ĐỒ ÁN HỆ THỐNG MẠNG
Đề tài:
NGUYÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG
CHƯƠNG TRÌNH LẬP LỊCH TRONG
MẠNG IP

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ QoS

1. 2. 3. 5. Độ khả dụng (Đáng tin cậy)
Các mạng tồn tại để phục vụ người sử dụng . Tuy nhiên mạng cần có biện
pháp bảo dưỡng và phòng ngừa nếu các tình huống hỏng hóc tiềm tàng được phát
hiện và được dự đoán trước. Một chiến lược đúng đắn bằng cách định kỳ tạm thời
tách các thiết bị ra khỏi mạng để thực hiện các công việc bảo dưỡng và chẩn đoán
trong một thời gian ngắn để có thể giảm thời gian ngừng hoạt động do hỏng hóc.
Thậm chí, với biện pháp bảo dưỡng hoàn hảo nhất cũng không thể tránh được các
lỗi không tiên đoán trước và các lỗi nghiêm trọng của kết nối và thiết bị theo thời
gian.
Không lâu trước đây, mạng PSTN có lịch trình thời gian và bảo dưỡng
nghiêm khắc hơn nhiều mạng dữ liệu . PSTN phải có khả năng truyền tải các cuộc
gọi vào mọi thời điểm. Có những khoảng thời gian chỉ có rất ít cuộc gọi, như
khoảng thời gian 3 đến 4 giờ sáng, nhưng lại có cuộc gọi hầu như tất cả các khoảng
thời gian. Đương nhiên phải có những nguyên tắc để bảo dưỡng và phòng ngừa với
mạng PSTN . Một số hoạt động có thể thực hiện lúc lưu lượng biết trước là tạm
vắng và một số hoạt động có thể không bao giờ được thực hiện trong các giờ hoặc
trong các ngày bận.
Mạng dữ liệu thực hiện công việc đó dễ hơn. Hầu hết mạng dữ liệu dành cho
kinh doanh, thường là từ 8 giờ sáng đến 5 giờ chiều, từ Thứ Hai dến Thứ Sáu. Hoạt
động bổ trợ có thể thực hiện ngoài giờ, và một tập kiểm tra đầy đủ với mục đích
phát hiện ra các vấn đề có thể xảy ra trong các ngày nghỉ.
Internet và Web đã thay đổi tất cả. Một mạng toàn cầu phải giải quyết vấn

phục nhỏ hơn 4 giờ. Cũng có sự khác nhau giữa độ khả dụng và độ tin của mạng từ
góc nhìn của từng người sử dụng và từ góc nhìn mạng thể. Ngày nay, toàn bộ
mạng không hỏng tất cả và do đó làm cho tất cả người sử dụng bị cô lập cùng một
lúc. Thông số QoS khả dụng thường được quy cho mỗi vị trí hoặc liên kết riêng lẻ.
Một người sử dụng khó tính có thể than phiền rằng một liên kết chỉ sẵn sàng 99.
7% trong tháng sẽ được nhắc nhở rằng 99. 99% sẵn sàng như được quảng cáo và
hứa hẹn là áp dụng cho toàn bộ mạng.
Tính sẵn sàng của
mạng
Tổng thời gian ngừng hoạt động trong một
năm
99% 3. 65 ngày
99. 5% 1. 825 ngày
99. 9% 8. 76 giờ
99. 95% 4. 38 giờ
99. 99% 52. 56 phút
99. 995% 26. 28 phút
99. 999% 5. 25 phút
1. 2. 3. 6. Bảo mật
Bảo mật là tham số mới trong danh sách QoS nhưng lại là một tham số quan
trọng. Thực tế trong một số trường hợp độ bảo mật có thể được xét ngay sau băng
thông. Gần đây, sự đe doạ rộng rãi của các hacker và sự lan tràn của virus trên
mạng Internet toàn cầu đã làm cho bảo mật trở thành vấn đề hàng đầu. Hầu hết vấn
đề bảo mật liên quan tới các tính riêng tư, sự tin cẩn và xác nhận khách chủ. Các
vấn đề liên quan tới bảo mật thường được gắn với một vài hình thức của phương
pháp mật mã như mã hoá và giải mã. Các phương pháp mật mã cũng được sử dụng
trên mạng cho việc xác nhận (authentication) nhưng phương pháp này thường
không liên quan chút nào đến vấn đề giải mã.
Một cách ngắn gọn, riêng tư và bí mật có liên quan tới các kỹ thuật mã hoá
hay công khai. Việc xác nhận tính hợp lệ của khách hàng thường được quy định

