc tính về chất lượng dịch vụ QoS bởi vì những người thiết kế chỉ nhắm vào tốc độ. Ngược lại, mạng ATM được thiết kế rất cặn kẽ cho cả tốc độ và chất lượng dịch vụ, như đã mô tả ở phần trước. 1. 1. 2 Những dịch vụ QoS của hệ điều hành liên mạng Cisco Các dịch vụ của hệ điều hành liên mạng của Cisco là nền để chuyển giao và quản lý các dịch vụ mạng. Cisco IOS QoS là tập các mở rộng cung cấp chất lượng dịch vụ đầu cuối qua các mạng không đồng nhất. Các ISP có thể cung cấp chất lượng dịch vụ qua mạng của họ và tính cước khách hàng theo mức sử dụng. Những dịch vụ QoS của hệ điều hành liên mạng Cisco có thể xử lý tắc nghẽn; ưu tiên cho lưu thông có độ ưu tiên cao hơn; sắp xếp và phân loại các gói theo các mức dịch vụ hay lớp lưu thông; có khả năng qui định độ rộng của băng thông và tuân thủ các qui định đó; đo lưu thông trên mạng để thu cước phí và giám sát năng suất hoạt động trên mạng; cấp phát tài nguyên dựa trên cổng vật lý, địa chỉ, hoặc những ứng dụng. Một đặc điểm quan trọng khác của những dịch vụ nầy là chúng hỗ trợ cho những mạng được xây dựng với những đồ hình khác nhau (như bộ định tuyến, frame relay, ATM và chuyển thẻ (tag switching)) nhằm phối hợp trong việc cung cấp QoS cho tất cả người dùng. Các dịch vụ này có những đặc điểm sau: Quyền ưu tiên IP (IP Precedence) dùng để chia lưu thông thành sáu lớp dịch vụ. Vì vậy việc xử lý tắc nghẽn và cấp phát băng thông được điều khiển ở mỗi lớp dựa trên các danh sách điều khiển truy nhập mở rộng ACL (extended access control list). Quyền ưu tiên này có thể được thiết lập bởi khách hàng hoặc bởi các chính sách đã được xác định. Những ứng dụng của khách hàng thiết lập loại dịch vụ trong các gói bằng cách thay đổi các bit trong trường loại dịch vụ (Type of Service field) của tiêu đề IP. Trong các môi trường không thuần nhất nơi mà mạng có các kỹ thuật khác nhau (frame relay, ATM, chuyển thẻ), quyền ưu tiên có thể được chuyển vào khung hoặc vào đơn vị truyền (cell) để cung cấp chất lượng dịch vụ QoS. Vì vậy, quyền ưu tiên có thể được thiết lập không cần có tín hiệu từ bên ngoài hoặc không cần những thay đổi quan trọng đối với các ứng dụng. Mức độ truy nhập được qui định CAR (Committed Access Rate). Những người quản trị mạng sử dụng CAR để xác lập những qui định và giới hạn về băng thông và để xử lý lưu thông vượt quá độ rộng của đường truyền đã xác lập. Giới hạn của CAR được áp dụng dựa trên địa chỉ IP, cổng hoặc các luồng ứng dụng. Sự chuyển đổi luồng mạng (Netflow Switching) làm tăng hiệu quả của các hoạt động trên mạng bằng cách dò tìm gói đầu tiên trong một “luồng” và bắt lấy thông tin cần thiết cho việc gởi gói này qua mạng. Những gói gửi sau dựa vào những thông tin trên vùng đệm (cache) sẽ làm giảm quá trình xử lý các gói. Luồng mạng cũng thu thập dữ liệu về các luồng để thanh toán cước phí và cung cấp bảo mật. Sự phát hiện trước ngẫu nhiên RED (Random Early Detection) cho phép những người điều khiển mạng quản lý lưu thông trong suốt những khoảng thời gian tắc nghẽn dựa trên các chính sách. RED sử dụng giao thức TCP để làm giảm lưu lượng trên mạng sao cho thích hợp với băng thông đang được sử dụng. WRED (RED có độ đo) đi với quyền ưu tiên IP để xử lý lưu thông ưu tiên cho những gói có độ ưu tiên cao hơn. Việc xếp hàng theo trọng số WFQ (Weighted Fair Queueing) sẽ cung cấp một phương pháp để xử lý việc ảnh hưởng bởi sự chậm trễ (delay sensitive), xử lý lưu thông có độ ưu tiên cao trong một lối đi nhanh trong khi chia sẻ một cách công bằng phần băng thông còn lại giữa những lưu thông có độ ưu tiên thấp hơn. Ứng dụng có thể yêu cầu chất lượng dịch vụ QoS xác định thông qua giao thức dành riêng tài nguyên RSVP (Resource Reservation Protocol). Sau đó những dịch vụ QoS của Cisco tiếp nhận những yêu cầu đó và chuyển chúng vào những gói có độ ưu tiên cao (những gói được đưa qua trục chính của nhà cung cấp dịch vụ Internet đến bộ định tuyến ở đầu xa). Ở đó, chúng được chuyển trở lại thành những tín hiệu RSVP. Theo Cisco, phương pháp nầy giữ được lợi ích của RSVP và tránh được sự lạm dụng nó trên các mạng chính. Nói chung, dịch vụ QoS của Cisco cung cấp cho những nhà cung cấp dịch vụ Internet một phương pháp để “sinh lợi bằng cách xác định, đáp ứng khách hàng, phân phối và thanh toán cho những dịch vụ mạng-trị giá gia tăng, những dịch vụ mạng được phân biệt”. Nó cho phép các nhà cung cấp dịch vụ Internet cung cấp nhiều mức dịch vụ với những chính sách giá khác nhau dựa trên mục đích, thời gian sử dụng, và loại lưu thông. 1. 1. 3 Chất lượng dịch vụ (QoS) trên Internet và Intranet Có những xu hướng đang cung cấp cơ sở hạ tầng mạng cho việc phân phối truyền thông đa phương tiện theo thời gian thực qua những mạng nội bộ. Đây là sự phát triển bùng nổ của những nghi thức Web, của việc sử dụng các mạng chuyển đổi là những mạng góp phần tạo ra mạng Ethernet, và của việc sử dụng những trục mạng chính tốc độ cao (ATM hoặc Gigabit Ethernet). Ngoài ra cũng phải kể đến sự bùng nổ của những giao thức quản lý băng thông. Cộng đồng Internet đã sử dụng RSVP như một phương tiện để cung cấp chất lượng dịch vụ QoS trên Internet và trên những mạng intranet. RSVP là một giao thức đi từ bộ định tuyến nầy sang bộ định tuyến khác trong đó một bộ định tuyến yêu cầu bộ định tuyến khác dành riêng một băng thông xác định cho một sự truyền tải nào đó. Mỗi bộ định tuyến dọc theo lộ trình từ nguồn tới đích bị đòi hỏi phải dành riêng băng thông. RSVP sẽ được bàn kỹ trong phần “RSVP (Resource Reservation Protocol)” Một vài nhóm IETF (Internet Engineering Task Force) đang làm việc trên những giao thức mạng có liên quan đến chất lượng dịch vụ QoS, như được trình bày dưới đây: Nhóm làm việc IETF về định tuyến QoS (The IETF QoS Routing (qosr) Working Group) đang định nghĩa những kỹ thuật định tuyến chất lượng dịch vụ cho Internet. Việc định tuyến QoS liên quan đến việc tìm những con đường chuyển các gói tin mà cung cấp các dịch vụ được yêu cầu. Những con đường nầy có thể không phải là những con đường ngắn nhất theo cách nghĩ thông thường mà là những con đường mà đáp ứng được loại và chất lượng dịch vụ theo yêu cầu của người dùng. Những kỹ thuật xử lý gói mới thì rất cần thiết cho việc tìm ra những con đường cung cấp các dịch vụ này. Nhóm làm việc IETF về chuyển tải hình ảnh hay âm thanh (the IETF Audio/Video Transport (avt) Working Group) đang phát triển những giao thức mới nhằm cung cấp hình ảnh và âm thanh qua mạng sử dụng giao thức gói dữ liệu người dùng UDP (User Datagram Protocol) và IP multicast. Nhóm nầy chịu trách nhiệm đối với các giao thức vận chuyển theo thời gian thực RTP (Real-time Transport Protocol) và đối với những RFC (requests for comment) (là những đòi hỏi mà xác định định dạng sức tải đối với JPEG, MPEG và những chuẩn của videoconferencing). Nhóm làm việc IETF về các dịch vụ tích hợp (The IETF Integrated Services (intserv) Working Group) liên quan tới việc vận chuyển hình ảnh, âm thanh và những dữ liệu khác qua mạng Intenet. Nhóm này đang định nghĩa và cung cấp tư liệu cho những dịch vụ sẽ được cung cấp bởi mô hình dịch vụ mạng Internet nâng cao. Nó cũng định nghĩa giao diện ứng dụng và tập những yêu cầu định tuyến mới là những yêu cầu sẽ bảo đảm rằng mạng Internet có thể hỗ trợ mô hình dịch vụ mới. Nhóm làm việc IETF về những dịch vụ tích hợp qua những lớp liên kết cụ thể (the Integrated Services over Specific Link Layers (issll) Working Group) đang phát triển các mở rộng cho cấu trúc IP là cấu trúc cho phép những ứng dụng yêu cầu và thu nhận một cấp độ dịch vụ cụ thể trong liên mạng để chuyển âm thanh, hình ảnh và dữ liệu trên đó. Những kỹ thuật đã được phát triển bao gồm những dịch vụ tích hợp qua những kỹ thuật chia xẻ và chuyển đổi của mạng LAN, mạng ATM. 1. 1. 4 Chất lượng dịch vụ trong viễn cảnh ứng dụng Phần lớn những công việc vẫn đang được thực hiện để cung cấp chất lượng dịch vụ (QoS) trên những mạng intranet và Internet. Tuy nhiên, những ứng dụng như Microsoft NetMeeting sẽ cung cấp sự hiểu biết thấu đáo về cách một ứng dụng có thể tự tối ưu hoá việc sử dụng băng thông. NetMeeting về căn bản là một giải pháp hội thảo video hoạt động qua những mạng cộng tác và qua Internet. Nó cho phép người dùng chuyển các tập tin và giữ chỗ trong những cuộc hội thảo “whiteboard” (hiển thị và soạn thảo đồ họa) trong suốt cuộc hội thảo qua video. Microsoft gọi NetMeeting là một ứng dụng “thông minh về băng thông” bởi vì nó có những kỹ thuật tạo sẵn cho vùng đệm, nén và tối ưu hóa quá trình truyền thông. Có thể đưa ra nhiều giải pháp để giới hạn băng thông của những ứng dụng sử dụng hình ảnh và âm thanh để những người quản trị mạng có thể ngăn cản những ứng dụng sử dụng nhiều băng thông. Trong suốt quá trình hoạt động của một NetMeeting thông thường, những dòng âm thanh, hình ảnh và dữ liệu riêng biệt được truyền qua mạng. Những dòng dữ liệu nầy cấu thành những hội thảo whiteboard và thông tin điều khiển. NetMeeting xử lý những dòng âm thanh với độ ưu tiên cao nhất theo sau đó là dòng dữ liệu rồi tới dòng hình ảnh. Bốn chế độ truyền được chọn 14. 4 Kbits/sec, 28. 