đánh giá hiệu quả đảm bảo qos cho truyền thông đa phương tiện của chiến lược quản lý hàng đợi wred

1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ




VŨ XUÂN BẢO






ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ ĐẢM BẢO QoS
CHO TRUYỀN THÔNG ĐA PHƯƠNG TIỆN CỦA
CHIẾN LƯỢC QUẢN LÝ HÀNG ĐỢI WRED









LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội - 2011





2






LỜI CAM ĐOAN


Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân. Các số liệu, kết quả
trình bày trong luận văn này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ
công trình luận văn nào trước đây.

Học viên
Vũ Xuân Bảo
3

LỜI CẢM ƠN

Trước hết tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới người hướng dẫn tôi, thầy giáo
PGS.TS. Nguyễn Đình Việt – Giảng viên khoa Công nghệ Thông tin trường Đại học
Công nghệ Đại học Quốc gia Hà Nội, người đã định hướng đề tài và tận tình hướng
dẫn, chỉ bảo trong suốt quá trình thực hiện luận văn cao học.
Tôi xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô đã giảng dạy tôi trong suốt quá trình
nghiên cứu, học tập, các thầy cô trong ban chủ nhiệm lớp K15T1, những người rất
quan tâm tới lớp, giúp tôi và các bạn có được kết quả như ngày hôm nay.
Sau cùng, tôi xin dành tình cảm đặc biệt và biết ơn tới gia đình, người thân của
tôi, những người đã ủng hộ, khuyến khích tôi rất nhiều trong quá trình học tập cũng
như quá trình thực hiện luận văn này.
Do điều kiện nghiên cứu có hạn, nên bản luận văn không tránh khỏi sơ suất, kính
mong nhận được sự góp ý của thầy cô, bạn bè và đồng nghiệp để bản luận văn được
hoàn thiện hơn.

Hà Nội, tháng 06 năm 2011


Vũ Xuân Bảo

4

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN 1
LỜI CẢM ƠN 3
MỤC LỤC 4
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT 7
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 9
DANH MỤC CÁC BẢNG 11
ĐẶT VẤN ĐỀ 12
1. Mục đích và ý nghĩa của đề tài 12
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 13
3.Cấu trúc các chương 13
Chương 1. TỔNG QUAN 14
1.1 Mạng Internet và các dịch vụ 14
1.1.1 Mạng Internet 14
a. Lịch sử phát triển mạng Internet 14
b. Giao thức tầng giao vận: TCP và UDP 15
1.1.2 Đặc điểm vận chuyển lưu lượng kiểu “Cố gắng tối đa ” [2] 17
a. Tỉ lệ mất mát gói tin có thể rất lớn khi xảy ra tắc nghẽn 17
b. Độ trễ end-to-end có thể vượt quá giới hạn chấp nhận được 18
c. Jitter là không thể tránh khỏi và làm giảm chất lượng âm thanh 18
1.2 Truyền thông đa phương tiện và yêu cầu chất lượng dịch vụ (QoS) 19
1.2.1 Một số thí dụ về truyền thông đa phương tiện 19
1.2.1.1 Ứng dụng Email, FTP 19
1.2.1.2 Ứng dụng truyền dòng (Streaming) âm thanh, hình ảnh lưu trước 20

1.2.1.3 Ứng dụng Streaming cho âm thanh, hình ảnh truyền trực tiếp (live) 21
1.2.1.4 Ứng dụng hình ảnh âm thanh tương tác thời gian thực 21
1.2.1.5 Ví dụ về điện thoại VoIP 22
1.2.2 Khái niệm QoS 24
1.2.3 Yêu cầu QoS cho truyền thông đa phương tiện 25
1.3 Các tham số hiệu năng chủ yếu của mạng liên quan đến việc đảm bảo QoS 26
1.3.1 Băng thông (bandwidth) 26
1.3.2 Độ trễ (delay) và biến thiên độ trễ (jitter) 26
a. Độ trễ (delay) 26
b. Biến thiên độ trễ (Jitter) 26
1.3.3 Tỉ lệ mất mát gói tin 27
1.3.4 Một số tham số khác: 27
a. Tính sẵn sàng – độ tin cậy 27
b. Bảo mật 28
Kết luận chương 29
Chương 2. CÁC MÔ HÌNH ĐẢM BẢO QoS CHO TRUYỀN THÔNG ĐA PHƯƠNG
TIỆN 30
2.1 Mô hình IntServ (Integrated Service) 30
2.1.1 Tổng quan 30
2.1.2 Kiến trúc IntServ 31
2.1.2.1 Điều khiển chấp nhận 31
5

2.1.2.2 Nhận dạng luồng 32
2.1.2.3 Lập lịch gói 32
2.1.2.4 Các dịch vụ của IntServ 32
2.1.3 Giao thức dành trước tài nguyên - RSVP 32
2.1.3.1 Tổng quan 32
2.1.3.2 Hoạt động của RSVP 33
2.1.3.3 Các kiểu RSVP dành trước tài nguyên 33

2.2 Mô hình DifServ (Differentiated Service) 34
2.2.1 Tổng quan 35
2.2.2 Cấu trúc DiffServ 36
2.2.3 Đánh dấu gói DiffServ 38
2.2.3.1. Đánh dấu gói trong các router thông thường 38
2.2.3.2.Trường DiffServ (DS) 39
2.2.4 Hành vi theo từng chặng (PHB) 40
2.2.4 .1 PHB chuyển tiếp nhanh (Expedited Forwarding) 40
2.2.4.2 PHB chuyển tiếp đảm bảo (AF) 42
2.2.5.Ví dụ về Differentiated Services 43
Kết luận chương 44
Chương 3: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐẢM BẢO QoS CHO TRUYỀN THÔNG ĐA
PHƯƠNG TIỆN 45
3.1. Phương pháp bỏ đuôi - DropTail 45
3.2. Phương pháp loại bỏ ngẫu nhiên – RED 46
3.2.1 Tổng quan 46
3.2.2 Thuật toán 48
3.2.3 Thiết lập các tham số 50
a. Trọng số hàng đợi wq 50
b. Thiết lập minth và maxth 51
c. Thiết lập xác suất loại bỏ tối đa maxp 52
3.2.4 Một số đánh giá về RED 52
3.3 Phương pháp loại bỏ ngẫu nhiên theo trọng số - WRED 53
a. Cấu trúc của DiffServ 55
b. Hàng đợi RED trong module DiffServ 55
c. Router lõi và router biên 56
d. Các chính sách - Policy 57
3.4 Một số phương pháp khác 58
3.4.1. Tốc độ truy cập cam kết (CAR - Committed Access Rate) 58
3.4.1.1. Cơ chế hoạt động 58

3.4.1.2. Các chức năng của CAR 59
3.4.1.3. Mô hình chiếc thùng và thẻ bài 60
3.4.2 Định dạng lưu lượng tổng quát - GTS (Generic Traffic Shaping) 61
a. Cơ chế hoạt động của GTS 61
b. Kết luận 62
Kết luận chương 63
Chương 4. ĐÁNH GIÁ VÀ SO SÁNH WRED VỚI DROP-TAIL VÀ RED 64
4.1. Giới thiệu bộ mô phỏng mạng NS-2 64
4.2. Thiết lập tô-pô mạng mô phỏng 64
4.3. Kịch bản mô phỏng 65
4.4. Đánh giá hiệu năng truyền thông đa phương tiện khi sử dụng DropTail và RED67
6

4.4.1 Kịch bản 1: Tăng cường độ tắc nghẽn với các nguồn phát TCP 67
a. Kết quả 67
b. Nhận xét 68
4.4.2. Thí nghiệm 2: Tăng cường độ tắc nghẽn với nguồn phát UDP 69
a. Kết quả 69
b. Nhận xét: 71
4.5. Đánh giá hiệu năng truyền thông đa phương tiện khi sử dụng WRED 71
4.5.1. Mô phỏng WRED TSW2CM và TSW3CM 71
a. Cấu hình mô phỏng 72
b. Phương thức thu thập kết quả 72
c. Kết quả 73
d. Nhận xét 78
4.5 So sánh và kết luận chung 80
4.6 Hướng nghiên cứu tiếp theo 81
4.6.1 SNA ToS (System Network Architecture Term of Service 81
4.6.2 QoS VoIP Solution 82
4.6.3 QoS trong streaming video 83