 Cách giải quyết, điều khiển QoS, các chức năng tính toán để điều khiển
và giám sát lưu lượng đầu cuối qua mạng.

Hình 1. 5 Mô hình điều khiển QoS
1. 3. 1 QoS nhận dạng và đánh dấu
Sự nhận dạng và đánh dấu được thực hiện thông qua việc phân loại và sự
dành riêng.
Để cung cấp dịch vụ ưu tiên cho một loại lưu lượng việc đầu tiên là phải
định dạng nó. Tiếp theo, các gói có thể được hoặc không được đánh dấu. Có hai
nhiệm vụ thực hiện khi phân loại . Nếu gói đã được nhận dạng nhưng không được
đánh dấu, bộ phân loại sẽ xác định đó là một per-hop cơ sở. Và bộ phân loại chỉ xử
lý tại đó mà không cho qua các router tiếp theo. Điều này xảy ra với hàng đợi ưu
tiên PQ (Priority Queuing ) và hàng đợi khách CQ(Custom Queuing). Với mạng
diện rộng khi các gói được đánh dấu thì các bit trong trường ưu tiên IP có thể được
thiết lập. Phương pháp định dạnh luồng bao gồm các bảng điều khiển truy nhập
ACLs (Access Control Lists), chính sách định tuyến cơ sở, tốc độ truy nhập cam
kết CAR(Committed Access Rate), và xác nhận ứng dụng mạng cơ sở NBAR
(Network-Base Application Recognition).
1. 3. 2 QoS trong một thiết bị mạng
Bao gồm :Quản lý tắc nghẽn, quản lý hàng đợi, hiệu suất kết nối và các
công cụ định hình/xử lý cung cấp QoS trong một thiết bị mạng.
1. 3. 2. 1 Quản lý tắc nghẽn
Do sự bùng nổ tự nhiên của lưu lượng thoại/video/dữ liệu, nên vài luồng lưu
lượng sẽ vượt quá tốc độ của một liên kết. Tại điểm này, các router sẽ làm gì? Sẽ
tạo một bộ đệm trong hàng đợi và cho phép gói đầu tiên vào sẽ ra đầu tiên? Hay là
sẽ đặt các gói vào các hàng đợi khác nhau. Công cụ quản lý tắc nghẽn bao gồm
hàng đợi ưu tiên PQ (Priority Queuing), hàng đợi khách CQ (Custom Queuing),
hàng đợi hợp lý theo trọng số WFQ (Weighted Fair Queuing) và hàng đợi hợp lý
theo trọng số dựa trên cơ sở lớp CBWFQ (Class-Base Weighted Fair Queuing ).
1. 3. 2. 2 Quản lý hàng đợi

Chính sách cũng tương tự như định hình nhưng khác ở một điểm rất quan
trọng: Tốc độ định dạng lưu lượng vượt quá không phải ở bộ đệm (và thường là nó
được loại bỏ).
1. 3. 3 Các mức QoS
Xét từ đầu cuối tới đầu cuối, chất lượng dịch vụ chia thành 3 mức:
i. Best-effort Service: Là các dịch vụ không cần có một sự bảo đảm nào về
chất lượng dịch vụ (độ trễ, jitter…).
ii. Differentiated Service (còn gọi là soft QoS ): Một vài lưu lượng của dịch
vụ được ưu tiên hơn những dòng lưu lượng còn lại (Được xủ lý nhanh hơn, băng
thông trung bình nhiều hơn, tỷ lệ mất gói ít hơn…). Nó được cung cấp bởi bộ phân
loại lưu lượng và sử dụng các công cụ của QoS như PQ, CQ, WFQ và WRED
iii. Guaranteed Service (Còn được gọi là hard QoS ): những dịch vụ được
đảm bảo tuyệt đối về tài nguyên mạng dành cho nó. Nó được cung cấp bởi các giao
thức RSVP và CBWFQ.
Ba mức đó được mô tả trong hình vẽ sau:

Hình 1. 6 Các mức QoS
Hợp đồng QoS vạch ra mong muốn thực hiện nhiệm vụ đảm bảo chất lượng
dịch vụ theo một kế hoạch cụ thể và thông qua hệ thống báo hiệu QoS để ra lệnh
cho các cơ chế chấp hành tại các nút mạng thực hiện nhiệm vụ đó. Trong mạng IP
truyền thống chỉ cung cấp chất lượng dịch vụ ở mức “best-effort”, tức là mức “nỗ
lực tối đa” mà không có bất kỳ một sự cam kết hay ràng buộc nào. Các gói được
chuyển từ điểm này tới điểm khác không có bất kì một sự đảm bảo nào về băng
thông hay thời gian trễ tối thiểu. Với mô hình lưu lượng “best-effort”, tất cả các
yêu cầu của người sử dụng có cùng một ưu tiên và được xử lý kế tiếp nhau theo
kiểu ai đến trước thì phục vụ trước. Không có khả năng dành riêng băng thông cho
những kết nối cụ thể hay làm tăng độ ưu tiên cho những yêu cầu đặc biệt. Trong đó
mức jitter và tỷ lệ mất gói rất thất thường . Một mô hình như vậy chỉ phù hợp với
các ứng dụng truyền thống như WWW, FTP, hay Telnet…
Tuy nhiên, với những ứng dụng thời gian thực như voice, audio hay video,

cận này đòi hỏi nhà cung cấp dịch vụ phải kiểm soát đựoc mạng và biết
được ai đang sử dụng phần tài nguyên nào của mạng. Hiện tại không có
cách nào dễ dàng để thực hiện điều này trên Internet, trừ cách có gắng xác
định các MODEM dial-up rồi đưa chúng ra ngoài và đương nhiên phưong
pháp này không được ưa chuộng đối với người sử dụng
 Sử dụng xếp hàng theo giá và/hoặc quản lý IP. Cách tiếp cận này buộc
người sử dụng phải trả nhiều tiền hơn để sử dụng nhiều tài nguyên mạng
hơn. Các lộ trình có thể được đặc biệt thiết lập để kết nối các điểm sử
dụng VoIP nhằm giảm thiểu trễ, nhưng sẽ phải trả giá cao hơn phí kết nối
Sử dụng các kỹ
thuật mới
(VD:DiffServ,
RSVP)

Sử dụng phương
pháp tiếp cận IP
“được quản lý”
Chia phần truy
nhậpvà/hoặc các
dịch vụ cho
Sử dụng xếp hang
theo giá
Mạng IP
“nỗ lực tối đa”
“không tin cậy”
ISP. Trong trường hợp cực đoan, xếp hàng theo giá bao gồm các bộ định
tuyến IP được quản lý hoàn toàn và các liên kết dành riêng cho một hoặc
một số giới hạn khách hàng lớn.
 Sử dụng công nghệ mới. Người sử dụng không thích chia phần truy nhập
và khách hàng không nhất thiết phải tiêu một số tiền lớn để quản lý mạng