8 Kbits/sec, ISDN (Integrated Services Digital Network) và tốc độ của mạng LAN. Sau đó NetMeeting sẽ tự động cân bằng 3 dòng tách biệt theo độ ưu tiên của chúng và theo băng thông có được. Trong cấu hình có băng thông thấp nhất, hình ảnh video có thể xuất hiện chủ yếu như một hình ảnh tĩnh chỉ thỉnh thoảng mới thay đổi. NetMeeting truyền một khung video đầy đủ trong 15 giây, sau đó làm tươi hình ảnh với những thay đổi khi chúng xảy ra. Nó cũng làm giảm lượng dữ liệu đi qua đường truyền. Chẳng hạn, thông tin đồ họa có thể lưu trú trong một hàng đợi tạm thời trước khi được truyền đi. Nếu những phần của bức ảnh đang chờ đợi thay đổi trong khi nó vẫn còn trong hàng đợi thì chỉ có những thông tin mới được gởi và thông tin cũ bị loại bỏ mà không được gởi đi. Sau đó nó lại được chồng lên bởi hình ảnh mới. 1. 2. Khái niệm Khuyến nghị của CCITT, E800 đưa ra một tính chất chung của QoS:”Hiệu ứng chung của đặc tính chất lượng dịch vụ là xác định mức độ hài lòng của người sử dụng đối với chất lượng dịch vụ”. Khuyến nghị ETR300003 của ETSI chia và cải tiến định nghĩa của ITU thành các định nghĩa nhỏ hơn, nó phù hợp với các yêu cầu và quan điểm của các nhóm khác nhau trong viễn thông. Đó là: Yêu cầu QoS của người sử dụng Đề nghị QoS của nhà cung cấp dịch vụ Sự cảm nhận QoS từ phía khách hang Việc thực hiện QoS của nhà cung cấp dịch vụ Yêu cầu QoS của nhà cung cấp dịch vụ Như vậy một cách tổng quan QoS mang ý nghĩa 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 chỉ rõ của mỗi người sử dụng”. Một ý trong định nghĩa này chính là chìa khoá để hiểu được QoS là gì từ góc nhìn của nhà cung cấp dịch vụ mạng. Nhà cung cấp dịch vụ mạng đảm bảo QoS cung cấp cho người sử dụng và thực hiện các biện pháp duy trì mức QoS khi điều kiện mạng bị thay đổi vì các nguyên nhân như nghẽn, hỏng hóc thiết bị hay lỗi đường truyền v. v…QoS cần được cung cấp cho mỗi ứng dụng để người sử dụng có thể chạy ứng dụng đó . Tuy nhiên người sử dụng cũng cần phải tìm hiểu các thông tin từ người quản trị để hiểu mạng phải cung cấp những gì cần thiết cho mỗi ứng dụng. Các nhà cung cấp dịch vụ mạng đưa ra thông tin đặc tả về giá trị thực tế của thông số QoS theo hai cách sau: Với môi trường kênh ảo cố định(PVC : Permanent Virtual Circuit), các giá trị của các tham số QoS có thể chỉ đơn giản được ghi bằng văn bản và trao lại cho đại diện của nhà cung cấp dịch vụ mạng và khách hàng với nhà cung cấp dịch vụ thoả thuận với nhau về cách thức sử dụng. QoS có hiệu lực trên PVC khi PVC sẵn sàng. Với môi trường kênh ảo chuyển mạch(SVC: Switched Virtual Circuit), các giá trị của thông số QoS được gửi cho nhà cung cấp dịch vụ trong bản tin báo hiệu thiết lập cuộc gọi, nó là một phần của phương thức báo hiệu được sử dụng để cung cấp dịch vụ chuyển mạch trên mạng. Cả hai phương pháp đều được sử dụng trong mạng. Phương pháp PVC cho phép QoS được cung cấp trong một miền lớn hơn trong khi phương pháp SVC đòi hỏi QoS trên một kết nối cho trước và được thiết lập liên tục. Nếu một mạng được tối ưu hoàn toàn cho một loại dịch vụ thì người sử dụng ít phải xác định chi tiết các thông số QoS. Ví dụ, với mạng PSTN được tối ưu cho thoại, không cần xác định băng thông hay trễ cần cho một cuộc gọi. Tất cả các cuộc gọi đều được đảm bảo QoS như đã qui định trong các chuẩn liên quan cho điện thoại . A B NET NET CEQ CEQ NP NP NP QoS Hình 1. 1: Mô hình QoS tổng quan Trong mô hình có cả chất lượng của từng mạng (NP-Net perfomane) trên đường truyền từ đầu cuối này tới đầu cuối kia. Ta không nên nhầm lẫn hai khái niệm chất lượng dịch vụ và chất lượng mạng. QoS giúp cho các dịch vụ viễn thông và nhà cung cấp mạng đáp ứng được các nhu cầu dịch vụ của khách hàng. Còn NP được đo trực tiếp hiệu năng trên mạng không chịu ảnh hưởng của khách hàng và các thiết bị đầu cuối. Thêm nữa các giá trị của QoS đo được rất khác so với các giá trị NP đo được do một kết nối từ đầu cuối A đến đầu cuối B có thể phải chuyển qua nhiều kết nối trong mạng, hay phải qua rất nhiều mạng và các thiết bị đầu cuối. Do đó để đo được QoS là rất khó. Việc đo đạc NP đơn giản hơn nhiều. Ta có thể so sánh QoS và NP như sau: Theo khuyến nghị E800 của ITU QoS còn được xem như : “chất lượng dịch vụ viễn thông là kết quả tổng hợp của các chỉ tiêu dịch vụ, thể hiện ở mức độ hài lòng của đối tượng sử dụng dịch vụ đó ”. Dịch vụ viễn thông là các hoạt động trực tiếp hoặc gián tiếp của các doanh nghiệp cung cấp cho khác hàng khả năng truyền, đưa và nhận các loại các thông tin thông qua mạng lưới viễn thông công cộng. QoS dược xác định bằng các chỉ tiêu định tính và định lượng. Chỉ tiêu định tính thể hiện sự cảm nhận của khách hàng còn chỉ tiêu định lượng được thực hiện bằng các số liệu đo cụ thể. Theo khuyến nghị E800 của ITU : NP là năng lực của mạng(hoặc một phần của mạng) cung cấp các chức năng liên quan tới truyền thông tin giữa những người sử dụng. Mạng viễn thông bao gồm các hệ thống chuyển mạch và truyền dẫn, mạng cáp ngoại vi, được kéo dài từ điểm truy nhập tới thiết bị đầu cuối của khách hàng. Do đó đánh giá chất lượng của mạng chính là đánh giá các chỉ tiêu,._. các thông số kĩ thuật có liên quan tới khả năng truyền thông tin của mạng cùng các chủng loại thiết bị bên trong mạng đó. Theo quan điểm của khách hàng thì họ mong muốn được cung cấp các dịch vụ đảm bảo chất lượng, còn trên quan điểm của nhà cung cấp dịch vụ thì khái niệm chất lượng mạng là một chuỗi các tham số mạng có thể được xác định, được đo đạc và điều chỉnh để có thể đạt được mức độ hài lòng của khách hàng về dịch vụ. Nhà cung cấp dịch vụ có trách nhiệm phải tổ hợp các tham số chất lượng mạng khác nhau thành tập hợp các tiêu chuẩn để có thể vừa đảm bảo lợi ích kinh tế của mình vừa thoả mãn tốt nhất yêu cầu của người sử dụng. Khi sử dụng dịch vụ, khách hàng chỉ biết đến nhà cung cấp dịch vụ chứ không quan tâm tới các thành phần của mạng. NP yêu cầu phải được hỗ trợ các khả năng: Khả năng truy nhập dịch vụ Khả năng khai thác Khả năng duy trì Khả năng tích hợp dịch vụ Mô hình tham khảo cho QoS end to end thường có một hoặc vài mạng tham gia, mỗi mạng lại có nhiều node. Mỗi mạng tham gia có thể đưa vào trễ, tổn thất hoặc lỗi do việc ghép kênh, chuyển mạch hoặc truyền dẫn, nên nó ảnh hưởng tới truyền dẫn. Do đó QoS trong mạng phụ thuộc vào nhiều yếu tố:các thành phần mạng, cơ chế xử lý tại đầu cuối, cơ chế điều khiển trong mạng. 1. 2. 1 Phân cấp QoS Một cách tự nhiên, có nhiều mức QoS khác nhau cũng giống như là có nhiều ứng dụng vậy. Các ứng dụng lại thay đổi rất lớn thậm chí cả với những yêu cầu đơn giản về băng thông. Tín hiệu thoại có thể yêu cầu bất kì số liệu nào trong khoảng từ 8 đến 64 Mb/s. Truy nhập Web và truyền tập tin sử dụng băng thông càng nhiều càng tốt trong phạm vi có thể, nhưng lại không cần liên tục…Tuy nhiên, băng thông trên PSTN và của mạng dữ liệu nhận được từ các đường thuê riêng dựa trên PSTN lại chỉ phục vụ giới hạn tại tốc độ 64 kb/s hoặc là bỏ phí 28 kb/s trong 128 kb/s. Đây là mặt hạn chế của các mạng chuyển mạch kênh. Một mạng chuyển mạch gói có thể chia băng thông thành nhiều thành phần thích hợp cho các ứng dụng dữ liệu bùng nổ, nhưng đó không phải là tất cả. Một mạng cần phải có khả năng cung cấp QoS yêu cầu cho mỗi ứng dụng, không cần biết băng thông cần thiết có cố định hay không. Khả năng về phía mạng cấp cho các ứng dụng các bảo đảm về QoS ví dụ như là bảo đảm về băng thông, được xem như là phân cấp QoS của mạng. Phân cấp là một khía cạnh quan trọng khác của QoS. Phân cấp xác định các thông số QoS tốt đến mức nào mà người sử dụng có thể định rõ cho các ứng dụng cụ thể. Nếu mạng cung cấp QoS không đủ tiêu chuẩn thì nó có thể giới hạn người sử dụng truy nhập vào mạng. Ví dụ đơn giản, xét một nhà cung cấp dịch vụ mạng thiết lập nhiều loại lớp dịch vụ cho các ứng dụng của người sử dụng . Có nhiều lúc lớp dịch vụ được dùng với đầy đủ các tham số của QoS, nhà cung cấp có thể đưa ra một lớp dịch vụ thoại trên một mạng gói mà nó đảm bảo băng thông 64kb/sử dụng giữa các đầu cuối và trễ 100ms với jitter nhỏ hơn 10 ms. Điều này tốt miễn là tất cả người sử dụng thoại đều cần 64kb/s. Nhưng nếu một ứng dụng thoại chỉ yêu cầu 8kb/s thôi thì sao?Hay thậm chí là chỉ 4kb/s. Bởi vì người sử dụng được đảm bảo ở 64kb/sử dụng nên lượng băng thông này nói chung là phải được chia ra từ toàn bộ băng thông trên mạng. Tuy nhiên mạng có thể sẽ không bao giờ chỉ ra được khi nào 64kb/s có thể được yêu cầu. Theo đó người sử dụng không sử dụng và nhà cung cấp dịch vụ dự trữ băng thông có thể cung cấp nó cho những người sử dụng khác. Phân cấp tôt QoS sẽ cho phép người sử dụng thậm chí trong cùng một lớp dịch vụ xác định băng thông họ yêu cầu chính xác hơn. Sự chính xác này muốn đạt được thì phải trả giá bằng độ phức tạp của mạng, đây là lý do chính trong việc giới hạn các tham số QoS và đặt ra các lớp dịch vụ trong giai đoạn đầu. 1. 2. 