1 Mở ĐầU INTERNET QOS 2.1 QoS đặc thù mạng IP 2.2 Đánh giá QoS 3 CÁC GIảI PHÁP QOS ĐÃ VÀ ĐANG ĐƯợC THử NGHIệM TRIểN KHAI 3.1 Giải pháp 1: Cấu trúc IntServ bảo đảm chặt chẽ tham số QoS nhờ nguyên lý điều khiển luồng gói IP vi mô 3.2 Giải pháp 2: Cấu trúc DiffServ phân loại gói, tăng tính áp dụng rộng 3.2.1 DiffServ MPLS: thực điều phối lưu lượng mạng, góp phần làm tăng khả bảo đảm QoS 3.3 Giải pháp 3: Hoàn thiện thêm cấu trúc mạng IP đương thời nâng cao khả điều chỉnh lưu lượng dựa vào phối hợp đầu cuối mạng 10 3.4 Giải pháp 4: Cấu trúc mạng chồng đảm bảo QoS cho dịch vụ định, QoS đầu cuối-đầu cuối 12 ĐIểM QUA TÌNH HÌNH TRIểN KHAI IP QOS TRONG THựC Tế 14 4.1 Giải pháp QoS hành mạng lõi: cung ứng thừa dung lượng 14 4.2 Tiến tới QoS đầu cuối đầu cuối 16 KếT LUậN 17 TÀI LIệU THAM KHảO 17 PHụ LụC 18 Phát triển triển khai giải pháp đảm bảo chất lượng dịch vụ mạng IP Trần Tuấn Hưng Trung tâm nghiên cứu viễn thông Viên, cộng hoà Áo Donaucity Strasse 1, Wien Email: tran@ftw.at Điện thoại: 43 505 28 30 50 Fax: 43 505 28 30 99 Tóm tắt: Bài báo trình bày tổng quan giải pháp viễn thông phát triển, ứng dụng thử nghiệm thời gian gần hướng tới mục đích đảm bảo chất lượng dịch vụ mạng IP (Internet Protocol) Ưu điểm hạn chế giải pháp phân tích so sánh dựa tiêu chí đánh giá kiểm nghiệm qua ứng dụng thực tế Những thông tin cung cấp báo giúp độc giả có cách đánh giá nhìn nhận khái quát bước phát triển lĩnh vực bảo đảm chất lượng dịch vụ mạng IP ngành công nghệ viễn thông Mở đầu Đảm bảo chất lượng dịch vụ (Quality of Service, QoS) cung cấp dịch vụ chất lượng cao luôn tiêu chí hàng đầu ngành công nghệ viễn thông Theo dõi phát triển ngành công nghệ viễn thông vòng 30 năm trở lại đây, chứng kiến nhiều bước tiến có dấu ấn lớn lĩnh vực Với mục đích đảm bảo chất lượng dịch vụ, trình phát triển bắt đầu công nghệ X25 vào cuối thập kỷ 70 đầu thập kỷ 80, công nghệ ATM thập kỷ 90, hướng tới mạng số băng rộng B-ISDN Tuy vậy, theo thời gian, trung tâm nghiên cứu nhà cung cấp dịch vụ nhận rằng, giải pháp cho QoS1 có giá trị thật đặt móng thay đổi mang tính đơn giản so với cấu trúc mạng Đồng thời giải pháp QoS cần có khả mở rộng cao Bất giải pháp yêu cầu nhiều thay đổi hạ tầng phức tạp tốn không phù hợp với yêu cầu thực tế thị trường công nghệ viễn thông, tính khả thi cao Đây lý lý giải công nghệ ATM không ứng dụng rộng rãi mang lại áp dụng phổ biến mong đợi kỳ vọng ban đầu nhà nghiên cứu kỹ sư phát triển mạng Khi công nghệ chuyển mạch gói IP phương thức áp dụng cho mạng Internet toàn cầu nay, xu hướng tất yếu dành cho công nghệ viễn thông phát triển giải pháp chất lượng dịch vụ tảng Bài báo giúp độc giả có cách nhìn khái quát bước phát triển công nghệ viễn thông mạng chuyển mạch gói, tiến tới khả cung cấp dịch vụ chất lượng dịch vụ cao cách hiệu qua Internet Nội dung báo trình bày sau Trong phần 2, báo đặc thù việc đảm bảo chất lượng dịch vụ mạng IP Cũng phần này, tổng quan phương thức đánh giá QoS trình bày cách cụ thể Phần báo vào chi tiết Hai thành ngữ “chất lượng dịch vụ’’ “QoS’’ dùng thay đổi báo với ý nghĩa giải pháp QoS nghiên cứu, triển khai thử nghiệm Lợi hạn chế giải pháp xét phương diện khả thi làm rõ Trong phần 4, báo điểm lại tình hình triển khai QoS thực tế Cuối cùng, phần chứa kết luận báo Nhằm tạo thuận lợi cho độc giả trình tham khảo tài liệu liên quan, phần phụ lục tập hợp thành ngữ viễn thông dịch tương đương từ tiếng Anh dùng khuôn khổ báo Internet QoS 2.1 QoS đặc thù mạng IP Trong khuôn khổ báo này, ý định sâu trình bày tổng quan nguyên lý hoạt động mạng IP Chúng mặc nhiệm độc giả có kiến thức lĩnh vực Mặc dù vậy, trước vào chi tiết giải pháp chất lượng dịch vụ mạng IP, cần thiết phải nhắc lại số tính chất có liên quan Như biết, mạng IP hoạt động dựa nguyên lý chuyển mạch gói Dữ liệu truyền tải dạng gói IP lớp mạng (network layer) Mỗi gói chuỗi bit bao gồm bit liệu cần chuyển bit giao thức mạng gắn thêm 40 byte (tức 320 bit đầu tiên) gói IP mang thông tin giao thức, ví dụ địa IP máy gửi máy nhận, chủng loại giao thức lớp truyền tải (transport layer) dùng vv Phần thường nhắc