Vấn đề chất lượng dịch vụ trong mạng thế hệ mới

NGUYN QUNG THI

Bộ giáo dục và đào tạo
Trường Đại học BáCH KHOA Hà Nội

-----------------------------------

NGUYN QUNG THI

kỹ thuật điện tử- Viễn th«ng

VẤN ĐỀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG
MẠNG THẾ HỆ MỚI
LuËn văn thạc sĩ khoa học
Ngành : Kỹ thuật điện tử ViƠn TH«ng

KHãA 2009

HÀ NỘI 2011


bộ GIáO DụC Và ĐàO TạO
trường đại học bách khoa hµ néi
------------------------------------------------

NGUYỄN QUẢNG THÁI

VẤN ĐỀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG
MẠNG TH H MI

Luận văn thạc sĩ khoa học

Ngành: kỹ thuật điện tử VIễn THÔNG

Ngi hng dn khoa hc: PGS.TS H ANH TÚY

Hµ néi 2011


Luận văn thạc sỹ

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

MC LỤC

MỤC LỤC
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
DANH SÁCH BẢNG BIỂU
DANH SÁCH HÌNH VẼ
LỜI NĨI ĐẦU
CHƯƠNG I: CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG VIỄN THÔNG……..…1
1.1.Chất lượng dịch vụ (QoS) ........................................................................... ….2
1.2.Các thông số kỹ thuật của QoS........................................................................ 3
1.2.1. Băng thông ................................................................................................. 5
1.2.2. Trễ .............................................................................................................. 7
1.2.3. Jitter ........................................................................................................... 8
1.2.4. Mất thông tin .............................................................................................. 9
1.2.5. Tính sãn sàng (độ tin cậy) ......................................................................... 10
1.2.6. Bảo mật .................................................................................................... 11
1.3. QoS trong NGN ............................................................................................. 13
1.3.1. Tổng quan về mạng NGN ......................................................................... 13
1.3.2. Các lớp QoS từ đầu cuối tới đầu cuối........................................................ 15

1.3.3. Chất lượng dịch vụ trong NGN ................................................................. 16
Kết luận chương ................................................................................................. 20
Chương II. CÁC KỸ THUẬT QoS TRONG MẠNG NGN…….............................21
2.1. Kiến trúc QoS ................................................................................................ 21
2.2. Một số kỹ thuật hỗ trợ QoS trong NGN ...................................................... 22
2.2.1. Kiến trúc chung của router........................................................................ 22
2.2.2. Phân loại gói tin. ....................................................................................... 24
2.2.3. Kiểm sốt và đánh dấu ............................................................................. 31
2.2.4..Quản lý hàng đợi. .................................................................................... 35
2.2.5. Lập lịch ................................................................................................... 48
2.3. Một số mơ hình và giao thức hỗ trợ QoS trong NGN ................................. 53

Nguyễn Quảng Thái

Lớp ĐTVT2


Luận văn thạc sỹ

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

2.3.1. Mơ hình IntServ-Dịch vụ tích hợp ........................................................... 54
2.3.2. Mơ hình DiffServ - Dịch vụ khác biệt ...................................................... 56
2.3.3. So sánh hai mơ hình QoS ......................................................................... 58
2.3.4. Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS .................................................... 59
Kết luận chương................................................................................................. 69
CHƯƠNG III: THIẾT KẾ MẠNG NGN VN2 VTN................................................70
3.1. Các công nghệ lựa chọn và triển vọng triển khai ........................................ 71
3.1.1. Công nghệ IP ........................................................................................... 72
3.1.2. Công nghệ ATM ...................................................................................... 73

3.1.3. Công nghệ MPLS .................................................................................... 74
3.1.4. Đánh giá ưu nhược điểm của 3 công nghệ triển khai ................................ 76
3.2. Lựa chọn các mơ hình ứng dụng MPLS ...................................................... 77
3.2.1. Mơ hình 1: MPLS trong mạng lõi (các tổng đài chuyển tiếp vùng) ......... 78
3.2.2. Mơ hình 2: MPLS ở các tổng đài đa dịch vụ, lõi ATM............................ 81
3.2.3. Mơ hình 3: Mạng MPLS hịan toàn (lõi MPLS và các tổng đài dịch vụ
MPLS) ................................................................................................................... 83
3.2.4. Một số nhận xét ....................................................................................... 85
3.3. Thiết kế mạng NGN VN2 .............................................................................. 86
3.3.1. Cấu trúc mạng VN2 ................................................................................. 86
3.3.2. Cấu hình liên kết logic của mạng VN2..................................................... 88
3.3.3. Cấu hình IP Multicast ............................................................................... 91
3.3.4. Cấu hình MPLS và báo hiệu trong mạng VN2 ......................................... 93
3.3.5. Cấu hình liên kết dịch vụ trong VN2....................................................... 96
3.3.6. Dịch vụ LAN chuyển mạch diện rộng sử dụng VPLS ............................... 98
3.3.7. Dịch vụ LAN định tuyến diện rộng sử dụng VPRN ............................... 100
3.3.8. Chuyển mạng VN2 ................................................................................ 102
3.4. Mô phỏng định tuyến ràng buộc trong MPLS ........................................... 103
3.4.1. Phân tích................................................................................................ 103
3.4.2. Mơ hình và kết quả mô phỏng................................................................ 104

