Giải pháp đảm bảo chất lượng dịch vụ trên mạng IP, đánh giá và so sánh hiệu quả đảm bảo QoS của Diffserv và Intserv

4
MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 2
LỜI CẢM ƠN 3
MỤC LỤC 4
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT 6
DANH MỤC CÁC BẢNG 8
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 9
MỞ ĐẦU 11
Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ 13
1.1 CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ (QoS) VÀ CÁC THAM SỐ QoS 13
1.1.1 Giới thiệu chung về QoS 13
1.1.2 Các thành phần thực hiện QoS 17
1.1.3 Các tham số QoS đặc trƣng 20
1.2 CÁC YÊU CẦU ĐẢM BẢO CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ 22
1.3 CÁC VẤN ĐỀ ĐẢM BẢO QoS 23
1.3.1 Cung cấp QoS 24
1.3.2 Điều khiển QoS 24
1.3.3 Quản lý QoS 25
Chƣơng 2 ĐẢM BẢO CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ CHO MẠNG IP 26
2.1 GIAO THỨC LIÊN MẠNG (IP – INTERNET PROTOCOL) 26
2.1.1 Phần tiêu đề gói IP 27
2.1.2 Địa chỉ IP 28
2.1.3 Các giao thức định tuyến 29
2.1.4 Các cơ chế truyền tải 30
2.2 TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ CHO MẠNG IP (QoS IP) 30
2.2.1 Lịch sử phát triển các mô hình QoS IP 30
2.2.2 Các tham số cơ bản ảnh hƣởng tới QoS IP thực tế 32
2.3 CÁC CHỨC NĂNG CHUNG CỦA QoS IP 35

2.4 CÁC KỸ THUẬT ĐẢM BẢO QoS IP 38
2.4.1 Kỹ thuật đo lƣu lƣợng và màu hóa lƣu lƣợng 38
2.4.2 Kỹ thuật quản lý hàng đợi tích cực 42
2.4.3 Kỹ thuật lập lịch cho gói tin 43
2.4.4 Kỹ thuật cắt lƣu lƣợng 46
2.5 KẾT LUẬN 48
Chƣơng 3: MỘT SỐ MÔ HÌNH ĐẢM BẢO QoS IP 49
3.1 MÔ HÌNH DỊCH VỤ TÍCH HỢP - INTSERV 49

5
3.1.1 Giới thiệu chung 49
3.1.2 Giao thức dành trƣớc tài nguyên RSVP 53
3.2 MÔ HÌNH DỊCH VỤ PHÂN BIỆT - DIFFSERV 60
3.2.1 Tổng quan về mô hình DiffServ 60
3.2.2 Miền dịch vụ phân biệt và điểm mã dịch vụ phân biệt 62
3.2.4 Xử lý gói tin trong DiffServ 64
3.3 KHUYẾN NGHỊ TRIỂN KHAI QoS TRÊN MẠNG IP 69
3.4 KẾT LUẬN 69
Chƣơng 4 ĐÁNH GIÁ MÔ HÌNH ĐẢM BẢO QoS IP QUA MÔ PHỎNG 70
4.1 ĐÁNH GIÁ CHUNG 70
4.2 MÔ PHỎNG VÀ KIỂM TRA QoS 71
4.2.1 Tổng quan chƣơng trình mô phỏng mạng NS2 71
4.2.2 Mô phỏng mô hình DiffServ 75
KẾT LUẬN 84
TÀI LIỆU THAM KHẢO 85

6
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

Viết tắt
Tiếng Anh
Tiếng Việt
AF
AL
AQM
ATM
ACS
AF
BA
BB
BE
B-ISDN
CBR
CBS
CIR
CoS
CR
DiffServ
DLL
DS
DSCP

ECN
EF
ER
ETSI

FIFO
FLOWSPEC
FQ
FSI
GoS
GS
IETF
IntServ
IPLR
IPTD
IPER
ISO
Assured Forwarding
Application Layer
Active Queue Management
Asychronous Transfer Mode
Access Control System
Assured Forward
Behavior Aggressive
Bandwith Broker
Best-Effort
Broadband ISDN
Constant Bit Rate
Committed Burst Size
Committed Information Rate

Class of Service
Core Router
Differentiated Services
Data Link Layer
Differentiated Server
Differentiated Services Code Point
Explicit Congestion Notification
Expedited Forwarding
Edge Router
European Telecommunications
Standards Institute
First In First Out
Flow Specification
Fair Queueing
Flow State Information
Grade of Sevice
Guaranteed Service
Internet Engineering Task Force
Intergrated Service
IP Loss Rate
IP Packet Transfer Delay
IP Error Rate
International Standard Organization
Chuyển tiếp đảm bảo
Tầng ứng dụng
Quản lý hàng đợi tích cực
Chế độ truyền tải không đồng bộ
Hệ thống điều khiển truy nhập
Chuyển tiếp đảm bảo
Kết hợp hành vi

Phân bổ băng thông
Cố gắng tối đa
Mạng tích hợp đa dịch vụ băng rộng
Tốc độ bit cố định
Kích thƣớc bùng nổ cam kết
Tốc độ thông tin cam kết
Lớp dịch vụ
Bộ định tuyến lõi
Dịch vụ phân biệt
Tầng liên kết dữ liệu
Server phân biệt
Điểm mã dịch vụ phân biệt
Thông báo tắc nghẽn tƣờng minh
Chuyển tiếp nhanh
Bộ định tuyến biên
Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu

Vào trƣớc ra trƣớc
Đặc tả luồng
Hàng đợi công bằng
Thông tin trạng thái luồng
Cấp độ dịch vụ
Dịch vụ đảm bảo
Uỷ ban thực thi kỹ thuật Internet
Dịch vụ tích hợp
Tỷ lệ mất gói IP
Trễ truyền tải gói tin IP
Tỷ lệ lỗi gói tin IP
Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế

7
IPv4
IPv6
ITU-T
MF
MPLS
NL
NNI
NP
PBS
PHB
PIR
PQ
QoS
RA
RED
RFC
RSVP
SACP
SE
SLA
SNMP
srTCM
TCA
TL
ToS
trTCM
UBR
UNI
VBR

VoIP
VPN
WF
WFQ
WRED
WRR
Internet Protocol version 4
Internet Protocol version 6
International Telecommunication Union
Multi Fields
MultiProtocol Label Switching
Network Layer
Network Node Interface
Net Performance
Packet Burst Size
Per-Hop forwarding Behaviour
Peak Information Rate
Priority Queueing
Quality of Service
Resource Allocation
Random Early Detection and Discard
Request For Comments
Resource Reservation Protocol
Simple Acceptance Control Protocol
Shared Explicit
Service Level Argreement
Simple Network Management Protocol
Single rate Three Color Marker
Traffic Conditioning Agreement
Transmission Layer

Type of Service
Two rate Three Color Marker
Undefined Bit rate
User Network Interface
Variable Bit Rate
Voice over IP
Virtual Private Network
Wildcard Filter
Weighted Fair Queueing
Weighted Random Early Discarding
Weighted Round Robin
Giao thức Internet phiên bản 4
Giao thức Internet phiên bản 6
Hiệp hội viễn thông quốc tế
Đa trƣờng
Chuyển mạch nhãn đa giao thức
Tầng mạng
Giao diện nút mạng
Hiệu năng mạng
Kích thƣớc bùng nổ gói
Hành vi chuyển tiếp theo từng chặng
Tốc độ thông tin đỉnh
Hàng đợi ƣu tiên
Chất lƣợng dịch vụ
Cấp phát tài nguyên
Phát hiện và loại bỏ sớm ngẫu nhiên
Các yêu cầu cần trả lời
Giao thức dành trƣớc tài nguyên
Giao thức điều khiển chấp nhận đơn giản
Chia sẻ tƣờng minh

Thoả thuận mức dịch vụ
Giao thức quản lý mạng đơn giản
Bộ đánh dấu 3 màu tốc độ đơn
Thoả thuận điều kiện lƣu lƣợng
Tầng truyền dẫn
Kiểu dịch vụ
Bộ đánh dấu 3 màu hai tốc độ
Tốc độ bit không xác định
Giao diện ngƣời dùng mạng
Tốc độ bit thay đổi
Thoại qua IP
Mạng riêng ảo
Bộ lọc Wildcard
Hàng đợi công bằng theo trọng số
Loại bỏ sớm ngẫu nhiên theo trọng số
Quay vòng theo trọng số






