Nghiên cứu phương thức điều khiển chất lượng dịch vụ trong mạng thế hệ sau

thể tìm cho mình đối tượng để kiểm soát, huỷ bỏ, xâm chiếm thêm. So sánh các gói khác được phân loại trong cùng một hàng đợi (các gói được đánh dấu vẫn được qua khi mạng gần như không bị nghẽn). Mục đích đơn giản là một router loại bỏ các luồng ngoài hồ sơ đầu tiên khi mọi thứ trở nên chật chội hoặc các gói đặt vào lớp dịch vụ khác tại nguồn có thể có chức năng huỷ bỏ liên kết khác nhau. Trong hình 3.15 là một bộ quản lý hàng đợi chọn lựa một trong hai đường mà một hàng đợi đơn đưa vào, ví dụ một bit đơn trong byte ToS của trường DiffServ. Các gói không bị đánh dấu là đối tượng cho RED với min1th như là ngưỡng dưới của nó, max1th như là ngưỡng trên của nó, và maxp là khả năng loại bỏ gói định trước khi hàm nhảy tới 1. Nói cách khác các gói bị đánh dấu là đối tượng để tăng đường xâm chiếm trong đó loại bỏ ngẫu nhiên bắt đầu tại một mức chiếm dụng thấp mức min2th, tăng nhanh chóng tới 1 tại min2th. 0 Min2th Max2th 100% Min1th Max1th 1 Unmarked Maxp Gói bình thường khả năng mất gói Hinh 3.14: Gói bị đánh dấu có thể thay đổi chức năng loại bỏ Việc giảm bớt hàm đặc trưng dựa vào tình huống gói thỉnh thoảng được đề cập đến như là chức năng mở rộng. Ít nhất một đại diện router chính sử dụng trường ưu tiên IPv4 để lựa chọn tám tham số minth, maxth, và maxp cho thuật toán RED (mặc dù không có tham số Wq cho hàm EWMA) liên quan tới sơ đồ WRED. Phát hiện sớm ngẫu nhiên với đầu vào/ đầu ra Một liên quan tới WRED là RED với một bít vào ra [RIO] cũng sử dụng sử đánh dấu gói để giảm nhẹ RED trên cơ sở từ gói tới gói RIO thừa nhận các gói đã đi qua một bộ đấnh dấu đường lên với một bít đơn trong tiêu đề gói để chỉ ra bộ đánh dấu tìm thấy hay không gói nằm trong hoặc ngoài hồ sơ. RIO khác với WRED ở chỗ nó làm giảm chức năng EWMA trên cơ sở đánh dấu gói. Mục trên của RIO là phân biệt dựa vào các gói ngoài trong suốt thời gian nghẽn. Như vậy nó không chạy bằng hai thuật toán chiếm dụng EWMA song song cùng nhau trong cùng hàng đợi – Qavg IN cho các gói bên trong và Qavg OUT cho các gói bên ngoài. Tương tự hình 3.13 hai thiết lập của minth, maxth và maxP đều có mặt - một cho các gói bên trong và một cho các gói bên ngoài. Thông thường minth và maxth cho các gói bên ngoài thấp hơn cho các gói bên trong. Trái lại maxP cho các gói bên ngoài lại cao hơn cho các gói bên trong. Điểm xử lý khác nhau là ở trong việc sử dụng hai giá trị độ chiếm dụng hàng đợi di chuyển trung bình riêng biệt. Khi tính toán một khả năng loại bỏ các gói, độ chiếm dụng hàng đợi đã thực hiện từ Qavg IN, ngược lại với các gói ngoài hàng đợi thì độ chiếm dụng hàng đợi được lấy từ Qavg OUT. Qavg IN dựa trên độ chiếm dụng trung bình các gói bên trong riêng lẻ, trái lại với Qavg OUT dựa trên độ chiếm dụng tổng trung bình của các gói cả trong và ngoài. Một hệ quả của thiết kế này là không chỉ đường cong đặc trưng cho các gói bên ngoài xâm chiếm thêm mà mức trung bình của các gói ngoài đến nơi cũng tăng theo đáp ứng lại cả hai luồng lưu lượng trong và ngoài hàng đợi. Tuy nhiên số lượng gói bên ngoài đi qua hàng đợi không tác động đến khả năng loại bỏ gói. Nhân tố này thực hiện một vài cách ngăn ngừa chống sự bùng nổ gói bên ngoài từ sự khai mào tránh nghẽn không cần thiết trên các luồng mà các gói còn lưu giữ lại trong hồ sơ. Phát hiệm sớm ngẫu nhiên thích ứng Cơ sở RED yêu cầu sự thích ứng kỹ lưỡng các thông số của nó để hoạt động có hiệu quả. Nó phải loại bỏ vừa đủ các gói đi tới đích của nó và không hơn. Một điều đáng tiếc là thông số thiết lập phụ thuộc vào trạng thái tự nhiên và trạng thái bùng nổ của lưu lượng qua một hàng đợi RED cơ sở. Ví dụ Wq tác động nhanh mức nào đến Qavg theo hướng chiếm dụng hàng đợi tức thời và sẽ phải chọn để lớp loại bỏ sự bùng nổ tạm thời chưa tác động trở lại trong thời gian làm nản sự xây dần nghẽn dài hạn lên. Còn mức tốc độ tại điểm nghẽn dài hạn xuất hiện phụ thuộc vào một tập bao nhiêu luồng TCP được sắp xếp đồng thời trong hàng đợi. Trong sự có mặt của một số ít luồng TCP, nghẽn dường như được xây dựng rất châm, và Wq phải chậm theo. Tuy nhiên việc sử dụng giá trị tương tự của Wq trong sự có mặt của các luồng TCP dần tới các giai đoạn tránh nghẽn trong RED không chống lại đủ sớm hoặc đủ xâm chiếm. Ngược lại việc chọn Wq thoả mãn phương thức RED nhanh trong nhiều luồng TCP có thể thành công trong phương thức loại bỏ xâm chiếm quá mức khi chỉ một số ít luồng đi qua hàng đợi. Minth Maxth 100% 1 Maxp Maxp khả năng mất gói Đường gấp khúc cho lưu lượng linh hoạt Đường gấp khúc Độ chiếm dụng trung bình Hình 3.15: Phát hiện sớm ngẫu nhiên thay đổi maxp RED thích ứng (ARED) cố gắng địa chỉ hoá giới hạn này là cách cho phép RED làm giảm tham số của nó dựa trên hồ sơ nghẽn gần đây. Nó chú thích rằng trong ARED N kết nối chia sẻ một hàng đợi, hiệu quả của việc loại bỏ gói RED thêm vào cho trước là làm giảm tải trọng một hướng của (1 – 1/(2*N)). Nói cách khác khi N tăng lên RED cần phải tăng độ chiếm để đạt tới kết quả là không đổi. Để địa chỉ hoá cho vấn đề này, ARED năng động điều động maxp dựa vào sự biến động của Qavg gần đây (xem hình 3.16). Nếu Qavg rớt theo minth thì giá trị duy trì của maxp được tính toán. Nếu Qavg tăng quá maxth thì mức xâm chiếm maxp được tính toán. Nếu Qavg dao động quanh maxth, maxp tiếp tục tăng. Như là một hệ quả thuật toán ARED thay đổi theo sự thay đổi tải trọng có thể do sự tăng hoặc giảm số lượng luồng TCP qua hàng đợi ở một thời điểm. Thuật toán làm việc mà không yêu cầu làm sáng tỏ hay thông tin nhận được bên ngoài các luống số. Phát hiện sớm ngẫu nhiên mức luồng Tách sớm ngẫu nhiên mức luống FRED đại diện cho sự tinh lọc khác của thuật toán RED [FRED97]. Giải pháp giải thích xu thế của RED là không tốt khi hàng đợi được chia sẻ giữa các luồng phản tác dụng khác nhau mở rộng tới thông báo nghẽn sớm. Đặc trựng được cho bởi “ động lực của RED” [FRED97]: Các luống không thích ứng – giao thức truyền tải bỏ qua sự loại bỏ gói. Luồng chặt – các kết nối TCP với thời gian triệt xung quanh ngắn (RTTs) mà trước đó phục hồi nhanh từ việc loại bỏ gói. Luồng dễ vỡ – các kết nối TCP với RTTs dài mà trước đó khôi phục chậm từ việc loại bỏ gói. Khi sự pha trộn giữa các luồng này vượt quá một hàng đợi RED được quản lý, phương thức của