đến tên gọi phần đầu gói Cần nhấn mạnh xử lý liên quan đến gói IP, xác định đường truyền, phân loại gói (xem phần 3.2 dưới), dựa hoàn toàn vào thông tin nằm phần đầu gói Mạng IP có tính chất chuyển mạch không kết nối Để có cách giải thích dễ hiểu, so sánh với mạng điện thoại công cộng thường dùng Trong mạng thoại, người gọi muốn bắt đầu đàm thoại, họ nhấc máy điện thoại quay số Khi đó, nhiệm vụ mạng điện thoại thiết lập đường nối người gọi người gọi, chiếm giữ đường nối cho riêng gọi Chỉ sau đường nối thiết lập thành công, gọi bắt đầu Trong trường hợp ngược lại, người gọi nhận tín hiệu báo bắt đầu gọi, hay nói cách khác gọi bị rớt Không giống mạng điện thoại, mạng IP, đường truyền nối thiết lập cố định đầu gửi đầu nhận từ đầu kết nối Thay thế, đầu gửi đơn giản bắt đầu đẩy gói IP liệu vào mạng Việc gói IP theo đường truyền đến đầu gửi hoàn toàn phụ thuộc vào trạng thái lưu lượng thời định định tuyến mạng Các gói IP theo nhiều đường khác đến đầu gửi Một số gói bị trình qua mạng Hơn nữa, gói đến đầu nhận theo thứ tự khác với thứ tự chúng gửi đầu gửi Sự chuyển mạch không kết nối với tính chất chiếm giữ đường chuyền cố định dẫn đến việc bảo đảm chất lượng đường truyền, hay nói rộng đảm bảo chất lượng dịch vụ mạng IP trở nên không đơn giản Những biện pháp QoS sử dụng hiệu mạng điện thoại điều khiển số lượng gọi đầu vào phần lớn không áp dụng mạng IP Mạng Internet cung cấp dịch vụ sở phục vụ theo khả tối đa (best-effort) Tức cam kết đưa từ phía nhà khai thác chất lượng dịch vụ Thay vào đó, tuỳ thuộc vào trạng thái cụ thể mạng, mạng chủ thực khả tốt để phục vụ lưu lượng dịch vụ Đây nguyên nhân chủ yếu thúc đẩy nghiên cứu mạnh mẽ QoS mạng IP năm gần 2.2 Đánh giá QoS Trước vào giới thiệu cụ thể giải pháp Internet QoS, cần định nghĩa cách cụ thể khái niệm QoS Những yếu tố liên quan xem xét bao gồm: • phương thức đánh giá chất lượng dịch vụ, • tập hợp tham số khách quan để đánh giá chất lượng dịch vụ, • tiêu chí liên quan đến chất lượng dịch vụ Chất lượng dịch vụ thực tế đánh giá theo cách phổ biến: đánh giá chủ quan đánh giá khách quan Đối với người sử dụng thông thường, tức khách hàng nhà cung cấp dịch vụ, chất lượng dịch vụ phần lớn đánh giá cách chủ quan dựa ý kiến họ Ví dụ, người sử dụng truy cập trang web, yếu tố để họ đánh giá chất lượng dịch vụ truy cập khả truy nhập thành công đến trang web họ cần Bên cạnh đó, họ đánh giá mức độ truy nhập nhanh hay chậm qua xem xét thời gian cần thiết để tải liệu từ trang web Dựa đánh giá chủ quan thế, người sử dụng công nhận dịch vụ truy cập Internet tốt khả truy nhập cao, gián đoạn hãn hữu, vận tốc truyền tải liệu nhanh Một ví dụ điển hình khác dịch vụ điện thoại qua Internet, biết đến rộng rãi tên gọi VoIP (Voice over IP) Với loại hình dịch vụ này, sử dụng, khách hàng đánh giá chất lượng dựa vào yếu tố thoại quen biết Dịch vụ VoIP coi tốt thoại có tính dễ hiểu cao Nói cách khác trình đàm thoại, người tham gia hiểu đoạn thoại người nói dễ dàng Điều có giọng người nói không bị đường truyền làm méo mó khó nghe (do nghẽn mạch), độ vọng âm giữ mức thấp, câu nói không từ, chữ Còn kể nhiều loại hình dịch vụ khác kèm theo cách đánh giá chất lượng chủ quan liên quan đến chúng Cho dù dịch vụ gì, điều chung cách đánh giá chủ quan với người sử dụng, đánh giá họ phụ thuộc vào dịch vụ cụ thể họ dùng Hơn nữa, đánh giá mang tính chủ quan người sử dụng, chúng không biểu hoá cách thống rành mạch Tiến tới chuẩn mực chung cho việc đánh giá chất lượng dịch vụ, qua tạo tiêu chí chuẩn cho nhà cung cấp dịch vụ, phải dựa vào tham số khách quan Nói cách khác, cần thiết phải xây dựng cách đánh giá khách quan Với dịch vụ mạng IP, tham số đặc trưng khách quan thông thường liên quan đến lớp mạng Chúng chuẩn hoá sau : • Tỷ lệ gói: tham số cho biết tỷ lệ phần trăm số gói IP bị tổng số toàn số gói IP đầu gửi chuyển vào mạng cho phía đầu nhận • Độ trễ gói: tham số cho biết khoảng thời gian gói IP chuyển từ đầu gửi đến đầu nhận • Độ biến thiên trễ: tham số cho biết dao động độ lớn độ trễ gói Trở lại ví dụ dịch vụ VoIP Theo kết nghiên cứu trắc nghiệm công nhận