Kỹ thuật đảm bảo chất lượng dịch vụ IP

Đồ án tốt nghiệp
M ỤC L ỤC
CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 2
DANH MỤC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH VẼ 4
Chất lượng dịch vụ mạng luôn là một vấn đề quan tâm của cả người sử dụng dịch vụ
và nhà cung cấp dịch vụ. Cùng với sự phát triển bùng nổ các dịch vụ trên nền IP là
hàng loạt các yêu cầu và giải pháp kỹ thuật nhằm cải thiện chất lượng dịch vụ IP. Sự
phát triển mạnh mẽ của các giải pháp đã làm thay đổi rất lớn trong lĩnh vực này thậm
chí cả những vấn đề khái niệm và định nghĩa 5
Cuốn đồ án này gồm 3 chương với nội dung như sau: 5
Nội dung chính của 3 chương tập trung vào các khía cạnh cơ bản của vấn đề QoS
IP.Tiếp cận hướng từ những khái niệm và cấu hình chung nhất tới những giải pháp kỹ
thuật thường sử dụng trong mạng IP hiện nay. Các mô hình và xu hướng cải thiện chất
lượng dịch vụ IP cũng sẽ được trình bày nhằm giúp người đọc thâu tóm các đặc điểm
cơ bản, ưu nhược điểm của một số giải pháp hiện thời.! 5
Hà nội, Tháng 5 năm 2010 6
Sinh viên thực hiện 6
CHƯƠNG 1 7
TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ QoS 7
1.1 CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ QoS VÀ CÁC THAM SỐ QoS 7
1.1.1. Các vấn đề chung của chất lượng dịch vụ QoS 7
1.1.2. Cấp độ dịch vụ GoS (Grade of Service) 10
1.1.3. Kiểu dịch vụ ToS và lớp dịch vụ CoS 11
1.1.4. Các tham số chất lượng dịch vụ 12
1.2 CÁC YÂU CẦU CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ 14
1.3 CÁC VẤN ĐỀ ĐỂ ĐẢM BẢO QOS 15
CHƯƠNG 2 18
KỸ THUẬT ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ IP 18
2.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ QoS IP 18
CHƯƠNG 3 39
MĨ HÌNH ỨNG DỤNG ĐẢM BẢO QoS IP 39

3.1 MĨ HÌNH TÍCH HỢP DỊCH VỤ INTSERV 39
3.2 MĨ HÌNH PHÂN BIỆT DỊCH VỤ DIFFSERV 47
Thực hiện, cấu hình, vận hành và quản lý các nhóm PHB được hỗ trợ trong
các nút của miền DS nên được phân một cách hiệu quả tài nguyên của các nút
này và các liên kết nội vùng giữa các tập ứng xử, phù hợp với chính sách cung
cấp dịch vụ của miền. Các thành phần qui định lưu lượng có thể tăng mức điều
khiển sử dụng các tài nguyên này qua sự ép buộc của các TCA và có thể qua
hoạt động phản hồi từ các nút và các thành phần qui định lưu lượng trong
miền. Mặc dù các dịch vụ có thể được triển khai khi thiếu các chức năng qui
định lưu lượng phức tạp, các chức năng như là định chính sách, định dạng, và
đánh dấu lại động cho phép triển khai các hệ đo lượng thi hành việc cung cấp
các dịch vụ. Cấu hình và ảnh hưởng giữa các thành phần qui định lưu lượng và
các nút nội vùng nên được quản lý bằng điều khiển quản trị của miền và có thể
yêu cầu điều khiển vận hành qua các giao thức và một thực thể điều khiển 54
3.3 IP QoS VÀ CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS 54
SV: Đỗ Đình Kỳ MSV: 506102019
1
Đồ án tốt nghiệp
Tóm tắt chương 3 59
CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt Giải nghĩa tiếng Anh Giải nghĩa tiếng Việt
AF
Assured Forwarding Chuyển tiếp đảm bảo
AL
Application Layer Lớp ứng dụng
AQM
Active Queue Management Quản lý hàng đợi hoạt động
ATM
Asychronous Transfer Mode Phương thức truyền tải không đồng
bộ

BA
Behavior Aggressive Kết hợp hành vi
B-ISDN
Broadband ISDN Mạng tích hợp đa dịch vụ băng rộng
CBR
Constant Bit Rate Tốc độ bit cố định
CBS
Committed Burst Size Kích thước bùng nổ cam kết
CIR
Committed Information Rate Tốc độ thông tin cam kết
CoS
Class of Service Lớp dịch vụ
DiffServ
Differential Service Dịch vụ phân biệt
DLL
Data Link Layer Lớp liên kết dữ liệu
DS
Different Service Dịch vụ phân biệt
DSCP
Differential Service Code Point Điểm mã dịch vụ phân biệt
ECN
Explicit Congestion Notification Thông báo tắc nghẽn hiện
EF
Expedited Forwarding Chuyển tiếp nhanh
ETSI
European Telecommunications
Standards Institute
Viện tiêu chuẩn viễn thông châu âu
FIFO
First In First Out Hàng đợi vào trước ra trước

FLOWSPEC
Flow Specification Đặc tính luồng
FQ
Fair Queueing Hàng đợi cân bằng
GoS
Grade of Seviche Cấp độ dịch vụ
IETF
Internet Engineering Task Force Uỷ ban thực thi kỹ thuật Internet
IntServ
Intergrated Service Dịch vụ tích hợp
IPLR
IP Loss Rate Tỷ lệ tổn thất gói IP
IPTD
IP Packet Transfer Delay Trễ truyền tải gói tin IP
IPER
IP Error Rate Tỷ lệ lỗi gói tin IP
ISO
International Standard Organization Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế
ITU-T
International Telecommunication Union Hiệp hội viễn thông quốc tế
MF
Multi Fields Đa trường
MoS
Mean of Score Điểm đánh giá trung bình
MPLS
Multi Protocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức
NL
Network Layer Lớp mạng
NNI
Network Node Interface Giao diện nút mạng

PBS
Packet Burst Size Kích thước bùng nổ gói
PHB
Per Hop Behavior Hành vi bước kế tiếp
PIR
Peak Information Rate Tốc đô thông tin đỉnh
PQ
Priority Queueing Hàng đợi ưu tiên
SV: Đỗ Đình Kỳ MSV: 506102019
2
Đồ án tốt nghiệp
QoS
Quality of Service Chất lượng dịch vụ
RED
Random Early Discarding Loại bỏ gói sớm
RFC
Request For Comments Các yêu cầu cần trả lời
RSVP
Resource reservation protocol Giao thức dành trước tài nguyên
SE
Shared Explicit Chia sẻ hiện
SLA
Service Level Argreement Thoả thuận mức dịch vụ
srTCM
Single rate Three Color Marker Bộ đánh dấu 3 màu tốc độ đơn
TCA
Traffic Conditioning Agreement Thoả thuận điều kiện lưu lượng
TL
Transmission Layer Lớp truyền dẫn
ToS

Type of Service Kiểu dịch vụ
trTCM
Single rate Three Color Marker Bộ đánh dấu 3 màu hai tốc độ
UBR
Undefined Bit rate Tốc độ bit không định nghĩa
UNI
User Network Interface Giao diện người dùng mạng
VBR
Variable Bit Rate Tốc độ bit thay đổi
WF
Wildcard Filter Bộ lọc Wildcard
WFQ
Weighted Fair Queueing Hàng đợi cân bằng trọng số
WRED
Weighted Random Early Discarding Loại bỏ gói sớm theo trọng số
WRR
Weighted Round Robin Quay vòng theo trọng số
SV: Đỗ Đình Kỳ MSV: 506102019
3
Đồ án tốt nghiệp
DANH MỤC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH VẼ
Hình 1.1: Các khía cạnh của chất lượng dịch vụ 8
Hình 1.2: Trường kiểu dịch vụ trong tiêu đề IPv4 11
Bảng 1.1: Thứ tự và ý nghĩa các giá trị ưu tiên trong trường ToS 11
Bảng 1.2: Các đặc tính phân lớp QoS cho mạng IP theo ITU-T 14
Bảng 1.3: Phân lớp QoS theo quan điểm của ETSI 14
Bảng 1.4: Các vùng dịch vụ của B-ISDN 15
Bảng 1.5: Phân vùng dịch vụ theo diễn đàn ATM 15
Hình 1.3: Các thành phần trong cơ cấu đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS 16
Hình 2.1: Các bước phát triển của mô hình QoS 18