luồng không thích ứng có thể đẩy Qavg lên cao hơn minTH và gây ra các gói rời khỏi tất cả các luồng thậm chí nếu các luồng khác nhau mà phản ứng thông thường. Tương tự như vậy luồng chặt tác động kém hơn bởi việc mất một vài gói riêng lẻ so với luồng dễ vỡ đơn giản, bởi vì tốc độ phục hồi của TCP phụ thuộc vào RTT của luồng. Toàn bộ hiệu quả và thông báo nghẽn tác động đến các loại luồng khác một cách không cân bằng. FRED điều khiển tình trạng này bởi phương thức loại bỏ gói từng chặng trên cở sở tầng ngắn hạn trên mỗi luồng (nhưng chỉ các luống có gói trong hàng đợi tại thời điểm cho trước). Hai biến số minq và maxq đại diện cho số lượng gói mức thấp và mức cao và một vài luồng cho trước phải được sắp xếp tại thời điểm cho trước. Biến số Avgcq đại diện cho lượng gói trung bình được đánh giá mỗi luồng hiện thời có trong hàng đợi. Khi Qavg nhỏ hơn maxth, FRED luôn nhận được các gói thuộc các luồng gói ít hơn minq gói sẵn sàng trong hàng đợi. Việc thiết lập minq giữa 2 và 4 đảm bảo một vài không gian hàng đợi cực tiểu đến các luồng dễ vỡ. Nếu luồng có nhiều hơn maxq gói hiện tại trong hàng đợi, FRED loại bỏ gói mới không kể Qavag là bao nhiêu. Thực tế này bao gồm các luồng không thích ứng. Nơi một luồng có giữa minq và maxq gói trong hàng đợi, FRED sử dụng RED thường để quy định có hay không một gói phải được chấp nhận hay bị loại bỏ. Thậm chí mặc dù FRED không yêu cầu hàng đợi từng luồng nó cũng yêu cầu router thiết lập tình huống luồng, thêm một số phần phải tương đối phức tạp biến thể RED trước. 3.1.5. Lập lịch Lập lịch điều khiển đặc trưng thời gian của việc lưu thoát gói khỏi mỗi hàng đợi - thường tại giao diện đầu ra hướng tới router hoặc host tiếp theo, nhưng cũng có thể là tại các điểm hàng đợi trong một router. Các router truyền thống chỉ có một hàng đợi đơn trên một giao diện kết nối đầu ra. Như vậy lập lịch có nhiệm vụ đơn giản là lôi các gói ra khỏi hàng đợi nhanh bằng khả năng kết nối có thể chuyển được. Trong các router có kiến trúc CQS, mỗi giao diện có một tầng bộ lập lịch chia sẻ khả năng chứa của kết nối đầu ra giữa sự kết hợp các hàng đợi trong giao diện. Chia sẻ kết nối đạt được một sự sắp xếp lịch bởi khi nào và xảy ra như thế nào, các gói được kéo ra khỏi hàng đợi và truyền đi. Bởi vì tình huống của một gói (hoặc một lớp lưu lượng) điều khiển hàng đợi nào mà nó được đặt trong đó, bộ lập lịch chủ yếu cưỡng chế quyền ưu tiên tương đối, hạn chế trễ, hoặc băng thông chủ định giữa các lớp lưu lượng khác nhau. Một bộ lập lịch có thể thiết lập băng thông khả dụng nhỏ nhất cho một lớp đặc biệt bằng cách đảm bảo rằng các gói được lấy ra khỏi hàng đợi có quan hệ với các lớp đó một cách thông thường. Một bộ lập lịch cũng có thể cung cấp định hướng tốc độ (lợi dụng băng thông được phép cực đại cho lớp đặc biệt). Bằng cách giới hạn tần số trong hàng đợi của lớp nào được phục vụ phụ thuộc vào thiết kế của một bộ lập lịch, nó có thể áp đặt hai giới hạn băng thông dưới và trên trên mỗi hàng đợi hoặc áp đặt giới hạn trên cho một số hàng đợi và giới hạn dưới cho một số hàng đợi khác. Các thuật toán lập lịch thường thoả thuận giữa sự thực hiện đơn giản và đặc trưng thời gian mong muốn. Tất cả các thiết kế bộ lập lịch có những kiểu dịch vụ đặc trưng của riêng nó – cách mà nó lựa chọn hàng đợi dịch vụ. Bộ lập lịch đơn giản nhất tập trung vào hàng đợi phục vụ trong một số hàng đợi dự đoán trước, việc tập trung vào dịch vụ khoảng cách hơn là công suất thu được. Các bộ lập lịch tiên tiến hơn cho phép tương đối hoặc toàn bộ băng thông để thiết lập cho mỗi hàng đợi và chúng tiếp tục lắp ráp vào các kiểu dịch vụ của chúng để đảm bảo băng thông trung bình hoặc trễ đạt được bởi mỗi hàng đợi giới hạn trong cấu hình. Phương pháp tính toán bên cạnh nhiều bộ lập lịch vượt quá giới hạn quyển sách này và vì vậy ở đây chủ yếu tập trung trình bày những đặc điểm thông thường của chúng hơn là hoạt động của chúng. 3.1.5.1. Định hướng tốc độ Giống như kiểm soát và đánh dấu, định hướng tốc độ sử dụng giới hạn hoặc cưỡng chế sự không tiên đoán được của lớp lưu lượng nhất định. Khác với kiểm soát và đánh dấu định hướng tốc độ yêu cầu các hàng đợi, quản lý hàng đợi và lập lịch – không kể có hay không chức năng định hướng được xây dựng vào một bộ lập lịch chịu tác động một kết nối chia sẻ hoặc hoạt động độc lập. Nguyên nhân Mộ hệ thống cho phép hàng đợi làm rỗng nhanh tới mức có thể (được giới hạn bởi tốc dộ dòng đầu ra hoặc tốc độ truyền dẫn của tầng chuyển mạch ) thấy một sự tăng lên trong sự bùng nổ đường xuống của lưu lượng chuyển qua hàng đợi đó. Thậm chí nếu nguồn lưu lượng truyền thống đang truyền gói tại tốc độ ổn định tương đối thì sự hoà hợp của nhiều nguồn bùng nổ không đáng kể đi qua nhang tới mức có thể được mà các điểm đạt được trong sự tăng bùng nổ. Các bùng nổ thêm vào này có thể dẫn tới việc kiểm soát không cần thiết, sự xâm chiếm quản lý hàng đợi tích cực, hoặc chắc chắn hàng đợi tràn luồng xuống. Định hướng có thể cũng giúp cân bằng mong muốn khác nhau. Nếu khách hàng thường xuyên nhận tín hiệu tốt hơn băng thông đảm bảo cực tiểu, thì một nhận thức xuất phát từ bên ngoài khách hàng bắt đầu kết hợp hoạt động truyền thống mà họ đang trả chi phí. Nếu sức chứa để dành luôn co hẹp lại, khách hàng sẽ nhận hoạt động edge – to – edge kết thúc tốc độ đảm bảo và giống như được nhận ra sự thay đổi này như một sự xuống cấp. Định hướng tôc độ ưu tiên từ thời gian kết nối khách hàng giup định hướng hy vọng khả năng dài hạn của dịch vụ. Bộ lập lịch và gáo rò Định hướng tốc độ đạt được bởi giới hạn tốc dộ trong hàng đợi được dịch vụ, thậm chí khi bộ lập lịch có hoặc không có gì cả. Nếu các gói tới nơi trong một khoảng thời gian liên gói ngắn hơn được xem xét bởi bộ lập lịch chúng được xếp hàng – trôi ra khỏi sự bùng nổ thông thường. Hình 3.15 biểu diễn một bộ lập lịch không bao giờ lấy mẫu đỉnh hàng đợi thườn xuyên hơn một lần T giây. Các gói được dời đi cách nhau các khoảng T giây. Classify Queue Queue Scheduler Ít nhất T(s) giữa các mẫu 1 2 3 4 On arrival… T T 1 2 3 4 T On departure… Dữ liệu đến Hình 3.16: Yêu cầu định hướng thời gian lập lịch nhỏ nhất trên các hàng đợi Mặc dù hình 3.16 bao hàm một số không biết hàng đợi khác, việc định hướng không bắt buộc các bộ lập lịch chia sẻ kết nối thông thường. Định hướng cũng