Đề tài: Tìm hiểu về qos, kiến trúc CQS và các ứng dụng trong mạng IP

Mục Lục

MỤC LỤC
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT...........................................................................ii
LỜI NÓI ĐẦU.............................................................................................5
CHƯƠNG 1..................................................................................................1
TỔNG QUAN VỀ QoS................................................................................1
CHƯƠNG 2................................................................................................37
KIẾN TRÚC CQS.....................................................................................37
CHƯƠNG 3................................................................................................61
SCHEDULING.........................................................................................61
CHƯƠNG 4................................................................................................91
ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN MẠNG VIỄN THÔNG........................91
VIỆT NAM.................................................................................................91
KẾT LUẬN..............................................................................................100

Nguyễn Thị Thu Huyền - Lớp D2001VT

i


Đồ án tốt nghiệp

Thuật ngữ viết tắt

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
A
ATM

Asynchronous Transfer Mode

Chế độ truyền tải không đồng bộ

ACLs

Access Control Lists

Bảng điều khiển truy nhập

Border Gateway Protocol
version 4

Giao thức cổng biên version 4

CoS

Class of service

Lớp dịch vu

CAC

Connection Admission Control

Điều khiển thu nhận kết nối

CAR

Committed Access Rate

Tốc độ truy nhập được qui định

CIR

Commited Information Rate

Tốc độ thông tin được giao ước

CQ

Custom Queuing

Hàng đợi khách

CQS

Classification, Queuing,
Scheduling

Phân loại, hàng đợi, lập lịch

CBQ

Class-Base Queuing

Xếp hàng trên cơ sở lớp

B
BGP4

C

CBWFQ Class-Base Weighted Fair
Queuing

Hàng đợi hợp lý theo trọng số
dựa trên cơ sở lớp

CSSVC

Đồng hồ ảo định dạng không lõi

Core-Stateless Shaped Virtual
Clock

D
DiffServ Differentiated Services

Dịch vu phân biệt

DSCP

Differentiated services
codepoint

điểm mã dịch vu phân biệt

EDD

Earliest Due Date

Phí sớm nhất của ngày

EIR

Excess Information Rate

tỷ lệ thông tin vượt quá

FEC

Forward Error-Correcting Code

Mã định hướng lỗi đúng

FBI

Forwarding Information Base

Thông tin định hướng cơ sở

FIFO

First In First Out

Vào trước ra trước

FCFS

First Come First Served

Đến trước, phuc vu trước

E

F

Nguyễn Thị Thu Huyền - Lớp D2001VT

ii


Đồ án tốt nghiệp

Thuật ngữ viết tắt

G
GPS

Generalized Processor Sharing

Phân chia bộ xử lý chung

IntServ

Integrated Service

Dịch vu tích hợp

ISP

Internet Service Provider

Cung cấp dịch vu mạng

ISDN

Integrated Services Digital
Network

Mạng số tích hợp đa dịch vu

Local Area Network

Mạng cuc bộ

MPLS

MultiProtocol LabelSwitching

Chuyển mạch nhãn đa giao thức

MTU

Maximum Transmission Unit

Khối truyền dẫn lớn nhất

Net Performane

Mạng thực thi

Open Shortest Path First

giao thức tìm đường dẫn đầu tiên
ngắn nhất

PVC

Permanent Virtual Circuit

kênh ảo cố định

PSTN

Public Switched Telephone
Network

Mạng điện thoại công cộng

PQ

Priority Queuing

Hàng đợi ưu tiên PQ

PHB

Per-Hop Behavior

Xử lý trên từng Hop

Quality of Service

Chất lượng dịch vu

RED

Random Early Detection

Phát hiện trước ngẫu nhiên

RSVP

Resource Reservation Protocol

Giao Thức dự trữ tài nguyên

RSpec

Request Specification

Mô tả yêu cầu

RCSP

Rate-Contrlled Static Priority

Ưu tiên tốc độ điều khiển cố định

I

L
LAN

M

N
NP

O
OSPF

P

Q
QoS

R

Nguyễn Thị Thu Huyền - Lớp D2001VT

iii


Đồ án tốt nghiệp

Thuật ngữ viết tắt

S
SVC

Switched Virtual Circuit

kênh ảo chuyển mạch

SLA

Service Level Agreement

Thoả thuận mức dịch vu

SNA

System Network Architecture

Hệ thống kiến trúc mạng

SBM

Subnet Bandweidth
Management

Quản lý băng thông mạng con

SCFQ

Self-Clock Fair Queuing

Xếp hàng hợp lý tự định giờ

TSpec

Traffic Specification

Mô tả lưu lượng

TCA

Traffic Conditioning Agreement

Điều kiện lưu lượng thoả thuận

ToS

Type of Service

Trường dịch vu

User Datagram Protocol

Gói dữ liệu người dùng

Virtual Private Network

Mạng riêng ảo

WAN

Wide Area Network

Mạng diện rộng

WFQ

Weighted Fair Queueing

Xếp hàng theo trọng số

WRED

Weighted Early Random Detect

Phát hiện sớm ngẫu nhiên theo
trọng số

WF2Q

Worst-Case Fair Weighted Fair
Queuing

Hàng đợi hợp lý theo trọng số
trong trường hợp xấu

T

U
UDP

V
VPN

W

Nguyễn Thị Thu Huyền - Lớp D2001VT

iv


Đồ án tốt nghiệp

Lời nói đầu

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay nghành công nghiệp viễn thông đã đạt được những thành tựu to
lớn và trở thành một ngành không thể thiếu trong đời sống con người. Nhờ sự
phát triển của kỹ thuật số, kỹ thuật phần cứng và các công nghệ phần mềm đã và
đang đem lại cho người sử dụng các dịch vụ mới đa dạng và phong phú.
Mạng IP và các dịch vụ ứng dụng công nghệ IP với các ưu điểm như tính
linh hoạt, khả năng mở rộng dễ dàng và đạt hiệu quả cao … đã và đang dần
chiếm ưu thế trên thị trường viễn thông thế giới. Nhiều nghiên cứu về công nghệ
IP đã được thực hiện để đưa ra các giải pháp tiến đến một mạng hội tụ toàn IP.
Tuy nhiên mạng IP hiện nay mới chỉ là mạng “Best Effort” -một mạng nỗ lực tối
đa, mà không hề có bất kì một sự bảo đảm nào về chất lượng dịch vụ của mạng.
Đồ án này nghiên cứu về QoS với mong muốn hiểu them về chất lượng dịch vụ
trong mạng IP và đưa QoS vào mạng để có được một mạng IP có QoS chứ không
chỉ là mạng “Best Effort”. Đồ án gồm bốn chương :
• Chương 1. Tổng quan về QoS: Trình bày các khái niệm cơ bản, các
tham số QoS, thực trạng QoS trong các mạng viễn thông hiện nay và cách đưa
QoS vào trong mạng IP bằng cách sử dụng các giao thức và các thuật toán QoS.
• Chương 2. Kiến trúc CQS:trình bày tổng quan về kiến trúc CQS, đặc

điểm, khái niệm, các ứng dụng và các dịch vụ mạng của kiến trúc CQS.
• Chương 3. Scheduling: Trình bày về bộ lập lịch với các khái niệm các
thuật toán và ứng dụng của chương trình lập lịch trong việc điều khiển lưu
lượng, điều khiển tắc nghẽn nhằm giăi quyết vấn đề QoS trong mạng IP.
• Chương 4. Định hướng phát triển mạng viễn thông Việt Nam: Trình
bày mạng Viễn thông trong tương lai và các ứng dụng để đưa chất lượng dịch vụ
vào trong mạng tương lai.
Em xin chân thành cảm ơn Th. s Nguyễn Văn Đát đã tận tình hướng dẫn
em hoàn thành đồ án này. Em xin cảm ơn các thầy, cô trong bộ môn Mạng Viễn
Thông I cùng các anh chị trong trung tâm VTN đã cung cấp tài liệu, cảm ơn
những góp ý quí báu của các bạn đã giúp em hoàn thành đồ án này.