Hình 2.2: Tích hợp dịch vụ IntServ và phân biệt dịch vụ DiffServ 19
Hình 2.3: Băng thông khả dụng 21
Hình 2.4: Trễ tích luỹ từ đầu cuối tới đầu cuối 22
Hình 2.5: Trễ xử lý và hàng đợi 22
Hình 2.6: Tổn thất gói vì hiện tượng tràn bộ đệm đầu ra 23
Hình 2.7: Các yêu cầu chức năng cơ bản của một bộ định tuyến IP 25
Hình 2.8: Phương pháp phân loại gói đa trường chức năng 26
Hình 2.9: Phương pháp phân loại gói theo hành vi kết hợp BA 26
Hình 2.10: Nguyên lý quản lý hàng đợi thụ động 27
Hình 2.11: Sơ đồ nguyên lý của lập lịch gói tin IP 27
Hình 2.12: Khoảng thời gian CIR và CBS 29
Hình 2.13: Gáo C, gáo E và chế độ mù màu srTCM 29
Hình 2.14: Chế độ hoạt động rõ màu srTCM 30
Hình 2.15: Gáo rị C, P và chế độ hoạt động mù màu trTCM 31
Hình 2.16: Chế độ hoạt động rõ màu trTCM 32
Hình 2.17: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của RED 32
Hình 2.18: Hoạt động thông báo tắc nghẽn hiện ECN 33
Hình 2.19: Hàng đợi ưu tiên PQ 34
Hình 2.20: Hàng đợi công bằng FQ 35
Hình 2.21: Hàng đợi quay vòng theo trọng số WRR 36
Hình 2.22: Chia cắt lưu lượng thuần 37
Hình 2.23: Chia cắt lưu lượng bùng nổ kiểu gáo rò 38
Hình 3.1: Mô hình tích hợp dịch vụ Intserv 39
Hình 3.2: Nguyên lý hoạt động của RSVP 43
Hình 3.3: Các kiểu dành trước tài nguyên 44
Hình 3.4: Khuôn dạng bản tin RSVP và tiêu đề chung RSVP 44
Hình 3.5: Khuôn dạng bản tin đối tượng RSVP 45
Hình 3.6: Khuôn dạng đối tượng kiểu 46
Bảng 3.1: Các bit sử dụng cho điều khiển chia sẻ 46
Bảng 3.2: Các bit sử dụng cho điều khiển lựa chọn máy gửi 46

Hình 3.7: Cấu trúc bản tin Path và Resv trong RSVP 47
Hình 3.8: Mô hình các bước phân biệt dịch vụ DiffServ 48
Hình 3.9: Xử lý gói trong mô hình DiffServ 49
SV: Đỗ Đình Kỳ MSV: 506102019
4
Đồ án tốt nghiệp
Hình 3.10: Miền phân biệt dịch vụ DS 49
Hình 3.11: Cấu trúc của trường phân biệt dịch vụ DS 50
Bảng 3.3: Các khối điểm mã dịch vụ phân biệt DSCP 50
Hình 3.12: Xử lý chuyển tiếp nhanh EF PHB 51
Hình 3.13: Các phân lớp chuyển tiếp đảm bảo AF PHB 52
Bảng 3.4: Chi tiết các phân lớp chuyển tiếp đảm bảo AF PHB 52
Hình3.14: Dịch vụ phân biệt với PHB và TCA 53
Hình 3.15: Thực hiện phân bổ nhãn qua RSVP-TE 56
Hình 3.16: Cấu trúc bản tin RSVP-TE 57
LỜI NÓI ĐẦU
Chất lượng dịch vụ mạng luôn là một vấn đề quan tâm của cả người sử dụng dịch
vụ và nhà cung cấp dịch vụ. Cùng với sự phát triển bùng nổ các dịch vụ trên nền IP là
hàng loạt các yêu cầu và giải pháp kỹ thuật nhằm cải thiện chất lượng dịch vụ IP. Sự
phát triển mạnh mẽ của các giải pháp đã làm thay đổi rất lớn trong lĩnh vực này thậm
chí cả những vấn đề khái niệm và định nghĩa.
Cuốn đồ án này gồm 3 chương với nội dung như sau:
Chương 1 : Tổng quan về chất lượng dịch vụ QoS
Chương 2 : Kỹ thuật đảm bảo chất lượng dịch vụ IP
Chương 3 : Mô hình ứng dụng đảm bảo QoS IP
Nội dung chính của 3 chương tập trung vào các khía cạnh cơ bản của vấn đề QoS
IP.Tiếp cận hướng từ những khái niệm và cấu hình chung nhất tới những giải pháp kỹ
thuật thường sử dụng trong mạng IP hiện nay. Các mô hình và xu hướng cải thiện chất
lượng dịch vụ IP cũng sẽ được trình bày nhằm giúp người đọc thâu tóm các đặc điểm
cơ bản, ưu nhược điểm của một số giải pháp hiện thời.!.

Do hạn chế về thời gian và kiến thức , đồ án tốt nghiệp của Em còn nhiều thiếu
sót .Kính mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các Thầy Cô và các Bạn để đề tài
của Em được hoàn thiện hơn .
Để hoàn thành đuợc đồ án tốt nghiệp này Em xin chân thành cảm ơn các Thầy
Cơ trong trường Đại Học Dân Lập Phương Đông cũng như các trường đại học khác
đã giảng dạy và chỉ bảo Em suốt những năm qua để Em có kiến thức hoàn thành đồ án
tốt nghiệp này .
Qua đây , Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Th.S Nguyễn Đức Minh đã tận
tình chỉ bảo , giúp đỡ Em hiểu rõ hơn về vấn đề QoS trong mạng IP .Em cũng xin cảm
ơn các Thầy Cô và Bạn bố trong khoa công nghệ thông tin đã tạo điều kiện để Em
hoàn thành đồ án này
Em xin chân thành cảm ơn …!
SV: Đỗ Đình Kỳ MSV: 506102019
5
Đồ án tốt nghiệp
Hà nội, Tháng 5 năm 2010
Sinh viên thực hiện
ĐỖ ĐÌNH KỲ
SV: Đỗ Đình Kỳ MSV: 506102019
6
Đồ án tốt nghiệp
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ QoS
Chương đầu tiên của cuốn đồ án này giới thiệu các vấn đề tổng quan về chất lượng
dịch vụ QoS, phương pháp tiếp cận trong chương này đi từ các thuật ngữ, định nghĩa,
yêu cầu và các vấn đề cơ bản của chất lượng dịch vụ tới các mô hình và cơ cấu khung
làm việc của chất lượng dịch vụ QoS trong mạng chuyển mạch gói nói chung, các vấn
đề chung sẽ được chi tiết hoá trong các chương tiếp theo.
1.1 CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ QoS VÀ CÁC THAM SỐ QoS.
1.1.1. Các vấn đề chung của chất lượng dịch vụ QoS

Chất lượng dịch vụ QoS là một khái niệm rộng và cú thể tiếp cận theo nhiều hướng
khác nhau. Theo khuyến nghị E 800 ITU-T chất lượng dịch vụ là “Một tập các khía
cạnh của hiệu năng dịch vụ nhằm xác định cấp độ thoả mãn của người sử dụng đối
với dịch vụ”. ISO 9000 định nghĩa chất lượng là “cấp độ của một tập các đặc tính vốn
có đáp ứng đầy đủ các yêu cầu”. Trong khi IETF [ETSI - TR102] nhìn nhận QoS là
khả năng phân biệt luồng lưu lượng để mạng cú các ứng xử phân biệt đối với các kiểu
luồng lưu lượng, QoS bao trùm cả phân loại hoá dịch vụ và hiệu năng tổng thể của
mạng cho mỗi loại dịch vụ.
Một tính chất chung của chất lượng dịch vụ là: “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 mang một ý nghĩa là “khả năng của mạng đảm bảo và duy trì các mức thực
hiện nhất định cho mỗi ứng dụng theo như các yêu cầu đã được chỉ rõ của mỗi người
sử dụng”. Chất lượng dịch vụ QoS được nhìn nhận từ hai khía cạnh: phía người sử
dụng dịch vụ và phía mạng.
Từ khía cạnh người sử dụng dịch vụ, QoS được coi là mức độ chấp nhận dịch vụ
của người sử dụng và thường được đánh giá trên thang điểm đánh giá trung bình MoS
(Mean of Score). QoS cần được cung cấp cho mỗi ứng dụng để người sử dụng có thể
chạy ứng dụng đó và mức QoS mà ứng dụng đòi hỏi chỉ có thể được xác định bởi
người sử dụng, bởi vì chỉ người sử dụng mới có thể biết được chính xác ứng dụng của
mình cần gì để hoạt động tốt. Tuy nhiên, không phải người sử dụng tự động biết được
mạng cần phải cung cấp những gì cần thiết cho ứng dụng, họ phải tìm hiểu các thông
tin cung cấp từ người quản trị mạng và chắc chắn rằng, mạng không thể tự động đặt ra
QoS cần thiết cho một ứng dụng của người sử dụng. MOS dao động từ mức (1-tồi) đến
mức (5- xuất sắc) và các nhà cung cấp dịch vụ dựa vào mức MOS này để đưa ra mức
chất lượng dịch vụ phù hợp cho dịch vụ của mình.
Khuyến nghị ITU-T G107 phát triển mô hình E để đánh giá chất lượng dịch vụ
thoại qua IP là một mô hình ưu việt trong phát triển kế hoạch truyền dẫn, kết quả của
SV: Đỗ Đình Kỳ MSV: 506102019
7
Đồ án tốt nghiệp