có thể áp dụng một hàng đợi đơn (cung cấp một cổng chuyển mạch thời gian) độc lập với các hàng đợi khác trong hệ thống. Như là một viễn cảnh thường được ấn định cho một gáo rò (không lẫn lộn với một tầng đến thùng thẻ bài trong đó không có sự xếp hàng hay định hướng luồng gói xuất hiện) vì các gói qua lỗ thủng ra bê ngoài ở một tốc độ cố định. Thông thường, một tầng định hướng gắn kết quả tốc độ phát gói của nó trong tốc độ bit khả dụng biến đổi (bởi vì các gói IP thay đổi kích thước từ gói này sang gói khác). Nếu thúc đẩy định hướng tránh quá tải thí một tần xử lí chậm hơn giới hạn gói trên giây, tiếp cận này có thể được chấp nhận. Tuy nhiên, nếu sự định hướng được dự định cưỡng bức tốc độ trung bình qua hàng đợi thì thời gian phục vụ cần thiết là biến số thay đổi một cách năng động – đưa vào tài khoản số byte được truyền gần đây, độ dài của gói tiếp theo trong hàng đợi và mục tiêu tốc độ bit trung bình. 3.1.5.2. Lập lịch đơn giản Bộ lập lịch đơn giản tập chung vào các hàng đợi phục vụ trong một vài tiến trình có thể dự đoán (có lụă chọn hoặc sắp xếp hay không). Chúng tập chung điều khiển thời gian phục vụ hơn là công suất sau khi nhận được bởi lưu lượng truyền qua chúng. Quyền ưu tiên chặt Một tiếp cận để lập lịch cần phải sắp xếp các hàng đợi bằng cách duy trì quyền ưu tiên và phục vụ một hàng đợi tại mức ưu tiên cho trước duy nhất nếu tất cả hàng đợi ở mức ưu tiên cao đều rỗng. Bộ lập lịch nói lên hoạt động trên sơ đồ ưu tiên chặt. Trong hình 3.17 bộ lập lịch cho rằng hàng đợi 1 có mức ưu tiên cao hơn hàng đợi 2, hàng đợi 2 có mức ưu tiên cao hơn hàng đợi 3, hàng đợi 3 có mức ưu tiên cao hơn hàng đợi 4. Hàng đợi 1 được phục vụ nhanh bằng mức truyền gói có thể của kết nối. Chỉ khi hàng đợi 1 rỗng thì bộ lập lịch mới để ý đến hàng đợi 2, nó được phục vụ tương tự tại tốc độ truyền dẫn của kết nối trong khi nó có các gói sẵn sàng truyền đi với hàng đợi 1 vẫn còn rỗng. Tương tự hàng đợi 3 được phục vụ khi hàng đợi 1 và 2 rỗng, và hàng đợi 4 được phục vụ khi các hàng đợi 1, 2, 3 đều rỗng. Tuy nhiên quy luật phục vụ này cho phép các hàng đợi mức ưu tiên cao bỏ đói các hàng đợi mức ưu tiên thấp trong băng tần. Ví dụ, nếu lớp lưu lượng được lắp đặt vào hàng đợi 1 là đến từ 100% sức chứa của kết nối đầu ra cho một chu kỳ. Bộ lập lích sẽ không bao giờ phục vụ hàng đợi 2,3,4. Để giảm sự bỏ đói thì yêu cầu sự chuẩn bị cẩn thận những đặc thù mạng đường lên - đặc biệt là kiểm soat đường lên hoặc định hướng tốc độ phải được giới thiệu để đảm bảo lớp lwu lượng đặt vào hàng đợi 1 không bao giờ cho phép vượt quá một phần của sức chứa kết nối đầu ra nội bộ. Phương thức này đảm bảo cho hàng đợi 1 rỗng thường xuyên, cho phép bộ lập lịch dành thời gian phục vụ các hàng đợi có mức ưu tiên thấp hơn. Queue 1 Queue 3 Queue 4 Queue 2 Scheduler link Hình 3.17: Nhiều hàng đợi cung cấp cho một bộ lâp lịch Lập lịch ưu tiên rất hữu ích trong sự chuẩn bị đầy đủ của lớp lưu lượng trễ thấp. Thừa nhận rằng lớp X yêu cầu trễ end – to – end thấp được sắp xếp vào hàng đợi có mức ưu tiên cao ở tất cả các chặng, và được định hướng tốc độ hoặc giới hạn khác nhau để không bỏ đói các hàng đợi khác. Chú ý điều gì xảy ra nếu một gói từ lớp X đến nếu bộ lập lịch nhàn rỗi thì hàng đợi có mức ưu tiên cao nhất được phục vụ ngay lập tức, nếu bộ lập lịch bận truyền dẫn một gói từ hàng đợi khác thì hàng đợi có mức ưu tiên cao nhất chỉ đợi lâu bằng thời gian nó truyền gói đó. Trong trường hợp xấu nhất trễ phụ thuộc vào tốc độ kết nối và kích thước gói cực đại hoặc khối truyền dẫn cực đại (MTU) của kết nối. Round Robin Một thuật toán được lựa chọn thường được gọi là lập lịch Round Robin (RR) tránh sự bỏ đói hàng đợi nội bộ bằng cách quay vòng qua từng hàng đợi một, truyền dẫn một gói trước khi di chuyển trên một hàng đợi tiếp theo. Các hàng đợi rỗng được bỏ qua - bộ lập lịch luôn luôn di chuyển tới hàng đợi tiếp theo một cách tuần tự. Sử dụng hình 3.18 là một ví dụ, một tuần tự đơn giản phải tuần hoàn qua các hàng đợi một cách cố định có thứ tự 1234, 1234… Nếu mỗi hàng đợi đều có gói để gửi, việc sắp xếp thời gian truyền dẫn kết hợp các hàng đợi phục vụ một cách tuần tự. Nếu một số hàng đợi rỗng, các hàng đợi còn lại được phục vụ thường xuyên hơn. Trong trường hợp vô cùng, một lớp đặc biệt có thể nhận tất cả băng thông của kết nối, nếu các hàng đợi khác rỗng (chẳng hạn, bộ lập lịch kéo các gói từ hàng đợi 3 nhanh bằng kết nối cho phép nếu hàng đợi 1, 2 và 4 không tìm thấy một lưu lượng nào). Vẫn còn sự bỏ đói phải tránh – khi một gói đến tại một hàng đợi rỗng, mà hàng đợi đó được phục vụ trong suốt chu kỳ tiếp theo của bộ lập lịch. Khía cạnh hạn chế của bộ lập lịch RR đó là giới hạn trễ khó khăn cưỡng chế không giống lập lịch ưu tiên, nó không thể thiết kế một hàng đợi cho lưu lượng trễ mức thấp. Mọi khoảng thời gian phục vụ của hàng đợi phụ thuộc hoàn toàn vào bao nhiêu hàng đợi có gói và độ dài của các gói đó. Cho rằng một giao diện có N hàng đợi, với tốc độ kết nối là Lrate, và MTU là PLEN. Thời gian nó truyền dẫn một gói MTU là PLEN/Lrate. Như vậy trong trường hợp xấu nhất một gói có thể đến tại một hàng đợi rỗng vừa được bỏ qua và phải đợi (N – 1)*PLEN/Lrate giây cho đến khi bộ lập lịch quay lại. Cả hai biết số đều khó dự đoán được từ một khoảng thời gian tiếp theo và như vậy lập lịch RR có khả năng là một nguồn Jitter tốt. Có thể có một sự sai lệch trình tự phục vụ bởi sự trở lại các hàng đợi xác định một cách thường xuyên hơn (chẳng hạn sử dụng một thứ tự 12324212…), mà nó cung cấp truyền dẫn thích hợp hơn với các hàng đợi nhất định. Tuy nhiên phân phối kích thước gói ngẫu nhiên vẫn gây ra vấn đề Jitter và sự điều chỉnh băng thông dài hạn. 3.1.5.3. Lập lịch thích ứng Từ viễn cảnh chuẩn bị đầy đủ phục vụ, có một router có thể duy trì băng thông chỉ định tới lớp lưu lượng chia sẻ mỗi kết nối ngoài giới hạn thường vô cùng hữu ích. Cả ưu tiên chặt và bô lập lịch RR đều không đưa số bit truyền dẫn được vào tài khoản một lúc, mộ hàng đợi được phục vụ. Cho rằng kích thước gói IP có khả năng thay đổi một cách ngẫu nhiên tại một khoảng thời gian liên tiếp. Sơ đồ lập lịch này không được sử dụng để chỉnh sửa công suất trung bình tương đối đạt được bởi lớp lưu lượng cho trước. Các khung băng tần còn lại yêu cầu một bộ lập lịch mà kiểu dịch vụ của nó sắp