8
DANH MỤC CÁC BẢNG

Tên bảng
Trang

Bảng 1.1. Các đặc tính phân lớp QoS cho mạng IP theo ITU-T 22
Bảng 1.2. Phân lớp QoS theo quan điểm của ETSI 22

Bảng 1.3. Các vùng dịch vụ của B-ISDN 23
Bảng 1.4. Phân vùng dịch vụ theo diễn đàn ATM 23
Bảng 3.1: Các kiểu dành trƣớc tài nguyên 54
Bảng 3.2. Các bit sử dụng cho điều khiển chia sẻ 57
Bảng 3.3. Các bít sử dụng cho điều khiển lựa chọn máy gửi 57
Bảng 3.4. Các tham số của các đối tƣợng CL khác nhau 59
Bảng 3.5. Các tham số của dịch vụ cam kết Rspec 59
Bảng 3.6. Các khối điểm mã dịch vụ phân biệt DSCP 63
Bảng 3.7. Chi tiết các phân lớp chuyển tiếp đảm bảo AF PHB 66
Bảng 4.1. So sánh mô hình IntServ và DiffServ 71

9
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Tên hình
Trang

Hình 1.1. Mô hình QoS tổng quát 13
Hình 1.2. Kiến trúc cơ bản của QoS 14
Hình 1.3. Các mức của chất lƣợng dịch vụ đầu cuối-đầu cuối 15
Hình 1.4. Các đặc điểm cơ bản của chất lƣợng dịch vụ 16
Hình 1.5. Hàng đợi vào trƣớc ra trƣớc trong router 18
Hình 1.6. Classify, Queue và Schedule trong router 19
Hình 1.7. Cơ chế traffic shaping trong router 19
Hình 1.8. Các thành phần trong cơ cấu đảm bảo chất lƣợng dịch vụ 24
Hình 2.1. Chồng giao thức TCP/IP 26
Hình 2.2. Khuôn dạng phần tiêu đề gói IP 27
Hình 2.3. Các lớp địa chỉ IP 29
Hình 2.4. Các bƣớc phát triển của mô hình QoS [12]. 30
Hình 2.5. Dịch vụ Intserv và dịch vụ Diffserv [19]. 31
Hình 2.6. Băng thông khả dụng 33
Hình 2.7. Trễ tích lũy từ đầu cuối tới đầu cuối 34
Hình 2.8. Trễ xử lý và hàng đợi 34
Hình 2.9. Mất gói vì hiện tƣợng tràn bộ đệm đầu ra 35
Hình 2.10. Các chức năng đảm bảo QoS của bộ định tuyến IP 36
Hình 2.11. Phƣơng pháp phân loại gói đa trƣờng chức năng 36
Hình 2.12. Phƣơng pháp phân loại gói theo kết hợp hành vi 37
Hình 2.13. Khoảng thời gian CBS trong CIR của tốc độ lƣu lƣợng đầu vào đơn 39
Hình 2.14. Chế độ mù màu srTCM với gáo C và gáo E 39
Hình 2.15. Chế độ hoạt động rõ màu srTCM 40
Hình 2.16. Gáo rò C, P và chế độ hoạt động mù màu của trTCM 41

Hình 2.17. Chế độ hoạt động rõ màu của trTCM 41
Hình 2.18. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của RED 42
Hình 2.19. Hoạt động thông báo tắc nghẽn tƣờng minh ECN 43
Hình 2.20. Hàng đợi ƣu tiên PQ 44
Hình 2.21. Hàng đợi cân bằng FQ 45
Hình 2.22. Hàng đợi quay vòng theo trọng số WRR 45
Hình 2.23: Chia cắt lƣu lƣợng thuần 47
Hình 2.24: Chia cắt lƣu lƣợng bùng nổ kiểu gáo rò 47
Hình 3.1. Mô hình dịch vụ tích hợp IntServ 50

10
Hình 3.2. Cấu trúc mạng IntServ 54
Hình 3.3. Khuôn dạng bản tin RSVP và tiêu đề chung RSVP 55
Hình 3.4. Khuôn dạng bản tin đối tƣợng RSVP 56
Hình 3.5. Khuôn dạng đối tƣợng kiểu 56
Hình 3.6. Cấu trúc bản tin Path và Resv trong RSVP 57
Hình 3.7. Tổng quan mô hình DiffServ 60
Hình 3.8. Mô hình DiffServ tại biên và lõi của mạng 61
Hình 3.9. Mô hình các bƣớc dịch vụ phân biệt DiffServ 62
Hình 3.10. Miền dịch vụ phân biệt DS 63
Hình 3.11. Cấu trúc của trƣờng phân biệt dịch vụ DS 63
Hình 3.12. Hoạt động của BB 64
Hình 3.13. Xử lý chuyển tiếp nhanh EF PHB 65
Hình 3.14. Các phân lớp AF PHB 66
Hình 3.15. Cấu trúc của byte TOS 67
Hình 4.1. Mô hình NS2 đơn giản 72
Hình 4.2. Tƣơng ứng C++ và Otcl 72
Hình 4.3. Kiến trúc của NS 73
Hình 4.4. Sơ đồ hoạt động của NS2 73
Hình 4.5. Các trƣờng của tệp bám vết 74

Hình 4.6. Mô hình khảo sát 81
Hình 4.7. Đồ thị mô tả mất gói trong khoảng thời gian 120s 82
Hình 4.8. Đồ thị mô tả thông lƣợng trong khoảng thời gian 120s Error! Bookmark
not defined.
Hình 4.9. Độ trễ hàng đợi của lớp lƣu lƣợng Error! Bookmark not defined.














11
MỞ ĐẦU

1. CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
Ngày nay, với sự bùng nổ của Internet, việc kết nối và sử dụng Internet ngày
càng đa dạng, phong phú, chính vì vậy tầm quan trọng của việc đảm bảo chất lƣợng
dịch vụ (QoS) ngày càng tăng. Với sự ra đời của các nhà cung cấp dịch vụ Internet
(ISP), việc ổn định “chất lƣợng của Internet” cần phải đƣợc đảm bảo. Điều đó có
nghĩa là các nhà cung cấp Internet tạo ra cho ngƣời dùng những dịch vụ đa dạng,
phong phú và cốt yếu là phải đảm bảo chất lƣợng dịch vụ đó.
Mạng Internet hiện nay cung cấp dịch vụ trên cơ sở phục vụ theo khả năng tối

đa (best - effort), tức là không có bất cứ một cam kết nào đƣợc đƣa ra từ phía nhà khai
thác về chất lƣợng dịch vụ. Thay vào đó, tùy thuộc vào trạng thái cụ thể của mạng,
mạng chủ sẽ thực hiện những khả năng tốt nhất của mình để phục vụ lƣu lƣợng cho
dịch vụ [9]. Đây là nguyên nhân chủ yếu thúc đẩy nghiên cứu mạnh mẽ về QoS trên
nền mạng IP trong những năm gần đây.
Chất lƣợng dịch vụ là một thành phần quan trọng của các mạng gói đa dịch vụ.
Vấn đề chất lƣợng dịch vụ và đánh giá chất lƣợng dịch vụ luôn là vấn đề đóng vai trò
quan trọng đối với tất cả các loại hình dịch vụ viễn thông. Mỗi loại hình dịch vụ sẽ
quan tâm tới QoS ở những khía cạnh khác nhau.
Việc tích hợp nhiều ứng dụng với các yêu cầu về QoS khác nhau đòi hỏi phải
có một mô hình đảm bảo QoS cho các dịch vụ này. Hƣớng tiếp cận QoS theo mô hình
IntServ và DiffServ rất phù hợp với mạng gói IP [18]. Công nghệ IP và các ứng dụng
của nó đã và đang tạo ra nhiều cơ hội và thách thức mới cho các nhà cung cấp dịch vụ
viễn thông.
Từ tính cấp thiết nêu trên, chúng tôi chọn đề tài “Giải pháp đảm bảo chất
lượng dịch vụ (QoS) trên mạng IP, đánh giá và so sánh hiệu quả đảm bảo QoS của
DiffServ và IntServ”. Luận văn sẽ đi sâu tìm hiểu những kiến thức cơ bản về chất
lƣợng dịch vụ trên nền mạng IP nhƣ đặc điểm kỹ thuật, phân tích và đánh giá chất
lƣợng cho mạng IP qua mô hình IntServ và DiffServ; việc triển khai, hỗ trợ chất lƣợng
dịch vụ trên nền mạng IP.
2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
Luận văn tập trung nghiên cứu những vấn đề sau:
- Tập trung nghiên cứu về đảm bảo chất lƣợng dịch vụ trên mạng IP.
- Phân tích, đánh giá hai mô hình IntServ và Diffserv đối với QoS IP.
- Sử dụng công cụ NS2 mô phỏng mô hình đảm bảo QoS: IntServ và
DiffServ, từ đó đƣa ra giải pháp cho việc đảm bảo chất lƣợng dịch vụ trên
nền mạng IP.