mô hình E là một giá trị truyền dẫn chung gọi là nhân tố tốc độ truyền dẫn R
(Transmission Rating Factor) thể hiện chất lượng đàm thoại giữa người nói và người
nghe. R dao động từ 1 đến 100 tuỳ thuộc vào các sơ đồ mạng cụ thể. Giá trị R càng lớn
thì mức chất lượng dịch vụ càng cao. Đối với dịch vụ thoại qua IP, mô hình E là một
công cụ đắc lực để đánh giá chất lượng dịch vụ. Mô hình E có thể được sử dụng để
hiểu các đặc điểm của mạng và thiết bị ảnh hưởng như thế nào đến chất lượng thoại
trong mạng VoIP. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự suy giảm R là loại mã hoá, độ trễ,
tiếng dội, mất gói, và thuật toán mã hoá thông tin. Giá trị đầu ra của mô hình E có thể
chuyển thành giá trị MOS tương ứng để đánh giá chất lượng dịch vụ [1].
Từ khía cạnh dịch vụ mạng, QoS liên quan tới năng lực cung cấp các yêu cầu chất
lượng dịch vụ cho người sử dụng. Có hai kiểu năng lực mạng để cung cấp chất lượng
dịch vụ trong mạng chuyển mạch gói.
 Thứ nhất, mạng chuyển mạch gói phải có khả năng phân biệt các lớp dịch vụ.
 Thứ hai, một khi mạng có các lớp dịch khác nhau, mạng phải có cơ chế ứng xử
khác nhau với các lớp bằng cách cung cấp các đảm bảo tài nguyên và phân biệt
dịch vụ trong mạng.
Hình 1.1 dưới đây chỉ ra các đặc điểm cơ bản của chất lượng dịch vụ.
Hình 1.1: Các khía cạnh của chất lượng dịch vụ
Các phương pháp cơ bản để xác định chất lượng dịch vụ mạng bao gồm quá trình
phân tích lưu lượng và các điều kiện của mạng, thông qua các bài toán được mô hình
hoá hoặc đo kiểm trực tiếp các thông số mạng để đánh giá các tiêu chuẩn khách quan.
Mức độ chấp nhận dịch vụ từ phía người sử dụng có thể được kiểm tra qua các thông
SV: Đỗ Đình Kỳ MSV: 506102019
8
Đồ án tốt nghiệp
số mạng như khả năng tổn thất gói, độ trễ, trượt và xác suất tắc nghẽn. Số lượng và
đặc tính các tham số chất lượng phụ thuộc rất lớn vào cơ cấu mạng cung cấp dịch vụ.
Một khung làm việc chung của kiến trúc chất lượng dịch vụ QoS được nhìn từ khía
cạnh mạng gồm có:
 Các phương pháp để yêu cầu và nhận các mức của dịch vụ qua các hình thức

thỏa thuận mức dịch vụ SLA (Service Level Agreements). Một SLA là định dạng yêu
cầu mức dịch vụ gồm có các tham số QoS như băng thông, độ trễ. Các thỏa thuận này
là một hình thức giao kèo dịch vụ giữa khách hàng và nhà cung cấp dịch vụ. Các nhà
cung cấp dịch vụ cần SLA để hướng lưu lượng đầu vào của khách hàng tới mạng phù
hợp, còn người sử dụng cần SLA để hiểu các ứng dụng của mình nhận được các mức
dịch vụ như thế nào.
 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 trước 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 lưu lượng, hướng tới chính sách quản lý và thực thi đối
với từng luồng lưu lượng nhằm xác định kỹ thuật điều khiển lưu lượng phù hợp.Phân
loại lưu lượng có thể sử dụng ở lớp liên kết, lớp mạng, truyền tải hoặc các lớp khác
cao hơn. Phương pháp sắp xếp cho luồng lưu lượng qua mạng trong một chừng mực
nào đó mà có thể đảm bảo thoả thuận các mức dịch vụ sử dụng, bằng các phương pháp
định tuyến trên nền tảng QoS.
 Các phương 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 hưởng tới
mức dịch vụ. Quản lý tắc nghẽn cho phép các thành phần mạng để điều khiển tắc
nghẽn bằng cách xác định thứ tự trong các gói được truyền đi dựa vào các quyền ưu
tiên hoặc là các mức dịch vụ gán cho các gói tin đó. Nó cần tạo ra hàng đợi, chỉ định
các gói tin tới hàng đợi và thiết lập các gói tin trong hàng đợi. Quản lý tắc nghẽn
không phải là cơ chế phòng ngừa, nhưng là một cơ chế tác động ngược khi các điều
kiện tắc nghẽn phát sinh trong mạng. Cắt giảm và dò tìm ngẫu nghiên RED (Random
Early Detection) là một trong các kỹ thuật để ngăn ngừa tắc nghẽn. Thuật toán RED
tận dụng các tính năng tác động ngược của TCP và rất phù hợp tới mạng TCP/IP. Các
tác động ngược cho phép cắt giảm lưu lượng cấp phát vào mạng khi tốc độ đường
truyền chậm. Tận dụng các tính năng này, thuật toán RED thực hiện cắt giảm các gói
tin ngẫu nhiên thậm chí trước khi sự tắc nghẽn xảy ra.
 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 lưu lượng có một giới hạn nhất định số các

gói tin được chấp nhận trong một khoảng thời gian nhất định. Chính sách quản lý liên
SV: Đỗ Đình Kỳ MSV: 506102019
9
Đồ án tốt nghiệp
quan các hoạt động của thiết bị xử lý gói tin và hiện trạng của mạng từ đó sẽ quyết
định hình thức thỏa thuận mức dịch vụ.
Một các tiếp cận khác về QoS được nhìn nhận từ phía mạng là tiếp cận theo
mô hình phân lớp trong mô hình tham chiếu hệ thống mở OSI (Open System
Interconnection), QoS được đánh giá trong một số lớp sau:
 Lớp ứng dụng AL (Application Layer): Chất lượng dịch vụ QoS được nhận
thức là “mức độ dịch vụ”. Khái niệm này rất khó được định lượng chính xác, chủ yếu
dựa vào đánh giá của con người, mức độ hài lòng đối với dịch vụ đó.
 Lớp truyền tải TL (Transport Layer): Chất lượng dịch vụ được thực hiện bởi
kiến trúc logic của mạng, các cơ chế định tuyến và báo hiệu đảm bảo chất lượng dịch
vụ.
 Lớp mạng NL (Network Layer): Chất lượng dịch vụ được thể hiện qua các
tham số lớp mạng tương đối gần với các tham số chúng ta thường gặp, được biểu diễn
thông qua các đại lượng toán học như: Tỷ lệ lỗi, giá trị trung bình, giá trị lớn nhất của
các tham số như băng thông, độ trễ và độ tin cậy của luồng lưu lượng.
 Lớp liên kết dữ liệu DLL (Data Link Layer): Chất lượng dịch vụ được thể
hiện qua các tham số truyền dẫn, tỉ lệ lỗi thông tin, các hiện tượng tắc nghẽn và hỏng
hóc của các tuyến liên kết.
Như vậy, chất lượng dịch vụ QoS tại các mức cao của mô hình hướng về phía người
sử dụng dịch vụ liên quan tới các hệ thống giao thức và phần mềm điều khiển, trong
khi các mức thấp hướng về các đặc tính của hệ thống mạng truyền thông chủ yếu liên
quan tới cấu trúc mạng, tài nguyên sử dụng trong các nút và liên kết.
1.1.2. Cấp độ dịch vụ GoS (Grade of Service)
Một khía cạnh kỹ thuật của chất lượng dịch vụ thường được nhìn nhận như là cấp
độ dịch vụ GoS, GoS thường được sử dụng trong cụng nghiệp viễn thông để chỉ ra các
thành phần bổ sung chất lượng dịch vụ tổng thể của người sử dụng nhận được. Rất