xếp linh động lượng các bít được truyền dẫn gần đây từ mỗi hàng đợi. Nó có thể chịu được những yêu cầu cho sự đảm bảo băng tần cực tiểu, sự bắt buộc băng tần cực đại hoặc cả hai. Thực tế sự đan xem bắt buộc tập trung vào biến độ dài biên giới gói. Một hậu quả là, thuật toán thích ứng chỉ có thê sắp xếp tốc đọ bit dự kiến trên một chu kỳ nhiều gói. Một thuật toán lập lịch đã từng được phát triển để thực hiện yêu cầu này là ví dụ như DRR, FQ và WFQ. Các thuật toán này thường không đơn giản Deficit Round Robin DRR là một mở rộng kiểu dịch vụ RR gốc [DRR95]. DRR dẫn tới bao nhiêu byte đã gửi từ một hàng đợi cho trước, so sánh số lượng bao nhiêu byte phải gửi và chú ý độ thiếu hụt khác nhau. Độ thiết hụt của hàng đợi cho trước được sử dụng để làm giảm bớt khoảng thời gian phục vụ của hàng đợi đó, do đó điều chỉnh tốc độ bít dài hạn đạt được của mỗi hàng đợi. DRR thiết kế mỗi hàng đợi một hằng số QN và một biến số DN. Lượng tử QN phản ánh số byte trung bình dài hạn trên mỗi chu kỳ mà chúng ta muốn hàng đợi gửi đi. DN không cho tất cả các hàng đợi và reset lại bằng không bất cứ khi nào hàng đợi rỗng. Khi bộ lập lịch chuyển tới một hàng đợi mới, reset mộ hàng đợi đến Bsend, phản ánh số byte truyền dẫn từ hàng đợi hiện có trong giới hạn này. Các gói được truyền dẫn từ hàng đợi hiện có N trong khi vẫn giữ hai điều kiện sau: Hàng đợi có gói để gửi. QN + DN lớn hơn hoặc bằng Bsend + số byte của gói tiếp theo trong hàng đợi. Nếu hàng đợi rỗng DN sẽ reset bằng không. Tuy nhiên, nếu bộ lịch dành trước hàng đợi rỗng, một độ sai lệch giữa số byte nó hy vọng gửi QN + DN và số byte gửi Bsend. Độ sai lệch DN được reset tới QN + DN – Bsend và bộ lập lịch di chuyển tới hàng đợi tiếp theo một cách tuần tự. Trong mỗi hàng đợi giá trị QN + DN đại diện cho số byte cực đại có thể truyền trong suốt thời gian phục vụ. Sự tính toán lại DN tại cuối thời gian phục vụ bù vào thời gian tiếp theo cho hàng đợi với các byte thêm vào để gửi nếu đó là sự thay đổi ngắn thời gian này. Thừa nhận các gói không bao giờ lớn hơn Plen, DN không bao giờ lớn hơn Plen. Qua một chu kỳ thời gian dài, sau khi bộ lập lịch đã quay vòng qua tất cả các hàng đợi k lần số lượng byte mong đởi bởi hàng đợi N là k*QN. Giá trị này không bao giờ vượt quá số lượng byte thực sự gửi. Mỗi hàng đợi có thể thiết kế các giá trị QN khác nhau. Nếu có ít hơn N hàng đợi có gói để gửi thì băng thông của kết nối được chia ra cho phù hợp với tham số QN của các gói trong hàng đợi. WRR quan hệ gần gũi với DRR. Một khái niệm tương tự về lượng tử và độ chênh lệch được sử dụng những thuật toán khác nhau không đáng kể. Trong WRR hàng đợi được phục vụ cho tới khi một gói được gửi đạt số byte phải gửi (Bsen) qua giới hạn cho phép của hàng đợi (vẫn là QN+DN). Tuy nhiên, độ chênh lệch bây giờ là một giá trị ngược lại và hoạt động làm giảm số byte hàng đợi có thể truyền trong thời gian tiếp theo. Giống với DRR lượng tử cho mỗi hàng đợi có thể được sử dụng để thiết lập chia sẻ băng thông cân đối. Fair Queuing và Weighted Fair Queuing Biến thể khác của lập lịch RR cần phải tiếp tục tính toán lại tuần tự lập lịch để hàng đợi tiếp theo được phục vụ là hàng đợi mà nhu cầu được phục vụ để thoả mãn mục tiêu băng tần trung bình dài hạn của nó. WFQ là một đặc trưng gần với quy định nhu cầu phục vụ của một hàng đợi và được phát triển từ hai mỗi quan hệ gần gũi xuất hiện trong cùng thời điểm – Fair Queuing (DKS89) và đồng hồ ảo [ZHANG89, ZHANG91]. FQ và đồng hồ ảo cố gắng gần với việc chia sẻ kết nối mà nó có thể đạt hiệu quả nếu các gói từ mỗi luồng (hay hàng đợi) được chèn vào trên cơ sở số bit chèn. Giống như một hệ thống TDM ghép nhiều luồng dữ liệu trên một kênh tốc độ cao. Một bộ lập lịch có tính chất TDM muốn RR bỏ phiên hàng đợi đẩy một bít tới mỗi hàng đợi trong suốt một chu kỳ đơn. Như một hệ quả kiểu dịch vụ lý tưởng này đảm bảo bất cứ lúc nào N hàng đợ với dữ liệu để gửi là hiện thực mà hàng đợi được phục vụ tại NTH của tốc độ kết nối. Một gói được truyền dẫn đầy đủ khi bít cuối cùng của nó sẽ chuyển lại từ hàng đợi của nó. Bởi vì nó cắt thời gian ở mức bít, chia sẻ giữa các hàng đợi là tin cậy và thừa nhận mọi hàng đợi đều có gói để gửi, chia sẻ giữa các luồng đi vào hàng đợi cùng có độ tin cậy. Tuy nhiên trong thực tế kết quả này có thể chỉ gần đúng bởi vì chèn vào giữa gói hơn là biên bít. Sự truyền gói tuần tự FQ trong đó chúng nhận được tại điểm cuối kết nối khác có TDM lý tưởng được sử dụng qua nhiều gói sơ đồ này được dịch chuyển dữ liệu tại mỗi hàng đợi cùng tốc độ gần với nó đã được truyền dẫn tới kết nối TDM thuần. Có hai hạn chế tồn tại trong lập lịch FQ đơn giản. Thứ nhất là bộ lập lịch phải kịp thời đánh dấu các gói sau khi chúng đến trong hàng đợi và tính toán thời gian chênh lệch lí tưởng dự đoán trước để truyền tuần tự. Bởi vì việc tính toán thời gan có thể là thời gian tiêu thụ vô cùng. Đồng hồ gần đúng được sử dụng, được khơi mào bởi khoảng thời gian gói và độ lệch. Nếu một hàng đợi rỗng thì sơ đồ thời gian đống có thể bị nghiêng cho hàng đợi đó một kết quả độ lệch tạm thời từ lập lịch truyền thống lí tưởng khi hàng đợi bắt đầu nhận gói một lần nữa – và độ không tin cậy ngắn hạn cân bằng nếu bộ lập lịch là tin cậy trong thời gian dài. thứ hai là FQ được thiết kế cho các hàng đợi từng luồng dể cung cấp giải pháp mức luồng.FQ không tự dẫn tới việc thêm các vấn đề cưỡng chế quyền mạng chung quan hệ đối trong với sự chia sẻ bằng tầng bởi từng số lớp lưu lượng. WFQ [DKS89] cũng được biết đến trong tài liệu sớm hơn là chia sẻ bộ sử lí gói chung [PGPS]. WFQ là một phiên bản tổng quát hơn FQ và có tính hữu ích hơn vì nó cho phép các tác dụng khác nhau được áp dụng trong các hàng đợi riêng. Bất cứ khi nào N hàng đợi đang có dữ liệu để gửi, mỗi hàng đợi M được phục vụ và cho nó một hàm WM của tốc độ kết nối (trong đó W1 + W2 +W3+ ....