Báo cáo môn Mạng truyền số liệu Quality of Service

Quality of Service
Bùi Thế Khang
Nguyễn Thị Hương
Đỗ Văn Mạnh
Hà Nội, Ngày
08/07/2011
Khái niệm QoS

QoS trong mạng IP là các kỹ thuật xử lý lưu lượng trong mạng sử dụng bộ giao
thức IP nhằm đảm bảo các loại lưu lượng có yêu cầu chất lượng dịch vụ khác
nhau được đối xử ưu tiên khác nhau.

Ví dụ trong một mạng IP có hai ứng dụng là truyền file FTP và dịch vụ gọi
điện thoại VoIP. Ứng dụng VoIP đòi hỏi việc truyền dữ liệu phải liên tục, độ
trễ thấp (thời gian thực), còn ứng dụng FTP không yêu cầu cao về độ trễ, miễn
là truyền đủ và chính xác nội dung dữ liệu. Vì vậy với dịch vụ VoIP phải có độ
ưu tiên đường truyền cao hơn, thậm chí thông suốt kể cả khi mạng bị nghẽn so
với dịch vụ truyền file FTP, hệ thống mạng như vậy được gọi là có cam kết
chất lượng dịch vụ gọi tắt là QoS.
Các tham số chính của QoS

Tỷ lệ mất gói:
Tham số này cho biết tỷ lệ phần trăm số gói IP bị mất trên tổng số toàn
bộ số gói IP đầu gửi đã chuyển vào mạng cho phía đầu nhận.

Độ trễ gói
Tham số này cho biết khoảng thời gian gói IP được chuyển từ đầu gửi
đến đầu nhận.

Độ biến thiên trễ (jitter)
Tham số này cho biết sự dao động về độ lớn của độ trễ gói.


Khả năng đáp ứng của dịch vụ
Tham số này cho biết xác suất sử dụng thành công dịch vụ.
Phân loại lưu lượng trong QoS
1. Phân loại lưu lượng ở mức lớp mạng

Để sắp xếp các luồng dữ liệu IP thành các lớp khác nhau nhằm phục vụ
cho các chính sách QoS khác nhau, chúng ta sử dụng 3 bit đầu tiên trong
trường loại dịch vụ (Service Type - ToS) trong phần mào đầu của gói dữ
liệu IP. 3 bit này được gọi là trường IP Precedence và có giá trị mặc định
là 0.

Trường IP Precedence bằng 0 có nghĩa là gói tin này sẽ được truyền theo
kiểu không có cam kết QoS (Best Effort). 7 giá trị còn lại của trường IP
Precedence dùng để phân chia lưu lượng IP thành 7 lớp dịch vụ có thứ tư
ưu tiên tăng dần.
Phân loại lưu lượng trong QoS
1. Phân loại lưu lượng ở mức lớp mạng
Phân loại lưu lượng trong QoS
2. Phân loại lưu lượng ở mức lớp liên kết dữ liệu

Trong phần mào đầu của khung dữ liệu ở lớp liên kết dữ liệu không có
trường nào phục vụ cho việc phân lớp lưu lượng. Tuy nhiên ta có thể phân
lưu lượng dựa vào việc chèn thêm các thẻ định danh VLAN gọi là tag theo
giao thức 802.1Q/p.

Mỗi tag gồm 4 byte trong đó trường CoS gồm 3 bit được dùng để phân lớp
lưu lượng. Như vậy tại mức liên kết dữ liệu chúng ta cũng có thể phân chia
lưu lượng thành 8 lớp với các mức ưu tiên tăng dần tương tự như khi sử
dụng IP Precedence tại lớp mạng của gói tin IP.

Phân loại lưu lượng trong QoS
2. Phân loại lưu lượng ở mức lớp liên kết dữ liệu
Các giải pháp QoS

Cấu trúc Best-Effort:
Dữ liệu đi vào mạng đều tuân theo quy tắc FIFO. Không có sự đối xử nào của
QoS đối với dữ liệu

Cấu trúc Guaranteed Services:
Dữ liệu đi qua mạng được dành riêng 1 băng thông chắc chắn cho dữ liệu.
Thực hiện thông qua cơ chế RSVP và CBWFQ của QoS.

