Tài liệu Chất lượng dịch vụ IP

3.1.1. Các yêu cầu chức năng chung của IntServ 34 3.1.2. Giao thức dành trước truy nhập RSVP 37 3.2. Mô hình phân biệt dịch vụ DiffServ 42 3.2.1. Tổng quan về kiến trúc DiffServ 42 3.2.2. Miền phân biệt dịch vụ DS và ñiểm mã phân biệt dịch vụ DSCP 44 3.2.3. Các phương pháp xử lý gói trong DiffServ 45 3.3. IP QoS và công nghệ chuyển mạch nhãn ña giao thức MPLS 48 6 Bài tập 55 Tài liệu tham khảo 58 DANH MỤC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH VẼ Tiêu ñề Trang Hình 1.1: Các khía cạnh của chất lượng dịch vụ 2 Hình 1.2: Trường kiểu dịch vụ trong tiêu ñề IPv4 5 Hình 1.3: Các thành phần trong cơ cấu ñảm bảo QoS 10 Hình 2.1: Các bước phát triển của mô hình QoS 13 Hình 2.2: Tích hợp dịch vụ và phân biệt dịch vụ 14 Hình 2.3: Băng thông khả dụng 16 Hình 2.4: Trễ tích luỹ từ ñầu cuối tới ñầu cuối 17 Hình 2.5: Trễ xử lý và hàng ñợi 17 Hình 2.6: Tổn thất gói vì hiện tượng tràn bộ ñệm ñầu ra 18 Hình 2.7: Các yêu cầu chức năng cơ bản của bộ ñịnh tuyến IP 19 Hình 2.8: Phương pháp phân loại gói ña trường chức năng 20 Hình 2.9: Phương pháp phân loại gói theo hành vi kết hợp 20 Hình 2.10: Nguyên lý quản lý hàng ñợi thụ ñộng 21 Hình 2.11: Sơ ñồ nguyên lý lập lịch gói tin IP 22 Hình 2.12: Khoảng thời gian CIR và CBS 23 Hình 2.13: Gáo C, gáo E và chế ñộ mù màu srTCM 25 Hình 2.14: Chế ñộ hoạt ñộng rõ màu srTCM 25 Hình 2.15: Gáo rò C,P và chế ñộ hoạt ñộng mù màu trTCM 25 Hình 2.16: Chế ñộ hoạt ñộng rõ màu trTCM 26 Hình 2.17: Sơ ñồ nguyên lý hoạt ñộng của RED 27 Hình 2.18: Hoạt ñộng thông báo tắc nghẽn hiện 28 Hình 2.19: Hàng ñợi ưu tiên PQ 29 Hình 2.20: Hàng ñợi cân bằng FQ 29 Hình 2.21: Hàng ñợi quay vòng theo trọng số WRR 31 Hình 2.22: Chia cắt lưu lượng thuần 32 Hình 2.21: Chia cắt lưu lượng bùng nổ kiểu gáo rò 33 Hình 3.1: Mô hình tích hợp dịch vụ IntServ 34 Hình 3.2: Nguyên lý hoạt ñộng RSVP 38 Hình 3.3: Các kiểu dành trước tài nguyên 38 Hình 3.4: Khuôn dạng bản tin RSVP và tiêu ñề chung RSVP 39 Hình 3.5: Khuôn dạng bản tin ñối tượng 40 Hình 3.6: Khuôn dạng ñối tượng kiểu 41 Hình 3.7: Cấu trúc bản tin Path và Resv 41 7 Hình 3.8: Mô hình các bước phân biệt dịch vụ DiffServ 43 Hình 3.9: Xử lý gói trong mô hình DiffServ 43 Hình 3.10: Miền phân biệt dịch vụ DS 44 Hình 3.11: Cấu trúc trường phân biệt dịch vụ DS 45 Hình 3.12: Xử lý chuyển tiếp nhanh EF PHB 46 Hình 3.13: Các phân lớp chuyển tiếp ñảm bảo AF PHB 47 Hình 3.14: Dịch vụ phân biệt với PHB và TCA 48 Hình 3.15: Thực hiện phân bổ nhãn qua RSVP-TE 50 Hình 3.16: Cấu trúc bản tin RSVP-TE 51 Bảng 1.1: Thứ tự và ý nghĩa các giá trị ưu tiên trong trường ToS 5 Bảng 1.2: Các ñặc tính phân lớp QoS cho mạng IP theo ITU-T 8 Bảng 1.3: Phân lớp QoS theo quan ñiểm của ETSI 9 Bảng 1.4: Các vùng dịch vụ của B-ISDN 9 Bảng 1.5: Phân vùng dịch vụ theo diễn ñàn ATM 9 Bảng 3.1: Các bít sử dụng cho ñiều khiển chia sẻ 41 Bảng 3.2: Các bít sử dụng cho ñiều khiển lựa chọn máy gửi 41 Bảng 3.3: Các khối ñiểm mã dịch vụ phân biệt DSCP 45 Bảng 3.4: Chi tiết các phân lớp chuyển tiếp ñảm bảo AF PHB 47 8 