Ngày 25 tháng 10 năm 2005
Sinh viên: Nguyễn Thị Thu Huyền
Nguyễn Thị Thu Huyền - Lớp D2001VT

5


Đồ án tốt nghiệp

Nguyễn Thị Thu Huyền - Lớp D2001VT

Lời nói đầu

6


Đồ án tốt nghiệp

Chương 1. Tổng quan về QoS

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ QoS
1. 1. Giới thiệu chung
QoS là chất lượng truyền tải các thông tin trên mạng theo đúng thời gian,
kiểm soát băng thông, đặt quyền ưu tiên cho các lưu thông, cung cấp mức độ an toàn
cao. QoS còn được kết hợp với khả năng chuyển tải các thông tin phu thuộc vào trễ
(delay sensitive) như video trực tiếp hay âm thanh mà vẫn có đủ băng thông cho các
lưu thông khác dù ở tốc độ thấp hơn. Quyền ưu tiên liên quan đến việc đánh dấu một
số thông tin để có thể đi qua những mạng đông đúc trước khi những những thông tin
khác có độ ưu tiên thấp hơn đi qua.
Quyền ưu tiên được gọi là cấp dịch vu (class of service) hay còn gọi la CoS.
Cung cấp QoS đòi hỏi cải tiến cơ sở hạ tầng của mạng. Một kỹ thuật để mở
rộng băng thông là tạo các truc chính trên mạng bằng các bộ chuyển mạch ATM hoặc
Gigabit Ethernet. Điều này cũng có nghĩa là nâng cấp một mạng cuc bộ dùng chung
thành một mạng cuc bộ chuyển mạch. Hơn nữa, các giao thức mới yêu cầu phải quản
trị các quyền ưu tiên lưu thông và băng thông trên mạng. Ví du sau đây sẽ mô tả
cách thức QoS áp dung vào thực tế.
Giả sử bạn có cơ hội để thiết kế lại hệ thống đường sá trong trung tâm. Hệ
thống đường sá hiện thời không bảo đảm bạn có thể đi đến đích đúng giờ, cũng
không cung cấp được những mức độ ưu tiên cho các lưu thông đặc biệt, như các xe
cấp cứu hoặc có những người sẵn sàng trả tiền để được đi trên các tuyến không tắc
nghẽn. Tình huống này cũng tương tự như mô hình truyền dữ liệu “nỗ lực cao nhất”
(best-effort) trên Internet, mà các gói được ưu tiên như nhau và phải truyền qua các
băng thông có sẵn.
Việc đầu tiên là phải xác định cách thức cải tiến chất lượng dịch vu được cung
cấp bởi hệ thống đường sá. Điều này có nghĩa là phải làm giảm hay tránh các chậm
trễ, dự báo các loại hình lưu thông, và tạo các thứ tự ưu tiên sao cho một số các lưu
thông có thể truyền tải gấp.

Một giải pháp hiển nhiên là tăng thêm các tuyến, tương đương việc nâng cao
băng thông bằng cách nâng cấp thành mạng ATM hay mạng Gigabit Ethernet. Một
giải pháp khác là tạo ra thêm các bộ định tuyến trực tiếp tới nơi đến quan trọng,
tương đương việc tạo ra một môi trường mạng chuyển mạch mà các mạch chuyên
biệt có thể được thiết lập để nối kết giữa hai hệ thống.
Những quy luật không thể tránh khỏi của hệ thống đường sá cũng như các
mạng là các đường truyền mới hoặc việc gia tăng băng thông sẽ nhanh chóng được
Nguyễn Thị Thu Huyền - Lớp D2001VT

1


Đồ án tốt nghiệp

Chương 1. Tổng quan về QoS

dùng hết. Trong môi trường mạng, các ứng dung multimedia sẽ dùng hết băng thông
được cung cấp thêm. Nếu mở rộng băng thông, bạn cũng cần phải có các dịch vu
quản lý nó. Đây là lúc các giao thức mạng QoS đóng vai trò của nó.
Cũng tương tự như trong hệ thống đường sá, khi bạn đặt một làn xe chuyên
dung chẳng hạn cho những xe cần đi gấp và cho xe buýt. Một làn xe khác được đặt
riêng cho người được quyền sử dung nó chẳng hạn như những làn xe có hình thoi
(diamond lanes) có thể được sử dung bởi những xe với hai hoặc nhiều hành khách
hơn. Trên mạng, ta có thể dành riêng một băng thông và chỉ cho phép những người
sử dung được cấp quyền như những người quản lý hoặc như những ứng dung đặc
biệt như hội thảo qua video hoặc như những nghi thức đặc biệt như SNA (System
Network Architecture) là những nghi thức mà phải được phân phối trong một khoảng
thời gian nhất định để ngăn chặn việc quá thời hạn.
Sự cấp quyền nầy giả định là có một người nào đó đang quản lý quyền ưu
tiên. Nếu có nhiều người hơn được quyền đi thì kể cả những làn xe hình thoi cũng bị

tắt nghẽn. Vì vậy có lẽ bạn muốn thiết lập một vài hình thức điều khiển truy cập khác
chẳng hạn như trả tiền sử dung khi qua cửa thu thuế. Do đó bất cứ ai sẳn sàng trả tiền
để được đi trên những làn xe không bị tắc nghẽn sẽ được đi qua những làn xe đó.
Nếu việc sử dung tăng lên thì phí sẽ tăng lên theo. Cuối cùng, hệ thống sẽ cân bằng ít
nhất cũng trên lý thuyết. Một vài người có thể truy nhập đến những làn đặc biệt do
những mối quan hệ chính trị, việc phuc vu chính phủ hoặc do những uy tín có được
qua việc phuc vu cộng đồng. Những người này được xác định và được cấp quyền
qua một hệ thống máy tính hóa để điều khiển những chế độ ưu tiên như vậy.
Trong môi trường mạng nội bộ, quyền ưu tiên của người sử dung được thiết
lập bởi những nhà quản trị mạng trên máy chủ dựa trên các policy server. Trên
Internet, quyền ưu tiên và băng thông được cung cấp trên nền tảng trả tiền để sử
dung. Điều này ngăn cản những ai sử dung quá nhiều băng thông, nhưng nó đòi hỏi
những nhà cung cấp dịch vu Internet phải đồng ý với những nhà cung cấp dịch vu
Internet khác cùng thiết lập một chất lượng dịch vu (QoS) qua Internet và đòi hỏi họ
có những hệ thống thanh toán để tính tiền khách hàng

1. 1. 1 Chất lượng dịch vụ của ATM
Cung cấp chất lượng dịch vu trên mạng ATM thì tương đối dễ dàng do nhiều
nguyên nhân. Đầu tiên, ATM sử dung các cell có kích thước cố định để phân phối dữ
liệu, trái ngược với những khung có kích thước biến đổi được sử dung trong môi
trường mạng cuc bộ. Kích thước cố định sẽ tiện lợi hóa việc đoán trước lưu lượng và
những đòi hỏi về băng thông. Giả sử bạn tìm cách xác định có bao nhiêu xe cộ đi qua
một đường hầm trong một giờ. Sẽ dễ dàng nếu tất cả các xe điều có cùng kích thước,
nhưng nếu chúng là xe con, xe buýt và xe tải trung… kích thước khác nhau sẽ gây
Nguyễn Thị Thu Huyền - Lớp D2001VT

2


Đồ án tốt nghiệp

Chương 1. Tổng quan về QoS

khó khăn cho việc xác định trước lưu lượng. Thuận lợi của những cell có kích thước
của mạng ATM là ở chổ những nhà cung cấp dịch vu có thể chỉ định trước băng
thông và làm hợp đồng với khách hàng mà đảm bảo được chất lượng dịch vu.
Mạng ATM cũng có tính hướng kết nối. Những cell được phân phối qua
những mạch ảo theo thứ tự, một yêu cầu quan trọng đối với hình ảnh và âm thanh
theo thời gian thực. Trước khi gửi dữ liệu, một mạch ảo phải được thiết lập. Mạch ảo
này có thể được thiết lập trước hoặc cài đặt theo yêu cầu (bằng cách chuyển mạch).
Trong trường hợp sau, mạng sẽ cung cấp mạch nếu nó có thể đáp ứng đòi hỏi của
người sử dung. Chất lượng dịch vu QoS cho những mạng trong văn phòng được thiết
lập dựa trên giải pháp thuộc về quản trị hoặc các giải pháp khác. Nếu mạng được nối
với mạng ATM của nhà truyền thông thì những thông số của chất lượng dịch vu QoS
cũng có thể được chuyển cho mạng đó.
Những ứng dung vừa mới hình thành có thể đòi hỏi chất lượng dịch vu (QoS)
của mạng ATM cho những dịch vu như những mạch mô phỏng tạo với một băng
thông cu thể. Những thông số của chất lượng dịch vu mạng ATM thường gặp bao
gồm peak cell rate - tốc độ truyền cell cao nhất (tốc độ truyền cell cao nhất trong mỗi
giây để phân phối dữ liệu tới người sử dung), minimum cell rate - tốc độ truyền cell
thấp nhất (tốc độ truyền cell thấp nhất có thể chấp nhận được mà mạng ATM phải
cung cấp; nếu mạng không thể cung cấp đến mức độ nầy, đòi hỏi về mạch sẽ bị từ
chối), cell loss ratio - tỉ lệ mất cell (cell mất có thể chấp nhận được), cell transfer
delay - sự chậm trễ trong việc chuyển tải các cell (sự trì hoãn có thể chấp nhận
được), cell error ratio - tỉ lệ lỗi của truyền cell (mức độ lỗi có thể chấp nhận được).
Trong suốt giai đoạn cài đặt, ATM chỉ thi hành một tập các thủ tuc gọi là CAC
(connection admission control - điều khiển thu nhận kết nối) để xác định xem nó có
thể cung cấp sự kết nối ATM hay không. Quá trình thu nhận được xác định bằng cách
tính toán các yêu cầu về băng thông cần để thỏa mãn những đòi hỏi của người sử dung
về dịch vu. Nếu mạch được thừa nhận thì mạng sẽ giám sát mạch để bảo đảm rằng