TÀI LIỆU THAM KHẢO 85

7

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT


AF Assured Forwarding Chuyển tiếp đảm bảo
AQM Active Queue Management Quản lý hàng đợi động
ARPANET

Advanced Research Projects Agency
Network
Mạng trung tâm nghiên cứu
cấp cao
CA Congestion Avoidance Tránh tắc nghẽn
CAR Committed Access Rate Tốc độ truy cập cam kết
CBR Constant Bit Rate Tốc độ bit cố định
CBS Commited Burst Size Kích thước burst cam kết
CL Controlled Load Tải được điều khiển
CIR Commited Information Rate Tốc độ thông tin cam kết
CP Code Point Điểm mã
CV Coefficient of Variation Hệ số biến thiên
DiffServ Differentiated Service Dịch vụ khác biệt
DNS Domain Name System Hệ thống tên miền
DS Diffierentiated Service Dịch vụ khác biệt
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
FCFS First Come First Server Vào trước phục vụ trước

FEC Forward Error Correction Sửa lỗi trước
FIFO First In First Out
Hàng đợi theo nguyên tắc vào
trước ra trước
FF Fixed - Filter Bộ lọc cố định
FTP File Transport Protocol Giao thức truyền file
GTS Generic Traffic Shaping Sửa dạng lưu lượng
GS Guaranteed Service Dịch vụ đảm bảo
HTTP HyperText Transfer Protocol
Giao thức truyền tải siêu văn
bản
IETF Internet Engineering Task Force
Tổ chức đặc nhiệm kỹ thuật
Internet
IntServ Integrated Service Dịch vụ tích hợp
IP Internet Protocol Giao thức Internet
ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet
LAN Local Area Network Mạng cục bộ
MPLS Multi protocol lable Switching
Chuyển mạch nhãn đa giao
thức
NFSNET National Science Foundation Network

Mạng Quỹ khoa học Quốc gia
NS Network Simulator Bộ mô phỏng mạng
8

OSI Open Systems Interconection
Mô hình liên kết các hệ thống
mở

PCM Pulse Code Modulation Điều và giải điều chế mã xung
PHB Per-Hop Behavior Hành vi từng chặng
PIR Peak Information Rate Ngưỡng tần suất gửi
QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ
RED
Random Early Detection;
Random Early Drop
Phát hiện sớm ngẫu nhiên
Loại bỏ sớm ngẫu nhiên
RFC Request For Comment
Đề nghị duyệt thảo và bình
luận
RSVP Resource Revervation Protocol
Giao thức dành trước tài
nguyên
RTT Round Trip Time Thời gian khứ hồi
SS
Slow Start
Khởi động chậm
SE
Shared – Explicit
Chia sẻ rõ ràng
SLA
Service level agreement
Thỏa thuận mức dịch vụ
SMTP
Simple Mail Transfer Protocol
Giao thức truyền thư điện tử
đơn giản
TCP

Transmission Control Protocol
Giao thức điều khiển truyền
dẫn
TDM
Time Division Multiplexing
Dồn kênh phân chia thời gian
trTCM
two rate Three Color
Marking
Đánh dấu 3 màu hai tốc độ
TSW Time Sliding Window Cửa sổ trượt theo thời gian
TOS Type Of Service Loại dịch vụ
UDP User Datagram Protocol
Giao thức bản tin người sử
dụng
WAN Wide Area Network Mạng diện rộng
WF Wildcard – Filter Bộ lọc kí tự đại diện
WFQ Flow-Based Weighted Fair Queuing
Xếp hàng công bằng có trọng
số dựa trên luồng
WRED Weighted RED RED theo trọng số





9

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1: FTP truyền file giữa các hệ thống 19
Hình 2.1 : Mô hình dịch vụ tích hợp IntServ 30
Hình 2.2 Hoạt động của RSVP 32
Hình 2.3 Các ống chia sẻ được dành riêng 33
Hình 2.4 Các bước của DiffServ 34
Hình 2.5 Miền IP 35
Hình 2.6 Một miền DS và các mạng con 35
Hình 2.7 Miền DiffServ 36
Hình 2.8 Vùng DS 36
Hình 2.9 Trường DS 38
Hình 2.10 Ví dụ về cài đặt EF 40
Hình 2.11 Ví dụ về DiffServ 42
Hình 3. 1 Thuật toán RED 46
Hình 3. 2 Giải thuật chi tiết của RED 48
Hình 3. 3 Cơ chế làm việc của WRED được minh hoạ trong hình vẽ trên 53
Hình 3. 4 Vị trí router lõi và biên trong miền DiffServ 55
Hình 3. 5 Sơ đồ khối của CAR 58
Hình 3. 6 Lưu đồ thuật toán CAR được minh họa họa ở hình trên 59
Hình 3. 7 Mô hình chiếc thùng và thẻ bài 60
Hình 3. 8 Sơ đồ các khối chức năng của GTS 61
Hình 4.1 Cấu trúc mô phỏng 64
Hình 4. 2 Tỉ lệ packet bị mất của DropTail và RED 66
Hình 4. 3 Kích thước hàng đợi của DropTail và RED 67
Hình 4. 4 Thông lượng của DropTail và RED 67
Hình 4. 5 Kích thước hàng đợi của DropTail và RED 68
Hình 4. 6 Thông lượng của Droptail và RED 69
Hình 4. 7 Tỉ lệ packet bị mất của Droptail và RED 69
Hình 4. 8 Kích thước hàng đợi RED, WRED-TSW2CM , WRED-TSW3CM 72
Hình 4. 9 Kết quả so sánh thông lượng của RED với hai chính sách của WRED 72
Hình 4. 10 Kích thước hàng đợi của RED, tsw2cm và tsw3cm (Kịch bản 2) 73

Hình 4. 11 Kết quả so sánh thông lượng của RED với ba chính sách của WRED 74
Hình 4. 12 Kết quả so sánh đường thông lượng trung bình của RED với ba chính sách
của WRED 74
10

Hình 4. 13 Kết quả so sánh đường thông lượng trung bình của RED với ba chính sách
của WRED 75
Hình 4.14 Kích thước hàng đợi của RED, tsw2cm và tsw3cm (Kịch bản 3) 76
Hình 4. 15 Kết quả so sánh thông lượng của RED với ba chính sách của WRED 76
Hình 4. 16 Kết quả so sánh thông lượng trung bình của RED với ba chính sách của
WRED 77
Hình 4.17 Kiến trúc mạng TOS 81
Hình 4.18 Sơ đồ hệ thống VoIP trong doanh nghiệp 82
Hình 4.19 Sơ đồ hệ thống Streaming Video trong doanh nghiệp 83

11

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Thống kê các loại trễ từ đầu cuối đến đầu cuối 28
Bảng 2.1 Các kiểu dành riêng của RSVP 32
Bảng 2.2 IPv4 Header 24 byte 37
Bảng 2.3 Trường TOS trong IPv4 header 37
Bảng 2.4 IPv6 Header 48 byte 37
Bảng 2.5 Các bit IP precedence 38
Bảng 2.6 Các chỉ thị về hiệu năng 38
Bảng 2.7 Các khối giá trị DSCP 39
Bảng 2.8 Các DSCP của AF 41
Bảng 4.1 Kết quả so sánh thời gian trễ của RED, tsw2cm và ts3cm ở kịch bản 1 73
Bảng 4.2 Kết quả so sánh thời gian trễ của RED, tsw2cm và ts3cm ở kịch bản 2 75