Cấu trúc Differentiated Services:
Dữ liệu đi vào mạng được phân loại thành các lớp khác nhau để phân loại cách
đối xử của mạng đối với dữ liệu. Thực hiện thông qua các tool QoS là PQ,
CQ, WFQ và WRED.
Các giải pháp điều khiển QoS
1. Điều khiển lưu lượng vào (Admission Control)
A. Giải thuật thùng đựng thẻ

Mỗi thẻ được đưa vào thùng với tốc độ 1/r giây.

Thùng chỉ có thể chứa tối đa b thẻ.

Một thẻ sẽ bị huỷ bỏ nếu khi thẻ đến gặp lúc thùng đầy.

Khi một gói tin n byte truyền đến, n thẻ sẽ được loại khỏi thùng, sau đó gói tin sẽ được truyền
qua.

Nếu số thẻ còn trong thùng nhỏ hơn n, gói tin sẽ không được truyền và được gọi là không

đúng điều kiện (non-conformant), thẻ cũng sẽ không bị loại khỏi thùng.
Giải thuật cho phép tốc độ đỉnh tối đa b byte, nhưng tốc độ truyền gói tin của hệ thống bị
giới hạn ở tốc độ r. Các gói tin không đúng điều kiện có thể được xử lý theo các cách
sau:

Có thể bị huỷ

Có thể được xếp hàng và chờ cho đến khi đủ thẻ trong thùng

Có thể được truyền qua, nhưng được đánh dấu là không đúng điều kiện, và có thể bị huỷ nếu
hệ thống mạng trong tình trạng quá tải.
Các giải pháp điều khiển QoS
1. Điều khiển lưu lượng vào (Admission Control)
A. Giải thuật thùng đựng thẻ



=>
Các giải pháp điều khiển QoS
1. Điều khiển lưu lượng vào (Admission Control)
B. Giải thuật CAR

CAR (Committed Access Rate) bao gồm điều khiển lưu lượng theo luồng và phân lớp các
luồng dựa trên TOS, địa chỉ IP nguồn, đích, giao thức, chỉ số cổng. Giải thuật CAR được trình
bày như sau:
Dựa vào các điều kiện như IP precedence,DSCP ,CoS
Lưu lượng được chia thành các lớp khác nhau để xử lý
Sử dụng giải thuật thùng thẻ để thực hiện việc tính toán
tốc độ luồng dữ liệu
Một chính sách là tổ hợp của nhiều yếu tố bao gồm :


Các lớp lưu lượng tuân theo profile và không tuân theo
profile được CAR xử lý khác nhau.

Tốc độ cam kết trung bình xác định tốc độ truyền trung bình.

Kích thước đỉnh quá mức.

Một tác động là cách đối xử khác nhau giữa các luồng
dữ liệu tuân theo và không tuân theo profile.
Các giải pháp điều khiển QoS
2. Phân phối lưu lượng ra (Scheduling Algorithms)

Cơ sở của việc phân phối lưu lượng ra là cấu trúc hàng đợi. Bộ phân phối lưu lượng quyết
định trật tự ra khỏi hàng của các phần tử trong hàng đợi, vì vậy chúng liên quan đến việc cấp
phát tài nguyên trong các bộ chuyển mạch và định tuyến, mô hình tổng quát của bộ phân phối
lưu lượng ra như trong hình sau:
Các giải pháp điều khiển QoS
2. Phân phối lưu lượng ra (Scheduling Algorithms)
Các thành phần của các giải thuật phân phối lưu lượng ra

Băng thông – dành để truyền gói tin.

Độ ưu tiên – xác định thời điểm truyền các gói tin.

Không gian bộ đệm – nơi huỷ gói tin tại cổng ra.
Các giải thuật phân phối lưu lượng ra

Hàng đợi FIFO


Hàng đợi ưu tiên PQ

Hàng đợi trọng số công bằng WFQ
Các giải pháp điều khiển QoS
2. Phân phối lưu lượng ra (Scheduling Algorithms)
A. Giải thuật hàng đợi FIFO

Hàng đợi FIFO không có sự phân loại vì tất cả các gói được thuộc về cùng một lớp. Một bộ
định tuyến hay bộ chuyển mạch cần các hàng đợi xuất để giữ các gói trong khi chờ bộ giao
tiếp sẵn sàng gửi gói.

Hàng đợi FIFO sử dụng một hàng đợi đơn cho bộ giao tiếp. Vì chỉ có một hàng đợi nên không
cần phân lớp để quyết định khi gói đi vào. Và cũng không cần lập lịch ban đầu để cho hàng
đợi lấy gói tiếp theo. Chỉ quan tâm đến cách cấu hình chiều dài hàng đợi FIFO tránh tác động
đến độ trễ và mất gói.