2 Bảo đảm QoS Thực hiện 3 vấn đề sau: Các cơ chế đảm bảo chất lượng dịch vụ tại các nút mạng: Các thuật toán xếp hàng (queueing), cơ chế định hình lưu lượng (traffic shapping), các cơ chế tối ưu hoá 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 toàn mạng. Điều gì sẽ xảy ra nếu mạng không thành công trong việc bảo đảm và duy trì QoS chính xác cho một ứng dụng cho trước? Điều này tuỳ thuộc vào sự thoả thuận giữa người sử dụng và nhà cung cấp dịch vụ trong trường hợp dịch vụ được quản lí bởi hợp đồng hay là giữa nhà cung cấp dịch vụ và bộ phận điều chỉnh trong trường hợp dịch vụ bảng giá. Đảm bảo QoS cũng là phần quan trọng của hợp đồng cho các dịch vụ mạng giữa khách hàng và nhà cung cấp dịch vụ . Thông thường thì hàng tháng khách hàng phải trả tiền cho nhà cung cấp dịch vụ . Đảm bảo QoS có thể thiết lập một hệ thống phạt dưới hình thức giảm bớt giá tiền dịch vụ hàng tháng nếu nhà cung cấp không cung cấp đúng chất lượng yêu cầu của tháng đó. Trong những trường hợp nghiêm trọng, nếu vấn đề về mạng xảy ra trong toàn bộ tháng đó thì khách hàng có thể nhận được dịch vụ miễn phí. Đảm bảo chất lượng mạng trong một môi trường dịch vụ hợp đồng thường được biểu hiện theo hình thức thoả thuận mức dịch vụ (SLA: Service Level Agreement) được thiết lập giữa khách hàng và nhà cung cấp dịch vụ. SLA có thể là một phần của hợp đồng dịch vụ hay là một tài liệu độc lập hoàn toàn . SLA đưa ra các yêu cầu của khách hàng và các hình phạt đối với nhà cung cấp khi gặp phải sự cố. SLA cũng cung cấp một phương tiện thuận tiện cho khách hàng để so sánh các dịch vụ do các nhà cung cấp khác nhau đưa ra. Vậy trong phân cấp dịch vụ, đảm bảo chất lượng và SLA, điều nào phải được thực hiện các dịch vụ thời gian thực trên môi trường IP?. Tuy rằng bảo đảm và điều chỉnh QoS trở thành một lĩnh vực khảo sát tích cực giữa các nhà cung cấp dịch vụ mạng công cộng nhưng Internet nhìn chung vẫn tương đối không bị ảnh hưởng bởi QoS bởi bản chất định hướng IP là một mạng nỗ lực tối đa, do đó “không tin cậy” khi yêu cầu nó đảm bảo về QoS, thậm chí nếu tất cả các ISP (Internet Service Provider) đột ngột quan tâm tới QoS thì cũng không dễ gì thêm QoS vào một mạng IP tại một mức IP. Cách tiếp cận gần nhất để các nhà cung cấp dịch vụ IP có thể đảm bảo QoS hay SLA giữa khách hàng và ISP là mạng IP được quản lý. Thuật ngữ quản lý ở đây là bất cứ cái gì mà nhà cung cấp dịch vụ quản ký thay mặt cho khách hàng . Vậy cái gì đang thực sự được quản lý trên mạng IP? Đó là QoS mà mạng cung cấp . Điều này được thực hiện bằng cách cách ly các bộ định tuyến, các liên kết …. sử dụng để cung cấp dịch vụ IP cho một khách hàng cụ thể và sử dụng các tài nguyên này trên một nền tảng dành riêng một phần phục vụ cho mình khách hàng đó. Trong vài trường hợp các bộ định tuyến và các liên kết cần được chia sẻ nhưng chỉ giữa những khách hàng chung vốn có hợp đồng cho quản lý dịch vụ IP. Hấu hết các nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) lớn đưa ra cả kết nối Internet công cộng dùng chung và dịch vụ IP được quản lý. Phần IP được quản lý của các ISP thường sử dụng để kết nối địa chỉ với các vị trí được điều khiển bởi khách hàng . Không ai có thể dễ dàng đảm bảo băng thông hay bất kỳ một thông số QoS nào khác trên mạng Internet công cộng, nó cơ bản bao gồm các “đám mây” ISP liên kết của băng thông và tài nguyên biến đổi trong phạm vi lớn. Chỉ có thể giới hạn các kết nối đến một ISP thì ISP mới có thể đưa ra thực tế một dịch vụ IP được quản lý. Các liên kết đến một mạng Internet toàn cầu có thể được cung cấp như một phần của dịch vụ IP được quản lý, nhưng tất nhiên là đảm QoS không xuất hiện trong phần này của mạng. Tuy nhiên, liên kết giới hạn đặc trưng bởi các dịch vụ IP được quản lý này vẫn có thể được sử dụng đem lại lợi ích cho khách hàng . Ví dụ mạng riêng ảo (VPN:Virtual Private Network) thực sự được lợi từ việc bảo đảm QoS và hạn chế các kết nối và đây chính là dấu hiệu xác nhận chất lượng của các dịch vụ mạng IP được quản lý . Vấn đề ở đây là ngày càng có nhiều ứng dụng như thoại và video hoạt động trên Internet và Web toàn cầu, do đó các đảm bảo QoS thực sự là cần thiết. Mặc dù vậy, Internet ngày nay lại có rất ít các đảm bảo QoS có chăng chỉ là các ngoại lệ của các dịch vụ mạng IP được quản lý . 1. 2. 3 Các tham số QoS Thông số QoS Các giá trị ví dụ Băng thông (nhỏ nhất) 64kb/s, 1. 5Mb/s, 45Mb/s Trễ(Lớn nhất) 50ms trễ vòng, 150ms trễ vòng Jitter (Biến động trễ) 10%của trễ lớn nhất, 5ms biến động Loss (Mất thông tin)-các ảnh hưởng của lỗi 1 trong 1000 gói chưa chuyển giao Tính sẵn sàng (tin cậy) 99. 99% Bảo mật Mã hoá và nhận thực trên tất cả các luồng lưu lượng QoS có 6 tham số cơ bản sau: Bảng 1. 1 Các tham số QoS 1. 2. 3. 1 Băng thông (nhỏ nhất) Băng thông chỉ đơn giản là thước đo số lượng bít trên giây mà mạng sẵn sàng cung cấp cho các ứng dụng . Các ứng dụng bùng nổ trên mạng chuyển mạch gói có thể chiếm tất cả băng thông của mạng nếu không có ứng dụng nào khác bùng nổ cùng với nó. Khi điều này xảy ra, các “bùng nổ” phải được đệm lại và xếp hàng chờ truyền đi độ trễ đó tạo ra trễ trên mạng. Khi được sử dụng như là một tham số QoS băng thông là yếu tố tối thiểu mà một ứng dụng cần để hoạt động. Ví dụ, thoại PCM cần băng thông là 64kb/s . Điều này không tạo ra khác biệt khi mạng xương sống có kết nối 45Mb/s giữa các nút mạng lớn. Băng thông cần thiết được 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 xương sống 45mb/s sẽ làm cho ứng dụng thoại 64kb/s hoạt động được. Băng thông nhỏ nhất phải sẵn sàng tại tất cả các điểm giữa các người sử dụng . Các ứng dụng dữ liệu được lợi nhất từ việc đạt được băng thông cao hơn. Điều này được gọi là các ứng dụng giới hạn băng thông, bởi vì hiệu quả của ứng dụng dữ liệu trực tiếp liên quan tới lượng nhỏ nhất của băng thông sẵn sàng trên mạng. Mặt khác, các ứng dụng thoại như thoại PCM 64kb/s được gọi là các ứng dụng giới hạn trễ . Thoại PCM 64kb/s này sẽ không hoạt động tốt hơn nếu có băng thông 128kb/s. Loại thoại này phụ thuộc hoàn toàn vào thông số trễ QoS để mạng có thể hoạt động hiệu quả. 1. 2. 3. 2. Trễ Trễ liên quan chặt chẽ với băng thông . 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 như là tín hiệu thoại 64kb/s, tham số QoS trễ lớn nhất các bit gặp phải khi truyền qua mạng. Tất nhiên là các bit có thể đến với độ trễ nhỏ hơn. . Mối quan hệ giữa băng thông và trễ trong mạng được chỉ ra trong hình vẽ sau: Khung = X bit "èng bit" t1 = bit ®Çu tiªn vµo t1 = bit ®Çu tiªn ra (a) (b) Khung = X bit "èng bit" t1 = bit cuèi cïng ra t1 = bit ®Çu tiªn ra Hình 1. 2 (a)Trễ và (b) băng thông trong mạng Trong phần (a), t2 – t1 = số giây trễ. Trong phần (b), X bit/( t2 – t1)=bit/s băng thông. Nếu có nhiều băng thông hơn tức là có nhiều bit đến hơn trong một đơn vị thời gian thì trễ tổng thể nhỏ hơn. Băng thông và trễ của mạng có mối quan hệ với nhau và có thể tính toán tại nhiều nơi trong mạng, thậm chí từ đầu cuối tới đầu cuối. Thông tin truyền đi dưới dạng một chuỗi các khung truyền (gói tin IP cũng có thể sử dụng cho mục đích này), khoảng thời gian trôi qua kể từ khi bit đầu tiên của một khung đi vào mạng cho đến khi bit đầu tiên ra khỏi mạng gọi là trễ. Vì con đường của khung qua cả bộ chuyển mạch và bộ định tuyến, nên trễ có thể biến đổi, có các giá trị lớn nhất, nhỏ nhất, trung bình, độ lệch chuẩn…. Băng thông được định nghĩa là số bit của một khung chia cho thời gian trôi qua kể từ khi bit đầu tiên rời khỏi mạng cho tới khi bit cuối cùng rời khỏi mạng. Trên thực tế, đây chỉ là một trong số những cách đo có thể. Vì các khung có đường truyền đi từ liên kết truy nhập tới mạng xương sống nên băng thông mà khung truyền đi biến đổi đáng kể. Các mạng chuyển mạch gói cung cấp cho các ứng dụng các băng thông biến đổi phụ thuộc vào hoạt động và sự bùng nổ của ứng dụng . Băng thông biến đổi tức là trễ cũng biến đổi trên mạng . Các nút mạng được nhóm với nhau cũng có thể đóng góp vào sự thay đổi của trễ. Tại các nút mạng đều có quá trình xếp hàng. Trễ xảy ra do cần thời gian để chuyển gói tới hàng đợi đầu ra (output queue) và trễ do gói bị giữ trong hàng đợi. Tuy nhiên với các thuật toán xếp hàng có ưu tiên có thể giảm trễ xuống dưới 10ms. Ngoài ra cũng có thể kể đến trễ khi các bridge, switch và router chuyển dữ liệu, nó phụ thuộc vào tốc độ của hệ thống mạch, CPU cũng như kiến trúc bên trong các thiết bị mạng. Tham số QoS trễ chỉ xác định được trễ lớn nhất mà không đặt bất kì một giới hạn nhỏ hơn nào cho trễ của mạng. 1. 2. 3. 3. Jitter (Biến động trễ) Thông số QoS jitter thiết lập giới hạn lên lượng biến đổi của trễ mà một ứng dụng có thể gặp trên mạng. Một cách đúng đắn hơn thì jitter được xem như là biến động trễ, bởi vì thuật ngữ jitter cũng được sử dụng trong mạng với nghĩa là sự khác biệt thời gian mức thấp trong kỹ thuật mã đường dây. Tuy nhiên, sử dụng thuật ngữ jitter đồng nghĩa với biến động trễ cũng là phổ biến, và ngữ cảnh sẽ phân biệt nghĩa nào đang được đề cập. Jitter không đặt một giới hạn nào cho các giá trị tuyệt đối của trễ, nó có thể tương đối thấp hoặc cao phụ thuộc vào giá trị của thông số trễ. Jitter theo lí thuyết có thể là một giá trị mạng tương đối hay tuyệt đối. Ví dụ, nếu trễ mạng cho một ứng dụng được thiết lập là 100ms, jitter có thể đặt là cộng hoặc trừ 10% của giá trị này. Theo đó nếu mạng có trễ trong khoảng từ 90 đến 110ms thì vẫn đạt được yêu cầu về jitter (trong trường hợp này rõ ràng trễ không phải là lớn nhất). Nếu trễ là 200ms, thì 10% giá trị jitter sẽ cho phép bất kỳ giá trị trễ nào trong khoảng 180 đến 220ms. Mặt khác jitter tuyệt đối giới hạn cộng trừ 5ms sẽ giới hạn jitter ở các ví dụ trên trong khoảng từ 95 đến 105ms và từ 195 tới 205ms. Các ứng dụng nhạy cảm nhất đối với các giới hạn của jitter là các ứng dụng thời gian thực như thoại hay video. Nhưng 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. Jitter xảy ra do sự thay đổi khoảng thời gian giữa hai lần gói đến: A B C Bên gửi Bên nhận A B C D2=D1 D3¹D2 D1 Hình 1. 