nhiều các thành phần gồm cả phía kỹ thuật mạng và người sử dụng được đánh giỏ qua
cấp độ dịch vụ, chủ yếu là các thành phần kỹ thuật cú thể đo được như (băng thĩng,
trễ). Cấp độ dịch vụ được định nghĩa dưới đõy:
Nếu cú một sự kiện lỗi xảy ra trong một mạng, hoặc một phần của mạng thì lưu
lượng sẽ tăng lờn rất nhanh vượt quá giới hạn xử lý của mạng, và kết quả là cú hiện
tượng tắc nghẽn xảy ra, hoặc kiến trúc của các thành phần chuyển tiếp thông tin tạo ra
giới hạn độ thĩng qua. Các giới hạn này ảnh hưởng tới dịch vụ cung cấp tới khách
hàng, và cấp độ của các giới hạn này được giải thích bằng các tham số GoS thích hợp
(vớ dụ như xác suất mất gói, trễ trung bình, tỉ lệ lỗi, v v). Vỡ vậy, cấp độ dịch vụ liân
quan tới các khía cạnh thông tin cung cấp trờn luồng lưu lượng của chất lượng dịch vụ
QoS.
SV: Đỗ Đình Kỳ MSV: 506102019
10
Đồ án tốt nghiệp
GoS được sử dụng lần đầu trong các ứng dụng chuyển mạch kênh, GoS xác định
khả năng tắc nghẽn hoặc trễ của các cuộc gọi trong một khoảng thời gian và thường
được biểu diễn dưới dạng phần trăm (%). Khả năng tắc nghẽn cuộc gọi hay cũn gọi là
khả năng tổn thất cuộc gọi xảy ra khi khụng thể thiết lập một cuộc gọi từ một tuyến
đầu vào rỗi ra một tuyến đầu ra thích hợp. Các yếu tố ảnh hưởng chính tới GoS trong
trường hợp này là do cấu trúc trường chuyển mạch, kiến trúc điều khiển của hệ thống
chuyển mạch. Khía cạnh trễ của các cuộc gọi trong chuyển mạch kênh là một tham số
đánh giỏ GoS bao gồm trễ thiết lập, trễ truyền và trễ giải phóng các kết nối cho cuộc
gọi. [2]
Một cách tổng thể, cấp độ dịch vụ GoS phụ thuộc rất lớn vào kiến trúc chuyển mạch
trờn cả phương diện phần cứng và phần mềm điều khiển, đồng thời phụ thuộc vào mẫu
lưu lượng đưa tới hệ thống. Cùng với một kiến trúc xử lý với các mẫu lưu lượng khác
nhau sẽ cú các cấp độ dịch vụ khác nhau.
1.1.3. Kiểu dịch vụ ToS và lớp dịch vụ CoS
Khái niệm kiểu dịch vụ ToS (Type of Service) và lớp dịch vụ CoS (Class of
Service) thường được mơ tả tường minh tại tiâu đề của các gói tin. Để dễ dàng nhận

thức các vấn đề này ta xem xét tại tiâu đề gói tin IP. Lớp dịch vụ chia lưu lượng mạng
thành các lớp khác nhau và cung cấp các dịch vụ cho từng gói tin theo lớp dịch vụ mà
gói tin thuộc vào đó. Mỗi một lớp dịch vụ xác định một mức yâu cầu chất lượng dịch
vụ. Đề nhận dạng một lớp dịch vụ, các thiết bị mạng xác định theo một số yếu tố gồm:
Kiểu dịch vụ ToS và thứ tự ưu tiân của dịch vụ; Nhận dạng của thiết bị gửi, nhận dạng
của thiết bị nhận dịch vụ. Các trường chức năng của ToS trong tiâu đề IPv4 được trình
bày trong hình 1.2 dưới đõy.
Hình 1.2: Trường kiểu dịch vụ trong tiêu đề IPv4
Giỏ trị ưu tiân Ý nghĩa
7 (111)
6(110)
5(101)
4(100)
3(011)
2(010)
1(001)
0(000)
Điều khiển mạng
Điều khiển liân mạng
Tới hạn, đặc biệt
Truyền nhanh (tràn lụt)
Truyền nhanh
Lập tức
Ưu tiờn
Bình thường
Bảng 1.1: Thứ tự và ý nghĩa các giá trị ưu tiên trong trường ToS
Giỏ trị ưu tiân (IP precedence) gồm 3 bit xác nhận mức độ ưu tiân, dựa vào đó các
bộ định tuyến đưa ra các quyết định chuyển tiếp thông tin qua mạng. Như chỉ ra trờn
SV: Đỗ Đình Kỳ MSV: 506102019
11

Đồ án tốt nghiệp
bảng 1.1, thứ tự ưu tiân cao nhất được gán cho các gói điều khiển mạng, điều đó đảm
bảo các gói liân quan tới điều khiển và tái cấu hình mạng luơn cú cơ hội chuyển qua
mạng cao nhất ngay cả trong những trường hợp tắc nghẽn cục bộ. Các gói cú thứ tự ưu
tiân thấp nhất là các gói sẽ được bỏ khi cú hiện tượng tắc nghẽn xảy ra. Cùng với các
phân thứ tự ưu tiân cho các gói theo cỏch trờn, ToS xác định thứ tự ưu tiân theo mục
tiâu chất lượng dịch vụ tương ứng với: Độ thĩng qua T (Throughput), trễ D (Delay)
hoặc độ tin cậy R (Reliability). Các giỏ trị này đặt các bit T,D,R theo giỏ trị bit (0) cho
giỏ trị bình thường và giỏ trị bit (1) cho các đặc tính ưu tiân tốt. Một số bit trong
trường chức năng ToS để dự phòng trong tương lai.
Lớp dịch vụ CoS khi kết hợp với mô hình phân biệt dịch vụ DiffServ
(Differentiated Service) sẽ thay thế 3 trường chức năng IP precedence bằng các giá trị
điểm mã dịch vụ được định nghĩa riêng bởi DiffServ để mô tả các thứ tự ưu tiên lưu
lượng. Vấn đề này sẽ được trình bày trong chương 3.
1.1.4. Các tham số chất lượng dịch vụ
Các yêu cầu chất lượng dịch vụ phải được biểu thị theo các tham số QoS đo được.
Các tham số thĩng thường nhất thường được biết đến là các tham số: Băng thĩng, độ
trễ, trượt, giỏ và xác suất mất gói. Các tham số sử dụng để tính toán QoS cú thể tuỳ
thuộc vào kiểu mạng: Băng thĩng, độ trễ, giỏ và độ tin cậy là các tham số thường được
sử dụng trong mạng IP; sự biến đổi tốc độ tế bào, tỉ lệ mất tế bào và trễ chuyển giao là
các tham số thường sử dụng trong mạng ATM; Trong khi đó đối với các mạng không
dây, các tham số đo thường sử dụng là băng thĩng, nhiễu, suy hao và độ tin cậy. Trong
khung làm việc chung của QoS , ba dạng tham số đo tổng quát gồm:
 Các tham số tính cộng (vớ dụ như trễ, trượt, giỏ và số bước nhảy).
 Các tham số tính nhõn (vớ dụ như độ tin cậy).
 Các tham số tính lịm (vớ dụ như băng thĩng).
(i) Độ tin cậy
Để xác định độ ổn định của hệ thống, người ta thường xác định độ khả dụng của hệ
thống, đồng nghĩa với độ khả dụng của hệ thống và được nhìn nhận từ khía cạnh mạng
là độ tin cậy của hệ thống. Độ khả dụng của mạng càng cao nghĩa là độ tin cậy của

mạng càng lớn và độ ổn định của hệ thống càng lớn. Độ khả dụng của mạng thường
được tính trờn cơ sở thời gian ngừng hoạt động và tổng số thời gian hoạt động. Vớ dụ,
độ khả dụng của các hệ thống chuyển mạch gói hiện nay là 99,995% thì thời gian
ngừng hoạt động trong một năm vào khoảng 26 phút.
(i) Băng thông
Băng thông biểu thị tốc độ truyền dữ liệu cực đại có thể đạt được giữa hai điểm kết
cuối. Có thể giải thích qua các phép tính toán như sau: Một mô hình trạng thái QoS
của mạng thường được biểu diễn dưới dạng một đồ thị G (V,E). Trong đó, V là các nút
còn E các liên kết. Lưu lượng vào mạng qua nút Vi và ra khỏi mạng ở nút V
j
. Mỗi liên
SV: Đỗ Đình Kỳ MSV: 506102019
12
Đồ án tốt nghiệp
kết có 2 đặc tính: C(i,j) là dung lượng liên kết, f(i,j) là lưu lượng thực tế. Gọi R(i,j) là
băng thông dư. Khi đó, nếu một kết nối có yêu cầu băng thông là D
k
, thì kết nối được
gọi là khả dụng khi và chỉ khi R(i,j)≥D
k
. Một kết nối mới có thể được chấp nhận nếu
tồn tại ít nhất một đường dẫn khả dụng giữa 2 nút V
i
và V
j
. Băng thĩng là tốc độ truyền
thông tin được tính theo (bit/s).
(ii) Độ trễ
Là khoảng thời gian chờnh lệch giữa các thiết bị phát và thiết bị thu. Trễ tổng thể là
thời gian trễ từ đầu cuối phát tới đầu cuối thu tín hiệu (cũn gọi là trễ tích luỹ). Mỗi