12
3. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Đề tài tập trung nghiên cứu lý thuyết về đảm bảo chất lƣợng dịch vụ. Các mô
hình và cơ chế đảm bảo QoS trên nền mạng IP.
Đánh giá và so sánh hiệu năng của 2 mô hình Intserv và DiffServ qua việc sử
dụng công cụ mô phỏng NS2.
4. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Thực hiện nghiên cứu lý thuyết về các kiến trúc QoS.
Phân tích và đánh giá qua mô phỏng.
5. CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN
Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn gồm 4 chƣơng:
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ
Các vấn đề và yêu cầu đảm bảo chất lƣợng dịch vụ:
a) Khái niệm về QoS và những yếu tố liên quan: tham số và phƣơng thức
đánh giá chất lƣợng dịch vụ mạng.
b) Với các dịch vụ trên nền mạng IP, những tham số đặc trƣng khách quan đƣợc
chuẩn hóa qua các tham số nhƣ tỷ lệ mất gói, độ trễ gói, độ biến thiên trễ,
c) Các thông số QoS: Khi xem xét đến đảm bảo chất lƣợng cho một dịch
vụ trên nền mạng IP, cần định nghĩa cụ thể tập hợp những tham số QoS
khách quan phải đƣợc quan tâm cùng với mô hình phù hợp cho sự ràng
buộc của các tham số đó.
Chương 2 ĐẢM BẢO CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ CHO MẠNG IP
 Khái quát về mạng IP, các loại mạng, các giao thức liên mạng và định
tuyến, các cơ chế truyền tải trong mạng IP. Nghiên cứu các yếu tố chính có
ảnh hƣởng tới mạng IP.
 Tìm hiểu lịch sử phát triển QoS IP cùng với các tham số ảnh hƣởng trực tiếp
tới QoS IP trên thực tế.
 Các kỹ thuật và công nghệ đảm bảo QoS IP: quản lý hàng đợi, lƣu lƣợng,
lập lịch cho gói tin.
Chương 3 MỘT SỐ MÔ HÌNH ĐẢM BẢO QoS IP
 Đi sâu nghiên cứu mô hình hỗ trợ chất lƣợng dịch vụ trong mạng IP, so sánh
lợi thế của mỗi mô hình dịch vụ đối với mạng IP.

 Nghiên cứu và rút ra những giải pháp của hai mô hình IntServ và DiffServ.
Chương 4 ĐÁNH GIÁ MÔ HÌNH ĐẢM BẢO QoS IP QUA MÔ PHỎNG
 Đánh giá chung về DiffServ và IntServ, rút ra ƣu – nhƣợc điểm của hai mô
hình trong thực tế
 Luận văn thực hiện mô phỏng bằng NS2 nhằm đánh giá mô hình đảm bảo
QoS trên mạng IP.

13
Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ

1.1 CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ (QoS) VÀ CÁC THAM SỐ QoS
1.1.1 Giới thiệu chung về QoS
Chất lƣợng dịch vụ (Quality of Service – QoS) là một khái niệm rộng và đƣợc
tiếp cận theo nhiều hƣớng khác nhau, QoS liên quan tới khả năng cung cấp các dịch vụ
tốt hơn của một mạng đối với một lƣu lƣợng mạng đã chọn với những công nghệ khác
nhau bao gồm Frame Relay, ATM, Ethernet và các mạng 802.1, SONET, IP.
Chất lƣợng đƣợc định nghĩa trong ISO 9000 là “cấp độ của một tập các đặc
tính vốn có đáp ứng đầy đủ các yêu cầu”. Theo khuyến nghị E800 ITU-T, chất lƣợng
dịch vụ là “Một tập các khía cạnh của hiệu năng dịch vụ nhằm xác định cấp độ thỏa
mãn của người sử dụng đối với dịch vụ”. Trong khi IETF [ETSI - TR102] nhìn nhận
QoS là khả năng phân biệt luồng lƣu lƣợng để mạng có các ứng xử phân biệt đối với
các kiểu luồng lƣu lƣợng, QoS bao trùm cả phân loại hóa dịch vụ và hiệu năng tổng
thể của mạng cho mỗi loại dịch vụ [10].
Cho đến nay vẫn chƣa thực sự có một khái niệm hoàn chỉnh về chất lƣợng dịch
vụ, mặc dù vậy ta có thể hiểu chất lƣợng dịch vụ là điều kiện để việc cung cấp dịch vụ
truyền dữ liệu trên mạng phù hợp với các ứng dụng và đảm bảo sự nhận biết của
người dùng. Chất lƣợng dịch vụ bao gồm tập hợp các tiêu chí đặc trƣng cho yêu cầu
của từng loại lƣu lƣợng cụ thể trên mạng nhƣ độ trễ, jitter (sự thay đổi độ trễ), tỉ lệ
mất gói,…[16]. Các tiêu chí trên có liên quan chặt chẽ tới băng thông dành cho lƣu
lƣợng đó .

Hình vẽ sau đây biểu diễn một mô hình QoS tổng quát:

` `
APAP
QoS
Mạng
Mạng
NP
NP
NP

Hình 1.1. Mô hình QoS tổng quát
Trong hình vẽ, NP (Net Performance) là năng lực và hiệu quả của một mạng cụ
thể. Nó bao gồm khả năng ứng xử, tính hiệu quả của mạng và chất lƣợng phục vụ mà
mạng cung cấp. AP (Access Point) là điểm truy nhập mạng.

Việc thực hiện đảm bảo chất lƣợng dịch vụ bao gồm ba thành tố cơ bản sau:

14
 Các cơ chế đảm bảo chất lƣợng dịch vụ tại các nút mạng: thuật toán hàng đợi
(queuing), cơ chế định hình lƣu lƣợng (traffic shapping), các cơ chế tối ƣu hóa
đƣờng truyền, các thuật toán dự đoán và tránh tắc nghẽn…
 Phƣơng thức báo hiệu QoS giữa các nút mạng để phối hợp hoạt động đảm bảo
chất lƣợng dịch vụ từ đầu cuối tới đầu cuối
 Chính sách QoS và các chức năng tính cƣớc, quản lý để điều khiển và phân
phát QoS cho các lƣu lƣợng đi qua mạng

Hình 1.2. Kiến trúc cơ bản của QoS
Xét từ đầu cuối đến đầu cuối, chất lƣợng dịch vụ đƣợc chia ra một số loại sau:
 Best-Effort Service: Mô hình dịch vụ “tối đa”, có nghĩa là mạng sẽ khai thác
hết khả năng trong giới hạn cho phép, nhƣng không đảm bảo độ trễ và mất
mát dữ liệu. Vì vậy, khi có nhiều luồng lƣu lƣợng truyền đi trong mạng và
vƣợt quá khả năng của mạng, dịch vụ không bị từ chối nhƣng chất lƣợng
dịch vụ giảm: thời gian trễ tăng, tốc độ giảm và mất dữ liệu. Với Best-Effort,
dữ liệu đi vào mạng đều tuân theo quy tắc FIFO. Không có sự đối xử nào
của QoS đối với dữ liệu.
 Differrentiated Service (còn gọi là soft QoS): Một vài dòng lƣu lƣợng của dịch
vụ đƣợc ƣu tiên hơn những dòng lƣu lƣợng còn lại (ví dụ nhƣ cam kết các dịch
vụ khác nhau nhƣ thoại, video sẽ có băng thông ổn định, đƣợc xử lý nhanh hơn,
tỉ lệ mất gói ít hơn, …).
 Guaranteed Service (còn gọi là hard QoS): dữ liệu đi vào mạng đƣợc phân loại
thành các lớp khác nhau để phân loại cách đối xử của mạng đối với dữ liệu.
Thực hiện thông qua các tool QoS là PQ, CQ, WFQ và WRED. Dịch vụ
đƣợc đảm bảo tuyệt đối về tài nguyên mạng dành cho nó, với điều khoản cụ thể
nhƣ băng thông, trễ, mất gói…