cơ sở kênh mới có giới hạn đủ chặt chẽ về jitter để thoả mãn thoại. Ảnh hưởng của
lỗi có thể được tối thiểu một phần bằng cách sử dụng mã FEC(Forward Error-
Correcting Code), nhưng điều này hiếm khi được thực hiện. FEC yêu cầu tính
tương thích nên nó giới hạn sự lựa chọn của người sử dụng, và FEC cũng không
giúp được gì khi toàn bộ gói bị mất trên Internet.
Tính sẵn sàng được tăng cường bằng cách sử dụng nhiều liên kết tới một ISP
hoặc thậm chí sử dụng nhiều ISP. Cuối cùng, bảo mật theo truyền thống là một vấn
đề cần sự quan tâm về QoS của người sử dụng và VoIP hay điện thoại Internet có
thể sử dụng một trong nhiều cách để đảm bảo tính riêng tư và nhận thực, mặc dù
khả năng hoạt động cùng với nhau vẫn còn là vấn đề cần giải quyết.
1. 4. 1 Các giao thức và thuật toán sử dụng để thêm QoS vào mạng
IP
Hầu hết các nhà quan sát Internet sẽ đồng ý rằng một trong các cách sau sẽ
trở thành phưong pháp được chấp nhận để thêm QoS vào mạng IP. Tuy nhiên, hiện
nay không có phưong pháp nào nổi trội rõ ràng và chúng cũng luôn thay đổi theo
thời gian. Danh sách này không có ý định đề cập tới tất cả các khía cạnh mà chỉ
nêu đại diện cho các cách tiếp cận đã được thí nghiệm hay đề xuất trong những
năm gần đây.
1. 4. 1. 1 Tốc độ truy nhập cam kết(CAR)
Phưong pháp này là một chức năng của “bộ định tuyến chuyển mạch ”của
Cisco. Cách tiếp cận đặc trưng của nhà cung cấp thiết bị được đưa ra ở đây không
có nhiều giới hạn như cảm giác đầu tiên, bởi phần lớn các bộ định tuyến trên mạng
đều của Cisco. Tuy nhiên không phải bộ định tuyến nào của Cisco cũng có thể
chạy được CAR. CAR giới hạn băng thông sử dụng trên một liên kết cho bất kì
một ứng dụng nào. Theo đó, trên một liên kết 15-Mb/s, CAR có thể giới hạn truy
cập Web vào 50% của lượng này, để 50% cho các ứng dụng khác ví dụ như thoại.
CAR không thêm QoS nhiều như giới hạn cạnh tranh cho băng thông . CAR có thể
được bổ sung vào một bộ định tuyến truy nhập và cải thiện đáng kể hoạt động của
mạng thậm chí ngay cả trong trường hợp các bộ định tuyến khác không biết chút gì
về hoạt động của CAR.

1. 4. 1. 5 Quyền ưu tiên IP
IP Precendence sử dụng 3 bit trong trường ToS của tiêu đề gói tin IP để chỉ
thị loại dịch vụ của mỗi gói. Có thể chia lưu lượng trong mạng thành 6 lớp dịch vụ
(hai lớp còn lại được dành riêng cho mạng sử dụng ). Các kỹ thuật xếp hàng trong
toàn bộ mạng có thể sử dụng báo hiệu này để thực hiện việc xử lý phù hợp cho
từng loại gói.
IP Header

Data
3 bit Byte
ToS
Hình 1. 8 IP Precendence
Quyền ưu tiên IP cho phép 3 bit trong trường ToS của phần mào đầu IP
được đặt với giá trị từ 0 tới 7. Khoảng này xác định quyền ưu tiên cao nhất. Theo
đó, ISP tiếp theo có thể xử lý gói với quyền ưu tiên đã được cho biết. Phưong pháp
này xung đột với phưong pháp DiffServ do trường ToS khác nhau và đòi hỏi tất cả
các ISP phải hiểu cách sử dụng các bit này. Một trong những vấn đề với QoS trên
Internet là thường xuyên có nhiều ISP chỉ quan tâm đến truyền gói IP từ nơi này
đến nơi khác . Một ISP thường không có một chút ý niệm nào rằng lưu lượng nào
là quan trọng khi nó đến từ một ISP khác
1. 4. 1. 6 Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS
Phương pháp này cũng là một chuẩn của IETF nhưng nó có thể hoạt động dễ
dàng với cách tiếp cận DiffServ. DiffServ đặt ra một cơ chế để nhận biết CoS của
IP nhưng để lại một khoảng hoạt động cho nhà cung cấp dịch vụ . MPLS cung cấp
một cơ chế như vậy bằng cách yêu cầu các bộ định tuyến trở thành các bộ chuyển
mạch lớp 3. Có nhiều cách để biến đổi một bộ định tuyến thành một bộ chuyển
mạch lớp 3, và một cách trong số đó là gắn bộ định tuyến vào một mạng ATM và