3 Sự thay đổi thời điểm gói đến Jitter là vấn đề cố hữu trong các mạng chuyển mạch gói. Nguyên nhân từ cơ chế xử lý lưu giữ và chuyển gói tại các nút mạng. Ngoài ra, còn do các gói đi đến đích theo các đường truyền khác nhau trên mạng. Loại bỏ jitter đòi hỏi phải thu thập các gói và giữ chúng đủ lâu để cho phép các gói chậm nhất đến đích để được phát lại đúng thứ tự, điều này làm cho tổng độ trễ tăng lên. Ngay cả khi trễ tuyệt đối có thể giảm nhỏ tối thiểu, một sự thay đổi độ trễ từ gói này đến gói sau cũng làm giảm chất lượng dịch vụ . Để khử jitter người ta dung một bộ đệm gọi là jitter buffer, đó có thể là một hàng đợi động với kích thước thay đổi phụ thuộc vào khoảng thời gian giữa hai lần gói đến của các gói trước vì bộ đệm cố định nếu quá lớn thì làm tăng trễ nếu quá nhỏ thì làm mất gói. 1. 2. 3. 4. Loss (Mất thông tin) Mất thông tin là một tham số QoS không được đề cập thường xuyên như là băng thông và trễ đặc biệt là đối với Internet, độ trễ bản chất tự nhiên của mạng Internet là “nỗ lực tối đa”. Nếu các gói tin IP không đến được đích thf Internet không hề bị đổ lỗi và đã làm mất chúng. Điều này không có nghĩa là ứng dụng sẽ tất yếu bị lỗi, bởi vì nếu các thông tin bị mất vẫn cầc thiết đối với các ứng dụng thì nó sẽ phải tự 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 được lưu lại tại bất cứ nút nào của mạng. Tại sao các mạng không chỉ Internet lại bị mất thông tin? Thực sự là có nhiều lí do, nhưng hầu hết trong số chúng có thể truy nguyên từ các ảnh hưởng của lỗi trên mạng. Ví dụ, nếu một kết nối bị hỏng, thì tất cả các bit đang truyền trên liên kết này sẽ không thể tới được đích. Nếu một nút mạng ví dụ như bộ định tuyến hỏng thì tất cả các bit ở trong bộ đệm và đang được xử lý tại nút đó sẽ biến mất không để lại dấu vết. Do những loại hư hỏng này có thể xảy ra trên mạng bất cứ lúc nào nên việc một vài thông tin bị mất độ trễ lỗi trên mạng là không thể tránh khỏi. Ví dụ việc truyền tín hiệu thoại: Thuật toán nén G729 Gói phát lại Gói mất Hình 1. 4 Phát lại gói cuối cùng thay thế gói bị mất Gói thứ nhất, thứ hai, thứ ba đều đến được đích nhưng gói thứ tư bị mất trên đường truyền. Sau khi bên thu đợi một khoảng thời gian, nó sử dụng thuật toán “che dấu” ví dụ bằng cách phát lại gói thứ 3. Người nghe hầu như không cảm nhận được vì tín hiệu thoại bị mất chỉ là 20ms (ví dụ). Tuy nhiên, nếu mất gói liên tục hoặc tỉ lệ mất gói lớn thì chất lượng thoại sẽ bị giảm vì các kiểu “làm giả” gói thoại như vậy không thể kéo dài. Sự tổn thất gói trên 10% nói chung không thể chấp nhận được. Tác động của mất thông tin tuỳ thuộc vào ứng dụng . Điều khiển lỗi trên mạng là một quá trình gồm hai bước : Bước đầu tiên là xác định lỗi. Bước 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 thông 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 các hệ thống quân sự tấn công mục tiêu trên không không thể sử dụng hiệu quả với cách khắc phục lỗi bằng truyền lại. ) Vì những lý do này, tham số QoS Loss không những nên định rõ một giới hạn trên đối với ảnh hưởng của lỗi mà còn nên cho phép người sử dụng xác định xem có lựa chon cách sửa lỗi bằng việc truyền lại hay không? Tuy nhiên, hầu hết các mạng (đặc biệt là mạng IP) chỉ cung cấp phương tiện vận chuyển thụ động còn việc xác định lỗi, khắc phục lỗi thường được để lại cho các ứng dụng (hay người dùng). 1. 2. 3. 5. Độ khả dụng (Đáng tin cậy) Các mạng tồn tại để phục vụ người sử dụng . Tuy nhiên mạng cần có biện pháp bảo dưỡng và phòng ngừa nếu các tình huống hỏng hóc tiềm tàng được phát hiện và được dự đoán trước. Một chiến lược đúng đắn bằng cách định kỳ tạm thời tách các thiết bị ra khỏi mạng để thực hiện các công việc bảo dưỡng và chẩn đoán trong một thời gian ngắn để có thể giảm thời gian ngừng hoạt động do hỏng hóc. Thậm chí, với biện pháp bảo dưỡng hoàn hảo nhất cũng không thể tránh được các lỗi không tiên đoán trước và các lỗi nghiêm trọng của kết nối và thiết bị theo thời gian. Không lâu trước đây, mạng PSTN có lịch trình thời gian và bảo dưỡng nghiêm khắc hơn nhiều mạng dữ liệu . PSTN phải có khả năng truyền tải các cuộc gọi vào mọi thời điểm. Có những khoảng thời gian chỉ có rất ít cuộc gọi, như khoảng thời gian 3 đến 4 giờ sáng, nhưng lại có cuộc gọi hầu như tất cả các khoảng thời gian. Đương nhiên phải có những nguyên tắc để bảo dưỡng và phòng ngừa với mạng PSTN . Một số hoạt động có thể thực hiện lúc lưu lượng biết trước là tạm vắng và một số hoạt động có thể không bao giờ được thực hiện trong các giờ hoặc trong các ngày bận. Mạng dữ liệu thực hiện công việc đó dễ hơn. Hầu hết mạng dữ liệu dành cho kinh doanh, thường là từ 8 giờ sáng đến 5 giờ chiều, từ Thứ Hai dến Thứ Sáu. Hoạt động bổ trợ có thể thực hiện ngoài giờ, và một tập kiểm tra đầy đủ với mục đích phát hiện ra các vấn đề có thể xảy ra trong các ngày nghỉ. Internet và Web đã thay đổi tất cả. Một mạng toàn cầu phải giải quyết vấn đề rằng thực sự có một số người luôn cố gắng truy nhập vào mạng tại một số địa điểm. Và thậm chí Internet có ích ở nhà vào 10 giờ tối hơn là ở cơ quan vào 2 giờ chiều. Tuy nhiên, nếu người sử dụng nhận thức rõ ràng rằng họ không thể có một mạng như mong muốn vào tất cả các khoảng thời gian. Và khi hỏng hóc xảy ra, dịch vụ sẽ được khôi phục nhanh chóng đến mức độ nào. Cả hai là khía cạnh chủ yếu của thông số QoS độ khả dụng hay độ tin cậy của mạng. Một năm có 60*60*24*365 hay 31. 536. 000 giây. Giả thiết một mạng khả dụng 99 phần trăm thời gian. Điều này cho phép nhà cung cấp dịch vụ có 315. 360 giây, hay 87, 6 giờ mạng không hoạt động trong một năm. Khoảng thời gian này là tương đối lớn. Giá trị 99, 99 phần trăm sẽ tốt hơn nhiều, và thời gian ngừng hoạt động của mạng giảm xuống chỉ còn khoảng 50 phút trong một năm. Tât nhiên nhà cung cấp dịch vụ cần nhiều cơ chế dự phòng và khắc phục lỗi hơn để đạt được điều này. Bảng 2. 2 cho thấy phần trăm sẵn sàng được biểu diễn dưới dạng thời gian ngừng hoạt động hàng năm. Bảng 1. 2 Tính sẵn sàng của mạng và thời gian ngừng hoạt động Tính sẵn sàng của mạng Tổng thời gian ngừng hoạt động trong một năm 99% 3. 65 ngày 99. 5% 1. 825 ngày 99. 9% 8. 76 giờ 99. 95% 4. 38 giờ 99. 99% 52. 56 phút 99. 995% 26. 28 phút 99. 999% 5. 25 phút Ngày nay, thông số QoS khả dụng của mạng thường vào khoảng 99, 995%, hay khoảng 26 phút ngừng hoạt động trong một năm, kết nối khôi phục nhỏ hơn 4 giờ. Cũng có sự khác nhau giữa độ khả dụng và độ tin của mạng từ góc nhìn của từng người sử dụng và từ góc nhìn mạng thể. Ngày nay, toàn bộ mạng không hỏng tất cả và do đó làm cho tất cả người sử dụng bị cô lập cùng một lúc. Thông số QoS khả dụng thường được quy cho mỗi vị trí hoặc liên kết riêng lẻ. Một người sử dụng khó tính có thể than phiền rằng một liên kết chỉ sẵn sàng 99. 7% trong tháng sẽ được nhắc nhở rằng 99. 99% sẵn sàng như được quảng cáo và hứa hẹn là áp dụng cho toàn bộ mạng. 1. 2. 3. 6. Bảo mật Bảo mật là tham số mới trong danh sách QoS nhưng lại là một tham số quan trọng. Thực tế trong một số trường hợp độ bảo mật có thể được xét ngay sau băng thông. Gần đây, sự đe doạ rộng rãi của các hacker và sự lan tràn của virus trên mạng Internet toàn cầu đã làm cho bảo mật trở thành vấn đề hàng đầu. Hầu hết vấn đề bảo mật liên quan tới các tính riêng tư, sự tin cẩn và xác nhận khách chủ. Các vấn đề liên quan tới bảo mật thường được gắn với một vài hình thức của phương pháp mật mã như mã hoá và giải mã. Các phương pháp mật mã cũng được sử dụng trên mạng cho việc xác nhận (authentication) nhưng phương pháp này thường không liên quan chút nào đến vấn đề giải mã. Một cách ngắn gọn, riêng tư và bí mật có liên quan tới các kỹ thuật mã hoá hay công khai. Việc xác nhận tính hợp lệ của khách hàng thường được quy định bởi một mật khẩu đơn giản, nếu sử dụng chữ kí số thì phức tạp hơn, thậm chí còn phức tạp hơn nữa nếu sử dụng các hệ thống sinh trắc học như kiểm tra võng mạc. Việc xác nhận tính hợp lệ của máy phục vụ thường được qui định bởi một chứng chỉ số do nhà cấp chứng chỉ đưa ra và được quản lý bởi một nhà quản lý đăng ký. Toàn bộ kiến trúc đều xuất phát từ việc bổ sung tính riêng tư, bí mật và xác nhận, nhận thực cho mạng Internet. Giao thức bảo mật chính cho IP gọi là IPSec, đang trở thành một kiến trúc cơ bản để cung cấp thương mại điện tử trên Internet và ngăn ngừa gian lận trong môi trường VoIP. Tuy nhiên mạng Internet công cộng toàn cầu thường xuyên bị coi là thiếu bảo mật nhất, đã đưa vấn đề về bảo mật trở thành một phần của IP ngay từ khi bắt đầu. Một bit trong ToS(Type of Service ) trong phần tiêu đế gói IP được đặt riêng cho ứng dụng để có thể bắt buộc bảo mật khi chuyển mạch gói. Tuy nhiên lại nảy sinh một vấn đề là không có sự thống nhất giữa các nhà sản xuất bộ định tuyến khi sử dụng trường ToS. Người sử dụng và ứng dụng có thể thêm phần bảo mật của riêng mình vào mạng, và trong thực tế, cách này đã được thực hiện trong nhiều năm. Nếu có chút nào bảo mật mạng thì nó thường có dạng là một mật khẩu truy nhập vào mạng. Các mạng ngày nay cần một cơ chế bảo mật gắn liền với nó, chứ không phải thêm một cách bừa bãi bởi các ứng dụng. Nếu không thì khả năng kết hợp của các tương tác khách-chủ gồm cả bảo mật sẽ khó mà thực hiện. Một tham số QoS bảo mật điển hình có thể là “ mã hoá và nhận thực đòi hỏi trên tất cả các luồng lưu lượng”. Nếu có lựa chọn thì truyền dữ liệu có thể chỉ cần mã hoá, và kết nối điện thoại trên Internet có thể chỉ cần nhận thực để ngăn ngừa gian lận. Ngày nay, tầm quan trọng của bảo mật như một tham số QoS là rất lớn không thể đánh giá hết được. 1. 