Bảng 4.3 Kết quả so sánh thời gian trễ của RED, tsw2cm và ts3cm ở kịch bản 3 77




12

ĐẶT VẤN ĐỀ
1. Mục đích và ý nghĩa của đề tài
Trong xu hướng phát triển bùng nổ thông tin ngày này, các nhu cầu về thông tin
liên lạc ngày càng mở rộng, đi đôi với nhu cầu cao về chất lượng dịch vụ. Vấn đề đặt
ra là làm thế nào để tăng tốc độ truyền tin, sao cho lượng thông tin có thể được chuyển
tải nhanh nhất, đạt độ tin cậy cao nhất mà không xảy ra tình trạng tắc nghẽn. Vì vậy,
vấn đề rất quan trọng là phải thiết kế, xây dựng các mạng, hệ thống mạng đáp ứng
được các yêu cầu chung nhất nêu trên.
Thông tin ở đây được gọi là “dữ liệu”. Dữ liệu được truyền đi không chỉ đơn thuần
là dạng văn bản (text) đơn giản, mà là dữ liệu đa phương tiện (multimedia) bao gồm cả
hình ảnh tĩnh, động (video), âm thanh (audio),… Các ứng dụng đa phương tiện phổ
biến hiện nay như điện thoại qua mạng (Internet telephony), hội thảo trực tuyến (video
conferencing), xem video theo yêu cầu (video on demand) đang ngày càng được sử
dụng rộng rãi. Đối với truyền thông đa phương tiện, điều quan trọng nhất là phải đảm
bảo chất lượng dịch vụ (QoS), tức là đảm bảo độ trễ và biến thiên độ trễ - jitter đủ nhỏ,
thông lượng đủ lớn, hệ số sử dụng đường truyền cao và tỷ lệ mất gói tin không vượt
quá một mức độ nhất định có thể chấp nhận được. Để làm được điều này cần phải
đồng thời áp dụng các cơ chế điều khiển lưu lượng đối với các giao thức truyền thông
kiểu end-to-end (cụ thể là TCP) và những cơ chế đặc biệt thực hiện đối với mạng, cụ
thể là thực hiện ở các bộ định tuyến (router).
Khi có quá nhiều gói tin được đưa vào mạng (hay một phần của mạng), sẽ làm cho
hiệu năng của mạng giảm đi vì các nút mạng không còn đủ khả năng lưu trữ, xử lý,
truyền đi, chúng bắt đầu bị mất các gói tin dẫn đến sự tắc nghẽn trong mạng máy tính.

Để tận dụng được băng thông của đường truyền, nhưng vẫn tự thích ứng được với các
luồng thông tin cùng chia sẻ đường truyền chung và tránh sự tắc nghẽn mạng, giao
thức TCP sử dụng các kỹ thuật: khởi động chậm – SS, tránh tắc nghẽn – CA và giảm
tốc độ phát lại các gói tin bị mất do tắc nghẽn theo cấp số nhân. Thực thể TCP bên gửi
duy trì một cửa sổ gọi là cửa sổ tắc nghẽn dùng để giới hạn lượng dữ liệu tối đa có thể
gửi đi liên tiếp ở mức không vượt quá kích thước vùng đệm của nơi nhận khi xảy ra
tắc nghẽn. Kích thước cửa sổ được tính như sau:
Kích thước được phép = min (kích thước gói tin, kích thước cửa sổ tắc nghẽn)
Khi bị mất một gói tin, thực thể TCP bên gửi giảm kích thước cửa sổ tắc nghẽn đi
một nửa, nếu việc mất gói tin tiếp diễn, kích thước cửa sổ tắc nghẽn lại giảm tiếp theo
cách trên (cho tới khi chỉ còn bằng kích thước của một gói tin). Với những gói tin vẫn
còn nằm trong cửa sổ được phép, thời gian chờ để được gửi lại sẽ được tăng lên theo
hàm mũ cơ số 2 sau mỗi lần phát lại.
Các router cần theo dõi độ dài hàng đợi và sử dụng các tín hiệu điều khiển để thông
báo với các máy tính trên mạng rằng đã hoặc sắp xảy ra tắc nghẽn để chúng có phản
ứng phù hợp giúp giải quyết tình trạng tắc nghẽn. Ngoài ra chúng cũng cần có các
13

chiến lược quản lý hàng đợi thích hợp và hiệu quả để tùy vào từng trường hợp cụ thể,
xử lý một cách tối ưu việc vận chuyển thông tin trong mạng. Đây là lý do tôi lựa chọn
và tiến hành nghiên cứu đề tài này với sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy giáo PGS.TS.
Nguyễn Đình Việt.
Trong phạm vi của đề tài luận văn tốt nghiệp – “Đánh giá hiệu quả đảm bảo QoS
cho truyền thông đa phương tiện của chiến lược quản lý hàng đợi WRED”, tôi tập
trung nghiên cứu chiến lược quản lý hàng đợi WRED, so sánh chiến lược này với các
chiến lược quản lý hàng đợi khác từ đó có những đánh giá, đưa ra các kết quả so sánh
hiệu năng giữa các mô hình.
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đề tài tập trung nghiên cứu lý thuyết về đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) và các
chiến lược quản lý hàng đợi:

− DROPTAIL
− RED (Random Early Drop)
− WRED (Weighted RED)
Đề tài sử dụng bộ công cụ mô phỏng mạng NS2 để đánh giá và so sánh hiệu năng
của các chiến lược quản lý hàng đợi trên.
3.Cấu trúc các chương
Ngoài phần mở đầu và kết luận, nội dung của luận văn này được trình bày như
sau: Chương 1: Tổng quan , Chương 2: Các mô hình đảm bảo QoS cho truyền thông
đa phương tiện , Chương 3: Các phương pháp đảm bảo QoS cho truyền thông đa
phương tiện, Chương 4: Đánh giá và so sánh WRED với DROPTAIL, RED.

14

Chương 1: TỔNG QUAN
1.1 Mạng Internet và các dịch vụ
1.1.1 Mạng Internet
a. Lịch sử phát triển mạng Internet
Từ đầu những năm 1960, đã xuất hiện các mạng xử lý trong đó các trạm cuối
(terminal) thụ động được nối vào một máy xử lý trung tâm. Vì máy xử lý trung tâm
làm tất cả mọi việc: quản lý các thủ tục truyền dữ liệu, quản lý sự đồng bộ của các
trạm cuối,… trong khi đó các trạm cuối chỉ thực hiện chức năng nhập xuất dữ liệu mà
không thực hiện bất kỳ chức năng xử lý nào nên hệ thống này vẫn chưa được coi là
mạng máy tính.
Giữa năm 1968, Cục các dự án nghiên cứu tiên tiến (ARPA – Advanced Research
Projects Agency) của Bộ Quốc phòng Mỹ đã xây dựng dự án nối kết các máy tính của
các trung tâm nghiên cứu lớn trong toàn liên bang, mở đầu là Viện nghiên cứu
Standford và 3 trường đại học (Đại học California ở Los Angeless, Đại học California
ở Santa Barbara và Đại học Utah). Mùa thu năm 1969, 4 trạm đầu tiên được kết nối
thành công, đánh dấu sự ra đời của ARPANET, đây chính là mạng liên khu vực
(WAN) đầu tiên được xây dựng. Giao thức truyền thông dùng trong ARPANET lúc đó