này các nhà cung cấp bộ định tuyến và bộ chuyển mạch thiết lập một số lượng nhỏ
các hàng đợi cho mỗi cổng ra và chia lưu lượng ra vào những hàng đợi trên cơ sở
QoS cần thiết. Đây là một loại “Xếp hàng theo VC kông có các VC”. Không có
VC để xác định QoS cần thiết, QoS yêu cầu phải được đặt cho một luồng gói cá
biệt bằng một cơ chế khác, ví dụ dùng trường ToS. ToS này có thể được sử dụng
để ánh xạ gói vào một lớp QoS của một hạ tầng cơ sở mạng ở dưới. Các bộ chuyển
mạch ATM thường có 4 hàng đợi cho lưu lượng ra, nhưng cấp độ của của những
hàng đợi QoS dành cho chuyển giao gói IP này thuộc về tiện ích bị giới hạn, bởi vì
tất cả các gói IP có xu hướng rơi vào cùng một loại QoS của ATM.
1. 4. 1. 10 Loại bỏ sớm ngẫu nhiên RED
Phương pháp này dựa trên nguyên tắc xác suất chỉ dẫn một bộ định tuyến bắt
đầu bỏ qua gói tin khi vượt quá ngưỡng xếp hàng đã được thiết lập trước. Ví dụ,
một bộ định tuyến RED có thể bắt đầu ngẫu nhiên bỏ qua các gói khi một bộ đệm
ra đạt đến 80% dung lượng. Mục đích là ngăn chặn tràn bộ đệm và khả năng bị mất
nhiều gói có mức ưu tiên cao của cùng một nguồn. Theo đó, khi bắt đầu nghẽn,
thay vì khả năng bị mất nhiều gói thoại, một bộ định tuyến RED cố gắng làm mất
một vài gói từ nhiều nguồn khác nhau, và chúng có thể có mức ưu tiên thấp hơn.
RED có thể kết hợp với nhiều phưong pháp khác và không cần bắt buộc phải được
sử dụng trên tất cả các bộ định tuyến mới mang lại hiệu quả.
1. 4. 1. 11 Giao thức dự trữ tài nguyên (RSVP)
RSVP là giao thức báo hiệu được phát triển bởi IETF. Mục đích của RSVP
là cung cấp một cơ chế để các ứng dụng yêu cầu được đảm bảo chất lượng dịch vụ
khi truyền thông tin qua mạng. Nhiệm vụ cơ bản của RSVP là thiết lập và duy trì
sự dành tài nguyên áp dụng cho một luồng gói cụ thể trên một đường xác định qua
các router. RSVP định nghĩa cho các luồng gói theo địa chỉ IP và địa chỉ cổng lớp
4. Mỗi luồng có một bản miêu tả luồng (flow descriptor) bao gồm những thông tin
về QoS mà luồng đó cần. Khi cần dành tài nguyên trên một lộ trình từ nguồn tới
đích thì một phiên RSVP được thiết lập. Vì RSVP hoạt động đơn công nên muốn
quá trình diễn ra theo hai chiều thì phải mở hai phiên RSVP trên mỗi trạm. Điểm
khác với các giao thức khác ở RSVP bên thu như sau:


Filterspec Flowspec
Packet
Classifying
Packet
Scheduling
Luồng gói
đến
Bản tin
RSVP
đều bao gồm giá trị time-out qui định thời gian quá trình dành riêng hết hiệu lực.
Giá trị này được các nút dùng để đặt các bộ đếm bên trong. Khi hết thời gian, sự
dành riêng dùng các thông tin về đường đi sẽ bị xoá bỏ. Để tránh trường hợp do bị
lỗi các phiên RSVP không được huỷ bỏ khi mà luồng gói đã được truyền xong làm
lãng phí tài nguyên mạng.
Trong hai phương pháp báo hiệu trên thì RSVP có cơ chế Admission control
còn IP Precedence thì không có.