15

Hình 1.3. Các mức của chất lượng dịch vụ đầu cuối-đầu cuối
Tính chất chung của chất lƣợng dịch vụ: “Hiệu ứng chung của đặc tính chất
lượng dịch vụ là xác định mức độ hài lòng của người sử dụng đối với dịch vụ”. Ngoài
ra, QoS còn là “khả năng của mạng đảm bảo và duy trì các mức thực hiện nhất định
cho mỗi ứng dụng theo như các yêu cầu đã được chỉ rõ của mỗi người sử dụng”. Từ
đó, chất lƣợng dịch vụ QoS có thể đƣợc đánh giá theo hai cách: đánh giá chủ quan và
đánh giá khách quan.
Đối với ngƣời sử dụng dịch vụ, chất lƣợng dịch vụ phần lớn đƣợc đánh giá một
cách chủ quan. Ví dụ, khi truy cập một trang Web, yếu tố đầu tiên để ngƣời sử dụng đánh
giá chất lƣợng dịch vụ truy cập là khả năng truy nhập thành công trang Web đó. Một yếu
tố cũng không thể thiếu là đánh giá mức độ truy nhập nhanh hay chậm qua xem xét thời
gian cần thiết để tải các dữ liệu từ trang Web. Từ ý kiến đó, ngƣời sử dụng sẽ công nhận
dịch vụ truy cập Internet là tốt nếu khả năng truy nhập cao (sự gián đoạn là hạn hữu và
vận tốc truyền tải dữ liệu nhanh).
Dựa trên những đánh giá chủ quan, QoS đƣợc coi là mức độ chấp nhận dịch vụ
của ngƣời sử dụng và thƣờng đƣợc đánh giá trên thang điểm đánh giá trung bình MoS
(Mean of Score), MoS dao động từ mức (1-tồi) đến mức (5- xuất sắc). QoS cần đƣợc cung
cấp cho mỗi ứng dụng để ngƣời sử dụng có thể chạy ứng dụng đó và mức QoS mà ứng
dụng đòi hỏi đƣợc xác định bởi ngƣời sử dụng. Từ MoS, các nhà cung cấp dịch vụ đƣa ra
mức chất lƣợng dịch vụ phù hợp cho dịch vụ của mình.
Điều cơ bản chung của cách đánh giá chủ quan là với ngƣời sử dụng, sự đánh giá
phụ thuộc vào dịch vụ cụ thể họ đang dùng. Vì những đánh giá này mang tính chủ quan nên
chúng không đƣợc biểu hóa một cách thống nhất và rành mạch.
Từ khía cạnh dịch vụ mạng, QoS liên quan tới năng lực cung cấp các yêu cầu
chất lƣợng dịch vụ cho ngƣời sử dụng. Có hai kiểu năng lực mạng để cung cấp chất

lƣợng dịch vụ trong mạng chuyển mạch gói.
a. Mạng chuyển mạch gói phải có khả năng phân biệt các lớp dịch vụ.
b. Một khi mạng có các lớp dịch vụ khác nhau, mạng phải có cơ chế ứng xử khác nhau






16
với các lớp bằng cách cung cấp các đảm bảo tài nguyên và phân biệt dịch vụ trong mạng.















Hình 1.4. Các đặc điểm cơ bản của chất lượng dịch vụ
Phƣơng pháp cơ bản để xác định chất lƣợng dịch vụ mạng là quá trình phân tích
lƣu lƣợng và các điều kiện của mạng, thông qua các bài toán đƣợc mô hình hóa hoặc
đo kiểm trực tiếp các thông số mạng để đánh giá tiêu chuẩn khách quan.

Nhìn từ khía cạnh mạng, một khung làm việc chung của kiến trúc QoS gồm có:
 Phƣơng pháp để yêu cầu và nhận các mức của dịch vụ qua các hình thức
thỏa thuận mức dịch vụ SLA (Service Level Agreements). Các thỏa thuận
SLA gồm các tham số QoS nhƣ băng thông, độ trễ, là một hình thức giao
kèo dịch vụ giữa khách hàng và nhà cung cấp dịch vụ. Khách hàng cần
SLA để hiểu các ứng dụng của họ nhận đƣợc mức dịch vụ nhƣ thế nào, còn
các nhà cung cấp dịch vụ cần SLA để hƣớng lƣu lƣợng đầu vào của ngƣời
sử dụng tới mạng phù hợp.
 Báo hiệu, phân phối bộ đệm và quản lý bộ đệm cho phép đáp ứng yêu cầu
mức dịch vụ thông qua các giao thức dành trƣớc tài nguyên cho ứng dụng.
 Điều khiển những ứng dụng có sai lệch trong việc thiết lập các mức dịch
vụ, thông qua quá trình phân loại loại lƣu lƣợng, hƣớng tới chính sách
quản lý và thực thi đối với từng luồng lƣu lƣợng nhằm xác định kỹ thuật
điều khiển lƣu lƣợng phù hợp. Phƣơng pháp sắp xếp cho luồng lƣu lƣợng
qua mạng trong một chừng mực có thể đảm bảo thỏa thuận các mức dịch
vụ sử dụng, bằng các phƣơng pháp định tuyến trên nền tảng QoS.
Mức độ chấp nhận
dịch vụ
Kiểm tra

MOS – E Mode
1. Khả năng phân lớp dịch vụ
2. Khả năng cung cấp dịch vụ
theo lớp
Các tham số mạng:
 Mất gói
 Độ trễ
 Trƣợt thời gian
 Khả năng tắc nghẽn
Ngƣời sử dụng đầu cuối

Mạng chuyển mạch gói
Ngƣời sử dụng đầu cuối
QoS
QoS
 Phân tích
 Mô hình hóa và mô phỏng
 Đo kiểm

17
 Phƣơng pháp tránh tắc nghẽn, quản lý tắc nghẽn, hàng đợi, và thiết lập để
ngăn chặn các điều kiện sự cố mạng gây ra những hậu quả bất lợi ảnh hƣởng
tới mức dịch vụ. Quản lý tắc nghẽn không phải là cơ chế phòng ngừa, nhƣng
là một cơ chế tác động ngƣợc khi các điều kiện tắc nghẽn phát sinh trong
mạng. Phát hiện và loại bỏ sớm ngẫu nghiên RED (Random Early
Detection and Discard) là một trong các kỹ thuật để ngăn ngừa tắc nghẽn.
 Chính sách quản lý cho phép thực hiện các luật áp dụng cho các gói tin qua
mạng trên nền chính sách chung. Mỗi lớp lƣu lƣợng có một giới hạn nhất
định số các gói tin đƣợc chấp nhận trong một khoảng thời gian nhất định.
Chính sách quản lý liên quan tới các hoạt động của thiết bị xử lý gói tin và
hiện trạng của mạng từ đó quyết định hình thức thỏa thuận mức dịch vụ.
Tiếp cận theo mô hình phân lớp trong mô hình tham chiếu hệ thống mở OSI
(Open System Interconnection) là cách tiếp cận khác về QoS đƣợc nhìn nhận từ phía
mạng, QoS đƣợc đánh giá trong một số tầng:
 Tầng ứng dụng AL (Application Layer): QoS đƣợc nhận thức là “mức độ
dịch vụ”.
 Tầng truyền tải TL (Transport Layer): QoS đƣợc thực hiện bởi kiến trúc
logic của mạng, các cơ chế định tuyến và báo hiệu.
 Tầng mạng NL (Network layer): QoS thể hiện qua cac tham số lớp mạng:
Tỷ lệ lỗi, giá trị trung bình, giá trị lớn nhất của các tham số nhƣ băng
thông, độ trễ và độ tin cậy của luồng lƣu lƣợng.