rộng rãi, VoIP có chất lượng chấp nhận đồng thời thoả mãn yếu tố khách quan sau Tỷ lệ gói 1%, độ trễ gói chiều từ đầu gửi đến đầu nhận 150ms, độ biến thiên trễ vài milli giây Cần nói thêm việc xác định tiêu chuẩn khách quan cho dịch vụ tuân theo phương thức cố định hay phương thức xác xuất thống kê Trong trường hợp thứ nhất, tham số QoS dịch vụ không phép vượt giới hạn cố định cho trước Chẳng hạn, độ trễ gói gói IP cho dịch vụ quan tâm không lớn 100 ms Trong trường hợp thứ hai, xác xuất nhỏ sử dụng, cho phép tham số QoS lớn ngưỡng cho trước với xác xuất Ví dụ, cho phép độ trễ gói lâu 100ms với xác xuất 0.001 Việc chọn phương thức định nghĩa chất lượng dịch vụ tuỳ thuộc vào thống nhu cầu người sử dụng nhà cung cấp, đồng thời phù hợp với thực trạng lượng mạng nhà cung cấp Ngoài ra, thời gian gần đây, dựa kinh nghiệm thực tế nhà khai thác dịch vụ người sử dụng, kỹ sư nhà nghiên cứu mạng nhận cần phải mở rộng tập hợp tham số QoS dịch vụ với tham số không phần quan trọng Đó khả đáp ứng dịch vụ, định nghĩa song song với tham số lớp mạng cho gói IP kể Hiểu cách khái quát, tham số khả đáp ứng dịch vụ cho biết xác xuất dịch vụ sử dụng thành công thời điểm khách hàng muốn dùng Xét ví dụ khả đáp ứng dịch vụ VoIP 99.99% Điều có nghĩa khách hàng muốn dùng dịch vụ VoIP, không phụ thuộc vào thời gian sáng, trưa, chiều tối, 99,99% gọi kết nối với chất lượng phù hợp với hợp đồng ký kết người sử dụng với nhà cung cấp dịch vụ Rất quan trọng đảm bảo chất lượng dịch vụ xét theo hai cách nhìn: đảm bảo chất lượng dịch vụ qua tham số QoS khách quan đảm bảo phân biệt chất lượng dịch vụ với Khi yếu tố thứ nâng lên hàng đầu, tham số QoS dịch vụ cam kết đảm bảo giữ mức cho phép Khi yếu tố thứ hai tiêu chí vấn đề quan trọng tương quan chất lượng dịch vụ Có nghĩa đảm bảo hướng tới tiêu chí để dịch vụ A tốt dịch vụ B độ gói độ trễ gói Có thể hai dịch vụ A B chịu xuống cấp tham số QoS khách quan số trạng thái định mạng Nhưng cho dù vậy, dịch vụ A đảm bảo có QoS tốt dịch vụ B Tất nhiên, tiêu chí đảm bảo chất lượng qua tham số QoS khách quan thoả mãn triệt dịch vụ tồn tại, tiêu chí đảm bảo phân biệt chất lượng dịch vụ với thực muốn Nhưng chiều ngược lại không Tóm lại, xét đến đảm bảo chất lượng cho dịch vụ mạng IP, cần định nghĩa cụ thể tập hợp tham số QoS khách quan phải quan tâm với phương thức phù hợp (cố định xác xuất thống kê) cho ràng buộc tham số Bên cạnh đó, mục tiêu đảm bảo chất lượng (khách quan hay phân biệt) cần làm rõ ràng Các giải pháp QoS thử nghiệm triển khai 3.1 Giải pháp 1: Cấu trúc IntServ bảo đảm chặt chẽ tham số QoS nhờ nguyên lý điều khiển luồng gói IP vi mô Tổ chức IETF (Internet Engineering Task Force) năm đầu thập kỷ 90 đưa cấu trúc IntServ [4] giải pháp hữu hiệu đảm bảo QoS mạng IP Cốt lõi IntServ áp dụng biện pháp đảm bảo QoS cho luồng IP vi mô Luồng IP vi mô chuỗi gói IP có chung tham số giống Cụ thể hơn, luồng IP vi mô xác định tham số: địa IP đầu gửi, địa IP đầu nhận, số thứ tự cổng gửi, số thứ tự cổng nhận, loại hình giao thức sử dụng lớp truyền tải (TCP hay UDP) cho luồng IP xét Một mạng IntServ điển hình chứa định tuyến biên định tuyến lõi (xem hình 1) Trước bắt đầu truyền liệu luồng IP vi mô, đầu gửi thông báo số số liệu liên quan đến lưu lượng chuyển (như tốc độ gửi lưu lượng trung bình đầu gửi, độ lớn cho phép cụm bùng phát lưu lượng) cho định tuyến biên Bên cạnh đó, đầu gửi chuyển đến cho định tuyến biên yêu cầu QoS luồng IP Những số liệu lưu lượng QoS định tuyến biên sử dụng để tính dung lượng cần thiết cho luồng IP quan tâm Có nhiều phương pháp để tính dung lượng, chẳng hạn áp dụng mô hình điều chỉnh lưu lượng mạng mang tên thùng dò (leaky bucket) cách phổ biến Sau đó, giao thức báo hiệu RSVP (Resource Reservation Protocol – giao thức chiếm giữ tài nguyên mạng) làm nhiệm vụ xác định đường truyền (kết hợp với giao thức định tuyến gài đặt định tuyến) chiếm giữ dung lượng dọc đường truyền cho luồng IP Xây dựng đường truyền thực với tin PATH giao thức RSVP Sự chiếm giữ dung lượng, theo tính chất hoạt động RSVP, thực với tin RESV, định tuyến biên đầu nhận chạy