Các kỹ thuật đảm bảo chất lượng dịch vụ trong mạng ip

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

0
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN






NGUYỄN TƢ KHOA






CÁC KỸ THUẬT ĐẢM BẢO CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ
TRONG MẠNG IP

Chuyên ngành: Khoa học máy tính
Mã số: 60.48.01
Lớp Cao học K6

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH



NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN GIA HIỂU














Thái Nguyên - 2009

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

1



LỜI CẢM ƠN

Trƣớc hết tôi xin gửi lời cảm ơn đặc biệt nhất tới Thầy giáo PGS.TS Nguyễn

Gia Hiểu, Viện Công Nghệ Thông Tin, ngƣời đã định hƣớng đề tài và tận tình hƣớng
dẫn chỉ bảo trong suốt quá trình thực hiện luận văn cao học.
Tôi xin đƣợc cảm ơn tới các Thầy cô trong Viện Công Nghệ Thông Tin và
Khoa Công Nghệ Thông Tin - Đại học Thái Nguyên đã tận tình giảng dạy và truyền
đạt kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt 2 năm học Cao học.
Cuối cùng tôi xin dành một tình cảm biết ơn tới gia đình và bạn bè, những
ngƣời đã luôn luôn ở bên cạnh tôi, động viên, chia sẻ cùng tôi trong suốt thời gian học
Cao học cũng nhƣ quá trình thực hiện luận văn này.
Thái Nguyên, ngày 04 tháng 11 năm 2009
Học viên:


Nguyễn Tƣ Khoa

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

2

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi, có sự hỗ trợ của Thầy
hƣớng dẫn và những ngƣời tôi đã cám ơn. Các nội dung nghiên cứu và kết quả trong
đề tài này là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất cứ công trình nào.
Thái Nguyên, ngày 04 tháng 11 năm 2009
Học viên:


Nguyễn Tƣ Khoa

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

3
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................................ 1
LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................................. 2
MỤC LỤC ............................................................................................................................. 3
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ...................................................................................................... 6
DANH SÁCH HÌNH VẼ ....................................................................................................... 9
ĐẶT VẤN ĐỀ ..................................................................................................................... 12
CHƢƠNG I: ........................................................................................................................ 13
CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG TRUYỀN THÔNG ........................................ 13
Nhập đề: .......................................................................................................................... 13
1.1 Khái niệm về chất lƣợng dịch vụ ............................................................................... 14
1.2 Các thông số QoS ....................................................................................................... 15
1.2.1 Băng thông .......................................................................................................... 16
1.2.2 Trễ ....................................................................................................................... 16
1.2.3 Jitter (Biến động trễ) ........................................................................................... 17
1.2.4 Mất gói ............................................................................................................... 18
1.2.5 Tính sẵn sàng (Độ tin cậy) ................................................................................... 19
1.2.6 Bảo mật .............................................................................................................. 19
1.3 Yêu cầu QoS đối với các dịch vụ khác nhau ............................................................... 20
1.3.1 Ứng dụng E-mail, FTP ........................................................................................ 20
1.3.2 Ứng dụng Streaming, âm thanh hình ảnh lưu trước.............................................. 21
1.3.3 Ứng dụng Streaming cho âm thanh, hình ảnh sống .............................................. 22
1.3.4 Ứng dụng Hình ảnh âm thanh tương tác thời gian thực ....................................... 22
1.3.5 Ví dụ về điện thoại VOIP: .................................................................................... 23
1.3.6 Các lớp dịch vụ .................................................................................................... 30
1.4 Một số kỹ thuật hỗ trợ chất lƣợng dịch vụ .................................................................. 32
Kết luận chƣơng ............................................................................................................... 34

CHƢƠNG II: ....................................................................................................................... 35
CÁC KỸ THUẬT ĐẢM BẢO CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ .................................................. 35
Nhập đề: .......................................................................................................................... 35
2.1 Kỹ thuật đo lƣu lƣợng và mầu hóa lƣu lƣợng .............................................................. 35
2.1.1 Đánh dấu ba mầu tốc độ đơn ............................................................................... 35
2.1.2 Đánh dấu ba mầu hai tốc độ ................................................................................ 37
2.2 Kỹ thuật quản lý hàng đợi tích cực ............................................................................. 39
2.2.1 Kỹ thuật loại bỏ gói ngẫu nhiên sớm RED .......................................................... 39
2.2.2 Kỹ thuật loại bỏ gói sớm theo trọng số WRED .................................................... 40
2.2.3 Thông báo tắc nghẽn hiện ECN .......................................................................... 40
2.3 Lập lịch gói ................................................................................................................ 41
2.3.1 FIFO ................................................................................................................... 42
2.3.2 Hàng đợi ưu tiên PQ ............................................................................................ 42
2.3.3 Hàng đợi công bằng FQ ...................................................................................... 43
2.3.4 Vòng quay trọng số Robin (WRR) ........................................................................ 44
2.3.5 Hàng đợi công bằng có trọng số WFQ ................................................................. 45
2.3.6 Hàng đợi công bằng có trọng số dựa trên cơ sở lớp (CB WFQ) ........................... 47
2.4 Trafic Shaping ............................................................................................................ 48
2.4.1 Bộ định dạng lưu lượng thường ........................................................................... 48
2.4.2 Bộ định dạng lưu lượng gáo rò ............................................................................ 49
Kết luận chƣơng ............................................................................................................... 51
CHƢƠNG 3: ........................................................................................................................ 52

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

4
CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG IP ................................................................... 52
Nhập đề: .......................................................................................................................... 52
3.1 Các dịch vụ tích hợp ................................................................................................... 52
3.2 Giao thức dành riêng tài nguyên (RSVP) .................................................................... 52

3.2.1 Tổng quan về RSVP ............................................................................................. 52
3.2.2 Hoạt động của RSVP ........................................................................................... 53
3.2.3 Các kiểu RSVP dành riêng ................................................................................... 53
3.2.4 Các ví dụ về IntSer .............................................................................................. 54
3.2 Các dịch vụ phân biệt ................................................................................................. 57
3.2.1 Tổng quan DiffServ .............................................................................................. 57
3.2.2 Cấu trúc DiffServ ................................................................................................. 58
3.2.3 Cư sử từng chặng (PHB) ..................................................................................... 63
3.2.4 Ví dụ về Differentiated Services ........................................................................... 66
Kết luận chƣơng ............................................................................................................... 68
CHƢƠNG IV:...................................................................................................................... 69
CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG ATM .............................................................. 69
Nhập đề: .......................................................................................................................... 69
4.1 Nền tảng về ATM ....................................................................................................... 69
4.1.1 Nguồn gốc của ATM ............................................................................................ 69
4.1.2 Giao diện mạng ATM........................................................................................... 69
4.2 Giao thức ATM .......................................................................................................... 70
4.2.1 Lớp tế bào ATM....................................................................................................... 71
4.2.2 Lớp tương thích ATM........................................................................................... 72
4.3 Các kết nối ảo ATM ................................................................................................... 72
4.3.1 Kênh ảo và đường ảo ........................................................................................... 72
4.3.2 Liên kết ảo ........................................................................................................... 73
4.3.3 Kết nối ảo (Virtual Connection) ........................................................................... 75
4.3.4 Kết nối chuyển mạch ảo (SVC) ............................................................................ 76
4.4 Các loại dịch vụ ATM ................................................................................................ 77
4.4.1 Các loại dịch vụ ATM .......................................................................................... 77
4.4.2 Miêu tả lưu lượng ................................................................................................ 78
4.4.3 Các kiểu AAL ....................................................................................................... 79
Kết luận chƣơng: .............................................................................................................. 80
CHƢƠNG 5: ........................................................................................................................ 81