3. Kiến trúc QoS QoS cơ bản bao gồm 3 phần chính: Định dạng QoS và kĩ thuật đánh dấu cho phép phối hợp QoS từ điểm đầu tới điểm cuối giữa từng thành phần mạng. QoS trong từng thành phần mạng đơn(các công cụ hàng đợi định dạng, lập lịch, định dạng lưu lượng) Cách giải quyết, điều khiển QoS, các chức năng tính toán để điều khiển và giám sát lưu lượng đầu cuối qua mạng. Hình 1. 5 Mô hình điều khiển QoS 1. 3. 1 QoS nhận dạng và đánh dấu Sự nhận dạng và đánh dấu được thực hiện thông qua việc phân loại và sự dành riêng. Để cung cấp dịch vụ ưu tiên cho một loại lưu lượng việc đầu tiên là phải định dạng nó. Tiếp theo, các gói có thể được hoặc không được đánh dấu. Có hai nhiệm vụ thực hiện khi phân loại . Nếu gói đã được nhận dạng nhưng không được đánh dấu, bộ phân loại sẽ xác định đó là một per-hop cơ sở. Và bộ phân loại chỉ xử lý tại đó mà không cho qua các router tiếp theo. Điều này xảy ra với hàng đợi ưu tiên PQ (Priority Queuing ) và hàng đợi khách CQ(Custom Queuing). Với mạng diện rộng khi các gói được đánh dấu thì các bit trong trường ưu tiên IP có thể được thiết lập. Phương pháp định dạnh luồng bao gồm các bảng điều khiển truy nhập ACLs (Access Control Lists), chính sách định tuyến cơ sở, tốc độ truy nhập cam kết CAR(Committed Access Rate), và xác nhận ứng dụng mạng cơ sở NBAR (Network-Base Application Recognition). 1. 3. 2 QoS trong một thiết bị mạng Bao gồm :Quản lý tắc nghẽn, quản lý hàng đợi, hiệu suất kết nối và các công cụ định hình/xử lý cung cấp QoS trong một thiết bị mạng. 1. 3. 2. 1 Quản lý tắc nghẽn Do sự bùng nổ tự nhiên của lưu lượng thoại/video/dữ liệu, nên vài luồng lưu lượng sẽ vượt quá tốc độ của một liên kết. Tại điểm này, các router sẽ làm gì? Sẽ tạo một bộ đệm trong hàng đợi và cho phép gói đầu tiên vào sẽ ra đầu tiên? Hay là sẽ đặt các gói vào các hàng đợi khác nhau. Công cụ quản lý tắc nghẽn bao gồm hàng đợi ưu tiên PQ (Priority Queuing), hàng đợi khách CQ (Custom Queuing), hàng đợi hợp lý theo trọng số WFQ (Weighted Fair Queuing) và hàng đợi hợp lý theo trọng số dựa trên cơ sở lớp CBWFQ (Class-Base Weighted Fair Queuing ). 1. 3. 2. 2 Quản lý hàng đợi Do các hàng đợi không có kích thước vô hạn nên chúng có thể bị đầy và tràn. Khi hàng đợi đầy, các gói thêm vào không được đặt trong hàng đợi và sẽ bị đẩy ra ngoài. Đó là hiện tượng “tail drop” -rơi đuôi (tức là các gói cuối sẽ bị đẩy ra từng gói một). Vấn đề xảy ra với hiện tượng “tail drop” là các router không thể ngăn chặn các gói rơi ra ngoài (kể cả các gói có độ ưu tiên cao). Vì thế cần giải quyết hai vấn đề sau: Thử tạo một hàng đợi và đảm bảo là nó không bị đầy, ở hàng đợi đó chứa các gói có độ ưu tiên cao. Thiết lập tiêu chuẩn đối với các gói bị rơi ra ngoài:các gói có độ ưu tiên thấp sẽ bị đẩy ra ngoài trước các gói có độ ưu tiên cao. Thuật toán WRED(Weighted Early Random Detect)-phát hiện sớm ngẫu nhiên theo trọng số có thể thực hiện được cả hai điều trên. 1. 3. 2. 3 Hiệu suất liên kết Nhiều liên kết tốc độ thấp đã đặt ra một vấn đề đối với các gói nhỏ nhất. Ví dụ, thời gian trễ của một buổi phát thanh của một gói 1500 byte, tốc độ 56kb/s là 214ms (Kích thước gói là 1500*8 bit =12000 bit, tốc độ đường dây 56000 bps nên kết quả là 12000bit/56000=214 ms). Nếu một gói thoại được đặt trước gói lớn thì trễ của gói thoại có thể đã vượt quá so với các gói ở phía trái router. Các gói lớn sẽ được phân mảnh thành các gói nhỏ và xếp xen với các gói thoại. Việc ghép xen này cũng quan trọng như việc phân đoạn . 1. 3. 2. 4 Chính sách và định hình lưu lượng Định hình được sử dụng để tạo một luồng lưu lượng mà nó hạn chế khả năng của băng thông. Điều này được sử dụng nhiều lần khi tràn lưu lượng. Ví dụ, nhiều topo mạng sử dụng Frame Relay trong một thiết kế hub-and-spoke. Trong trường hợp này, vị trí trung tâm thường có kết nối với băng thông cao(say, T1), trong khi các vị trí tách biệt có kết nối với băng thông thấp (say, 384Kbps). Vì thế, lưu lượng từ vị trí trung tâm tràn sang kết nối với băng thông thấp tại điểm cuối khác. Định hình là một phương pháp hoàn chỉnh xác định lưu lượng gần 384 Kbps để ngăn chặn tràn tại các kết nối tách biệt. Tốc độ định dạng lưu lượng là tốc độ truyền dẫn ở bộ đệm để duy trì tốc độ định dạng đó. Chính sách cũng tương tự như định hình nhưng khác ở một điểm rất quan trọng: Tốc độ định dạng lưu lượng vượt quá không phải ở bộ đệm (và thường là nó được loại bỏ). 1. 3. 3 Các mức QoS Xét từ đầu cuối tới đầu cuối, chất lượng dịch vụ chia thành 3 mức: i. Best-effort Service: Là các dịch vụ không cần có một sự bảo đảm nào về chất lượng dịch vụ (độ trễ, jitter…). ii. Differentiated Service (còn gọi là soft QoS ): Một vài lưu lượng của dịch vụ được ưu tiên hơn những dòng lưu lượng còn lại (Được xủ lý nhanh hơn, băng thông trung bình nhiều hơn, tỷ lệ mất gói ít hơn…). Nó được cung cấp bởi bộ phân loại lưu lượng và sử dụng các công cụ của QoS như PQ, CQ, WFQ và WRED iii. Guaranteed Service (Còn được gọi là hard QoS ): những dịch vụ được đảm bảo tuyệt đối về tài nguyên mạng dành cho nó. Nó được cung cấp bởi các giao thức RSVP và CBWFQ. Ba mức đó được mô tả trong hình vẽ sau: Hình 1. 6 Các mức QoS Hợp đồng QoS vạch ra mong muốn thực hiện nhiệm vụ đảm bảo chất lượng dịch vụ theo một kế hoạch cụ thể và thông qua hệ thống báo hiệu QoS để ra lệnh cho các cơ chế chấp hành tại các nút mạng thực hiện nhiệm vụ đó. Trong mạng IP truyền thống chỉ cung cấp chất lượng dịch vụ ở mức “best-effort”, tức là mức “nỗ lực tối đa” mà không có bất kỳ một sự cam kết hay ràng buộc nào. Các gói được chuyển từ điểm này tới điểm khác không có bất kì một sự đảm bảo nào về băng thông hay thời gian trễ tối thiểu. Với mô hình lưu lượng “best-effort”, tất cả các yêu cầu của người sử dụng có cùng một ưu tiên và được xử lý kế tiếp nhau theo kiểu ai đến trước thì phục vụ trước. Không có khả năng dành riêng băng thông cho những kết nối cụ thể hay làm tăng độ ưu tiên cho những yêu cầu đặc biệt. Trong đó mức jitter và tỷ lệ mất gói rất thất thường . Một mô ._. (3. 12) Trong phục vụ GPS, phiên mới ùn lại có thể nhận được sự phục vụ ngay với tốc độ bằng hoặc lớn hơn tốc độ truyền mà nó cần đến . Kết quả là độ trễ bằng không . Trong máy chủ WFQ tuy no, độ trễ trường hợp xấu nhất của gói đầu tiên chu kỳ dồn đầy của phiên i là di ở đây ai là thời gian đến của gói đó. Từ bất đẳng thức (3. 10) chúng ta có: Ở đây Li là kích thước gói cực đại của phiên I. Như vậy chung ta có thể kết luận rằng sự tăng của phiên i trong WFQ có được giới hạn bởi Li/n + Lmax Thuật toán WFQ có thời gian hoàn thành Q(N) vì ở đoạn đầu phần tương thích của tập hợp là Bj (là bản chất sự dồn phiên trong máy chủ. Tuy nhiên, chúng ta có thể tìm hàm thời gian khác để xấp xỉ hoá hàm thời gian ảo mà có độ phức tạp tính toán của bộ lệnh thuật toán có thể được giảm hơn nữa. Như biểu diễn trong phần tiếp theo, tất cả thuật toán PFQ dùng mô phỏng ưu thế dòng máy mà sự sắp xếp gói truyền tăng dần theo thời gian mẫu của chúng nhưng chúng khác nhau trong các lựa chọn hệ thống hàm thời gian ảo và gói lựa chọn kiểm tra. 3. 2. 2. 9 Đồng hồ ảo . Bộ lệnh đồng hồ ảo (VC) dùng hàm thời gian thực để tiệm cận hàm thời gian ảo như vậy, bộ lệnh được chia là: Vvc(t) = t khi t ≥ 0 (3. 13) K gói tin phiên i sẽ được chia theo mẫu thời gian Fi, k từ (3. 9) và (3. 13), cụ thể là: Fi, k =max{Fi, k, ai, k}+Li, k/ri (3. 14) Ở đây ai, k là thời gian đến của k gói phiên i hình 3. 8 biểu diễn đường cong V(t) và Vvc(t), hình (3. 9) biểu diễn đường cong dịch vụ và mức xuất phát của gói ở ví dụ trước . Từ thời gian thực luôn nhỏ hơn hay bằng thời gian đến, bộ dịch Vvc(t) có thể luôn cung cấp phiên dồn mới với sự tăng nhỏ hơn hay bằng với sự cung cấp bởi máy chủ WFQ. Tuy nhiên phương pháp dịch vụ Vc được định nghĩa tham chiếu tới hệ thống thờ gian đỉnh và sự tính toán thời gian mẫu là độc lập với cách tính của các phiên khác. Như vậy, nếu liên kết các gói đã gửi nhiều hơn đã định thì nó có thể bị xấu đi bởi Vc, không kể đến có phải hiệu quả xấu hay tốt thì các kết nối được thực hiện ví dụ, cho là có hai phiên 1 và 2 như trong 3. 8, tất cả các gói từ cả hai phiên cùng kích thước lượng kết nối thông thường là 1 gói cho một khoảng thời gian và r1 = r2 =0, 5 giây, như vậy thời gian mẫu của một phiên sẽ được chuyển lên trước bằng hai rãnh mỗi lúc . VVC(t) Hình 3. 8 :Lập lịch VC sử dụng thời gian thực gần như thời gian ảo Hình 3. 9 Thời gian kết thúc ảo và xuất phát của các gói lập lịch đồng hồ ảo Hình 3. 