ngược trở lại dọc theo đường truyền định tuyến biên đầu gửi tin trao đổi giao thức RSVP H2 RESV PATH H1 R2 R3 R1 Hình 1: Cấu trúc mạng IntServ Giao thức báo hiệu RSVP đưa định luồng IP từ nút H1 đến nút H2 mạng IntServ phục vụ hay không Trước hết, RSVP xác định xây dựng đường truyền cho luồng IP tin PATH Đường truyền qua định tuyến R1, R2, R3 Tiếp dung lượng chiếm giữ cho đường truyền theo chiều từ nút nhận ngược trở lại nút gửi Sự chiếm giữ thực tin RESV giao thức RSVP Nếu chiếm giữ thành công tất định tuyến R3, R2, R1, luồng IP bắt đầu phục vụ Nếu định tuyến nào, chiếm giữ không thực thiếu dung lượng cần thiết, giao thức RSVP dựa vào kết để chặn luồng IP Nếu chiếm giữ dung lượng tất định tuyến dọc đường truyền thành công, gói luồng IP bắt đầu truyền tải từ đầu gửi đến đầu nhận Trong trường hợp liên kết dọc đường truyền đủ dung lượng cần thiết, trình chiếm giữ bị ngừng thông tin chiếm giữ không thành công chuyển đến đầu gửi tin riêng RSVP Luồng IP vi mô bị chặn không phục vụ Cần lưu ý đường truyền xây dựng thành công, trình truyền tải gói luồng IP vi mô, cần thiết phải có kiểm tra dung lượng chiếm giữ cách định kỳ, đặn nhờ giao thức báo hiệu RSVP để đảm bảo trạng thái dùng số dung lượng cần thiết dọc theo đường truyền Để thực trình chiếm giữ dung lượng, kiểm tra trạng thái chiếm giữ liên quan đến luồng IP vi mô, định tuyến chế IntServ cần phải lưu trữ tất liệu đặc tính cập nhật tất luồng gói vi mô tồn mạng Đồng thời tất định tuyến phải có chức hoạt động với giao thức RSVP Mặc dù cấu trúc IntServ có ưu điểm đảm bảo chặt chẽ yêu cầu QoS luồng IP vi mô, nhược điểm lớn tính áp dụng rộng cao Điều xuất phát từ thực tế định tuyến bình thường mạng IP ngày phải xử lý lúc số lượng lớn luồng IP vi mô Con số lên tới vài trăm nghìn, chí hàng triệu Vì thế, lưu trữ, truyền tải xử lý thông tin cho luồng IP vi mô tạo lưu lượng báo hiệu khổng lồ, làm giảm đáng kể hiệu suất hoạt động định tuyến Nhược điểm nguyên nhân cấu trúc IntServ có tính khả thi mạng có tầm bao phủ nhỏ Với mạng IP trải rộng toàn cầu mạng Internet nay, trông đợi đầu tư đưa vào hoạt động phổ biến cấu trúc IntServ không thực tế 3.2 Giải pháp 2: Cấu trúc DiffServ phân loại gói, tăng tính áp dụng rộng Nhận hạn chế tính áp dụng rộng IntServ, tổ chức IETF đề xuất cấu trúc DiffServ [3] giải pháp QoS có tính khả thi cao Trong cấu trúc DiffServ, định tuyến chia làm hai thể loại Các định tuyến biên nằm đường vành tổ chức mạng có chức DiffServ Các định tuyến nằm bên tổ chức mạng có chức DiffServ gọi định tuyến lõi Như trình bày phần 3.1, tổ chức mạng có chức IntServ, dù định tuyến lõi hay biên, chúng bắt buộc phải có khả xử lý luồng IP vi mô Điểm khác cấu trúc DiffServ có định tuyến biên cần khả Với định tuyến lõi, thay phải xử lý số lượng lớn luồng gói IP vi mô cấu trúc IntServ, phải xử lý vài luồng IP tổng cấu trúc DiffServ Luồng IP tổng chứa tất gói luồng IP vi mô thuộc chủng loại Do cần định nghĩa vài chủng loại bản, yêu cầu định tuyến lõi trở nên đơn giản nhiều Cơ chế DiffServ đưa phân loại cho loại hình dịch vụ: dịch vụ ưu tiên, dịch vụ đảm bảo dịch vụ ứng biến theo khả tối đa Dịch vụ cuối dịch vụ cung cấp mạng Internet Ứng với loại dịch vụ, DiffServ định nghĩa cách thức xử lý gói IP định tuyến lõi Nói cách khác, định tuyến lõi, gói IP xử lý tương ứng với loại dịch vụ chúng Gói IP dịch vụ ưu tiên nhận cách xử lý chuyển nhanh (EF-PHB Expedited Forwarding-Per Hop Behaviour), gói IP dịch vụ đảm bảo nhận cách xử lý chuyển đảm bảo (AF-PHB Assured Forwarding- Per Hop Behaviour) Nguyên lý hoạt động cấu trúc DiffServ bao gồm điểm sau Khi bắt đầu vào mạng DiffServ mà trực tiếp định tuyến biên, gói IP phân loại Bộ định tuyến biên thực việc phân loại cách kiểm tra mã DSCP (DiffServ Code Point) chứa chủng loại dịch vụ nằm phần đầu gói với số liệu khác liên quan đến luồng vi mô gói IP (như địa đầu gửi, địa đầu nhận) Sau chủng loại gói IP xác định, định tuyến biên áp dụng số giải pháp điều chỉnh cho gói cần thiết Lý gói IP cần phải tuân theo tính chất định nghĩa trước cho chủng loại Những tính chất mức cực đại lưu lượng, biên