Nguyễn Quảng Thái

Lớp ĐTVT2


Luận văn thạc sỹ

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Kt luận chương ............................................................................................... 109
KẾT LUẬN............................................................................................................... 110
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................112

Nguyễn Quảng Thái

Lớp ĐTVT2


Luận văn thạc sỹ

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1.1. Trễ và băng thơng trong mạng ..................................................................... 6
T
1
3

T
1
3

Hình 1.2. Trễ và mất gói tin ......................................................................................... 9
T
1
3

31T

T
1
3

Hình 1.3. Mơ hình mạng NGN .................................................................................. 14
T
1
3

T
1
3

T
1
3

Hình 1.4. Ba lớp QoS từ đầu cuối đến đầu cuối: Best-effort service, Differentiated
T
1
3

service và Guaranteed service .................................................................................... 15
31T

T
1
3

Hình 1.5. QoS trong NGN ......................................................................................... 17
T
1
3

31T

T
1
3

Hình 1.6. Kiến trúc QoS ............................................................................................ 19
T
1
3

31T

T
1
3

Hình 2.1. Sơ đồ chung của một router IP nỗ lực tối đa ............................................... 22
T
1
3

T
1
3

Hình 2.2. Sắp xếp từng chặng điều khiển chặng kế tiếp hàng đợi và lập lịch ............. 24
T
1
3

T
1
3

Hình 2.3. Trường ToS của IPv4 ................................................................................. 26
T
1
3

T
1
3

Hình 2.4. Trường dịch vụ phân biệt DiffServ............................................................. 27
T
1
3

T
1
3

Hình 2.5. Trường tiêu đề của gói IPv4 ....................................................................... 28
T

1
3

T
1
3

Hình 2.6. Trường tiêu đề của gói IPv6 ....................................................................... 29
T
1
3

T
1
3

Hình 2.7. Các thùng thẻ bài cung cấp một chức năng đo đạc đơn giản ....................... 32
T
1
3

T
1
3

Hình 2.8. Trạng thái của gói chạy để lựa chọn hồ sơ và hoạt động ............................. 34
T
1
3

T
1
3

Hình 2.9. Hàng đợi riêng biệt cho các gói có thể đi đến và sắp xếp lại ....................... 38
T
1
3

T
1
3

Hình 2.10. Khả năng loại bỏ gói cùng với sự chiếm dụng hàng đợi ........................... 42
T
1
3

T
1
3

Hình 2.11. Gói bị đánh dấu có thể thay đổi chức năng loại bỏ ................................... 44
T
1
3

T
1
3

Hình 2.12. Phát hiện sớm ngẫu nhiên thay đổi max p .................................................. 46
T
1
3

R

R3
T
1

Hình 2.13. Yêu cầu định hướng thời gian lập lịch nhỏ nhất trên các hàng đợi ............ 50
T
1
3

T
1
3

Hình 2.14. Nhiều hàng đợi cung cấp cho một bộ lập lịch ........................................... 52
T
1
3

T
1
3

Hình 2.15. Mơ hình dịch vụ tích hợp ......................................................................... 56
T
1
3

T
1
3

Hình 2.16. Mơ hình DiffServ tại biên và lõi . ............................................................. 57
T
1
3

T
1
3

Hình 2.17. Định tuyến chuyển mạch và chuyển tiếp .................................................. 60
T
1
3

T
1
3

Hình 2.18. Đường nhanh và đường chậm .................................................................. 61
T
1

3

T
1
3

Hình 2.19. Lớp chèn MPLS ....................................................................................... 62
T
1
3

31T

Hình 2.20. Các thiết bị và lưu lượng Internet ............................................................. 64
T
1
3

T
1
3

Hình 3.1. Cấu hình tổ chức mạng MPLS phương án 1 ............................................... 80
T
1
3

Nguyễn Quảng Thái

T

1
3

Lớp ĐTVT2


Luận văn thạc sỹ

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Hỡnh 3.2. Cấu hình tổ chức mạng MPLS phương án 2 ............................................... 82
T
1
3

T
1
3

Hình 3.3. Cấu hình tổ chức mạng MPLS phương án 3 ............................................... 84
T
1
3

T
1
3

Hình 3.4. Mạng lõi VN2 ............................................................................................ 86
T

1
3

31T

Hình 3.5. Mạng lõi VN2 trong trường hợp xảy ra sự cố giữa VLSP........................... 87
T
1
3