được đặt tên là NCP (Network Control Protocol).
Giữa những năm 1970, họ giao thức TCP/IP được Vint Cerf và Robert Kahn phát
triển cùng tồn tại với NCP, đến năm 1983 thì hoàn toàn thay thế NCP trong
ARPANET và giao thức TCP/IP chính thức được coi như một chuẩn đối với ngành
quân sự Mỹ và tất cả các máy tính nối với ARPANET phải sử dụng chuẩn mới này.
Trong những năm 70, số lượng các mạng máy tính thuộc các quốc gia khác nhau đã
tăng lên, với các kiến trúc mạng khác nhau (cả về phần cứng lẫn giao thức truyền
thông), từ đó dẫn đến tình trạng không tương thích giữa các mạng, gây khó khăn cho
người sử dụng. Trước tình hình đó, vào năm 1984 tổ chức tiêu chuẩn hoá quốc tế ISO
đã cho ra đời mô hình tham chiếu cho việc kết nối các hệ thống mở (Reference Model
for Open Systems Interconnection - gọi tắt là mô hình OSI). Với sự ra đời của mô hình
OSI và sự xuất hiện của máy tính cá nhân, số lượng mạng máy tính trên toàn thế giới
đã tăng lên nhanh chóng. Đã xuất hiện những khái niệm về các loại mạng LAN,
WAN ARPANET được chia ra thành hai phần: phần thứ nhất dành cho quân sự,
được gọi là MILNET; phần thứ hai là một ARPANET mới, kết nối các mạng phi quân
sự, dành cho việc nghiên cứu và phát triển. Tuy nhiên hai mạng này vẫn được liên kết
với nhau nhờ giao thức liên mạng IP.
Tới tháng 11/1986 đã có tới 5089 máy tính được nối vào ARPANET, và đã xuất
hiện thuật ngữ “Internet”. Năm 1987, mạng xương sống (backborne) NSFnet (National
Science Foundation Network) ra đời với tốc độ đường truyền 1,5Mbps, nhanh hơn so
với tốc độ 56Kbps trong ARPANET thời kỳ đầu đã thúc đẩy sự tăng trưởng của
Internet. Mạng Internet dựa trên NSFnet đã được mở rộng ra ngoài biên giới của nước
15

Mỹ để phục vụ cho các mục đích thương mại toàn cầu. Đến năm 1990, quá trình
chuyển đổi sang Internet - dựa trên NSFnet kết thúc. NSFnet giờ đây cũng chỉ còn là
một mạng xương sống thành viên của mạng Internet toàn cầu. Nhiều doanh nghiệp đã
chuyển từ ARPANET sang NSFNET và do đó sau gần 20 năm hoạt động, ARPANET
không còn hiệu quả đã ngừng hoạt động vào khoảng năm 1990.
Với khả năng kết nối mở, Internet đã trở thành một mạng lớn nhất trên thế giới,

mạng của các mạng, xuất hiện trong mọi lĩnh vực thương mại, chính trị, quân sự,
nghiên cứu, giáo dục, văn hoá, xã hội Cũng từ đó các dịch vụ trên Internet không
ngừng phát triển. Ngày nay khi cơ sở hạ tầng của mạng Internet được nâng cao (đặc
biệt là về băng thông) đã làm cho nhu cầu sử dụng các ứng dụng đa phương tiện qua
mạng tăng lên nhanh chóng.
b. Giao thức tầng giao vận: TCP và UDP
Bộ giao thức TCP/IP là một bộ các giao thức truyền thông mà Internet và hầu hết
các mạng máy tính thương mại hiện nay đang chạy trên đó. Bộ giao thức này được đặt
tên theo hai giao thức chính của nó là TCP - giao thức điều khiển giao vận và IP - giao
thức liên mạng. Như nhiều bộ giao thức khác, bộ giao thức TCP/IP có thể được coi là
một tập hợp các tầng, mỗi tầng giải quyết một tập các vấn đề có liên quan đến việc
truyền dữ liệu, và cung cấp cho các giao thức tầng cấp trên một dịch vụ được định
nghĩa rõ ràng dựa trên việc sử dụng các dịch vụ của các tầng thấp hơn. Về mặt lô-gic,
các tầng trên gần với người dùng hơn và làm việc với dữ liệu trừu tượng hơn, chúng
dựa vào các giao thức tầng cấp dưới để biến đổi dữ liệu thành các dạng mà cuối cùng
có thể được truyền đi một cách vật lý.
− TCP: là giao thức điều khiển vận chuyển, nằm ở lớp tương tự lớp Transport trong
mô hình OSI và là một trong những giao thức cốt lõi của bộ giao thức TCP/IP,
nhằm kết nối các máy tính trên mạng với nhau, chia sẻ và trao đổi dữ liệu.
TCP hỗ trợ nhiều giao thức ứng dụng phổ biến trên Internet như HTTP, FTP,
SMTP… Trong bộ giao thức TCP/IP, TCP là tầng trung gian giữa Internet Protocol
(IP) bên dưới và tầng ứng dụng bên trên, là giao thức truyền dữ liệu chính xác, tin
cậy. TCP đòi hỏi phải thiết lập kết nối trước khi truyền dữ liệu. Đó là quá trình bắt
tay 3 bước(3-way handshake).
 Bước 1: Client yêu cầu mở cổng cho một dịch vụ (ví dụ: web port 80) bằng
cách gửi gói tin SYN (gói tin TCP yêu cầu kết nối) tới server (máy chủ dịch vụ
web), trong gói tin SYN thì trường số thứ tự (sequence number) được gán một
giá trị ngẫu nhiên X.
 Bước 2: Server sẽ trả về cho Client gói tin SYN – ACK chấp nhận cho thiết lập
kết nối, tham số acknowledgment được gán giá trị bằng X+1, tham số sequence

number được gán một giá trị ngẫu nhiên Y.
 Bước 3: Để hoàn tất quá trình thiết lập kết nối( 3 – way handshake) thì Client
phải gửi cho Server thêm một gói tin là ACK tới Server, với số sequence
16

number được gán là X+1, số acknowledgment được gán là Y+1 (số Y nhận của
Server) nhằm cho Server biết là đã thiết lập kết nối với Client hợp lệ.
Các kết nối sử dụng TCP có 3 giai đoạn: 1. Thiết lập kết nối; 2. Truyền dữ liệu;
3. Kết thúc kết nối.
TCP giải quyết nhiều vấn đề nhằm cung cấp cho ứng dụng sử dụng nó một
dòng dữ liệu đáng tin cậy, cụ thể là: 1. Dữ liệu đến đích đúng thứ tự; 2. Không có
lỗi (thật ra là các gói dữ liệu có lỗi được truyền lại); 3. Dữ liệu trùng lặp bị loại bỏ;
4.Điều khiển lưu lượng và điều khiển tắc nghẽn trong việc truyền và nhận dữ liệu.
− UDP: là một trong những giao thức cốt lõi của bộ giao thức TCP/IP. UDP không
cung cấp sự truyền tin cậy và đảm bảo đúng thứ tự truyền nhận, các gói dữ liệu có
thể đến không đúng thứ tự hay bị mất mà không có thông báo cho bên gửi. Tuy
nhiên UDP nhanh và hiệu quả hơn đối với các ứng dụng truyền những file kích
thước nhỏ và yêu cầu khắt khe về thời gian. Do bản chất không trạng thái nên UDP
hữu dụng trong việc trả lời các truy vấn nhỏ cho số lượng lớn người yêu cầu. UDP
hỗ trợ việc xây dựng các dịch vụ phổ biến như DNS, streaming media, VoiIP,
TFTP…
UDP không thực hiện quá trình bắt tay khi gửi và nhận thông tin, do đó được
gọi là connectionless (không kết nối). UDP không đảm bảo cho các tầng phía trên
rằng thông điệp đã được gửi thành công, đó là đặc điểm truyền không tin cậy. UDP
thích hợp với rất nhiều ứng dụng dựa vào một số đặc điểm được mô tả chi tiết hơn
như sau:
 Không cần thiết lập kết nối (No connection establishment): UDP không yêu cầu
quá trình thiết lập kết nối như TCP, do đó nó không làm chậm quá trình truyền
dữ liệu. Đó là lý do tại sao DNS lại chạy nhanh hơn khi sử dụng UDP (DNS có
thể chạy cả trên TCP lẫn UDP).