QOS TRONG GIAO THỨC CHUYỂN MẠCH NHÃN MPLS ............................................ 81
Đặt vấn đề: ....................................................................................................................... 81
5.1 Cơ sở lý thuyết của MPLS .............................................................................................. 81
5.1.1 Sự chuyển tiếp gói IP thông thường ......................................................................... 81
5.1.2 Các cải tiến của MPLS ........................................................................................ 82
5.1.3 Kiến trúc MPLS ................................................................................................... 83
5.2 Mã hóa nhãn ............................................................................................................... 83
5.2.1 MPLS shim header .............................................................................................. 83
5.2.2 Mã hóa nhãn qua mạng ATM............................................................................... 84
5.3 Hoạt động của MPLS ................................................................................................. 85
5.3.1 Ánh xạ nhãn......................................................................................................... 85
5.3.2 Một ví dụ về các đường hầm phân cấp MPLS ...................................................... 87
5.4 MPLS hỗ trợ DiffServ ................................................................................................ 88
5.4.1 E-LSP .................................................................................................................. 88
5.4.2 L-LSP .................................................................................................................. 90
Kết luận chƣơng ............................................................................................................... 91

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

5
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN ............................................. 92
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................... 93
PHỤ LỤC ............................................................................................................................ 94


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

6
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

ARED Adapted Random Early Detection Tìm kiếm sớm ngẫu nhiên thích
ứng
ARP Address Resolution Protocol Giao thức phân giai địa chỉ
ARPA Advance Research Projects Agency Trung tâm nghiên cứu cấp cao
ATM Assyschronous Tranfer Mode Chế độ truyền bất đồng bộ
AF Assured Forwarding Chuyển tiếp đảm bảo
BB Bandwidth Brokering Thu hồi băng thông
BGP Border Gateway Protocol Giao thức định tuyến ngòai
CBQ Class Base Queuing Hàng đợi cơ sở lớp
CBR Contant Bitrate Rate tốc độ bit cố định
CL Controlled Load Tải điều khiển
CPU Center Processor Unit Khối xử lí trung tâm
CQS Classify Queue Shedule Lập lịch hàng đợi phân loại
CAC Call Adminission Contron Điều khiến xác nhận cuộc gọi
CE Congestion Experience Nghẽn trải qua
DFF Drop from Front Loại bỏ phía trƣớc
DiffServ Differentiated Service Dịch vụ khác biệt
DNS Domain Name System Hệ thống tên miền
DOD Deparment of Defense thuộc bộ quốc phòng Mĩ
DRR Deficit Round Robin
DSCP Difserv Code-Point Điểm mã dịch vụ khác biệt
ECN Explicit congestion notification Thông báo nghẽn cụ thể
EF Expedited Forwarding Chuyển tiếp ngay
FBI Forwarding information base Khối chuyển tiếp
FIFO First in first out Hàng đợi theo nguyên tắc vào
trƣớc ra trƣớc
FRED Flow Random Early Detection Tìm kiếm ngẫu nhiên sớm theo
luồng
FTP File Transfer Protocol Giao thức truyền file

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

7
GS Guaranteed Service Dịch vụ đảm bảo vụ
HL Header length Độ dài tiêu đề
ICMP Internet Control Message Protocol Giao thức tín hiệu điều khiển
Internet
IHL Identifed Header Length Trƣờng xác nhận độ dài tiêu đề
Intserv Intergrated Service Dịch vụ tích hợp
IP Internet Protocol Giao thức Internet
LSP Label-switching Paths Đƣờng dẫn chuyển mạch nhãn
MF Multi field Đa trƣờng
MPLS Multi protocol lable Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức
MTU Maximum Transfer Unit Đơn vị truyền tối đa
NGN Next Generation Network Mạng thế hệ kế tiếp
OSI Open Systems Interconection Mô hình tham chiếu “liên kết hệ
thống mở”
OSPF Open Sortest Path First Đƣờng dẫn đầu tiên ngắn nhất mở
PHB Per-Hop Behavior Cƣ sử từng chặng
PNNI Private network Node Interface Giao diện node mạng riêng
PQ Priority Queue Hàng đợi ƣu tiên
QoS Quality of service Chất lƣợng dịch vụ
RAP Resource Allocation Protocol Giao thức phân phát tài nguyên
RARP Reverse Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ ngƣợc
RED Random Early Detection Tìm kiếm ngẫu nhiên sớm
RIO RED With IN/ OUT Tìm kiếm ngẫu nhiên sớm theo vào
ra
RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức dành trƣớc tài nguyên
SDH Synchronous Digital Hiearachy Phân cấp số đồng bộ
SLA Service level agreement Thỏa thuận mức dịch vụ

SMTP Simple Mail Transfer Protocol Giao thức truyền thƣ điện tử đơn
giản
TCP Tranmission Control Protocol Gíao thức điều khiển truyền dẫn
Telnet Terminal NETwork Mạng đầu cuối

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

8
TL Total length Độ dài tổng
TOS Type Of Service Loại dịch vụ
TTL Time-to-live Thời gian sống
UDP User Datagram protocol Giao thức ngƣời sử dụng
VCI Virtual circuit Identify Nhận biết kênh ảo
VPI Virtual Path Identify Nhận biết đƣờng ảo
VPN IP virtual private Network IP virtual private Network
WRED Weight Random Early Detection Tìm kiếm ngẫu nhiên sớm theo
trọng số
WRED Weighted Random Early Detection Tìm kiếm sớm ngẫu nhiên theo
trọng số


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

9
DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình Nội dung
Hình 1.1 Băng thông, trễ
Hình 1.2 FTP truyền file giữa các hệ thống
Hình 1.3 Phân loại các kỹ thuật sửa đổi dữ liệu phía ngƣời gửi

Hình 1.4 Sửa đổi dữ liệu sử dụng FEC
Hình 1.5 Sửa chữa sử dụng FEC phụ thuộc môi trƣờng
Hình 1.6 Các khối đƣợc đan xen trong nhiều gói
Hình 1.7 Phân loại các kỹ thuật che dấu lỗi
Hình 2.1 Khoản thời gian đo CBS và CIR
Hình 2.2(a) Gáo C và gáo E ở chế độ mù mầu
Hình 2.2(b) srTCM ở chế độ mù mầu
Hình 2.3 srTCM ở chế độ rõ mầu
Hình 2.4(a) Gáo rò C và P trong trTCM
Hình 2.4(b) trTCM ở chế độ mù mầu
Hình 2.5 Chế độ rõ mầu với trTCM
Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của RED
Hình 2.7 Hồ sơ RED
Hình 2.8 Khái niệm ECN
Hình 2.9 Biểu đồ khái niệm của lập lịch gói
Hình 2.10 FIFO
Hình 2.11 Hàng đợi ƣu tiên PQ
Hình 2.12 Ảnh hƣởng của kích thƣớc gói với phân bổ băng thông
Hình 2.13 WRR
Hình 2.14 Vòng quay Robin trọng số theo từng bit
Hình 2.15 WFQ
Hình 2.16 CB WFQ
Hình 2.17 Bộ định dạng lƣu lƣợng thƣờng
Hình 2.18 Gáo rò token traffic shaper

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

10
Hình 3.1 Hoạt động của RSVP
Hình 3.2 Các kiểu dàng riêng RSVP

Hình 3.3 Các ống chia sẻ đƣợc dành riêng
Hình 3.4 Ví dụ 1 về RSVP trong IntServ
Hình 3.5 Ví dụ 2 về RSVP trong IntServ
Hình 3.6 Ví dụ về RSVP Style
Hình 3.7 Dành riêng Wildcard filter
Hình 3.8 Dành riêng Fixed filter
Hình 3.9 Dành riêng Shared-explicit
Hình 3.10 Các bƣớc của DiffServ
Hình 3.11 Miền IP
Hình 3.12 Một miền DS và các mạng con
Hình 3.13 Miền DiffServ
Hình 3.14 Vùng DS
Hình 3.15 IPv4 Header 24 byte
Hình 3.16 Các trƣờng TOS trong Ipv4 header
Hình 3.17 IPv6 Header 48 byte
Hình 3.18 Trƣờng DS
Hình 3.19 Ví dụ về cài đặt EF
Hình 3.20 Một ví dụ cài đặt AF
Hình 3.21 Ví dụ về DiffServ
Hình 4.1 Các giao tiếp ATM
Hình 4.2 Xếp chồng giao thức ATM
Hình 4.3 Cấu trúc tế bào ATM
Hình 4.4 Tế bào ATM cắt và lắp ghép
Hình 4.5 Kết nối kênh ảo
Hình 4.6 Biên dịch VPI/VCI
Hình 4.7 Liên kết đƣờng ảo (VPL)
Hình 4.8 Quan hệ giữa VCL và VPL
Hình 4.9 Kết nối đƣờng ảo (VPC)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