T
1
3

Hình 3.6. Kiến trúc định tuyến logic trong mạng VN2 ............................................... 88
T
1
3

T
1
3

Hình 3.7. Cấu trúc Router Reflector .......................................................................... 89
T
1
3

T
1

3

Hình 3.8. Luồng lưu lượng Internet qua mạng VDC .................................................. 92
T
1
3

T
1
3

Hình 3.9. Cấu trúc liên kết PIM ................................................................................. 93
T
1
3

T
1
3

Hình 3.10. Cấu trúc liên kết RP Multicast.................................................................. 95
T
1
3

T
1
3

Hình 3.11. Liên kết dịch vụ MPLS 3 miền................................................................. 96

T
1
3

T
1
3

Hình 3.12. Dịch vụ kênh thuê riêng ảo....................................................................... 97
T
1
3

T
1
3

Hình 3.13. Cấu hình dịch vụ VLL trong MAN và VPLS trong IP core ...................... 98
T
1
3

T
1
3

Hình 3.14. VLL trong MAN và VPLS trong IP core điểm ra đơn .............................. 99
T
1
3

T
1
3

Hình 3.15. mVPLS giữa MAN và IP core.................................................................. 99
T
1
3

T
1
3

Hình 3.16. Cấu hình dịch vụ VPRN ........................................................................ 100
T
1
3

T
1
3

Hình 3.17. Cấu hình dịch vụ Internet tốc độ cao ...................................................... 101
T
1
3

T
1

3

Hình 3.18. Định tuyến Multicast giữa VN2 và MAN .............................................. 102
T
1
3

T
1
3

Hình 3.19. Topology vật lý mạng thực hiện mơ phỏng .......................................... 104
T
1
3

31T

Hình 3.20. Mơ phỏng mạng IP khơng hỗ trợ MPLS .............................................. 105
T
1
3

31T

Hình 3.21. Băng thơng sử dụng bởi các luồng lưu lượng khi mô phỏng mạng IP
T
1
3

31T

không hỗ trợ MPLS ................................................................................................ 106
Hình 3.22. Mơ phỏng định tuyến ràng buộc trong MPLS ..................................... 107
T
1
3

31T

Hình 3.23. Băng thơng sử dụng bởi các luồng lưu lượng khi mô phỏng định tuyến
T
1
3

31T

ràng buộc trong MPLS ........................................................................................... 108

Nguyễn Quảng Thái

Lớp ĐTVT2


Luận văn thạc sỹ

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Các giá trị của các thông số chất lượng dịch vụ ........................................... 3

T
1
3

T
1
3

Bảng 1.2. Các giá trị và phạm vi các tham số QoS ....................................................... 4
T
1
3

T
1
3

Bảng 2.1. Sự khác nhau giữa IntServ và DiffServ ...................................................... 58
T
1
3

T
1
3

Bảng 3.1. Ưu nhược điểm của 3 công nghệ triển khai ................................................ 76
T
1
3

T
1
3

Bảng 3.2. Kết quả mô phỏng mạng IP không hỗ trợ MPLS ................................... 105
T
1
3

31T

Bảng 3.3. Kết quả mô phỏng định tuyến ràng buộc trong MPLS domain ............. 107
T
1
3

31T

Nguyễn Quảng Thái

Lớp ĐTVT2


Luận văn thạc sỹ

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
API

Application program Interface

ARED

Adaptive Random Early Detection

ATM

Asynchronuos Transfer Mode

CE

Congestion Experienced

CQS

Classify, Queue, Schedule

CU

Currently Unused

DFF

Drop From Front

DiffServ

Differentiated Service

DRR

Deficit Round Robin

ECN

Explicit Congestion Notification

ECT

ECN Capable Transport

EWMA

Exponentially Weighted Moving
Average

FEC

Forwarding Equivalence Classes

FIB

Forwarding Information Base

FIFO

First In First Out

DQ

Fair Queuing

FRED

Flow Random Early Detection

GMPLS

Generalized MPLS

Nguyễn Quảng Thái

Giao diện chương trình ứng
dụng
RED thích ứng
Phương thức truyền tải không
đồng bộ
Ðã trải qua nghẽn
Phân loại. Hàng đợi, Lập lịch
Hiện tại khơng sử dụng
Loại bỏ phía trước
Dịch vụ khác biệt