10 Ví dụ về sự không công bằng của đồng hồ ảo Ban đầu tại thời điểm 0 F10 = F20 = 0. Phiên 1 nguồn tiếp tục phát các gói từ thời điểm 0, trong khi phiên 2 nguồn bắt đầu gửi các gói tiếp tục tại thời điểm 700 (trong các đơn vị của rãnh), như minh hoạ trong (3. 10) F1 gói = 1802 tại thời điểm 900, trong khi F1, 2 = 902. Như vậy, Những gói nhỏ chuyển đến từ phiên 1 tại thời điểm gói chia thành (1082)không thể tạo thành dịch vụ cho các gói thứ 449 từ phiên 2(đến tại thời điểm 1449 và chưa thành 1800) đã kết thục dịch vụ của nó. Nói cách khác, các gói của phiên 1 đến trong khoảng từ [900, 1500] đã dùng máy chủ trong khoảng từ [0, 900]. Sự dùng riêng máy chủ như vậy không xảy ra đối với các gói của phiên 2. Hình 3. 9 cho thấy sự tổn thất bởi bộ lập lịch VC. Trong trường hợp này, các phiên một phải đợi máy chủ phục vụ phiên mới cho đến khi các gói HOL có một chu kì mẫu lớn hơn hay bằng với chu kì mẫu của các gói phiên cũ. Khi đó, bộ lập lịch VC không có giới hạn biên mà biên không là | Wi()/ri – Wj()/rj/rj|, lúc này cả hai phiên I và J đều dở dang. . 3. 2. 2. 10 SCFQ Xếp hàng hợp lý tự định giờ Bộ lập lịch SCFQ có chức năng cập nhật các giá trị thời gian ảo khi một gói xuất phát và ấn định thời gian ngang nhau cho các tem thời gian của gói đó. Đó là việc ấn định lập lịch Hình 3. 11 Lập lịch SCFQ sử dụng thời gian ảo nếu gói tin thứ i của phiên j xuất phát tại thời gian t ≥ 0 VSCFQ (t)=Fj, i (3. 15) Tương tự gói tin thứ k từ phiên i sẽ được ấn định a tem thời gian Fi, k. Từ (3. 9) và (3. 15) suy ra : Fi, k=max+Li/ri (3. 16) Hình 3. 12 Thời gian kết thúc và xuất phát của gói tin trong lập lịch SCFQ Hình 3. 13 Sự thiếu cân bằng của SCFQ và của VC. Đồ thị 3. 11 cho thấy đường cong tương ứng với V(t) và VSCFQ (t) và hình 3. 12 cho thấy các tem thời gian và lệnh xuất phát của các gói ở các ví dụ trước. Hình 3. 13 chứng minh rằng SCFQ có thể cung cấp một giá trị đảm bảo công bằng như thế nào thì ở vị trí tương tự trong hình 3. 10 ở đó VC cũng không có khả năng làm được như vậy. Khi xem xét hình 3. 13, chúng ta có thể thấy rằng dưới SCFQ các gói từ cả hai phiên đã đến trong một kiểu RR thoả hiệp để các tem thời gian của chúng sau khi phiên 2 đến là tại thời gian 900. So với bộ lập lịch VC, SCFQ có thể gần giống với WFQ hơn. Tuy nhiên đó cũng là vấn đề mà VSCFQ(t) có thể lớn hơn V(t) như trong hình 3. 11 và do đó trễ cũng có thể rất lớn. Xét trường hợp xấu nhất, tại các phiên N-1 có hiện tượng ùn tắc và tại các giá trị F cũng vậy. Giả sử rằng khi một gói hoàn thành việc truyền dẫn tại thời gian τ, thời gian ảo là thời gian được cập nhật từ lúc các gói khởi hành cho tới thời gian ảo kết thúc F, được gọi là VSCFO(τ). Cũng giả sử rằng phiên i đến tạm thời tại thời gian τ và N-2 HOL, các gói từ các phiên tạm thời khác cũng có các giá trị tem thời gian là VSCFQ(τ). Khi gói đầu tiên của phiên tạm thời gần đây có tem thời gian với giá trị nhỏ nhất là VSCFQ(τ) + Li, t/ri nó có thể là thời gian trễ trong trường hợp xấu nhất Li, t/ri +(N-1)Lmax/r [19, 20]. Giá trị đầu tiên (N-2)Lmax/r là cho các gói (N-2) đã truyền và giá trị tiếp theo Li, t/ri + Lmax/r là giá trị giống như latency trong WFO. Kết quả latency của bộ lập lịch SCFQ là Li, t/ri +(N-1)Lmax/r. 3. 2. 2. 11 WF2Q Hàng đợi hợp lý theo trọng số trong trường hợp xấu nhất Từ kết quả (3. 10) và (3. 11) có thể dễ dàng thấy rằng WFQ và GPS cung cấp hầu hết tính đúng đắn của một gói Parekh đã cung cấp rằng WFQ không thể sụp đổ sau GPS ở khía cạnh các dịch vụ cung cấp bởi một gói có kích thước lớn nhất . Xét hình 3. 14, ở đó 11 phiên được phân thành các liên kết giống nhau. Trục ngang là thời gian, trục dọc là đường đi đơn giản của mỗi phiên. Để đơn giản, giả sử tất cả các gói cùng có kích cỡ là 1 và tốc độ là 1. Đặt tốc độ bảo đảm của phiên 1 là 0. 5 và tốc độ của 10 phiên còn lại là 0. 05 Hình 3. 14 Ví dụ Phiên 1 gửi 11 gói lặp lại bắt đầu từ thời gian là 0, trong khi mỗi phiên của 10 phiên khác chỉ gửi 1 gói cũng tại thời gian là 0. Nếu dịch vụ là GPS nó sẽ giữ 2 đơn vị thời gian cho gói của phiên 1 và 20 đơn vị thời gian cho các gói của các phiên còn lại. Còn nếu server là WFQ, tại thời gian 0, tất cả 11 phiên có các gói gửi đi sẽ được xử lý. Khi gói p1, 1(gói đầu tiên của phiên 1) kết thúc tại thời gian 2, trong khi tất cả các gói khác sẽ kết thúc ở thời gian 20 trong hệ thống GPS. WFQ sẽ phục vụ gói p1, 1 trước, vì thế 10 gói trong phiên 1 sẽ có thời gian xử lý nhỏ hơn các gói từ các phiên khác. Tức là 10 gói trong phiên 1 sẽ được phục vụ lặp lại trước khi các gói trong phiên khác được truyền đi. Định nghĩa 3. 5 : Một dịch vụ s được gọi là hợp lý nhất cho phiên i nếu tại thời gian τ trễ của gói đến tại τ được giới hạn bởi Qis()/ri+cis đó là : Dsi, k<ai, k+Qsi(ai, k)/ri+csi (3. 17) Trong đó ri là giới hạn băng thông nhỏ nhất của phiên i, Qis() là kích thước của hàng đợi của phiên i tại thời gian ai, k khi gói thứ k của phiên i đến, cis là hằng số C’i=rici’/r (3. 18) C’=max{cis} (3. 19) Định l ý 3. 1: Cho một hệ thống WF2Q và một hệ thống GPS tương ứng, th ì các thuộc tính sẽ giữ cho mỗi i, k, τ là: DWFQi, k–di, kGPSLmax/r (3. 20) Wi, kWFS(0, 0)-WiWFQLmax (3. 21) WiW2FQ(0, 0)-WiGPS(1–ri/r)Li (3. 23) 3. 2. 2. 12 WF2Q+ WF2Q cung cấp giới hạn trễ chặt và nhỏ nhất WFI của tất cả các thuật toán PFQ, nó có thời gian phức tạp giống như trường hợp xấu nhất, O(N), như WFO vì chúng cần cả hai để tính toán thời gian ảo hay hệ thống thời gian ảo V(t) bằng dấu hiệu hệ thống GPS lỏng. WF2Q+ và SPFQ cho thấy có các đặc tính tương tự như WF2Q nhưng chúng thực hiện đơn giản hơn bằng việc đưa ra hàm thời gian ảo của hệ thống như sau: V(t+)=maxi(t) (3. 23) trong đó β(t) là tập hợp các phiên tạm thời trong hệ thống tại thời gian t, và Si(t) là thời gian bắt đầu ảo của phiên tạm thời của gói tin HOL. Gọi W(t, t+τ) là tổng số lượng các dịch vụ được cung cấp bởi các server hoặc số bit đã được truyền dẫn trong khoảng thời gian (t, t+τ). Trong trường hợp đặc biệt của một server tốc độ không đổi, τ = W(t, t+τ)/r, trong đó r là khả năng kết nối. Thời gian phức tạp được giảm tới O (log N), các thuộc tính này được vận hành cho việc tìm kiếm giá trị thời gian bắt đầu nhỏ nhất trong số các phiên N. Gần giống với GPS, thuật toán PQF, như WF2Q+ và SPFQ duy trì một hệ thống hàm thời gian ảo V(t), hàm thời gian bắt đầu ảo Si(t) và hàm thời gian kết thúc ảo (hoặc tem thời gian) Fi(t) cho mỗi hàng đợi i. Si(t) và Fi(t) được cập nhật khi các gói HOL đến mỗi hàng đợi. Một gói thực sự khởi hành khi các bit cuối của nó được gửi ra ngoài khi một gói đến xuất hiện trong hai trường hợp sau : Trường hợp 1, một hàng đợi trước rỗng ngay lập tức có một gói HOL đến ; trường hợp 2 gói tiếp theo của gói HOL trong một hàng đợi không rỗng ngay lập tức trở thành gói HOL khi nó xuất phát. Hiển nhiên, trong trường hợp 2 gói xuất phát và gói đến tại cùng một thời điểm, vì thế: Si(t) = max{V(t), Fi(t -)} ; đối với gói đến trong trường hợp 1 (3. 24) Si(t) = Fi(t -) ; đối với gói đến trong trường hợp 2 Fi(t) = Si(t) + LiHOL/ri Ở đây, Fi(t -) là thời gian kết thúc của hàng đợi i trước khi cập nhật và LiHOL là độ dài của gói HOL trong hàng đợi i. Cách chính để xác định V(t) là sử dụng thuật toán PFQ [19, 29] đã đưa ra. 3. 2. 2. 13 Thuật toán trong trường hợp nhiều node Một chú ý rất quan trọng của thuật toán PFQ, giống như WQF với điều khiển truy nhập lưu lượng bằng gáo rò, có thể cung cấp trễ bảo đảm end-to-end trong trường hợp xấu nhất. Để thấy điều đó, giả sử lưu lượng phiên i được điều chỉnh bằng một gáo rò với tham số ( σi, ρi), trong đó σi là giá trị tràn lớn nhất và ρi là tốc độ nguồn trung bình. Đó là tốc độ đến của phiên i tại đầu vào của mạng trong khoảng thời gian ( τ, t] thoả mãn bất đẳng thức Ai(τ, t)≤σi+ρi(t-τ) (3. 25) Đó là K bộ lập lịch PFQ ; mỗi bộ lập lịch có tốc độ kết nối như nhau và cung cấp một giá trị băng thông bảo đảm nhỏ nhất, ri ≥ ρi, cho mỗi phiên. Gọi Li và Lmax lần lượt là gói lớn nhất trong phiên i và trong tất cả các phiên của mạng . Sau đó xử lý độc lập các phiên khác(nếu chúng không bắt buộc có gáo rò), hàng đợi end-to-end trường hợp xấu nhất và trễ truyền dẫn Di được giới hạn bởi: Di≤σi/ri+(K-1)Li/ri+K. Lmax/r (3. 26) Hình 3. 15 Giới hạn trễ của nhiều node Hình 3. 15 minh hoạ việc tính toán độ trễ cực đại, độ trễ lớn nhất của gói tại node 1, d1 là : σi/ri +Lmax/r . Tại node k, k = 2, 3, . . ., K, chúng ta có dk = Li/ri + Lmax/r . Vì thế, chúng ta có Di = d1 + (k - 1)dk . Mặc dù, qua phiên thực tế, một chuỗi các bộ lập lịch, nó có thể được xử lý nếu nó được phục vụ bằng một bộ lập lịch với tốc độ ri, vì vậy khi nguồn gửi σi, trễ σi/ri giống như trong dịch vụ GPS. Thời kì tiếp theo của mỗi bộ lập lịch, các gói khác từ phiên i sẽ nhận được dịch vụ của nó trước khi bị “đuổi bắt”, vì thế các gói bị đuổi bắt có trễ là Li/ri . Thời kì thứ 3, xét đến trường hợp đuổi bắt gói bằng một bộ lập lịch bận, nó phải đợi một khoảng thời gian là Lmax/r trước khi được phục vụ. Bất đẳng thức (3. 