11
Hình 4.10 Kết nối kênh ảo (VCC) trong một VPL
Hình 4.11 VCC đƣợc tạo từ các VCL của các VPL khác nhau
Hình 4.12 SVCC
Hình 5.1 Chức năng định tuyến IP chuẩn
Hình 5.2 Kiến trúc của MPLS
Hình 5.3 Đầu mào MPLS
Hình 5.4 Xếp chồng nhãn độ sâu m
Hình 5.5 MPLS LSP sử dụng ATM SVC
Hình 5.6 MPLS LSP sử dụng ATM SVP
Hình 5.7 MPLS LSP sử dụng ATM SVP mã hóa đa điểm
Hình 5.8 Ánh xạ nhãn vào
Hình 5.9 Ánh xạ FTN
Hình 5.10 Trao đổi nhãn
Hình 5.11 Đẩy nhãn
Hình 5.12 Một ví dụ về LSP phân cấp
Hình 5.13 Ánh xạ giữa DiffServ PBH với các bit MPLS EXP
Hình 5.14 E-LSP
Hình 5.15 L-LSP


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

12
ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong xu hƣớng phát triển bùng nổ thông tin ngày này, các nhu cầu về thông tin
liên lạc ngày càng mở rộng. Nó đi đôi với nhu cầu đòi hỏi cao về chất lƣợng dịch vụ.
Đối với nhà khai thác mạng nâng cao chất lƣợng dịch vụ đồng nghĩa với khả năng tăng
khả năng cạnh tranh. Đó là điều tất yếu mà một nhà khai thác phải làm tốt để tồn tại.

Việt Nam đƣợc đánh giá là một quốc gia có nhu cầu về thông tin lớn. Hệ thống
viễn thông mạng Việt Nam rất đa rạng, phong phú, trong đó công nghệ mạng trên nền
chuyển mạch gói là rất phổ biến. Song song với việc cung cấp nhiều loại hình dịch vụ
mục tiêu nâng cao chất lƣợng dịch vụ đang là một vấn đề trọng tâm của các nhà cung
cấp đặt ra.
Mạng hiện thời đang tồn tại ở Việt Nam so với một số nƣớc trong khu vực còn
chƣa thật sự ổn định, vẫn còn nhiều hiện tƣợng nghẽn mạng hay tốc độ truy cập mạng
còn thấp. Ngoài biên pháp cải thiện băng thông (rất tốn kém), chƣa thể đáp ứng ngay
thì chúng ta cần phải cải thiện chất lƣợng dịch vụ theo một số hƣớng khác. Bản luận
văn này tìm hiểu về QoS trong mạng IP và một số giải pháp nâng cao QoS phổ biến
đang đƣợc áp dụng.
Đƣợc sự hƣớng dẫn và giúp đỡ nhiệt tình của Thầy giáo PGS.TS Nguyễn Gia
Hiểu, bản luận văn với đề tài “Các kỹ thuật đảm bảo chất lượng dịch vụ trong mạng
IP” đã đề cập đến những vấn đề cơ bản về chất lƣợng dịch vụ trong mạng IP. Sau một
thời gian tìm hiểu và nghiên cứu bản luận văn đã hoàn thành với những nội dung chính
sau đây:
Chƣơng 1: Chất lƣợng dịch vụ trong mạng Viễn thông.
Chƣơng 2: Các kỹ thuật đảm bảo chất lƣợng dịch vụ trong mạng IP.
Chƣơng 3: Chất lƣợng dịch vụ trong mạng IP.
Chƣơng 4: Chất lƣợng dịch vụ trong mạng ATM.
Chƣơng 5: QOS trong giao thức chuyển mạch nhãn MPLS.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

13
CHƢƠNG I:
CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG TRUYỀN THÔNG
Nhập đề:
Trong những năm gần đây, tầm quan trọng của các công nghệ về chất lƣợng dịch vụ
(QoS) đối với các mạng truyền thông đã tăng lên đáng kể, đặc biệt là trong các mạng chuyển

mạch gói. Trƣớc đây, các mạng ra đời với một mục đích là chuyền tải một loại thông tin
nhất định. Mạng điện thoại đã ra đời dựa trên một phát minh của Bell vài trăm năm
trƣớc đây, đã đƣợc thiết kế để truyền tải âm thanh. Còn mạng IP thì khác, nó ra đời với
mục đích truyền tải dữ liệu.
Đối với mạng điện thoại, khi thiết lập một cuộc gọi mạng sẽ phải dành riêng
một kênh kết nối trong suốt quá trình hội thoại. Khi cuộc gọi kết thúc, các kênh này sẽ
đƣợc tiếp tục sử dụng cho một cuộc gói khác. Có thể đƣa ra hai phép đo chính đối với
chất lƣợng dịch vụ trong mạng điện thoại, thứ nhất là tỷ lệ thiết lập cuộc gọi thành
công và thứ hai là chất lƣợng các cuộc gọi, những vấn đề này sẽ chịu ảnh hƣởng bởi
dung lƣợng truyền dẫn trung kế của mạng và các vấn đề nhƣ lỗi đƣờng truyền hay
nhiễn mạch.
Với đặc tính nhƣ vậy, mạng điện thoại đã đƣợc thiết kế với hai vấn đề chính,
thứ nhất là làm sao để cung cấp đủ các mạch trung kế phục vụ cho nhiều cuộc gọi
đồng thời qua đó năng cao tỷ lệ kết nối thành công. Thứ hai là phải tối ƣu mạng để
giảm tối đa những vấn đề nhƣ suy hao, nhiễu, vọng và trễ. Thoại là một loại dịch vụ
thời gian thực và nó không cần hàng đợi để lƣu trữ tín hiệu âm thanh.
Mạng IP ra đời có rất nhiều điểm khác so với mạng điện thoại. Thứ nhất mạng
IP đƣợc thiết kế để truyền tải dữ liệu. Thứ hai các dịch vụ truyền dữ liệu đa phần là các
dịch vụ không thời gian thực, dữ liệu có thể đƣợc lƣu lại trong mạng và truyền đi sau,
khi dữ liệu truyền đi bị lỗi nó có thể đƣợc truyền lại. Các dịch vụ truyền dữ liệu còn
đƣợc gọi là dịch vụ “lƣu và chuyển tiếp”. Mô hình hoạt động của mạng IP nhƣ vậy sẽ
đƣợc gọi là best-effort.
Việc thiết kế các mạng khác nhau sẽ tạo ra những vấn đề nhƣ kinh phí đầu tƣ hạ
tầng sẽ lớn, khi kết nối các mạng với nhau sẽ trở nên phức tạp. Vào giữa những năm
90 các nhà thiết kế mạng đã đƣa ra một ý tƣởng là tạo ra một mạng duy nhất dựa trên
chuyển mạch gói để truyền tải cả âm thanh và dữ liệu. Và mạng này thƣờng đƣợc gọi
mà mạng thế hệ mới Next-Generation-Network. Mạng này đƣợc thiết kế chủ yế dựa
trên nền mạng IP, nhƣng những nhƣợc điểm của mô hình best-effort của mạng IP
không phù hợp với các loại dịch vụ âm thanh, hình ảnh, đa phƣơng tiện cần thời gian
thực. Để khắc phục những hạn chế này, các mô hình chất lƣợng dịch vụ trong mạng IP

đã phát triển và đóng một vai trò then chốt trong vấn đề phát triển mở rộng của mạng
cũng nhƣ khả năng cung cấp các loại dịch vụ khác nhau trên cùng một hạ tầng mạng.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