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ QOS Chương ñầu tiên của cuốn bài giảng này giới thiệu các vấn ñề tổng quan về chất lượng dịch vụ QoS, phương pháp tiếp cận trong chương này ñi từ các thuật ngữ, ñịnh nghĩa, yêu cầu và các vấn ñề cơ bản của chất lượng dịch vụ tới các mô hình và cơ cấu khung làm việc của chất lượng dịch vụ QoS trong mạng chuyển mạch gói nói chung, các vấn ñề chung sẽ ñược chi tiết hoá trong các chương tiếp theo. 1.1 CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ QoS VÀ CÁC THAM SỐ QoS. 1.1.1. Các vấn ñề chung của chất lượng dịch vụ QoS Chất lượng dịch vụ QoS là một khái niệm rộng và có thể tiếp cận theo nhiều hướng khác nhau. Theo khuyến nghị E 800 ITU-T chất lượng dịch vụ là “Một tập các khía cạnh của hiệu năng dịch vụ nhằm xác ñịnh cấp ñộ thoả mãn của người sử dụng ñối với dịch vụ”. ISO 9000 ñịnh nghĩa chất lượng là “cấp ñộ của một tập các ñặc tính vốn có ñáp ứng ñầy ñủ các yêu cầu”. Trong khi IETF [ETSI - TR102] nhìn nhận QoS là khả năng phân biệt luồng lưu lượng ñể mạng có các ứng xử phân biệt ñối với các kiểu luồng lưu lượng, QoS bao trùm cả phân loại hoá dịch vụ và hiệu năng tổng thể của mạng cho mỗi loại dịch vụ. Một tính chất chung của chất lượng dịch vụ là: “Hiệu ứng chung của ñặc tính chất lượng dịch vụ là xác ñịnh mức ñộ hài lòng của người sử dụng ñối với dịch vụ”. Ngoài ra, QoS mang một ý nghĩa là “khả năng của mạng ñảm bảo và duy trì các mức thực hiện nhất ñịnh cho mỗi ứng dụng theo như các yêu cầu ñã ñược chỉ rõ của mỗi người sử dụng”. Chất lượng dịch vụ QoS ñược nhìn nhận từ hai khía cạnh: phía người sử dụng dịch vụ và phía mạng. Từ khía cạnh người sử dụng dịch vụ, QoS ñược coi là mức ñộ chấp nhận dịch vụ của người sử dụng và thường ñược ñánh giá trên thang ñiểm ñánh giá trung bình MoS (Mean of Score). QoS cần ñược cung cấp cho mỗi ứng dụng ñể người sử dụng có thể chạy ứng dụng ñó và mức QoS mà ứng dụng ñòi hỏi chỉ có thể ñược xác ñịnh bởi người sử dụng, bởi vì chỉ người sử dụng mới có thể biết ñược chính xác ứng dụng của mình cần gì ñể hoạt ñộng tốt. Tuy nhiên, không phải người sử dụng tự ñộng biết ñược mạng cần phải cung cấp những gì cần thiết cho ứng dụng, họ phải tìm hiểu các thông tin cung cấp từ người quản trị mạng và chắc chắn rằng, mạng không thể tự ñộng ñặt ra QoS cần thiết cho một ứng dụng của người sử dụng. MOS dao ñộng từ mức (1-tồi) ñến mức (5- xuất sắc) và các nhà cung cấp dịch vụ dựa vào mức MOS này ñể ñưa ra mức chất lượng dịch vụ phù hợp cho dịch vụ của mình. 9 Khuyến nghị ITU-T G107 phát triển mô hình E ñể ñánh giá chất lượng dịch vụ thoại qua IP là một mô hình ưu việt trong phát triển kế hoạch truyền dẫn, kết quả của mô hình E là một giá trị truyền dẫn chung gọi là nhân tố tốc ñộ truyền dẫn R (Transmission Rating Factor) thể hiện chất lượng ñàm thoại giữa người nói và người nghe. R dao ñộng từ 1 ñến 100 tuỳ thuộc vào các sơ ñồ mạng cụ thể. Giá trị R càng lớn thì mức chất lượng dịch vụ càng cao. ðối với dịch vụ thoại qua IP, mô hình E là một công cụ ñắc lực ñể ñánh giá chất lượng dịch vụ. Mô hình E có thể ñược sử dụng