độ cho phép bùng phát lưu lượng số đại lượng khác Tùy thuộc vào mức độ tuân thủ cụ thể gói IP mức độ chặt chẽ DiffServ, giải pháp định tuyến biên sử dụng đánh dấu gói, điều chỉnh gói (bao gồm loại bỏ gói, làm trễ gói thời gian định trước chuyển tiếp) Những tác động liên quan mang mục đích nắn lại tính chất luồng lưu luợng cho phù hợp với tính chất định nghĩa trước Tại định tuyến lõi, gói IP xử lý sở chủng loại Bộ định tuyến lõi có nhiệm vụ kiểm tra chủng loại gói IP đơn giản chuyển tiếp gói IP theo cách chủng loại nhận, bao gồm định tuyến cho gói, xếp gói vào đệm thích hợp cần thiết Ví dụ, đường kết nối đầu định tuyến không truyền tải kịp lưu lượng đầu vào, gói IP xác định thuộc vào dịch vụ ưu tiên xếp vào đệm riêng với gói IP dịch vụ đảm bảo Chỉ gói đệm dịch vụ ưu tiên đường kết nối phục vụ hết gói IP đệm dịch vụ bảo đảm bắt đầu truyền tải Tuy khắc phục nhược điểm tính áp dụng rộng IntServ, ngược lại DiffServ có khả đảm bảo QoS cho luồng IP tổng Nhiều nghiên cứu, mô đo đạc mạng DiffServ thử nghiệm chứng minh tham số QoS luồng IP tổng đảm bảo tham số QoS luồng IP vi mô tạo nên luồng tổng hoàn toàn bị thay đổi mức cho phép (xem thêm [7], [11]) Phương pháp phổ biến để tránh tượng sử dụng thêm thuật toán điều chỉnh đầu vào (CAC -Connection Admission Control) luồng IP vi mô Nguyên tắc chung điều chỉnh đầu vào phục vụ luồng IP vi mô thực trạng tức thời mạng đảm bảo lúc hai điều kiện: luồng IP nhận tham số QoS khách quan theo yêu cầu, tham số QoS khách quan luồng IP tồn sẵn mạng không bị tổn phá mức cho phép xuất luồng IP Có hai phương pháp tuân theo triển khai thuật toán điều chỉnh đầu vào mạng DiffServ Phương pháp thứ điều chỉnh dùng cấu trúc Broker dung lượng (BB Bandwidth Broker) Phương pháp thứ hai điều chỉnh dựa vào kết đo đạc, giám sát trạng thái mạng Ở phương pháp thứ nhất, thiết bị đặc biệt gọi Broker dung lượng lắp đặt (xem hình 2) Vì chứa tập liệu làm bổ xung nhờ báo hiệu đặn, thời điểm Broker dung lượng có nhìn cụ thể xác thực trạng lượng mạng Khi luồng IP vi mô muốn vào mạng DiffServ, định tuyến biên nơi luồng IP xuất báo hiệu với Broker dung lượng Nhận báo hiệu, Broker dung lượng xác định đường truyền cho luồng IP vi mô qua mạng DiffServ, đồng thời kiểm tra xem lượng mạng dọc đường truyền vừa xác định có đủ theo yêu cầu QoS luồng IP hay không Trường hợp có đủ lượng, luồng IP vi mô đón nhận Nếu không đủ lượng, Broker dung lượng tìm đường truyền khác lặp lại trình kiểm tra lượng đường truyền Nếu đường truyền thoả mãn nhu cầu lượng, luồng IP bị từ chối không truyền tải qua mạng DiffServ CAC H2 BB R2 R3 R1 H1 Hình 2: DiffServ điều chỉnh đầu vào luồng IP vi mô với Broker lưu lượng Khi luồng gói IP muốn từ đầu H1 đến đầu H2 qua mạng DiffServ, định tuyến biên R1 thông báo yêu cầu nhập mạng luồng IP cho Broker dung lượng Broker dung lượng xác định đường truyền R1-R2-R3 từ H1 đến H2 cho luồng IP thực thuật toán điều chỉnh đầu vào (CAC hình vẽ) cách kiểm tra dung lượng dọc đường truyền Nếu đủ dung lượng cho yêu cầu QoS luồng IP, lưu lượng bắt đầu truyền tải qua mạng DiffServ Phương pháp thứ hai để điều chỉnh đầu vào dựa vào kết đo đạc giám sát mạng Trong phưong pháp này, định tuyến biên có khả tự định từ chối hay chấp nhận truyền tải liệu luồng IP vi mô Để làm điều này, tất nhiên cần có phân tích hợp lý kết đo đạc thu thập Bạn đọc xem thêm [9] tài liệu tham khảo để có kiến thức khái quát cách phân tích liệu đo đạc đề xuất thời gian gần cho thuật toán điều chỉnh đầu vào triển khai mạng DiffServ Hiện nay, cấu trúc DiffServ triển khai chủ yếu với quy mô nhỏ, có tầm cỡ thử nghiệm phòng thí nghiệm tổ chức nghiên cứu Mặc dù có ưu điểm định nhắc đến trên, DiffServ chưa nhà cung cấp dịch vụ triển khai mạng họ Ngoài nguyên nhân đằng sau cần thiết phải đầu tư nâng cấp mạng, thiếu động lực triển khai tính tiện lợi cung ứng thừa dung lượng (sẽ giải thích thêm phần 4.1) lý giải cho trạng 3.2.1 DiffServ MPLS: thực điều phối lưu lượng mạng, góp phần làm tăng khả bảo đảm QoS Nói cách ngắn gọn, MPLS (Multi Protocol Label Switching) giao thức chuyển mạch nhãn đa giao thức cho phép