Khai báo nghẽn cụ thể
Truyền dẫn có khả năng ECN

Lớp tương đương chuyển tiếp
Cơ sở thông tin chuyển tiếp

Vào đầu ra đầu

RED mức luồng
MPLS mở rộng

Lớp ĐTVT2


Luận văn thạc sỹ

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

IETF

Internet Engineering Task Force

IntServ

Integrated Service

IP

Internet Protocol

IPv4

IP vesion 4

IPv6

IP vesion 6

ISP

Internet Service Provider

ITU_T

International Telecommunication
Union

LDP

Label Distribution Protocol

LSP

Label Switch Path

LSR

Label Switch Router

MF

Multifeild

MPLS

Multiprotocol Label Switching

MTU

Maximum Transmission Unit

NGN

Next Generation Network

PDH

Pre-synchronous Digital
Hierarchy

Nhóm đặc trách ki thuật
Internet
Dịch vụ tích hợp
Giao thức Internet
Mạng IP thế hệ thứ 4
Mạng IP thế hệ thứ 6
Nhà cung cấp dịch vụ Internet
Tổ chức Viễn thông quốc tế
Giao thức phân phối nhãn
Ðường chuyển mạch nhãn
Bộ định tuyến chuyển mạch
nhãn
Ða trường
Chuyển mạch nhãn đa giao
thức
Đơn vị truyền dẫn lớn nhất

Mạng thế hệ tiếp theo
Hệ thống phân cấp kĩ thuật số
cận đồng bộ

Pre-synchronous Digital
Hierarchy
POTS

Plain Old Telephone Service

Nguyễn Quảng Thái

Dịch vụ điện thoại cũ, đơn
giản
Lớp ĐTVT2


Luận văn thạc sỹ

PSTN

Public- switched Telephone
Network

QoS

Quality of Service

RED

Random Early Detection

RIO

RED with an In/ Out bit

RR

Round Robin

RSVP

Resource Reservation Protocol

RTT

Round Trip Time

SDH

Synchronous Digital Hierarchy

TC

Traffic Class

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Mng iờn thoại chuyển mạch
cơng cộng

Chất lượng dịch vụ

RED cùng một bít Vào/ Ra

Giao thức dữ trữ tài nguyên
Thời gian khứ hồi
Hệ thống phân cấp kỹ thuật
số đồng bộ
Lớp lưu lượng

TCP

Transmission Control Protocol

Giao thức điều khiển truyền
dẫn

TDM

Time Division Multiplexing

Ða phân chia theo thời gian

VNPT

Viet Nam Post and
Telecommunication

Tổng cơng ty Bưu chính viễn
thơng Việt Nam

TS

Type of Service

TE

Traffic Engineering

Nguyễn Quảng Thái

Loại dịch vụ
Kỹ thuật lưu lượng

Lớp ĐTVT2


LỜI NĨI ĐẦU
Mơi trường kinh doanh ngày càng mang tính cạnh tranh và phức tạp hơn bao giờ
hết. Trong đó chất lượng dịch vụ là chìa khố để có thể dẫn tới thành công. Song song
với xu thế này, công nghệ viễn thông và công nghệ thông tin phát triển cũng có
nhiềuảnh hưởng đến mạng viễn thơng,địi hỏi mạng viễn thơng phải hội tụ được nhiều
loại hình dịch vụ khác nhau.Để đáp ứng các yêu cầu này, một số nhà sản xuất thiết bị
viễn thông và một số tổ chức nghiên cứu về viễn thông đã đưa ra các ý tưởng và mơ
hình vể cấu trúc mạng thế hệ mới (Next Generation Network – NGN).
NGN khơng phải là mạng hồn toàn mới, mạng này dựa trên cơ sở chuyển
mạch và truyền dẫn gói IP và hướng tới là MPLS. Tuy nhiên bên cạnh những ưu thế
nổi bật, một yêu cầu đặt ra đối với mạng NGN là âm thanh và dữ liệu. Đây thực sự là
một thách thức khó khăn về mặt cơng nghệ, vì các dịch vụ khác nhau có các yêu cầu về
chất lượng dịch vụ khác nhau. Do vậy song song với tiến trình xây dựng mạng NGN

thì việc triển khai các kỹ thuật QoS cũng phải được thực thi đồng thời nhằm đẳm bảo
các yêu cầu mà dịch vụ đưa ra.
Luận văn tốt nghiệp cao học của tôi là “Vấn đề chất lượng dịch vụ trong mạng
thế hệ mới “ nội dung gồm 3 chương:
 Chương I – Chất lượng dịch vụ trong mạng viễn thông: Giới thiệu chung QoS,
các thông số kỹ thuật của QoS.
 Chương II – Các kỹ thuật QoS trong NGN: Giới thiệu về các kỹ thuật, mơ
hình và các giao thức hỗ trợ QoS trong mạng NGN.
 Chương III – Thiết kế mạng NGN VN2 VTN High-level: Trình bày về các cơng
nghệ được lựa chọn,mơ hình ứng dụng và giải pháp thiết kế một mạng NGN
thống nhất. Mô phỏng mạng IP khơng hỗ trợ MPLS và mạng IP có hỗ trợ


MPLS để qua đó cho thấy chức năng của định tuyến ràng buộc ứng dụng
trong tính tốn lưu lượng để tối ưu hóa việc sử dụng tài ngun mạng
Tơi xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô bạn bè và đồng nghiệp đã tận tình giúp đỡ
tơi trong suốt q trình thực hiện luận văn. Tơi xin đặc biệt chân thành cảm ơn cô giáo
PGS.TS. Hồ Anh Túy đã nhiệt tình hướng dẫn và chỉ bảo để tơi hồn thành bản luận
văn này.
Do thời gian nghiên cứu có hạn, nên bản luận văn chắc chắn không tránh khỏi
sơ suất cả về nội dung và hình thức. Kính mong nhận được sự góp ý của thầy cơ, bạn
bè và đồng nghiệp.