 Lớp liên kết dữ liệu DLL (Data link Layer): QoS đƣợc thể hiện qua các
tham số truyền dẫn, tỷ lệ lỗi thông tin, các hiện tƣợng tắc nghẽn và hỏng
hóc của các tuyến liên kết.
Từ mô hình trên chúng ta nhận thấy, chất lƣợng dịch vụ tại các tầng cao của mô
hình hƣớng về ngƣời sử dụng (liên quan tới giao thức và phần mềm điều khiển), trong
khi các tầng thấp hƣớng về các đặc tính của hệ thống mạng truyền thông (nhƣ cấu trúc
mạng, tài nguyên sử dụng trong các nút và liên kết).
1.1.2 Các thành phần thực hiện QoS
Mục đích chính của QoS là cung cấp thứ tự ƣu tiên các dịch vụ giao nhận thông
tin tin cậy cho những lớp hay loại lƣu lƣợng nào đó bao gồm: cấp băng thông, điều
khiển rung pha và trễ (cần thiết đối với các ứng dụng thời gian thực và lƣu lƣợng
tƣơng tác), cung cấp sự ƣu tiên cho một hay nhiều luồng mà không làm cho các luồng
khác bị lỗi Vấn đề trƣớc tiên phải quan tâm là quá trình lƣu và chuyển gói tại các nút
mạng diễn ra nhƣ thế nào, do tuyến đƣờng mà gói đi qua để đến đích là một chuỗi các
nút và liên kết mạng.

18
1.1.2.1 Thực hiện QoS tại các nút mạng
Quyết định chuyển gói dựa trên địa chỉ đích của mỗi gói và thông tin trong
bảng định tuyến của router. Những router cần cho mạng có đảm bảo chất lƣợng dịch
vụ không thì cần phải quan tâm thời điểm gửi gói.
Trong phần lớn các mạng, lƣu lƣợng đến theo từng đợt thay đổi thất thƣờng.
Trƣờng hợp hay xảy ra là nhiều đợt gói tin đến từ các tuyến vào khác nhau và cùng
một tuyến ra (bản thân tuyến ra chỉ có dung lƣợng hữu hạn) làm cho router nhận đƣợc
số gói vƣợt quá khả năng phân phát tức thời của nó. Để đối phó với trƣờng hợp này,
tất cả các router đều có các bộ đệm bên trong (các hàng đợi – queues) để lƣu trữ những
gói thừa cho đến khi chúng có thể đƣợc chuyển. Khi đó các gói này sẽ chịu thêm độ
trễ, hay router chịu một sự ứ nghẽn nhất thời. Trễ của gói từ nguồn tới đích bao gồm
nhiều thành phần nhƣng trễ do bộ đệm kể trên rất thất thƣờng, nó thay đổi ngay cả
giữa các gói tới cùng một đích.

Mặt khác, gói đến sẽ bị hủy nếu hết dung lƣợng bộ đệm và tỷ lệ mất gói là một
yếu tố không kiểm soát đƣợc. Với các hàng đợi FIFO sẽ không có các cơ chế phân
tách các loại lƣu lƣợng khác nhau, lƣu lƣợng này sẽ ảnh hƣởng tới chất lƣợng dịch vụ
của lƣu lƣợng kia khi vƣợt qua cùng một hàng đợi.








Hình 1.5. Hàng đợi vào trước ra trước trong router
Thay vì chỉ có một hàng đợi phục vụ cho mọi loại lƣu lƣợng, ngƣời ta đƣa ra cơ
chế CQS (Classification-Queuing-Scheduling): sử dụng nhiều hàng đợi (với dung
lƣợng và chính sách hủy gói khác nhau) phù hợp với yêu cầu chất lƣợng dịch vụ của
từng lớp lƣu lƣợng cần phục vụ. Classification thực hiện phân loại gói và chỉ định
hàng đợi phù hợp cho từng gói. Các hàng đợi vẫn phải chia sẻ cùng một dung lƣợng
tuyến ra (Output link) hữu hạn, cần một cơ chế đặt lịch phục vụ (Scheduling) từng
hàng đợi. Các router nhƣ vậy đƣợc gọi là có kiến trúc CQS.


Hàng đợi FIFO
Cổng ra M
Cổng 1
Cổng n
Chiều dài L gói

19
Phân loại (Classify)

Hình 1.6. Classify, Queue và Schedule trong router
Kiến trúc CQS cho phép chia tách, không cho các loại lƣu lƣợng ảnh hƣởng lẫn
nhau, thực hiện ƣu tiên với các loại lƣu lƣợng cần chất lƣợng dịch vụ cao. Thực tế cần
đặt ra những giới hạn để các loại lƣu lƣợng không đƣợc ƣu tiên vẫn có đƣợc chất
lƣợng dịch vụ tối thiểu cũng nhƣ đảm bảo băng thông cho những loại đƣợc ƣu tiên.
Một chức năng trong kiến trúc CQS là đặt ra các giới hạn băng thông cho một
lớp lƣu lƣợng (đƣợc gọi là định hình lưu lượng (traffic shaping)). Nó kết hợp với
chức năng lập lịch (scheduling) để quy định mức tần suất phục vụ với từng hàng đợi
hoặc khoảng thời gian giữa hai lần lấy gói ra ở cùng một hàng đợi. Định hình lƣu
lƣợng cung cấp một cơ chế điều khiển lƣu lƣợng tại một giao diện cụ thể. Nó giới hạn
lƣu lƣợng thông tin đi ra khỏi giao diện để tránh làm mạng bị tắc nghẽn bằng các ràng
buộc tốc độ thông tin đi ra ở một tốc độ bit cụ thể đối với từng loại lƣu lƣợng tránh
trƣờng hợp tốc độ bit tăng đột ngột.

Hình 1.7. Cơ chế traffic shaping trong router
Khi có quá nhiều gói đến trong một khoảng thời gian ngắn thì hủy gói là không
tránh khỏi. Việc hủy gói phải tuân theo một số chính sách (policy). Giống nhƣ định
Hàng đƣợc định hình
Cổng ra M
Cổng 1
Hàng đợi
Schedule
Gói đến
1
2
3
4
ít nhất T giây giữa hai lần
Gói đi
1
2
3
4
Hàng đợi
Cổng ra M
Cổng 1
Cổng N
Hàng đợi
Hàng đợi
Schedule