xác định xác đường truyền mạch nhãn LSP (Label Switched Path) từ định tuyến có chức MPLS Dọc theo đường truyền LSP, định tuyến gói không dựa vào địa IP thông thường, mà dựa vào chuỗi bits đặc biệt gọi nhãn MPLS Để làm điều tất nhiên định tuyến phải có chức MPLS Lợi ích MPLS cho phép • điều phối lưu lượng mạng cân tải cách hiệu dựa vào tính chất xác định toàn đường truyền từ đầu gửi khả dùng đồng nhiều đường truyền cho lưu lượng thuộc mối liên kết, • cho phép điều khiển cách xác dung lượng đường truyền LSP dựa yêu cầu tham số QoS, • ứng biến linh hoạt phục hồi nhanhh trường hợp xảy lỗi cố mạng (ví dụ lỗi phần mềm phần cứng định tuyến, lỗi kết nối mạng) Cần nhấn mạnh rằng, mục tiêu khởi đầu phát triển công nghệ MPLS hướng tới đảm bảo chất lượng dịch vụ Ở giai đoạn đầu, MPLS đơn công nghệ để rút ngắn thời gian định tuyến cho gói nâng cao khả điều phối lưu lượng mạng, tạo cân tải Tuy vậy, áp dụng đồng thời với giải pháp QoS, đặc biệt với chế DiffServ, MPLS làm tăng đáng kể khả đảm bảo chất lượng dịch vụ mạng Trên thực tế, IETF đưa cấu trúc DiffServ MPLS với đặc điểm gói MPLS phân loại nhận xử lý giống cách gói IP xử lý chế DiffServ Điểm khác so với chế DiffServ nguyên dạng phân loại gói dựa vào phần đầu gói MPLS dùng mã bit DSCP gói IP Có hai cách để đánh dấu gói MPLS cho phân loại: đánh dấu miền LABEL, đánh dấu miền EXP phần đầu gói MPLS Với cách thứ nhất, đường truyền chuyển mạch nhãn gọi LLSP, với cách thứ hai đường truyền chuyển mạch nhãn gọi E-LSP thiết lập Cả hai cách nói cho phép khả dẫn gói MPLS loại lưu lượng có yêu cầu QoS khác vào đường LSP riêng biệt xử lý phù hợp cho loại lưu lượng MPLS có khả chiếm giữ điều chỉnh xác dung lượng chiếm giữ cho đường truyền LSP Khả thực việc sử dụng giao thức báo hiệu RSVP-TE (Resource Reservation Protocol – Traffic Enginerring) [2] Khi cho trước yêu cầu QoS loại lưu lượng (thể qua tham số QoS khách quan), áp dụng thuật toán hợp lý ta tính dung lượng cần thiết đường truyền LSP cho loại lưu lượng Với RSVPTE, MPLS có ưu điểm dung lượng đường truyền chiếm giữ xác tính toán Hơn nữa, trình hoạt động đường truyền LSP, tuỳ thuộc vào biến đổi lưu lượng yếu tố khác, dung lượng đường LSP điều chỉnh cách chuẩn xác Khả tạo tiền đề cho sử dụng tối ưu tài nguyên mạng, đảm bảo QoS lại không lãng phí tài nguyên Dùng MPLS có thuận lợi nâng cao độ trì mạng, tăng khả đáp ứng dịch vụ Do có khả định tuyến xác từ đầu gửi, MPLS phục hồi khả chuyển lưu lượng nhanh chóng xảy lỗi đường kết nối hay lỗi đinh tuyến Cách đơn giản để làm điều tạo đường truyền LSP phụ cho lưu lượng Tuỳ theo yêu cầu mức độ bảo vệ đường truyền LSP chính, đường truyền LSP phụ tạo không chung đường kết nối (bảo vệ kết nối đơn), không chung số đường kết nối liên tiếp (bảo vệ đoạn đường truyền), không chung tất đường kết nối (bảo vệ toàn đường truyền) với đường truyền LSP Theo kết thống kê mạng MPLS hành, bảo vệ kết nối đơn cho phép thời gian phục hồi vòng vài trăm milli giây, thời gian đủ ngắn Trên thực tế, tất mạng MPLS vận hành triển khai khả phục hồi với phương thức bảo vệ kết nối đơn Cần nói thêm giao thức MPLS phát triển tiếp thành giao thức G-MPLS (Generalized-Multiprotocol Label Switching), cho phép nhà cung cấp dịch vụ điều khiển đường LSP quang Đây thuận lợi cho nhà cung cấp dịch vụ mạng IP/WDM (Wavelength Division Multiplexing), tận dụng tính ưu việt công nghệ MPLS điều phối lưu lượng tốt, phục hồi nhanh vào môi trường mạng quang Tuy nhiên, sử dụng giao thức RSVP-TE công nghệ MPLS kéo theo xuất nhiều lưu lượng báo hiệu Điều gây cản trở định mở rộng áp dụng MPLS mạng quy mô lớn (nhất trường hợp mạng có tôpô kết nối toàn (tức hai nút MPLS nối nhiều đường LSP) Mặc dù vậy, mặt tổng quan, với ưu điều phối tốt lưu lượng mạng, MPLS công nghệ có xu hướng áp dụng cách sẵn sàng nhà khai thác dịch vụ mạng họ 3.3 Giải pháp 3: Hoàn thiện thêm cấu trúc mạng IP đương thời nâng cao khả điều chỉnh lưu lượng dựa vào phối hợp đầu cuối mạng Như nhắc đến phần 2.1, mạng Internet cung cấp dịch vụ sở phục vụ theo khả tối đa Một chiều hướng logic cho việc xây dựng mạng IP đảm bảo QoS