ñể hiểu các ñặc ñiểm của mạng và thiết bị ảnh hưởng như thế nào ñến chất lượng thoại trong mạng VoIP. Các yếu tố ảnh hưởng ñến sự suy giảm R là loại mã hoá, ñộ trễ, tiếng dội, mất gói, và thuật toán mã hoá thông tin. Giá trị ñầu ra của mô hình E có thể chuyển thành giá trị MOS tương ứng ñể ñánh giá chất lượng dịch vụ [1]. Từ khía cạnh dịch vụ mạng, QoS liên quan tới năng lực cung cấp các yêu cầu chất lượng dịch vụ cho người sử dụng. Có hai kiểu năng lực mạng ñể cung cấp chất lượng dịch vụ trong mạng chuyển mạch gói.  Thứ nhất, mạng chuyển mạch gói phải có khả năng phân biệt các lớp dịch vụ.  Thứ hai, một khi mạng có các lớp dịch khác nhau, mạng phải có cơ chế ứng xử khác nhau với các lớp bằng cách cung cấp các ñảm bảo tài nguyên và phân biệt dịch vụ trong mạng. Hình 1.1 dưới ñây chỉ ra các ñặc ñiểm cơ bản của chất lượng dịch vụ. Hình 1.1: Các khía cạnh của chất lượng dịch vụ 10 Các phương pháp cơ bản ñể xác ñịnh chất lượng dịch vụ mạng bao gồm quá trình phân tích lưu lượng và các ñiều kiện của mạng, thông qua các bài toán ñược mô hình hoá hoặc ño kiểm trực tiếp các thông số mạng ñể ñánh giá các tiêu chuẩn khách quan. Mức ñộ chấp nhận dịch vụ từ phía người sử dụng có thể ñược kiểm tra qua các thông số mạng như khả năng tổn thất gói, ñộ trễ, trượt và xác suất tắc nghẽn. Số lượng và ñặc tính các tham số chất lượng phụ thuộc rất lớn vào cơ cấu mạng cung cấp dịch vụ. Một khung làm việc chung của kiến trúc chất lượng dịch vụ QoS ñược nhìn từ khía cạnh mạng gồm có:  Các phương pháp ñể yêu cầu và nhận các mức của dịch vụ qua các hình thức thỏa thuận mức dịch vụ SLA (Service Level Agreements). Một SLA là ñịnh dạng yêu cầu mức dịch vụ gồm có các tham số QoS như băng thông, ñộ trễ. Các thỏa thuận này là một hình thức giao kèo dịch vụ giữa khách hàng và nhà cung cấp dịch vụ. Các nhà cung cấp dịch vụ cần SLA ñể hướng lưu lượng ñầu vào của khách hàng tới mạng phù hợp, còn người sử dụng cần SLA ñể hiểu các ứng dụng của mình nhận ñược các mức dịch vụ như thế nào.  Báo hiệu, phân phối bộ ñệm và quản lý bộ ñệm cho phép ñáp ứng yêu cầu mức dịch vụ thông qua các giao thức dành trước tài nguyên cho ứng dụng.  ðiều khiển những ứng dụng có sai lệch trong việc thiết lập các mức dịch vụ, thông qua quá trình phân loại lưu lượng, hướng tới chính sách quản lý và thực thi ñối với từng luồng lưu lượng nhằm xác ñịnh kỹ thuật ñiều khiển lưu lượng phù hợp.Phân loại lưu lượng có thể sử dụng ở lớp liên kết, lớp mạng, truyền tải hoặc các lớp khác cao hơn. Phương pháp sắp xếp cho luồng lưu lượng qua mạng trong một chừng mực nào ñó mà có thể ñảm bảo thoả thuận các mức dịch vụ sử dụng, bằng các phương pháp ñịnh tuyến trên nền tảng QoS.  