Hình 1. 11 Quá trình gửi resv message .
Một vài năm trước RSVP là phưong pháp dẫn đầu để bổ sung QoS vào mạng
IP. Một máy chủ IP hỗ trợ RSVP có thể yêu cầu rất rõ ràng các tham số QoS
(64kb/s, 100ms trễ ổn định…) từ mạng, và các bộ định tuyến RSVP có thể cung cấp
QoS cần thiết. . Vì thế, các yêu cầu RSVP thay đổi không những trong các bộ định
tuyến mà còn trong tất cả các máy chủ, không giống như hầu hết các phưong pháp
QoS khác chỉ cung cấp trong bộ định tuyến . RSVP thực sự dự trữ trước tài nguyên
được yêu cầu, do đó, ví dụ một liên kết 1, 5Mb/s có thể cung cấp tới 24 yêu cầu
64kb/s và không hơn. Trong RSVP thưòng bên nhận (chủ) là thiết bị yêu cầu QoS,
chứ không phải là bên gửi (khách). Không có cơ chế nào làm cho máy chủ trả lại tài
nguyên cho mạng trong bất kỳ khe thời gian nào, điều này gây ra khó khăn khi đặt tỷ
lệ RSVP vào một môi trường có hàng ngàn máy chủ đang cần băng thông . Hầu hết

1. 4. 1. 15 Quản lý băng thông mạng con (SBM)
QoS chắc chắn chỉ tốt như các kết nối yếu nhất của nó. QoS “chuỗi” là
xuyên suốt giữa bên gửi và bên nhận, điều này có nghĩa là mỗi router phải tự cung
cấp kĩ thuật QoS để sử dụng . QoS “chuỗi” từ đầu tới cuối cũng là một vấn đề cần
quan tâm ở hai khía cạnh:
* Các host gửi và nhận:cung cấp QoS cho các ứng dụng
* Mạng LAN:cho phép QoS xử lý các khung có độ ưu tiên cao khi chúng đi
qua các mạng đa phương tiện (từ host tới host, host tới router, router tới
router )
SBM bao gồm:
 BA (Bandwidth Allocation) - Bộ phân phối băng thông :duy trì trạng thái
về sự phân phối tài nguyên ở mạng con và nhà quản lý thực hiện điều
khiển theo nguồn tài nguyên sẵn có và theo hợp đồng của nhà quản lý.
 RM (Requestor Module) - Modul yêu cầu :tập trung vào mỗi trạm đầu
cuối và không tập trung vào các bộ chuyển mạch . Bản đồ giữa các mức
ưu tiên lớp 2 và các tham số giao thức QoS lớp cao phụ thuộc vào tài
nguyên có sẵn theo hợp đồng của nhà quản lý. Ví dụ, nếu được sử dụng
với RSVP thì nó có thể là bản đồ cơ sở của kiểu QoS hoặc các giá trị
traffic Specification (Viết tắt là Tspec) - mô tả lưu lượng, Rspec (Request
Specification) - mô tả yêu cầu hoặc Fspec (Filter Specification) - mô tả
bộ lọc.
Kiến trúc của các giao thức được mô tả trong sơ đồ sau:

Hình 1. 12 Kiến trúc của các giao thức
1. 4. 2 Báo hiệu QoS
Báo hiệu QoS cung cấp một cơ chế cho phép trạm cuối hoặc phần tử mạng
đưa ra yêu cầu về QoS với mạng. Báo hiệu là cần thiết để phối hợp giữa các nút
mạng với các kỹ thuật xử lý lưu lượng nhằm đảm bảo QoS xuyên suốt. Trong bất
kỳ mạng IP nào chất lượng dịch vụ từ đầu cuối tới đầu cuối được xây dựng từ chất
lượng dịch vụ trên một chuỗi các chặng mà lưu lượng đi qua. Khi đã có các cơ chế