Nghiên cứu các kĩ thuật quản lý hàng đợi trong mạng IP

Đồ án tốt nghiệp Đại học
Mục lục
Trang
Thuật ngữ viết tắt......................................................................................i
Lời nói đầu...............................................................................................1
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ QoS.......................................3
1.1 Khái niệm QoS............................................................................................3
1.1.1 Giới thiệu chung...........................................................................................................3
1.1.2 Kiến trúc cơ bản của QoS............................................................................................5
1.1.3 Các tham số của QoS...................................................................................................6
1.1.4 Các mức QoS................................................................................................................9
1.2 Điều khiển tắc nghẽn................................................................................18
1.2.1 Khái niệm...................................................................................................................18
1.2.2 Các kỹ thuật được sử dụng trong quản lý tắc nghẽn.................................................19
1.2.3 Điều khiển tắc nghẽn và tránh tắc nghẽn trong mạng TCP.......................................20
1.3 Tổng kết chương.......................................................................................23
CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC CQS TRONG ROUTER............................24
2.1 Cấu trúc Router ........................................................................................24
2.1.1 Cấu trúc router............................................................................................................24
2.1.2 Chức năng của router.................................................................................................26
2.2 Cấu trúc CQS............................................................................................29
2.2.1 Phân loại (Classification)............................................................................................29
2.2.2 Quản lý hàng đợi (Queue management).....................................................................35
2.2.3 Lập lịch (Schedular)....................................................................................................36
2.3 Hoạt động của các router biên và router lõi trong mạng............................38
2.3.1 Router biên (edge router)............................................................................................40
2.3.2 Router lõi (core router)................................................................................................42
2.4 Tổng kết chương.......................................................................................45
CHƯƠNG 3: QUẢN LÝ HÀNG ĐỢI VÀ CÁC THUẬT TOÁN ......46
3.1 Các kĩ thuật hàng đợi.................................................................................46
3.1.1 Giới thiệu hàng đợi trong Router ...................................................................46

3.1.2 Hàng đợi FIFO (First In First Out).............................................................................49
3.1.3 Hàng đợi ưu tiên PQ (Priority Queue)........................................................................50
3.1.4 Hàng đợi cân bằng FQ (Fair Queue)..........................................................................52
3.1.5 Hàng đợi cân bằng có trọng số WFQ (Weighted Fair Queue)...................................52
3.1.6 So sánh các kĩ thuật hàng đợi......................................................................................55
3.2 Các kĩ thuật liên quan tới hàng đợi...........................................................56
3.2.1 Bắt giữ và đánh dấu gói tin.........................................................................................57
3.2.2 Giảm chiếm giữ hàng đợi............................................................................................58
3.3 Các phương pháp quản lý hàng đợi..........................................................60
3.3.1 Kĩ thuật Tail Drop.......................................................................................................60
3.3.2 Thuật toán Blue...........................................................................................................62
3.3.3 Thuật toán RED .........................................................................................................63
Đỗ Thị Thanh Huyền-D2001 VT
Đồ án tốt nghiệp Đại học
3.3.4 Phát hiện sớm ngẫu nhiên có trọng số WRED ..........................................................70
3.3.5 Phát hiện sớm ngẫu nhiên thích nghi ARED..............................................................75
3.3.6 RED với các cổng vào ra (RIO-RED with In/Out).....................................................79
3.3.7 Thuật toán RIO thích ứng (ARIO)..............................................................................84
3.3.8 Phát hiện sớm ngẫu nhiên cân bằng FRED................................................................87
3.4 So sánh các kĩ thuật quản lý bộ đệm.........................................................88
3.4.1 So sánh RED và Tail Drop ...............................................88
3.4.2 So sánh thuật toán RED và thuật toán Blue...............................................................90
3.4.3 So sánh các thuật toán RED .......................................................................................90
3.5 Tổng kết chương ......................................................................................90
Kết luận..................................................................................................92
Tài liệu tham khảo.................................................................................93
Đỗ Thị Thanh Huyền-D2001 VT
Đồ án tốt nghiệp Đại học Thuật ngữ viết tắt
Thuật ngữ viết tắt
ACL Access Control List Danh sách điều khiển cấp

phép
AQM Adaptive Queue
Management
Quản lý hàng đợi tương
thích
ARED Adaptive Random Early
Detection
Phát hiện sớm ngẫu nhiên
tương thích
ARIO Adaptive Random Early
Detection with In/Out put
RED vói các cổng vào ra
tương thích
ATM Asynchronous Transfer
Mode
Kiểu truyền không đồng bộ
BA Behavior Aggregate Tập hợp các hoạt động
BGP Border Gateway Protocol Giao Thức cổng biên
Bootp Boot Trap Protocol Giao thức Bootp
CBQ Class Based Queue Hàng đợi trên cơ sở lớp
CBWFQ Class Base Weighted Fair
Queue
Hàng đợi cân bằng có trọng
lượng trên có sở lớp
CoS Class of Service Lớp dịch vụ
CQ Custom Queue Hàng đợi tụ điều chỉnh
CQS Classification, Queue,
Schedular
Kiến trúc phânloại, xếp
hàng, lập lịch

CU Currently Unused Không sử dụng
DRR Deficit Round Robin Thuật toán Round Robin
tường minh
DS Differentiated Service Dịch vụ phân biệt
DSCP Differentiated Service Code
Point
Điểm mã dịch vụ phân biệt
ECN Explicit Congestion
Notification
Thông báo tắc nghẽn rõ
ràng
ECT ECN Capable Transport Bít ECT
EGP Exterior Gateway Protocol Giao thức cổng ngoại
FIB Forwarding Information
Base
Cơ sở thông tin định tuyến
FIFO First In First Out Hàng đợi phục vụ theo kiểu
vào trước ra trước
FRED Fair Random Early
Detection
Phát hiện sớm ngẫu nhiên
cân bằng
ICMP Internet Control Message
Protocol
Giao thức bản tin điều
khiển Internet
IGP Interior Gateway Protocol Giao thức cổng ngoại
IP Internet Protocol Giao thức Internet
Đỗ Thị Thanh Huyền-D2001 VT
Đồ án tốt nghiệp Đại học Thuật ngữ viết tắt

IS Intergrated Service Dịch vụ tích hợp
ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ
Internet
LAN Local Area Network Mạng nội vùng
LDP
MMF
MIB Management Information
Base
Cơ sở thông tin quản lý
mạng
MPLS Multi Protocol Lable
Swiching
Chuyển mạch nhãn đa giao
thức
MTU Maximum Transport Unit Đơn vị truyền lớn nhất
NAT Network Address
Translator
Biên dịch địa chỉ mạng
NP Network Performent Hiệu năng mạng
OSPF Open Shortest Path First Giao thức định tuyến OSPF
PHB Per Hop Behavior Cách hoạt động trên từng
chặng
PMTU Path Maximum Transport
Unit
Đơn vị truyền lớn nhất của
một đường
PQ Priority Queue Hàng đợi ưu tiên
PPP Point to Point Protocol Giao thức điểm -điểm
RED Random Early Detection Phát hiện sớm ngẫu nhiên
RIO RED with In/Out put RED với các cổng vào ra

RIP Realtime Internet Protocol Giao thức báo hiệu IP thời
gian thực
RR Round Robin Thuật toán Round Robin
RSVP Resource Reservation
Protocol
Giao thức dành trước tài
nguyên
RTP Realtime Protocol Giao thức thời gian thực
SLA Service Level Agreement Thoả thuận mức dịch vụ
giữa nhà cung cấp dịch vụ
và khách hàng
SNMP Simple Network
Management Protocol
Giao thức quản lý mạng
đơn giản
TCA Traffic Conditioning
Agreement
Thoả thuận điều phối lưu
lượng
TCP Transport Control Protocol Giao thức điều khiển truyền
tải
TFTP Trivial File Transfer
Protocol
Giao thức truyền file đơn
giản
TOS Type Of Service Loại dịch vụ
UDP User Data Protocol Giao thức dữ liệu người sử
Đỗ Thị Thanh Huyền-D2001 VT
Đồ án tốt nghiệp Đại học Thuật ngữ viết tắt
dụng