Hàng đợi FIFO sử dụng kỹ thuật hủy gói cuối hàng đợi để quyết định khi nào bỏ gói hay cho
gói vào hàng đợi. Nếu cấu hình một hàng đợi dài hơn, nhiều gói có thể đặt trong hàng đợi,
nghĩa là hàng đợi ít khả năng đầy. Nếu không gian hàng đợi còn trống nhiều thì gói ít bị mất.
Với hàng đợi dài độ trễ và độ biến động trễ của gói tăng. Với hàng đợi ngắn sẽ đầy nhanh
chóng, lúc này các gói mới sẽ bị hủy bỏ.
Các giải pháp điều khiển QoS
2. Phân phối lưu lượng ra (Scheduling Algorithms)
B. Giải thuật hàng đợi ưu tiên PQ

Tính năng đặc biệt của PQ là ở bộ lập lịch. PQ lập lịch lưu lượng đảm bảo hàng đợi ưu tiên
luôn được phục vụ trước. Với 4 mức ưu tiên: cao, trung bình, bình thường, và thấp.

Nếu hàng đợi ưu tiên cao luôn có một gói đang chờ, bộ lập lịch luôn luôn lấy các gói trong
hàng đợi ưu tiên cao. Nếu hàng đợi ưu tiên cao không có gói nào đang chờ nhưng có trong

hàng đơi ưu tiên trung bình, một gói trong hàng đợi này sẽ được lấy và tiến trình cứ như thế
tiếp tục.

Các gói trong hàng đợi ưu tiên cao có thể đạt 100% băng thông liên kết, với độ trì hoãn nhỏ
và độ biến động trễ nhỏ.

PQ phân lớp các gói dựa trên nội dung của các tiêu đề. Nó sử dụng tối đa 4 hàng đợi. Chỉ áp
dụng chính sách hủy gói cuối hàng đợi, mặt khác sau khi phân lớp các gói, nếu hàng đợi
tương ứng đầy, các gói bị bỏ. Mặt khác, chiều dài mỗi hàng đợi là nguyên nhân ảnh hưởng
đến độ trễ và mất gói.
Các giải pháp điều khiển QoS
2. Phân phối lưu lượng ra (Scheduling Algorithms)
C. Giải thuật hàng đợi trọng số công bằng WFQ

Hàng đợi WFQ có 2 mục đích chính.

Thứ nhất là cung cấp tính công bằng giữa các luồng đang tồn tại. WFQ cung cấp mỗi luồng
một lượng băng thông bằng nhau.

Thứ 2 của bộ lập lịch là cung cấp nhiều băng thông hơn đến các luồng với giá trị ưu tiên IP
cao hơn. Độ ưu tiên của luồng ưu tiên cao gọi là “trọng số” (weighted) và trọng số căn cứ cho
độ ưu tiên.

Nếu bỏ qua vấn đề ưu tiên, các luồng có dung lượng thấp nhận các dịch vụ tốt hơn các luồng
có dung lượng cao. Các luồng ưu tiên cao nhận các dịch vụ tốt hơn các luồng ưu tiên thấp.
Nếu luồng có dung lượng thấp nhận giá trị ưu tiên cao; tính chất mất gói, biến động trễn, độ
trễ và băng thông cải thiện nhiều hơn. Trong một mạng, vị trí nhạy cảm với độ trễ nhất là vị trí
có lưu lượng dung lượng thấp. WFQ là một giải pháp tốt cho tình huống này.
Kết luận


Sự ra đời các giao thức chất lượng dịch vụ QoS cung cấp cho mạng các
tính năng giúp mạng có thể phân biệt được các lưu lượng có đòi hỏi thời
gian thực với các lưu lượng có độ trễ, mất mát hay độ biến động trễ (jitter).

Băng thông sẽ được quản lý và sử dụng hiệu quả để có thể đáp ứng những
yêu cầu về chất lượng của các luồng lưu lượng. Mục tiêu của QoS là cung
cấp một số mức dự báo và điều khiển lưu lượng.

Các yếu tố QoS có thể giải quyết các vấn đề về độ Jitter, đặc biệt các yếu
tố hàng đợi có hàng đợi ưu tiên cho các gói cần độ jitter thấp.

Việc cải thiện một đặc trưng QoS này có thể gây suy giảm đặc trưng khác.
17/10/14
MBA Trần Việt Dũng 18