14
Những nghiên cứu dƣới đây sẽ đi vào những vấn đề mà mạng IP cần quan tâm
đề đảm bảo chất lƣợng dịch vụ.
1.1 Khái niệm về chất lƣợng dịch vụ
Chất lƣợng dịch vụ là một vấn đề rất khó cho sự định nghĩa chính xác, bởi vì
nhìn từ góc độ khác nhau ta có quan điểm về chất lƣợng dịch vụ khác nhau. Ví dụ nhƣ
với ngƣời sử dụng dịch vụ thoại chất lƣợng dịch vụ cung cấp tốt khi thoại đƣợc rõ
ràng, tức là chúng ta phải đảm bảo tốt về giá trị tham số trễ, biến động trễ. Nhƣng giá
trị tham số mất gói thông tin về một tỉ lệ tổn thất nào đó có thể chấp nhận đƣợc.
Nhƣng giả dụ, đối với khách hàng là ngƣời sử dụng trong truyền số liệu ở ngân hàng
thì điều tối quan trọng là độ tin cậy, họ có thể chấp nhận trễ lớn, độ biến động trễ lớn,
nhƣng thông số mất gói, độ bảo mật kém thì họ không thể chấp nhận đƣợc .v.v..
Từ góc nhìn của nhà cung cấp dịch vụ mạng. Nhà cung cấp dịch vụ mạng đảm
bảo QoS cung cấp cho ngƣời sử dụng, và thực hiện các biện pháp để duy trì mức QoS
khi điều kiện mạng bị thay đổi vì các nguyên nhân nhƣ nghẽn, hỏng hóc thiết bị hay
lỗi liên kết, v..v. QoS cần đƣợc cung cấp cho mỗi ứng.
Chất lƣợng dịch vụ chỉ có thể đƣợc xác định bởi ngƣời sử dụng, vì chỉ ngƣời sử
dụng mới có thể biết đƣợc chính xác ứng dụng của mình cần gì để hoạt động tốt. Tuy
nhiên, không phải ngƣời sử dụng tự động biết đƣợc mạng cần phải cung cấp những gì
cần thiết cho ứng dụng, họ phải tìm hiểu các thông tin cung cấp từ ngƣời quản trị
mạng và chắc chắn rằng, mạng không thể tự động đặt ra QoS cần thiết cho một ứng
dụng của ngƣời sử dụng. Để giải quyết vấn đề đó nhà cung cấp và khách hàng họ lập
ra một bản cam kết, trong đó nhà cung cấp phải thực hiện đầy đủ cung cấp các thông
số thoả mãn chi tiết bản cam kết đặt ra. Còn phía đối tác cũng phải thực hiện đầy đủ
điều khoản của mình.

Nếu một mạng đƣợc tối ƣu hoàn toàn cho một loại dịch vụ, thì ngƣời sử dụng ít
phải xác định chi tiết các thông số QoS. Ví dụ, với mạng PSTN, đƣợc tối ƣu cho thoại,
không cần phải xác định băng thông hay trễ cần cho một cuộc gọi. Tất cả các cuộc gọi
đều đƣợc đảm bảo QoS nhƣ đã đƣợc quy định trong các chuẩn liên quan cho điện thoại.
Nếu nhìn từ góc độ mạng thì bất cứ một mạng nào cũng bao gồm:
- Hosts (chẳng hạn nhƣ: Servers, PC…).
- Các bộ định tuyến và các thiết bị chuyển mạch.
- Đƣờng truyền dẫn.
Nếu nhìn từ khía cạnh thƣơng mại:
- Băng thông, độ trễ, jitter, mất gói, tính sẵn sàng và bảo mật đều đƣợc coi là tài
nguyên của mạng. Do đó với ngƣời dùng cụ thể phải đƣợc đảm bảo sử dụng các
tài nguyên một cách nhiều nhất.
- QoS là một cách quản lý tài nguyên tiên tiến của mạng để đảm bảo có một chính

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

15
sách ứng dụng đảm bảo.
Vậy sự định nghĩa chính xác QoS là rất khó khăn nhƣng ta có thể hiểu chúng gần
nhƣ là khả năng cung cấp dịch vụ (ở lớp phần tử mạng, vvv...) đƣa ra cho khách hàng
thông qua những yêu cầu chính xác (trên khả năng thực tế hay lý thuyết) có thể đáp
ứng dựa trên bản hợp đồng về thoả thuận lƣu lƣợng. Sự định nghĩa khuôn dạng của nó
kết thành chất lƣợng dịch vụ của lớp mạng do sự phân phát chất lƣợng dịch vụ của
peer-to-peer (ngang hàng) edge-to-edge (biên tới biên) hay end-to-end (đầu cuối tới
đầu cuối). Lẽ tự nhiên những yêu cầu này có thể thay đổi từ phía ứng dụng cho ứng
dụng hay từ phân phối dịch vụ.
Vậy trong tất cả những điều đã nêu về cấp QoS, đảm bảo chất lƣợng và Service
Level Agreement SLA thỏa thuận mức độ dịch vụ, để thoả mãn ta phải làm nhƣ thế
nào? Vấn đề là bản chất định hƣớng IP là một mạng nỗ lực tối đa do đó “không tin
cậy" khi yêu cầu nó đảm bảo về QoS. Cách tiếp cận gần nhất để các nhà cung cấp

dịch vụ IP có thể đạt tới đảm bảo QoS hay SLA giữa khách hàng và ISP là với dịch vụ
mạng IP đƣợc quản lý. Thuật ngữ đƣợc quản lý ở đây là bất cứ cái gì mà nhà cung cấp
dịch vụ quản lý thay mặt cho khách hàng , điều đó cũng làm nâng cao đƣợc chất lƣợng
dịch vụ.
1.2 Các thông số QoS
Phần này sẽ giới thiệu qua về các thông số của QoS. Sáu thông số chung về
chất lƣợng dịch vụ:
- Băng thông.
- Độ trễ (delay).
- Jitter (biến động trễ).
- Mất gói.
- Tính sẵn sàng (tin cậy).
- Bảo mật.
Các giá trị ví dụ, đƣợc liệt kê trong Bảng 1.1.
Bảng 1.1: Sáu thông số của QoS
Thông số QoS Các giá trị ví dụ
Băng thông (nhỏ nhất) 64 kb/s, 1.5 Mb/s, 45 Mb/s
Trễ (lớn nhất) 50 ms trễ vòng, 150 ms trễ vòng
Jitter (biến động trễ) 10% của trễ lớn nhất, 5 ms biến động
Mất thông tin (ảnh hƣởng của lỗi) 1 trong 1000 gói chƣa chuyển giao
Tính sẵn sàng (tin cậy) 99.99%

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

16
Bảo mật Mã hoá và nhận thực trên tất cả các luồng
lƣu lƣợng
1.2.1 Băng thông
Băng thông là một thông số quan trọng nhất, nếu chúng ta có băng thông dùng
rộng rãi thì mọi vấn đề coi nhƣ không cần phải quan tâm đến, nhƣ nghẽn, kỹ thuật lập