Các phương pháp tránh tắc nghẽn, quản lý tắc nghẽn, hàng ñợi, và thiết lập ñể ngăn chặn các ñiều kiện sự cố mạng gây ra những hậu quả bất lợi ảnh hưởng tới mức dịch vụ. Quản lý tắc nghẽn cho phép các thành phần mạng ñể ñiều khiển tắc nghẽn bằng cách xác ñịnh thứ tự trong các gói ñược truyền ñi dựa vào các quyền ưu tiên hoặc là các mức dịch vụ gán cho các gói tin ñó. Nó cần tạo ra hàng ñợi, chỉ ñịnh các gói tin tới hàng ñợi và thiết lập các gói tin trong hàng ñợi. Quản lý tắc nghẽn không phải là cơ chế phòng ngừa, nhưng là một cơ chế tác ñộng ngược khi các ñiều kiện tắc nghẽn phát sinh trong mạng. Cắt giảm và dò tìm ngẫu nghiên RED (Random Early Detection) là một trong các kỹ thuật ñể ngăn ngừa tắc nghẽn. Thuật toán RED tận dụng các tính năng tác ñộng ngược của TCP và rất phù hợp tới mạng TCP/IP. Các tác ñộng ngược cho phép cắt giảm lưu lượng cấp phát vào mạng khi tốc ñộ ñường truyền chậm. Tận dụng các tính năng này, thuật 11 toán RED thực hiện cắt giảm các gói tin ngẫu nhiên thậm chí trước khi sự tắc nghẽn xảy ra.  Chính sách quản lý cho phép thực hiện các luật áp dụng cho các gói tin qua mạng trên nền chính sách chung. Mỗi lớp lưu lượng có một giới hạn nhất ñịnh số các gói tin ñược chấp nhận trong một khoảng thời gian nhất ñịnh. Chính sách quản lý liên quan các hoạt ñộng của thiết bị xử lý gói tin và hiện trạng của mạng từ ñó sẽ quyết ñịnh hình thức thỏa thuận mức dịch vụ. Một các tiếp cận khác về QoS ñược nhìn nhận từ phía mạng là tiếp cận theo mô hình phân lớp trong mô hình tham chiếu hệ thống mở OSI (Open System Interconnection), QoS ñược ñánh giá trong một số lớp sau:  Lớp ứng dụng AL (Application Layer): Chất lượng dịch vụ QoS ñược nhận thức là “mức ñộ dịch vụ”. Khái niệm này rất khó ñược ñịnh lượng chính xác, chủ yếu dựa vào ñánh giá của con người, mức ñộ hài lòng ñối với dịch vụ ñó.  Lớp truyền tải TL (Transport Layer): Chất lượng dịch vụ ñược thực hiện bởi kiến trúc logic của mạng, các cơ chế ñịnh tuyến và báo hiệu ñảm bảo chất lượng dịch vụ.  Lớp mạng NL (Network Layer): Chất lượng dịch vụ ñược thể hiện qua các tham số lớp mạng tương ñối gần với các tham số chúng ta thường gặp, ñược biểu diễn thông qua các ñại lượng toán học như: Tỷ lệ lỗi, giá trị trung bình, giá trị lớn nhất của các tham số như băng thông, ñộ trễ và ñộ tin cậy của luồng lưu lượng.  Lớp liên kết dữ liệu DLL (Data Link Layer): Chất lượng dịch vụ ñược thể hiện qua các tham số truyền dẫn, tỉ lệ lỗi thông tin, các hiện tượng tắc nghẽn và hỏng hóc của các tuyến liên kết. Như vậy, chất lượng dịch vụ QoS tại các mức cao của mô hình hướng về phía người sử dụng dịch vụ liên quan tới các hệ thống giao thức và phần mềm ñiều khiển, trong khi các mức thấp hướng về các ñặc tính của hệ thống mạng truyền thông chủ yếu liên quan tới cấu trúc mạng, tài nguyên sử dụng trong các nút và liên kết. 1.1.2. Cấp ñộ dịch vụ GoS (Grade of Service) Một khía cạnh kỹ thuật của chất lượng dịch vụ thường ñược nhìn nhận như là cấp ñộ dịch vụ GoS, GoS thường ñược sử dụng trong công nghiệp viễn thông ñể chỉ ra các thành phần bổ sung chất lượng dịch vụ tổng thể của người sử dụng nhận ñược. Rất nhiều các thành phần gồm cả phía kỹ thuật mạng và người sử dụng ñược ñánh giá qua cấp ñộ dịch vụ, chủ yếu là các thành phần kỹ thuật có thể ño ñược như (băng thông, trễ). Cấp ñộ dịch vụ ñược ñịnh nghĩa dưới ñây: Nếu có một sự kiện lỗi xảy ra trong một mạng, hoặc một phần của mạng thì lưu lượng sẽ tăng lên rất nhanh vượt