thành phần trong tuyến kết nối như thiết bị phát, truyền dẫn, thiết bị chuyển mạch và
định tuyến đều có thể gây ra trễ. Các thành phần gõy trễ chủ yếu gồm:
 Trễ hàng đợi: Là thời gian một gói phải trải qua trong một hàng đợi khi nó phải
đợi để được truyền đi trong một liên kết khác, hay thời gian cần thiết phải đợi để thực
hiện quyết định định tuyến trong bộ định tuyến. Nó có thể bằng 0 hoặc rất lớn vỡ phụ
thuộc vào số gói có trong hàng đợi và tốc độ xử lý.
 Trễ truyền lan: Thời gian cần thiết để mĩi trường vật lý truyền dữ liệu. Vớ dụ trễ
truyền lan trong các truyền dẫn quang thường nhỏ hơn trong mĩi trường vĩ tuyến.
 Trễ chuyển tiếp: Thời gian sử dụng để chuyển gói tin từ một tuyến này sang
tuyến khác, hay thời gian được 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 được yêu cầu để truyền tất cả các bit trong gói qua
liên kết, trễ truyền dẫn được xác định trên thực tế của băng thông liên kết.
(iii) Biến động trễ
Biến động trễ là sự khác biệt về thời gian truyền của các gói tin khác nhau cùng
trong một luồng lưu lượng. Biến động trễ phát sinh 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 nhất của QoS. Khi biến động trễ nằm vào khoảng dung sai định nghĩa
trước thì nó không ảnh hưởng tới chất lượng dịch vụ. Nếu biến động trễ quá lớn sẽ làm
cho kết nối trong mạng bị đứt quãng. Các bộ đệm trễ thường được sử dụng để giảm tác
động “trồi /sụt” của mạng và tạo ra dòng gói đến đều đặn hơn ở máy thu. Trong một số
ứng dụng thời gian thực không thể chấp nhận biến động trễ lớn, ta có thể xử lý bằng
bộ đệm trễ, song chính các bộ đệm lại làm tăng trễ tổng thể nên lại nảy sinh các khó
khăn khác.
(iv) Tổn thất gói
Tổn thất gói có thể xảy ra theo từng cụm hoặc theo chu kỳ do mạng bị tắc nghẽn
liên tục, hoặc xảy ra trờn chính các trường chuyển mạch gỉi. Mất gói theo chu kì ở
khoảng 5-10% số gói phát ra có thể làm giảm chất lượng mạng xuống cấp đáng kể.
Từng gói bị mất không thường xuyên cũng khiến kết nối gặp khó khăn. Xác suất mất
gói là giá trị giá trị được nhân lên từ xác suất mất gói được kỳ vọng ở mỗi một trong

các nút trung gian giữa một cặp nguồn và đích. Xác suất tổn thất gói là một đại lượng
quan trọng của QoS với cả các ứng dụng dữ liệu hay các dịch vụ thời gian thực. Khi
SV: Đỗ Đình Kỳ MSV: 506102019
13
Đồ án tốt nghiệp
kết nối yâu cầu truyền dữ liệu theo đúng thứ tự, thì tổn thất gói là nguyân nhõn của
quá trình truyền lại. Điều này làm chậm lại quá trình xử lý truyền tin và làm giảm QoS
nhận được. Với các ứng dụng thời gian thực, sự truyền lại gói thường không khả thi.
1.2 CÁC YÂU CẦU CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ
Tất cả các ứng dụng đều yâu cầu một mức chất lượng dịch vụ nào đó, mỗi một ứng
dụng đều cú một số đặc tính cơ bản khác nhau. Để nhận biết các yâu cầu chất lượng
dịch vụ, hệ thống thường nhận biết qua các lớp dịch vụ. Theo quan điểm của ITU-T,
khuyến nghị I-1541 các lớp dịch vụ được chia thành các vùng như trên bảng 1.2 dưới đây.
Lớp QoS Các đặc tính QoS
0
1
2
3
4
5
Thời gian thực, nhạy cảm với jitter, tương tác cao
Thời gian thực, nhạy cảm với jitter, tương tác
Dữ liệu chuyển giao, tương tác cao
Dữ liệu chuyển giao, tương tác
Tổn hao thấp (chuyển giao ngắn, dữ liệu bulk, video)
Các ứng dụng nguyân thuỷ của mạng IP ngầm định
Bảng 1.2: Các đặc tính phân lớp QoS cho mạng IP theo ITU-T
Như vậy, theo quan điểm của ITU các tham số thời gian thực và tương tác cao được
đặt lờn hàng đầu đối với mạng IP, phần lớn các ứng dụng được thực hiện tốt trong các
mạng chuyển mạch hướng kết nối (chuyển mạch kênh và ATM) đáp ứng tốt được các

yâu cầu này. Trong khi đó, mạng IP nguyân thuỷ khơng hỗ trợ các đặc tính trờn, hay
nói cách khác mạng IP nguyân thuỷ khơng hỗ trợ QoS cho các dịch vụ thời gian thực.
Dự án TIPHON của ETSI đề xuất định nghĩa phân lớp QoS được chỉ ra trờn bảng
1.3 dưới đõy:
Lớp QoS Thành phần Các đặc tính QoS
Hội thoại thời gian thực
(thoại, video, hội nghị).
Thoại, audio, Video,
đa phương tiện.
Nhạy cảm với trễ và biến động trễ,
cú giới hạn lỗi và tổn thất, tốc độ
bít thay đổi và cố định.
Luồng thời gian thực
(quảng bỏ).
Audio, Video, đa
phương tiện.
Trễ và biến động trễ cú dung sai
nhất định, dung sai nhỏ đối với lỗi
và tổn thất, tốc độ bit thay đổi.
Tương tác cận thời gian
thực (Web browsing).
Dữ liệu Nhạy cảm với trễ, biến động trễ và
tổn thất, tốc độ bit thay đổi.
Phi thời gian thực
(Email)
Dữ liệu Khụng nhạy cảm với trễ và biến
động trễ, nhạy cảm với lỗi, nỗ lực
tối đa.
Bảng 1.3: Phân lớp QoS theo quan điểm của ETSI
Hướng tiếp cận của ETSI tập trung vào các dịch vụ thường sử dụng trờn mạng IP để

phân ra các loại dịch vụ yâu cầu thời gian thực và không yâu 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 thông dung như : Trễ, biến động trễ, tổn thất gói và đặc tính tốc độ bit.
SV: Đỗ Đình Kỳ MSV: 506102019
14
Đồ án tốt nghiệp
Liân quan tới mạng tích hợp đa dịch vụ băng rộng B-ISDN, ITU-T định nghĩa các
vùng dịch vụ, theo hướng liân quan tới cơng nghệ lõi của B-ISDN là cụng nghệ ATM
chỉ ra trờn bảng 1.4 dưới đõy.
Vùng dịch vụ Các ứng dụng (vớ dụ)
Hội thoại
Bản tin
Khụi phục
Phân bổ
Thoại và video hội nghị, truyền thĩng đa phương tiện tốc
độ cao (truyền file, âm thanh, hình ảnh).
Email, chat
Truyền video, ảnh tĩnh, âm thanh và dữ liệu
Phân bổ nội dung video, quảng bỏ TV.
Bảng 1.4: Các vùng dịch vụ của B-ISDN
Từ các phân vùng dịch vụ của B-ISDN, diễn đàn ATM đưa ra các phân lớp dịch vụ
ATM, các đặc tính ứng dụng cũng như đặc tính chất lượng dịch vụ được chỉ ra trong
bảng .15 dưới đõy:
Vùng dịch vụ ATM Ứng dụng Các đặc tính QoS
Tốc độ bit cố định (CBR) Mĩ phỏng kênh Biến động trễ tế bào thấp, tổn
thất thấp.
Tốc độ bit thay đổi- thời gian thực
(rt- VBR)
Video theo yâu cầuBiến động trễ bình thường, tổn
thất thấp.

Tốc độ bit thay đổi- phi thời gian
thực (nrt- VBR)
Lưu lượng gúi Tổn thất bình thường
Tốc độ bit khả dụng (ABR) Tương thích tốc độ
nguồn
Tổn thất thấp
Tốc độ bit khụng định nghĩa
(UBR)
Lưu lượng nỗ lực
tối đa
Khụng yâu cầu
Bảng 1.5: Phân vùng dịch vụ theo diễn đàn ATM
1.3 CÁC VẤN ĐỀ ĐỂ ĐẢM BẢO QOS
Để nhận thức rị các vấn đề cơ bản nhằm đảm bảo các yâu cầu chất lượng dịch vụ
trờn đõy đã trình bày, ta xem xét một khung làm việc của cơ chế đảm bảo chất lượng
dịch vụ chung. Một cơ cấu đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS chung nhất gồm 3 phần
chính: Cung cấp QoS, điều khiển QoS và quản lý QoS như chỉ ra trờn hình 1.2 dưới
đõy [3].
 Cung cấp QoS đưa ra hàng loạt các kỹ thuật nhằm thiết lập luồng và các giai
đoạn thoả thuận tài nguyân nhằm đảm bảo QoS từ đầu cuối tới đầu cuối.
 Điều khiển QoS đưa ra hàng loạt các hành vi điều khiển như lập lịch, chia gói lập
chính sách và điều khiển luồng.
 Quản lý QoS nhằm giám sỏt, điều đình lại tài nguyên và duy trì các điều kiện
đảm bảo QoS.
SV: Đỗ Đình Kỳ MSV: 506102019
15
Đồ án tốt nghiệp
1.3.1 Cung cấp QoS.
Cơ cấu cung cấp QoS bao gồm ánh xạ QoS, kiểm tra quản lý và dành trước tài nguyân.
 Module ánh xạ QoS thực hiện các chức năng biân dịch giữa các thể hiện QoS