Luận văn thạc sĩ

Trường đại học Bách Khoa Hà Nội

Chương I: CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG VIỄN THÔNG.
Trong những năm gần đây, tầm quan trọng của các công nghệ về chất lượng dịch

vụ đối với các mạng truyền thông đã tăng lên đáng kể, đặc biệt với sự ra đời của các
công nghệ băng rông. Trước đây các mạng ra đời với một mục đích là truyền tải một
loại thông tin xác định. Mạng điện thoại ra đời dựa trên phát minh của Bell vài trăm
năm trước đây, đã được thiết kế để truyền tải âm thanh. Còn mạng IP ra đời với mục
đích truyền tải dữ liệu.
Việc thiết kế các mạng khác nhau sẽ tạo ra những vấn đề như kinh phí đầu tư hạ
tầng sẽ lớn, khi kết nối các mạng với nhau sẽ trở lên phức tạp. Vào giữa nhưng năm 90,
các nhà thiết kế mạng đã đưa ra một ý tưởng tạo ra một mạng duy nhất dựa trên chuyển
mạch gói để truyền tải cả dữ liệu và âm thanh. Và mạng này được gọi là mạng thế hệ
mới Next-Generation-Network.Mạng này được thiết kế chủ yếu dựa trên nền tảng IP,
nhưng những nhược điểm của mơ hình best-effort của mạng IP khơng phù hợp với các
loại dịch vụ âm thanh, đa phương tiện thời gian thực. Để khắc phục những hạn chế này,
các giải pháp về chất lượng dịch vụ trong mạng NGN đóng một vai trò then chốt trong
vấn đề phát triển và mở rộng mạng cũng như khả năng cung cấp các loại dịch vụ khác
nhau trong cùng một hạ tầng mạng.
1.Khái niệm chất lượng dịch vụ (QoS)
Để hiểu thế nào là chất lượng dịch vụ trong mạng viễn thông, trước hết chúng
ta tìm hiểu thế nào là chất lượng dịch vụ. Một dịch vụ được sử dụng chỉ khi nó được
cung cấp và người ta mong muốn nhà cung cấp dịch vụ có sự hiểu biết cụ thể về chất
lượng của các dịch vụ mà họ đưa ra. Trong khi sử dụng dịch vụ, thông thường người sử
dụng chỉ biết đến nhà cung cấp dịch vụ, mức độ hài lòng của người sử dụng dịch vụ
phụ thuộc vào chất lượng dịch vụ, hay là những cảm nhận sau cùng của khách hàng về
thực hiện dịch vụ:
- Hỗ trợ dịch vụ: là khả năng của nhà cung cấp dịch vụ trong việc giúp đỡ khách
hàng để đạt được mức độ tiện dụng của dịch vụ.

Nguyễn Quảng Thái

Page 1

ĐTVT2


Luận văn thạc sĩ

Trường đại học Bách Khoa Hà Nội

- Khai thác dịch vụ: là khả năng vận hành dịch vụ một cách thành công và dễ
dàng của người sử dụng, bao gồm các đặc tính về thiết bị đầu cuối, các âm hiệu và tin
báo dễ hiểu.
- Khả năng phục vụ: là khả năng đạt được dịch vụ khi người sử dụng yêu cầu và
tiếp tục được cung cấp mà khơng có sự suy giảm q mức trong khoảng thời gian sử
dụng. Khả năng phục vụ là phần đặc tính phụ thuộc vào mạng nhiều nhất, và tiếp tục
được chia ra thành 3 khái niệm nhỏ hơn:
+ Thực hiện truy nhập đến dịch vụ là khả năng của dịch vụ trong những sự thay
đổi xác định và các điều kiện khác nhau khi được yêu cầu bởi người sử dụng.
+ Thực hiện duy trì dịch vụ là khả năng của một dịch vụ tiếp tục được cung cấp
trong các điều kiện đưa ra trong khoảng thời gian sử dụng một khi đã đạt được.
+ Thực hiện trọn vẹn dịch vụ là mức độ dịch vụ được cung cấp mà không bị
suy giảm quá mức một khi đã đạt được.
- An toàn dịch vụ: là bảo vệ chống lại sự gián tiếp trái phép, sử dụng gian lận,
quấy phá, thao tác sai, thảm hoạ thiên nhiên.
1.1.Chất lượng dịch vụ (QoS) .
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. QoS được hiểu đơn giản là
khả năng của mạng làm thế nào để đảm bảo và duy trì các mức thực hiện nhất định cho
mỗi ứng dụng dịch vụ theo nhu yêu cầu mà người sử dụng đã chỉ ra. 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. QoS là đặc tính có thể điều khiển và hồn tồn xác định đối
với các tham số có khả năng định lượng. 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.