quá giới hạn xử lý của mạng, và kết quả là có hiện tượng tắc 12 nghẽn xảy ra, hoặc kiến trúc của các thành phần chuyển tiếp thông tin tạo ra giới hạn ñộ thông qua. Các giới hạn này ảnh hưởng tới dịch vụ cung cấp tới khách hàng, và cấp ñộ của các giới hạn này ñược giải thích bằng các tham số GoS thích hợp (ví dụ như xác suất mất gói, trễ trung bình, tỉ lệ lỗi, v..v). Vì vậy, cấp ñộ dịch vụ liên quan tới các khía cạnh thông tin cung cấp trên luồng lưu lượng của chất lượng dịch vụ QoS. GoS ñược sử dụng lần ñầu trong các ứng dụng chuyển mạch kênh, GoS xác ñịnh khả năng tắc nghẽn hoặc trễ của các cuộc gọi trong một khoảng thời gian và thường ñược biểu diễn dưới dạng phần trăm (%). Khả năng tắc nghẽn cuộc gọi hay còn gọi là khả năng tổn thất cuộc gọi xảy ra khi không thể thiết lập một cuộc gọi từ một tuyến ñầu vào rỗi ra một tuyến ñầu ra thích hợp. Các yếu tố ảnh hưởng chính tới GoS trong trường hợp này là do cấu trúc trường chuyển mạch, kiến trúc ñiều khiển của hệ thống chuyển mạch. Khía cạnh trễ của các cuộc gọi trong chuyển mạch kênh là một tham số ñánh giá GoS bao gồm trễ thiết lập, trễ truyền và trễ giải phóng các kết nối cho cuộc gọi. [2] Một cách tổng thể, cấp ñộ dịch vụ GoS phụ thuộc rất lớn vào kiến trúc chuyển mạch trên cả phương diện phần cứng và phần mềm ñiều khiển, ñồng thời phụ thuộc vào mẫu lưu lượng ñưa tới hệ thống. Cùng với một kiến trúc xử lý với các mẫu lưu lượng khác nhau sẽ có các cấp ñộ dịch vụ khác nhau. 1.1.3. Kiểu dịch vụ ToS và lớp dịch vụ CoS Khái niệm kiểu dịch vụ ToS (Type of Service) và lớp dịch vụ CoS (Class of Service) thường ñược mô tả tường minh tại tiêu ñề của các gói tin. ðể dễ dàng nhận thức các vấn ñề này ta xem xét tại tiêu ñề gói tin IP. Lớp dịch vụ chia lưu lượng mạng thành các lớp khác nhau và cung cấp các dịch vụ cho từng gói tin theo lớp dịch vụ mà gói tin thuộc vào ñó. Mỗi một lớp dịch vụ xác ñịnh một mức yêu cầu chất lượng dịch vụ. ðề nhận dạng một lớp dịch vụ, các thiết bị mạng xác ñịnh theo một số yếu tố gồm: Kiểu dịch vụ ToS và thứ tự ưu tiên của dịch vụ; Nhận dạng của thiết bị gửi, nhận dạng của thiết bị nhận dịch vụ. Các trường chức năng của ToS trong tiêu ñề IPv4 ñược trình bày trong hình 1.2 dưới ñây. Hình 1.2: Trường kiểu dịch vụ trong tiêu ñề IPv4 Giá trị ưu tiên Ý nghĩa 7 (111) 6(110) 5(101) ðiều khiển mạng ðiều khiển liên mạng Tới hạn, ñặc biệt 13 4(100) 3(011) 2(010) 1(001) 0(000) Truyền nhanh (tràn lụt) Truyền nhanh Lập tức Ưu tiên Bình thường Bảng 1.1: Thứ tự và ý nghĩa các giá trị ưu tiên trong trường ToS Giá trị ưu tiên (IP precedence) gồm 3 bit xác nhận mức ñộ ưu tiên, dựa vào ñó các bộ ñịnh tuyến ñưa ra các quyết ñịnh chuyển tiếp thông tin qua mạng. Như chỉ ra trên bảng 1.1, thứ tự ưu tiên cao nhất ñược gán cho các gói ñiều khiển mạng, ñiều ñó ñảm bảo các gói liên quan tới ñiều khiển và tái cấu hình mạng luôn có cơ hội chuyển qua mạng cao nhất ngay cả trong những trường hợp tắc nghẽn cục bộ. Các gói có thứ tự ưu tiên thấp nhất là các gói sẽ ñược bỏ khi có hiện tượng tắc nghẽn xảy ra. Cùng với các phân thứ tự ưu tiên