20
hình lƣu lƣợng, policing cũng là công cụ giới hạn tốc độ bit (rate-limiting tool) do đó
tạm dịch là kiểm soát lƣu lƣợng. Chính sách hủy gói có thể đơn giản nhƣ hủy những
gói mới đến khi không còn chỗ trong hàng đợi.
1.1.2.2 Báo hiệu QoS
Báo hiệu QoS cung cấp một cơ chế cho phép trạm cuối hoặc phần tử mạng đƣa
ra yêu cầu về QoS với mạng. Báo hiệu thực sự cần thiết để phối hợp giữa các nút
mạng với các kỹ thuật xử lý lƣu lƣợng nhằm đảm bảo chất lƣợng dịch vụ “end to
end”. Trong mạng IP chất lƣợng dịch vụ từ đầu cuối tới đầu cuối đƣợc xây dựng từ
chất lƣợng dịch vụ trên một chuỗi các chặng mà lƣu lƣợng đi qua.
Báo hiệu điều khiển QoS rất cần thiết cho việc sử dụng các cơ chế xử lý lƣu
lƣợng . Có 2 phƣơng pháp hay dùng cho báo hiệu QoS là: Sử dụng quyền ưu tiên IP (IP
precendence) và sử dụng giao thức báo hiệu RSVP ( Resource Reservation Protocol). Chi
tiết về hai phương pháp báo hiệu sẽ được trình bày trong các chương sau.
1.1.3 Các tham số QoS đặc trƣng
Yêu cầu chất lƣợng dịch vụ của các ứng dụng khác nhau có thể biểu diễn bằng
một tập các tham số QoS đo đƣợc bao gồm băng thông, độ trễ, rung pha, xác xuất mất
gói. Các tham số sử dụng để tính toán QoS tùy thuộc vào kiểu mạng: Ví dụ thoại và
các ứng dụng multimedia rất nhạy cảm với trễ và rung pha; với mạng IP các tham số
thƣờng đƣợc sử dụng là băng thông, độ trễ và độ tin cậy; trong khi đó mạng không
dây thƣờng sử dụng các tham số nhƣ băng thông, nhiễu, suy hao và độ tin cậy.
Chúng ta sẽ xem xét các tham số đo tổng quát trong khung làm việc chung của QoS:
(i) Băng thông
Băng thông biểu thị tốc độ truyền dữ liệu cực đại có thể đạt đƣợc giữa
hai điểm kết nối, đƣợc tính theo (bit/s). Có thể giải thích cụ thể nhƣ sau:
Biểu diễn mô hình trạng thái QoS của mạng dƣới dạng một đồ thị
G(V,E) (trong đó: V là các nút, E là các liên kết). Lƣu lƣợng vào qua nút Vi và
ra khỏi mạng nút Vj. Mỗi liên kết (i, j) có 2 đặc tính: C(i, j) là dung lƣợng liên
kết, f(i,j) là lƣu lƣợng thực tế. Gọi R(i, j) = C(i, j) – f(i, j) là băng thông dƣ. Khi
đó, nếu một kết nối yêu cầu băng thông là Dk thì một kết nối đƣợc gọi là khả

dụng khi và chỉ khi R(i,j) ≥ Dk. Một kết nối mới có thể đƣợc chấp nhận nếu tồn
tại ít nhất một đƣờng dẫn khả dụng giữa 2 nút Vi và Vj.
(ii) Độ trễ
Trễ là khoảng thời gian một bản tin chiếm khi truyền từ điểm này đến
điểm khác. Trễ tổng thể (còn gọi là trễ tích lũy) là thời gian trễ từ đầu cuối phát
tới đầu cuối thu tín hiệu. Các thành phần trong tuyến kết nối gây ra trễ nhƣ thiết
bị phát, truyền dẫn, thiết bị chuyển mạch và định tuyến. Trễ bao gồm một số
thành phần nhƣ:

21
 Trễ hàng đợi: là thời gian tiêu tốn trong hàng đợi để thực hiện quyết
định định tuyến trong bộ định tuyến hay là thời gian một gói phải trải
qua trong một hàng đợi khi nó phải đợi để đƣợc truyền đi trong một
liên kết khác.
 Trễ lan truyền: là thời gian cần thiết để môi trƣờng vật lý truyền dữ
liệu. Ví dụ trễ lan truyền trong các truyền dẫn quang thƣờng nhỏ hơn
môi trƣờng vô tuyến.
 Trễ chuyển tiếp: là thời gian cần thiết để thực hiện quyết định trong
bộ định tuyến hay thời gian đƣợc yêu cầu để xử lý các gói đã đến
trong một nút. Ví dụ, thời gian để kiểm tra tiêu đề gói và xác định nút
tiếp theo để gửi đi.
 Trễ truyền dẫn: là thời gian sử dụng để truyền tất cả các bit trong gói qua
liên kết, trễ truyền dẫn đƣợc xác định trên thực tế của băng thông liên kết.
Thành phần có thể đƣợc quản lý là trễ hàng đợi. Gói có ƣu tiên cao hơn
sẽ đƣợc đƣa ra để truyền trƣớc và kỹ thuật hàng đợi nhƣ RED đƣợc áp dụng.
(iii) Biến thiên trễ (Jitter)
Biến thiên trễ là sự khác biệt về trễ của các gói khác nhau cùng trong
một luồng lƣu lƣợng. Biến thiên trễ chủ yếu do sự sai khác về thời gian xếp
hàng của các gói liên tiếp trong một luồng gây ra và là một trong những vấn đề
quan trọng của QoS. Khi biến thiên nằm vào khoảng dung sai định nghĩa trƣớc

thì nó không ảnh hƣởng tới chất lƣợng dịch vụ, ngƣợc lại, nếu biến thiên trễ quá
lớn sẽ làm cho kết nối mạng bị đứt quãng. Trong một số ứng dụng, nhƣ ứng
dụng thời gian thực không thể chấp nhận rung pha, biến thiên trễ lớn có thể
đƣợc xử lý bằng bộ đệm, song nó lại làm tăng trễ.
(iv) Độ tin cậy
Độ tin cậy xác định độ ổn định của hệ thống, đồng nghĩa với độ khả
dụng của hệ thống. Độ khả dụng của mạng càng cao nghĩa là độ tin cậy của
mạng và độ ổn định của hệ thống càng lớn. Độ khả dụng của mạng thƣờng
đƣợc tính trên cơ sở thời gian ngừng hoạt động và tổng số thời gian hoạt động.
(v) Mất gói
Mất gói tin là trƣờng hợp khi gói tin không tới đƣợc đích của nó trƣớc
thời gian timeout của bộ thu. Trong mạng TCP/IP mất gói xảy ra do mạng bị
nghẽn liên tục hoặc xảy ra trên chính các trƣờng chuyển mạch gói, đây là
nguyên nhân gây ra sự tràn bộ nhớ hoặc loại bỏ gói tin bởi các phƣơng tiện
quản lí lƣu lƣợng. Từng gói bị mất không thƣờng xuyên cũng khiến kết nối gặp
khó khăn. Xác xuất mất gói là giá trị đƣợc nhân lên từ xác xuất mất gói đƣợc kỳ
vọng ở mỗi một trong các nút trung gian giữa một cặp nguồn và đích. Xác xuất

22
mất gói là một đại lƣợng quan trọng của QoS với các ứng dụng dữ liệu hay các
dịch vụ thời gian thực.
1.2 CÁC YÊU CẦU ĐẢM BẢO CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ
Để nhận biết các yêu cầu về chất lƣợng dịch vụ, hệ thống thƣờng nhận biết qua
các lớp dịch vụ. Theo quan điểm của ITU-T, khuyến nghị I-1541 các lớp dịch vụ đƣợc
chia thành các vùng nhƣ sau:
Bảng 1.1. Các đặc tính phân lớp QoS cho mạng IP theo ITU-T
Lớp QoS
Các đặc tính QoS
0
Thời gian thực, nhạy cảm với jitter, tƣơng tác cao

1
Thời gian thực, nhạy cảm với jitter, tƣơng tác
2
Dữ liệu chuyển giao, tƣơng tác cao
3
Dữ liệu chuyển giao, tƣơng tác
4
Tổn hao thấp
5
Các ứng dụng nguyên thủy của mạng IP ngầm định

Theo quan điểm này, các tham số thời gian thực và tƣơng tác cao đƣợc đặt lên
hàng đầu đối với mạng IP. Trong khi đó, mạng IP nguyên thủy không hỗ trợ QoS cho
các dịch vụ thời gian thực.
Trong dự án TIPHON, ETSI đề xuất phân lớp QoS nhƣ sau:
Bảng 1.2. Phân lớp QoS theo quan điểm của ETSI
Lớp QoS
Thành phần
Các đặc tính QoS
Hội thoại thời gian
thực (thoại, video,
hội nghị).
Thoại, audio,
video, đa phƣơng
tiện
Nhạy cảm với trễ và biến động trễ, có
giới hạn lỗi và tổn thất, tốc độ bít thay
đổi và cố định
Luồng thời gian
thực (quảng bá)

Audio, video, đa
phƣơng tiện
Trễ và biến động trễ có dung sai nhất
định, dung sai nhỏ đối với lỗi và tổn thất,
tốc độ bít thay đổi.
Tƣơng tác cận thời gian
thực (web browsing)
Dữ liệu
Nhạy cảm với trễ, biến động trễ và tổn
thất, tốc độ bít thay đổi.
Phi thời gian thực
(Email)
Dữ liệu
Không nhạy cảm với trễ và biến động
trễ, nhạy cảm với lỗi, nỗ lực tối đa.