WAN Wide Erea Network Mạng diện rộng
WFQ Weighted Fair Queue Hàng đợi cân bằng có trọng
số
WRED Weighted RED RED có trọng số

Đỗ Thị Thanh Huyền-D2001 VT
Đồ án tốt nghiệp Đại học Lời nói
đầu
Lời nói đầu
Internet đã làm một cuộc cách mạng thay đổi nhiều khía cạnh trong cuộc sống của
chúng ta. Nó làm thay đổi hẳn các hoạt động mang tính truyền thống của con người.
Bằng cách sử dụng Internet nó cho phép con người có thể tiếp nhận thông tin từ xa như :
có thể xem một bộ phim đang chiếu ở đâu đó, nói truyện với người ở rất xa, hay theo
học trực tuyến tới một khoá học nào đó ngoài nước….Bên cạnh đó mạng Internet còn rẻ
hơn nhiều so với các lợi hình dịch vụ khác, do đó nó được phát triển rộng khắp ở mọi
nước trên thế giới.
Có thể xem xét quá trình phát triển của Internet như sau. Sự phát triển các giao
thức cho Internet (IP) bắt đầu từ những năm 1970, nhưng thực sự phát triển vào những
năm 1980 và phát triển mạnh vào những năm sau đó. Năm 1995 mạng Internet đã kết
nối khoảng 100 triệu máy tính và cho tới ngày nay số lượng này đã tăng lên rất nhiều.
Qua đó ta thấy được sự bùng nổ về nhu cầu sử dụng Internet và sự gia tăng của lưu
lượng thông tin. Song song với việc quan tâm tới chất lượng dịch vụ thì mạng thông tin
này cần thiết phải thích nghi với các tính năng như tốc độ cao, băng thông, đa phương
tiện và phải thiết lập được mạng thông tin có thể thoả mãn được tất cả các yêu cầu của
khách hàng. Mạng IP ra đời thoả mãn được các yêu cầu cả về kĩ thuật lẫn chất lượng dịch
vụ. Tuy nhiên để nâng cao chất lượng dịch vụ, đáp ứng được các yêu cầu của người sử
dụng là một vấn đề thực sự khó khăn cho các nhà quản lý mạng, đặc biệt là trong hoàn
cảnh hiện nay khi các luồng thông tin ngày càng đa dạng về chủng loại, đặc tính, mà yêu
cầu chất lượng sử dụng thông tin thì ngày càng khắt khe. Việc yêu cầu chất lượng dịch vụ
của người sử dụng cũng tạo ra sự cạnh tranh khắc nghiệt giữa các nhà cung cấp dịch vụ,

yêu cầu các nhà cung cấp dịch vụ phải tìm ra các giải pháp mới để nâng cao chất lượng
dịch vụ và tăng doanh thu cho mình.
Vậy giải pháp đưa ra là gì?. Các nhà xây dựng mạng đã khéo léo đưa ra các mô
hình mạng mới như mô hình mạng dịch vụ phân biệt DiffServ và mạng dịch vụ tích hợp
IntServ đồng thời kết các mô hình mạng với nhau để lợi dụng ưu điểm của từng mạng
và hạn chế nhược điểm của chúng. Bên cạnh đó các nhà thiết kế còn đi sâu vào tìm hiểu
và thiết kế các phương pháp quản lý, giám sát các tiến trình truyền tin ngay bên trong
bản thân của các thành phần nhỏ của mạng như router, chuyển mạch….Điển hình là các
router được thiết kế theo cấu trúc CQS đã phần nào đơn giản hoá việc truyền tin và nâng
cao chất lượng dịch vụ. Một trong những phương pháp đưa ra ở các router để cải thiện
chất lượng dich vụ trong mạng IP thông dụng nhất là phương pháp quản lý hàng đợi
(Queue Management)

Đỗ Thanh Huyền-D2001 VT
Đồ án tốt nghiệp Đại học Lời nói
đầu
Trong thời gian qua được sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của các thầy cô trong
khoa viễn thông, đặc biệt là thầy giáo ThS Nguyễn Văn Đát em đã hoàn thành đồ án tốt
nghiệp “Nghiên cứu các kĩ thuật quản lý hàng đợi trong mạng IP ”. Nội dung của đồ án
gồm 3 chương :
Chương 1 : Giới thiệu chung về QoS
Chương 2 : Kiến trúc CQS trong router
Chương 3 : Quản lý hàng đợi và các thuật toán
Do lĩnh vực của đề tài này tương đối rộng, và bản thân kiến thức còn có nhiều hạn
chế nên đồ án không tránh khỏi nhiều sai sót. Em mong được sự góp ý và chỉ bảo của các
thầy cô và các bạn sinh viên để nội dung đồ án được hoàn thiện và phong phú hơn.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Viễn Thông,
đặc biệt là thầy giáo ThS Nguyễn Văn Đát đã tận tình giúp đỡ, chỉ bảo giúp em hoàn
thành đồ án.
Hà Nội ngày 25 tháng 10 năm 2005

Sinh viên thực hiện
Đỗ Thị Thanh Huyền
Đỗ Thanh Huyền-D2001 VT
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1: Giới thiệu về
QoS
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ QoS
Hiện nay lưu lượng trong mạng rất phong phú và đa dạng, mỗi kiểu lưu lượng lại
có một yêu cầu riêng về băng thông, độ trễ, mất gói và độ tin cậy. Bên cạnh đó mạng IP
best-effort có giao thức IP được thiết kế một cách tin cậy, không để ý đến thời gian
truyền, chỉ thích hợp trong mạng có độ tin cậy cao, do đó trong các mạng phức tạp sẽ
không đảm bảo được chất lượng dịch vụ. Với sự bùng nổ của Internet và sự bùng nổ của
mạng NGN cùng hầu hết các lưu lượng mạng đều dựa trên cơ sở IP thì việc đảm bảo
QoS cho các loại lưu lượng khác nhau là một vấn đề lớn. Do đó việc nghiên cứu về QoS
là điều cần thiết cho nhà quản lý dịch vụ.
1.1 Khái niệm QoS
1.1.1 Giới thiệu chung
Theo khuyến nghị E800 của ITU QoS được xem như: “Chất lượng dịch vụ viễn
thông là kết quả tổng hợp của các chỉ tiêu dịch vụ, thể hiện ở mức độ hài lòng của đối
tượng sử dụng dịch vụ đó”. Dịch vụ viễn thông là các hoạt động trực tiếp hoặc gián tiếp
của các doanh nghiệp cung cấp cho khác hàng khả năng truyền, đưa và nhận các loại các
thông tin thông qua mạng lưới viễn thông công cộng
Theo cisco thì: QoS là khả năng của mạng để cung cấp dịch vụ tốt hơn cho lưu
lượng mạng xác định qua nhiều công nghệ mạng lớp dưới như Frame Relay, ATM, IP…
và các mạng định tuyến. Nói cách khác, nó là đặc tính của mạng cho phép phân biệt
giữa các lớp lưu lượng khác nhau và xử lý chúng một cách khác nhau.
Về cơ bản, QoS cho phép cung cấp tốt hơn các dịch vụ đối với các luồng.Việc
này được thực hiện bằng việc tăng độ ưu tiên của luồng này và giới hạn độ ưu tiên của
luồng khác. Khi sử dụng các phương pháp điều khiển tắc nghẽn, ta có thể cố gắng làm
tăng độ ưu tiên của luồng bằng cách sử dụng hàng đợi và các hàng đợi phục vụ theo

nhiều cách. Phương pháp hàng đợi được sử dụng để tránh tắc nghẽn, tăng độ ưu tiên
bằng việc loại bỏ các luồng có độ ưu tiên thấp hơn. Bắt giữ và định dạng cung cấp độ
ưu tiên cho một luồng bằng việc giới hạn độ thông qua của luồng khác. Phương pháp
này giới hạn các luồng lớn, ưu tiên xử lý các luồng nhỏ.
A
NP
QoS
NET
NET
NET
NET
CEQ
CEQ
NP
NP
B
Hình 1.1: Mô hình tổng quan QoS
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1: Giới thiệu về
QoS
Trong mô hình có cả chất lượng của từng mạng (NP) trên đường truyền từ đầu
cuối này tới đầu cuối kia. Ta không nên nhầm lẫn hai khái niệm chất lượng dịch vụ và
chất lượng mạng.
QoS giúp cho các dịch vụ viễn thông và nhà cung cấp mạng đáp ứng được các
nhu cầu dịch vụ của khách hàng. Còn NP được đo trực tiếp hiệu năng trên mạng không
chịu ảnh hưởng của khách hàng và các thiết bị đầu cuối. Thêm nữa các giá trị của QoS
đo được rất khác so với các giá trị NP đo được do một kết nối từ đầu cuối A đến đầu
cuối B có thể phải chuyển qua nhiều kết nối trong mạng, hay phải qua rất nhiều mạng và
các thiết bị đầu cuối. Do đó để đo được QoS là rất khó. Việc đo đạc NP đơn giản hơn
nhiều.
So sánh giữa QoS và NP:

QoS được xác định bằng các chỉ tiêu định tính và định lượng. Chỉ tiêu định tính
thể hiện sự cảm nhận của khách hàng còn chỉ tiêu định lượng được thực hiện bằng các
số liệu đo cụ thể.
Theo khuyến nghị E800 của ITU: NP là năng lực của mạng (hoặc một phần của
mạng) cung cấp các chức năng liên quan tới truyền thông tin giữa những người sử dụng.
Mạng viễn thông bao gồm các hệ thống chuyển mạch và truyền dẫn, mạng cáp
ngoại vi, được kéo dài từ điểm truy nhập tới thiết bị đầu cuối của khách hàng. Do đó
đánh giá chất lượng của mạng chính là đánh giá các chỉ tiêu, các thông số kĩ thuật có
liên quan tới khả năng truyền thông tin của mạng cùng các chủng loại thiết bị bên trong
mạng đó. Theo quan điểm của khách hàng thì họ mong muốn được cung cấp các dịch vụ
đảm bảo chất lượng, còn trên quan điểm của nhà cung cấp dịch vụ thì khái niệm chất
lượng mạng là một chuỗi các tham số mạng có thể được xác định, được đo đạc và điều
chỉnh để có thể đạt được mức độ hài lòng của khách hàng về dịch vụ. Nhà cung cấp dịch
vụ có trách nhiệm phải tổ hợp các tham số chất lượng mạng khác nhau thành tập hợp
các tiêu chuẩn để có thể vừa đảm bảo lợi ích kinh tế của mình vừa thoả mãn tốt nhất yêu
cầu của người sử dụng. Khi sử dụng dịch vụ, khách hàng chỉ biết đến nhà cung cấp dịch
vụ chứ không quan tâm tới các thành phần của mạng. NP yêu cầu phải được hỗ trợ các
khả năng:
• Khả năng truy nhập dịch vụ
• Khả năng khai thác
• Khả năng duy trì
• Khả năng tích hợp dịch vụ
Mô hình tham khảo cho QoS end to end thường có một hoặc vài mạng tham gia,
mỗi mạng lại có nhiều node. Mỗi mạng tham gia có thể đưa vào trễ, tổn thất hoặc lỗi do
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1: Giới thiệu về
QoS
việc ghép kênh, chuyển mạch hoặc truyền dẫn, nên nó ảnh hưởng tới truyền dẫn. Do đó
QoS trong mạng phụ thuộc vào nhiều yếu tố: các thành phần mạng, cơ chế xử lý tại đầu
cuối, cơ chế điều khiển trong mạng.
1.1.2 Kiến trúc cơ bản của QoS

Kiến trúc cơ bản của QoS gồm 3 mảng cơ bản:
• Định dạng QoS và kĩ thuật đánh dấu cho phép phối hợp QoS từ điểm đầu tới
điểm cuối giữa từng thành phần mạng.
• QoS trong từng thành phần mạng đơn(các công cụ hàng đợi định dạng,lập
lịch, định dạng lưu lượng)
• Cách giải quyết, điều khiển QoS, các chức năng tính toán để điều khiển và
giám sát lưu lượng đầu cuối qua mạng.
Hình 1.2: Ba thành phần của kiến trúc QoS cơ bản.
1.1.2.1 Định dạng QoS và quá trình đánh dấu
Để cung cấp các dịch vụ ưu tiên cho từng loại lưu lượng, đầu tiên phải định dạng
được lưu lượng. Thứ hai luồng phải được đánh dấu hoặc không. Nếu gói chỉ được định
dạng mà không đánh dấu thì phân loại được xem như xảy ra trên từng chặng. Khi sự
phân loại gắn liền với thiết bị nó tích hợp trên thì gói không được chuyển tới node kế
tiếp. Còn nếu gói được đánh dấu sử dụng cho mạng diện rộng thì các bit cho phép
truyền trước precedence được thiết lập.
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1: Giới thiệu về
QoS
1.1.2.2 QoS trong thành phần mạng đơn
• Quản lý tắc nghẽn:
Do lưu lượng video, voice, data có dạng bó, thỉnh thoảng có một số lượng vượt
quá tốc độ cho phép lúc này router sẽ làm gì? Nó sẽ chuyển các gói đến đầu tiên ra
trước trong một hàng đợi đơn hay đưa các gói vào trong các hàng đợi khác nhau và phục
vụ từng hàng lần lượt? Để giải quyết vần đề này ta sử dụng các công cụ: hàng đợi ưu
tiên (PQ), hàng đợi đặt trước (CQ), hàng đợi cân bằng trọng số (WFQ) và hàng đợi cân
bằng trọng số trên cơ sở lớp (CBWFQ)
• Quản lý hàng đợi
Do kích thước của hàng đợi là giới hạn nên chúng có thể bị đầy và tràn hàng đợi.
Do đó khi hàng đợi đầy thì bất kì một gói truyền thông nào đến đều không thể vào trong
hàng đợi và nó sẽ bị loại bỏ. Việc loại bỏ này là loại bỏ đằng đuôi, điều này có nghĩa là
bất kì gói nào đến (thậm chí các gói có độ ưu tiên cao) đến khi hàng đợi đã đầy đều bị

loại bỏ. Do đó cơ chế này cần 2 yếu tố:
+ Luôn chắc chắn rằng hàng đợi không bao giờ đầy để có đủ chỗ cho các gói có
độ ưu tiên cao.
+ Phải có cơ chế loại bỏ các gói có độ ưu tiên thấp trước các gói có độ ưu tiên cao.
Phát hiện sớm ngẫu nhiên (RED) cung cấp đủ hai cơ chế này
• Định dạng và bắt giữ lưu lượng
+ Định dạng: được sử dụng để giới hạn tiềm năng băng thông của luồng. Điều
này được sử dụng rất nhiều lần để ngăn chặn vấn đề tràn luồng. Có thể tăng hoặc giảm
tốc độ của lưu lượng đến để phù hợp với hiện trạng của mạng.
+ Bắt giữ: cũng tương tự như định dạng, nó chỉ khác là nếu lưu lượng vượt
quá tốc độ cấu hình thì nó không dược đưa vào bộ đêm và có thể bị loại bỏ.
1.1.3 Các tham số của QoS
• Latency : Độ trễ khi truyền một gói tin qua mạng
• Loss : Độ mất gói
• Jitter : Giá thay đổi của gói tin
• Throughput: Thông lượng của mạng
• Availabily : Độ khả dụng của mạng.
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1: Giới thiệu về
QoS
1.1.3.1 Latency
Trễ và latency thuộc cùng một nhóm chỉ số thời gian để truyền tải một bit qua
mạng từ nguồn tới đích. Hay nói theo cách khác thì latency là thời gian mà mạng lưu
giữ gói tin khi truyền nó. Hệ thống có thể chỉ là thiết bị đơn như một Router, hay là tập
hợp các router và các đường truyền. Trễ được tạo ra do khoảng cách truyền, các lỗi, lỗi
khôi phục, tắc nghẽn, khả năng xử lý của mạng bao gồm truyền dẫn và các nhân tố
khác. Tóm lại latency đầu cuối là sự kết hợp của trễ truyền dẫn thông qua mỗi kết nối và
trễ xử lý tại mỗi router.
Có nhiều dịch vụ, đặc biệt là dịch vụ thời gian thực như truyền thông thoại bị ảnh
hưởng rất nhiều bởi trễ. Truyền thông tương tác gặp khó khăn khi độ trễ vượt quá 100-
150 ms vì khi trễ vượt quá 200 ms, người sử dụng sẽ thấy ngắt quãng và đánh giá chất