cho các gói theo cách trên, ToS xác ñịnh thứ tự ưu tiên theo mục tiêu chất lượng dịch vụ tương ứng với: ðộ thông qua T (Throughput), trễ D (Delay) hoặc ñộ tin cậy R (Reliability). Các giá trị này ñặt các bit T,D,R theo giá trị bit (0) cho giá trị bình thường và giá trị bit (1) cho các ñặc tính ưu tiên tốt. Một số bit trong trường chức năng ToS ñể dự phòng trong tương lai. Lớp dịch vụ CoS khi kết hợp với mô hình phân biệt dịch vụ DiffServ (Differentiated Service) sẽ thay thế 3 trường chức năng IP precedence bằng các giá trị ñiểm mã dịch vụ ñược ñịnh nghĩa riêng bởi DiffServ ñể mô tả các thứ tự ưu tiên lưu lượng. Vấn ñề này sẽ ñược trình bày trong chương 3. 1.1.4. Các tham số chất lượng dịch vụ Các yêu cầu chất lượng dịch vụ phải ñược biểu thị theo các tham số QoS ño ñược. Các tham số thông thường nhất thường ñược biết ñến là các tham số: Băng thông, ñộ trễ, trượt, giá và xác suất mất gói. Các tham số sử dụng ñể tính toán QoS có thể tuỳ thuộc vào kiểu mạng: Băng thông, ñộ trễ, giá và ñộ tin cậy là các tham số thường ñược sử dụng trong mạng IP; sự biến ñổi tốc ñộ tế bào, tỉ lệ mất tế bào và trễ chuyển giao là các tham số thường sử dụng trong mạng ATM; Trong khi ñó ñối với các mạng không dây, các tham số ño thường sử dụng là băng thông, nhiễu, suy hao và ñộ tin cậy. Trong khung làm việc chung của QoS , ba dạng tham số ño tổng quát gồm:  Các tham số tính cộng (ví dụ như trễ, trượt, giá và số bước nhảy).  Các tham số tính nhân (ví dụ như ñộ tin cậy).  Các tham số tính lõm (ví dụ như băng thông). (i) ðộ tin cậy ðể xác ñịnh ñộ ổn ñịnh của hệ thống, người ta thường xác ñịnh ñộ khả dụng của hệ 14 thống, ñồng nghĩa với ñộ khả dụng của hệ thống và ñược nhìn nhận từ khía cạnh mạng là ñộ tin cậy của hệ thống. ðộ khả dụng của mạng càng cao nghĩa là ñộ tin cậy của mạng càng lớn và ñộ ổn ñịnh của hệ thống càng lớn. ðộ khả dụng của mạng thường ñược tính trên cơ sở thời gian ngừng hoạt ñộng và tổng số thời gian hoạt ñộng. Ví dụ, ñộ khả dụng của các hệ thống chuyển mạch gói hiện nay là 99,995% thì thời gian ngừng hoạt ñộng trong một năm vào khoảng 26 phút. (i) Băng thông Băng thông biểu thị tốc ñộ truyền dữ liệu cực ñại có thể ñạt ñược giữa hai ñiểm kết cuối. Có thể giải thích qua các phép tính toán như sau: Một mô hình trạng thái QoS của mạng thường ñược biểu diễn dưới dạng một ñồ thị G (V,E). Trong ñó, V là các nút còn E các liên kết. Lưu lượng vào mạng qua nút Vi và ra khỏi mạng ở nút Vj. Mỗi liên kết có 2 ñặc tính: C(i,j) là dung lượng liên kết, f(i,j) là lưu lượng thực tế. Gọi R(i,j) là băng thông dư. Khi ñó, nếu một kết nối có yêu cầu băng thông là Dk, thì kết nối ñược gọi là khả dụng khi và chỉ khi R(i,j)≥Dk. Một kết nối mới có thể ñược chấp nhận nếu tồn tại ít nhất một ñường dẫn khả dụng giữa 2 nút Vi và Vj. Băng thông là tốc ñộ truyền thông tin ñược tính theo (bit/s). (ii) ðộ trễ Là khoảng thời gian chênh lệch giữa các thiết bị phát và thiết bị thu. Trễ tổng thể là thời gian trễ từ ñầu cuối phát tới ñầu cuối thu tín hiệu (còn gọi là trễ tích luỹ). Mỗi thành phần trong tuyến kết nối như thiết bị phát, truyền dẫn, thiết bị chuyển mạch và ñịnh tuyến ñều có thể gây ra trễ. Các thành phần gây trễ chủ yếu gồm:  Trễ hàng ñợi: Là thời gian một gói phải trải qua trong một hàng ñợi khi nó phải ñợi ñể ñược truyền ñi trong một liên kết khác, hay thời gian cần thiết phải ñợi ñể thực hiện quyết ñịnh ñịnh tuyến trong bộ ñịnh tuyến. Nó có thể bằng 0 hoặc rất lớn vì phụ thuộc vào số gói có trong hàng ñợi và tốc ñộ xử lý.  