26) có thể dễ dàng mở rộng cho các vị trí chung với tốc độ kết nối hỗn hợp. Định lý Parekh và Gallager cho rằng, với một bảng lựa chọn các tham số, bộ lập lịch WFQ của mạng có thể trễ bảo đảm end-to –end. Phiên j yêu cầu một giới hạn trễ đặc biệt chỉ cần chọn một giá trị rj phù hợp. Đây là ý tưởng cơ bản của việc bảo đảm các dịch vụ IntServ trong mạng Internet sử dụng RSVP và cho phép nhận để quyết định các mức băng thông dành riêng nhằm đạt được giới hạn trễ tốt nhất. 3. 2. 2. 14 Thuật toán lập lịch không lõi Đặc thù của đồng hồ ảo là thực hiện kết hợp đơn giản việc lập lịch với giá trị WFI nhỏ nhất như trong WF2Q. Trong phần này chúng ta sẽ nghiên cứu một bộ lập lịch không lõi đơn giản được gọi là thuật toán Core-Stateless Shaped Virtual Clock (CSSVC) -Thuật toán đồng hồ ảo định dạng không lõi, nó gần giống với việc xử lý của một mạng đồng hồ ảo được định dạng mà không giữ lại các thông tin trạng thái luồng tại các node lõi. Trong một mạng CSSVC, khi các gói đến tại node đầu vào, thì ở đó thông tin trạng thái đầu vào được duy trì, các trạng thái kết hợp biến đổi được thiết lập giá trị ban đầu bằng node đầu vào và được lưu trữ trong phần tiêu đề gói. Các node bên trong ở trong mạng lõi không giữ thông tin trạng thái luồng nhưng các trạng thái biến đổi được lưu trong phần tiêu đề để lập lịch các gói đến. Thêm vào đó, các node bên trong cập nhật các rạng thái biến đổi trong các tiêu đề gói trước khi chúng được gửi tới node tiếp theo. Chúng ta thấy rằng, CSSVC có thể cung cấp giới hạn trễ end-to-end và cung cấp WFI nhỏ nhất cho mạng như đồng hồ ảo được định dạng đã làm. Hình 3. 16 Các router và router lõi trong mạng CSSVC Thuật toán đồng hồ ảo định dạng Bằng cách sử dụng thuật toán đồng hồ ảo như một bộ lập lịch dưới đây, một server đồng hồ ảo định dạng sử dụng đồng hồ thời gian thực giống như một hàm đồng hồ thời gian ảo và các server có thể chọn được gói có thời gian kết thúc ảo F nhỏ nhất. Gói thứ k của phiên i có thể được chọn để phục vụ tại thời gian t nếu và chỉ nếu S£V(t) (3. 27) trong đó, S là thời gian bắt đầu ảo của gói thứ k trong phiên i tại node s và Vs(t) là hệ thống thời gian ảo của node s tại thời gian t. Khi một gói đến tại thời gian a, S được định nghĩa như sau: S = max [VS(a), F] = max [a, F] (3. 28) trong đó, các tem thời gian hay thời gian kết thúc ảo của gói thứ k tại phiên i được định nghĩa như sau: F= S + (3. 29) với l là độ dài gói và ri là tốc độ kết hợp của phiên i. Bằng cách sử dụng thuật toán đồng hồ ảo định dạng để lập lịch các gói chúng ta có thể đảm bảo WFI nhỏ nhất của phiên i như sau: WFIi, s=+ (3. 30) rs là tốc độ phục vụ của server s, Li, max là độ dài lớn nhất của gói tại phiên i còn Lmax là độ dài lớn nhất của gói tại server s. Định lý 3. 2 : Trong một mạng có hai server đồng hồ ảo định dạng, nếu server 1 và 2 có thể đảm bảo WFI của phiên i là WFIi, 1 và WFIi, 2 thì WFI end-to-end của mạng WFIi, 1 + WFIi, 2 . Chứng minh: Chú ý rằng đơn vị của WFI có thể là bit hoặc giây, trong đó WFI(bit) = r1 × WFI(s), ở đây chúng ta dùng WFIb để biểu thị WFI(bit) và WFI(s) để biểu thị WFI(giây). Nếu server đồng hồ ảo định dạng s đảm bảo giới hạn trễ Di, s tới phiên i được giới hạn bởi một gáo rò (σi, ri) thì nó cũng phải bảo đảm WFIb của ri × Di, s – σi. Đó là : WFI=ri×Di, s– σi (3. 31) WFI = ri × WFIi, s . Vì thế (3. 31) trở thành: WFIi, s=Di, s–σi/ri (3. 32) thay s = 1 và s = 2 ta có: Di, 1 = + WFIi, 1 (3. 33) và Di, 2=+ WFIi, 2 (3. 34) trong đó Di, 1 và Di, 2 là các giới hạn trễ của phiên i được cung cấp bởi server 1 và server 2 . Do đó giới hạn trễ end-to-end tại điểm cuối của server 2 là : =Di, 1 + Di, 2 = 2x + WFIi, 1 + WFIi, 2 (3. 35) Số hạng đầu trong phương trình trên sinh ra từ trễ của gáo rò định dạng và có thể chỉ có một lần trong mạng. Do vậy giới hạn trễ tại điểm cuối của server 2 sẽ là: =-=Di, 1+ Di, 2 - (3. 36) Trong khi đó, WFI end-to-end, biểu thị có thể được biểu diễn thành =- (3. 37) Từ (3. 36) ta có : =Di, 1+Di, 2-- (3. 38) Kết hợp (3. 33) và (3. 34) ta có : =WFIi, 1+WFIi, 2 (3. 39) Thuật toán đồng hồ ảo định dạng không lõi Như đã thấy ở (3. 28) và (3. 29) thuật toán đồng hồ ảo định dạng cần hai trạng thái biến đổi cho mỗi luồng i: tốc độ định trước r1 và thời gian kết thúc ảo của gói trước F, khi tất cả các node trên một đường sử dụng các giá trị ri giống nhau cho luồng i thì nó dễ dàng khử ri bằng cách đặt nó trong tiêu đề gói. Hình 3. 17 Giới hạn WFI end-to-end, Ci, s trong mạng CSSVC Tuy nhiên, F là một giá trị động và được tính toán lặp lại tại mỗi node và có thể loại bỏ một cách đơn giản. Vì thế chúng ta cần thiết kế một thuật toán mà có thể tính toán thời gian kết thúc ảo trong các node lõi mà không lưu giữ thông tin của F. Ở đây, chúng ta có thể chứng tỏ trạng thái trung bình là X, vì thế với mỗi node lõi s trên một đường có thể giữ : S=a+X ³ F (3. 40) Mục đích của chúng ta là sử dụng mạng CSSVC gần giống với việc xử lý của một mạng đồng hồ ảo định dạng không giữ lại thông tin trạng thái của luồng tại các node lõi. Khi gói thứ k của phiên i dến các node biên trong mạng CSSVC tại thời gian a và xuất phát từ node s tại thời điểm d nó sẽ trải qua các giới hạn WFI end-to-end, Ci, s giốmg nhau như khi nó qua một mạng đồng hồ ảo định dạng . Vì thế từ định lý 3. 2 ta có : Ci, s= (3. 41) trong đó là WFI của phiên i được giới hạn bởi server h . Chú ý rằng : d-d(fluid)£ (3. 42) d và d(fluid) lần lượt là thời gian mà gói thứ k của phiên i xuất phát tại node s dưới dạng gói đồng hồ ảo định dạng và kiểu fluid. Khi chúng ta sử dụng CSSVC gần giống với việc xử lý của mạng đồng hồ ảo định dạng và (3. 42) sẽ giữ tại mỗi node CSSVC bao gồm cả node s. Trong khi đó phiên i được phục vụ tại tốc độ ri ở dạng fluid và chúng ta sẽ giữ d(fluid) như sau : d(fluid)=S+ (3. 43) Từ (3. 29) và (3. 43) chúng ta có : d(fluid)£F (3. 44) Kết hợp (3. 42) và (3. 44) ta được: d-F£ (3. 45) Trừ cả hai vế cho a ta có : d-F-a£-a (3. 46) Hay : d-a£F+-a (3. 47) Vế phải của bất phương trình trên là giới hạn trễ bó của phiên i. Từ điều này chúng ta có : =F+-a (3. 48) Trong khi đó, từ kết quả của (3. 37) khi gói thứ k của phiên i được giới hạn bởi gáo rò (σi, ri) xuất phát từ server s trong mạng CSSVC nó có thể tạo giới hạn trễ end-to-end là: = (3. 49) Khi xét đến trễ tuyến (3. 49) trở thành: =+ (3. 50) Trong đó là trễ tuyến giữa node h-1 và node h. Tham số đầu trong phương trình sinh ra từ luồng lưu lượng đến được giới hạn bằng gáo rò khi chúng ta thực hiện định dạng một gói WFI trong router biên . Ở đây trễ quyết định chính cho việc định dạng lưu lượng là Dki, shaper . Đó là : =Dki, shaper+Ci, S+ (3. 51) Việc thiết lập sự mô tả lưu lượng (Ra, Rp, và MBS) trễ của việc định dạng lưu lượng trong router biên có kết quả là: Li, max/RP, với Li, max là độ dài lớn nhất của gói trong phiên i . Từ những điều đó chúng ta sẽ thấy rằng định dạng lưu lượng chỉ tăng them trễ của router biên và nó không liên quan tới router lõi trong CSSVC. Lưu ý rằng kết quả (3. 51) được sinh ra từ giới hạn WFI end-to-end của thuật toán đồng hồ ảo định dạng và đó cũng là giới hạn trễ bó trong phiên i. Từ (3. 48) và (3. 51) chúng ta có: =F+-a=Dki, shaper+Ci, S + (3. 52) Thay F bằng S + ta có : S=a-+Dki, shaper+Ci, S+- (3. 53) Từ (3. 53) chúng ta biểu diễn S bằng : S=a-+Dki, shaper+Ci, S-1+- (3. 54) So sánh (3. 53) và (3. 54) chúng ta có được mối quan hệ giữa S và S để đảm bảo Ci, s : S=S+WFIi, S+-+PS-1 (3. 55) Lặp lại phương trình trên ta có: S=S+Ci, S-1-WFIi, S+- + (3. 56) Từ (3. 40) và (3. 29) ta có : S³F = S + Bằng cách sử dụng (3. 56) ta có bất phương trình giữa gói thứ k và k-1 tại node biên 1 là: S³S+ (3. 57) Vế phải của bất phương trình là hiệu của S đảm bảo:S ³ F. Chúng ta sẽ có vài cặp (S và S) thoả mãn điều kiện đó . Như vậy : S=S+ (3. 58) Từ (3. 40) ta có: S=a+X=d+ P S-1 + X (3. 59) Trong đó d là thời gian xuất phát của gói tại node s-1 . Từ (3. 45) : d £ F + nên (3. 59) trở thành: S£F+ +P S-1 + X (3. 60) Hay: S£S+++PS-1+X (3. 61) Để có kết quả chúng ta có thể đặt S là : S=S+++PS-1+X (3. 62) Kết hợp (3. 55) và (3. 62) ta có: S+++PS-1+X=S+WFIi, S+ - +P S-1 (3. 63) Sắp xếp lại các thời kì ta có trạng thái biến đổi : X=WFIi, S-- (3. 64) Kết hợp với các giá trị WFI từ (3. 30) ta có : X = + - - - =-- (3. 65) CHƯƠNG 4 ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN MẠNG VIỄN THÔNG VIỆT NAM Với những ưu điểm nổi bật của mình, công nghệ IP đang dần chiếm ưu thế trong các giải pháp xây dựng mạng thế hệ sau. Hội tụ IP đang là một xu hướng có thể nói là tất yếu trong khi thiết kế và xây dựng NGN để cung cấp tất cả các dịch vụ trên một cơ sở hạ tầng mạng duy nhất. Tuy nhiên mạng IP hiện nay chỉ là mạng “Best Effort” tức là một mạng không có bất kì một sự bảo đảm nào về QoS. Mà mục đích của chúng ta hiện nay là nghiên cứu và đưa QoS vào trong mạng để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng. Trong chương này em xin trình bày một số định hướng phát triển mạng Viễn thông Việt Nam để tiến tới NGN và một số phương pháp để có thể đảm bảo QoS cho mạng NGN 4. 1. Mạng mục tiêu Hoà cùng sự phát triển của nền Viễn thông thế giới, mạng thế hệ sau đang là mục tiêu hướng tới của Việt Nam trong thời gian tới. Với mục tiêu xây dựng một mạng hội tụ cho phép cung cấp tất cả các loại hình dịch vụ của mạng thế hệ hiện nay và các loại hình dịch vụ mới trong tương lai thì việc lựa chọn một cơ sở hạ tầng mạng phù hợp là vô cùng quan trọng. Theo báo cáo của giáo sư tiến sĩ Đỗ Trung Tá về định hướng phát triển mạng Internet Việt Nam vào tháng 12/2001 thì mô hình mạng Viễn thông thế hệ mới của Việt Nam sẽ được mô tả như sau : Hình 4. 