Chương 1 Chất lượng dịch vụ trong mạng IP
Chương 1
Chất lượng dịch vụ trong mạng IP

1.1 Giới thiệu chương
Ngày nay, Internet đã trở thành phần không thể thiếu trong cuộc sống của
chúng ta. Internet đã mở ra một chân trời mới đối với nhân loại. Khi mạng Internet
phát triển và mở rộng, lưu lượng Internet bùng nổ thì việc đáp ứng nhu cầu cho người
sử dụng về chất lượng dịch vụ ngày càng cao, đòi hỏi các nhà cung cấp dịch vụ ISP
luôn đứng trước thử thách làm sao luôn làm hài lòng các “thượng đế” của mình. Do
đó việc cung cấp chất lượng dịch vụ QoS là cần thiết cho phép đảm bảo chất lượng
của các ứng dụng thời gian thực như VoIP, Video Streaming và hạn chế nghẽn mạng.
Trong chương này sẽ trình bày khái quát các khái niệm cơ bản trong chất lượng
dịch vụ QoS, những thông số đặc trưng cho chất lượng dịch vụ, sự cần thiết của lĩnh
vực này trong mạng IP. Đồng thời sẽ đi vào tổng quan về kiến trúc của QoS với các
dịch vụ tích hợp (Intserv) và phân tích rõ các khái niệm, hoạt động cũng như ưu và
nhược điểm của dịch vụ phân biệt (DiffServ) trong mạng IP.
1.2 Ưu và nhược điểm của mạng IP
1.2.1 Ưu điểm
 Trong định tuyến các router IP sẽ dùng thuật tóan SPF (Shortest Path First-
vào băng thông và hop count của đường đi) để tính toán đường đi ngắn nhất
cho lưu lượng, giảm độ trễ của lưu lượng khi mạng hoạt động bình thường
1.2.2 Nhược điểm
 Do cơ chế định tuyến đường ngắn nhất (shortest path routing), khi lưu lượng
trên mạng quá tải, các luồng lưu lượng vẫn được tính toán đi trên đường ngắn
nhất. Do đó tắt nghẽn là không tránh khỏi trong khi một số đường vẫn không
được sử dụng. việc sử dụng băng thông trong mạng không hiệu quả
-1-
Chương 1 Chất lượng dịch vụ trong mạng IP
 Để có thể chuyển tiếp gói tin đi trên mạng, các router phải kiểm tra địa chỉ
đích và so sánh trong bảng định tuyến và xác định chặn tiếp theo của lưu

Các hình động luôn bị “đóng băng”
Dữ liệu (data) Tốc độ truyền dữ liệu chậm
Mất dữ liệu khi đang truyền

Với các xu hướng phát triển ồ ạt các dịch vụ thương mại điện tử (e-
commerce), vấn đề đảm bảo chất lượng dịch vụ cho các ứng dụng trên mạng Internet
trở nên cần thiết hơn bao giờ hết.
Nhìn chung có 2 nhân tố cơ bản dẫn đến yêu cầu về chất lượng dịch vụ.
 Thứ nhất, với các công ty kinh doanh trên web, họ cần chất lượng dịch vụ để
cải thiện và nâng cao chất lượng vận chuyển các thông tin và dịch vụ của họ
đến khách hàng như một yếu tố để thu hút ngày càng nhiều khách hàng.
 Thứ 2, các nhà cung cấp dịch vụ Internet IPSs cần thêm nhiều các dịch vụ giá
trị gia tăng trên mạng của họ để tăng lợi nhuận.
Việc các nhà cung cấp không ngừng phát triển các dịch vụ, số lượng khách
hàng ngày càng nhiều. Theo truyền thống nếu một mạng làm việc không có QoS thì
giải pháp để giải quyết các tắc nghẽn trong mạng đòi hỏi một lượng băng thông lớn.
Điều này là không khả thi đối với các nhà cung cấp dịch vụ (IPS) và các nhà kinh
doanh mạng khác về giá thành cũng như tính hiệu quả của nó. Vì thế yêu cầu phải
cung cấp chất lượng dịch vụ QoS là rất cần thiết.
-3-
Chương 1 Chất lượng dịch vụ trong mạng IP
1.3.3 Các đặc tính QoS
Mặc dù chất lượng dịch vụ QoS chưa phải là giải pháp hoàn toàn nhưng nó ra
đời nhằm giải quyết các vấn đề về lưu lượng trên mạng. Chất lượng dịch vụ thường
được đánh giá bằng các thông số sau:
 Băng thông
 Độ trễ
 Độ rung pha
 Khả năng mất gói
1.3.3.1 Băng thông (bandwidth)