+ Wn = 1). Khi một vài hàng đợi là rỗng giá trị vượt quá sức chứa kết nối có thể thường được phân phối trong các hàng đợi còn lại tuỳ theo các trọng số tương đối của chúng. Mặc dù không có phần nào của định nghĩa WFQ cơ sở, những hệ thống có thể thực hiện WFQ để cung cấp giới hạn tốc độ cực đại (định hướng tốc độ) trên mỗi hàng đợi thêm vào để đảm bảo giới hạn cực tiểu. 3.2. Một số mô hình và giao thức hỗ trợ QoS trong NGN 3.2.1. Giao thức dự trữ tài nguyên (RSVP) Để đảm bảo yêu cầu về chất lượng dich vụ do các ứng dụng cụ thể đòi hỏi, tài nguyên của mạng phải được đăng ký trước, phải được mạng chấp nhận và cung cấp trước khi kết nối được thiết lập và thực hiện việc trao đổi số liệu của ứng dụng. Việc đăng ký trước tài nguyên mạng thực hiện trên cơ sơ giao thức dự trữ tài nguyên (Resource Reservation Protocol - RSVP). Hình 3.18: Giao thức RVSP hỗ trợ QoS R2 R3 R1 path Resv path Resv path Resv path Resv RSVP S Rx Hình 3.19: Giao thức RSVP RSVP là giao thức chuẩn (RFC 2205) Internet IETF cho phép các ứng dụng dự trữ băng thông mạng một cách linh động, RSVP cũng cho phép các ứng dụng yêu cầu một QoS cụ thể đối với mỗi luồng dữ liệu. RSVP cho phép: - Thiết bị đầu cuối nguồn xác định tuyến đường đến thiết bị đầu cuối đích và đưa ra yêu cầu về chất lượng dịch vụ luồng số liệu của mình thông qua thông báo PATH. - Trên cơ sở kết quả định tuyến ở trên, thiết bị đầu cuối đích thực hiện đăng ký tài nguyên mạng cần thiết bằng thông báo RESV tại các hệ định tuyến dọc đường chuyển tiếp để đảm bảo các yêu cầu về lưu lượng trong quá trình trao đổi số liệu. Thiết bị đầu cuối nguồn Thiết bị đầu cuối đích Quản lý chính sách Quản lý chính sách Điều khiển truy nhập Điều khiển truy nhập Tiến trình RSVP Tiến trình RSVP Bảng định tuyến Bảng định tuyến Phân loại gói số liệu Phân loại gói số liệu Lập lịch phát gói số liệu Lập lịch phát gói số liệu Hướng Đăng ký RESV PATH Số liệu Hệ định tuyến j Hệ định tuyến k Hình 3.20: Cơ chế làm việc của RSVP RSVP định nghĩa một phiên “đăng ký tài nguyên” gồm: Địa chỉ IP đích (Dest_address), Định danh giao thức sử dụng (Protocol_ID) và Số hiệu cổng đích (Dest_Port). Gói số liệu RSVP mang yêu cầu đăng ký tài nguyên bắt nguồn từ trạm cần nhận số liệu và được truyền ngược về trạm gửi số liệu như hình vẽ 3.21. RSVP sử dụng tốc độ dữ liệu trung bình, lượng dữ liệu lớn nhất mà bộ định tuyến sẽ giữ trong hàng đợi và QoS tối thiểu để quyết định băng thông dự trữ. 3.2.2. Dịch vụ tích hợp (IntServ) Đứng trước nhu cầu ngày càng tăng trong việc cung cấp các dịch vụ thời gian thực (thoại, video) và băng thông cao (đa phương tiện) dịch vụ tích hợp IntServ đã ra đời. Đây là sự phát triển của mạng IP nhằm đồng thời cung cấp dịch vụ truyền thống nỗ lực tối đa và các dịch vụ thời gian thực (minh họa trên hình 3.22). Động lực thúc đẩy mô hình này chủ yếu do những lý do cơ bản sau đây: - Dịch vụ nỗ lực tối đa không còn đủ tốt nữa: ngày càng có nhiều ứng dụng khác nhau có những yêu cầu khác nhau về đặc tính lưu lượng được triển khai, đồng thời người sử dụng ngày càng yêu cầu cao hơn về chất lượng dịch vụ. - Các ứng dụng đa phương tiện cả gói ngày càng xuất hiện nhiều: mạng IP phải có khả năng có khả năng hỗ trợ không chỉ đơn dịch vụ mà phải hỗ trợ tịch hợp đa dịch vụ của nhiều loại lưu lượng khác nhau từ thoại, số liệu đến video. - Tối ưu hóa hiệu suất sử dụng mạng và tài nguyên mạng: đảm bảo hiệu quả sử dụng và đầu tư. Tài nguyên mạng sẽ được dự trữ cho lưu lượng có độ ưu tiên cao hơn, phần còn lại sẽ dành cho số liệu nỗ lực tối đa. - Cung cấp dịch vụ tốt nhất: mô hình dịch vụ IntServ cho phép nhà cung cấp mạng cung cấp được dịch vụ tốt nhất khác biệt với các nhà cung cấp cạnh tranh khác. Trong mô hình này có một số thành phần tham gia như sau: - Giao thức thiết lập: Setup cho phép các máy chủ và các bộ định tuyến dự trữ động tài nguyên trong mạng để xử lý các yêu cầu của các luồng lưu lựợng riêng, RSVP, Q.2931 là một trong những giao thức đó. - Đặc tính luồng: xác định chất lượg dịch vụ QoS sẽ cung cấp cho luồng riêng biệt. Luồng được định nghĩa như một luồng các gói từ nguồn đến đích có cùng yêu cầu về QoS. Về nguyên tắc có thể hiểu đặc tính luồng như băng tần tối thiểu mà mạng bắt buộc phải cung cấp để đảm bảo QoS cho luồng yêu cầu. - Điều khiển lưu lượng: trong các thiết bị mạng (máy chủ, bộ định tuyến, chuyển mạch) có thành phần điều khiển và quản lý tài nguyên mạng cần thiết để hỗ trợ QoS theo yêu cầu. Các thành phần điều khiển lưu lượng này có thể được khai bảo bởi giao thức báo hiệu như RSVP hay nhân công. Lập lịch Các bản tin setup đặt trước Lập lịch Ứng dụng Setup Phân loại Setup Phân loại Giao thức định tuyến/database Điều khiển chấp nhận/cưỡng bức Data IP Data Hình 3.21: Mô hình dịch vụ tích hợp Thành phần điều khiển lưu lượng bao gồm: - Điều khiển chấp nhận: xác định thiết bị mạng có khả hỗ trợ QoS theo yêu cầu hay không. - Thiết bị phân loại: nhận dạng và lựa chọn lớp dịch vụ dựa trên nội dung của một số trường nhất định trong mào đầu gói. - Thiết bị lập lịch: cung cấp các mức chất lượng dịch vụ QoS trên kênh ra của thiết bị mạng. Các mức chất lượng dịch vụ cung cấp bởi IntServ bao gồm: - Dịch vụ bảo đảm: băng tần dành riêng, trễ có giới hạn và không bị thất thoát gói tin trong hàng. Các ứng dụng cung cấp thuộc loại này có thể kể đến: hội nghị truyền hình chất lượng cao, thanh toán tài chính thời gian thực... - Dịch vụ kiểm soát tải: không đảm bảo về băng tần hay trễ nhưng khác nỗ lực tối đa ở điểm không giảm chất lượng một cách đáng kể khi tải mạng tăng lên. Phù hợp cho các ứng dụng không nhạy cảm lắm với độ trễ hay mất gói như truyền multicast audio/video chất lượng trung bình. - Dịch vụ nỗ lực tối đa. Mô hình IntServ sử dụng RVSP Mỗi node mạng (router) được chia làm hai phần: Xử lí cơ bản và chuyển tiếp lưu lượng: Xử lí cơ bản đảm nhận các chức năng như: định tuyến, thiết lập và duy trì tài nguyên mạng và điều khiển quản lí. Xử lí trong chuyểm tiếp lưu lượng: dựa trên thông tin trong cơ sở dữ liệu để phân loại lưu lượng và đưa lưu lượng vào hàng đợi. Tác nhân định tuyến Bảng định tuyến Tác nhân thiết lập dành riêng Tác nhân quản lí Điều khiển chấp nhận Cơ sở dữ liệu điều khiển lưu lượng Thiết bị đầu vào Bộ phân loại Bộ lập lịch Đầu ra hàng đợi Luồng Resv RSVP Điều khiển luồng Luồng Resv Hình 3.22: Mô hình IntServ sử dụng RSVP RSVP RSVP data data Data Điều khiển chấp nhận Data Lập lịch Ứng dụng Quá trình RSVP Phân loại Điều khiển chính sách Quá trình định tuyến Điều khiển chấp nhận Lập lịch Quá trình RSVP Phân loại Điều khiển chính sách Host Router Hình 3.23: Kiến trúc IntServ 3.2.3. Dịch vụ DiffServ Việc đưa ra mô hình IntServ đã có vẻ như giải quyết được nhiều vấn đè liên quan đến QoS trong mạng IP. Tuy nhiên trên thực tế, mô hình này