lượng thoại ở mức thấp. Có rất nhiều thành phần gây trễ trong mạng cần được tìm hiểu:
trễ đóng gói, trễ hàng đợi và trễ lan truyền.
• Trễ đóng gói:
Là lượng thời gian thực hiện mã hoá /giải mã để chuyển đỏi hai chiều giữa tương
tự và số, thời gian thực hiện đóng gói và mở gói (xử lý tín hiệu số thành gói và ngược lại).
• Trễ lan truyền:
Là lượng thời gian để thông tin truyền trên liên kết là dây đồng, sợi quang hay
không dây. Nó cũng là hàm của tốc độ ánh sáng.
• Trễ hàng đợi:
Được áp đặt vào các gói ở các điểm nghẽn trong lúc nó phải chờ đợi cho tới khi
được xử lý trong khi những gói khác được chuyển qua chuyển mạch hay dây dẫn. Hay nói
cách khác đây là thời gian gói tin chờ trong hàng đợi để đợi đến lượt mình được xử lý.
Hình 1.3: Mô tả latency qua máy đo
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1: Giới thiệu về
QoS
1.1.3.2 Mất gói(loss)
Khi các gói truyền trong mạng không đến được phía thu, ta gọi đó là hiện tượng
mất gói. Đây cũng là một tham số quan trọng của QoS. Nó thường xảy ra khi xuất hiện
tắc nghẽn trên đường truyền các gói, làm cho bộ đệm của router bị tràn. Việc mất gói
này gây ra mất mát thông tin phía thu, tạo ra trễ khi phải truyền lại các gói bị mất hay
truyền thông tin thông báo, điều này làm giảm giá trị của các ứng dụng đa phương tiện
và thậm chí gây tắc nghẽn trong mạng. Thường thì độ mất gói ảnh hưởng nhiều tới dịch
vụ IP telephony/VoIP hơn là các dịch vụ dữ liệu. Do trong khi truyền thoại thì việc mất
nhiều bit hay gói gây ra hiện tượng nhảy thoại gây khó chịu cho người sử dụng. Trong
truyền dữ liệu việc mất nhiều bit hay gói gây ra hiện tượng không đều nhất thời trên
màn hình song hình ảnh (video) sẽ nhanh chóng được xử lý như trước. Tuy nhiên nếu
việc mất gói xảy ra theo dây truyền thì chất lượng của việc truyền dẫn sẽ xuống cấp. Tỉ
lệ mất gói nhỏ hơn 5% cho chất lượng tối thiểu và nhỏ hơn 1% cho chất lượng liên đài.
1.1.3.3 Jitter
Jitter là sự khác biệt về trễ của các gói khác nhau cùng trong một dòng lưu

lượng. Biến động trễ có tần số cao gọi là jitter còn biến động trễ có tần số thấp gọi là
wander. Jitter chủ yếu là do thời gian xếp hàng của các gói liên tiếp trong trong một
luồng và là vấn đề quan trọng nhất của QoS. Các loại lưu lượng thời gian thực (như
thoại) thường chịu được jitter. Khác biệt trong thời gian đến của gói gây ra sự lên
xưống của thoại. Tất cả các hệ thống truyền tải đều có jitter. Khi jitter nằm trong
khoảng dung sai được định nghĩa trước thì nó không ảnh hưởng tới chất lượng dịch
vụ. Khi jitter quá nhiều thì có thể được xử lý bằng bộ đệm, song nó lại làm tăng trễ bộ
đệm. Jitter phải nhỏ hơn 60 ms (cho chất lượng trung bình) 20 ms cho chất lượng
trung kế.
Hình 1.4 : Mô tả hiện tượng jitter qua máy đo
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1: Giới thiệu về
QoS
1.1.3.4 Throughput (khả năng thông qua của mạng)
Là tốc độ luồng thông tin qua mạng (tính bằng KB/s; MB/s…). Bình thường
trong môi trường mạng LAN băng thông càng lớn càng tốt. Đối với từng loại mạng khác
nhau cho phép tốc độ luồng thông qua và kích thước gói tin khác nhau.
1.1.3.5 Availability
Là tỉ lệ thời gian mạng hoạt động. Độ khả dụng đạt được thông qua sự kết hợp
của độ tin cậy thiết bị với khả năng sống của mạng. Độ khả dụng là một tính toán xác
suất
1.1.4 Các mức QoS
Nói đến các mức dịch vụ là nói đến khả năng thực tế của QoS đầu cuối. Điều này
có nghĩa là khả năng của mạng để cung cấp các dịch vụ cần thiết bởi lưu lượng mạng
đặc biệt từ đầu cuối tới đầu cuối hoặc từ biên tới biên.Các dịch vụ này khác nhau theo
các tham số của QoS như: băng thông trễ, jitter…
Các mức dịch vụ:
• Dịch vụ best effort: là kết nối cơ sở không đảm bảo,nó được đặc trưng bởi sự
sắp xếp vào hàng đợi FIFO,và không có sự khác nhau giữa các luồng
• Dịch vụ phân biệt (QoS mềm): một số loại lưu lượng được đối xử tốt hơn
bình thường(tốc độ xử lý nhanh hơn,băng thông trung bình lớn hơn,tốc độ

mất gói trung bình nhỏ). Đây là sự ưu tiên thống kê, được cung cấp bởi việc
phân loại lưu lượng và các công cụ như: PQ,CQ, WFQ, WRED
• Dịch vụ đảm bảo(QoS cứng): đây chỉ thuần tuý là sự đặt trước tài nguyên
mạng cho các dịch vụ đặc biệt. Được cung cấp thông qua QoS với các công
cụ: RSVP,CBWFQ
Hình 1.5: Ba mức dịch vụ của QoS đầu cuối

Best effort
Differentiated
Quaranteed
Solved-IP internet
Ubiquitous
connectivity
Best effort
(IP, IPX, apple talk)
Differentiated
(first,bussiness,
coach class)
Guaranteed
(banwidth, delay,
jitter)
Some traffic is
more important
than the rest
Certain applications
require specific
network resource
The network
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1: Giới thiệu về
QoS

1.1.4.1 Các dịch vụ phân biệt
a. Các thuật ngữ:
Từ các năm về trước,nền công nghiệp đã chuyển hướng sang kiểu dịch vụ phân
biệt để cung cấp các cách đối xử với lớp dịch vụ của luồng IP. Dịch vụ phân biệt được
xem như là sự phát triển của việc sử dụng các trường TOS trong các gói IP. Dịch vụ
phân biệt là một kiểu CoS (lớp dịch vụ) nhằm nâng cao chất lượng của các dịch vụ best
effort trong mạng
Nó phân biệt lưu lượng bởi người sử dụng, các yêu cầu dịch vụ và các tiêu chuẩn
khác nhau, sau đó nó đánh dấu các gói do vậy mà các node mạng có thể cung cấp các
mức dịch vụ khác nhau thông qua hàng đợi ưu tiên hoặc phân phối băng tần, hay bằng
việc chọn lựa các router chuyên dụng cho các luồng lưu lượng đặc biệt. Hệ thống quản
lý hoạt động điều khiển việc phân phối dịch vụ.kiểu dịch vụ best effort truyền thống
của Internet không thể phân biệt giữa các luồng được tạo ra bởi các Host khác nhau. Khi
các luồng thay đổi thì mạng cung cấp dịch vụ tốt nhất mà nó có thể nhưng không có sự
điều khiển để bảo tồn các mức dịch vụ cao hơn cho một số luồng này mà không phải là
các luồng khác. Dịch vụ Diff-Serv đã làm gì để cung cấp các mức dịch vụ tốt hơn trong
môi trường best effort. Dịch vu Diff-Serv mang đến cách tiếp cận không trạng thái điều
này tối thiểu hoá sự cần thiết của các node trong mạng Internet để nhớ bất kì điều gì về
các luồng. Nó không tốt trong việc cung cấp QoS như trong cách tiếp cận có trạng thái
nhưng nó thực tế hơn khi truyền trên mạng Internet. Các thiết bị Diff-Serv tại biên của
mạng đánh dấu các gói theo một cách nhờ đó có thể mô tả mức dịch vụ mà chúng nhận.
Các thành phần của mạng đáp lại các đánh dấu một cách đơn giản mà không cần thương
lượng đường dẫn hay nhớ các thông tin trạng thái cho mỗi luồng. Thêm vào đó các ứng
dụng không cần yêu cầu mức dịch vụ đặc biệt hay cung cấp tính năng thông báo về hành
trình của luồng.
Một số đặc điểm của Diff-Serv:
• Diff-Serv định nghĩa trường DS mới trong tiêu đề của gói tin IP thay thế cho
trường TOS. Các bit mẫu trong trường chỉ ra loại dịch vụ và cách cư xử tiếp
theo trong các node mạng. Gồm hai trường DSCP (điểm mã dịch vụ phân
biệt) và bit CU chỉ thị trạng thái sử dụng.