 Không cần lưu giữ trạng thái kết nối (No connection state): UDP không cần lưu
giữ các thông tin về trạng thái hoạt động của kết nối như TCP (thí dụ: thông số
gửi và nhận gói tin, ACK, sequence number, …), do đó tiêu tốn ít tài nguyên hệ
thống hơn so với TCP, giúp các server có thể phục vụ nhiều client hơn.
 Tổng phí cho phần tiêu đề các gói tin nhỏ hơn (Small segment header
overhead): trong khi header của TCP có kích thước 20 bytes thì header của
UDP chỉ có 8 bytes, làm cho gói tin UDP nhỏ hơn và có thể truyền đi nhanh
hơn.
 Tốc độ gửi không được điều hòa (Unragulated send rate): TCP có cơ chế điều
tiết tốc tộ truyền khi gặp những đường truyền hỏng hay khi mạng bắt đầu bị tắc
nghẽn, cơ chế này không thích hợp cho những ứng dụng thời gian thực (có thể
chấp nhận một tỉ lệ mất gói tin nhất định, không cần phát lại để đảm bảo tính
kịp thời). Trong khi đó, tốc độ phát của thực thể giao thức UDP chỉ phụ thuộc
vào tốc độ gửi của ứng dụng sử dụng UDP để truyền chứ không phụ thuộc vào
17

mạng có bị tắc nghẽn (congestion ) hay không. Do đó ứng dụng có thể áp dụng
các cơ chế khác nhau theo yêu cầu của nó.
1.1.2 Đặc điểm vận chuyển lưu lượng kiểu “Cố gắng tối đa ” [2]
Giao thức IP cung cấp dịch vụ cố gắng tối đa, nghĩa là nó cố gắng chuyển mỗi
datagram từ nguồn đến đích một cách nhanh nhất có thể. Tuy nhiên nó không đảm bảo
độ trễ cũng như jitter của các gói tin. Mặt khác TCP và UDP đều chạy trên IP, chúng
cũng không đảm bảo về mặt độ trễ cho các gói tin. TCP truyền tin cậy nhưng việc áp
dụng cơ chế này dẫn đến việc phải phát lại các gói tin bị mất cho đến khi thành công,
vì vậy có thể gây ra độ trễ rất lớn; ngoài ra việc áp dụng cơ chế cửa sổ trượt có kích
thước thay đổi cũng dẫn đến jitter lớn. UDP không sử dụng cơ chế biên nhận do đó
không tin cậy.
Đặc điểm vận chuyển kiểu “cố gắng tối đa” của các giao thức nói trên không thích
hợp cho sự phát triển các ứng dụng đa phương tiện trên Internet. Tuy nhiên, chúng đã
được sử dụng phổ biến trên Internet ngay từ khi Internet mới hình thành, do đó để

truyền thông đa phương tiện trên Internet người ta đã và đang áp dụng giải pháp thực
tế là sửa đổi và cải tiến chúng chứ không thay thế bằng các giao thức hoàn toàn mới.
Cho đến nay, các ứng dụng truyền thông multimedia sử dụng các giải pháp này đã làm
tăng chất lượng dịch vụ lên đáng kể, song vẫn còn nhiều hạn chế, đòi hỏi tiếp tục được
nghiên cứu, cải tiến. Chẳng hạn đối với các ứng dụng truyền audio/video được lưu trữ
trước thì độ trễ trung bình trong khoảng từ 5-10s là chấp nhận được, tuy nhiên ở những
thời điểm tắc nghẽn thì độ trễ có thể tăng đến mức không chấp nhận được. Đối với các
ứng dụng truyền thông đa phương tiện thời gian thực kiểu có tương tác, yêu cầu về độ
trễ và jitter còn cao hơn nữa, do đó các yêu cầu này thường không được đáp ứng.
Người ta đã đề xuất và áp dụng một số biện pháp để cải thiện chất lượng của các
ứng dụng truyền thông multimedia, như sau:
- Cơ chế loại bỏ jitter ở phía nhận
- Khôi phục các gói tin bị mất tại phía nhận
- Nén dữ liệu audio/video
- Sử dụng giao thức RTP ở tầng giao vận
Dưới đây là những hạn chế của dịch vụ cố gắng tối đa:
a. Tỉ lệ mất mát gói tin có thể rất lớn khi xảy ra tắc nghẽn
Chúng ta xem xét một UDP segment được tạo ra bởi ứng dụng một điện thoại
Internet. Nó được đóng gói trong một IP datagram và IP datagram được chuyển tới
phía nhận. Datagram được truyền trên mạng qua các bộ đệm trong các router. Nếu
một trong các bộ đệm của router đã đầy thì datagram sẽ không được nhận vào.
Trong trường hợp này, IP datagram bị loại bỏ và coi như bị mất, không tới được
phía nhận.
Sự mất mát gói tin có thể được loại bỏ bằng cách gửi gói tin bằng TCP. TCP có
cơ chế biên nhận nên sẽ truyền lại các gói tin bị mất. Tuy nhiên, cơ chế truyền lại
nói chung là không thể chấp nhận được đối với ứng dụng thời gian thực như là điện
18

thoại Internet bởi vì nó làm tăng độ trễ. Hơn nữa, theo cơ chế điều khiển tắc nghẽn
trong TCP, sau khi mất gói tin, tốc độ phát tại phía gửi có thể giảm tới mức thấp

nhất, điều này ảnh hưởng nghiêm trọng tới chất lượng âm thanh tại phía nhận. Vì
thế, hầu hết các ứng dụng điện thoại Internet đều chạy trên UDP và không thực hiện
truyền lại các gói tin bị mất. Trên thực tế, tỉ lệ mất gói tin từ 1% tới 20% là có thể
chấp nhận được, phụ thuộc vào cách âm thanh được nén sau đó được truyền đi và
phụ thuộc vào cách che đậy sự mất gói tin của phía nhận như thế nào. Cơ chế sửa lỗi
FEC (Forward Error Correction) có thể được dùng để che đậy sự mất gói tin. Tuy
nhiên, nếu đường truyền giữa bên gửi và bên nhận bị tắc nghẽn trầm trọng, tỉ lệ mất
gói tin vượt quá 10-20%, khi đó sẽ không có cách nào đạt được chất lượng âm thanh
mong muốn. Đây là hạn chế của dịch vụ cố gắng tối đa.


b. Độ trễ end-to-end có thể vượt quá giới hạn chấp nhận được
Độ trễ end-to-end là tổng của thời gian xử lý và chờ trong hàng đợi của các
router dọc theo đường truyền từ người gửi đến người nhận, thời gian truyền và thời
gian xử lý của phía nhận. Với các ứng dụng tương tác thời gian thực như điện thoại
Internet, độ trễ end-to-end nhỏ hơn 150ms được coi là không có vấn đề gì (giác quan
con người không cảm nhận được sự khác biệt), độ trễ từ 150-400ms là có thể được
chấp nhận được, độ trễ lớn hơn 400ms là quá lớn, không thể chấp nhận được. Phía
nhận của ứng dụng điện thoại Internet sẽ không nhận bất kì gói tin nào đến trễ hơn
một ngưỡng nhất định, ví dụ 400ms. Do đó, các gói tin đến trễ hơn ngưỡng trên thì
coi như là mất.
c. Jitter là không thể tránh khỏi và làm giảm chất lượng âm thanh
Một trong những thành phần tạo nên độ trễ end-to-end là thời gian chờ ngẫu
nhiên ở hàng đợi của router. Do thời gian chờ ngẫu nhiên này, độ trễ end-to-end có
thể thay đổi đối với từng gói tin, sự biến đổi này được gọi là jitter.
Ví dụ: xét 2 gói tin được sinh ra liên tiếp nhau trong một đoạn của ứng dụng điện
thoại Internet. Phía gửi phát gói tin thứ 2 sau gói tin đầu 20ms. Nhưng tại bên nhận,
khoảng thời gian giữa 2 lần nhận 2 gói tin đó có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn 20ms.
Chúng ta có thể thấy rõ hơn như sau: giả sử gói tin đầu tiên tới khi hàng đợi router
hầu như là rỗng, nó sẽ được truyền đi ngay, nhưng trước khi gói tin thứ hai tới thì

một lượng lớn gói tin từ các nguồn khác đổ về làm đầy hàng đợi, gói tin thứ hai này
được xếp vào cuối hàng đợi và phải chờ một khoảng thời gian nhất định trước khi
được chuyển tiếp. Như vậy rõ ràng hai gói tin sẽ đến đích trong khoảng thời gian lớn
hơn 20ms (có thể lên tới vài giây hoặc nhiều hơn). Ngược lại, giả sử gói tin đầu tới
cuối hàng đợi (hàng đợi lúc đó hầu như rất đầy), gói tin thứ 2 tới hàng đợi đó và
ngay sau gói tin thứ nhất. Khi đó độ lệch thời gian hai gói đến đích sẽ nhỏ hơn
20ms.
19