những thông số được yêu cầu không được vượt quá mức cho phép. Nếu lưu lượng
vượt quá qua cấp độ đã giao ước cho mạch, thì mạng có thể sẽ bỏ những gói tin trong
mạch đó ra thay vì trong những mạch khác.
Băng thông và chất lượng dịch vụ QoS trong mạng chuyển tải
Việc có đủ băng thông luôn là một vấn đề trong môi trường dạng diện rộng
(WAN). Trên những đường truyền thuê bao với mức cố định, những gói tin bị bỏ bớt
khi lưu lượng vượt quá mức đo có thể. Những kỹ thuật dùng cho việc cung cấp băng
thông theo yêu cầu đã phần nào giải quyết được những vấn đề này. Nhờ cảm ứng với
việc quá tải, bộ định tuyến sẽ quay số để thêm một hoặc nhiều đường truyền khác để
xử lý việc quá tải.
Nguyễn Thị Thu Huyền - Lớp D2001VT

3


Đồ án tốt nghiệp

Chương 1. Tổng quan về QoS

Mạng chuyển gói dựa trên vật mang như frame relay và ATM được thiết kế để
xử lý những cao điểm tạm thời trong lưu thông. Khách hàng sẽ ký hợp đồng để nhận
một tốc độ thông tin được giao ước CIR (commited information rate) cu thể và tỉ lệ
đó có thể được vượt qua nếu có đủ băng thông và lúc đó khách hàng sẽ phải trả thêm
tiền.
Một điểm nữa, mạng chuyển gói bảo đảm rằng lưu thông được ưu tiên có thể
đi qua trước, lưu thông không ưu tiên và do đó lưu thông theo thời gian thực có thể
truyền tải qua mạng kịp lúc. Mạng chuyển gói X. 25 hỗ trợ nhiều loại đặc điểm chất
lượng dịch vu QoS cần cho việc đảm bảo sự phân phối. Tuy nhiên, tốc độ dữ liệu
trên mạng X. 25 còn thấp. Ngược lại, mạng frame relay không có nhiều đặc tính về
chất lượng dịch vu QoS bởi vì những người thiết kế chỉ nhắm vào tốc độ. Ngược lại,

mạng ATM được thiết kế rất cặn kẽ cho cả tốc độ và chất lượng dịch vu, như đã mô
tả ở phần trước.

1. 1. 2 Những dịch vụ QoS của hệ điều hành liên mạng Cisco
Các dịch vu của hệ điều hành liên mạng của Cisco là nền để chuyển giao và
quản lý các dịch vu mạng. Cisco IOS QoS là tập các mở rộng cung cấp chất lượng
dịch vu đầu cuối qua các mạng không đồng nhất. Các ISP có thể cung cấp chất lượng
dịch vu qua mạng của họ và tính cước khách hàng theo mức sử dung.
Những dịch vu QoS của hệ điều hành liên mạng Cisco có thể xử lý tắc nghẽn;
ưu tiên cho lưu thông có độ ưu tiên cao hơn; sắp xếp và phân loại các gói theo các
mức dịch vu hay lớp lưu thông; có khả năng qui định độ rộng của băng thông và tuân
thủ các qui định đó; đo lưu thông trên mạng để thu cước phí và giám sát năng suất
hoạt động trên mạng; cấp phát tài nguyên dựa trên cổng vật lý, địa chỉ, hoặc những
ứng dung. Một đặc điểm quan trọng khác của những dịch vu nầy là chúng hỗ trợ cho
những mạng được xây dựng với những đồ hình khác nhau (như bộ định tuyến, frame
relay, ATM và chuyển thẻ (tag switching)) nhằm phối hợp trong việc cung cấp QoS
cho tất cả người dùng. Các dịch vu này có những đặc điểm sau:
Quyền ưu tiên IP (IP Precedence) dùng để chia lưu thông thành sáu lớp dịch
vu. Vì vậy việc xử lý tắc nghẽn và cấp phát băng thông được điều khiển ở mỗi lớp dựa
trên các danh sách điều khiển truy nhập mở rộng ACL (extended access control list).
Quyền ưu tiên này có thể được thiết lập bởi khách hàng hoặc bởi các chính sách đã
được xác định. Những ứng dung của khách hàng thiết lập loại dịch vu trong các gói
bằng cách thay đổi các bit trong trường loại dịch vu (Type of Service field) của tiêu đề
IP. Trong các môi trường không thuần nhất nơi mà mạng có các kỹ thuật khác nhau
(frame relay, ATM, chuyển thẻ), quyền ưu tiên có thể được chuyển vào khung hoặc
vào đơn vị truyền (cell) để cung cấp chất lượng dịch vu QoS. Vì vậy, quyền ưu tiên có

Nguyễn Thị Thu Huyền - Lớp D2001VT

4

Đồ án tốt nghiệp

Chương 1. Tổng quan về QoS

thể được thiết lập không cần có tín hiệu từ bên ngoài hoặc không cần những thay đổi
quan trọng đối với các ứng dung.
Mức độ truy nhập được qui định CAR (Committed Access Rate). Những
người quản trị mạng sử dung CAR để xác lập những qui định và giới hạn về băng
thông và để xử lý lưu thông vượt quá độ rộng của đường truyền đã xác lập. Giới hạn
của CAR được áp dung dựa trên địa chỉ IP, cổng hoặc các luồng ứng dung.
Sự chuyển đổi luồng mạng (Netflow Switching) làm tăng hiệu quả của các
hoạt động trên mạng bằng cách dò tìm gói đầu tiên trong một “luồng” và bắt lấy
thông tin cần thiết cho việc gởi gói này qua mạng. Những gói gửi sau dựa vào những
thông tin trên vùng đệm (cache) sẽ làm giảm quá trình xử lý các gói. Luồng mạng
cũng thu thập dữ liệu về các luồng để thanh toán cước phí và cung cấp bảo mật.
Sự phát hiện trước ngẫu nhiên RED (Random Early Detection) cho phép
những người điều khiển mạng quản lý lưu thông trong suốt những khoảng thời gian
tắc nghẽn dựa trên các chính sách. RED sử dung giao thức TCP để làm giảm lưu
lượng trên mạng sao cho thích hợp với băng thông đang được sử dung. WRED (RED
có độ đo) đi với quyền ưu tiên IP để xử lý lưu thông ưu tiên cho những gói có độ ưu
tiên cao hơn.
Việc xếp hàng theo trọng số WFQ (Weighted Fair Queueing) sẽ cung cấp một
phương pháp để xử lý việc ảnh hưởng bởi sự chậm trễ (delay sensitive), xử lý lưu
thông có độ ưu tiên cao trong một lối đi nhanh trong khi chia sẻ một cách công bằng
phần băng thông còn lại giữa những lưu thông có độ ưu tiên thấp hơn.
Ứng dung có thể yêu cầu chất lượng dịch vu QoS xác định thông qua giao
thức dành riêng tài nguyên RSVP (Resource Reservation Protocol). Sau đó những
dịch vu QoS của Cisco tiếp nhận những yêu cầu đó và chuyển chúng vào những gói

có độ ưu tiên cao (những gói được đưa qua truc chính của nhà cung cấp dịch vu
Internet đến bộ định tuyến ở đầu xa). Ở đó, chúng được chuyển trở lại thành những
tín hiệu RSVP. Theo Cisco, phương pháp nầy giữ được lợi ích của RSVP và tránh
được sự lạm dung nó trên các mạng chính.
Nói chung, dịch vu QoS của Cisco cung cấp cho những nhà cung cấp dịch vu
Internet một phương pháp để “sinh lợi bằng cách xác định, đáp ứng khách hàng,
phân phối và thanh toán cho những dịch vu mạng-trị giá gia tăng, những dịch vu
mạng được phân biệt”. Nó cho phép các nhà cung cấp dịch vu Internet cung cấp
nhiều mức dịch vu với những chính sách giá khác nhau dựa trên muc đích, thời gian
sử dung, và loại lưu thông.