khác như thoại được số hóa đòi hỏi các gói tin phải được truyền nhất quán tức là
khoảng cách giữa các gói tin là đồng bộ. Dạng lưu lượng này còn gọi là lưu lượng
đẳng thời (isochronous traffic). Dưới đây là một ví dụ để thấy rõ hơn về độ trượt.
Hình 1.1 Ví dụ về độ trượt
Xét 3 gói tin thoại đi từ máy 201 đến 301, thời gian truyền của mỗi gói tin là 20ms.
Nhưng khi đi đến máy 301 thì gói tin thứ 3 thời gian truyền đã tăng lên 30ms, vậy
10ms chính là độ trượt của gói.
1.3.3.4 Mất gói (loss)
Mất gói là một thông số quan trọng trong chất lượng dịch vụ, khi tỉ lệ mất gói
xảy ra trong mạng quá lớn thì cần phải có biện pháp để khắc phục. Ví dụ như trường
sửa lỗi FCS (Frame Check Sequence) sẽ kiểm tra các khung bị lỗi khi truyền trong
mạng. Các công cụ của QoS có thể làm giảm mất gói tin khi các hàng đợi quá đầy.
-5-
Chương 1 Chất lượng dịch vụ trong mạng IP
Ở các mạng hiện nay, số các gói tin bị mất do tỉ lệ lỗi bit là rất ít (tỉ lệ bit lỗi
BER 10
-9
là có thể chấp nhận) [2], đa số các gói tin bị mất là do bộ đệm và các hàng
đợi quá tải. Do đó việc khắc phục tình trạng mất gói trong mạng là cần thiết.

Hình 1.2 Mất gói trong mạng
1.3.4 Các giải pháp tăng QoS
1.3.4.1 Tăng băng thông
Hiện nay, một vài giải pháp để giải quyết vấn đề thiếu băng thông đã được đề ra:
 Tăng dung lượng liên kết nhằm tạo ra một lượng băng thông thừa để đảm bảo
cho những người sử dụng hoặc các ứng dụng có yêu cầu băng thông lớn. Vấn
đề này xem có vẻ đơn giản, tuy nhiên sẽ tốn rất nhiều thời gian cũng như tiền
của để thực thi đề án này do những hạn chế trong thiết bị sẽ gây khó khăn
trong công việc nâng cao khả năng băng thông lên quá lớn.
 Phân loại những lưu lượng thông tin thành các lớp và trao quyền ưu tiên

hợp với các kỹ thuật khác để giảm độ trễ. Phương thức này đặc biệt phù hợp
với gói là voice.
Bằng cách giảm độ trễ truyền dẫn thì độ trượt cũng được giảm đáng kể.
1.3.4.3 Ngăn mất gói
Mất gói thông thường xảy ra khi router không còn thời gian bộ đệm phục vụ cho
việc xếp hàng đợi. Router sẽ thực hiện loại bỏ gói trong những trường hợp sau:
 CPU bị nghẽn và không thể xử lý gói.
 Router không còn không gian bộ đệm
 CPU bị nghẽn và không thể ấn định một không gian bộ đệm nào cho các gói
mới
 Lỗi khung (ví dụ CRC).
Sau đây là một số giải pháp giúp tăng ngăn chặn mất gói đối với các ứng dụng:
 Tăng dung lượng liên kết để tránh nghẽn.
-7-
Chương 1 Chất lượng dịch vụ trong mạng IP
 Đảm bảo đủ lượng băng thông và tăng không gian bộ đệm nhằm đáp ứng
được khi xảy ra bùng nổ thông tin.
 Tránh nghẽn bằng cách loại bỏ gói trước khi nghẽn xảy ra. WRED sẽ được sử
dụng để thực hiện loại bỏ gói trước khi xảy ra nghẽn.
{{{
Hình 1.3 Tránh nghẽn ngăn mất gói
1.4 Các kiểu dịch vụ QoS trong mạng
Định nghĩa kiến trúc QoS ra đời vào giữa năm 1990, và cho đến nay nhóm
nghiên cứu IETF (Internet Engineering Task Force) đã định nghĩa hai dạng kiến trúc
QoS cho mạng IP đó là các dịch vụ tích hợp (IntServ) và các dịch vụ phân biệt
(DiffServ).
1.4.1 Dịch vụ tích hợp Intserv
Các dịch vụ tích hợp (Intserv) được nhóm nghiên cứu IETF đưa ra nhằm cung
cấp các dịch vụ end-to-end giữa các máy chủ cho các ứng dụng point-to-point và
point-to multipoint . Nó định nghĩa quá trình xử lý báo hiệu cho các luồng riêng biệt

thể có thể được nhận biết trong mạng. Thông tin này bao gồm địa chỉ IP phía
gửi và phía nhận, số cổng UPD.
 Chỉ tiêu kỹ thuật của luồng lưu lượng và các yêu cầu QoS
Rõ ràng là RSVP phải mang những thông tin này từ các máy chủ tới tất cả các
tổng đài chuyển mạch và các router dọc theo đường truyền từ bộ gửi đến bộ nhận, vì
-9-