Nếu phía nhận bỏ qua jitter và chạy ngay đoạn âm thanh ngay khi nhận được, kết
quả chất lượng âm thanh sẽ rất kém. Có thể loại bỏ jitter bằng các cách sau: đánh số
số tuần tự các gói tin, gán nhãn thời gian cho các gói tin, tạm dừng chạy.
1.2 Truyền thông đa phương tiện và yêu cầu chất lượng dịch vụ (QoS)
1.2.1 Một số thí dụ về truyền thông đa phương tiện
Với các ứng dụng truyền thống, dữ liệu là tĩnh (text, image…) có thể chấp nhận độ
trễ và độ thăng giáng lớn nhưng không chấp nhận sự mất mát dữ liệu. Trái lại, với các
ứng dụng truyền thông đa phương tiện, chủ yếu truyền dữ liệu audio, video chất lượng
ứng dụng thay đổi rất nhạy với độ trễ, biến thiên độ trễ và phụ thuộc vào một số tham
số mạng khác như băng thông, tỉ suất lỗi Để hạn chế sự tổn thất gói tin trong giới
hạn nhất định, ngoài các phương pháp đảm bảo QoS, các nhà sản xuất mạng đưa ra các
chuẩn CODEC, giải thuật bù tổn thất gói tin như che dấu một phần hoặc hoàn toàn,
các phương thức điều khiển lịch trình tái tạo gói tin của bộ đệm tái tạo tại đầu nhận.
Các ứng dụng đa phương tiện được sử dụng trên Internet ngày nay rất đa dạng, đòi hỏi
phải đảm bảo các thông số QoS ở mức độ khác nhau như:
− Các ứng dụng đa phương tiện dạng streaming đòi hỏi phải đảm bảo về thông
lượng.
− Dịch vụ điện thoại IP hoặc VoIP (Voice over IP) đòi hỏi một số giới hạn chặt về
trễ và biến thiên độ trễ.
− Dịch vụ hội nghị truyền hình (Video Teleconferencing – VTC) đòi hỏi biến thiên
độ trễ thấp.

− Các đường truyền dành riêng (dedicated link) đòi hỏi phải đảm bảo cả hai yếu tố
là thông lượng và hạn chế tối đa trễ và biến thiên trễ.
− Một số các ứng dụng bảo vệ thiết yếu (ví dụ như thiết bị cứu hộ điều khiển từ xa)
đòi hỏi độ sẵn sàng ở mức độ cao (còn gọi là hard QoS).

1.2.1.1 Ứng dụng Email, FTP
Ứng dụng thư điện tử (Email):
Email là một dịch vụ phổ biến nhất trên Internet trước khi World Wide Web ra đời,
người sử dụng trên mạng có thể gửi email để trao đổi các thông báo cho nhau trên
phạm vi thế giới một cách nhanh chóng, thuận lợi và rẻ tiền. 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. Trong một thời gian dài, nhiều người 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.
Đặc điểm của dịch vụ thư điện tử là không tức thời (off-line) - tất cả các yêu cầu
gửi đi không đòi hỏi phải được xử lý ngay lập tức. Khi người sử dụng gửi một bức
thư, hệ thống sẽ chuyển thư này vào một vùng riêng (gọi là spool) cùng với các thông
tin về người gửi, người nhận, địa chỉ máy nhận Hệ thống sẽ chuyển thư đi bằng một
chương trình không đồng bộ (background). Chương trình gửi thư này sẽ xác định địa
20

chỉ IP máy cần gửi tới, tạo một liên kết với máy đó. Nếu liên kết thành công, chương
trình gửi thư sẽ chuyển thư tới vùng spool của máy nhận. Nếu không thể kết nối với
máy nhận thì chương trình gửi thư sẽ ghi lại những thư chưa được chuyển và sau đó sẽ
thử gửi lại. Khi chương trình gửi thư thấy một thư không gửi được sau một thời gian
quá lâu (ví dụ 3 ngày) thì nó sẽ trả lại bức thư này cho người gửi. Với cơ chế hoạt
động như 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
không cần phải được chuyển đi, mà đợi khi mạng rỗi trở lại thì thực hiện truyền. Tuy
nhiên một yêu cầu đối vơi Email đó là độ tin cậy, các gói gửi đi phải đảm bảo đến đích

và nội dung cần phải chính xác hoàn toàn. Do vậy đòi hỏi mạng không làm mất gói,
hoặc khi có xẩy ra mất gói thì phải có cơ chế truyền lại an toàn do vậy Email sử dụng
TCP.
Ứng dụng truyền file:
FTP (File Transfer Protocol) là giao thức truyền một file từ một máy tính (host)
này tới tới một máy tính khác trên mạng Internet. Hình dưới diễn tả tổng quan về FTP

Hình 1.1: FTP truyền file giữa các hệ thống

Dịch vụ FTP có những yêu cầu giống với dịch vụ Email về chất lượng 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 nhưng điều quan trọng là toàn bộ file
phải được nhận 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.
1.2.1.2 Ứng dụng truyền dòng (Streaming) âm thanh, hình ảnh lưu trước
Trong các ứng dụng này, các client đưa ra yêu cầu các file âm thanh, hình ảnh nén
được lưu trữ trong máy chủ. Các file âm thanh được lưu trước có thể gồm thu thanh
bài giảng của một giáo sư, một bài hát, một bản giao hưởng, nội dung từ một kênh
radio quảng bá, hoặc một đoạn ghi âm lịch sử. Các file video được lưu trước có thể
gồm có các video về một bài giảng của giáo sư, đủ một bộ phim, các chương trình tivi
đã ghi lại từ trước, phim tài liệu, các hình ảnh về các sự kiện lịch sử, 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 được ghi trước và được lưu tại máy chủ. Do
vậy, người dùng có thể tạm dừng, tua lại và tua nhanh cũng như chọn điểm xem của
21

chương trình. Thời gian từ khi một client đưa ra yêu cầu đến khi hình ảnh hiện ra tại
client vào khoảng 1 tới 10 giây là có thể chấp nhận được.
Streaming: Máy khách bắt đầu hiển thị các âm thanh hình ảnh sau khi nó nhận
được một phần của file từ máy chủ. Có nhiều sản phẩm phần mềm phục vụ cho

streaming đa phương tiện, thí dụ: RealPlayer của hãng RealNetwork và Windows
Media của Microsoft. Tuy nhiên cũng có các ứng dụng như Napster yêu cầu tòan bộ
file phải được dowload trước khi bắt đầu hiển thị (play).
Continuous playout: Việc bắt đầu hiển thị một hình ảnh dựa vào định thời gốc của
hình ảnh này (nhãn thời gian của nguồn gửi hình ảnh). Cách này tạo ra một độ trễ nhất
định cho việc phân phát dữ liệu. Dữ liệu phải được nhận từ máy chủ kịp thời cho việc
hiển thị ở máy khách; ngược lại thì mọi thứ trở nên vô nghĩa.
1.2.1.3 Ứng dụng Streaming cho âm thanh, hình ảnh truyền trực tiếp (live)
Lớp ứng dụng này tương tự như các chương trình radio và tivi truyền quảng bá
kiểu cổ điển, ngoại trừ việc truyền dẫn là thông qua Internet. Các ứng dụng này cho
phép một người dùng nhận nhận chương trình radio hoặc tivi truyền trực tiếp từ bất cứ
nơi nào trên thế giới. Bởi vì streaming của âm thanh hình ảnh trực tiếp không được lưu
trước, một máy khách không thể tua nhanh. Hơn nữa với phần dữ liệu đã được lưu
trong bộ nhớ của máy khách, thì các hành động tương tác như là dừng và tua lại là có
thể thực hiện ở một số ứng dụng. Các ứng dụng truyền trực tiếp, quảng bá online
thường có nhiều máy khách nhận cùng một chương trình. Việc phân bố âm thanh/ hình
ảnh tới nhiều nơi nhận có thể đạt được bằng kỹ thuật multicast. Thí dụ là điện thoại
Internet (Internet phone). Một thí dụ khác là hội thảo truyền hình (video conferencing),
cho phép một người có thể giao tiếp bằng âm thanh và hình ảnh với một hay nhiều
người khác theo phương thức thời gian thực. Đây là tương tác có cảm nhận, các thành
viên tham gia có thể trao đổi với nhau thông qua tiếng nói và hình ảnh trong thời gian
thực. Trong ứng dụng hội thảo truyền hình, người dùng có thể nói hoặc di chuyển bất
kỳ lúc nào họ muốn.
1.2.1.4 Ứng dụng hình ảnh âm thanh tương tác thời gian thực
Lớp ứng dụng này cho phép người dùng sử dụng âm thanh hình ảnh để truyền
thông có tương tác với người khác theo thời gian thực. Âm thanh tương tác thời gian
thực thường được đề cập tới là điện thoại Internet, theo quan điểm từ phía người dùng,
nó tương đương như 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 này tương tự điện thoại đường
dài nhưng với giá cả thấp. Nó cũng cung cấp cả dịch vụ tích hợp điện thoại máy tính,