Trễ truyền lan: Thời gian cần thiết ñể môi trường vật lý truyền dữ liệu. Ví dụ trễ truyền lan trong các truyền dẫn quang thường nhỏ hơn trong môi trường vô tuyến.  Trễ chuyển tiếp: Thời gian sử dụng ñể chuyển gói tin từ một tuyến này sang tuyến khác, hay thời gian ñược yêu cầu ñể xử lý các gói ñã ñến trong một nút. Ví dụ, thời gian ñể kiểm tra tiêu ñề gói và xác ñịnh nút tiếp theo ñể gửi ñi.  Trễ truyền dẫn: Là thời gian ñược yêu cầu ñể truyền tất cả các bit trong gói qua liên kết, trễ truyền dẫn ñược xác ñịnh trên thực tế của băng thông liên kết. (iii) Biến ñộng trễ Biến ñộng trễ là sự khác biệt về trễ của các gói khác nhau cùng trong một luồng lưu lượng. Biến ñộng trễ có tần số cao ñược gọi là jitter trong khi biến ñộng trễ có tần số thấp ñược gọi là wander. Biến ñộng trễ chủ yếu do sự sai khác về thời gian xếp hàng của các gói liên tiếp trong một luồng gây ra và là vấn ñề quan trọng nhất của QoS. Khi jitter nằm 15 vào khoảng dung sai ñịnh nghĩa trước thì nó không ảnh hưởng tới chất lượng dịch vụ. Nếu biến ñộng trễ quá lớn sẽ làm cho kết nối trong mạng bị ñứt quãng. Bộ ñệm Jitter ñược dùng ñể giảm tác ñộng “trồi /sụt” của mạng và tạo ra dòng gói ñến ñều ñặn hơn ở máy thu. Trong một số ứng dụng, như ứng dụng thời gian thực không thể chấp nhận rung pha. Biến ñộng trễ lớn có thể ñược xử lý bằng bộ ñệm, song nó lại làm tăng trễ nên lại nảy sinh các khó khăn khác. (iv) Tổn thất gói Tổn thất gói có thể xảy ra theo từng cụm hoặc theo chu kỳ do mạng bị tắc nghẽn liên tục, hoặc xảy ra trên chính các trường chuyển mạch gói. Mất gói theo chu kì ở khoảng 5-10% số gói phát ra có thể làm giảm chất lượng mạng xuống cấp ñáng kể. Từng gói bị mất không thường xuyên cũng khiến kết nối gặp khó khăn. Xác suất mất gói là giá trị giá trị ñược nhân lên từ xác suất mất gói ñược kỳ vọng ở mỗi một trong các nút trung gian giữa một cặp nguồn và ñích. Xác suất tổn thất gói là một ñại lượng quan trọng của QoS với cả các ứng dụng dữ liệu hay các dịch vụ thời gian thực. Khi kết nối yêu cầu truyền dữ liệu theo ñúng thứ tự, thì tổn thất gói là nguyên nhân của quá trình truyền lại. ðiều này làm chậm lại quá trình xử lý truyền tin và làm giảm QoS nhận ñược. Với các ứng dụng thời gian thực, sự truyền lại gói thường không khả thi. 1.2 CÁC YÊU CẦU CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ Tất cả các ứng dụng ñều yêu cầu một mức chất lượng dịch vụ nào ñó, mỗi một ứng dụng ñều có một số ñặc tính cơ bản khác nhau. ðể nhận biết các yêu cầu chất lượng dịch vụ, hệ thống thường nhận biết qua các lớp dịch vụ. Theo quan ñiểm của ITU-T, khuyến nghị I-1541 các lớp dịch vụ ñược chia thành