Nguyễn Thị Thu Huyền - Lớp D2001VT

5


Đồ án tốt nghiệp

Chương 1. Tổng quan về QoS

1. 1. 3 Chất lượng dịch vụ (QoS) trên Internet và Intranet
Có những xu hướng đang cung cấp cơ sở hạ tầng mạng cho việc phân phối
truyền thông đa phương tiện theo thời gian thực qua những mạng nội bộ. Đây là sự
phát triển bùng nổ của những nghi thức Web, của việc sử dung các mạng chuyển đổi
là những mạng góp phần tạo ra mạng Ethernet, và của việc sử dung những truc mạng
chính tốc độ cao (ATM hoặc Gigabit Ethernet). Ngoài ra cũng phải kể đến sự bùng
nổ của những giao thức quản lý băng thông.
Cộng đồng Internet đã sử dung RSVP như một phương tiện để cung cấp chất
lượng dịch vu QoS trên Internet và trên những mạng intranet. RSVP là một giao thức
đi từ bộ định tuyến nầy sang bộ định tuyến khác trong đó một bộ định tuyến yêu cầu

bộ định tuyến khác dành riêng một băng thông xác định cho một sự truyền tải nào
đó. Mỗi bộ định tuyến dọc theo lộ trình từ nguồn tới đích bị đòi hỏi phải dành riêng
băng thông. RSVP sẽ được bàn kỹ trong phần “RSVP (Resource Reservation
Protocol)”
Một vài nhóm IETF (Internet Engineering Task Force) đang làm việc trên
những giao thức mạng có liên quan đến chất lượng dịch vu QoS, như được trình bày
dưới đây:
Nhóm làm việc IETF về định tuyến QoS (The IETF QoS Routing (qosr)
Working Group) đang định nghĩa những kỹ thuật định tuyến chất lượng dịch vu cho
Internet. Việc định tuyến QoS liên quan đến việc tìm những con đường chuyển các
gói tin mà cung cấp các dịch vu được yêu cầu. Những con đường nầy có thể không
phải là những con đường ngắn nhất theo cách nghĩ thông thường mà là những con
đường mà đáp ứng được loại và chất lượng dịch vu theo yêu cầu của người dùng.
Những kỹ thuật xử lý gói mới thì rất cần thiết cho việc tìm ra những con đường cung
cấp các dịch vu này.
Nhóm làm việc IETF về chuyển tải hình ảnh hay âm thanh (the IETF
Audio/Video Transport (avt) Working Group) đang phát triển những giao thức mới
nhằm cung cấp hình ảnh và âm thanh qua mạng sử dung giao thức gói dữ liệu người
dùng UDP (User Datagram Protocol) và IP multicast. Nhóm nầy chịu trách nhiệm
đối với các giao thức vận chuyển theo thời gian thực RTP (Real-time Transport
Protocol) và đối với những RFC (requests for comment) (là những đòi hỏi mà xác
định định dạng sức tải đối với JPEG, MPEG và những chuẩn của
videoconferencing).
Nhóm làm việc IETF về các dịch vu tích hợp (The IETF Integrated Services
(intserv) Working Group) liên quan tới việc vận chuyển hình ảnh, âm thanh và
những dữ liệu khác qua mạng Intenet. Nhóm này đang định nghĩa và cung cấp tư liệu
cho những dịch vu sẽ được cung cấp bởi mô hình dịch vu mạng Internet nâng cao.
Nguyễn Thị Thu Huyền - Lớp D2001VT

6

Đồ án tốt nghiệp

Chương 1. Tổng quan về QoS

Nó cũng định nghĩa giao diện ứng dung và tập những yêu cầu định tuyến mới là
những yêu cầu sẽ bảo đảm rằng mạng Internet có thể hỗ trợ mô hình dịch vu mới.
Nhóm làm việc IETF về những dịch vu tích hợp qua những lớp liên kết cu
thể (the Integrated Services over Specific Link Layers (issll) Working Group) đang
phát triển các mở rộng cho cấu trúc IP là cấu trúc cho phép những ứng dung yêu cầu
và thu nhận một cấp độ dịch vu cu thể trong liên mạng để chuyển âm thanh, hình ảnh
và dữ liệu trên đó. Những kỹ thuật đã được phát triển bao gồm những dịch vu tích
hợp qua những kỹ thuật chia xẻ và chuyển đổi của mạng LAN, mạng ATM.

1. 1. 4 Chất lượng dịch vụ trong viễn cảnh ứng dụng
Phần lớn những công việc vẫn đang được thực hiện để cung cấp chất lượng
dịch vu (QoS) trên những mạng intranet và Internet. Tuy nhiên, những ứng dung như
Microsoft NetMeeting sẽ cung cấp sự hiểu biết thấu đáo về cách một ứng dung có
thể tự tối ưu hoá việc sử dung băng thông. NetMeeting về căn bản là một giải pháp
hội thảo video hoạt động qua những mạng cộng tác và qua Internet. Nó cho phép
người dùng chuyển các tập tin và giữ chỗ trong những cuộc hội thảo “whiteboard”
(hiển thị và soạn thảo đồ họa) trong suốt cuộc hội thảo qua video.
Microsoft gọi NetMeeting là một ứng dung “thông minh về băng thông” bởi
vì nó có những kỹ thuật tạo sẵn cho vùng đệm, nén và tối ưu hóa quá trình truyền
thông. Có thể đưa ra nhiều giải pháp để giới hạn băng thông của những ứng dung sử
dung hình ảnh và âm thanh để những người quản trị mạng có thể ngăn cản những
ứng dung sử dung nhiều băng thông.
Trong suốt quá trình hoạt động của một NetMeeting thông thường, những
dòng âm thanh, hình ảnh và dữ liệu riêng biệt được truyền qua mạng. Những dòng

dữ liệu nầy cấu thành những hội thảo whiteboard và thông tin điều khiển.
NetMeeting xử lý những dòng âm thanh với độ ưu tiên cao nhất theo sau đó là dòng
dữ liệu rồi tới dòng hình ảnh. Bốn chế độ truyền được chọn 14. 4 Kbits/sec, 28. 8
Kbits/sec, ISDN (Integrated Services Digital Network) và tốc độ của mạng LAN.
Sau đó NetMeeting sẽ tự động cân bằng 3 dòng tách biệt theo độ ưu tiên của chúng
và theo băng thông có được. Trong cấu hình có băng thông thấp nhất, hình ảnh video
có thể xuất hiện chủ yếu như một hình ảnh tĩnh chỉ thỉnh thoảng mới thay đổi.
NetMeeting truyền một khung video đầy đủ trong 15 giây, sau đó làm tươi
hình ảnh với những thay đổi khi chúng xảy ra. Nó cũng làm giảm lượng dữ liệu đi
qua đường truyền. Chẳng hạn, thông tin đồ họa có thể lưu trú trong một hàng đợi
tạm thời trước khi được truyền đi. Nếu những phần của bức ảnh đang chờ đợi thay
đổi trong khi nó vẫn còn trong hàng đợi thì chỉ có những thông tin mới được gởi và
thông tin cũ bị loại bỏ mà không được gởi đi. Sau đó nó lại được chồng lên bởi hình
ảnh mới.
Nguyễn Thị Thu Huyền - Lớp D2001VT

7


Đồ án tốt nghiệp

Chương 1. Tổng quan về QoS

1. 2. Khái niệm
Khuyến nghị của CCITT, E800 đưa ra một tính chất chung của QoS:”Hiệu
ứng chung của đặc tính chất lượng dịch vu là xác định mức độ hài lòng của người sử
dung đối với chất lượng dịch vu”.
Khuyến nghị ETR300003 của ETSI chia và cải tiến định nghĩa của ITU thành
các định nghĩa nhỏ hơn, nó phù hợp với các yêu cầu và quan điểm của các nhóm
khác nhau trong viễn thông. Đó là:

 Yêu cầu QoS của người sử dung
 Đề nghị QoS của nhà cung cấp dịch vu
 Sự cảm nhận QoS từ phía khách hang
 Việc thực hiện QoS của nhà cung cấp dịch vu
 Yêu cầu QoS của nhà cung cấp dịch vu
Như vậy một cách tổng quan QoS mang ý nghĩa là “Khả năng của mạng đảm
bảo và duy trì các mức thực hiện nhất định cho mỗi ứng dung theo như các yêu cầu
đã chỉ rõ của mỗi người sử dung”. Một ý trong định nghĩa này chính là chìa khoá để
hiểu được QoS là gì từ góc nhìn của nhà cung cấp dịch vu mạng. Nhà cung cấp dịch
vu mạng đảm bảo QoS cung cấp cho người sử dung và thực hiện các biện pháp duy
trì mức QoS khi điều kiện mạng bị thay đổi vì các nguyên nhân như nghẽn, hỏng hóc
thiết bị hay lỗi đường truyền v. v…QoS cần được cung cấp cho mỗi ứng dung để
người sử dung có thể chạy ứng dung đó . Tuy nhiên người sử dung cũng cần phải tìm
hiểu các thông tin từ người quản trị để hiểu mạng phải cung cấp những gì cần thiết
cho mỗi ứng dung. Các nhà cung cấp dịch vu mạng đưa ra thông tin đặc tả về giá trị
thực tế của thông số QoS theo hai cách sau:
 Với môi trường kênh ảo cố định(PVC : Permanent Virtual Circuit), các giá
trị của các tham số QoS có thể chỉ đơn giản được ghi bằng văn bản và trao
lại cho đại diện của nhà cung cấp dịch vu mạng và khách hàng với nhà
cung cấp dịch vu thoả thuận với nhau về cách thức sử dung. QoS có hiệu
lực trên PVC khi PVC sẵn sàng.
 Với môi trường kênh ảo chuyển mạch(SVC: Switched Virtual Circuit), các
giá trị của thông số QoS được gửi cho nhà cung cấp dịch vu trong bản tin
báo hiệu thiết lập cuộc gọi, nó là một phần của phương thức báo hiệu được
sử dung để cung cấp dịch vu chuyển mạch trên mạng.
Cả hai phương pháp đều được sử dung trong mạng. Phương pháp PVC cho
phép QoS được cung cấp trong một miền lớn hơn trong khi phương pháp SVC đòi
hỏi QoS trên một kết nối cho trước và được thiết lập liên tuc. Nếu một mạng được
tối ưu hoàn toàn cho một loại dịch vu thì người sử dung ít phải xác định chi tiết các
Nguyễn Thị Thu Huyền - Lớp D2001VT

8


Đồ án tốt nghiệp

Chương 1. Tổng quan về QoS

thông số QoS. Ví du, với mạng PSTN được tối ưu cho thoại, không cần xác định
băng thông hay trễ cần cho một cuộc gọi. Tất cả các cuộc gọi đều được đảm bảo QoS
như đã qui định trong các chuẩn liên quan cho điện thoại .
B

A
NET
NET

NET
NET

CE
Q

NP

NP

CE
Q

NP

QoS

Hình 1. 1: Mô hình QoS tổng quan
Trong mô hình có cả chất lượng của từng mạng (NP-Net perfomane) trên
đường truyền từ đầu cuối này tới đầu cuối kia. Ta không nên nhầm lẫn hai khái niệm
chất lượng dịch vu và chất lượng mạng.
QoS giúp cho các dịch vu viễn thông và nhà cung cấp mạng đáp ứng được
các nhu cầu dịch vu 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.
Ta có thể so sánh QoS và NP như sau:
Theo khuyến nghị E800 của ITU QoS còn được xem như : “chất lượng dịch
vu viễn thông là kết quả tổng hợp của các chỉ tiêu dịch vu, thể hiện ở mức độ hài
lòng của đối tượng sử dung dịch vu đó ”. Dịch vu 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.
QoS dược 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 cu 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 dung.

Nguyễn Thị Thu Huyền - Lớp D2001VT

9


Đồ án tốt nghiệp

Chương 1. Tổng quan về QoS

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 vu đảm bảo chất lượng, còn trên quan điểm của nhà cung cấp dịch vu
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 vu. Nhà cung cấp dịch vu 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 dung. Khi sử dung dịch vu,
khách hàng chỉ biết đến nhà cung cấp dịch vu 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 vu
 Khả năng khai thác
 Khả năng duy trì
 Khả năng tích hợp dịch vu
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 việc ghép kênh, chuyển mạch hoặc truyền dẫn, nên nó ảnh hưởng tới
truyền dẫn. Do đó QoS trong mạng phu thuộc vào nhiều yếu tố:các thành phần
mạng, cơ chế xử lý tại đầu cuối, cơ chế điều khiển trong mạng.

1. 2. 1 Phân cấp QoS
Một cách tự nhiên, có nhiều mức QoS khác nhau cũng giống như là có nhiều
ứng dung vậy. Các ứng dung lại thay đổi rất lớn thậm chí cả với những yêu cầu đơn
giản về băng thông. Tín hiệu thoại có thể yêu cầu bất kì số liệu nào trong khoảng từ
8 đến 64 Mb/s. Truy nhập Web và truyền tập tin sử dung băng thông càng nhiều càng
tốt trong phạm vi có thể, nhưng lại không cần liên tuc…Tuy nhiên, băng thông trên
PSTN và của mạng dữ liệu nhận được từ các đường thuê riêng dựa trên PSTN lại chỉ
phuc vu giới hạn tại tốc độ 64 kb/s hoặc là bỏ phí 28 kb/s trong 128 kb/s. Đây là mặt
hạn chế của các mạng chuyển mạch kênh. Một mạng chuyển mạch gói có thể chia
băng thông thành nhiều thành phần thích hợp cho các ứng dung dữ liệu bùng nổ,
nhưng đó không phải là tất cả. Một mạng cần phải có khả năng cung cấp QoS yêu
cầu cho mỗi ứng dung, không cần biết băng thông cần thiết có cố định hay không.
Khả năng về phía mạng cấp cho các ứng dung các bảo đảm về QoS ví du như là bảo
đảm về băng thông, được xem như là phân cấp QoS của mạng. Phân cấp là một khía
cạnh quan trọng khác của QoS. Phân cấp xác định các thông số QoS tốt đến mức nào
Nguyễn Thị Thu Huyền - Lớp D2001VT

10


Đồ án tốt nghiệp

Chương 1. Tổng quan về QoS

mà người sử dung có thể định rõ cho các ứng dung cu thể. Nếu mạng cung cấp QoS
không đủ tiêu chuẩn thì nó có thể giới hạn người sử dung truy nhập vào mạng. Ví du
đơn giản, xét một nhà cung cấp dịch vu mạng thiết lập nhiều loại lớp dịch vu cho các
ứng dung của người sử dung . Có nhiều lúc lớp dịch vu được dùng với đầy đủ các
tham số của QoS, nhà cung cấp có thể đưa ra một lớp dịch vu thoại trên một mạng
gói mà nó đảm bảo băng thông 64kb/sử dung giữa các đầu cuối và trễ 100ms với

jitter nhỏ hơn 10 ms. Điều này tốt miễn là tất cả người sử dung thoại đều cần 64kb/s.
Nhưng nếu một ứng dung thoại chỉ yêu cầu 8kb/s thôi thì sao?Hay thậm chí là chỉ
4kb/s. Bởi vì người sử dung được đảm bảo ở 64kb/sử dung nên lượng băng thông
này nói chung là phải được chia ra từ toàn bộ băng thông trên mạng. Tuy nhiên mạng
có thể sẽ không bao giờ chỉ ra được khi nào 64kb/s có thể được yêu cầu. Theo đó
người sử dung không sử dung và nhà cung cấp dịch vu dự trữ băng thông có thể
cung cấp nó cho những người sử dung khác.
Phân cấp tôt QoS sẽ cho phép người sử dung thậm chí trong cùng một lớp
dịch vu xác định băng thông họ yêu cầu chính xác hơn. Sự chính xác này muốn đạt
được thì phải trả giá bằng độ phức tạp của mạng, đây là lý do chính trong việc giới
hạn các tham số QoS và đặt ra các lớp dịch vu trong giai đoạn đầu.