Nguyễn Quảng Thái

Page 2

ĐTVT2


Luận văn thạc sĩ

Trường đại học Bách Khoa Hà Nội

Chất lượng dịch vụ phụ thuộc vào sự hoạt động tất cả các yếu tố trên, nó là tập
hợp các tham số mạng sau: Băng thông, Độ trễ (delay), Jitter (biến động trễ), Mất gói,
Tính sẵn sàng (tin cậy), Bảo mật. Nếu nhìn từ khía cạnh thương mại: - Băng thơng, 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.
Về cơ bản, QoS cho phép cung cấp dịch vụ tốt hơn cho một số luồng dữ liệu
nhất định. Điều này được thực hiện bằng cách tăng độ ưu tiên của một luồng hoặc giới
hạn độ ưu tiên của một luồng khác. Khi sử dụng công cụ quản lý tắc nghẽn, chúng ta
cố gắng tăng độ ưu tiên của một luồng bằng hàng đợi và phục vụ hàng đợi theo nhiều
cách khác nhau.
1.2. Các thông số kỹ thuật của QoS

Việc quản lý băng tần hiệu quả để chuyển các gói qua một mạng gói dựa trên các
thơng số sau:
-

Băng thơng.

-

Độ trễ (delay).

-

Jitter (biến động trễ).

-

Mất gói.

-

Tính sẵn sàng (tin cậy).

-

Bảo mật
Bảng 1.1. Các giá trị của các thông số chất lượng dịch vụ

Thống số QoS

Các giá trị ví dụ

Băng thơng ( nhỏ nhất )

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

Trễ ( lớn nhất )

50 ms trễ vòng, 150 ms trễ vòng

Nguyễn Quảng Thái

Page 3

ĐTVT2


Luận văn thạc sĩ

Trường đại học Bách Khoa Hà Nội

Jitter ( biến động trễ )

10% của trễ lớn nhất, 5ms biến động trễ

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

99,99%

Bảo mật

Mã hóa và nhân thực trên tât cả các luồng
lưu lượng

Các tham số sau đây là cơ sở để định lượng bất kỳ một dịch vụ nào:
- Trễ
- Biến động trễ
- Băng thơng
- Mất gói
Bảng 1.2. Các giá trị và phạm vi các tham số QoS
Các lớp QoS
Tham số
thực thi
của

Lớp 5 (
Lớp 0

Lớp 1

Lớp 2

Lớp 3

Lớp 4

khơng
định rõ)

mạng

Trễ
truyền

100ms

400ms

biến đổi

50ms (

50ms (

trễ gói IP

node 3 )

node 3 )

1*10-3 (

1*10-3

gói

IP

100ms

400ms

1s

U

U

U

U

U

IPTD
Mức

IPTD
Tỷ

lệ

Nguyễn Quảng Thái

P

P

P

1*10-3 (

P

Page 4

P

1*10-3
P

1*10-3
P

U

ĐTVT2


Luận văn thạc sĩ

mất gói

Trường đại học Bách Khoa Hà Nội

node 4 )

IP IPLR
Tỷ lệ lỗi
gói

IP

1*10-4 ( node 5 )
P

P

U

IPER
Một tham số quan trọng cũng cần tính đến là kích thước MTU tối thiểu dọc theo
đường dẫn. Việc đảm bảo giá trị MTU đủ lớn sẽ ngăn chặn hiện tượng phân mảnh.
Ngồi danh sách này, có một vài u cầu cơ bản cho hoạt động mạng mà ảnh hưởng
lớn đến toàn bộ chất lượng của bất kỳ dịch vụ nào:
- Tỉ số lỗi bít.
- Sự ổn định lớp vật lý và liên kết số liệu.
- Sự ổn định định tuyến.
– Hiệu năng phần cứng toàn mạng.
- Kiểm tra và thời gian cần để giải quyết sự cố.
1.2.1. Băng thông.
Băng thông là một thông số quan trọng nhất, nếu chúng ta có băng thơng dụng
rộng rãi thì mọi vấn đề coi như không cần phải quan tâm đến, như nghẽn, kỹ thuật lập
lịch, phân loại, trễ….tuy nhiên điều này là không thể xẩy ra.
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 thơng của mạng nếu khơng 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.