phát triển hoàn thiện thêm giao thức, chế hoạt động mạng IP hành Hướng triển khai nhà nghiên cứu khai thác mạng quan tâm Điểm mấu chốt ban đầu xu hướng nằm chỗ: mô hình cho truyền tải lưu lượng nhìn nhận hoạt động phối hợp hai thành phần: phía đầu cuối (chính xác đầu gửi liệu) phía mạng Nguyên tắc giải pháp đảm bảo QoS bao gồm hai phần việc Một phía mạng cung cấp thông tin cập nhật tình trạng nghẽn mạng (nếu có) cho phía đầu cuối Hai là, sở đánh giá thông tin nhận được, phía đầu cuối thực số hành động phù hợp để điều chỉnh tốc độ gửi liệu nhằm giữ mức QoS cần thiết Liên quan đến giải phần việc thứ nhất, tính tránh nghẽn mạng IP đương thời có lựa chọn hợp lý Khả tránh nghẽn có nhờ vào đánh dấu (hoặc loại bỏ) số gói IP định định tuyến mạng tính thông báo mức độ đánh dấu (hoặc loại bỏ) cho phía đầu cuối Tính đánh dấu (hoặc loại bỏ) gói định tuyến thực chế điều chỉnh đệm quen biết RED (Random Early Detection), vài biến thể đựơc phát triển từ RED, chế khác BLUE, GREEN, REM Độc giả xem thêm chi tiết tài liệu tham khảo [5] chế điều chỉnh đệm Tính thông báo mức độ đánh dấu (hoặc loại bỏ) gói IP cho phía đầu gửi giải tính sẵn có giao thức TCP Giao thức giao thức dùng cho phần lớn kết nối Internet Trong trường hợp liên kết hai đầu cuối không hoạt động theo giao thức TCP mà UDP (điều cho mối liên kết dịch vụ thời gian thực bao gồm thoại, video), dựa vào tính báo hiệu giao thức lớp RTCP (Real-time Transport Protocol) Như cần nhấn mạnh hai tính đánh dấu (hoặc loại bỏ) gói định tuyến thông báo mức độ đánh dấu phía đầu cuối tính sẵn có thiết bị giao thức mạng dùng Việc sử dụng chúng cho mục đích QoS không yêu cầu thay đổi tốn hạ tầng sở, không cần thiết phải tiến hành thay đổi nâng cấp thiết bị mạng sẵn có 10 Xét phần việc thứ hai Sau nhận thông tin tình trạng nghẽn mạng, phía đầu gửi có số phản ứng thích hợp để điều chỉnh vận tốc truyền liệu Trường hợp điển hình mối liên kết hai đầu cuối sử dụng giao thức TCP Khi phản ứng cho tình trạng nghẽn mạch tồn mạng giảm nửa độ lớn cửa sổ nghẽn giao thức TCP, kéo theo giảm tốc độ gửi liệu Tổng quát hơn, thiết lập phương thức thay đổi tốc độ liệu tùy thích với tiêu chí tối đa hóa mức lợi tức phía đầu gửi Định nghĩa chặt chẽ đại lượng lợi tức liên quan đến hai hàm số riêng biệt: hiệu sử dụng giá thành nghẽn mạch • Hàm hiệu sử dụng U(x): hàm cho ta biết mức độ hiệu phía đầu gửi có tốc độ gửi liệu x Nói cách khác U(x) đại lượng đo mức độ hài lòng với QoS phía đầu gửi Sự biến thiên U(x) phụ thuộc vào dịch vụ mạng cụ thể, đầu gửi có lưu lượng dịch vụ khác có hàm U(x) riêng • Hàm giá thành nghẽn mạch C(x): hàm cho biết giá thành phía đầu cuối trả cho phía mạng để có tốc độ gửi liệu x Giá trị cụ thể C(x) xác định nhà khai thác mạng tất nhiên phụ thuộc vào tình trạng nghẽn mạch thời mạng Phù hợp với logic, tình trạng nghẽn mạch nặng nề giá trị C(x) cao Mức lợi tức đầu gửi hiệu số U(x)-C(x) Về mặt kinh tế học, coi tương quan đầu cuối mạng giống tượng mua-bán Phía mạng có dung lượng để bán với mức giá phản ánh tình trạng nghẽn đường truyền mạng Tùy thuộc vào lợi tức thu được, phía đầu gửi có quyền tự định, với mức giá dung lượng phía mạng cung cấp, cần mua dung lượng (cũng tốc độ gửi liệu) Mỗi đầu gửi thực chất đại diện cho người sử dụng dịch vụ Vì người sử dụng muốn tối đa hoá lợi tức mình, mạng phục vụ lúc nhiều người sử dụng, hệ thống mua-bán trở nên giống tượng lý thuyết trò chơi, người chơi muốn tối đa phần lợi tức Mặt khác, người sử dụng có cách phản ứng khác thông tin nghẽn mạch họ nhận được, tức họ thay đổi tốc độ gửi liệu theo cách khác nhau, phân biệt QoS người sử dụng với thực gián tiếp Xét ví dụ, người sử dụng thật muốn giữ tốc độ gửi liệu họ có, họ trả giá thành mà phía mạng đưa dựa vào tình trạng nghẽn mạch Một người sử dụng khác cho giá thành phía mạng đưa cao, họ giảm tốc độ gửi mình, chí ngừng gửi Như vậy, QoS cho người sử dụng thứ đảm bảo tốt QoS cho người sử dụng thứ hai Có thể thấy rằng, yếu tố mang tính định giải pháp QoS thiết lập lựa chọn hợp lý hai hàm số U(x) C(x) Rất quan trọng U(x) phải thiết lập cho phản ánh nhu cầu