lịch, phân loại, trễ….tuy nhiên điều này là không thể xẩy ra.
Băng thông chỉ đơn giản là thƣớc đo số lƣợng bit trên giây mà mạng sẵn sàng
cung cấp cho các ứng dụng. Các ứng dụng bùng nổ (bursty) trên mạng chuyển mạch
gói có thể chiếm tất cả băng thông của mạng nếu không có ứng dụng nào khác cùng
bùng nổ với nó. Khi điều này xảy ra, các bùng nổ phải đƣợc đệm lại và xếp hàng chờ
truyền đi, do đó tạo ra trễ trên mạng. Để giải quyết sự hạn chế băng thông này mà
nhiều giải pháp tiết kiệm, hay khắc phục băng thông đƣợc đƣa ra.
Khi đƣợc sử dụng nhƣ là một thông số QoS, băng thông là yếu tố tối thiểu mà
một ứng dụng cần để hoạt động. Ví dụ, thoại PCM 64 kb/s cần băng thông là 64 kb/s.
Điều này không tạo ra khác biệt khi mạng xƣơng sống có kết nối 45 Mb/s giữa các nút
mạng lớn. Băng thông cần thiết đƣợc xác định bởi băng thông nhỏ nhất sẵn có trên
mạng. Nếu truy nhập mạng thông qua một MODEM V.34 hỗ trợ chỉ 33.6 kb/s, thì mạng
xƣơng sống 45 Mb/s sẽ làm cho ứng dụng thoại 64 kb/s không hoạt động đƣợc. Băng
thông QoS nhỏ nhất phải sẵn sàng tại tất cả các điểm giữa các ngƣời sử dụng. Các ứng
dụng dữ liệu đƣợc lợi nhất từ việc đạt đƣợc băng thông cao hơn. Điều này đƣợc gọi là
các “ứng dụng giới hạn băng thông”, bởi vì hiệu quả của ứng dụng dữ liệu trực tiếp liên
quan tới lƣợng nhỏ nhất của băng thông sẵn sàng trên mạng. Mặt khác, các ứng dụng
thoại nhƣ thoại PCM 64 kb/s đƣợc gọi là các “ứng dụng giới hạn trễ”. Thoại PCM 64
kb/s này sẽ không hoạt động tốt hơn chút nào nếu có băng thông 128 kb/s. Loại thoại
này phụ thuộc hoàn toàn vào thông số QoS trễ của mạng để có thể hoạt động đúng đắn.
1.2.2 Trễ
Trễ liên quan chặt chẽ với băng thông khi nó là một thông số QoS. Với các ứng
dụng giới hạn băng thông thì băng thông càng lớn trễ sẽ càng nhỏ. Đối với các ứng dụng
giới hạn trễ, nhƣ là thoại PCM 64 kb/s, thông số QoS trễ xác định trễ lớn nhất các bit
gặp phải khi truyền qua mạng. Tất nhiên là các bit có thể đến với độ trễ nhỏ hơn.
Trễ đƣợc định nghĩa là khoảng thời gian chênh lệch giữa hai thời điểm của cùng
một bít khi đi vào mạng (thời điểm bít đầu tiên vào với bít đầu tiên ra) .
Với băng thông có nhiều cách tính, giá trị băng thông có thể thƣờng xuyên thay
đổi. Nhƣng thông thƣờng giá trị băng thông đƣợc định nghĩa là số bit của một khung
chia cho thời gian trôi qua kể từ khi bit đầu tiên rời khỏi mạng cho đến khi bit cuối

cùng rời mạng.


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

17
n 6 5 4 3 2 1
1 1

Bít cuối cùng ra
Bít đầu tiên ra
Bít đầu tiên vào Bít đầu tiên ra
X(bit)
t2 t3
t2
t1
Hình (a)
Hình (b)

Hình 1.1 (a) băng thông , (b) trễ
Mối quan hệ giữa băng thông và trễ trong mạng đƣợc chỉ ra trong hình 2.1.
Trong phần (b), t2 – t1 = số giây trễ. Trong phần (a), X bit/ (t3 - t2) = bit/s băng thông.
Nhiều băng thông hơn có nghĩa là nhiều bit đến hơn trong một đơn vị thời gian, trễ
tổng thể nhỏ hơn. Đơn vị của mỗi thông số, bit/s với băng thông hay giây với trễ, cho
thấy mối quan hệ hiển nhiên giữa băng thông và trễ.
Các mạng chuyển mạch gói cung cấp cho các ứng dụng các băng thông biến đổi
phụ thuộc vào hoạt động và bùng nổ của ứng dụng. Băng thông biến đổi này có nghĩa
là trễ cũng có thể biến đổi trên mạng. Các nút mạng đƣợc nhóm với nhau cũng có thể
đóng góp vào sự biến đổi của trễ. Tuy nhiên, thông số QoS trễ chỉ xác định trễ lớn nhất
và không quan tâm tới bất kỳ giới hạn nhỏ hơn nào cho trễ của mạng. Nếu cần trễ ổn

định, một thông số QoS khác phải quan tâm đến yêu cầu này.
Một số nguyên nhân gây ra trễ trong mạng IP:
 Trễ do quá trình truyền trên mạng.
 Trễ do xử lý gói trên đƣờng truyền.
 Trễ do xử lý hiện tƣợng jitter.
 Trễ do việc xử lý sắp xếp lại gói đến (xử lý tại đích).
1.2.3 Jitter (Biến động trễ)
Biến động trễ là sự khác biệt về độ trễ của các gói khác nhau trong cùng một
dòng lƣu lƣợng. Biến động trễ có tần số cao đƣợc gọi là jitter với tần số thấp gọi là
eander. Nguyên nhân chủ yếu gây ra hiện tƣợng jitter do sự sai khác trong thời gian
xếp hàng của các gói liên tiếp nhau trong một hàng gây ra.Trong mạng IP jitter ảnh
hƣởng rất lớn tới chất lƣợng dịch vụ của tất cả các dịch vụ. Thông số QoS jitter thiết
lập giới hạn lên giá trị biến đổi của trễ mà một ứng dụng có thể gặp trên mạng. Jitter
không đặt một giới hạn nào cho giá trị tuyệt đối của trễ, nó có thể thể tƣơng đối thấp
hoặc cao phụ thuộc vào giá trị của thông số trễ.
Jitter theo lý thuyết có thể là một giá trị thông số QoS mạng tƣơng đối hay tuyệt
đối. Ví dụ, nếu trễ mạng cho một ứng dụng đƣợc thiết lập là 100 ms, jitter có thể đặt
là cộng hay trừ 10 phần trăm của giá trị này. Theo đó, nếu mạng có trễ trong khoảng
90 đến 110 ms thì vẫn đạt đƣợc yêu cầu về jitter (trong trƣờng hợp này, rõ ràng là trễ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

18
không phải là lớn nhất). Nếu trễ là 200 ms, thì 10 phần trăm giá trị jitter sẽ cho phép
bất kỳ trễ nào trong khoảng 180 đến 220 ms. Mặt khác, jitter tuyệt đối giới hạn cộng
trừ 5 ms sẽ giới hạn jitter trong các ví dụ trên trong khoảng từ 95 tới 105 ms và từ
195 tới 205 ms.
Các ứng dụng nhạy cảm nhất đối với giới hạn của jitter là các ứng dụng thời gian
thực nhƣ thoại hay video. Nhƣng đối với các trang Web hay với truyền tập tin qua
mạng thì lại ít quan tâm hơn đến jitter. Internet, là gốc của mạng dữ liệu, có ít khuyến

nghị về jitter. Các biến đổi của trễ tiếp tục là vấn đề gây bực mình nhất gặp phải đối
với các ứng dụng video và thoại dựa trên Internet.
1.2.4 Mất gói
Mất thông tin là một thông số QoS không đƣợc đề cập thƣờng xuyên nhƣ là băng
thông và trễ, đặc biệt đối với mạng Internet. Đó bởi vì bản chất tự nhiên đƣợc thừa nhận
của mạng Internet là "cố gắng tối đa". Nếu các gói IP không đến đƣợc đích thì Internet
không hề bị đổ lỗi vì đã làm mất chúng. Điều này không có nghĩa là ứng dụng sẽ tất yếu
bị lỗi, bởi vì đối với những dịch vụ khác nhau đều đặt ra giá trị ngƣỡng của riêng mình.
Nếu các thông tin bị mất vẫn cần thiết đối với ứng dụng thì nó sẽ yêu cầu bên gửi gửi lại
bản sao của thông tin bị mất. Bản thân mạng không quan tâm giúp đỡ vấn đề này, bởi vì
bản sao của thông tin bị mất không đƣợc lƣu lại tại bất cứ nút nào của mạng.
Thực ra Internet là mạng của các mạng và không có cơ chế giám sát đầy đủ nào
đảm bảo chất lƣợng thông tin truyền. Hiện tƣợng mất gói tin là kết quả của rất nhiều
nguyên nhân :
 Quá tải lƣợng ngƣời truy nhập cùng lúc mà tài nguyên mạng còn hạn chế.
 Hiện tƣợng xung đột trên mạng LAN.
 Lỗi do các thiết bị vật lý và các liên kết truy nhập mạng.
Cho một ví dụ nếu một kết nối bị hỏng, thì tất cả các bit đang truyền trên liên kết
này sẽ không, và không thể, tới đƣợc đích. Nếu một nút mạng ví dụ nhƣ bộ định tuyến
hỏng, thì tất cả các bit hiện đang ở trong bộ đệm và đang đƣợc xử lý bởi nút đó sẽ biến
mất không để lại dấu vết. Do những loại hƣ hỏng này trên mạng có thể xảy ra bất cứ
lúc nào, nên việc một vài thông tin bị mất do lỗi trên mạng là không thể tránh khỏi.
Tác động của mất thông tin là tuỳ thuộc và ứng dụng. Điều khiển lỗi trên mạng
là một quá trình gồm hai bƣớc, mà bƣớc đầu tiên là xác định lỗi. Bƣớc thứ hai là khắc
phục lỗi, nó có thể đơn giản là bên gửi truyền lại đơn vị bị mất thông tin. Một vài ứng
dụng, đặc biệt là các ứng dụng thời gian thực, không thể đạt hiệu quả khắc phục lỗi
bằng cách gửi lại đơn vị tin bị lỗi. Các ứng dụng không phải thời gian thực thì thích
hợp hơn đối với cách truyền lại thông tin bị lỗi, tuy nhiên cũng có một số ngoại lệ (ví
dụ nhƣ các hệ thống quân sự tấn công mục tiêu trên không thể sử dụng hiệu quả với
cách khắc phục lỗi bằng truyền lại).