các vùng như trên bảng 1.2 dưới ñây. Lớp QoS Các ñặc tính QoS 0 1 2 3 4 5 Thời gian thực, nhạy cảm với jitter, tương tác cao Thời gian thực, nhạy cảm với jitter, tương tác Dữ liệu chuyển giao, tương tác cao Dữ liệu chuyển giao, tương tác Tổn hao thấp (chuyển giao ngắn, dữ liệu bulk, video) Các ứng dụng nguyên thuỷ của mạng IP ngầm ñịnh Bảng 1.2: Các ñặc tính phân lớp QoS cho mạng IP theo ITU-T Như vậy, theo quan ñiểm của ITU các tham số thời gian thực và tương tác cao ñược ñặt lên hàng ñầu ñối với mạng IP, phần lớn các ứng dụng ñược thực hiện tốt trong các mạng chuyển mạch hướng kết nối (chuyển mạch kênh và ATM) ñáp ứng tốt ñược các yêu cầu này. Trong khi ñó, mạng IP nguyên thuỷ không hỗ trợ các ñặc tính trên, hay nói cách khác mạng IP nguyên thuỷ không hỗ trợ QoS cho các dịch vụ thời gian thực. 16 Dự án TIPHON của ETSI ñề xuất ñịnh nghĩa phân lớp QoS ñược chỉ ra trên bảng 1.3 dưới ñây: Lớp QoS Thành phần Các ñặc tính QoS Hội thoại thời gian thực (thoại, video, hội nghị). Thoại, audio, Video, ña phương tiện. Nhạy cảm với trễ và biến ñộng trễ, có giới hạn lỗi và tổn thất, tốc ñộ bít thay ñổi và cố ñịnh. Luồng thời gian thực (quảng bá). Audio, Video, ña phương tiện. Trễ và biến ñộng trễ có dung sai nhất ñịnh, dung sai nhỏ ñối với lỗi và tổn thất, tốc ñộ bit thay ñổi. Tương tác cận thời gian thực (Web browsing). Dữ liệu Nhạy cảm với trễ, biến ñộng trễ và tổn thất, tốc ñộ bit thay ñổi. Phi thời gian thực (Email) Dữ liệu Không nhạy cảm với trễ và biến ñộng trễ, nhạy cảm với lỗi, nỗ lực tối ña. Bảng 1.3: Phân lớp QoS theo quan ñiểm của ETSI Hướng tiếp cận của ETSI tập trung vào các dịch vụ thường sử dụng trên mạng IP ñể phân ra các loại dịch vụ yêu cầu thời gian thực và không yêu cầu thời gian thực. ðối với các yêu cầu thời gian thực ETSI-TR102 phân biệt dịch vụ qua các ñộ nhạy cảm với các tham số QoS thông dung như : Trễ, biến ñộng trễ, tổn thất gói và ñặc tính tốc ñộ bit. Liên quan tới mạng tích hợp ña dịch vụ băng rộng B-ISDN, ITU-T ñịnh nghĩa các vùng dịch vụ, theo hướng liên quan tới công nghệ lõi của B-ISDN là công nghệ ATM chỉ ra trên bảng 1.4 dưới ñây. Vùng dịch vụ Các ứng dụng (ví dụ) Hội thoại Bản tin Khôi phục Phân bổ Thoại và video hội nghị, truyền thông ña phương tiện tốc ñộ cao (truyền file, âm thanh, hình ảnh). Email, chat Truyền video, ảnh tĩnh, âm thanh và dữ liệu Phân bổ nội dung video, quảng bá TV. Bảng 1.4: Các vùng dịch vụ của B-ISDN Từ các phân vùng dịch vụ của B-ISDN, diễn ñàn ATM ñưa ra các phân lớp dịch vụ ATM, các ñặc tính ứng dụng cũng như ñặc tính chất lượng dịch vụ ñược chỉ ra trong bảng .15 dưới ñây: 17 Vùng dịch vụ ATM Ứng dụng Các ñặc tính QoS Tốc ñộ bit cố ñịnh (CBR) Mô phỏng kênh Biến ñộng trễ tế bào thấp, tổn thất thấp. Tốc ñộ bit thay ñổi- thời gian thực (rt- VBR) Video theo yêu cầu Biến ñộng trễ bình thường, tổn thất thấp. Tốc ñộ bit thay ñổi- phi thời gian thực (nrt- VBR) Lưu lượng gói Tổn thất bình thường Tốc ñộ bit khả dụng (ABR) Tương thích tốc ñộ nguồn Tổn thất thấp Tốc ñộ bit không ñịnh nghĩa (UBR) Lưu lượng nỗ lực tối ña Không yêu cầu