sang các mức hệ thống khác nhau, người sử dụng cú thể định rị chất lượng dịch vụ
thĩng qua các tham số trừu tượng như tốc độ trung bình, băng thĩng khả dụng, trễ, mất
gói tin và các yâu cầu về trễ; một thực thể sẽ biân dịch chúng thành các lớp dịch vụ để
sử dụng cho mục đích dành trước tài nguyên.
 Module kiểm tra quản lý QoS chịu trách nhiệm kiểm tra độ khả dụng của nguồn
tài nguyân so với các yâu cầu và ra quyết định cú cho phép các yâu cầu mới hoặc
không. Một khi yâu cầu đảm bảo QoS từ đầu cuối tới đầu cuối cần tài nguyân tổng thể,
các nguồn tài nguyân được phục vụ dựa trân quyết định điều khiển quản lý nhưng
chúng được cam kết khi kiểm tra điều khiển quản lý thành cơng.
Hình 1.3: Các thành phần trong cơ cấu đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS
 Module báo hiệu và dành trước tài nguyên sắp xếp các nguồn tài nguyên thích
hợp với cỏc đặc tính QoS của người sử dụng. Module quản lý QoS cần các dịch vụ này
để xác nhận các kiểm tra điều khiển quản lý thành cụng hoặc khụng. Module ánh xạ
QoS cần phải quan tâm tới khả năng của các giao thức báo hiệu trước khi ghép các đặc
tính QoS vào mức chất lượng mạng.
1.3.2 Điều khiển QoS
Thành phần điều khiển QoS hoạt động theo thước đo thời gian tại các tốc độ truyền
thông tin, thành phần này cung cấp điều khiển lưu lượng thời gian thực dựa trờn các
yâu cầu mức QoS từ giai đoạn cung cấp QoS. Thành phần này gồm các module sau:
 Module lập lịch luồng quản lý các luồng chuyển tiếp theo cùng một cách thức ở
cả hệ thống kết cuối và mạng. Các luồng cú đặc tính riêng tại hệ thống kết cuối sẽ tập
hợp và liên kết trong lưu đồ được lập lịch bởi mạng.
 Module định hướng luồng điều chỉnh các luồng lưu lượng dựa trờn các mức yâu
cầu QoS, nỉ bao gồm các thuật toán để phân tích và định hướng các luồng tổ hợp tại
biân mạng và lập lịch trong mạng để cung cấp hiệu năng cao nhất.
SV: Đỗ Đình Kỳ MSV: 506102019
16
Đồ án tốt nghiệp
 Module chính sách thường sử dụng trong điều kiện lưu lượng người dùng
chuyển qua vùng biân quản lý và cần loại bỏ giám sát. Chính sách được sử dụng để

theo dõi khi nđo nhà cung cấp duy trì các điều kiện QoS hoặc không.
 Module đồng bộ luồng được yâu cầu để điều khiển các sự kiện tương tác đa
phương tiện theo trình tự và thời gian chính xỏc.
1.3.3 Quản lý QoS
Các thành phần quản lý QoS là để duy trì các mức QoS thoả thuận gồm các module
sau:
 Module kiểm tra QoS là phương tiện để theo dõi các mức QoS đầu ra sẽ được
cung cấp hoặc sẽ được sử dụng, nỉ là cơ sở của thực thể quản lý mạng tớnh toán tối ưu
hiệu năng mạng.
 Module khả dụng QoS cho phép ứng dụng chỉ rị các tham số QoS giam sát và
phản hồi để nhận ra hiệu năng cần thiết.
 Module quản lý QoS cho phép so sánh mức QoS kiểm tra với hiệu năng mong
muốn và điều khiển tối ưu để đưa ra mức chất lượng dịch vụ. Module này cũng đảm
trách các vấn đề liân quan tới xử lý và khơi phục lỗi trờn liên kết và tại các node. Để
duy trỡ các mức QoS cung cấp cần sử dụng các phương pháp đo lưu lượng nhằm giám
sát và điều khiển lưu lượng mạng.
 Modlue phân mức QoS gồm các phép đo để gia tăng sự phân mức cho kiến trúc
QoS, các ứng dụng đa phương tiện cần cú các phân mức nhằm thoả món các yâu cầu
băng thĩng dòi hỏi khác nhau. Module này gồm các thành phầnnhư bộ lọc QoS, tập
hợp và kiến trúc phân lớp QoS.
Tóm tắt chương 1:
Chương này đã trình bày một số vấn đề cơ bản về chất lượng dịch vụ như: Các
định nghĩa, thuật ngữ, các mô hình và tham số cơ bản. Khung làm việc chung của chất
lượng dịch vụ được trình bày cùng với một số quan điểm nhìn nhận của các tổ chức
viễn thông lớn trên thế giới nhằm giúp người đọc nhận thức các hướng tiếp cận khác
nhau đối với vấn đề chất lượng dịch vụ.
SV: Đỗ Đình Kỳ MSV: 506102019
17
Đồ án tốt nghiệp
CHƯƠNG 2

KỸ THUẬT ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ IP
Các kỹ thuật đảm bảo chất lượng dịch vụ IP sẽ được trình bày trong chương này
theo hướng tiếp cận từ đơn giản tới chi tiết. Các mô hình chung của QoS IP được
trình bày qua tiến trình lịch sử phát triển, các tham số ảnh hưởng tới chất lượng dịch
vụ IP trong thực tế được trình bày đơn giản qua các hình thái đơn giản nhất của mạng
nhằm hướng người đọc dần tới các vấn đề kỹ thuật trong các bài toán đảm bảo chất
lượng dịch vụ IP.Chương 2 tập trung vào các giải pháp kỹ thuật được trình bày từ góc
độ bộ định tuyến IP, đõy là các nội dung quan trọng nhất thể hiện trong các mô hình
đảm bảo chất lượng dịch vụ IP.

2.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ QoS IP
2.1.1 Lịch sử phát triển các mô hình QoS cho mạng IP
Các mạng IP vào khoảng giữa thập kỷ 1990 là các mạng nỗ lực tối đa giống như
mạng internet hiện nay. Các hệ thống mạng doanh nghiệp và các mạng cung cấp dịch
vụ đã phát triển từ các mô hình nỗ lực tối đa thành các mô hình dịch vụ phân biệt phức
tạp. Điều đó cú nghĩa là mạng chung phải đưa ra nhiều các ứng dụng với nhiều mức
dịch vụ khác nhau.
Hình 2.1 dưới đõy chỉ ra các bước phát triển của khái niệm QoS từ khoảng giữa
thập kỳ 1990 tới đõy.
Hình 2.1: Các bước phát triển của mô hình QoS
Nỗ lực tiâu chuẩn hoá chất lượng dịch vụ IP lần đầu tiân khi IETF phát hành RFC
1633 vào tháng 6 năm 1994. RFC 1633 đưa ra mô hình dịch vụ tích hợp IntServ
(Integrated Sevices) và tập trung vào giao thức dành trước tài nguyên RSVP (Resource
SV: Đỗ Đình Kỳ MSV: 506102019
18
Đồ án tốt nghiệp
Reservation Protocol). RSVP báo hiệu các yâu cầu về trễ và băng thơng cho các phiân
riêng biệt tới từng nút dọc theo tuyến đường dẫn mà gói đi qua. Tại thời điểm khởi tạo,
RSVP yâu cầu các nút dự trữ tài nguyên, điều này gặp phải trở ngại rất lớn khi hoạt
động trong các mĩi trường không gian lớn như Internet, vỡ số lượng các bộ định tuyến,

máy chủ, thiết bị chuyển mạch lớn và đa dạng.
Để giải quyết thách thức này, một tập tiâu chuẩn của mô hình phân biệt dịch vụ
được đưa ra như một tiâu chuẩn thứ hai về chất lượng dịch vụ IP. Mĩ hình Diffesrv
(Differentiated Services) mĩ tả các hành vi khác nhau được đưa ra bởi mỗi nút. Các nút
cú thể sử dụng các đặc tính cú sẵn (đặc tính chung hoặc riêng) được lựa chọn bởi các
nhà cung cấp thiết bị cho phù hợp với đặc tính luồng lưu lượng. Mơ hình Diffserv định
nghĩa các kỹ thuật đánh dấu gói, như thứ tự ưu tiân IPP (IP precendence) và nút kế tiếp
của nỉ, các điểm mó dịch vụ phân biệt DSCP (Differentiated Services Code Points)
phù hợp với các hành vi bước kế tiếp PHB (per-hop behaviors) cho các kiểu lưu lượng.
Hai mĩ hình tích hợp dịch vụ IntServ và DiffServ cùng được phát triển và bổ sung
các tính năng cần thiết cho người sử dụng. Cả hai mô hình đều đưa ra các giải pháp
hoàn thiện và các thành phần của hai mô hình cú thể tổ hợp để cung cấp các ứng dụng
tổng quát nhất cho miền rộng các lưu lượng và kiểu ứng dụng.
Hình 2.2: Tích hợp dịch vụ IntServ và phân biệt dịch vụ DiffServ
IntServ sử dụng khái niệm dựa trờn luồng cùng với giao thức báo hiệu dọc theo
đường dẫn gói tin. Giao thức báo hiệu đảm bảo các nguồn tài nguyên thoả món yâu
cầu dịch vụ được cung cấp tại mỗi nút cho các luồng lưu lượng trước khi nó được
truyền trờn mạng. Trong giai đoạn đầu khởi tạo, mô hình IntServ bị hạn chế bởi vấn đề
mở rộng vỡ rất nhiều luồng lưu lượng cần phải quản lý trong mạng đặc biệt là trong
mạng đường trục.
DiffServ sử dụng phương pháp đánh dấu gói để phân loại và ứng xử với từng gói
theo các hành vi độc lập. Mặc dự tính mềm dẻo lớn, nhưng DiffServ khơng cung cấp
đảm bảo băng thơng cho các gói trong cùng một luồng lưu lượng. Các phân tích kỹ
lưỡng hơn về hai mô hình này sẽ được trình bày trong chương 3.
SV: Đỗ Đình Kỳ MSV: 506102019
19
Đồ án tốt nghiệp
Vào cuối những năm 1990, các kỹ thuật QoS được chơ trọng nhiều hơn và trở thành
vấn đề quan trọng khi tương thích với các công nghệ mạng tiân tiến như: Cụng nghệ
chuyển mạch nhón đa giao thức MPLS (Multiprotocol Label Switching) và các công