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

19
Vì những lý do này, thông số QoS mất thông tin không những nên định rõ một
giới hạn trên đối với ảnh hƣởng của lỗi mà còn nên cho phép ngƣời sử dụng xác định
xem có lựa chọn cách sửa lỗi bằng truyền lại hay không. Tuy nhiên, hầu hết các mạng
(đặc biệt là mạng IP) chỉ cung cấp phƣơng tiện vận chuyển thụ động, còn xác định lỗi,
khắc phục lỗi thƣờng đƣợc để lại cho ứng dụng (hay ngƣời sử dụng).
1.2.5 Tính sẵn sàng (Độ tin cậy)
Là tỉ lệ thời gian mạng hoạt động để cung cấp dịch vụ. Yếu tố này bất kỳ nhà
cung cấp dịch vụ nào tối thiểu cũng phải có. Tổn thất khi mạng bị ngƣng trệ là rất lớn.
Tuy nhiên, để đảm bảo đƣợc tính sẵn sàng chúng ta cần phải có một chiến lƣợc đúng
đắn, ví dụ nhƣ: định kỳ tạm thời tách các thiết bị ra khỏi mạng để thực hiện các công
việc bảo dƣỡng, trong trƣờng hợp mạng lỗi phải chuẩn đoán trong một khoảng thời
gian ngắn nhất có thể để giảm thời gian ngừng hoạt động của mạng. Tất nhiên, thậm
chí với một biệt pháp bảo dƣỡng hoàn hảo nhất cũng không thể tránh đƣợc các lỗi
không thể tiên đoán trƣớc.
Đối với mạng PSTN vì là mạng thoại nên điều này luôn luôn chiếm một vị trí
quan trọng. Mạng đảm bảo hoạt động 24/24 trong ngày , tất cả những ngày lễ, kỉ niệm,
khi nhu cầu lớn hay ngay cả khi nhu cầu giảm xuống rất thấp. Thông thƣờng tỉ lệ thời
gian hoạt động là 99,999% hay 5,25‟/ năm.
Mạng dữ liệu thực hiện công việc đó dễ hơn. Hầu hết mạng dữ liệu dành cho
kinh doanh, và do đó hoạt động trong những giờ kinh doanh, thƣờng là từ 8 giờ sáng đến
5 giờ chiều, từ thứ Hai đến 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 chạy trong ngày
nghỉ.
Internet và Web đã thay đổi tất cả. Mọi mạng toàn cầu phải giải quyết vấn đề
rằng thực sự có một số ngƣời luôn cố gắng truy nhập vào mạng tại một số địa điểm. Và
thậm chí Internet có thể thậm chí có ích ở nhà vào 10 giờ tối hơn là ở cơ quan vào 2 giờ

chiều.
Tuy nhiên, nếu ngƣời sử dụng nhận thức rõ rằng họ không thể có mạng nhƣ
mong muốn trong tất cả thời gian
Tuy nhiên thông số QoS khả dụng thƣờng đƣợc quy cho mỗi vị trí hoặc liên kết
riêng lẻ.
1.2.6 Bảo mật
Bảo mật là một thông số mới trong danh sách QoS, nhƣng lại là một thông số
quan trọng. Thực tế, trong một số trƣờng hợp độ bảo mật có thể đƣợc xét ngay sau
băng thông. Gần đây, do 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.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

20
Hầu hết vấn đề bảo mật liên quan tới các vấn đề nhƣ tính riêng tƣ, sự tin cẩn và
xác nhận khách và chủ. Các vấn đề liên quan đến bảo mật thƣờng đƣợc gắn với một
vài hình thức của phƣơng pháp mật mã, nhƣ mã hoá và giải mã. Các phƣơng pháp mật
mã cũng đƣợc sử dụng trên mạng cho việc xác nhận (authentication), nhƣng những
phƣơng pháp này thƣờng không liên quan chút nào đến vấn đề giải mã.
Toàn bộ kiến trúc đều xuất phát từ việc bổ sung thêm tính riêng tƣ hoặc bí mật
và sự xác nhận hoặc nhận thực cho mạng Internet. Giao thức bảo mật chính thức cho
IP, gọi là IPSec, đang trở thành một kiến trúc cơ bản để cung cấp thƣơng mại điện tử
trên Internet và ngăn ngừa gian lận trong môi trƣờng VoIP. Thật trớ trêu là mạng
Internet công cộng toàn cầu, thƣờng xuyên bị coi là thiếu bảo mật nhất, đã đƣa vấn
đề về bảo mật trở thành một phần của IP ngay từ khi bắt đầu. Một bit trong trƣờng
loại dịch vụ (ToS) trong phần tiêu để gói IP đƣợc 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 trƣờng ToS.
Ngƣời sử dụng và ứng dụng có thể thêm phần bảo mật của riêng mình vào
mạng, và trong thực tế, cách này đã đƣợc thực hiện trong nhiều năm. Nếu có chút nào

bảo mật mạng, thì nó thƣờng dƣới dạng 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 vào một cách
bừa bãi bởi các ứng dụng.
Một thông số QoS bảo mật điển hình có thể là "mã hoá và nhận thực đòi hỏi
trên tất cả các luồng lƣu lƣợng". Nếu có lựa chọn, thì truyền dữ liệu có thể chỉ cần mã
hoá, và kết nối điện thoại Internet có thể chỉ cần nhận thực để ngăn gian lận.
1.3 Yêu cầu QoS đối với các dịch vụ khác nhau
1.3.1 Ứng dụng E-mail, FTP
E-mail là một dịch vụ phổ biến nhất trên Internet trƣớc khi World Wide Web ra
đời, nó đƣợc đƣa ra để ngƣời sử dụng trên mạng có thể trao đổi các thông báo cho
nhau trên phạm vi thế giới. Bằng dịch vụ này, mọi ngƣời sử dụng máy tính kết nối với
Internet đều có thể trao đổi thông tin với nhau. Đây là một dịch vụ mà hầu hết các
mạng diên rộng đều cài đặt và cũng là dịch vụ cơ bản nhất của một mạng khi gia nhập
Internet. Nhiều ngƣời sử dụng máy tính tham gia mạng chỉ dùng duy nhất dịch vụ này.
Dịch vụ này sử dụng giao thức SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) trong họ giao
thức TCP/IP.
Một điểm mạnh của thƣ điện tử là nó là phƣơng thức trao đổi thông tin nhanh
chóng và thuận tiện. Ngƣời sử dụng có thể trao đổi những bản tin ngắn hay dài chỉ
bằng một phƣơng thức duy nhất. Rất nhiều ngƣời sử dụng thƣờng truyền tập tin thông
qua thƣ điện tử chứ không phải bằng các chƣơng trình truyền tập tin thông thƣờng.
Đặc điểm của dịch vụ thƣ điện tử là không tức thời (off-line) - tất cả các yêu
cầu gửi đi không đòi hỏi phải đƣợc xử lý ngay lập tức. Khi ngƣời sử dụng gửi một bức