không thực sự đảm bảo được QoS xuyên suốt (End – to - end). Đã có nhiều cố gắng để thay đổi điều này nhằm đạt được một mức QoS cao hơn cho mạng IP và một trong những cố gắng đó là sự ra đời của DiffServ. DiffServ sử dụng việc đánh dấu gói và xếp hàng theo loại để hỗ trợ các dịch vụ ưu tiên qua mạng IP. Hiện tại IETF đã có một nhóm làm việc DiffServ để đưa ra các tiêu chuẩn RFC về DiffServ. Nguyên tắc cơ bản của DiffServ như sau: - Định nghĩa một số lượng nhỏ các lớp dịch vụ hay mức ưu tiên. Một lớp dịch vụ có thể liên quan đến đặc tính lưu lượng (băng tần min – max, kích cỡ cụm, thời gian kéo dài cụm..). - Phân loại và đánh dấu các gói riêng biệt tại biên bản cảu mạng vào các lớp dịch vụ. - Các thiết bị chuyển mạch, bộ định tuyến trong mạng lõi sẽ phục vụ các gói theo nội dung của các bit đã được đánh dấu trong mào đầu của gói. Với nguyên tắc này, DiffServ có nhiều lợi thế hơn so với IntServ: - Không yêu cầu báo hiệu cho từng luồng. - Dịch vụ ưu tiên có thể áp dụng cho một số luồng riêng biệt cùng một lớp dịch vụ. Điều này cho phép nhà cung cấp dịch vụ dễ dàng cung cấp một số lượng nhỏ các mức dịch vụ khác nhau cho khách hàng có nhu cầu. - Không yêu cầu thay đổi tại các máy chủ hay các ứng dụng để hỗ trợ dịch vụ ưu tiên. Đây là công việc của thiết bị biên. - Hỗ trợ rất tốt dịch vụ VPN. Tuy nhiên có thết nhận thấy DiffServ cần vượt qua một số vấn đề như: - Không có khả năng cung cấp băng tân và độ trễ đảm bảo như GS của IntServ hay ATM. - Thiết bị biên vẫn yêu cầu bộ bộ phân loại chất lượng cao cho từng gói giống như trong mô hình IntServ. - Vấn đề quản lý trạng thái bộ phân loại của một số lượng lớn các thiết bị biên là một vấn để không nhỏ cần quan tâm. - Chính sách khuyến khích khách hàng trên cơ sở giá cước cho dịch vụ cung cấp cũng ảnh hưởng đến giá trị của DiffServ. Mô hình DiffSerrv tại biên và lõi được mô tả trong hình 3.20. Mô hình DiffServ bao gồm một số thanh phần như sau: DS – Byte: byte xác định DiffServ là thanh phần TOS của Ipv4 và trường loại lưu lượng IPv6. Các bít trong byte này thông báo gói tin được mong đợi nhận được thuộc dịch vụ nào. Các thiết bị biên (bộ định tuyến biên): nằm tại lối vào hay lối ra của mạng cung cấp DiffSerrv. Các thiết bị bên trong mạng DiffServ. Quản lý cưỡng bức: các công cụ và nhà quản trị mạng giám sát và đo kiểm đảm bảo SLA giữa mạng và người dùng. Phân loại đa byte Hàng đợi, quản lý lập lịch kiểm soát Đánh dấu gói Router biên Phân loại DS byte Hàng đợi, quản lý lập lịch Router lõi Hình 3.24: Mô hình DiffServ tại biên và lõi của mạng 3.2.4. Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS 3.2.4.1. Khái niệm MPLS MPLS là một công nghệ tích hợp tốt nhất các khả năng hiện tại để phân phát gói tin từ nguồn tới đích qua mạng Internet. Có thể định nghĩa MPLS là một tập các công nghệ mở dựa vào chuẩn Internet mà kết hợp chuyển mạch lớp 2 và định tuyến lớp 3 để chuyển tiếp gói tin bằng cách sử dụng các nhãn ngắn có chiều dài cố định. Bằng cách sử dụng các giao thức điều khiển và định tuyến Internet, MPLS cung cấp chuyển mạch hướng kết nối ảo qua các tuyến Internet bằng cách sử dụng các nhãn và trao đổi nhãn. MPLS bao gồm việc thực hiện các đường chuyển mạch nhãn LSP, nó cũng cung cấp các thủ tục và các giao thức cần thiết để phân phối các nhãn giữa các chuyển mạch và các bộ định tuyến . Nghiên cứu MPLS đang được thực hiện dưới sự bảo trợ của nhóm làm việc MPLS trong IETF. MPLS vẫn là một sự phát triển tương đối mới, nó mới chỉ được tiêu chuẩn hoá theo Internet vào đầu năm 2001. Sử dụng MPLS để trao đổi khe thời gian TDM, chuyển mạch không gian và các bước sóng quang là những phát triển mới nhất. Các nỗ lực này được gọi là GMPLS (Generalized MPLS ). 3.2.4.2. Cách thức hoạt động của MPLS MPLS có thể được xem như là một tập các công nghệ hoạt động với nhau để phân phát gói tin từ nguồn tới đích một cách hiệu quả và có thể điều khiển được. Nó sử dụng các đường chuyển mạch nhãn LSP để chuyển tiếp ở lớp 2 mà đã được thiết lập báo hiệu bởi các giao thức định tuyến lớp 3. Bởi vì các khái niệm chuyển tiếp, chuyển mạch và định tuyến là những vấn đề quan trọng để hiểu MPLS hoạt động như thế nào do vậy mà cần hiểu kỹ các khái niệm này. Một thiết bị router chuyển một gói tin từ nguồn tới đích bằng cách thu hoặc nhận, chuyển mạch và sau đó chuyển tiếp nó tới một thiết bị mạng khác cho tới khi nó tới đích cuối cùng. Hình 3.26 sau đây mô tả mô hình chung. Hình 3.25: Định tuyến, chuyển mạch và chuyển tiếp Mặt bằng điều khiển quản lý tập các tuyến có thể mà một gói có thể sử dụng, trong mô hình này một gói đi vào thiết bị mạng qua giao diện đầu vào, được xử lý bởi một thiết bị mà nó chỉ xử lý thông tin về gói để đưa ra quyết định logic. Quyết định logic này có thông tin được cung cấp từ mặt bằng điều khiển chứa các tuyến, cho các thông tin về gói được cập nhật tới thiết bị khác để chuyển tiếp gói thông qua giao diện đầu ra để tới đích của gói tin đó. Đây là mô hình đơn giản nhất trong các công nghệ mạng, nhưng nó là sự bắt đầu cho việc thảo luận rằng MPLS được thực hiện như thế nào. Các công nghệ MPLS đưa ra mô hình mới cho việc định tuyến, chuyển mạch và chuyển tiếp để chuyển các gói tin trong mạng Internet . Một mô hình khác thường gặp mô tả luồng các gói tin giữa các thiết bị mạng (Ví dụ như là các Router) được trình bầy trong hình 3.27 Hình 3.26: Đường nhanh và đường chậm. Lưu lượng trong mạng bao gồm hai loại: Lưu lượng điều khiển bao gồm các thông tin về quản lý và định tuyến; Lưu lượng dữ liệu. Lưu lượng dữ liệu thì đi theo “đường nhanh” và được xử lý bởi các thiết bị mạng. Trong hầu hết các thiết bị mạng hiện đại, đường nhanh được thực hiện bởi phần cứng. Bất cứ thiết bị mạng nào nhận một gói tin không phải là dữ liệu thì nó được xem như tiêu đề của gói, thông tin về gói được gửi lên đường điều khiển để xử lý. Các gói điều khiển bao gồm các thông tin yêu cầu cho việc định tuyến gói, bất cứ một gói nào khác có thể chứa thông tin điều khiển, các gói dữ liệu ưu tiên v.v.. thì được xử lý chậm bởi vì chúng cần được kiểm tra bởi phần mềm. Vì lý do này đường xử lý thường được gọi là “đường chậm”. Mô hình này rất quan trọng để hiểu MPLS hoạt động như thế nào bởi vì nó chỉ ra đường điều khiển và đường chuyển tiếp là riêng biệt. MPLS có thể phân biệt các chức năng quan trọng