ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG
MẠNG
Đề tài:

NGHIÊN CỨU CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG
MẠNG IP

CHƯƠNG II
CÁC THÀNH PHẦN QoS TRONG MẠNG IP
Các thành phần của QoS mạng
Không quan tâm tới kích thước và phạm vi của mạng IP, chất lượng dịch vụ
(QoS) quan sát được xây dựng từ sự cung cấp QoS từ biên - tới – biên bởi mỗi
miền thông qua chuyển tiếp lưu lượng. Sau cùng, chất lượng dịch vụ từ cuối - tới -
cuối phụ thuộc vào các tham số QoS của các bước riêng lẻ dọc theo bất kỳ router
định sẵn nào. Cho ví dụ ở hình 2.1 mô tả chất lượng dịch vụ (QoS) thoại ở bên
trong mạng LAN chỉ phụ thuộc vào chính mạng LAN, tuy nhiên với QoS của ứng
dụng điện thoại trong vùng mở rộng cho ta thấy chúng phụ thuộc vào phía đầu cuối
mạng LAN, phía đầu cuối nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) và mạng đường trục
IP ở giữa. Một ứng dụng PC – to – PC thông thường phụ thuộc vào hai mạng,
mạng LAN và ISP nội hạt cung cấp liên kết LAN – to – LAN.
Trong các dịch vụ IP ngày nay có nhiều hiện tượng biến động trễ “jitter”, mất gói
không có khả năng dự đoán trước . Nếu cổng ra liên quan trở thành trọng tâm của
hai hay nhiều hơn hai luồng lưu lượng tập hợp lại, một router nỗ lực tối đa đơn giản
sử dụng hàng đợi FIFO (first in first out) của gói đã được dành riêng cho truyền dẫn
trên đường kết nối đi ra ngoài. Hàng đợi đưa vào trễ và khả năng tiềm tàng mất gói
nếu luồng tràn bộ đệm khi lưu lượng bung ra, trễ hàng đợi gây ra thay đổi không thể
dự đoán trước từ gói tới gói, và hiển nhiên là jitter trong luồng lưu lượng cũng bị ảnh
hưởng. Hình 3.1: Chất lượng dịch vụ tạo ra từ sự liên kết với nhau

kết nối ảo chế độ truyền dẫn không đồng bộ (ATM). Những đường hầm IP sử dụng
trong một mạng IP đóng vai trò làm đường liên kết cho mạng IP khác (đôi khi cùng
một mạng nhưng một số loại lưu lượng cần phải ẩn từ một số đoạn mạng).
QoS mức IP giữa hai điểm phụ thuộc vào cả các router dọc đường truyền và cả
đặc tính QoS của công nghệ kết nối. Rõ ràng truyền dẫn gói liên router xây dựng
trên khả năng QoS của mỗi kết nối. Nếu công nghệ kết nối không có khả năng điều
khiển QoS thì những router có thể hỗi trợ một chút bởi vì chúng dựa trên mỗi
đường liên kết cho sự cung cấp kết nối liên định tuyến dự đoán trước.
Phân tầng có tính chất đệ qui.Ví dụ đặc tính QoS của ATM VC phụ thuộc vào
khả năng dự đoán trước của các đường kết nối chuyển mạch liên kết bằng với
chính các chuyển mạch ATM. Một kết nối ảo ATM (ATM VC) có thể mở rộng ra
chuyển mạch ATM phức tạp sử dụng mạng quang đồng bộ (SONET) hoặc trong
mạng phân cấp số đồng bộ (SDH :synchronous Digital Hiearachy) cho truyền dẫn
tế bào liên chuyển mạch. Các kênh SONET hay SDH tự nó tạo ra một hoặc nhiều
chặng, nhiều vòng Ring, nhiều bộ ghép kênh khác nhau. Cuối cùng, các kênh
SONET hay SDH có thể được ghép kênh trên sợi quang đơn với tổng số những
kênh không cùng họ sử dụng những bước sóng quang khác nhau – ghép kênh phân
chia (WDM),công nghệ ghép kênh sợi quang cho phép rất nhiều sợi ảo được cung
cấp trong một một sợi vật lý đơn.
Một gợi ý đặc biệt trên mô hình mạng Internet tiên tiến bởi vì một số đường dẫn
end - to - end được sử dụng không bao hàm tất cả trong mạng IP đơn – chúng có
khả năng cho sự mở rộng số lượng của mạng IP quản lý độc lập (ví dụ như
LAN,nhà cung cấp dịch vụ và nhà vận hành đường trục, chỉ ra trong hình 3.2), mỗi
một mạng có những đặc tính chất lượng dịch vụ (QoS) và chính sách lập lịch định
tuyến riêng của nó.

Hình 3.2: Mạng biên -tới- biên của một mức là một kết nối mức khác.
Khi chỉ duy nhất nỗ lực tối đa được yêu cầu hay trông đợi, chúng ta không thật
sự cần thiết phải quan tâm về các mạng trung gian dọc theo đường truyền, chính
sách lập lịch định tuyến của chúng ta cho phép chúng chuyển tiếp lưu lượng. Tuy

năng của chúng), rời khỏi router với số gói nhiều hơn nó có thể lưu thoát trôi chảy
tức thời. Ví dụ, lưu lượng hội tụ từ nhiêu đường liên kết Ethernet 100 Mbps có thể
dễ dàng vượt qúa khả năng kênh vùng mở rộng OC – 3/ STM – 1 155 Mbps, hoặc
lưu lượng từ một số kết nối T3/E3 có thể đồng thời yêu cầu chuyển tiếp ra ngoài dọc
theo đường liên kết nhỏ hơn T1/E1. Để đối phó với điều đó, tất cả các router kết
hợp các bộ đệm (hàng đợi) nội bộ, chúng lưu giữ các “gói vựơt quá” cho đến khi
chúng có thể gửi tiếp. Những gói trong tình huống trên cố gắng gửi thông qua bộ
định tuyến điều đó là trễ tăng lên do cộng vào. Như vậy bộ đệm router dùng để khắc
phục nghẽn ngắn hạn.
Trễ end – to – end gây ra bởi một gói là sự kết hợp của trễ truyền dẫn qua mỗi
liên kết và trễ quá trình gây ra trong mỗi router. Trễ tạo ra bởi các công nghệ kết
nối như các SONET, SDH, đường leased line hay kênh ảo ATM tốc độ bit cố định
(CBR) được dự đoán trước một cách hợp lý khi thiết kế. Nhưng trễ đóng góp bởi
mỗi bộ đệm của router thêm vào thì không thể dự đoán trước. Nó giao động thay
đổi theo mô hình nghẽn, thường thay đổi không xác định thậm chí cả các gói có
cùng đích tới. Thành phần giao động ngẫu nhiên của trễ end – to – end thường
được gọi là jitter.
Mất gói: Thêm một vấn đề khác đó là mất gói. Rõ ràng rằng khả năng của bộ
đệm router chỉ có một giới hạn nào đó,vì trong giai đoạn duy trì nghẽn các gói
được chứa trong bộ đệm có thể đạt tới giới hạn về không gian bộ đệm. Bộ đêm có
khoảng trống chở lại khi các gói được chuyển tiếp đi. Nếu gói vẫn tiếp tục đi vào
bộ đểm thì để cho bộ đệm vẫn khả dụng thì gói phải bị thải hồi .
Jitter :Rõ ràng một vấn đề ở đây là các router truyền thống chỉ có một hàng đợi
cho mỗi điểm nghẽn nội (trong ví dụ trong hình 3.3, một giao diện đầu ra đang
thoát đi lưu lượng với tốc độ cho phép) và không có kỹ thuật tách các lớp hoặc các
loại khác nhau từ luồng lưu lượng khác chuyển qua nó. Tính thất thường của các
lưu lượng không liên quan chuyển qua hàng đợi chia sẻ tại mỗi điểm nghẽn nội có
ảnh hưởng lớn vào trễ, jitter và mất gói trên mỗi luồng lưu lượng.

Hình 3.3: Hàng đợi FIFO trên router nỗ lực tối đa

Như vậy khi một gói đến tại thời điểm T khi trong hàng đợi đã
có gói khác thì nó sẽ bị trễ một thời gian là X*P giây (bởi vì gói phải đợi trong
hàng đợi được lưu thoát với tốc độ là X pps). Nếu một gói đến khi hàng đợi đã đầy
(P=L, L là không gian khả dụng của hàng đợi) thì gói sẽ bị loại bỏ. Jitter xuốt hiện
từ việc các thành phần của Y bùng nổ và không tương quan với đầu ra.
Nếu gói có độ dài cố định thì mối quan hệ thân thiện đơn giản sẽ tồn tại giữa hai
dạng tốc độ được biểu diễn. Tuy nhiên trong môi trường IP thông thường độ dài
các gói tin là không cố định, hơn nữa nó lại có tính thay đổi mối quan hệ giữa tốc
độ kết nối đầu ra, số lượng gói tồn đọng và trễ gây ra bởi các gói tồn đọng đó.
3.2.2 Sự phân loại , hàng đợi và lập lịch
Như vậy chúng ta cần phải cải thiện điều gì? Những đặc tính trễ, Jitter, và mất gói
của một mạng IP đã có, cuối cùng chung quy lại là đặc tính QoS của các kết nối và
tính mềm dẻo của việc sử dụng hàng đợi , quản lý hàng đợi trong mỗi router.
Nếu tải mạng vượt quá tốc độ dịch vụ thì một hàng đợi đơn tại mỗi điểm nghẽn nội
sẽ không đủ khả năng đáp ứng. Để thay thế cần phải có một hàng đợi cho mỗi lớp
lưu lượng có thể nhận biết cho các đặc tính độc lập như: trễ, biến động trễ và mất
gói được yêu cầu.
Mỗi hàng đợi này chúng có các chính sách loại bỏ gói của bản thân nó (ví dụ
như: đối với hàng đợi khác nhau thì có thể có mức ngưỡng khác nhau, và các gói
được loại bỏ một cách ngẫu nhiên hay xác định). Tất nhiên nhiều hàng đợi trên
giao diện đầu ra được sử dụng mà không có kỹ thuật để ấn định các gói tới hàng
đợi phù hợp.
Một phương pháp phân loại được yêu cầu trên sự tìm kiếm chuyển tiếp chặng kế
tiếp truyền thống của router. Cuối cùng, các hàng đợi phải chia sẻ tất cả khả năng
về giới hạn của kết nối đầu ra mà chúng cho ra. Nhu cầu này bao hàm việc thêm
vào một kỹ thuật lập lịch cho các gói chuyển ra từ mỗi hàng đợi và như vậy có sự
dàn xếp truy nhập kết nối trong khả năng điều kiểu và dự đoán trước.
Các nhu cầu trước đây được giữ lại như bằng một sự trình bày mà những mạng
cho phép xác lập QoS yêu cầu những router có thể lập lịch (CQS), phân loại , hàng
đợi khác biệt cho tất cả các loại lưu lượng cần thiết (xem hình 3.4). Các router ở

thấp.
Mặc dù ATM ban đầu được thiết kết cho đường kết nối tốc độ cao, thiết kế của nó
phản ánh mối quan tâm tương tự với việc thu hẹp cực tiểu khoảng thời gian phân loại
khi duy trì kết nối. Tế bào ATM được thiết kế ngắn và mỗi chuyển mạch ATM là một
ví dụ về kiến trúc CQS. Tế bào đến được xếp hàng để truyền phù hợp với nội dung
trường nhận biết đường ảo (VPI) của chúng. Sử dụng các trường nhận dạng VCI/VPI,
VC để định . Các chuyển mạch ATM tốt có các hàng đợi cho mỗi lớp lưu lượng trên
mỗi cổng cơ sở và các bộ lập lịch chuyển các tế bào ra ngoài mỗi cổng phù hợp với
băng thông đảm bảo.
3.3 Cách thức biên tới biên dự đoán trước
Như được lưu ý ban đầu, dịch vụ end – to – end được xây dựng từ việc tạo chuỗi và
phân tầng của phương thức từng chặng và edge – to –edge. Đối với nhà điều hành
mạng họ tập trung vào khả năng edge – to –edge của mạng dưới sự điều khiển của
họ, có một phạm vi của phương thức từng chặng có thể cho việc trộn lẫn hay cho sự
hoà hợp với nhau. Trải qua nhiều năm, một số giải pháp đã xuốt hiện, mỗi một sự
phản hồi khác nhau thiết lập một giả định và thoả hiệp chi tiết cụ thể cho CQS và khả
năng định tuyến của router trong mạng.
Nhận xét đầu tiên và quan trọng nhất là nhà thiết kế bộ mặt mạng cân bằng giữa
số lượng lớp lưu lượng được mang bởi mạng của họ và số phân loại lưu lượng mà
kiến trúc CQS của router có thể điều khiển được. Một số giải pháp dựa vào sự phân
phối kiến trúc edge – to –core, trong đó lõi là các router nhanh với khả năng CQS
bị hạn chế và biên là các router chậm hơn nhưng với khả CQS tiên tiến hơn.
Nhận xét thứ hai là các thuật toán định tuyến đường dẫn ngắn nhất đang tồn tại
trong mạng Internet không hoàn toàn tốt nhất cho các lớp lưu lượng khác nhau qua
một hệ thống router và liên kết tuỳ ý. Một phép đo đơn có thể không phù hợp cho
tất cả các lưu lượng nằm trên một phần mạng riêng. Thêm vào đó, chính các mẫu
chuyển tiếp dựa trên cơ sở đích gây khó khăn trong việc cưỡng bức các tập con của
lưu lượng khả dụng vào đường dẫn không ngắn nhất, không theo quy ước qua một
số đồ hình mạng cho trước.
3.3.1 Những mô hình biên tới lõi

phải được luôn luôn trình bày từ một phối cảnh mạng mở rộng.
Thông thường việc làm rỗng một hàng đợi nhanh bằng tốc độ kết nối cho phép có
thể tăng sự bùng nổ nhận được bởi các router luồng xuống đầu xa. Thêm vào đó các
nhà cung cấp dịch vụ có thể mong muốn tạo ra tốc độ cực đại để một khách hàng có
thể gửi gói thông tin qua mạng. Nếu khách hàng thường xuyên nhận được băng thông
tốt hơn cực tiểu được đảm bảo. Nếu khả năng dự phòng co lại, khách hàng sẽ nhận
được sự hạn chế việc thực hiện edge – to – edge tới mức nhỏ nhất đựơc đảm bảo. Tuy
nhiên khi khách hàng nhận thấy rằng các dịch vụ đã bị xuống cấp thì họ có thể than
phiền. Việc quản lý sự mong đợi của khách hàng là một phần quan trọng trong công
việc kinh doanh và mức độ ưu tiên là công cụ trên cơ sở công nghệ có thể được thực
hiện.
Việc đặt giới hạn trên cho giá trị băng thông lớn nhất (hoặc khoảng thời gian
nhỏ nhất giữa các gói) cho một lớp lưu lượng được gọi là “định hình lưu lượng’.

Hình 3.6: Những yêu cầu định hình lập lịch thời gian nhỏ
nhất trên những router xác định
Một bộ lập lịch định hình lưu lượng được cấu hình để cung cấp cả thời gian
phục vụ nhỏ nhất (thời gian giữa các lần lấy gói ra khỏi hàng đợi giống nhau) và cả
thời gian phục vụ lớn nhất (để đảm bảo giới hạn trễ, hoặc băng thông nhỏ nhất).
Các gói đến với thời gian giữa các gói ngắn hơn được cho bởi bộ lập lịch được xếp
hàng cho đến khi truyền dẫn – san bằng đi nguồn gốc sự bùng nổ. Hình 3.6 biểu
diễn một bộ lập lịch mà không lấy mẫu đỉnh hàng đợi thường xuyên quá một giá trị
T giây. Không có tình trạng các gói đến được truyền một cách co cụm gần nhau.
Chúng được truyền đi với khoảng cách giữa các gói ít nhất là T giây. Bộ lập lịch
định hình đôi khi liên hệ đến cái “gáo rò”, vì không có tình trạng các gói đến
nhanh, chúng chỉ có thể rò ra ở một tốc độ cố định.
Định hình không phải là một chức năng thông thường được đưa vào trong các
router nỗ lực tối đa, bởi vì chức năng này là sự tồn tại của một kiến trúc CQS thích
hợp. Một giải pháp luân phiên đã từng được đưa vào một phương thức loại bỏ gói
mà dễ vượt qua sự bùng nổ của một lớp lưu lượng. Khi quá nhiều gói đến trong

thiện một vài mức ưu tiên có khả năng dự đoán trước tới điều khiển nghẽn có khả
năng xuất hiện.