Nguyễn Quảng Thái

Page 5

ĐTVT2


Luận văn thạc sĩ

Trường đại học Bách Khoa Hà Nội

Ống bit
Khung = X bit

T1 = bit vào đầu tiên

T1 = bit đầu tiên ra
Ống bit
Khung = X bit

T1 = bit cuối cùng ra

T1 = bit đầu tiên ra

Hình 1.1: Trễ và băng thông trong mạng
Mối quan hệ giữa băng thông và trễ trong mạng được chỉ ra trong Hình 1.1. Trong
phần (a), t2 - t1 = số giây trễ. Trong phần (b), X bit/ (t3 - t2) = bit/s băng thơng. Nhiều
băng thơng hơn có nghĩa là nhiều bit đến hơn trong một đơn vị thời gian, trễ tổng thể
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.
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
64kb/s.Điều này khơng 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 thơng qua một MODEM V.34 hỗ trợ chỉ 33.6 kb/s, thì
mạng xương sống 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 thơng”, bởi vì hiệu quả của ứng dụng dữ liệu

Nguyễn Quảng Thái

Page 6

ĐTVT2


Luận văn thạc sĩ

Trường đại học Bách Khoa Hà Nội

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 thơng 128
kb/s. Loại thoại này phụ thuộc hồn tồn vào thơng số QoS trễ của mạng để có thể hoạt
động đúng đắn.
1.2.2. Trễ.
Trễ liên quan chặt chẽ với băng thơng khi nó là một thông số QoS. Với các ứng
dụng giới hạn băng thơng thì băng thơng 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.

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 thơng có nhiều cách tính, giá trị băng thơng có thể thường xun 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. 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 thơng 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 q 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).

Nguyễn Quảng Thái

Page 7

ĐTVT2


Luận văn thạc sĩ

Trường đại học Bách Khoa Hà Nội

1.2.3. Jitter .
Biến động trễ là sự khác biệt về độ trễ của các gói khác nhau trong cùng một

dịng 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
khơng 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 thơng 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.
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.
1.2.4. Mất thông tin.
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 khơng đến được đích

Nguyễn Quảng Thái

Page 8

ĐTVT2

Luận văn thạc sĩ

Trường đại học Bách Khoa Hà Nội

thì Internet khơng hề bị đổ lỗi vì đã làm mất chúng. Điều này khơng 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 u
cầu bên gửi gửi lại bản sao của thông tin bị mất. Bản thân mạng khơng 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
1

2

3

4

Gói từ phía người gửi
Time

Mất ở
trong mạng
1

4

3

gói nhận

time

1

4

mất do time out

gói kết thúc
time

Hình 1.2: Trễ và mất gói tin
Thực ra Internet là mạng của các mạng và khơng 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 ngun mạng cịn hạn chế.
• Hiện tượng xung đột trên mạng LAN.
• Lỗi do các thiết bị vật lý và các liên kết truy nhập mạng.

Nguyễn Quảng Thái

Page 9

ĐTVT2


Luận văn thạc sĩ

Trường đại học Bách Khoa Hà Nội

Tại sao các mạng, không chỉ Internet, lại mất thông tin? Thực sự là có nhiều lý
do, nhưng hầu hết trong số chúng có thể truy nguyên từ các ảnh hưởng của lỗi trên
mạng. Ví dụ, nếu một kết nối bị hỏng, thì tất cả các bit đang truyền trên liên kết này sẽ
khơng, và khơng 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 khơng 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 các hệ thống quân sự tấn công mục tiêu trên không thể sử dụng hiệu quả với
cách khắc phục lỗi bằng truyền lại).
Vì những lý do này, thông số QoS mất thông tin không những nên định rõ một
giới hạn trên đối với ảnh hưởng của lỗi mà còn nên cho phép người sử dụng xác định
xem có lựa chọn cách sửa lỗi bằng truyền lại hay không. Tuy nhiên, hầu hết các mạng
(đặc biệt là mạng IP) chỉ cung cấp phương tiện vận chuyển thụ động, còn xác định lỗi,
khắc phục lỗi thường được để lại cho ứng dụng (hay người sử dụng).
1.2.5 Tính sẵn sàng (Độ tin cậy)
Là tỉ lệ thời gian mạng hoạt động để cung cấp dịch vụ. Yếu tố này bất kỳ nhà
cung cấp dịch vụ nào tối thiểu cũng phải có. Tổn thất khi mạng bị ngưng trệ là rất lớn.
Tuy nhiên, để đảm bảo được tính sẵn sàng chúng ta cần phải có một chiến lược đúng
đắn, ví dụ như: định kỳ tạm thời tách các thiết bị ra khỏi mạng để thực hiện các công
việc bảo dưỡng, trong trường hợp mạng lỗi phải chuẩn đoán trong một khoảng thời
gian ngắn nhất có thể để giảm thời gian ngừng hoạt động của mạng. Tất nhiên, thậm