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

21
thƣ, hệ thống sẽ chuyển thƣ này vào một vùng riêng (gọi là spool) cùng với các thông
tin về ngƣời gửi, ngƣời nhận, địa chỉ máy nhận... Hệ thống sẽ chuyển thƣ đi bằng một
chƣơng trình không đồng bộ (background). Chƣơng trình gửi thƣ này sẽ xác định địa
chỉ IP máy cần gửi tới, tạo một liên kết với máy đó. Nếu liên kết thành công, chƣơng

trình gửi thƣ sẽ chuyển thƣ tới vùng spool của máy nhận. Nếu không thể kết nối với
máy nhận thì chƣơng trình gửi thƣ sẽ ghi lại những thƣ chƣa đƣợc chuyển và sau đó sẽ
thử gửi lại một lần nó hoạt động. Khi chƣơng trình gửi thƣ thấy một thƣ không gửi
đƣợc sau một thời gian quá lâu (ví dụ 3 ngày) thì nó sẽ trả lại bức thƣ này cho ngƣời
gửi. Với cơ chế hoạt động nhƣ trên thì rõ ràng đối với dịch vụ E-mail không đòi hỏi
yếu tố thời gian thực do vậy yêu cầu QoS đòi hỏi không quá lớn. Khi mạng xẩy ra tắc
nghẽn các mail có thể ngừng chuyển đi mà có thể đợi khi mạng rỗi trở lại thì thực hiện
truyền đi. Tuy nhiên một yêu cầu đối vơi E-mail đó là độ tin cậy, các gói gửi đi phải
đảm bảo đến đích và nội dung cần phải chính xác hòan toàn. Do vậy đòi hỏi mạng
không bị mất gói, hoặc khi có xẩy ra mất gói thì phải có cơ chế truyền lại an toàn do
vậy E-mail sử dụng TCP.
FTP (File Transfer Protocol) là giao thức truyền một file từ một host tới một
host khác. Hình 1.2 diễn tả tổng quan về FTP
User
Giao tiếp
ngƣời dùng
FTP
FTP Client
`
FTP Server
Server
Ngƣời dùng
tại trạm
File hệ thống
local
File hệ thống
remote
Truyền file

Hình 1.2: FTP truyền file giữa các hệ thống

Dịch vụ FTP có những yêu cầu giống với dịch vụ E-mail về chất lƣợng truyền
dẫn, nó không đòi hỏi nhiều về độ trễ hay jitter, các file có thể đến đích nhanh khi có
nhiều băng thông hay chậm khi băng thông bị hạn chế nhƣng quan trọng các gói nhận
đƣợc phải đầy đủ và không có lỗi. FTP cũng sử dụng giao thức TCP để khi có mất gói
hay lỗi gói thì có sự truyền lại.
1.3.2 Ứng dụng Streaming, âm thanh hình ảnh lưu trước
Có rất nhiều ứng dụng khác nhau chạy trên nền mạng Internet nhƣ Streaming,
Stored Audio và video. Trong các ứng dụng này, các client đƣa ra yêu cầu các file âm
thanh hình ảnh nén đƣợc lƣu trữ trong máy chủ. Các file âm thanh đƣợc lƣu trƣớc có
thể gồm thu thanh bài giảng của một giáo sƣ, một bài hát, một bản giao hƣởng, nội
dung từ một kênh radio quảng bá, hoặc một đoạn ghi âm lịch sử. Các file video đƣợc
lƣu trƣớc có thể gồm có các video về một bài giảng của giáo sƣ, đủ một bộ phim, các
chƣơng trình tivi đã ghi lại từ trƣớc, phim tài liệu, các hình ảnh về các sự kiện lịch sử,

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

22
các clip nhạc hình hay hoạt hình. Có ba đặc tính quan trọng để phân biệt các lớp ứng
dụng này.
Stored Media: các nội dung media đã đƣợc ghi trƣớc và đƣợc lƣu tại máy chủ.
Do vậy, ngƣời dùng có thể tạm dừng, tua lại và tua nhanh cũng nhƣ chọn điểm xem
của chƣơng trình. Thời gian từ khi một client đƣa ra yêu cầu đến khi hình ảnh hiện ra
tại client vào khoảng 1 tới 10 giây là có thể chấp nhận đƣợc.
Streaming: Trong hầy hết các ứng dụng âm thanh, hình ảnh một máy khách bắt
đầu hiển thị các âm thanh hình ảnh sau khi nó nhận file từ máy chủ. Bằng cách này mà
máy khách sẽ hiển thị đƣợc hình ảnh, âm thanh từ chỗ trong file trong khi nó vẫn nhận
phần còn lại của file từ máy chủ. Kỹ thuật này gọi là streaming, để tránh việc phải
dowload toàn bộ file (và phải chịu độ trễ lớn) trƣớc khi bắt đầu hiển thị ra. Có nhiều
sản phẩm phần mền phục vụ cho streaming đa phƣơng tiện, gồm có RealPlayer của
hãng RealNetwork vàWindows Media của Microsoft. Tuy nhiên cũng có các ứng dụng

nhƣ Napster yêu cầu tòan bộ file phải đƣợc dowload trƣớc khi bắt đầu hiện thị.
Continuous phayout: Khi bắt đầu hiển thị một hình ảnh, nên bắt đầu dựa vào
định thời gốc của hình ảnh. Cách này tạo ra một độ trễ đáng kể cho việc phân phát dữ
liệu. Dữ liệu phải đƣợc nhận từ máy chủ kịp thời cho việc hiển thị ở máy khách; ngƣợc
lại thì mọi thứ trở nên vô nghĩa. Trễn end to end là bắt buộc đối với streaming, stored
media thƣờng ít liên tục hơn so với các chƣơng trình trực tuyến, các ứng dụng tƣơng
tác nhƣ là thoại trên internet và hội nghị truyền hình.
1.3.3 Ứng dụng Streaming cho âm thanh, hình ảnh sống
Lớp ứng dụng này tƣơng tự nhƣ các chƣơng trình radio và tive quản bá cổ điển,
ngoại trừ việc truyền dẫn là thông qua Internet. Các ứng dụng này cho phép một ngƣời
dùng nhận live radio hoặc tivi truyền từ bất cứ nơi nào trên thế giới. Có thể xen trên
Yahoo !Broadcast 2000 và Netradio 2000 trên Internet.
Bởi vì streaming của âm thanh hình ảnh sống không đƣợc lƣu trƣớc, một máy
khách không thể tua nhanh. Hơn nữa với phần dữ liệu đã đƣợc lƣu trong bộ nhớ của
máy khách, thì các hành động tƣơng tác nhƣ là dừng và tua lại là có thể thực hiện ở
một số ứng dụng. Các ứng dụng sống, quảng bá online thƣờng có nhiều máy khách
nhận cùng một chƣơng trình. Việc phân bố ânh thanh/ hình ảnh tới nhiều nơi nhận có
thể đạt đƣợc bằng kỹ thuật multicast.
1.3.4 Ứng dụng Hình ảnh âm thanh tương tác thời gian thực
Lớp ứng dụng này cho phép ngƣời dùng sử dụng âm thanh hình ảnh để kết nối
với ngƣời khác theo thời gian thực. Âm thanh tƣơng tác thời gian thực thƣờng đƣợc đề
cập tới là điện thoại Internet, theo quan điểm từ phía ngƣời dùng, nó tƣơng đƣơng nhiƣ
dịch vụ điện thoại chuyển mạch kênh cổ điển. Điện thoại internet có thể cung cấp bằng
các tổng đài nội bộ PBX, dịch vụ điện thoại đƣờng dài với giá cả thấp. Nó cũng cung
cấp cả dịch vụ tích hợp điện thoại máy tình, kết nối nhóm thời gian thực, các dịch vụ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