kết nối nhóm thời gian thực, các dịch vụ chuyển hướng, định danh người gọi, lọc
người gọi và nhiều dịch vụ khác. Hiện nay đã có nhiều sản phẩn điện thoại Internet.
Với các video tương tác hay còn gọi là hội nghị truyền hình thì cũng có nhiều sản
phẩm khác nhau, thí dụ NetMeeting của Microsoft. Chú ý rằng, đối với các ứng dụng
âm thanh hình ảnh tương tác, một user có thể nói hoặc di chuyển bất cứ lúc nào. Với
một cuộc hội thoại tương tác giữa nhiều người, trễ từ lúc một người nói và di chuyển
cho tới khi hành động đó được chuyển tới đầu nhận nên nhỏ hơn một vài trăm ms. Với
22

âm thanh, độ trễ nhỏ hơn 150ms là không thể cảm nhận được đối với người nghe. Độ
trễ từ 150ms tới 400ms là có thể chấp nhận được, và độ trễ lớn hơn 400ms là có thể
dẫn đến cuộc hội thoại mà các bên không hiểu nhau nói gì.
1.2.1.5 Ví dụ về điện thoại VoIP
Tầng IP cung cấp các dịch vụ best-effort, không đảm bảo bất cứ điều gì về độ trễ
end-to-end của các gói, biến động trễ hay việc mất gói trong luồng dữ liệu.
Các ứng dụng đa phương tiện tương tác thời gian thực, như là điện thoại Internet và
hội nghị truyền hình thời gian thực thường rất nhạy cảm với thời gian trễ gói tin, biến
thiên độ trễ (jitter) 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 vượt quá mức quy định. Chúng ta đề cập chi tiết đến ứng dụng điện thoại
Internet – VoIP dưới đây.
a. Khái niệm VoIP
VoIP viết tắt bởi Voice over Internet Protocol, hay còn được gọi dưới các tên khác
như: Internet telephony, IP Telephony, Broadband telephony, Broadband Phone và
Voice over Broadband.
VoIP là một công nghệ cho phép truyền âm thanh thời gian thực qua Internet, sử
dụng giao thức IP. Trong đó tín hiệu âm thanh (voice signal) từ nguồn âm sẽ được
chuyển đổi thành các gói dữ liệu (data packets) IP, sau khi đến bên nhận lại được
chuyển thành tín hiệu âm thanh để phát ra cho người nhận. VoIP sử dụng kỹ thuật số
và yêu cầu kết nối băng thông tốc độ đủ cao như của đường truyền DSL hoặc cáp.

b. Các kiểu kết nối sử dụng VoIP
− Computer to Computer: Với 01 kênh truyền Internet có sẵn, là một dịch vụ miễn
phí được sử dụng rộng rãi khắp nơi trên thế giới. Chỉ cần người gọi (caller) và
người nhận (receiver) sử dụng chung 1 VoIP service (Skype, MSN, Yahoo
Messenger,…), 2 headphone và microphone, sound card. Thời gian cho cuộc hội
thoại kiểu này là không bị giới hạn.
− Computer to phone: Là dịch vụ có phí. Người sử dụng phải trả tiền để có 1 account
và phần mềm (thí dụ của: VDC, Evoiz, Netnam,…). Với dịch vụ này 1 máy PC có
thể kết nối tới 1 máy điện thoại thông thường ở bất cứ đâu (tuỳ thuộc phạm vi cho
phép trong danh sách các quốc gia mà nhà cung cấp cho phép). Người gọi sẽ bị tính
phí dựa trên lưu lượng cuộc gọi và khấu trừ vào tài khoản hiện có.
Ưu điểm : đối với các cuộc hội thoại quốc tế, người sử dụng sẽ tốn ít phí hơn 1
cuộc hội thoại thông qua 2 máy điện thoại thông thường. Ngoài ra còn có ưu điểm
là chi phí rẻ, dễ lắp đặt.
Nhược điểm: chất lượng cuộc gọi phụ thuộc vào tình trạng kết nối internet và
dịch vụ của nhà cung cấp.
− Phone to Phone: Là dịch vụ có phí. Người sử dụng không cần 01 kết nối Internet
mà chỉ cần 1 VoIP adapter kết nối với máy điện thoại. Lúc này máy điện thoại trở
thành 1 IP phone.
23

c. Các thành phần trong mạng VoIP
Các thành phần cốt lõi của một mạng VoIP bao gồm: Gateway, VoIP Server, IP
network và thiết bị cho người dùng (End User Equipments).
− Gateway: là thành phần giúp chuyển đổi tín hiệu analog sang tín hiệu số (và ngược
lại).
 VoIP gateway : là các gateway có chức năng làm cầu nối giữa mạng điện thoại
thường (PSTN ) và mạng VoIP.
 VoIP GSM Gateway: là các gateway có chức năng làm cầu nối cho các mạng
IP, GSM và cả mạng analog. (Cần đưa GSM vào bảng chữ viết tắt)

− VoIP server : là các máy chủ trung tâm có chức năng định tuyến và bảo mật cho
các cuộc gọi VoIP.
 Trong mạng H.323 chúng được gọi là gatekeeper.
 Trong mạng SIP các server được gọi là SIP server.
− IP network: là mạng sử dụng giao thức IP, thường là Internet.
End user equipments: Softphone và máy tính cá nhân bao gồm 01 headphone,
01 phần mềm và 01 kết nối Internet. Các phần mềm miễn phí phổ biến như Skype,
Ekiga, GnomeMeeting, Microsoft Netmeeting, SIPSet, Có thể sử dụng điện thoại
thông thường nối với một IP adapter để kết nối với VoIP server. Adapter là 01
thiết bị có ít nhất 01 cổng RJ11 (để gắn với điện thoại) , RJ45 (để gắn với đường
truyền Internet hay PSTN) và 01 cổng cắm nguồn.