• 6 bit trong trường DSCP có thể định nghĩa lên đến 64 loại dịch vụ mạng phân
biệt.
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1: Giới thiệu về
QoS
• PBH (cách cư xử trên từng chặng) đề cập đến cách cư sử hướng đi ngoại lệ
của các gói qua mạng Diff-Serv. Giá trị của trường DSCP chỉ thị PHB sử
dụng.
• PHB có thể thoả mãn các yêu cầu băng thông đặc biệt (ví dụ như hỗ trợ các
dịch vụ thoại thời gian thực) hoặc cung cấp một vài dịch vụ ưu tiên.Các đặc
tính của dịch vụ có thể thiết kế để cải thiện khả năng thông qua, giảm độ trễ,
jitter, và độ mất gói.
• Các dịch vụ phân biệt có thể cung cấp các loại yêu cầu ứng dụng khác nhau
và cho phép các nhà cung cấp dịch vụ đưa ra các giá dịch vụ theo đặc tính
của chúng
• Các dịch vụ Diff-Serv được thiết kế để làm việc bên trong một vùng hay đầu
cuối qua mạng Internet
• Các luật lệ mà xác định dịch vụ là một bộ các lược đồ quản lý trên cơ sở các
chính sách
b. Kiến trúc mạng Diff-Serv:
Mạng Diff-Serv bao gồm rất nhiều thành phần mạng và một vài thuật ngữ đặc
biệt. Tất cả các thành phần này và các cách cư xử liên quan được thiết kế để tách riêng
quản lý lưu lượng và tính năng cung cấp dịch vụ từ các chức năng định hướng được
thực hiện bên trong các node mạng lõi.
Hình 1.6 : Mô tả các thuật ngữ trong mô hình mạng Diff Serv
Các tính năng nổi bật nhất của các mạng Diff-Serv là các miền DS và các node
biên DS. Các miền DS có thể là các mạng Intranet riêng, nhưng điển hình là các mạng
cung cấp dịch vụ tự trị có riêng các chính sách cung cấp dịch vụ và các nhận dạng PHB.
Các node bên trong DS biên dịch các giá trị DSCP và các gói hướng đi. Chúng có thể
thực hiện một số chức năng điều phối lưu lượng và có thể đánh dấu lại các gói. Các
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1: Giới thiệu về

QoS
miền DS kết nối với các miền khác thông qua các đường biên. Một vùng DS là một tập
các miền DS liền kề cung cấp các dịch vụ phân biệt liên vùng.
Các node đường biên DS tồn tại ở biên của mạng DS cũng giống như các node
lối vào và lối ra. Các node lối vào là quan trọng nhất do nó có nhiệm vụ phân loại và
đưa lưu lượng vào trong mạng.
Thiết lập các bit trong trường IP của các gói tại các biên của mạng. Sử dụng các
bit này để quyết định xem các gói được truyền đi như thế nào bởi các node điều phối
các gói được đánh dấu sao cho phù hợp với các yêu cầu hoặc luật lệ của dịch vụ. Các
yêu cầu hoặc luật lệ của mỗi dịch vụ phải được thiết lập thông qua cơ chế chính sách
quản trị. Một node mạng cung cấp các dịch vụ phân biệt bao gồm bộ phân loại cho phép
lựa chọn các gói dựa trên trường DS trong phần tiêu đề của gói tin đi cùng với nó là cơ
cấu quản lý hàng đợi và lập lịch cho các gói cho phép chuyển các gói theo các cách cư
xử khác nhau tuỳ theo trường DS.
Mô hình bao gồm :
• DS byte : byte xác định trường DS trong trường TOS của IPv4 và trường TC
trong IPv6. Các trường này hi vọng các gói tin được mong đợi nhận được
thuộc lớp dịch vụ nào.
• Các thiết bị biên : nằm tại lối vào hay lối ra của mạng nhằm cung cấp
DiffServ
• Các thiết bị bên trong mạng
• Quản lý cưỡng bức : các công cụ và nhà quản trị mạng giám sát và đo kiểm
đảm bảo SLA giữa các mạng và người dùng.

Hình 1.7 : Mô hình DiffServ tại biên và lõi của mạng
Phân loại đa
byte
Chính
sách
Đánh dấu

gói
Hàng đợi, quản lý,
lập lịch
Phân loại
DS byte
Hàng đợi, quản lý,
lập lịch
Router biên
Router lõi
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1: Giới thiệu về
QoS
b.1 Cách cư xử từng chặng (PHB) và các điểm mã (codepoints)
PHB được coi là cách phân bố tài nguyên trên cơ sở từng chặng. Trong chuẩn
RFC2473 một tập cách cư xử DS là tập hợp các gói có cùng giá trị DSCP khi qua một
liên kết. Khi tập cách cư xử này đến một node mạng thì node này sẽ đưa ra DSCP cho
các PHB tương ứng,và việc này sẽ chỉ ra node làm thế nào phân phối tài nguyên cho tập
các cư xử.
Các tính năng của PHB:
• Một PHB sẽ đảm bảo việc phân phối băng tần tối thiểu qua kết nốicho một
tập cư xử.
• PHB cũng tương tự như việc biết trước các chức năng thêm vào để có thể
chia xẻ bất kì một băng thông kết nối vào với các tập cư xử khác.
• Một PHB có thể có độ ưu tiên tài nguyên (bộ đệm,băng thông) hơn các PHB
khác.
• Một PHB có độ trễ thấp, và các tham số mất gói.
Một PHB được thực hiện cùng với quản lí hàng đợi và cơ chế lập lịch. Các router
kiểm tra các trường DSCP, phân loại nó theo các quá trình đánh dấu và sau đó chuyển
gói tới các hàng đợi tương ứng. Một kết nối đầu ra đa hàng đợi với các mức độ ưu tiên
khác nhau. Kĩ thuật lập lịch được sử dụng để chuyển các gói ra khỏi hàng đợi và chuyển
tới chặng kế tiếp.

Các PHB được chỉ thị bởi các giá trị đặc biệt trong trường DSCP. Mặc dù mỗi
định nghĩa của PHB đã cung cấp các hiểu biết về một DSCP nhưng DS vẫn cho phép đa
giá trị DSCP được xắp xếp vào cùng PHB.
RFC cung cấp việc lắp đặt các DSCP:
Pool DSCP*
Usage
1
xxxxx0 Assigned by IANA
2
xxxx11 Experimental/local use
3
xxxx01 Experimental/local/IANA
Bít được đánh dấu có thể là bit 1 hoặc bit 0.
Trường DSCP trong trường DS có khả năng phân biệt 64 điểm mã riêng biệt.
Không gian điểm mã chia ra thành 3 vùng cho mục đích quản trị và ấn định điểm mã.
Pool 1 có 32 điểm mã dược dành trước cho các PHB được định nghĩa rõ ràng. Pool 2
dùng cho các ứng dụng nội hạt (EXP/LU). Pool 3 cũng tương tự như pool 2, nó được sử
dụng khi các giá trị của pool 1 đã cạn kiệt.
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1: Giới thiệu về
QoS
1.1.4.2 Dịch vụ tích hợp (Integrated Service)
a. Khái niệm
Mục đích của bất kì mạng nào là tối đa hoá hiệu năng của các ứng dụng hay nói
cách khác là phải thoả mãn được các yêu cầu dịch vụ. Để có thể hỗ trợ được các ứng
dụng mới như: voice, video thì mạng phải hỗ trợ được các ứng dụng đa phương tiện mới
bằng việc đảm bảo được các yêu cầu của dịch vụ. Nếu mạng chỉ cung cấp được một lớp
dịch vụ best effort thì thật khó để đáp ứng được các yêu cầu của các dịch vụ, do đo mạng
phải cung cấp được đa lớp dịch vụ thì mới hỗ trợ được các dịch vụ này tốt được. Việc
trộn giữa các lớp dịch vụ với các ứng dụng phải dựa trên yêu cầu của dịch vụ.
Nếu mạng hoàn toàn lựa chọn một lớp dịch vụ để phụ thuộc ứng dụng thì ta chỉ

cần hỗ trợ một lớp dịch vụ giới hạn. Để có các ứng dụng yêu cầu dịch vụ mà nó thực
hiện một cách rõ ràng thì mạng phải có lựa chọn được lớp dịch vụ. Ngoài ra việc quyết
định xem trong mạng có hỗ trợ điều khiển cấp phép hay không cũng là một câu hỏi khó.
Nếu không có chỉ định cấp phép thì chúng không thể phân định rõ được các dịch vụ và
mạng không thể chỉ rõ được các yêu cầu ứng dụng được cung cấp. Điều khiển cấp phép
được yêu cầu hiệu năng của các dịch vụ thời gian thực phải được sử dụng tối đa bằng
việc loại bỏ đi các yêu cầu cũ của luồng lưu lượng mới. Do đó các dịch vụ Internet mở
rộng phải phục vụ được các ứng dụng nhạy với độ trễ bằng việc cung cấp đa lớp dịch vụ
và việc đảm bảo các tham số bởi điều khiển cấp phép.
Đứng trước nhu cầu ngày càng tăng trong việc cung cấp các dịch vụ thời gian
thực (thoại, video) va băng thông cao (đa phương tiện) dịch vụ tích hợp IntServ đã ra
đời. Đây là sự phát triển của mạng IP nhằm đồng thời cung cấp dịch vụ truyền thống nỗ
lực tối đa và các dịch vụ thời gian thực. Các lý do thúc đẩy mô hình này:
• Dịch vụ nỗ lực tối đa không còn đủ tốt nữa, ngày càng có nhiều ứng dụng
khác nhau có những yêu cầu khác nhau về đặc tính lưu lượng được triển khai,
đồng thời người sử dụng ngày càng yêu cầu cao hơn về chất lượng dịch vụ.
• Các ứng dụng đa phương tiện cả gói ngày càng xuất hiện nhiều : mạng IP
phải có khả năng hỗ trợ không chỉ đơn dịch vụ mà phải hỗ trợ tích hợp đa
dịch vụ của nhiều loại lưu lượng khác nhau.
• Tối ưu hoá hiệu suất sử dụng mạng và tài nguyên mạng : tài nguyên mạng sẽ
được dự trữ cho lưu lượng có độ ưu tiên cao, phần còn lại dành cho số liệu nỗ
lực tối đa.
• Cung cấp dịch vụ tốt nhất : mô hình IntServ cho phép nhà cung cấp mạng
cung cấp được dịch vụ tốt nhất khác biệt với các nhà cung cấp khác.
a1. Các yêu cầu của kiểu mạng tích hợp:
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1: Giới thiệu về
QoS
• Tài nguyên phải được quản lý rõ ràng để thoả mãn các yêu cầu của dịch vụ
• Dịch vụ đảm bảo cho dịch vụ thời gian thực không thể thực hiện được mà
không có sự đặt trước.

• Mặc dù có các ứng dụng có thể thích nghi động với sự thay đổi của mạng thì
vẫn phải thiết lập biên cho độ trễ đầu cuối.
• Việc chia xẻ tài nguyên thống kê giữa lưu lượng có tính thời gian thực với
lưu lượng phi thời gian thực cùng được thực hiện thông qua cơ sở hạn tầng
của mạng thời gian thực. Nói cách khác thì mạng Internet được sử dụng như
cơ sở hạ tầng cho cho việc truyền dẫn cả các dịch vụ có tính thời gian thực
lẫn phi thời gian thực.
a2. Các yêu cầu QoS đối với các dịch vụ IS:
Kiểu dịch vụ mạng lõi liên quan phần lớn tới thời gian truyền gói. Hiệu năng
dịch vụ phụ thuộc vào độ trễ thấp biến đổi trong khoảng rộng. Các ứng dụng thời gian
thực là một loại ứng dụng yêu cầu thời gian khắt khe, chỉ cần gói thời gian thực đến
muộn hơn thời gian cho phép là gói đó không còn giá trị và có thể bị loại bỏ. Còn các
ứng dụng đàn hồi thì luôn chờ cho các gói đến.
• Các ứng dụng thời gian thực:
Chia các ứng dụng thời gian thực thành 2 nhóm:
+ Ứng dụng thời gian thực có độ trễ không chấp nhận : có hiệu năng cao nếu đưa
ra đường biên trễ cao hơn đáng tin cậy. Để hỗ trợ các ứng dụng thời gian thực khắt khe
này thì phải đảm bảo một đường biên trễ đáng tin cậy.
+ Ứng dụng thời gian thực tương thích trễ (có độ trễ chấp nhận được): không yêu
cầu một đường biên trễ đáng tin cậy. Nó có thể chỉnh sửa để phù hợp với sự thay đổi
của độ trễ.Các ứng dụng này được gọi là các ứng dụng tương thích. Dựa trên các ứng
dụng này ta có thể chia ra thành 2 loại:
- Dịch vụ được đảm bảo: đưa ra các dịch vụ có đường biên trễ đáng tin cậy cao
trong các độ trễ. Dịch vụ này không chỉ cung cấp đảm bảo cho độ trễ đầu cuối mà còn
cả băng thông. Để mô tả một luồng sử dụng thuật toán gáo rò.Dựa vào việc mô tả các
luông mạng có thể tính toán các tham số thay đổi mô tả cách nó xử lý như thế nào đối
với một luòng, và phối hợp các tham số, tính toán được giá trị trễ lớn nhất của một gói.
Độ trễ của một gói bao gồm hai thành phần: trễ cố định và trễ hàng đợi. Trễ cố định là
chức năng của đường được chọn bao gồm cả trễ truyền dẫn, nó được quyết định dựa
vào cơ cấu thiết lập. Trễ hàng đợi được quyết định bởi các dịch vụ đảm bảo, nó là một

chức năng của hai tham số: tốc độ gáo rò và tốc độ dữ liệu mà các ứng dụng yêu cầu.
Dịch vụ đảm bảo không điều khiển trễ trung bình hay trễ nhỏ nhất của datagram mà chỉ
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1: Giới thiệu về
QoS
điều khiển trễ hàng đợi. Dịch vu này đảm bảo rằng gói tin sẽ đến trong thời gian truyền
yêu cầu và không bị loại bỏ khi hàng đợi bị đầy, cung cấp các lưu lượng của luồng giới
hạn bởi các tham sô lưu lượng trên lý thuyết. Một đặc điểm của dịch vụ này là không tối
thiểu hoá trễ jitter nhưng điều khiển trễ hàng đợi lớn nhất. Từ khi đường biên trễ được
đảm bảo thì độ yêu cầu về độ trễ đủ thoả mãn cả những hàng đợi dài nhất.
- Dịch vụ tải được điều khiển: cung cấp đọ tin cậy công bằng cho mọi độ trễ
tuy nhiên không hoàn toàn là tin cậy. Các dịch vụ này không cố gắng giới hạn độ trễ của
mỗi gói, nhưng lại quan tâm tới sự phân bố trễ. Nó cung cấp hiệu năng tốt hơn so với
các dịch vụ best effort. Nó gần giống như hoạt động đầu cuối được cung cấp cho các
dịch vụ best effort trong trường hợp dưới mức phi tải. Lý thuyết cho rằng bên dưới điều
kiện phi tải thì tỉ lệ các gói được truyền đến phía đầu cuối bên kia là rất cao, và độ trễ
truyền dẫn thì không chênh lệch nhiều so với độ trễ truyền nhỏ nhất. Dịch vụ tải điều
khiển này có mục đích hỗ trợ cho các lớp dịch vụ thời gian thực tương thích với trễ. Các
dịch vụ này làm việc tốt trong môi trường phi tải nhưng bị suy thoái nhanh chóng dưới
điều kiện tràn tải. Mạng phải đảm bảo rằng tài nguyên băng thông và tiến trình xử lý gói
phải có giá trị để xử lý các mức dịch vụ yêu cầu. Các dịch vụ tải được điều khiển không
bắt buộc sử dụng các giá trị tham số cho mục đích đặc biệt như: độ trễ, độ mất gói. Việc
chấp nhận dịch vụ tải được điều khiển chỉ đơn thuần là một cam kết để cung cấp các
luồng có dịch vụ gần như tương đương với việc cung cấp cho lưu lượng không điều
khiển được bên dưới điều kiện có tải nhẹ. Luồng dịch vụ tải được điều khiển có thể có ít
hoặc không có trễ hàng đợi gói trung bình.
• Các ứng dụng đàn hồi:
Các ứng dụng đàn hồi luôn luôn chờ các gói đến. Đặc điểm chính của các ứng
dụng này là chúng sử dụng dữ liệu ngay lập tức chứ không để chờ trong bộ đệm,và luôn
chờ gói đến để xử lý chứ không bắt đầu quá trình khi không có gói. Nhìn chung đối với
việc phân phối trễ được đưa ra thì các ứng dụng này phụ thuộc nhiều vào độ trễ trung

bình
b.Mô hình dịch vụ IntSer
• Giao thức thiết lập : setup cho phép máy chủ và các router dự trữ động tài
nguyên trong mạng để xử lý các yêu cầu của các luồng lưu lượng riêng.
• Đặc tính luồng : xác định chất lượng dịch vụ QoS sẽ cung cấp cho các luồng
riêng biệt.
• Điều khiển lưu lượng : trong các thiết bị mạng (máy chủ, router, chuyển
mạch..) có thành phần điều khiển và quản lý tài nguyên mạng cần thiết để hỗ
trợ QoS theo yêu cầu. Các thành phần điều khiển lưu lượng này có thể được
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1: Giới thiệu về
QoS
khai báo bởi giao thức báo hiệu như RSVP hay nhân công. Thành phần này
bao gồm :
 Điều khiển chấp nhận : xác định thiết bị mạng có khả năng hỗ trợ
QoS theo yêu cầu hay không
 Thiết bị phân loại : nhận dạng và lựa chọn lớp dịch vụ dựa trên nội
dung của một số trường trong nhất định trong phần mào đầu của gói
tin
 Thiết lập lập lịch : cung cấp các mức chất lượng dịch vụ QoS trên
kênh ra của thiết bị mạng.
Hình 1. 8 : Mô hình dịch vụ tích hợp
1.1.4.3 Các dịch vụ Best effort
Đây là kiểu mạng hiện hành đang được sử dụng. Hầu hết các ứng dụng dữ liệu
đều được vận hành theo cách này. Chúng đợi dữ liệu đến và xử lý chúng càng sớm càng
tốt ngay khi nhận được. Lớp dịch vụ này sẽ hỗ trợ thêm cho lớp lưu lượng thời gian
thực. Các ứng dụng có thể lựa chọn sử dụng một trong các lớp dịch vụ đó, và khi chúng
thấy không thể chấp nhận được độ trễ đó thì có thể sử dụng một trong các lớp dịch vụ
khác. Lớp dịch vụ best effort thì không có TSpec hoặc RSpec, không có đảm bảo từ
mạng và mạng không thực hiện bất kì điều khiển cấp phép nào. Các mạng kiểu này
không cung cấp bất kì một tính năng đặc biệt nào để khôi phục lại các gói bị mất hoặc bị

hỏng. Các dịch vụ được cung cấp bởi các hệ thống đầu cuối.
Trong chồng giao thức TCP/IP thì TCP cung cấp các dịch vụ đảm bảo trong khi
IP cung cấp kiểu truyền Best effort (không có đảm bảo), nó sẽ cố gắng truyền các gói
đến đích nhưng không có chức năng khôi phục lại các gói bị mất hay truyền sai. Bộ giao
thức Internet trước đây chỉ bao gồm giao thức TCP/IP. Trong quá trình phát triển thì các
nhà thiết kế đã nhận ra tầm quan trọng của thời gian truyền hơn là độ tin cậy truyền. Nói
ứng dụng
Phân loại
Setup
Lập lịch
Setup Giao thức
định tuyến/
database
Phân loại
Lập lịch
điều khiển chấp
nhận
Các bản tin setup đặt trước
IP Data
Data
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1: Giới thiệu về
QoS
cách khác là quan tâm tới tốc độ hơn là việc khối phục các gói. Trong kiểu truyền voice,
video thời gian thực thì một số góí bị mất có thể bỏ qua được bởi việc khôi phục lại có
thể tạo ra phần tiêu đề quá lớn làm giảm hiệu năng của mạng. Để cung cấp loại lưu
lượng thì TCP đã được tổ chức lại trong TCP, IP, UDP. Các dịch vụ chuyển gói và đánh
địa chỉ cơ bản trong lớp mạng được thực hiện bởi IP. TCP,UDP nằm ở lớp truyền tải,
phía trên của IP. Tất cả đều sử dụng dịch vụ của IP, UDP là một phiên bản của TCP
chấp nhận các dịch vụ Best effort của IP. Các ứng dụng có thể sử dụng UDP khi không
cần các dịch vụ của TCP. Đối với các dịch vụ Best effort việc loại bỏ các gói có thể chấp

nhân được do việc khôi phục được xử lý bởi các dịch vụ khác.
Trong lớp vật lý hoặc lớp mạng các Frame có thể bị loại bỏ, trong lớp mạng các
router bị tắc nghẽn có thể loại bỏ các gói.
TCP là một dịch vụ truyền dữ liệu tin cậy được các hệ thống đầu cuối sử dụng để
khôi phục lại các gói đã bị loại bỏ trong mạng trong trường hợp có tắc nghẽn xảy ra, hay
bị loại bỏ bởi chính nó khi bộ đệm bị đầy. Trong mạng các gói cũng có thể bị loại bỏ
nhằm mục đích báo hiệu tắc nghẽn cho phía người gửi biết. Khi có gói bị mất trong mạng
thì phía thu sẽ gửi bản tin thông báo không nhận được gói đó cho phía gửi biết để gửi lại
gói. Cơ chế này gọi là cơ chế điều khiển tắc nghẽn, cơ chế điều khiển luồng.
1.2 Điều khiển tắc nghẽn
1.2.1 Khái niệm
Trong các mạng chuyển mạch gói, các gói tin đi vào và đi ra các bộ đệm, hàng
đợi hay thiết bị chuyển mạch giống như khi nó được chuyển qua mạng. Một đặc điểm
quan trọng của mạng là các gói tin đến dưới dạng bó từ một hoặc nhiều nguồn khác
nhau. Các bộ đệm sẽ giúp các router thu hút các bó cho đến khi chúng nhận được. Khi
các bó đến vượt quá kích thước bộ đệm thì các gói đến sau sẽ bị loại bỏ. Việc tăng bộ
đệm không phải là giải pháp do nếu kích thước bộ đệm quá lớn thì sẽ tạo ra trễ lớn. Tắc
nghẽn xảy ra khi lưu lượng từ nhiều tuyến đổ dồn về một tuyến và tuyến này không có
khả năng xử lý hết được. Tắc nghẽn cũng xảy ra ngay bên trong bản thân router tại
mạng lõi của mạng khi các node nhận được nhiều lưu lượng hơn so với thiết kế của nó.
Khi mạng xảy ra tắc nghẽn nếu không được xử lý kịp thời sẽ gây ra các hậu quả nghiêm
trọng: các gói tin không được xử lý, không chuyển được đến đầu cuối người nhận sẽ ùn
tắc trong mạng,mạng không hoạt động được trong thời gian dài sẽ khong thể truyền tải
được dữ liệu,các thành phần có thể bị hư hỏng. Do đó vần đề quan trọng cần phải là
phải điều khiển đuợc tắc nghẽn trong mạng. Đó có thể hành động điều khiển ngay khi
có tắc nghẽn để phòng tránh tăc nghẽn và cũng có thể là điều khiển tắc nghẽn khi nó đã
xảy ra.
Các tính năng của điều khiển tắc nghẽn cho phép điều khiển bằng việc sắp xếp
lại các gói được gửi ra giao diện trên cơ sở ấn định các độ ưu tiên cho các gói. Quản lý
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1: Giới thiệu về

QoS
các gói yêu cầu phải đưa ra các loại hàng đợi, ấn đinh các gói vào hàng đợi bằng việc
phân lớp các gói, sau đó lập lịch các gói và đưa ra đường truyền. Tính năng quản lý
hàng đợi trong QoS cung cấp 4 loại giao thức hàng đợi khác nhau, chúng sắp xếp các
loại lưu lượng có mức độ khác nhau được gửi đi. Trong các chu kỳ của lưu lượng nếu
không có tắc nghẽn thì các gói sẽ được gửi đi với tốc độ như khi nó đến, nếu xảy ra tắc
nghẽn thì các gói sẽ đến với tốc độ lớn hơn tốc độ truyền nó ở giao diện đầu ra. Nếu ta
dùng các chức năng quản lý tắc nghẽn thì các gói bị ứ đọng tại giao diện sẽ được sắp
xếp vào hàng đợi để gửi đi cho đến khi giao diện rỗng. Sau đó được lập lịch để gửi đi
tuỳ theo độ ưu tiên được ấn định cho từng gói và cơ cấu hàng đợi được thiết kế cho
từng giao diện. Router thực hiện trình tự truyền dẫn của các gói bằng việc điều khiển
xem gói nào được đặt trong hàng đợi nào và hàng đợi đó được phục vụ như thế nào với
sự ảnh hưởng của hàng đợi khác.
Trong các mạng hỗn tạp bao gồm nhiều các giao thức khác nhau được sử dụng
bởi nhiều ứng dụng thì điều qua trọng là phải ưu tiên hoá các lưu lượng để có thể vừa
truyền được các lưu lượng yêu cầu tính thời gian thực cao vừa truyền được các lưu
lượng không yêu cầu thời gian thực. Các loại lưu lượng khác nhau cùng chia xẻ một
đường truyền dữ liệu có thể ảnh hưởng lẫn nhau khi chúng cố gắng thể hiện các ứng
dụng của mình. Nếu mạng được thiết kế để hỗ trợ các loại lưu lượng khác nhau cùng
chia xẻ một đường truyền dữ liệu giữa các router thì có thể sử dụng các kĩ thuật điều
khiển tắc nghẽn để chắc chắn rằng mọi đối xử với các gói khác nhau là công bằng.
Một số lưu ý trong quản lý tắc nghẽn:
• Sự ưu tiên lưu lượng đặc biệt quan trọng đối với các ứng dụng nhạy với độ
trễ và dựa trên cơ sở giao dịch tương quan,tuy nhiên việc sử dụng hàng đợi
WFQ đảm bảo rằng tất cả lưu lượng đều được đối xử như nhau
• Sự ưu tiên được sử dụng hiệu quả nhất trong các kết nối WAN nơi mà sự
phối hợp giữa lưu lượng dạng bó và các luồng dữ liệu có tốc độ thấp hơn có
thể gây ra tắc nghẽn tạm thời.
• Tuỳ thuộc vào kích thước gói trung bình mà sự ưu tiên cũng hiệu quả hơn
khi được gửi tới các kết nối có tốc độ bằng luồng T1/E1 hoắc thấp hơn.

1.2.2 Các kỹ thuật được sử dụng trong quản lý tắc nghẽn
• Điều khiển luồng phía đầu cuối: đây không phải lược đồ điều khiển tắc
nghẽn nhưng cũng là cách để tránh trường hợp phía phát gửi quá nhiều lưu
lượng vượt quá cả không gian bộ đệm phía thu.
• Điều khiển tắc nghẽn mạng: trong lược đồ này, các hệ thống đầu cuối giảm
tốc độ của luồng lưu lượng để tránh tắc nghẽn trong mạng, cơ chế này tương
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1: Giới thiệu về
QoS
tự như điều khiển luồng đầu cuối, nhưng mục đích chính là để giảm tắc
nghẽn trong mạng chứ không phải phía thu.
• Tránh tắc nghẽn trên cơ sở mạng: trong lược đồ này, router sẽ cố gắng dò tìm
ra tắc nghẽn khi nó có khả năng xảy ra, và cố gắng giảm tốc độ của luồng
đầu vào trước khi hàng đợi hàng đợi đầy.
• Phân phối tài nguyên: kỹ thuật bao gồm tiến trình lập lịch có sử dụng các
mạch vật lý hoặc các nguồn tài nguyên khác. Một mạch ảo được xây dựng
qua nhiều chuyển mạch cùng với băng thông đảm bảo cũng là một loại phân
phối tài nguyên. Kỹ thuật này rất khó nhưng nó có khả năng loại trừ tắc
nghẽn trong mạng bằng việc khoá các lưu lượng vượt quá khả năng của
mạng.
Một giải pháp quan trọng nhất trong điều khiển tắc nghẽn đó là sử dụng hàng
đợi. Các bộ đệm trong các thiết bị mạng được quản lý bởi rất nhiều kỹ thuật hàng đợi.
Nói đúng ra quản lý hàng đợi có thể tối thiểu hoá việc mất gói trong mạng và tắc nghẽn
xảy ra cũng như làcải thiện được hiệu năng của mạng. Một kỹ thuật hàng đợi cơ bản
nhất là FIFO, các gói được xử lý theo trật tự mà chúng đến hàng đợi, còn hàng đợi ưu
tiên sử dụng cấu trúc đa hàng đợi với các mức ưu tiên khác nhau sẽ ưu tiên xử lý các gói
quan trọng nhất và truyền tới các node kế tiếp.
Một kỹ thuật hàng đợi quan trọng nữa là tự ấn định các luồng cho chính bản thân
các hàng đợi. Với các luồng khác nhau thì độ ưu tiên cũng được khác nhau, và mỗi
luồng đều được xử lý để chắc chắn rằng chúng không làm tràn hàng đợi. Việc tách rời
các hàng đợi theo cách này đảm bảo rằng các hàng đợi sẽ chỉ chứa các gói từ một nguồn

đơn lẻ.
1.2.3 Điều khiển tắc nghẽn và tránh tắc nghẽn trong mạng TCP
Trong những năm 1980 Internet dễ xảy ra hiện tượng “sụp đổ tắc nghẽn”,do có
quá ít chức năng điều khiển quản lý mạng. Các kết nối đơn lẻ sử dụng điều khiển luồng
giữa người gửi và người nhận để tránh phía gửi làm tràn lưu lượng tại phía nhận.
Nhưng việc điều khiển luồng trong thời điểm đó mới chỉ tránh tràn lụt lưu lượng
tại các bộ đệm phía thu chứ chưa giải quyết được tại các bộ đệm phía trong các node
mạng. Tuy nhiên lưu lưọng sử dụng trên mạng Internet ngày đó chưa lớn và nó bao gồm
một số lượng các kết nối tốc độ chậm do đó vấn đề tắc nghẽn không quan trọng như
ngày nay.
Sau những năm 1980 Van Jacopson đã phát triển các cơ chế điều khiển tắc
nghẽn,tạo ra các đáp ứng TCP để hạn chế tắc nghẽn trong mạng. Nền tảng cơ bản là loại
bỏ các gói sẽ làm cho các host ngừng lại hoặc chậm dần.
Thông thường khi một host nhận một gói hoặc một tập các gói thì nó sẽ gửi một
ACK(acknowlegement) cho phía phát để thông báo là đã nhận được gói tin. Cơ chế cửa