Hƣớng tiếp cận của ETSI tập trung vào các dịch vụ thƣờng sử dụng trên mạng
IP để phân ra các loại dịch vụ yêu cầu thời gian thực và không yêu cầu thời gian thực.
Đối với các yêu cầu thời gian thực, ETSI-TR102 phân biệt dịch vụ qua các độ nhạy
cảm với các tham số QoS: Trễ, biến động trễ, tổn thất gói và đặc tính tốc độ bít.

23
Đối với mạng tích hợp đa dịch vụ băng rộng B-ISDN, ITU-T định nghĩa các
vùng dịch vụ, theo hƣớng liên quan tới công nghệ lõi của B-ISDN là công nghệ ATM
theo bảng dƣới đây:
Bảng 1.3. Các vùng dịch vụ của B-ISDN
Vùng dịch vụ
Các ứng dụng
Hội thoại
Thoại, video hội nghị, truyền thông đa phƣơng tiện tốc

độ cao (truyền file, âm thanh, hình ảnh).
Bản tin
Email, chat
Khôi phục
Truyền video, ảnh tĩnh, âm thanh và dữ liệu
Phân bổ
Phân bổ nội dung video, quảng bá TV

Theo các phân vùng dịch vụ của B-ISDN, diễn đàn ATM đƣa ra các phân lớp
dịch vụ ATM với các đặc tính ứng dụng và đặc tính QoS nhƣ sau:
Bảng 1.4. Phân vùng dịch vụ theo diễn đàn ATM
Vùng dịch vụ ATM
Ứng dụng
Các đặc tính QoS
Tốc độ bit cố định (CBR)
Mô phỏng kênh
Biến động trễ tế bào thấp, tổn
thất thấp
Tốc độ bit thay đổi – thời
gian thực (rt – VBR)
Video theo yêu cầu
Biến động trễ bình thƣờng, tổn
thất thấp
Tốc độ bit thay đổi – phi
thời gian thực (nrt – VBR)
Lƣu lƣợng gói
Tổn thất bình thƣờng
Tốc độ bit khả dụng (ABR)
Tƣơng thích tốc độ
nguồn

Tổn thất thấp
Tốc độ bit không định nghĩa
(UBR)
Lƣu lƣợng nỗ lực
tối đa
Không yêu cầu

1.3 CÁC VẤN ĐỀ ĐẢM BẢO QoS
Một cơ cấu đảm bảo chất lƣợng dịch vụ chung nhất gồm 3 phần chính: Cung
cấp QoS, điều khiển QoS và quản lý QoS:
 Cung cấp QoS đƣa ra hàng loạt các kỹ thuật nhằm thiết lập luồng và các giai
đoạn thỏa thuận tài nguyên nhằm đảm bảo QoS từ đầu cuối tới đầu cuối.
 Điều khiển QoS đƣa ra hàng loạt các hành vi điều khiển nhƣ lập lịch, chia
gói và điều khiển luồng.
 Quản lý QoS nhằm giám sát, phân bổ lại tài nguyên và duy trì các điều kiện
đảm bảo QoS.

24









Hình 1.8. Các thành phần trong cơ cấu đảm bảo chất lượng dịch vụ
1.3.1 Cung cấp QoS
Cơ cấu cung cấp QoS bao gồm ánh xạ QoS, kiểm tra quản lý và dành trƣớc tài nguyên:

 Module ánh xạ QoS: thực hiện chức năng biên dịch giữa các thể hiện QoS
sang các mức hệ thống khác nhau.
 Module kiểm tra quản lý QoS: chịu trách nhiệm kiểm tra độ khả dụng của
nguồn tài nguyên so với các yêu cầu và ra quyết định có cho phép các yêu
cầu mới hoặc không.
 Module báo hiệu và dành trƣớc tài nguyên: sắp xếp các nguồn tài nguyên
thích hợp với các đặc tính QoS của ngƣời sử dụng. Module quản lý QoS cần
dịch vụ này để xác nhận các kiểm tra điều khiển quản lý thành công hoặc
không. Module ánh xạ QoS cần phải quan tâm tới khả năng của các giao
thức báo hiệu trƣớc khi ghép các đặc tính QoS vào mức chất lƣợng mạng.
1.3.2 Điều khiển QoS
Thành phần điều khiển QoS cung cấp điều khiển lƣu lƣợng thời gian thực dựa
trên các yêu cầu mức QoS từ giai đoạn cung cấp QoS bao gồm các module:
 Module lập lịch luồng quản lý các luồng chuyển tiếp theo cùng một cách
thức ở cả hệ thống cuối và mạng.
 Module chia lƣu lƣợng điều chỉnh các luồng lƣu lƣợng dựa trên các mức
yêu cầu QoS bao gồm các thuật toán để phân tích và định hƣớng các luồng
tại biên mạng và lập lịch trong mạng để cung cấp hiệu năng cao nhất.
 Module chính sách luồng sử dụng trong điều kiện lƣu lƣợng ngƣời dùng
chuyển qua vùng biên quản lý và cần loại bỏ giám sát.
 Module đồng bộ luồng điều khiển các sự kiện tƣơng tác đa phƣơng tiện theo
trình tự và thời gian chính xác.



Cơ cấu QoS
Cung cấp QoS
Điều khiển QoS
Quản lý QoS
1. Ánh xạ QoS

2. Kiểm tra quản lý
3. Dành trƣớc tài nguyên
1. Lập lịch luồng
2. Chia lƣu lƣợng
3. Chính sách luồng
4. Điều khiển luồng
5. Đồng bộ luồng
1. Giám sát QoS
2. Độ khả dụng QoS
3. Giảm cấp QoS
4. Duy trì QoS
5. Mở rộng QoS

25
1.3.3 Quản lý QoS
Quản lý QoS để duy trì các mức QoS thỏa thuận theo các module:
 Module kiểm tra QoS: theo dõi các mức QoS đầu ra sẽ đƣợc cung cấp hoặc sử
dụng, nó chính là cơ sở của thực tế quản lý mạng tính toán tối ƣu hiệu năng mạng.
 Module khả dụng: cho phép ứng dụng chỉ rõ các tham số QoS giám sát và
phản hồi để nhận ra hiệu năng cần thiết.
 Module quản lý QoS: so sánh mức QoS kiểm tra với hiệu năng mong muốn và
điều khiển tối ƣu để đƣa ra mức chất lƣợng dịch vụ. Ngoài ra, nó còn đảm trách
các vấn đề liên quan tới xử lý và khôi phục lỗi trên liên kết và các nút.
 Module phân mức QoS: gồm các phép đo để gia tăng sự phân mức cho kiến
trúc QoS, các thành phần trong module nhƣ bộ lọc QoS, tập hợp và kiến
trúc phân lớp QoS.
1.4 KẾT LUẬN
Trong chƣơng này của luận văn tôi giới thiệu về khái niệm QoS, các vấn đề cơ
bản và chung nhất về QoS bao gồm: các thành phần thực hiện QoS cũng nhƣ các mức
QoS end-to-end, các tham số để đánh giá chất lƣợng dịch vụ QoS nhƣ băng thông, độ

trễ, biến thiên trễ… và các yêu cầu chung nhất để đảm bảo QoS. Khung làm việc
chung của chất lƣợng dịch vụ đƣợc trình bày cùng với một số quan điểm nhìn nhận của
các tổ chức viễn thông lớn trên thế giới.