nghệ mạng riêng ảo VPN (Virtual Private Network). Cỏc chiến lược phát triển mô
hình chất lượng dịch vụ IP trong các khoảng thời gian gần đõy tập trung vào tính đơn
giản và tự động, với mục tiâu cung cấp các kỹ thuật đảm bảo QoS thĩng minh trờn
mạng IP. Các công nghệ QoS ngày càng đưa ra các mục tiâu quản lý chất lượng dịch
vụ rộng và chi tiết hơn, cú thể giải quyết được các vấn đề chất lượng dịch vụ IP ở
những cấu hình phức tạp. Rất nhiều nhà quản trị mạng khụng muốn cú các mức quản
lý phức tạp và họ muốn xu hướng của quản lý QoS càng đơn giản càng tốt, thậm chớ
phát triển các cụng nghệ QoS theo hướng cụng cụ bảo mật cho hệ thống.
2.1.2 Các tham số chất lượng dịch vụ IP
Theo khuyến nghị I.380 ITUT định nghĩa một số tham số đánh giỏ hiệu năng truyền
gói tin IP gồm:
 Trễ truyền gói IP IPTD (IP packet Transfer Delay): Đõy là trễ cho một datagram
hoặc phân đoạn cuối giữa hai điểm tham khảo. Trễ này thường gọi là trễ đầu cuối tới
đầu cuối hoặc trễ mạng. Trong trễ truyền gói IP cũn được thể hiện qua trễ truyền gói
IP trung bình và biến động trễ gói tin IP.
 Tỷ lệ lỗi gói tin IP IPER (IP packet Error Ratio): Đõy là tham số tính theo tỷ lệ
của các gói tin IP lỗi trờn tổng số gói tin IP nhận được:
(2.1)
Trong đó:
Nerr: Số lượng gói tin IP lỗi
Nsuc: Số lượng gói tin IP truyền thành cơng
 Tỷ lệ tổn thất gói IP IPLR (IP Loss Ratio): Tỷ số các gói tổn thất trờn tổng số các
gói tin IP truyền.
(2.2)
Trong đó:
Nloss: Số lượng gói tin tổn thất
Ntran: Số lượng gói tin truyền
Tỷ lệ tổn thất gói ảnh hưởng bởi chất lượng kết nối, các ứng dụng trờn IP thường
tính trờn 3 khía cạnh ảnh hưởng tỷ lệ mất gói: Giỏ trị ngưỡng của tỷ lệ mất gói, dung
sai của tỷ lệ mất gói và ảnh hưởng của tỷ lệ mất gói đối với hiệu năng ứng dụng.

2.1.3 Một số tham số cơ bản ảnh hưởng tới QoS IP thực tế
Cùng với các ứng dụng mới được bổ sung vào mạng internet là các yâu cầu chất
lượng dịch vụ. Một số vấn đề liân quan tới chất lượng dịch vụ IP được nhìn nhận từ
SV: Đỗ Đình Kỳ MSV: 506102019
20
Đồ án tốt nghiệp
phía người sử dụng là: Một số ứng dụng chậm; các ứng dụng video cú chất lượng thấp;
các dịch vụ IP telephony cú chất lượng khụng đảm bảo; thời gian chuyển giao và
truyền tải lưu lượng lớn cú thời gian dài. Từ góc độ mạng, các vấn đề trờn cú thể định
lượng qua các tham số QoS của mạng như: Băng thĩng, độ trễ, trượt mất gói và điều
khiển quản lý. [4]
(i) Băng thông
Băng thĩng là một trong những tham số quan trọng nhất của chất lượng dịch vụ IP.
Sự thiếu hụt băng thơng trong mạng Internet thường xuyân xảy ra do rất nhiều nguyân
nhõn, bản thân nguồn tài nguyân mạng khơng đủ đáp ứng hoặc các luồng lưu lượng
cùng tranh chấp một số nguồn tài nguyên. Một thể hiện rị nhất về băng thĩng khả dụng
được chỉ ra trờn các tài nguyên liên kết trong hình 2.3 dưới đõy.
Hình 2.3: Băng thông khả dụng
Băng thĩng lớn nhất của tuyến liên kết bằng giỏ trị băng thĩng lớn nhất của một
đoạn liên kết. Băng thĩng khả dụng được tính tương đối qua giỏ trị băng thĩng lớn nhất
và lượng băng thĩng của luồng lưu lượng. Tính toán băng thĩng khả dụng tương đối
phức tạp vỡ tham số băng thĩng mang tính lịm (như chỉ ra trờn mục 1.1.4 trờn đõy).
Một số giải pháp đã được đưa ra nhằm giải quyết vấn đề sử dụng băng thơng khơng
hiệu quả gồm:
 Tiếp cận tốt nhất là tăng dung lượng liên kết để phù hợp với tất cả các ứng dụng
và người sử dụng với một số lượng băng thĩng dư. Giải pháp này gặp phải một số điểm
hạn chế thực tế như thời gian, tiền và đôi khi cũn từ giới hạn của cơng nghệ trong quá
trình nõng cấp hệ thống.
 Một lựa chọn khác là sử dụng phân loại lưu lượng thành các lớp QoS và sắp xếp
thứ tự ưu tiân các luồng lưu lượng quan trọng. Đõy là giải pháp thường sử dụng hiện

nay với rất nhiều cơ cấu kỹ thuật thường được các nhà cung cấp thiết bị hỗ trợ trực
tiếp trờn hệ thống của họ.
 Tối ưu đường liên kết bằng cách nén các khung tải tin nhằm tăng băng thĩng khả
dụng của liên kết. Nén dữ liệu cú thể thực hiện bằng phần cứng hoặc phần mềm qua
các thuật toán nén. Vấn đề khỉ khăn nảy sinh trong giải pháp này là quá trình nén và
giải nén sẽ làm tăng thời gian trễ vỡ độ phức tạp của thuật toán nén.
SV: Đỗ Đình Kỳ MSV: 506102019
21
Đồ án tốt nghiệp
 Tối ưu đường liên kết bằng các kỹ thuật nén tiâu đề. Kỹ thuật này đặc biệt hiệu
quả tại mơi trường truyền thơng cú các gói tin cú tỉ số tiâu đề / tải tin lớn. Vớ dụ điển
hình của nén tiâu đề là nén tiâu đề giao thức truyền tải tin cậy TCP (Transfer Control
Protocol) và giao thức thời gian thực RTP (Real Time Protocol).
(ii) Độ trễ
Độ trễ từ đầu cuối tới đầu cuối của một quá trình truyền tin IP được nhìn nhận đơn
giản trờn hình 2.4 chủ yếu gồm hai thành phần trễ: Trễ truyền lan và trễ xử lý, hàng
đợi. Trễ tích luỹ gồm tất cả các thành phần trễ trờn và mang tính cộng. Trễ truyền lan
là tham số cú giỏ trị cố định phụ thuộc và phương tiện truyền, trong khi đó tham số trễ
xử lý và trễ hàng đợi trong các bộ định tuyến là các tham số cú giỏ trị thay đổi do các
điều kiện thực tế của mạng.
Hình 2.4: Trễ tích luỹ từ đầu cuối tới đầu cuối
Trễ xử lý là khoảng thời gian cần thiết của một bộ định tuyến để chuyển một gói từ
giao diện đầu vào tới hàng đợi đầu ra và phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: Tốc độ
xử lý, mức độ chiếm dụng CPU, phương thức chuyển mạch IP, kiến trúc bộ định tuyến
và các đặc tính cấu hình giao diện đầu vào và đầu ra.
Hình 2.5: Trễ xử lý và hàng đợi
Trễ hàng đợi là khoảng thời gian của gói tin nằm chờ tại hàng đợi trong một bộ định
tuyến. Trễ hàng đợi phụ thuộc vào số lượng và kích thước các gói tin trong hàng đợi
và băng thơng khả dụng trờn liên kết đầu ra của bộ định tuyến. Trễ hàng đợi cũn phụ
thuộc vào kỹ thuật xếp hàng.