d. Phương thức hoạt động
VoIP truyền tín hiệu tiếng nói thông qua mạng IP. Do vậy, trước hết giọng nói
(voice) sẽ phải được chuyển đổi thành dòng bit và dòng bit này được đóng gói thành
các packet để sau đó được truyền tải qua mạng IP và cuối cùng sẽ được chuyển lại
thành tín hiệu âm thanh đến người nghe ở bên nhận.
Tiến trình hoạt động của VoIP thông qua 2 bước:
Bước 1: Thiết lập cuộc gọi (Call Setup): trong quá trình này , người gọi sẽ phải xác
định vị trí (thông qua địa chỉ của người nhận) và yêu cầu một kết nối để liên lạc với
người nhận. Khi địa chỉ người nhận được xác định là tồn tại trên các proxy server thì
các proxy server giữa hai người sẽ thiết lập một cuộc kết nối cho quá trình trao đổi dữ
liệu voice.
Bước 2 Xử lý dữ liệu tiếng nói (Voice data processing): Tín hiệu giọng nói
(analog) sẽ được chuyển đổi sang tín hiệu số (digital) bằng cách lấy mẫu và lượng tử
hóa, sau đó được nén lại nhằm tiết kiệm băng thông đường truyền sau đó sẽ được mã
hóa (tính năng bổ sung nhằm tránh các bộ phân tích mạng _sniffer ). Các mẫu bit tín
hiệu tiếng nói (voice samples) sau đó sẽ được đưa vào các gói dữ liệu để được vận
chuyển trên mạng. Giao thức dùng cho VoIP thường là RTP (Real-Time Transport
Protocol). Một gói tin RTP có các trường ở phần tiêu đề chứa dữ liệu cần thiết cho

việc biên dịch lại các gói tin sang tín hiệu voice ở thiết bị người nghe. Các gói tin
24

voice được truyền đi bởi giao thức UDP. Ở thiết bị cuối, tiến trình được thực hiện
ngược lại
e. Các giao thức của VoIP (VoIP Protocols)
VoIP cần hai loại giao thức: Signaling protocol và Media Protocol.
Giao thức Signaling protocol: điều khiển việc cài đặt cuộc gọi. Các loại signaling
protocols bao gồm: H.323, SIP, MGCP, Megaco/H.248 và các loại giao thức dùng
riêng như UNISTIM, SCCP, Skype, CorNet-IP,…
Giao thức Media Protocol: điều khiển việc truyền tải voice data qua môi trường
mạng IP. Các loại Media Protocols như: RTP ( Real-Time Protocol), RTCP (Real-
Time Control Protocol), SRTP (Secure Real-Time Transport Protocol) và SRTCP
(Secure RTCP).
Giao thức Signaling Protocol sử dụng TCP vì cần độ tin cậy cao, trong khi giao
thức Media Protocol sử dụng UDP. Các nhà cung cấp có thể sử dụng các giao thức
riêng hay các giao thức mở rộng dựa trên nền của một trong hai giao thức tiêu chuẩn
quốc tế là H.323 và SIP. Ví dụ Nortel sử dụng giao thức UNISTIM (Unified Network
Stimulus) Cisco sử dụng giao thức SCCP (Signaling Connection Control Part). Việc sử
dụng các giao thức riêng này gây khó khăn trong việc kết nối giữa các sản phẩm của
các hãng khác nhau.
1.2.2 Khái niệm QoS
Chất lượng dịch vụ là một vấn đề khó định nghĩa chính xác và theo cách định
lượng, bởi vì nhìn từ các góc độ khác nhau người ta có thể có quan điểm về chất lượng
dịch vụ khác nhau. Ví dụ, với người sử dụng dịch vụ thoại, chất lượng dịch vụ cung
cấp tốt khi thoại được rõ ràng, tức là chúng ta phải đảm bảo tốt về giá trị tham số trễ,
biến thiên độ trễ và giá trị tham số mất gói tin với một tỉ lệ tổn thất nào đó có thể chấp
nhận được. Nhưng đối với khách hàng là người sử dụng trong truyền số liệu ở ngân
hàng thì điều tối quan trọng là độ tin cậy, có thể chấp nhận trễ lớn, biến thiên độ trễ
lớn, nhưng thông số mất gói tin, độ bảo mật kém thì không thể chấp nhận được.

Từ góc nhìn của nhà cung cấp dịch vụ mạng, công việc đảm bảo QoS cho các dịch
vụ mà họ cung cấp cho người sử dụng là thực hiện các biện pháp để duy trì các mức
QoS theo nhu cầu, với cơ sở hạ tầng mạng hiện có, thỏa mãn các tiêu chuẩn như độ tin
cậy, tính bảo mật và băng thông với thời gian trễ chấp nhận được
Với các dịch vụ đa phương tiện chất lượng cao như nghe nhạc, xem phim trực
tuyến, VoIP,… được truyền trên mạng thì quá trình phát và nhận theo thời gian thực
đòi hỏi phải triển khai một mạng có hỗ trợ việc đảm bảo chất lượng dịch vụ. ATM
(Asynchronous Transfer Mode) là một giao thức được thiết kế để có thể triển khai thực
hiện đảm bảo chất lượng dịch vụ ở nhiều mức. Việc triển khai chất lượng dịch vụ sử
dụng mạng IP đòi hỏi phải có thêm một số dịch vụ như dành trước tài nguyên, sử dụng
giao thức RSVP (Resource Reservation Protocol), cho phép băng thông có thể được
đăng ký để dành trên những thiết bị mạng trung gian như bộ định tuyến.
25

Với những phân tích nêu trên, có thể định nghĩa chất lượng dịch vụ dựa trên hai
quan điểm: chất lượng dịch vụ theo quan điểm đánh giá của người sử dụng cuối và
chất lượng dịch vụ theo quan điểm mạng. Đối với người sử dụng, chính là sự thỏa mãn
về chất lượng dịch vụ người đó nhận được từ nhà cung cấp mạng cho một loại hình
dịch vụ hoặc một ứng dụng mà người đó thuê bao. Ví dụ: dịch vụ thoại, video hoặc
truyền dữ liệu, Với quan điểm mạng, thuật ngữ chất lượng dịch vụ là các cơ chế,
công cụ đảm bảo cho các mức dịch vụ khác nhau thỏa mãn các tiêu chuẩn như độ tin
cậy, tính bảo mật cao, băng thông đủ lớn với thời gian trễ cần thiết cho một ứng dụng
đặc biệt nào đó.
Thông thường, mạng thường phải truyền tải nhiều loại gói tin với các yêu cầu về
hiệu năng là khác nhau. Có thể loại gói tin đó là rất quan trọng trong dịch vụ này
nhưng lại không quá quan trọng trong dịch vụ khác. Vì thế một cơ chế đảm bảo chất
lượng dịch vụ được triển khai trong một mạng phải xem xét đến sự xung đột các yêu
cầu về hiệu năng và cân bằng các yếu tố khác nhau để đạt được sự kết hợp tốt nhất
giữa chúng.
1.2.3 Yêu cầu QoS cho truyền thông đa phương tiện

Ban đầu khi xây dựng mạng Internet, yêu cầu chất lượng dịch vụ cho các ứng dụng
chưa được chú trọng. Vì vậy toàn bộ hệ thống mạng Internet bấy giờ hoạt động dựa
trên nguyên tắc “cố gắng tối đa” – best effort. Thời kỳ đó, trong các gói tin IP người ta
sử dụng 4 bits để mô tả loại dịch vụ và 3 bits để cung cấp khả năng xử lý ưu tiên cho
các gói tin. Chúng không đủ để đáp ứng đủ các yêu cầu của hệ thống Internet ngày nay
với các dịch vụ phát triển mạnh như âm thanh, hình ảnh, đa phương tiện,… Có rất
nhiều vấn đề có thể xảy ra đối với các gói tin khi chúng di chuyển từ nguồn đến đích
như:
− Trễ (delay): do routers phải tìm kiếm trong bảng định tuyến, do thời gian gói tin
truyền trên đường truyền.
− Biến thiên độ trễ (jitter): chủ yếu do các gói tin phải chờ ở bộ đệm của các router
để được chuyển tiếp hoặc phải phát lại do bị mất. Các dữ liệu dạng audio bị ảnh hưởng
nhiều bởi vấn đề này.
− Mất gói tin (loss packets): chủ yếu do tắc nghẽn trong mạng.
Chất lượng truyền tải qua mạng sẽ bị ảnh hưởng xấu do tác động của các yếu tố
chủ yếu nêu trên.
Từ góc nhìn của các dịch vụ vận chuyển đầu cuối - đầu cuối, tỷ lệ tổn thất gói tin
tổng cộng bao gồm tỷ lệ tổn thất trên mạng và tỷ lệ tổn thất do hủy gói tại bộ đệm bên
nhận do gói tin đến trễ quá giới hạn chấp nhận được. Độ trễ tổng quát bao gồm trễ
truyền qua mạng và trễ bộ đệm, gây nên do thời gian lưu gói tin tại bộ đệm chờ được
tái tạo (tại bên nhận). Ngoài tỷ lệ tổn thất gói tin và độ trễ tổng quát, chất lượng tín