1. 2. 2 Bảo đảm QoS
Thực hiện 3 vấn đề sau:
 Các cơ chế đảm bảo chất lượng dịch vu tại các nút mạng: Các thuật toán
xếp hàng (queueing), cơ chế định hình lưu lượng (traffic shapping), các cơ
chế tối ưu hoá đường truyền, các thuật toán dự đoán và tránh tắc nghẽn….
 Phương thức báo hiệu QoS giữa các nút mạng để phối hợp hoạt động đảm
bảo chất lượng dịch vu từ đầu cuối tới đầu cuối.
 Chính sách QoS và các chức năng tính cước, quản lý để điều khiển và
phân phát QoS cho các lưu lượng đi qua toàn mạng.
Điều gì sẽ xảy ra nếu mạng không thành công trong việc bảo đảm và duy trì
QoS chính xác cho một ứng dung cho trước? Điều này tuỳ thuộc vào sự thoả thuận
giữa người sử dung và nhà cung cấp dịch vu trong trường hợp dịch vu được quản lí
bởi hợp đồng hay là giữa nhà cung cấp dịch vu và bộ phận điều chỉnh trong trường
hợp dịch vu bảng giá. Đảm bảo QoS cũng là phần quan trọng của hợp đồng cho các
dịch vu mạng giữa khách hàng và nhà cung cấp dịch vu . Thông thường thì hàng
tháng khách hàng phải trả tiền cho nhà cung cấp dịch vu . Đảm bảo QoS có thể thiết
lập một hệ thống phạt dưới hình thức giảm bớt giá tiền dịch vu hàng tháng nếu nhà
cung cấp không cung cấp đúng chất lượng yêu cầu của tháng đó. Trong những

Nguyễn Thị Thu Huyền - Lớp D2001VT

11


Đồ án tốt nghiệp

Chương 1. Tổng quan về QoS

trường hợp nghiêm trọng, nếu vấn đề về mạng xảy ra trong toàn bộ tháng đó thì
khách hàng có thể nhận được dịch vu miễn phí.
Đảm bảo chất lượng mạng trong một môi trường dịch vu hợp đồng thường
được biểu hiện theo hình thức thoả thuận mức dịch vu (SLA: Service Level
Agreement) được thiết lập giữa khách hàng và nhà cung cấp dịch vu. SLA có thể là
một phần của hợp đồng dịch vu hay là một tài liệu độc lập hoàn toàn . SLA đưa ra
các yêu cầu của khách hàng và các hình phạt đối với nhà cung cấp khi gặp phải sự
cố. SLA cũng cung cấp một phương tiện thuận tiện cho khách hàng để so sánh các
dịch vu do các nhà cung cấp khác nhau đưa ra. Vậy trong phân cấp dịch vu, đảm bảo
chất lượng và SLA, điều nào phải được thực hiện các dịch vu thời gian thực trên môi
trường IP?. Tuy rằng bảo đảm và điều chỉnh QoS trở thành một lĩnh vực khảo sát
tích cực giữa các nhà cung cấp dịch vu mạng công cộng nhưng Internet nhìn chung
vẫn tương đối không bị ảnh hưởng bởi QoS bởi 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, thậm chí nếu
tất cả các ISP (Internet Service Provider) đột ngột quan tâm tới QoS thì cũng không
dễ gì thêm QoS vào một mạng IP tại một mức IP.
Cách tiếp cận gần nhất để các nhà cung cấp dịch vu IP có thể đảm bảo QoS
hay SLA giữa khách hàng và ISP là mạng IP được quản lý. Thuật ngữ quản lý ở đây
là bất cứ cái gì mà nhà cung cấp dịch vu quản ký thay mặt cho khách hàng . Vậy cái
gì đang thực sự được quản lý trên mạng IP? Đó là QoS mà mạng cung cấp . Điều này

được thực hiện bằng cách cách ly các bộ định tuyến, các liên kết …. sử dung để cung
cấp dịch vu IP cho một khách hàng cu thể và sử dung các tài nguyên này trên một
nền tảng dành riêng một phần phuc vu cho mình khách hàng đó. Trong vài trường
hợp các bộ định tuyến và các liên kết cần được chia sẻ nhưng chỉ giữa những khách
hàng chung vốn có hợp đồng cho quản lý dịch vu IP.
Hấu hết các nhà cung cấp dịch vu Internet (ISP) lớn đưa ra cả kết nối Internet
công cộng dùng chung và dịch vu IP được quản lý. Phần IP được quản lý của các ISP
thường sử dung để kết nối địa chỉ với các vị trí được điều khiển bởi khách hàng .
Không ai có thể dễ dàng đảm bảo băng thông hay bất kỳ một thông số QoS nào khác
trên mạng Internet công cộng, nó cơ bản bao gồm các “đám mây” ISP liên kết của
băng thông và tài nguyên biến đổi trong phạm vi lớn. Chỉ có thể giới hạn các kết nối
đến một ISP thì ISP mới có thể đưa ra thực tế một dịch vu IP được quản lý. Các liên
kết đến một mạng Internet toàn cầu có thể được cung cấp như một phần của dịch vu
IP được quản lý, nhưng tất nhiên là đảm QoS không xuất hiện trong phần này của
mạng. Tuy nhiên, liên kết giới hạn đặc trưng bởi các dịch vu IP được quản lý này vẫn
có thể được sử dung đem lại lợi ích cho khách hàng . Ví du mạng riêng ảo
(VPN:Virtual Private Network) thực sự được lợi từ việc bảo đảm QoS và hạn chế các

Nguyễn Thị Thu Huyền - Lớp D2001VT

12


Đồ án tốt nghiệp

Chương 1. Tổng quan về QoS

kết nối và đây chính là dấu hiệu xác nhận chất lượng của các dịch vu mạng IP được
quản lý .
Vấn đề ở đây là ngày càng có nhiều ứng dung như thoại và video hoạt động

trên Internet và Web toàn cầu, do đó các đảm bảo QoS thực sự là cần thiết. Mặc dù
vậy, Internet ngày nay lại có rất ít các đảm bảo QoS có chăng chỉ là các ngoại lệ của
các dịch vu mạng IP được quản lý .

1. 2. 3 Các tham số QoS
QoS có 6 tham số cơ bản sau:
Thông số QoS

Các giá trị ví dụ

Băng thông (nhỏ nhất)

64kb/s, 1. 5Mb/s, 45Mb/s

Trễ(Lớn nhất)

50ms trễ vòng, 150ms trễ vòng

Jitter (Biến động trễ)

10%của trễ lớn nhất, 5ms biến động

Loss (Mất thông tin)-các ảnh
1 trong 1000 gói chưa chuyển giao
hưởng của lỗi
Tính sẵn sàng (tin cậy)

99. 99%

Bảo mật

Mã hoá và nhận thực trên tất cả các luồng lưu
lượng

Bảng 1. 1 Các tham số QoS
1. 2. 3. 1 Băng thông (nhỏ nhất)
Băng thông chỉ đơn giản là thước đo số lượng bít trên giây mà mạng sẵn sàng
cung cấp cho các ứng dung . Các ứng dung bùng nổ trên mạng chuyển mạch gói có
thể chiếm tất cả băng thông của mạng nếu không có ứng dung nào khác bùng nổ
cùng với nó. Khi điều này xảy ra, các “bùng nổ” phải được đệm lại và xếp hàng chờ
truyền đi độ trễ đó tạo ra trễ trên mạng. Khi được sử dung như là một tham số QoS
băng thông là yếu tố tối thiểu mà một ứng dung cần để hoạt động. Ví du, thoại PCM
cần băng thông là 64kb/s . Điều này không tạo ra khác biệt khi mạng xương sống có
kết nối 45Mb/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 45mb/s sẽ làm cho ứng dung thoại
64kb/s hoạt động được. Băng thông nhỏ nhất phải sẵn sàng tại tất cả các điểm giữa
các người sử dung .
Các ứng dung dữ liệu được lợi nhất từ việc đạt được băng thông cao hơn.
Điều này được gọi là các ứng dung giới hạn băng thông, bởi vì hiệu quả của ứng

Nguyễn Thị Thu Huyền - Lớp D2001VT

13


ỏn tt nghip

Chng 1. Tng quan v QoS

dung d liu trc tip liờn quan ti lng nho nht ca bng thụng sn sng trờn
mng. Mt khỏc, cỏc ng dung thoi nh thoi PCM 64kb/s c gi l cỏc ng
dung gii hn tr . Thoi PCM 64kb/s ny se khụng hot ng tụt hn nu co bng
thụng 128kb/s. Loi thoi ny phu thuc hon ton vo thụng sụ tr QoS mng co
th hot ng hiu qu.