này để tạo ra một phương pháp mới làm thay đổi phương thức truyền các gói dữ liệu qua mạng Internet. MPLS chủ yếu làm việc với các giao thức lớp 2 và lớp 3, và cũng hoạt động trong nhiều kiểu thiết bị mạng khác. “Công nghệ lớp 2.5” là một khía cạnh khác, thường được dùng để mô tả về MPLS. Hình 3.27 trình bầy MPLS được xem như là một lớp trung gian mà nó được chèn vào giữa lớp mạng và lớp liên kết dữ liệu. Hình 3.27: Lớp chèn MPLS Mô hình này ban đầu xuất hiện như là một mô hình không đồng nhất với OSI, mô hình này chỉ ra rằng MPLS không phải là một lớp mới riêng, mà nó là một phần ảo của mặt phẳng điều khiển ở dưới lớp mạng với mặt phẳng chuyển tiếp ở đỉnh của lớp liên kết dữ liệu. MPLS không phải là một giao thức tầng mạng mới bởi vì nó không có khả năng tự định tuyến hoặc có sơ đồ địa chỉ, mà yêu cầu phải có trong giao thức lớp 3. MPLS sử dụng các giao thức định tuyến và cách đánh địa chỉ của IP, MPLS cũng không phải là một giao thức tầng liên kết dữ liệu bởi vì nó được thiết kế để hoạt động trong nhiều công nghệ liên kết dữ liệu phổ biến mà cung cấp yêu cầu chức năng và địa chỉ lớp 2. 3.2.4.3. Ứng dụng của MPLS Một mô hình chung của Internet là trình bầy toàn bộ tập các máy tính và mạng thông tin với nhau như là một tập vòng tròn tập trung. Các tuyến trong lõi gồm rất nhiều luồng lưu lượng ở tốc độ cao. Rất nhiều kiểu lưu lượng cần được phối hợp với nhau theo một cách nào đó để truyền ở các tốc độ khác nhau sao cho đạt được hiệu quả cao. Người ta thường nói rằng Internet là một mạng “dumb”. Như được trình bầy trong hình 3.28, trí tuệ của mạng Internet được tập trung ở phần biên, ở đó rất nhiều các ứng dụng thông minh sử dụng các công nghệ mạng để thực hiện tất cả các ứng dụng thú vị mà các máy tính có khả năng thực hiện. Khi sử dụng Internet, lưu lượng bắt đầu ở một host, truyền qua nhiều mạng thông tin khác nhau bao gồm mạng Internet và kết thúc ở host đích. Hình 3.28: Các thiết bị và lưu lượng Internet Mô hình này chỉ ra MPLS được thực hiện khi nào và ở đâu. MPLS đang được triển khai lần đầu tiên ở mạng lõi như là một công nghệ truyền tải. Trong trường hợp này nó cố gắng thêm vào một kiểu mạng Internet thông minh bằng cách đưa ra nhiều thông tin điều khiển. Lần đầu tiên triển khai MPLS chủ yếu tập trung vào các nhà cung cấp dịch vụ lớn ở lớp trên cần nhiều điều khiển lưu lượng qua mạng của họ. Bởi vì các công nghệ mạng phải hoạt động liên kết với nhau, nên cần có sự quan tâm bởi các nhà cung cấp dịch vụ ở tầng thứ hai hoặc thứ ba, các nhà cung cấp thiết bị, và các hãng lớn cho phép MPLS hoạt động trong mạng của họ. Khi công nghệ này hoàn thiện nó sẽ được sử dụng nhiều hơn trong nhiều lĩnh vực quan trọng như là TE, VPN, QoS, dịch vụ gói thoại, và rất nhiều các công nghệ dựa trên nền tảng của quang. MPLS đang được xem như là một cơ chế mạnh, có nhiều khả năng tạo ra lợi nhuận cho các nhà cung cấp dịch vụ. Cần chú ý rằng hiện tại MPLS là một công nghệ mạng Internet mà trong suốt đối với người sử dụng và là cơ sở hạ tầng mạng. 3.2.4.4. Chất lượng dịch vụ MPLS Tương tự như DiffSer, MPLS cũng hỗ trợ chất lượng dịch vụ trên cơ sở phân loại các luồng lưu lượng theo các tiêu chí như độ trễ, băng tần… Đầu tiên tại biên của mạng, luồng lưu lượng của người dùng được nhận dạng (bằng việc phân tích một số trường hợp trong mào đầu của gói) và chuyển các luồng lưu lượng đó trong các LSP riêng với thuộc tính COS hay QoS của nó. MPLS có thể hỗ trợ các dịch vụ không định trước qua LSP bằng việc sử dụng một trong các kĩ thuật sau: Bộ chỉ thị COS có thể được truyền hiện trong nhãn gắn liền với từng góị Bên cạnh việc chuyển mạch các nhãn tại từng nút LSR, mỗi gói có thể được chuyển sang kênh ra dựa trên thuộc tính COS. Mào đầu đệm (Shim header) MPLS có chứa trường COS. Trong trường hợp nhãn không chứa chỉ thị COS hiện thì giá trị COS có thể liên quan ngầm định với một LSP cụ thể. Điều đó đòi hỏi LDP hay RSVP gán gia trị COS không danh định cho LSP để các gói được xử lý tương xứng. Chất lượng dịch vụ QoS có thể được cung cấp bởi một LSP được thiết lập trên cơ sở báo hiệu ATM (trong trường hợp này mạng MPLS là mạng ATM-LSR ). 3.2.4.5. Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS Như đã phân tích trong phần trên, chất lượng dịch vụ QoS là một vấn đề lớn đặt ra đối với các công nghệ định tuyến. Nghười ta nhận thấy rằng định tuyến IP chuyền thống không đủ đáp ứng cho các dịch vụ đòi hỏi QoS cao hơn như VoIP hiện naỵ Về cơ bản có thể nhận thấy bất cứ kỹ thuật lưu lượng nào cũng nhằm giải quyết 2 vấn đề cơ bản sau đây: Thiết lập tuyến tối ưu trên cơ sở một số thước đo nhất định; Xem xét băng tần khả dụng trên từng kênh riêng. Các mục tiêu chất lượng của kỹ thuật lưu lượng (TE) Mục tiêu chất lượng cơ bản của TE có thể phân thành các loại cơ bản như sau: Các mục tiêu định hướng lưu lượng: nâng cao chất lượng QoS bằng việc: giảm thiểu thất thoát gói, trễ, tăng tối đa băng thông và bắt buộc thực thi SLẠ Các mục tiêu định hướng tài nguyên: tối ưu hoá sử dụng tài nguyên. Băng thông được coi là một bộ phận quan trọng nhất trong tài nguyên mạng. Vấn đề của TE sẽ là quản lý băng thông một cách hiệu quả. Một hệ quả tất yếu của mục tiêu loại này là giảm thiểu tắc nghẽn mạng. Tắc nghẽn mạng có thể xảy ra theo một số cách như sau: Khi tài nguyên mạng không đủ hoặc không tương ứng để phục vụ tải yêu cầụ. Khi nguồn lưu lượng được chuyển một cách không hiệu quả trên các tài nguyên khả dụng (băng thông) gây ra một phần của tài nguyên mạng bị quá tải trong khi phần khác vẫn còn dư thừa. 3.2.4.6. Các mục tiêu chất lượng của kỹ thuật lưu lượng (TE) Mục tiêu chất lượng cơ bản của TE có thể phân thành các loại cơ bản như sau: Các mục tiêu định hướng lưu lượng: nâng cao chất lượng QoS bằng việc: giảm thiểu thất thoát gói, trễ, tăng tối đa băng thông và bắt buộc thực thi SLA Các mục tiêu định hướng tài nguyên: tối ưu hoá sử dụng tài nguyên. Băng thông được coi là một bộ phận quan trọng nhất trong tài nguyên mạng. Vấn đề của TE sẽ là quản lý băng thông một cách hiệu quả. Một hệ quả tất yếu của mục tiêu loại này là giảm thiểu tắc nghẽn mạng. Tắc nghẽn mạng có thể xảy ra theo một số cách như sau: Khi tài nguyên mạng không đủ hoặc không tương ứng để phục vụ tải yêu cầu. Khi nguồn lưu lượng được chuyển một cách không hiệu quả trên các tài