CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG IP

Đồ án tốt nghiệp Chất lượng dịch vụ trong mạng IP
CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG IP
2.1 Khái niệm về chất lượng dịch vụ
Chất lượng dịch vụ là một vấn đề rất khó cho sự định nghĩa chính xác, bởi vì nhìn
từ góc độ khác nhau ta có quan điểm về chất lượng dịch vụ khác nhau. Ví dụ như với
người sử dụng dịch vụ thoại chất lượng dịch vụ cung cấp tốt khi thoại được rõ ràng, tức
là chúng ta phải đảm bảo tốt về giá trị tham số trễ, biến động trễ. Nhưng giá trị tham số
mất gói thông tin về một tỉ lệ tổn thất nào đó có thể chấp nhận được. Nhưng giả dụ, đối
với khách hàng là người sử dụng trong truyền số liệu ở ngân hàng thì điều tối quan
trọng là độ tin cậy, họ có thể chấp nhận trễ lớn, độ biến động trễ lớn, nhưng thông số
mất gói, độ bảo mật kém thì họ không thể chấp nhận được .v.v..
Từ góc nhìn của nhà cung cấp dịch vụ mạng. Nhà cung cấp dịch vụ mạng đảm bảo
QoS cung cấp cho người sử dụng, và thực hiện các biện pháp để duy trì mức QoS khi
điều kiện mạng bị thay đổi vì các nguyên nhân như nghẽn, hỏng hóc thiết bị hay lỗi liên
kết, v..v. QoS cần được cung cấp cho mỗi ứng.
Chất lượng dịch vụ chỉ có thể được xác định bởi người sử dụng, 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. Để giải quyết vấn đề đó nhà cung cấp và khách hàng họ lập ra một bản
cam kết, trong đó nhà cung cấp phải thực hiện đầy đủ cung cấp các thông số thoả mãn
chi tiết bản cam kết đặt ra. Còn phía đối tác cũng phải thực hiện đầy đủ điều khoản của
mình.
Nếu một mạng được tối ưu hoàn toàn cho một loại dịch vụ, thì người sử dụng ít phải
xác định chi tiết các thông số QoS. Ví dụ, với mạng PSTN, được tối ưu cho thoại, không
cần phải xác định băng thông hay trễ cần cho một cuộc gọi. Tất cả các cuộc gọi đều được
đảm bảo QoS như đã được quy định trong các chuẩn liên quan cho điện thoại.
Nếu nhìn từ góc độ mạng thì bất cứ một mạng nào cũng bao gồm:
- Hosts (chẳng hạn như: Servers, PC…).
- Các bộ định tuyến và các thiết bị chuyển mạch.

- Đường truyền dẫn.
Đồ án tốt nghiệp Chất lượng dịch vụ trong mạng IP
Nếu nhìn từ khía cạnh thương mại:
- Băng thông, độ trễ, jitter, mất gói, tính sẵn sàng và bảo mật đều được coi là tài
nguyên của mạng. Do đó với người dùng cụ thể phải được đảm bảo sử dụng các tài
nguyên một cách nhiều nhất.
- QoS là một cách quản lý tài nguyên tiên tiến của mạng để đảm bảo có một chính
sách ứng dụng đảm bảo.
Vậy sự định nghĩa chính xác QoS là rất khó khăn nhưng ta có thể hiểu chúng gần
như là khả năng cung cấp dịch vụ (ở lớp phần tử mạng, vvv...) đưa ra cho khách hàng
thông qua những yêu cầu chính xác (trên khả năng thực tế hay lý thuyết) có thể đáp ứng
dựa trên bản hợp đồng về thoả thuận lưu lượng. Sự định nghĩa khuôn dạng của nó kết
thành chất lượng dịch vụ của lớp mạng do sự phân phát chất lượng dịch vụ của peer-to-
peer (cùng lớp) edge-to-edge (biên tới biên) hay end-to-end (đầu cuối tới đầu cuối). Lẽ
tự nhiên những yêu cầu này có thể thay đổi từ phía ứng dụng cho ứng dụng hay từ phân
phối dịch vụ.
Vậy trong tất cả những điều đã nêu về cấp QoS, đảm bảo chất lượng và SLA, để
thoả mãn ta phải làm như thế nào? Vấn đề là bản chất định hướng IP là một mạng nỗ lực
tối đa do đó “không tin cậy" khi yêu cầu nó đảm bảo về QoS. Cách tiếp cận gần nhất để
các nhà cung cấp dịch vụ IP có thể đạt tới đảm bảo QoS hay SLA giữa khách hàng và
ISP là với dịch vụ mạng IP được quản lý . Thuật ngữ được quản lý ở đây là bất cứ cái gì
mà nhà cung cấp dịch vụ quản lý thay mặt cho khách hàng , điều đó cũng làm nâng cao
được chất lượng dịch vụ.
2.2 Các thông số QoS
Phần này sẽ giới thiệu qua về các thông số của QoS. Sáu thông số chung về chất
lượng dịch vụ:
- Băng thông.
- Độ trễ (delay).
- Jitter (biến động trễ).
- Mất gói.

- Tính sẵn sàng (tin cậy).
- Bảo mật.
Đồ án tốt nghiệp Chất lượng dịch vụ trong mạng IP
Các giá trị ví dụ, được liệt kê trong Bảng 2.1. Bởi vì danh sách này bao gồm cả các
thông số không thường thấy trong nhiều thảo luận về QoS, đặc biệt là thông số bảo mật,
nên có thể có thêm một vài chú thích.
Thông số QoS Các giá trị ví dụ
Băng thông (nhỏ nhất) 64 kb/s, 1.5 Mb/s, 45 Mb/s
Trễ (lớn nhất) 50 ms trễ vòng, 150 ms trễ vòng
Jitter (biến động trễ) 10% của trễ lớn nhất, 5 ms biến động
Mất thông tin (ảnh hưởng của lỗi) 1 trong 1000 gói chưa chuyển giao
Tính sẵn sàng (tin cậy) 99.99%
Bảo mật Mã hoá và nhận thực trên tất cả các luồng lưu lượng
Bảng 2.1. Sáu thông số của QoS
2.2.1 Băng thông
Băng thông là một thông số quan trọng nhất, nếu chúng ta có băng thông dùng rộng
rãi thì mọi vấn đề coi như không cần phải quan tâm đến, như nghẽn, kỹ thuật lập lịch,
phân loại, trễ….Nhưng đó không phải là điều chúng ta nói ở đây vì điều này hiện này là
không tưởng. Thực tế phần nhiều vấn đề về QoS đều bắt đầu và kết thúc với băng
thông. Trong nhiều phần của mạng, băng thông vẫn là "mặt hàng xa xỉ", mặc dù có các
hứa hẹn "băng thông gần như không giới hạn" trên sợi quang. Không may rằng, những
thất vọng với các cuộc thử nghiệm hầu như không có sự tham gia của điện đã tạo ra các
hoài nghi về khả năng sớm đạt được băng thông như yêu cầu.
Băng thông chỉ đơn giản là thước đo số lượng bit trên giây mà mạng sẵn sàng cung
cấp cho các ứng dụng. Các ứng dụng bùng nổ (bursty) trên mạng chuyển mạch gói có
thể chiếm tất cả băng thông của mạng nếu không có ứng dụng nào khác cùng bùng nổ
với nó. Khi điều này xảy ra, các bùng nổ phải được đệm lại và xếp hàng chờ truyền đi,
do đó tạo ra trễ trên mạng. Để giải quyết sự hạn chế băng thông này mà nhiều giải pháp
tiết kiệm, hay khắc phục băng thông được đưa ra.
Khi được sử dụng như là một thông số QoS, băng thông là yếu tố tối thiểu mà một

ứng dụng cần để hoạt động. Ví dụ, thoại PCM 64 kb/s cần băng thông là 64 kb/s. Điều
này không tạo ra khác biệt khi mạng xương sống có kết nối 45 Mb/s giữa các nút mạng
lớn. Băng thông cần thiết được xác định bởi băng thông nhỏ nhất sẵn có trên mạng. Nếu
truy nhập mạng thông qua một MODEM V.34 hỗ trợ chỉ 33.6 kb/s, thì mạng xương sống
Đồ án tốt nghiệp Chất lượng dịch vụ trong mạng IP
45 Mb/s sẽ làm cho ứng dụng thoại 64 kb/s không hoạt động được. Băng thông QoS nhỏ
nhất phải sẵn sàng tại tất cả các điểm giữa các người sử dụng. Các ứng dụng dữ liệu
được lợi nhất từ việc đạt được băng thông cao hơn. Điều này được gọi là các “ứng dụng
giới hạn băng thông”, bởi vì hiệu quả của ứng dụng dữ liệu trực tiếp liên quan tới lượng
nhỏ nhất của băng thông sẵn sàng trên mạng. Mặt khác, các ứng dụng thoại như thoại
PCM 64 kb/s được gọi là các “ứng dụng giới hạn trễ”. Thoại PCM 64 kb/s này sẽ không
hoạt động tốt hơn chút nào nếu có băng thông 128 kb/s. Loại thoại này phụ thuộc hoàn
toàn vào thông số QoS trễ của mạng để có thể hoạt động đúng đắn.
2.2.2 Trễ
Trễ liên quan chặt chẽ với băng thông khi nó là một thông số QoS. Với các ứng dụng
giới hạn băng thông thì băng thông càng lớn trễ sẽ càng nhỏ. Đối với các ứng dụng giới
hạn trễ, như là thoại PCM 64 kb/s, thông số QoS trễ xác định trễ lớn nhất các bit gặp phải
khi truyền qua mạng. Tất nhiên là các bit có thể đến với độ trễ nhỏ hơn.

Hình 2.1 (a) băng thông , (b) trễ
Trễ được định nghĩa là khoảng thời gian chênh lệch giữa hai thời điểm của cùng một
bít khi đi vào mạng (thời điểm bít đầu tiên vào với bít đầu tiên ra) .
Với băng thông có nhiều cách tính, giá trị băng thông có thể thường xuyên thay đổi.
Nhưng thông thường giá trị băng thông được định nghĩa là số bit của một khung chia
cho thời gian trôi qua kể từ khi bit đầu tiên rời khỏi mạng cho đến khi bit cuối cùng rời
mạng.
Mối quan hệ giữa băng thông và trễ trong mạng được chỉ ra trong hình 2.1. Trong
phần (b), t2 – t1 = số giây trễ. Trong phần (a), X bit/ (t3 - t2) = bit/s băng thông. Nhiều
băng thông hơn có nghĩa là nhiều bit đến hơn trong một đơn vị thời gian, trễ tổng thể
Đồ án tốt nghiệp Chất lượng dịch vụ trong mạng IP

nhỏ hơn. Đơn vị của mỗi thông số, bit/s với băng thông hay giây với trễ, cho thấy mối
quan hệ hiển nhiên giữa băng thông và trễ.
Các mạng chuyển mạch gói cung cấp cho các ứng dụng các băng thông biến đổi phụ
thuộc vào hoạt động và bùng nổ của ứng dụng. Băng thông biến đổi này có nghĩa là trễ
cũng có thể biến đổi trên mạng. Các nút mạng được nhóm với nhau cũng có thể đóng
góp vào sự biến đổi của trễ. Tuy nhiên, thông số QoS trễ chỉ xác định trễ lớn nhất và
không quan tâm tới bất kỳ giới hạn nhỏ hơn nào cho trễ của mạng. Nếu cần trễ ổn định,
một thông số QoS khác phải quan tâm đến yêu cầu này.
Một số nguyên nhân gây ra trễ trong mạng IP:
 Trễ do quá trình truyền trên mạng.
 Trễ do xử lý gói trên đường truyền.
 Trễ do xử lý hiện tượng jitter.
 Trễ do việc xử lý sắp xếp lại gói đến (xử lý tại đích).
2.2.3 Jitter (Biến động trễ)
Biến động trễ là sự khác biệt về độ trễ của các gói khác nhau trong cùng một dòng
lưu lượng. Biến động trễ có tần số cao được gọi là jitter với tần số thấp gọi là eander.
Nguyên nhân chủ yếu gây ra hiện tượng jitter do sự sai khác trong thời gian xếp hàng
của các gói liên tiếp nhau trong một hàng gây ra.Trong mạng IP jitter ảnh hưởng rất lớn
tới chất lượng dịch vụ của tất cả các dịch vụ. Thông số QoS jitter thiết lập giới hạn lên
giá trị biến đổi của trễ mà một ứng dụng có thể gặp trên mạng. Jitter không đặt một giới
hạn nào cho giá trị tuyệt đối của trễ, nó có thể thể tương đối thấp hoặc cao phụ thuộc
vào giá trị của thông số trễ.
Jitter theo lý thuyết có thể là một giá trị thông số QoS mạng tương đối hay tuyệt
đối. Ví dụ, nếu trễ mạng cho một ứng dụng được thiết lập là 100 ms, jitter có thể đặt là
cộng hay trừ 10 phần trăm của giá trị này. Theo đó, nếu mạng có trễ trong khoảng 90
đến 110 ms thì vẫn đạt được yêu cầu về jitter (trong trường hợp này, rõ ràng là trễ
không phải là lớn nhất). Nếu trễ là 200 ms, thì 10 phần trăm giá trị jitter sẽ cho phép
bất kỳ trễ nào trong khoảng 180 đến 220 ms. Mặt khác, jitter tuyệt đối giới hạn cộng
trừ 5 ms sẽ giới hạn jitter trong các ví dụ trên trong khoảng từ 95 tới 105 ms và từ 195
tới 205 ms.

Đồ án tốt nghiệp Chất lượng dịch vụ trong mạng IP
Các ứng dụng nhạy cảm nhất đối với giới hạn của jitter là các ứng dụng thời gian
thực như thoại hay video. Nhưng đối với các trang Web hay với truyền tập tin qua mạng
thì lại ít quan tâm hơn đến jitter. Internet, là gốc của mạng dữ liệu, có ít khuyến nghị về
jitter. Các biến đổi của trễ tiếp tục là vấn đề gây bực mình nhất gặp phải đối với các ứng
dụng video và thoại dựa trên Internet.
2.2.4 Mất gói
Mất thông tin là một thông số QoS không được đề cập thường xuyên như là băng
thông và trễ, đặc biệt đối với mạng Internet. Đó bởi vì bản chất tự nhiên được thừa nhận
của mạng Internet là "cố gắng tối đa". Nếu các gói IP không đến được đích thì Internet
không hề bị đổ lỗi vì đã làm mất chúng. Điều này không có nghĩa là ứng dụng sẽ tất yếu
bị lỗi, bởi vì đối với những dịch vụ khác nhau đều đặt ra giá trị ngưỡng của riêng mình.
Nếu các thông tin bị mất vẫn cần thiết đối với ứng dụng thì nó sẽ yêu cầu bên gửi gửi lại
bản sao của thông tin bị mất. Bản thân mạng không quan tâm giúp đỡ vấn đề này, bởi vì
bản sao của thông tin bị mất không được lưu lại tại bất cứ nút nào của mạng.
Thực ra Internet là mạng của các mạng và không có cơ chế giám sát đầy đủ nào đảm
bảo chất lượng thông tin truyền. Hiện tượng mất gói tin là kết quả của rất nhiều nguyên
nhân :
• Quá tải lượng người truy nhập cùng lúc mà tài nguyên mạng còn hạn chế.
• Hiện tượng xung đột trên mạng LAN.
• Lỗi do các thiết bị vật lý và các liên kết truy nhập mạng.
Cho một ví dụ nếu một kết nối bị hỏng, thì tất cả các bit đang truyền trên liên kết
này sẽ không, và không thể, tới được đích. Nếu một nút mạng ví dụ như bộ định tuyến
hỏng, thì tất cả các bit hiện đang ở trong bộ đệm và đang được xử lý bởi nút đó sẽ biến
mất không để lại dấu vết. Do những loại hư hỏng này trên mạng có thể xảy ra bất cứ lúc
nào, nên việc một vài thông tin bị mất do lỗi trên mạng là không thể tránh khỏi.
Tác động của mất thông tin là tuỳ thuộc và ứng dụng. Điều khiển lỗi trên mạng là
một quá trình gồm hai bước, mà bước đầu tiên là xác định lỗi. Bước thứ hai là khắc
phục lỗi, nó có thể đơn giản là bên gửi truyền lại đơn vị bị mất thông tin. Một vài ứng
dụng, đặc biệt là các ứng dụng thời gian thực, không thể đạt hiệu quả khắc phục lỗi

bằng cách gửi lại đơn vị tin bị lỗi. Các ứng dụng không phải thời gian thực thì thích hợp
hơn đối với cách truyền lại thông tin bị lỗi, tuy nhiên cũng có một số ngoại lệ (ví dụ như