1. 2. 3. 2. Tr
Tr liờn quan cht che vi bng thụng . Vi cỏc ng dung gii hn bng thụng
thỡ bng thụng cng ln tr se cng nho. ụi vi cỏc ng dung gii hn tr nh l tớn
hiu thoi 64kb/s, tham sụ QoS tr ln nht cỏc bit gp phi khi truyn qua mng.
Tt nhiờn l cỏc bit co th n vi tr nho hn. . Mụi quan h gia bng thụng v
tr trong mng c chi ra trong hỡnh ve sau:
"ống bit"
Khung = X bit

t1 = bit đầu tiên vào

t1 = bit đầu tiên ra

(a)
"ống bit"
Khung = X bit

t1 = bit cuối cùng ra t1 = bit đầu tiên ra

(b)

Hỡnh 1. 2 (a)Tr va (b) bng thụng trong mng
Trong phn (a), t2 t1 = sụ giõy tr. Trong phn (b), X bit/( t2 t1)=bit/s
bng thụng. Nu co nhiu bng thụng hn tc l co nhiu bit n hn trong mt n

vi thi gian thỡ tr tng th nho hn.
Bng thụng v tr ca mng co mụi quan h vi nhau v co th tớnh toỏn ti
nhiu ni trong mng, thm chớ t u cuụi ti u cuụi. Thụng tin truyn i di
dng mt chui cỏc khung truyn (goi tin IP cung co th s dung cho muc ớch ny),
khong thi gian trụi qua k t khi bit u tiờn ca mt khung i vo mng cho n
khi bit u tiờn ra khoi mng gi l tr. Vỡ con ng ca khung qua c b chuyn
mch v b inh tuyn, nờn tr co th bin i, co cỏc giỏ tri ln nht, nho nht,
trung bỡnh, lch chuõn.
Bng thụng c inh nghia l sụ bit ca mt khung chia cho thi gian trụi
qua k t khi bit u tiờn ri khoi mng cho ti khi bit cuụi cung ri khoi mng. Trờn
Nguyn Th Thu Huyn - Lp D2001VT

14


Đồ án tốt nghiệp

Chương 1. Tổng quan về QoS

thực tế, đây chỉ là một trong số những cách đo có thể. Vì các khung có đường truyền
đi từ liên kết truy nhập tới mạng xương sống nên băng thông mà khung truyền đi
biến đổi đáng kể. Các mạng chuyển mạch gói cung cấp cho các ứng dung các băng
thông biến đổi phu thuộc vào hoạt động và sự bùng nổ của ứng dung . Băng thông
biến đổi tức là trễ cũng biến đổi trên mạng . Các nút mạng được nhóm với nhau cũng
có thể đóng góp vào sự thay đổi của trễ. Tại các nút mạng đều có quá trình xếp hàng.
Trễ xảy ra do cần thời gian để chuyển gói tới hàng đợi đầu ra (output queue) và trễ
do gói bị giữ trong hàng đợi. Tuy nhiên với các thuật toán xếp hàng có ưu tiên có thể
giảm trễ xuống dưới 10ms. Ngoài ra cũng có thể kể đến trễ khi các bridge, switch và
router chuyển dữ liệu, nó phu thuộc vào tốc độ của hệ thống mạch, CPU cũng như
kiến trúc bên trong các thiết bị mạng. Tham số QoS trễ chỉ xác định được trễ lớn

nhất mà không đặt bất kì một giới hạn nhỏ hơn nào cho trễ của mạng.

1. 2. 3. 3. Jitter (Biến động trễ)
Thông số QoS jitter thiết lập giới hạn lên lượng biến đổi của trễ mà một ứng
dung có thể gặp trên mạng. Một cách đúng đắn hơn thì jitter được xem như là biến
động trễ, bởi vì thuật ngữ jitter cũng được sử dung trong mạng với nghĩa là sự khác
biệt thời gian mức thấp trong kỹ thuật mã đường dây. Tuy nhiên, sử dung thuật ngữ
jitter đồng nghĩa với biến động trễ cũng là phổ biến, và ngữ cảnh sẽ phân biệt nghĩa
nào đang được đề cập. Jitter không đặt một giới hạn nào cho các giá trị tuyệt đối của
trễ, nó có thể tương đối thấp hoặc cao phu thuộc vào giá trị của thông số trễ.
Jitter theo lí thuyết có thể là một giá trị mạng tương đối hay tuyệt đối. Ví du,
nếu trễ mạng cho một ứng dung được thiết lập là 100ms, jitter có thể đặt là cộng
hoặc trừ 10% của giá trị này. Theo đó nếu mạng có trễ trong khoảng từ 90 đến 110ms
thì vẫn đạt được yêu cầu về jitter (trong trường hợp này rõ ràng trễ không phải là lớn
nhất). Nếu trễ là 200ms, thì 10% giá trị jitter sẽ cho phép bất kỳ giá trị trễ nào trong
khoảng 180 đến 220ms. Mặt khác jitter tuyệt đối giới hạn cộng trừ 5ms sẽ giới hạn
jitter ở các ví du trên trong khoảng từ 95 đến 105ms và từ 195 tới 205ms.
Các ứng dung nhạy cảm nhất đối với các giới hạn của jitter là các ứng dung
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 tuc là vấn đề gây bực mình nhất gặp
phải đối với các ứng dung video và thoại dựa trên Internet.
Jitter xảy ra do sự thay đổi khoảng thời gian giữa hai lần gói đến:

Nguyễn Thị Thu Huyền - Lớp D2001VT

15


Đồ án tốt nghiệp

A

Chương 1. Tổng quan về QoS
B

C

A

D1

Bên gửi

B

D2=D1

C

Bên nhận

D3≠ D2

Hình 1. 3 Sự thay đổi thời điểm gói đến
Jitter là vấn đề cố hữu trong các mạng chuyển mạch gói. Nguyên nhân từ cơ
chế xử lý lưu giữ và chuyển gói tại các nút mạng. Ngoài ra, còn do các gói đi đến
đích theo các đường truyền khác nhau trên mạng. Loại bỏ jitter đòi hỏi phải thu thập
các gói và giữ chúng đủ lâu để cho phép các gói chậm nhất đến đích để được phát lại
đúng thứ tự, điều này làm cho tổng độ trễ tăng lên.
Ngay cả khi trễ tuyệt đối có thể giảm nhỏ tối thiểu, một sự thay đổi độ trễ từ

gói này đến gói sau cũng làm giảm chất lượng dịch vu . Để khử jitter người ta dung
một bộ đệm gọi là jitter buffer, đó có thể là một hàng đợi động với kích thước thay
đổi phu thuộc vào khoảng thời gian giữa hai lần gói đến của các gói trước vì bộ đệm
cố định nếu quá lớn thì làm tăng trễ nếu quá nhỏ thì làm mất gói.

1. 2. 3. 4. Loss (Mất thông tin)
Mất thông tin là một tham số QoS không được đề cập thường xuyên như là
băng thông và trễ đặc biệt là đối với Internet, độ trễ bản chất tự nhiên của mạng
Internet là “nỗ lực tối đa”. Nếu các gói tin IP không đến được đích thf Internet không
hề bị đổ lỗi và đã làm mất chúng. Điều này không có nghĩa là ứng dung sẽ tất yếu bị
lỗi, bởi vì nếu các thông tin bị mất vẫn cầc thiết đối với các ứng dung thì nó sẽ phải
tự 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.
Tại sao các mạng không chỉ Internet lại bị mất thông tin? Thực sự là có nhiều
lí do, nhưng hầu hết trong số chúng có thể truy nguyên từ các ảnh hưởng của lỗi trên
mạng. Ví du, nếu một kết nối bị hỏng, thì tất cả các bit đang truyền trên liên kết này
sẽ không thể tới được đích. Nếu một nút mạng ví du như bộ định tuyến hỏng thì tất
cả các bit ở trong bộ đệm và đang được xử lý tại nút đó sẽ biến mất không để lại dấu
vết. Do những loại hư hỏng này có thể xảy ra trên mạng bất cứ lúc nào nên việc một
vài thông tin bị mất độ trễ lỗi trên mạng là không thể tránh khỏi.
Ví du việc truyền tín hiệu thoại:

Nguyễn Thị Thu Huyền - Lớp D2001VT

16


Đồ án tốt nghiệp

Chương 1. Tổng quan về QoS
Gói mất
Gói phát lại

Thuật toán nén G729

Hình 1. 4 Phát lại gói cuối cùng thay thế gói bị mất
Gói thứ nhất, thứ hai, thứ ba đều đến được đích nhưng gói thứ tư bị mất trên
đường truyền. Sau khi bên thu đợi một khoảng thời gian, nó sử dung thuật toán “che
dấu” ví du bằng cách phát lại gói thứ 3. Người nghe hầu như không cảm nhận được
vì tín hiệu thoại bị mất chỉ là 20ms (ví du). Tuy nhiên, nếu mất gói liên tuc hoặc tỉ lệ
mất gói lớn thì chất lượng thoại sẽ bị giảm vì các kiểu “làm giả” gói thoại như vậy
không thể kéo dài. Sự tổn thất gói trên 10% nói chung không thể chấp nhận được.
Tác động của mất thông tin tuỳ thuộc vào ứng dung . Điều khiển lỗi trên
mạng là một quá trình gồm hai bước : Bước đầu tiên là xác định lỗi. Bước thứ hai là
khắc phuc lỗi, nó có thể đơn giản là bên gửi truyền lại đơn vị bị mất thông tin. Một
vài ứng dung, đặc biệt là các ứng dung thời gian thực, không thể đạt hiệu quả khắc
phuc lỗi bằng cách gửi lại đơn vị thông tin bị lỗi. Các ứng dung 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 du các hệ thống quân sự tấn công muc tiêu trên không không thể sử
dung hiệu quả với cách khắc phuc lỗi bằng truyền lại. )
Vì những lý do này, tham số QoS Loss không những nên định rõ một giới hạn
trên đối với ảnh hưởng của lỗi mà còn nên cho phép người sử dung xác định xem có
lựa chon cách sửa lỗi bằng việc truyền lại hay không? Tuy nhiên, hầu hết các mạng
(đặc biệt là mạng IP) chỉ cung cấp phương tiện vận chuyển thu động còn việc xác
định lỗi, khắc phuc lỗi thường được để lại cho các ứng dung (hay người dùng).

1. 2. 3. 5. Độ khả dụng (Đáng tin cậy)
Các mạng tồn tại để phuc vu người sử dung . Tuy nhiên mạng cần có biện
pháp bảo dưỡng và phòng ngừa nếu các tình huống hỏng hóc tiềm tàng được phát

hiện và được dự đoán trước. Một chiến lược đúng đắn bằng cách định kỳ tạm thời
tách các thiết bị ra khỏi mạng để thực hiện các công việc bảo dưỡng và chẩn đoán
trong một thời gian ngắn để có thể giảm thời gian ngừng hoạt động do hỏng hóc.
Thậm chí, với biện pháp bảo dưỡng hoàn hảo nhất cũng không thể tránh được các lỗi
không tiên đoán trước và các lỗi nghiêm trọng của kết nối và thiết bị theo thời gian.

Nguyễn Thị Thu Huyền - Lớp D2001VT

17


Đồ án tốt nghiệp

Chương 1. Tổng quan về QoS

Không lâu trước đây, mạng PSTN có lịch trình thời gian và bảo dưỡng
nghiêm khắc hơn nhiều mạng dữ liệu . PSTN phải có khả năng truyền tải các cuộc
gọi vào mọi thời điểm. Có những khoảng thời gian chỉ có rất ít cuộc gọi, như khoảng
thời gian 3 đến 4 giờ sáng, nhưng lại có cuộc gọi hầu như tất cả các khoảng thời
gian. Đương nhiên phải có những nguyên tắc để bảo dưỡng và phòng ngừa với mạng
PSTN . Một số hoạt động có thể thực hiện lúc lưu lượng biết trước là tạm vắng và
một số hoạt động có thể không bao giờ được thực hiện trong các giờ hoặc trong các
ngày bận.
Mạng dữ liệu thực hiện công việc đó dễ hơn. Hầu hết mạng dữ liệu dành cho
kinh doanh, thường là từ 8 giờ sáng đến 5 giờ chiều, từ Thứ Hai dến Thứ Sáu. Hoạt
động bổ trợ có thể thực hiện ngoài giờ, và một tập kiểm tra đầy đủ với muc đích phát
hiện ra các vấn đề có thể xảy ra trong các ngày nghỉ.
Internet và Web đã thay đổi tất cả. Một mạng toàn cầu phải giải quyết vấn đề
rằng thực sự có một số người luôn cố gắng truy nhập vào mạng tại một số địa điểm.
Và thậm chí Internet có ích ở nhà vào 10 giờ tối hơn là ở cơ quan vào 2 giờ chiều.

Tuy nhiên, nếu người sử dung nhận thức rõ ràng rằng họ không thể có một
mạng như mong muốn vào tất cả các khoảng thời gian. Và khi hỏng hóc xảy ra, dịch
vu sẽ được khôi phuc nhanh chóng đến mức độ nào. Cả hai là khía cạnh chủ yếu của
thông số QoS độ khả dung hay độ tin cậy của mạng.
Một năm có 60*60*24*365 hay 31. 536. 000 giây. Giả thiết một mạng khả
dung 99 phần trăm thời gian. Điều này cho phép nhà cung cấp dịch vu có 315. 360
giây, hay 87, 6 giờ mạng không hoạt động trong một năm. Khoảng thời gian này là
tương đối lớn. Giá trị 99, 99 phần trăm sẽ tốt hơn nhiều, và thời gian ngừng hoạt
động của mạng giảm xuống chỉ còn khoảng 50 phút trong một năm. Tât nhiên nhà
cung cấp dịch vu cần nhiều cơ chế dự phòng và khắc phuc lỗi hơn để đạt được điều
này. Bảng 2. 2 cho thấy phần trăm sẵn sàng được biểu diễn dưới dạng thời gian
ngừng hoạt động hàng năm.

Bảng 1. 2 Tính sẵn sàng của mạng và thời gian ngừng hoạt động

Nguyễn Thị Thu Huyền - Lớp D2001VT

18


Đồ án tốt nghiệp

Tính sẵn sàng của mạng

Chương 1. Tổng quan về QoS

Tổng thời gian ngừng hoạt động trong một năm

99%

3. 65 ngày

99. 5%

1. 825 ngày

99. 9%

8. 76 giờ

99. 95%

4. 38 giờ

99. 99%

52. 56 phút

99. 995%

26. 28 phút

99. 999%

5. 25 phút

Ngày nay, thông số QoS khả dung của mạng thường vào khoảng 99, 995%,
hay khoảng 26 phút ngừng hoạt động trong một năm, kết nối khôi phuc nhỏ hơn 4
giờ. Cũng có sự khác nhau giữa độ khả dung và độ tin của mạng từ góc nhìn của
từng người sử dung và từ góc nhìn mạng thể. Ngày nay, toàn bộ mạng không hỏng

tất cả và do đó làm cho tất cả người sử dung bị cô lập cùng một lúc. Thông số QoS
khả dung thường được quy cho mỗi vị trí hoặc liên kết riêng lẻ. Một người sử dung
khó tính có thể than phiền rằng một liên kết chỉ sẵn sàng 99. 7% trong tháng sẽ được
nhắc nhở rằng 99. 99% sẵn sàng như được quảng cáo và hứa hẹn là áp dung cho toàn
bộ mạng.

1. 2. 3. 6. Bảo mật
Bảo mật là tham số mới trong danh sách QoS nhưng lại là một tham số quan
trọng. Thực tế trong một số trường hợp độ bảo mật có thể được xét ngay sau băng
thông. Gần đây, sự đe doạ rộng rãi của các hacker và sự lan tràn của virus trên mạng
Internet toàn cầu đã làm cho bảo mật trở thành vấn đề hàng đầu. Hầu hết vấn đề bảo
mật liên quan tới các tính riêng tư, sự tin cẩn và xác nhận khách chủ. Các vấn đề liên
quan tới bảo mật thường được gắn với một vài hình thức của phương pháp mật mã
như mã hoá và giải mã. Các phương pháp mật mã cũng được sử dung trên mạng cho
việc xác nhận (authentication) nhưng phương pháp này thường không liên quan chút
nào đến vấn đề giải mã.
Một cách ngắn gọn, riêng tư và bí mật có liên quan tới các kỹ thuật mã hoá
hay công khai. Việc xác nhận tính hợp lệ của khách hàng thường được quy định bởi
một mật khẩu đơn giản, nếu sử dung chữ kí số thì phức tạp hơn, thậm chí còn phức
tạp hơn nữa nếu sử dung các hệ thống sinh trắc học như kiểm tra võng mạc. Việc xác

Nguyễn Thị Thu Huyền - Lớp D2001VT

19