26
Chƣơng 2 ĐẢM BẢO CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ CHO
MẠNG IP

Khi công nghệ chuyển mạch gói IP là phƣơng thức duy nhất cho mạng Internet
toàn cầu nhƣ hiện nay, các giải pháp của ngành Công nghệ - Viễn thông đã và đang
đƣợc phát triển, ứng dụng thử nghiệm trong thời gian gần đây hƣớng tới mục đích phát
triển các giải pháp đảm bảo chất lƣợng dịch vụ trên nền mạng IP.
Mạng IP ở đây là các mạng dữ liệu sử dụng bộ giao thức TCP/IP, hoạt động
dựa trên nguyên lý chuyển mạch gói. Dữ liệu đƣợc truyền tải dƣới dạng các gói IP ở
tầng mạng (Network Layer).
Mạng IP có tính chất chuyển mạch không kết nối, tức là không có sự chiếm giữ
đƣờng truyền cố định dẫn đến việc đảm bảo chất lƣợng đƣờng truyền trở nên không
đơn giản. Mạng Internet hiện nay cung cấp dịch vụ trên cơ sở phục vụ theo khả năng
tối đa (Best-Effort), tức là mạng chủ sẽ thực hiện những khả năng tốt nhất của mình
mà không có bất cứ một cam kết nào từ phía nhà khai thác về chất lƣợng dịch vụ. Đây
chính là nguyên nhân chủ yếu thúc đẩy nghiên cứu mạnh mẽ về QoS IP trong những
năm gần đây.[1] – [8]
2.1 GIAO THỨC LIÊN MẠNG (IP – INTERNET PROTOCOL)
Việc mở rộng phạm vi ứng dụng của giao thức TCP/IP hình thành lên các loại
mạng IP nhƣ: mạng Internet toàn cầu, mạng Intranet, mạng riêng ảo dùng giao thức IP
(IP VPN)… TCP/IP là một bộ giao thức trong đó IP là giao thức chủ chốt cung cấp
khả năng kết nối các mạng con thành liên mạng để truyền thông tin. Việc truyền thông
tin trong mạng IP tồn tại dƣới ba hình thức: Unicast, multicast và broadcast. Vai trò
của IP tƣơng tự nhƣ tầng mạng trong mô hình ISO:

Hình 2.1. Chồng giao thức TCP/IP
Nhiệm vụ chính của IP là phân phát gói theo kiểu không kết nối
(connectionless) và phân mảnh hoặc tái tạo các gói (datagram) để phù hợp với kích
thƣớc đơn vị truyền dẫn tối đa MTU (Maximum Transmission Unit) của tầng liên kết
Applications
Transport
Internetwork
Network interface
and Hardware
SMTP, Telnet, FTP, Gopher
TCP UDP
IP
ARP
RARP
ICMP
Ethenet, Token-ring, FDDI, X.25, Wireless, Async, ATM, ,…

27
dữ liệu ở dƣới. Giao thức IP có tính phổ biến rộng khắp do nó thích ứng với mọi loại
giao thức ở hai tầng dƣới.
2.1.1 Phần tiêu đề gói IP
IP là giao thức cung cấp dịch vụ truyền thông theo kiểu “không kết nối”.
Phƣơng thức kết nối "không kết nối" cho phép thiết kế và thực hiện giao thức trao đổi

dữ liệu đơn giản. Cũng chính vì vậy độ tin cậy trao đổi dữ liệu của loại giao thức này
không cao.
Các gói dữ liệu IP đƣợc định nghĩa là các datagram. Mỗi datagram có phần tiêu
đề (header) chứa các thông tin cần thiết để chuyển dữ liệu. Thông tin tiêu đề cần thiết
để hiểu IP Precedence và các thông số QoS. Tiêu đề gói IP nhƣ sau:









Hình 2.2. Khuôn dạng phần tiêu đề gói IP
Vers (4-bit): Chỉ phiên bản hiện hành của IP đƣợc sử dụng. Với IP thông
thƣờng là IPv4 trên mạng, thế hệ IP tiếp theo là IPv6.
Length (4-bit): Chỉ độ dài của phần tiêu đề gói IP tính theo đơn vị 32bit.
Precedence (3-bit): Chỉ thị quyền ƣu tiên gửi gói IP, trƣờng này có giá trị từ 0
(mức ƣu tiên bình thƣờng) tới 7 (mức kiểm soát mạng) quy định việc gửi datagram.
Precedence
D
T
R
unused
 D (delay) (1 bit) – Chỉ độ trễ yêu cầu: D = 1 khi yêu cầu trễ thấp, D = 0 khi
độ trễ bình thƣờng
 T (throughput) (1 bit) – chỉ số thông lƣợng yêu cầu: T = 1 thông lƣợng cao,
T = 0 thông lƣợng bình thƣờng
 R (reliability) (1 bit) – chỉ độ tin cậy yêu cầu: R = 1 độ tin cậy cao, R = 0 độ

tin cậy bình thƣờng.
Type of Service (ToS ) (8-bit): Kiểu dịch vụ. Là chỉ số chất lƣợng dịch vụ yêu
cầu cho IP datagram, tuy nhiên mạng IP phải có các cơ chế hỗ trợ thì yêu cầu mới
đƣợc thực hiện. Trƣờng này bao gồm những thông tin sau:
Total Length (16-bit): xác định độ dài của gói IP gồm cả phần dữ liệu và phần
tiêu đề.


28
Identification (16-bit): Nhận dạng các datagram đƣợc phân đoạn từ cùng một
datagram lớn hơn. Nó kết hợp với địa chỉ IP nguồn để nhận dạng.
Flags (3-bit): Liên quan đến sự phân mảnh của datagram. Trong đó có 2 bit
cuối dùng cho việc phân mảnh các gói IP, chỉ ra gói đó có đƣợc phân mảnh hay không
và gói đó có phải là gói cuối cùng hay không. Cụ thể nhƣ sau:
 0: chƣa sử dụng và luôn bằng 0
 DF (Do not Fragment): bằng 0 có nghĩa là cho phép phân mảnh, bằng 1
là không cho phép phân mảnh.
 MF (More Fragment): bằng 0 thì đây là đoạn phân mảnh cuối cùng (the
last fragment). Bằng 1 đây là phân mảnh tiếp theo (more fragments).
Fragment Offset (13-bit): Chỉ ra vị trí của đoạn trong goid IP để có thể tái tạo
lại datagram gốc.
Time to live (TTL – 8 bit): Quy định thời gian tồn tại (tính bằng giây) của gói
trên mạng để tránh tình trạng gói không đến đƣợc đích và cứ đi vòng quanh trên mạng.
Bắt đầu từ trạm gửi nó sẽ đặt giá trị = N (thƣờng =16) cứ đi qua mỗi nút mạng giá trị
của trƣờng này sẽ giảm đi 1. Nếu giảm TTL = 0 mà nó vẫn chƣa tới đích thì gói sẽ bị
hủy tránh tình trạng đi quẩn trên mạng.
Protocol (8 bit): Chỉ ra giao thức ở lớp bên trên (ví dụ TCP, EGP hoặc UDP).
Checksum (16 bit): Kiểm tra lỗi theo mã dƣ vòng CRC, chỉ dùng cho phần tiêu
đề gói. Trƣờng này luôn đƣợc cập nhật khi một gói tin đi qua router trung gian.
Source IP Address (32 bit): địa chỉ IP của trạm nguồn (trạm gửi).

Destination IP Address (32 bit): địa chỉ IP của trạm đích (trạm nhận).
IP Option (độ dài thay đổi): Khai báo các tùy chọn do nơi gửi yêu cầu. Trƣờng
option không bắt buộc phải có trong mọi datagram và chủ yếu dùng để kiểm tra lỗi
trên mạng. Option là một phần quan trọng của giao thức IP nên mọi tiêu chuẩn thực
hiện dựa trên IP phải bao gồm tiến trình xử lý trƣờng này. Độ dài của trƣờng option
thay đổi tuỳ thuộc vào các tham số đi kèm. Khi các option xuất hiện trong datagram,
nó sẽ kéo dài liên tục mà không có sự ngắt quãng.
Padding: Vùng đệm, đảm bảo cho phần tiêu đề luôn kết thúc ở một mốc 32 bits.
2.1.2 Địa chỉ IP
Địa chỉ IP chính là sơ đồ địa chỉ hóa để định danh các trạm (host) trong liên
mạng. Mỗi địa chỉ IP có độ dài 32 bits (đối với IPv4) đƣợc tách thành bốn phần (mỗi
phần 1 byte). Cách viết phổ biến nhất là biểu diễn dƣới dạng thập phân có dấu chấm
để tách giữa các phần. Mục đích của địa chỉ IP là để định danh duy nhất cho một host
bất kỳ trên liên mạng.
Do tổ chức và độ lớn của các mạng con của liên mạng có thể khác nhau, ngƣời
ta chia các địa chỉ IP thành 5 lớp kí hiệu A, B, C, D, E với cấu trúc nhƣ sau: