Kết hợp diffserv và mpls trong việc đảm bảo dịch vụ internet

 Nén tải nhằm tăng dung lượng băng thông liên kết. Tuy nhiên, việc nén tải sẽ làm tăng độ trễ trong việc truyền dẫn do phải cần khoảng thời gian dài để thực hiện những thuật toán nhằm giải quyết việc nén dữ liệu.  Một cơ chế nén hiệu quả hơn đó là nén phần header. Cơ chế nén này đặc biệt hiệu quả đối với những mạng có gói chứa dữ liệu nhỏ ( tỉ số tải trên header là nhỏ). 1.3.4.2 Giảm trễ Để giảm trễ trong mạng, dưới đây là một số giải pháp:  Tăng dung lượng liên kết, với một dung lượng băng thông vừa đủ trên liên kết sẽ giúp rút ngắn chiều dài hàng đợi và như vậy gói sẽ không phải đợi lâu để được truyền đi. Mặt khác, thời gian phát định kỳ sẽ được giảm xuống. Tuy nhiên giải pháp sẽ không được khả thi do cùng việc tăng dung lượng thì giá thành cũng sẽ tăng theo.  Một giải pháp có tính hiệu quả hơn đó là tạo ra một cơ cấu hàng đợi có hỗ trợ quyền ưu tiên đối với những gói có yêu cầu độ trễ nhỏ bằng cách đưa các gói tin này lên hàng đầu.  Nén tải sẽ giảm được kích thước của gói và từ đó sẽ tăng được băng thông liên kết. Thêm vào đó, kích thước gói sẽ nhỏ hơn sau khi nén tải và gói sẽ yêu cầu thời gian truyền ngắn hơn. Tuy nhiên, để thực hiện nén tải cần được thực hiện thông qua các thuật toán phức tạp. Giải pháp này thường không được sử dụng đối với những gói truyền trong môi trường có độ trễ nhỏ.  Việc nén header không là công việc tập trung xử lý chính mà nó sẽ được kết 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.  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 và yêu cầu phải dự trữ một lượng băng thông và độ trễ nhất định. Để đảm bảo cho mỗi dòng, IntServ mô tả hai thành phần: dự trữ tài nguyên và điều khiển lưu lượng. Dự trữ tài nguyên cho phép luồng dữ liệu riêng biệt yêu cầu một IP Data FIFO queuing Custom Queuing (CQ) Modified Deficit Round Robin (MDRR) Weighted Random Early Detection (WRED) lượng băng thông và độ trễ thích hợp. Nếu việc báo hiệu thành công, thì các thành phần mạng sẽ phải dự trữ lượng băng thông cần thiết. Còn điều khiển lưu lượng Intserv sẽ quyết định yêu cầu dự trữ nào sẽ bị từ chối. Nếu tất cả các yêu cầu được chấp nhận thì sẽ có quá nhiều luồng lưu lượng đi trong mạng và kết quả sẽ không có luồng nào được nhận dịch vụ yêu cầu cả. Hình 1.4 Kiến trúc dịch vụ Intserv 1.4.1.1 Giao thức dự trữ tài nguyên RSVP (Resource Reservation Protocol) RSVP là một giao thức cho việc thiết lập các dự trữ tài nguyên. Giao thức RSVP được các máy chủ sử dụng để yêu cầu các chất lượng dịch vụ đặc biệt từ mạng cho các ứng dụng riêng biệt như các dòng dữ liệu hay các luồng thông tin. Các router cũng có thể sử dụng giao thức này để thiết lập, duy trì và phân phối các yêu cầu QoS cho các node hoạt động dọc theo đường dẫn. Kết quả là các tài nguyên sẽ được dự trữ cho mỗi node theo đường dữ liệu. RSVP phải mang các thông tin sau:  Thông tin phân loại, nhờ nó mà các luồng lưu lượng với các yêu cầu QoS cụ 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 vậy tất cả các thành phần mạng này phải tham gia vào việc đảm bảo các yêu cầu QoS của ứng dụng. 1.4.1.2 Cách thức hoạt động của RSVP Cách thức hoạt động của RSVP dựa trên việc giành dự trữ tài nguyên trước khi truyền dữ liệu. Có hai loại bản tin RSVP chính được sử dụng để báo hiệu. Bên gởi sẽ gởi bản tin đường dẫn PATH và các thông tin phân loại đến bên nhận để xác định các thuộc tính của lưu lượng sẽ gởi. Mỗi node trung gian sẽ chuyển tiếp bộ bản tin PATH tới các node kế tiếp. Khi nhận được bản tin PATH, bên nhận được sẽ đáp ứng lại bằng một bản tin RESV. Bản tin RESV xác nhận phiên có chứa thông tin về số cổng dành riêng và mức QoS mà bên nhận yêu cầu. Các node trung gian trên đường đi có thể chấp nhận hay từ chối các yêu cầu trong bản tin RESV. Nếu yêu cầu bị từ chối, router sẽ gởi bản tin Error cho bên nhận và quá trình báo hiệu sẽ kết thúc. Nếu yêu cầu được chấp nhận tài nguyên sẽ được dự trữ cho luồng và các thông tin trạng thái liên quan của luồng sẽ được cài đặt vào router. Một đặc điểm quan trọng của RSVP là việc dự trữ tài nguyên được thực hiện bởi “trạng thái mềm”. Có nghĩa là trạng thái dự trữ tài nguyên có liên quan tới một bộ định thời, và khi bộ định thời hết hạn, việc dự trữ trước tài nguyên được loại bỏ. Nếu bên nhận muốn lưu lại trạng thái dự trữ tài nguyên nào, nó phải đều đặn gửi các bản tin dự trữ tài nguyên. Bên gởi cũng phải thường xuyên gửi các bản tin này. RSVP được thiết kế dành cho kiến trúc Intserv nhưng vai trò của nó cũng được mở rộng cho giao thức báo hiệu trong MPLS. Hình 1.5 Giao thức RSVP 1.4.2 Dịch vụ phân biệt Diffserv Việc thực hiện kiến trúc IntServ gặp nhiều khó khăn, nó gây ra mức giá yêu cầu cao cho nguồn xử lý (processing power) và báo hiệu. Đối với mạng đường trục lớn, nhiều phiên kết nối, RSVP truyền thống yêu cầu các bộ định thời cho mỗi phiên và sự phân loại trong mỗi router làm cho bộ xử lý và bộ nhớ trở nên khó đáp ứng. Do đó chỉ áp dụng được cho những mạng có số các luồng dữ liệu là nhỏ. Mục đích của việc đưa ra dịch vụ Diffserv để nhằm đạt được tính linh động. Diffserv trái ngược với Intserv là dựa trên từng luồng dữ liệu, nó phân loại các gói thành một số lượng không lớn các tập (gọi là các lớp) và do đó đạt được hiệu quả cho các mạng lớn. Các chức năng đơn giản được thực hiện tại router lõi, trong khi các chức năng phức tạp được triển khai tại các router biên. Tính linh động rất là cần thiết vì dịch vụ mới có thể xuất hiện và một số dịch vụ trở lên lỗi thời. Do đó Diffserv không cần thiết phải xác định dịch vụ như là Inserv, thay vào đó nó cung cấp các thành phần chức năng mà trên đó dịch vụ có thể được xây dựng. Việc thông tin giữa người dùng và dịch vụ sẽ nằm trong Bản Thỏa Thuận mức dịch vụ SLA (Service Level Agreement), việc đối xử luồng lưu lượng tương ứng với bản SLA. Việc xác định SLA sẽ được cung cấp bao nhiêu tài nguyên sẽ được cấu hình tay. Kiến trúc Diffserv bao gồm hai tập các thành phần chức năng:  Tại biên của mạng, việc phân loại và điều khiển lưu lượng được thực hiện và các gói được phân vào các lớp.  Tại lõi, một cơ chế phân loại đơn giản được thực hiện. Cơ chế hàng đợi dựa trên lớp được áp dụng. ` ` ` ` S1 S2 R2 R1 DiffSert Domain ER1 ER2 ER3 ER4 CR5 CR6 CR7 ` ` -phân loại (classification) -chính sách ( policing ) -định hướng ( shaping) -đánh dấu DSCP (marker) -nhìn vào trường DSCP -cung cấp các đối xử dựa trên giá trị của DSCP Hình 1.6 Kiến trúc dịch vụ Diffserv 1.4.2.1 Các thuật ngữ sử dụng trong Diffserv Kiến trúc dịch vụ phân biệt DiffServ định nghĩa một số thuật ngữ thường sử dụng sau đây:  Miền (Domain): là mạng có chung các thực thi ( thường thì chung sự điều khiển của quản trị)  Vùng (Region): là nhóm các miền DiffServ kế cận  Node vào (Ingress node): là node đầu tiên mà gói tin đi vào miền Diffserv  Node ra (Egress node): là node cuối cùng mà gói tin đi ra khỏi miền Diffserv  Trường DS (DiffServ field): octet TOS của mào đầu IPv4 hoặc octet lớp lưu lượng của mào đầu IPv6 và được đổi tên là DS bởi DiffServ. Nó là trường nơi các lớp dịch vụ được gửi kèm.  Điểm mã dịch vụ phân biệt (Differantiated Service Code Point_DSCP): là các giá trị đặc biệt được chỉ định cho trường DiffServ.  Tập hợp đối xử (Behavior Aggretate-BA): Là tập hợp các gói tin của node dịch vụ phân biệt có cùng mã DSCP.  Phân lớp BA (BA classifier): Phân lớp các gói dựa trên mã DSCP (Differential Service Code Point).  Bộ phân lớp (Classifier) : Quá trình sắp xếp các gói dựa trên nội dung của header của gói theo quy luật xác định.  Thỏa thuận mức dịch vụ (Service level Agreement_SLA): là dịch vụ liên hệ giữa khách hàng và nhà cung cấp dịch vụ chỉ rõ xu hướng yêu cầu của khách hàng. Khách hàng có thể là một tổ chức người dùng hoặc phạm vi nhà cung cấp ( phạm vi đi ngược dòng).  Sự phân lớp đa môi trường (Multifield Classifier) là sự phân lớp của gói dựa trên nội dung của các trường như địa chỉ nguồn, địa chỉ đích, byte ToS, giao thức ID, số cổng nguồn và số cổng đích.  Đối xử từng chặn (Per-Hop Behavior_PHB): là tại mỗi node các gói BA sẽ được chuyển tiếp hay được phục vụ.  Đánh dấu (Marking) là quá trình thiết lập các trường DS của các gói.  Chính sách (policing) là quá trình xử lý các dạng lưu lượng, ví dụ như loại bỏ (drop) các gói vượt quá.  Định dạng (Shaping): là quá trình đệm các gói tin trong luồng lưu lượng tạo cho nó tương thích với hiện trạng lưu lượng đã định nghĩa.  Hàng đợi (Queuing): điều khiển chiều dài của gói hàng đợi bằng cách loại bỏ các gói khi cần thiết hoặc cho phù hợp. 1.4.2.2 Điểm mã dịch vụ phân biệt DSCP (DiffServ code point) Các đặc tính kỹ thuật trước đây, IP đã dự trữ một số bit trong header cho việc hỗ trợ các chất lượng dịch vụ QoS. Đối với IPv4 octet thứ hai của header là octet ToS (Type of Service) còn đối với IPv6 thì đó là octet lớp lưu lượng (Traffic Class). Các giá trị của trường DS đó chính là điểm mã dịch vụ phân biệt DSCP. Các node dịch vụ DiffServ sẽ phục vụ các gói tin tương ứng với điểm mã này. IP Precedence ToS Field ToS byte DS Field DSCP ECN unused 0-2 3-5 6-7 0-5 6-7 Mào đầu IP trước khi DiffServ Sau khi DiffServ Hình 1.7 Byte ToS trước và sau DiffServ Trường ToS chứa 8 bit, 6 trong số chúng được sử dụng để biểu thị cho DSCP. Với 6 bit trường DS sẽ có 64 giá trị nhị phân tương ứng với 64 trạng thái chất lượng dịch vụ chứa trong 3 “bộ trữ” (pool). Trong đó sẽ có 2 bộ trữ với 32 giá trị được dự trữ cho thực nghiệm hay sử dụng cục bộ. Các đặc tính DiffServ hiện nay khuyến cáo sử dụng 21 giá trị trong bộ trữ thứ 3 (21 giá trị này sẽ được mô tả trong Bảng 1.2). Hình 1.8 Khung DSCP 1.4.2.3 Xử lý từng chặn PHB (Per-hop Behavior) Kiến trúc DiffServ định nghĩa đối xử từng chặn PHB cho việc xử lý chuyển tiếp gói tin tại mỗi node mạng áp dụng một tập hợp đối xử BA. Nó mô tả các đặc tính về chất lượng dịch vụ như độ trễ, độ trượt hay mất gói của gói tin khi đi qua node dịch vụ DiffServ. Trường DSCP : 6 bits Chưa sử dụng