nguyên khả dụng (băng thông) gây ra một phần của tài nguyên mạng bị quá tải trong khi phần khác vẫn còn dư thừa 3.2.4.7. Quản lý lưu lượng MPLS MPLS là công nghệ đóng vai trò quan trọng chiến lược cho quản lý lưu lượng bởi nó có khả năng cung cấp đa số các chức năng của mô hình Overlay theo kiểu tích hợp với giá thấp hơn so với các kỹ thuật khác hiện nay, Cũng quan trọng không kém là MPLS cung cấp khả năng điều khiển tự động các chức năng quản lý lưu lượng. Trong phần này khái niệm trung kế lưu lượng được sử dụng như sau: Trung kế lưu lượng MPLS: là một phần của các luồng lưu lượng thuộc cùng một lớp trong một đường chuyển mạch nhãn LSP. Cần lưu ý sự khác biệt giữa trung kế lưu lượng và đường và LSP mà nó đi qua. Việc dùng MPLS cho quản lý lưu lượng do một số thuộc tính hấp dẫn sau: Các đường chuyển mạch nhãn hiện không bị trói buộc với nguyên tắc định tuyến dựa trên địa chỉ dích có thể được tạo ra một cách rất đơn giản bởi nhân công hay tự động qua các giao thức điều khiển. LSP được quản lý một cách rất hiệu quả. Các trung kế lưu lượng được tạo ra và ghép vào các LSP. Các đặc tính của trung kế lưu lượng được mô tả bởi bộ thuộc tính Một bộ thuộc tính có liên quan đến tài nguyên bắt buộc đối với LSP và các trung kế lưu lượng qua LSP. MPLS hỗ trợ tích hợp và phân tách lưu lượng trong khi định tuyến IP truyền thống chỉ hỗ trợ tích hợp lưu lượng mà thôị Dễ dàng tích hợp “định tuyến cưỡng bức” vào MPLS. Triển khai tốt MPLS có thể giảm đáng kể mào đầu so với công nghệ cạnh tranh khác. Hơn nữa, dựa trên cơ sở các đường chuyển mạch nhãn hiện, MPLS cho phép khả năng cùng triển khai mô phỏng chuyển mạch kênh trên mô hình mạng Internet hiện naỵ Những vấn đề cơ bản của quản lí lượng qua mạng MPLS Có ba vấn dề cơ bản sau đây liên quan tới quản lí lưu lượng qua MPLS Làm thế nào để chuyển đổi các gói thông tin sang FEC Làm thế nào để chuyển đổi FEC sang các trung kế lưu lượng Làm thế nào để chuyển đổi các trung kế lưu lượng sang cấu trúc topo mạng vật lí qua các LSP Những khả năng cho tăng cường cho quản lí lưu lượng qua MPLS Các khả năng tăng cường được đề xuất như sau: Những thuộc tính của trung kế lưu lưọng thể hiện tính chất ứng xử của lưu lượng Những thuộc tính của tài nguyên gắn liền với việc sử dụng cho các trung kế lưu lượng Khung “định tuyến bắt buộc” sử dụng để chọn đường cho các trung kế lưu lượng được coi là bắt buộc phải thoả mãn 2 yêu cầu thuộc tính trên. Trong mạng đang hoạt động các thuộc tính trên phải có khả năng thay đổi động trực tuyến bởi nhà quản trị mà không ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của mạng. Hoạt động cơ bản của các trung kế lưu lượng Thiết lập: tạo trung kế lưu lượng; Kích hoạt: kích hoạt trung kế lưu lượng để chuyển lưu lượng Giải kích hoạt: dừng việc truyền lưu lượng trên trung kế lưu lượng Thay đổi thuộc tính: Thay đổi thuộc tính của trung kế lưu lượng Định tuyến lại: thay đổi tuyến cho trung kế lưu lượng, được thực hiện nhân công hoặc tự động trên cơ sở giao thức lớp dướị Huỷ bỏ: huỷ bỏ trung kế lưu lượng và các tài nguyên có liên quan. Các tài nguyên có thể bao gồm: nhãn và băng tần khả dụng. Trên đây là những hoạt động cơ bản ngoài ra có thể cần các hoạt động khác như thiết lập kiểm soát hay định dạng lưu lượng. Các thuộc tính kỹ thuật lưu lượng cơ bản của trung kế lưu lượng Các thuộc tính này được gán cho trung kế lưu lượng để mô tả chính xác đặc tính của lưu lượng tảị Các thuộc tính có thể được gán nhân công hay tự động khi các gói được gán vào FEC tại đầu vào mạng MPLS. Không phụ thuộc vào phương pháp gán các thuộc tính này phải có khả năng thay đổi bởi nhà quản trị mạng. Các thuộc tính cơ bản được gán cho trung kế lưu lượng bao gồm : Thuộc tính tham số lưu lượng Thuộc tính lựa chọn và bảo dưỡng đường cơ bản Thuộc tính ưu tiên Thuộc tính dự trữ trước Thuộc tính khôi phục Thuộc tính kiểm soát. Việc kết hợp các thuộc tính tham số lưu lượng và kiểm soát tương tự như UPC (điều khiển tham số sử dụng) trong mạng ATM. KẾT LUẬN NGN là xu thế tất yếu đối với mạng Viễn thông của VNPT trên một lộ trình dài có nhiều giai đoạn. Mạng thế hệ sau NGN (Next Generation Network) cần được hiểu rõ là mạng thế hệ kế tiếp, mà không phải là mạng hoàn toàn mới. Vì vậy khi xây dựng và phát triển mạng theo xu hướng NGN cần chú ý tới vấn đề tận dụng tối đa các hệ thống thiết bị đã có, dựa trên mô hình tham khảo để tiến tới NGN của các hãng và các tổ chức quốc tế để tiến hành chuyển đổi, tránh gây tốn kém. Tuy nhiên, điều đó lại phát sinh một vấn đề mới đó là kết nối NGN với các mạng hiện hành và kết nối các hệ thống NGN khác nhau. Để giữ vững vai trò chủ đạo trong lĩnh vực viễn thông ở Việt Nam, đòi hỏi VNPT phải có phải có sự lụa chọn công nghệ đúng đắn và tổ chức khai thác mạng hợp lí. Đồng thời vấn đề Chất lượng dịch vụ QoS cũng cần được quan tâm đặc biệt. Đồ án nghiên cứu được: Xu hướng phát triển lên NGN của mạng viễn thông của VNPT, mô hình và một số giải pháp mạng của một số hãng cung cấp thiết bị viễn thông và các tổ chức quốc tế. Cấu trúc mạng mục tiêu và lộ trình chuyển đổi lên NGN của VNPT. Khái niệm chất lượng dịch vụ QoS và các tham số của chúng. QoS trong NGN. Một số kĩ thuật, mô hình và giao thức hỗ trợ chất lượng dịch vụ trong NGN. Tuy nhiên do thời gian và kiến thức của em có hạn, Đồ án mới chỉ đi sâu vào nghiên cứu các giải pháp hỗ trợ chất lượng dịch vụ trong NGN, hơn nữa điều kiện nghiên cứu chủ yếu dựa trên lí thuyết, còn thiếu thực tế nên đề tài không tránh khỏi thiếu sót, Vì vậy em mong được sự góp ý và chỉ bảo của các thầy cô giáo và các bạn đề đồ án của em được phong phú, hoàn thiện và khả dụng hơn. Từ những kết quả đã đạt được ở trên, Đồ án này có thể đi sâu, tiếp tục nghiên cứu chi tiết hơn về các giải pháp, giao thức, cũng như các mô hình mạng để hỗ trợ QoS trong NGN, đồng thời có thể đưa ra được một phương thức khả dụng có thể áp dụng trong thực tế. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Grevenville Armitage, Quality of service in IP networks: Foundations for a Multi-Service internet, USA, April 2000 2. Bài giảng Công nghệ chuyển mạch IP và MPLS, Ts Lê Hữu Lập và Ths Hoàng Trọng Minh, Học viện Công nghệ BCVT, Tháng 11- 2002 3. Lê Thanh Thảo, IP & NGN QoS, Trung tâm ứng dụng công nghệ mới - Viện KHKT Bưu điện, 05 - 2005 4. 5. 6. 7. /sld031.htm