Nguyễn Quảng Thái

Page 10

ĐTVT2


Luận văn thạc sĩ

Trường đại học Bách Khoa Hà Nội

chí với một biệt pháp bảo dưỡng hoàn hảo nhất cũng khơng thể tránh được các lỗi
khơng thể tiên đốn trước.
Đối với mạng PSTN vì là mạng thoại nên điều này ln ln chiếm một vị trí
quan trọng. Mạng đảm bảo hoạt động 24/24 trong ngày , tất cả những ngày lễ, kỉ niệm,
khi nhu cầu lớn hay ngay cả khi nhu cầu giảm xuống rất thấp. Thông thường tỉ lệ thời
gian hoạt động là 99,999% hay 5,25/ năm.
Mạng dữ liệu thực hiện cơng việc đó dễ hơn. Hầu hết mạng dữ liệu dành cho
kinh doanh, và do đó hoạt động trong những giờ kinh doanh, thường là từ 8 giờ sáng
đến 5 giờ chiều, từ thứ Hai đến thứ Sáu. Hoạt động bổ trợ có thể thực hiện "ngồi giờ",
và một tập kiểm tra đầy đủ với mục đích phát hiện ra các vấn đề có thể chạy trong
ngày nghỉ.
Internet và Web đã thay đổi tất cả. Mọi 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 thể thậm chí có ích ở nhà vào 10 giờ tối hơn là ở cơ quan vào 2
giờ chiều.
Tuy nhiên thông số QoS khả dụng thường được quy cho mỗi vị trí hoặc liên kết
riêng lẻ.
1.2.6. Bảo mật

Khả năng bảo mật của một mạng viễn thông là một trong những yếu tố hàng
đầu quyết định chất lượng cũng như tính khả dụng của mạng viễn thơng đó. Nhiều
hướng dẫn khác nhau của liên minh Châu Âu EU đã được đưa ra để bảo vệ dữ liệu và
tính riêng tư của người sử dụng, trong đó bao gồm cả bảo vệ thơng tin trong mạng
công cộng. Viện tiêu chuẩn Châu Âu (ETSI) đã thành lập một ban cố vấn về vấn đề
bảo mật, và ban này phục vụ cho các nhà vận hành mạng công cộng. Trong tương lai,
các yêu cầu về bảo mật không chỉ đặt ra với các nhà vận hành mạng viễn thơng mà cịn
cho từng quốc gia riêng biệt. Đặc biệt, các vấn đề bảo mật trong mạng viễn thông là
một vấn đề quan trọng cần được chú ý.

Nguyễn Quảng Thái

Page 11

ĐTVT2


Luận văn thạc sĩ

Trường đại học Bách Khoa Hà Nội

Có nhiều thành phần yêu cầu về bảo mật ở mức độ cao trong mạng viễn thông :
Khách hàng/ thuê bao cần phải có tính riêng tư trong mạng và các dịch vụ được
cung cấp, bao gồm cả việc tính cước. Thêm vào đó, họ yêu cầu dịch vụ phải có tính sẵn
sàng cao, cạnh tranh lành mạnh và bảo đảm sự riêng tư của họ.
Các nhà vận hành mạng, các nhà cung cấp dịch vụ, các nhà cung cấp truy nhập
đều cần phải bảo mật để bảo vệ hoạt động , vận hành và kinh doanh đồng thời có thể
giúp họ phục vụ tốt khách hàng cũng như cộng đồng.
Các quốc gia khác nhau u cầu và địi hỏi tính bảo mật bằng cách đưa ra các
hướng dẫn và tạo ra các bộ luật để đảm bảo tính sẵn sàng của dịch vụ, cạnh tranh lành

mạnh và tính riêng tư.
Sự gia tăng rủi ro do sự thay đổi trong toàn bộ các quy định và các môi trường
kỹ thuật càng nhấn mạnh sự cần thiết ngày càng gia tăng về tính bảo mật trong mạng
thế hệ mới NGN.
Ngày nay các “tội phạm” trong lĩnh vực máy tính đang tăng nhanh. các tin tặc
này không chỉ dừng lại ở mạng internet, chúng tấn công cả những chuyển mạch công
cộng. các hacker thường thu được những thông tin cần thiết qua một cổng truy nhập
không được bảo vệ, và nhà cung cấp dịch vụ phải trả giá cho những dịch vụ vô nghĩa.
một ví dụ khác liên quan đến các chuyển mạch bảo vệ là sự lạm dụng của dịch vụ thoại
miễn phí (freephone).
Hầu hết vấn đề bảo mật liên quan tới các vấn đề như tính riêng tư, sự tin cẩn
và xác nhận khách và chủ. Các vấn đề liên quan đến 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 dụng trên mạng cho việc xác nhận (authentication), nhưng những
phương pháp này thường không liên quan chút nào đến vấn đề giải mã.
Toàn bộ kiến trúc đều xuất phát từ việc bổ sung thêm tính riêng tư hoặc bí mật
và sự xác nhận hoặc nhận thực cho mạng Internet. Giao thức bảo mật chính thức cho
IP, gọi là IPSec, đang trở thành một kiến trúc cơ bản để cung cấp thương mại điện tử

Nguyễn Quảng Thái

Page 12

ĐTVT2