23
chuyển huớng, định danh ngƣời gọi, lọc ngƣời gọi và nhiều dịch vụ khác. Hiện nay đã

có nhiều sản phẩn điện thoại Internet. Với các video tƣơng tác hay còn gọi là hội nghị
truyền hình thì có sản phẩm NetMeeting của Microsoft. Chú ý rằng các ứng dụng âm
thanh hình ảnh tƣơng tác, một user có thể nói hoặc di chuyển bắt cứ lúc nào. Với một
cuộc hội thoại tƣơng tác giữa nhiều ngƣời, trễ từ lúc một ngƣời nói và di chuyển cho
tới khi hành động đó đƣợc chuyển tới đầu nhận nên nhỏ hơn một vài trăm ms. Với âm
thanh, độ trễ nhỏ hơn 150ms là không thể cảm nhận đƣợc đối với ngƣời nghe. Độ trễ
từ 150ms tới 400ms là có thể chấp nhận đƣợc, và độ trễ lớn hơn 400ms là có thể dẫn
đến cuộc hội thoại mà các bên không hiểu nhau nói gì.
1.3.5 Ví dụ về điện thoại VOIP:
Tầng IP cung cấp các dịch vụ best-effort. Với best-effort các gói đƣợc truyền đi
từ nguồn tới đích một cách nhanh nhất có thể. Hơn nữa, best-effort không đảm bảo bất
cứ điều gì về độ trễ end to end của các gói, hay biến động trễ hay việc mất gói trong
luồng dữ liệu.
Các ứng dụng đa phƣơng tiện tƣơng tác thời gian thực, nhƣ là điện thoại
internet và hội nghị truyền hình thời gian thực thƣờng rất nhẩy cảm với trễ gói, biến
động trễ và mất gói. Chính vì vậy cần phải có các kỹ thuật để đảm bảo các ứng dụng
âm thanh hình ảnh khi truyền qua mạng mà các giá trị về trễ, jitter và mất gói không
vƣợt quá mức quy định. Chúng ta sẽ xem xét một kỹ thuật trong ngữ cảnh là ứng dụng
điện thoại Internet và trong hội nghị truyền hình thời gian thực thì cũng tƣơng tự.
Một ngƣời gọi điện trong ứng dụng VOIP sinh ra một tín hiệu âm thanh gồm có
khoảng có âm và các khoảng lặng. Để tiết kiệm băng thông, ứng dụng điện thoại
internet chỉ sinh ra các gói trong khi nói. Trong khi nói ngƣời gửi sinh ra các byte với
tốc độ 8Kbyte/s, và cứ 20 ms ngƣời gửi tập hợp các byte thành các đoạn. Bởi vậy, số
lƣợng byte trong một đoạn là (20ms).(8byte)=160 byte. Một đoạn đầu mào đƣợc gắn
vào mỗi đoạn. Các đoạn và đầu mào của nó đƣợc đóng gói trong khung UTP, rồi các
khung UTP đƣợc gửi tới giao diện Socket. Bởi vậy trong quá trình nói, một khung
UTP đƣợc gửi định kỳ 20ms.
Nếu nhƣ mỗi gói truyền tới phía nhận với độ trễ cố định, các gói đƣợc nhận ở
phía ngƣời nghe định kỳ 20ms trong quá trình nói. Trong điều kiện lý tƣởng, phía nhận
có thể nghe lại các đoạn một cách đơn giản. Nhƣng, một số gói có thể bị mất và các

gói sẽ không có cùng độ trễ, đặc biệt trong khi xẩy ra tắc nghẽn trên mạng. Vì vậy phía
nhận phải quan tâm tới việc xác định khi nào diễn tả lại đoạn và xác định làm gì với
các đoạn mất.
Hạn chế của dịch vụ Best-effort
Nhƣ đã đề cập dịch vụ best-effort có thể dẫn đến mất gói, trễ lớn và biến động
trễ lớn. Bây giời ta sẽ xem xét vấn đề này một cách chi tiết hơn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

24
Mất gói: Giả sử một khung UDP đƣợc sinh ra bởi ứng dụng VOIP. Các khung
UDP đƣợc đóng gói trong IP packet. Khi các packet truyền đi trong mạng, nó phải đi
qua các buffer (hành đợi) trong các router để đi tới đƣờng ra. Hoàn toàn có thể là một
hoặc nhiều hàng đợi trong router bị đầy và không thể tiếp nhận các IP packet. Trong
trƣờng hợp này, các IP packet sẽ bị loại bỏ và phía nhận sẽ không thể nhận đƣợc.
Mất gói có thể loại bỏ bằng cách gửi các gói thông qua TCP mà không dùng
UDP. Bởi TCP truyền lại các gói không nhận đƣợc từ phía đích. Hơn nữa, kỹ thuật
truyền lại không phù hợp với các ứng dụng tƣơng tác thời gian thực nhƣ là VOIP bởi
vì chúng sẽ tăng độ trễ. Hơn nữa, bởi vì đặc tính điều khiển tắc nghẽn của TCP, sau
khi gói mất tốc độ truyền tại phía gửi có thể giảm và làm cho tốc độ này nhỏ hơn tốc
độ ở phía nhận. Điều này có thể có một số trở ngại trong vấn đề nhận dạng âm thanh
tại phía thu. Với lý do đó, hầu hết các ứng dụng VOIP thƣờng chạy trên UDP và
không thực hiện việc truyền lại gói tin.
Thực ra vấn đề mất gói không nghiêm trọng nhƣ chúng ra nghĩ. Thực ra, tỷ lệ
mất gói nằm trong khoảng từ 1% đến 20% có thể chấp nhận đƣợc, dựa vào cách mà
âm thanh mã hóa và truyền đi, và cách mà mất gói có thể che giấu ở phía thu. Ví dụ,
forward error correction (FEC) có thể giúp cho việc che giấu đƣợc sự mất gói. Với
FEC, các thông tin dƣ thừa đƣợc truyền cùng với thông tin gốc để mà một số dữ liệu
gốc lỗi có thể khôi phục lại từ các dữ liệu dƣ thừa. Tuy nhiên, nếu một hoặc một số
đƣờng link giữa ngƣời nhận và ngƣời gửi có tắc nghẽn, các gói mất vƣợt quá 20% thì

khó có thể đảm bảo chất lƣợng âm thanh.
Trễ end to end:
Trễ end to end là gồm có trễ xử lý và trễ hàng đợi trên router, trễ lan truyền, và
các trễ xử lý tại đầu cuối dọc theo đƣờng từ nguồn tới đích. Với những ứng dụng
tƣơng tác cao, nhƣ là VOIP, trễ end to end nhỏ hơn 150ms thì ngƣời nghe sẽ không
cảm nhận đƣợc; trễ giữa 150ms và 400ms có thể chấp nhận đƣợc nhƣng chƣa lý tƣởng;
và trễ vƣợt quá 40 ms sẽ làm hỏng các cuộc hội thoại tƣơng tác bằng âm thanh.
Biến động trễ :
Một thành phần chủ yếu đối với trễ end to end là trễ hành đợi ngẫu nghiê trong
một router. Bởi vì trễ là khác nhau trong mạng, thời gian từ lúc một gói đƣợc sinh ra ở
nguồn cho đến khi nó nhận ở phía thu có thể giao động giữa các gói với nhau. Hiện
tƣợng này đƣợc gọi là jitter.
Một ví dụ, giả sử hai gói liên tiếp nhau trong lúc phát tiếng nói đi vào ứng dụng
VOIP. Ngƣời gửi gửi gói thứ hai 20ms sau khi gửi gói thứ nhất. Nhƣng ở phía nhận,
khoảng thời gian giữa các gói có thể lên đến hơn 20ms. Để làm rõ điều này, giả sử gói
đầu tiên ở gần hàng đợi trống của router, nhƣng sau khi gói thứ nhất rời đi thì tại hàng
đợi có nhiều gói từ nguồn khác đến cùng hàng đợi đó. Do vậy gói thứ hai phải chịu độ
trễ hàng đợi lớn hơn, gói thứ nhất và thứ hai trở nên xa nhau hơn 20ms. Khoảng thời