Trễ truyền lan là thời gian truyền một gói qua liên kết, trễ truyền lan thường chỉ phụ
thuộc vào băng thĩng khả dụng của liên kết. Các kỹ thuật truy nhập CSMA/CD cũng
cú thể gõy thờm trễ vỡ xác suất tranh chấp tài nguyên trong trường hợp giao diện tiến
gần tới trạng thái tắc nghẽn.
SV: Đỗ Đình Kỳ MSV: 506102019
22
Đồ án tốt nghiệp
Một số giải pháp cải thiện thời gian trễ gồm cú:
 Tăng dung lượng liên kết, băng thơng đủ sẽ khiến hàng đợi ngắn lại và các gói
khơng phải đợi trước khi truyền dẫn. Tăng băng thĩng cũng đồng nghĩa làm giảm trễ
nối tiếp nhưng mặt khác, giải pháp này cũng làm tăng giỏ thành hệ thống khi phải
nõng cấp.
 Một tiếp cận hiệu quả hơn khi sử dụng cỏc hàng đợi hợp lý. Các hàng đợi ưu tiân
là một trong những thành phần chủ yếu trong tiếp cận này. Các phân tích chi tiết sẽ
được trình bày trong mục 2.3 dưới đõy.
 Phương pháp nén tải tin và nén tiâu đề gói tin là một tiếp cận cú các ưu và nhược
điểm trái ngược nhau cùng tồn tại. Việc nén thông tin làm kích thước gói nhỏ đi đồng
nghĩa với thời gian trễ thấp đi, đồng thời các kỹ thuật nén sẽ làm gia tăng trễ vỡ chính
kỹ thuật nén cần phải cú thời gian thực hiện.
(iii) Tổn thất gói
Thĩng thường, tổn thất gói xảy ra khi các bộ định tuyến tràn không gian đệm. Hình
vẽ 2.6 dưới đõy chỉ ra trong trường hợp hàng đợi đầu ra đầy và các gói tin mới đến bị
loại bỏ.
Hình 2.6: Tổn thất gói vì hiện tượng tràn bộ đệm đầu ra
Các bộ định tuyến IP thơng thường loại bỏ gói vỡ một số lý do như: Loại bỏ gói tại
hàng đợi đầu vào vỡ bộ xử lý tắc nghẽn và khơng thể xử lý gói (hàng đợi đầu vào
đầy), các gói bị loại bỏ tại đầu ra vỡ bộ đệm đầu ra đầy, bộ định tuyến quá tải khơng
thể chỉ định được không gian đệm rỗi cho các gói đầu vào và một số hiện tượng lỗi
khung truyền dẫn.
Ngoài việc tăng dung lượng liên kết, một số tiếp cận sau được sử dụng để giảm độ

tổn thất gói:
 Đảm bảo băng thĩng và tăng không gian đệm để tương thích với các ứng dụng cú
độ bùng nổ lưu lượng cao. Một vài kỹ thuật hàng đợi thường sử dụng trong thực tế:
Hàng đợi ưu tiân, hàng đợi theo yâu cầu, hàng đợi công bằng trọng số và hàng đợi
phân lớp.
 Chống tắc nghẽn bằng phương pháp loại bỏ gói sớm trước khi cú hiện tượng tắc
nghẽn xảy ra qua cỏc kỹ thuật loại bỏ gói sớm.
 Chia cắt lưu lượng và trễ lưu lượng thay vỡ loại bỏ gói, giải pháp này thường
được sử dụng cùng với cỏc hàng đợi phân lớp và cú thứ tự ưu tiân.
SV: Đỗ Đình Kỳ MSV: 506102019
23
Đồ án tốt nghiệp
 Chính sách lưu lượng cú thể giới hạn tốc độ của các gói tin ít quan trọng hơn để
cung cấp chất lượng dịch vụ tốt nhất cho các gói tin cú yâu cầu cao (Tốc độ truy nhập
cam kết và chính sách phân lớp).
(iv) Điều khiển quản lý
Nhằm quản lý và nõng cao chất lượng dịch vụ trong mạng IP, các chức năng quản
lý QoS thường được phân tại mức tổng thể toàn mạng và tại từng thiết bị mạng cụ thể.
Trong các bộ định tuyến thường cú các công cụ hỗ trợ quản lý tắc nghẽn, hàng đợi,
hiệu năng liên kết và các chính sách phân chia lưu lượng. Quản lý chất lượng dịch vụ
tổng thể nhằm đặt ra các chính sách và mục tiâu quản lý chung liân quan tới lưu lượng
tổng thể trờn mạng, các kỹ thuật QoS được sử dụng và đánh giỏ hiệu quả của các
phương pháp quản lý.
2.2 CÁC YÊU CẦU CHỨC NĂNG CHUNG CỦA IP QoS
Như chương 1 đã trình bày, để cung cấp chất lượng dịch vụ QoS qua mạng IP,
mạng phải thực hiện hai nhiệm vụ cơ bản:
 (1) Phân biệt các luồng lưu lượng hoặc các kiểu dịch vụ để người sử dụng đưa
các ứng dụng vào các lớp hoặc luồng lưu lượng phân biệt với các ứng dụng khác;
 (2) Phân biệt các lớp lưu lượng bằng các nguồn tài nguyên và ứng xử dịch vụ
khác nhau trong một mạng.

Nhiệm vụ (1) thường được thực hiện tại giao diện người sử dụng và mạng UNI
(User Network Interface). Khả năng thực hiện nhiệm vụ (2) của mạng là sự khác biệt
cơ bản của các công nghệ mạng, nỉ thể hiện các đặc điểm ưu việt và nhược điểm của
các giải pháp công nghệ khác nhau.
Hình 2.7 dưới đõy chỉ ra các yâu cầu chức năng được thực hiện trong bộ định tuyến
IP. Bộ định tuyến IP trờn hình vẽ thể hiện dưới góc độ các khối chức năng sắp xếp
theo hướng đi của luồng dữ liệu từ đầu vào bộ định tuyến tới đầu ra bộ định tuyến. Các
gói tin IP đi vào từ các cổng đầu vào của bộ định tuyến tới các khối chức năng đánh
dấu gói và phân loại gói, hai khối chức năng này của bộ định tuyến thực hiện nhiệm vụ
(1). Các khối chức năng: Chính sách lưu lượng, quản lý hàng đợi tích cực, lập lịch gói
và chia cắt lưu lượng là các khối chức năng thực hiện nhiệm vụ (2).
SV: Đỗ Đình Kỳ MSV: 506102019
24
Đồ án tốt nghiệp
Hình 2.7: Các yêu cầu chức năng cơ bản của một bộ định tuyến IP
(i) Đánh dấu gói tin IP
Đánh dấu gói tin IP là chức năng đầu tiên mà các bộ định tuyến IP áp dụng vào các
luồng lưu lượng người sử dụng. Chức năng đánh dấu gói đặt các bit nhị phân vào các
trường chức năng đặc biệt của của tiêu đề gói tin IP để phân biệt kiểu của gói tin IP
với các gói tin IP khác. Một gói có thể phân biệt bởi địa chỉ nguồn, địa chỉ đích hoặc
tổ hợp cả hai, hoặc giá trị DSCP của trường chức năng IP precedence, kỹ thuật đánh
dấu DSCP sẽ được trình bày trong mục sau. Các gói tin IP đến một cổng đầu vào có
thể được đánh dấu hoặc không. Nếu gói tin đã được đánh dấu, nó có thể được đánh
dấu lại nếu các giá trị đã được đánh dấu chỉ ra các đặc điểm vi phạm chính sách của bộ
định tuyến đang thực hiện chuyển gói. Nếu một gói chuyển qua nhiều vùng dịch vụ
phân biệt, các gói tin sẽ được đánh dấu theo cách phù hợp với các thoả thuận mức dịch
vụ SLA giữa các vùng. Các gói tin chưa được đánh dấu sẽ được đánh dấu để nhận các
giá trị phụ hợp với chính sách của bộ định tuyến.
(ii) Phân loại gói tin IP
Phân loại gói sử dụng để nhóm các gói tin IP theo luật phân lớp dịch vụ. Điểm khởi

tạo phân lớp lưu lượng có thể đặt tại thiết bị đầu cuối. Trong mạng, các gói tin IP được
lựa chọn dựa trên các trường chức năng của tiêu đề IP sử dụng cho đánh dấu gói tin IP.
Hai phương pháp phân loại gói tin là:
 Phân loại đa trường MF (Multi-Field)
 Phân loại kết hợp hành vi BA (Behavior Aggregate)
Phương pháp phân loại đa trường chức năng được chỉ ra trờn hình 2.8 dưới đõy.
Các gói được phân loại dựa trờn tổ hợp các giỏ trị của một hoặc nhiều trường chức
năng trong tiâu đều IP. Thờm vào đó là các tham số khác như nhận dạng giao diện
cổng vào cũng cú thể sử dụng cho mục đích phân loại.
SV: Đỗ Đình Kỳ MSV: 506102019
25