1 Mô hình mạng Viễn thông thế hệ mới Trong đó các lớp dưới mạng được xây dựng dựa trên hệ thống mạng cáp quang và các công nghệ RAS, DSL, Frame Relay cũng như hệ thống truy nhập vô tuyến thế hệ thứ ba. Các hệ thống này được kết nối lên mạng lõi thông qua hệ thống tập trung. Phần mạng lõi là sự kết hợp của công nghệ IP và MPLS kết nối với mạng thoại PSTN thông qua hệ thống Media Gateway. Chuyển mạch dịch vụ IP và hệ thống Media Gateway sẽ đóng vai trò là cầu nối cho lớp điều khiển dịch vụ kết nối xuống lớp mạng. Lớp diều khiển dịch vụ gồm hai hệ thống chính là Server điều khiển dịch vụ và hệ thống chuyển mạch mềm. Trong đó, Server điều khiển dịch vụ điều khiển các ứng dụng và dịch vụ IP để đảm bảo các yếu tố: Chất lượng dịch vụ Kiểm tra quyền sử dụng dịch vụ Quản lý bảo mật Quảng bá dịch vụ Chuyển mạch mềm sẽ điều khiển các kết nối đa phương tiện bao gồm : Kết nối VoIP và Video Điều khiển các đầu cuối IP theo các giao thức H. 323 và SIP Điều khiển các Media Gateway ở lớp mạng Lớp ứng dụng sẽ kết nối xuống các hệ thống Server điều khiển và chuyển mạch mềm thông qua lớp thích nghi ứng dụng. Các dịch vụ của lớp ứng dụng bao gồm các ứng dụng thế hệ thứ 3, các ứng dụng tin nhắn và các dịch vụ trên nền Web. 4. 2. Mạng truyền dẫn Xây dựng một mạng đường trục có đủ năng lực truyền dẫn tất cả các nhu cầu trao đổi thông tin của toàn bộ khách hàng luôn là một yêu cầu có tính hàng đầu trong quá trình phát triển mạng Viễn thông. Hình 4. 2 đưa ra cấu hình mạng truyền dẫn mục tiêu của nước ta. Trong đó có một sự thống nhất chung là sử dụng cáp sợi quang và công nghệ DWDM để xây dựng lên một mạng toàn quang có đủ khả năng để đáp ứng nhu cầu lưu lượng mạng IP đồng thời giảm giá thành băng thông truyền dẫn. Tuy nhiên, phía trên tầng DWDM vẫn còn là một vấn đề chưa được xác định rõ ràng. Do đó, trong giai đoạn hiện nay không nên đầu tư quá ồ ạt vào công nghệ SDH. Bên cạnh đó, thời điể triển khai công nghệ DWDM trên mạng trục cũng chưa được xác định rõ ràng. Công nghệ này chỉ được triển khai khi nó đã đảm bảo được khả năng quản lý mạng của mình. Trong cấu kình mạng đường trục sử dụng công nghệ DWDM được đề xuất sử dụng 3 bộ chuyển mạch được đặt tại Hà Nội, Đà Nẵng và thành phố Hồ Chí Minh. Tại các điểm nút khác chỉ đặt các bộ xen rẽ để tách/ghép lưu lượng. KÕt nèi DWDM trôc ChuyÓn m¹ch / bé ®Þnh tuyÕn quang Bé xen/t¸ch kªnh quang Bé ®Þnh tuyÕn biªn HÖ thèng ghÐp sãng quang Nót ®a dÞch vô Hình 4. 2 Mạng truyền dẫn mục tiêu 4. 3. Mạng truy nhập Với sự triển khai của một loạt các công nghệ truy nhập mới, mạng truy nhập sẽ trở nên đa dạng hơn, và có thể nói sự hỗn loạn trong công nghệ mạng truy nhập sẽ còn kéo dài trong nhiều năm nữa. Các công nghệ truy nhập như Dial-up, xDSL, truyền hình số quảng bá, Modem cáp, GSM, truyền hình vệ tinh tới thuê bao DTH (Direct To Home), và hệ thống thông tin di động (UTMS hoặc 3G) sẽ dược sử dụng để truyền tải IP. Trong đó, lưu ý một số điểm như sau: Hợp nhất các mạng vào một trục IP, trong khi vẫn giữ nguyên công nghệ truy nhập. Nhà cung cấp dịch vụ di động GSM phải nhận định rõ hơn công nghệ truy nhập mà họ sở hữu và họ sẽ thử triển khai các công nghệ truy nhập mới. Phát triển hình thức truy nhập băng rộng bằng cáp đồng trục theo công nghệ xDSL. 4. 4. Sự phát triển của các mạng lên NGN 4. 4. 1 Sự hội tụ các mạng 4. 4. 2 Sự tiến hoá của các mạng lên NGN Sự phát triển từ PSTN lên NGN Thoại luôn là dịch vụ được xét đến hàng đầu trong quá trình xây dựng mạng. Ở đây ta xét một minh hoạ về sự chuyển dịch thoại từ PSTN lên NGN Mạng PSTN hiện tại : Phát triển lên NGN : 4. 4. 3 Các chức năng tiến hoá Mạng hiện tại: Mạng tương lai gần : Mạng tương lai : 4. 5. Một số dịch vụ bảo đảm QoS trong mạng 4. 5. 1 Sử dụng các giao thức hỗ trợ Sử dụng RSVP Sử dụng MPLS Triển khai kiến trúc CQS trong MPLS-DiffServ 4. 5. 2 Sử dụng các mô hình dịch vụ 4. 5. 2. 1 Dịch vụ IntServ Sơ đồ kiến trúc: 4. 5. 2. 2 Dịch vụ DiffServ Mô hình : Nhận xét: Với mô hình IntServ Đảm bảo QoS end-to-end trên cơ sở mỗi luồng thông qua báo hiệu QoS trên từng chặng. Các router dọc theo đường truyền phải duy trì trạng thái cho mỗi luồng thông tin. Tối ưu về sử dụng tài nguyên mạng nhưn kéo theo đó là gánh nặng xử lý và tăng kích cỡ mạng. Với DiffServ Chỉ đảm bảo được QoS trên từng chặng thông qua việc ấn định tài nguyên cứng. Gánh nặng xử lý của các router nhẹ hơn, đơn giản hơn, nhưng không đảm bảo được QoS end-to-end. Như vậy, mô hình IntServ không khả thi trong mạng lõi, và mô hình mạng DiffServ lại không đáp ứng tốt trong mạng truy nhập. Giải pháp tốt nhất đặt ra là sử dụng mô hình IntServ cho mạng truy nhập và sử dụng mô hình DiffServ cho mạng lõi. Vì thế, để hỗ trợ QoS tốt nhất nên sử dụng mô hình tích hợp IntServ/DiffServ. Mô hình : 4. 5. 3 Đo kiểm và đánh giá QoS trong mạng NGN Mô hình: Vị trí thiết lập điểm đo: Thiết bị đo là : Máy tính Các phần mềm đo chuyên dụng Các thiết bị đo chuyên dụng (SmartBits, AX4000, K1297, …) KẾT LUẬN Trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực tập đồ án, em đã tìm hiểu về QoS, kiến trúc CQS đặc biệt là kĩ thuật lập lịch và các ứng dụng của nó trong mạng IP với mục đích đưa QoS và cải thiện QoS trong mạng IP -một mạng Best Effort, không có sự đảm bảo về chất lượng dịch vụ. Tuy nhiên, nội dung của đồ án mới chỉ đi sâu vào phần lý thuyết, còn phần thực hành và ứng dụng trên thực tế vẫn còn hạn chế. Do kiến thức còn hạn chế và thời gian có hạn nên đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót, em mong được sự chỉ bảo của các thầy và sự góp ý của các bạn để có thể sửa chữa và nâng cao hiểu biết của mình. Nghiên cứu kĩ thuật lập trình trong mang IP MỤC LỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT v LỜI NÓI ĐẦU 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ QoS 2 1. 1. Giới thiệu chung 2 1. 1. 1 Chất lượng dịch vụ của ATM 3 1. 1. 2 Những dịch vụ QoS của hệ điều hành liên mạng Cisco 5 1. 1. 3 Chất lượng dịch vụ (QoS) trên Internet và Intranet 7 1. 1. 4 Chất lượng dịch vụ trong viễn cảnh ứng dụng 8 1. 2. Khái niệm 9 1. 2. 1 Phân cấp QoS 11 1. 2. 2 Bảo đảm QoS 12 1. 2. 3 Các tham số QoS 14 1. 2. 3. 1 Băng thông 14 1. 2. 3. 2. Trễ 15 1. 2. 3. 3. Jitter 16 1. 2. 3. 4. Loss 17 1. 2. 3. 5. Độ khả dụng 19 1. 2. 3. 6. Bảo mật 20 1. 3. Kiến trúc QoS 21 1. 3. 1 QoS nhận dạng và đánh dấu 22 1. 3. 2 QoS trong một thiết bị mạng 22 1. 3. 2. 1 Quản lý tắc nghẽn 22 1. 3. 2. 2 Quản lý hàng đợi 23 1. 3. 2. 3 Hiệu suất liên kết 23 1. 3. 2. 4 Chính sách và định hình lưu lượng 23 1. 3. 3 Các mức QoS 24 1. 4 Bổ xung QoS vào mạng IP 25 1. 4. 1 Các giao thức và thuật toán sử dụng để thêm QoS vào mạng IP 27 1. 4. 1. 1 Tốc độ truy nhập cam kết. 27 1. 4. 1. 2 Xếp hàng trên cơ sở lớp 27 1. 4. 1. 3 Lớp dịch vụ 28 1. 4. 1. 4 Các dịch vụ phân biệt 28 1. 4. 1. 5 Quyền ưu tiên IP 28 1. 4. 1. 6 Chuyển mạch nhãn đa giao thức 29 1. 4. 1. 7 Xếp hàng theo VC. 29 1. 4. 1. 8 Định tuyến theo chính sách. 29 1. 4. 1. 9 Các hàng QoS. 30 1. 4. 1. 10 Loại bỏ sớm ngẫu nhiên. 30 1. 4. 1. 11 Giao thức dự trữ tài nguyên 30 1. 4. 1. 12 Trường dịch vụ 33 1. 4. 1. 13 Định hình lưu lượng 33 1. 4. 1. 14 Xếp hàng hợp lý theo trọng số 33 1. 4. 1. 15 Quản lý băng thông mạng con 34 1. 4. 2 Báo hiệu QoS 35 1. 5. Định tuyến QoS 35 CHƯƠNG 2: KIẾN TRÚC CQS 37 2. 1 Tổng quan về kiến trúc CQS 37 2. 2. Các chức năng của kiến trúc CQS 39 2. 2. 1 Định hình lưu lượng 39 2. 2. 2 Hợp đồng lưu lượng 41 2. 2. 3 Phân mảnh hàng đợi 41 2. 3. Đánh dấu và sắp xếp lại 42 2. 4. Các ứng dụng của kiến trúc CQS 43 2. 4. 1. Router nguồn 43 2. 4. 2. Các dịch vụ ứng dụng 45 2. 4. 2. 1 Dịch vụ Best Effort 45 2. 4. 2. 2 Dịch vụ tích hợp IntServ 47 2. 4. 2. 3 Dịch vụ DiffServ 51 2. 4. 2. 4 QoS và tunnel 58 2. 4. 2. 5 QoS và MPLS 58 CHƯƠNG 3: SCHEDULING 61 3. 1. Khái niệm 61 3. 1. 1 Giới thiệu 61 3. 1. 2. Tốc độ định hình 61 3. 1. 3 Quyền ưu tiên chặt 62 3. 2. Lập lịch gói 63 3. 2. 1 Tổng quan 63 3. 2. 2 Các thuật toán 64 3. 2. 2. 1 FIFO 64 3. 2. 2. 2 Leaky Buckets 65 3. 2. 2. 3 Round-Robin 66 3. 2. 2. 4 Stop-And-Go 67 3. 2. 2. 5 EDD Phí sớm nhất của ngày 69 3. 2. 2. 6 RCSP ưu tiên tốc độ điều khiển cố định 70 3. 2. 2. 7 GPS 72 3. 2. 2. 8 WFQ 74 3. 2. 2. 9 Đồng hồ ảo . 77 3. 2. 2. 10 SCFQ Xếp hàng hợp lý tự định giờ 79 3. 2. 2. 11 WF2Q 81 3. 2. 2. 12 WF2Q+ 82 3. 2. 2. 13 Thuật toán trong trường hợp nhiều node 83 3. 2. 2. 14 Thuật toán lập lịch không lõi 84 CHƯƠNG 4: ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN MẠNG VIỄN THÔNG VIỆT NAM 91 4. 1. Mạng mục tiêu 91 4. 2. Mạng truyền dẫn 92 4. 3. Mạng truy nhập 93 4. 4. Sự phát triển của các mạng lên NGN 94 4. 4. 1 Sự hội tụ các mạng 94 4. 4. 2 Sự tiến hoá của các mạng lên NGN 94 4. 4. 3 Các chức năng tiến hoá 95 4. 5. Một số dịch vụ bảo đảm QoS trong mạng 96 4. 5. 1 Sử dụng các giao thức hỗ trợ 96 4. 5. 2 Sử dụng các mô hình dịch vụ 97 4. 5. 2. 1 Dịch vụ IntServ 97 4. 5. 2. 2 Dịch vụ DiffServ 97 4. 5. 3 Đo kiểm và đánh giá QoS trong mạng NGN 98 KẾT LUẬN 100 TÀI LIỆU THAM KHẢO ._.