QoS người sử dụng, C(x) phải thiết lập cho phản ánh giá trị dung lượng sẵn có tình trạng nghẽn mạch mạng Xét ví dụ đơn dựa vào đặc tính giao thức TCP với mối quan hệ tỷ lệ nghịch quen biết tốc độ gửi liệu bậc hai tỷ lệ gói x ~ p Các nhà nghiên cứu chứng minh liên hệ tối đa lợi tức U(x)-C(x) với lựa 11 and C ( x) = px Ở đây, K số, T thời gian quay vòng (RTTT 2x Round Trip Time) mối liên kết TCP Nói cách khác, giao thức TCP định nghĩa trước hai hàm số U(x) C(x) cho tất mối liên kết dùng TCP Tất nhiên trường hợp khả phân loại QoS không thật thiết lập, tất đường truyền TCP có thời gian RTT giống có chung tốc độ gửi chọn U ( x) = K − Trong giải pháp QoS xét, nguyên lý, giao thức sẵn có thiết bị phía mạng không yêu cầu thay đổi nâng cấp nhiều Thay vào đó, mức độ tinh tế, phức tạp xử lý liệu phần lớn tích hợp vào phía đầu cuối cần phải xây dựng hai hàm U(x) C(x) Đây đánh giá ưu điểm khả thay đổi nâng cấp thiết bị mạng cung cấp từ nhà sản xuất khác hạn chế Vì lý thương mại, nhà sản xuất thường không để mở mã nguồn điều khiển hoạt động thiết bị họ Tích hợp đầu cuối mang tính khả thi cao nhiều Tuy vậy, thiết lập xác hợp lý U(x) C(x) khó khăn ngăn cản thành công giải pháp QoS xét 3.4 Giải pháp 4: Cấu trúc mạng chồng đảm bảo QoS cho dịch vụ định, QoS đầu cuối-đầu cuối Trong vòng vài năm trở lại đây, xu hướng để đảm bảo QoS mạng IP thiết lập chế mạng chồng Để hiểu rõ ý nghĩa thành ngữ “mạng chồng” cần nhắc lại lý thuyết lớp giao thức sơ đồ kết nối mạng Trong mô hình chuẩn hoá lớp giao thức mạng [8], định tuyến hoạt động lớp mạng thứ hay gọi lớp IP Các gói IP chuyển tiếp sau định tuyến phân tích thông tin tải phần đầu gói, kết hợp với nguyên lý định tuyến OSPF (Open Shortest Path First), IS-IS (Intermediate System-Intermediate System) Các nguyên lý định tuyến không ý trực tiếp đến loại nhu cầu QoS cụ thể gói IP Chính mạng Internet mang tính chất phục vụ theo khả tối đa (best-effort) Để mang lại QoS, sáng kiến mạng chồng thiết lập mạng ảo tạo điểm cuối tham gia dịch vụ thêm số nút tăng cường có chức cho mạng chồng Gọi mạng ảo thực chất mạng lớp ứng dụng (lớp thứ 5) mô hình liên kết mạng lớp Một đường kết nối hai nút mạng chồng tương thích với chuỗi đường kết nối lớp IP Lý chủ yếu mang lại chất lượng cho dịch vụ xét mạng chồng có chế hoạt động riêng, độc lập với hoạt động lớp IP Tất chế hoạt động riêng thiết lập với mục đích hỗ trợ việc đảm bảo chất lượng cho dịch vụ mà mạng chồng quan tâm Những dịch vụ mạng chồng điển hình dịch vụ truyền tải ngang hàng (peer-to-peer), dịch vụ truyền nội dung (content distribution), dịch vụ chuyển đa điểm (multicast) Một chế riêng định tuyến lớp mạng chồng Thay dựa vào xử lý định tuyến lớp IP để xác định đường truyền gói IP theo, mạng chồng áp dụng phương pháp riêng để xác định đường truyền cho gói thuộc dịch vụ Để làm điều này, phần lớn nút mạng chồng có khả đo giám sát chất lượng đường truyền Chất lượng lượng dung lượng sử dụng, tỷ lệ gói, độ trễ gói dọc theo đường truyền Khi cần phải xác định đường truyền cho gói liệu từ nút mạng chồng đến nút mạng chồng khác, đường truyền khác hai nút so sánh dựa số đặc tính chung 12 định Những đặc tính kiểm định đo đạc, thực nút mạng chồng Đường truyền có đặc tính tốt chọn lựa Vì định tuyến mạng chồng dựa vào tiêu chí nguyên lý độc lập với cách định tuyến lớp IP, đường truyền lựa chọn mạng chồng khác với đường truyền định tuyến lớp IP chọn trường hợp thông thường Một chế riêng khác cách phục hồi xảy cố mạng, định tuyến lớp IP bị trục trặc phần mềm hay phần cứng, đường kết nối lớp IP bị đứt đoạn Với cấu trúc biện pháp xử lý riêng, mạng chồng rút ngắn đáng kể thời gian sửa chữa, phục hồi định tuyến lại Do mạng chồng tăng khả đáp ứng dịch vụ Sự thiết lập thử nghiệm mạng chồng mang lại nhiều hứa hẹn khả quan đăng tải công trình [1] Như dẫn giải chứng thực đó, toàn thời gian để phát lỗi mạng phục hồi ảnh hướng lỗi mạng hoàn thành vòng vài giây với hoạt động mạng chồng Thời gian trung bình vài phút mạng IP thông thường Nếu xét mặt chất lượng dịch vụ, kết thử nghiệm khả quan ban đầu khích lệ phát triển phương án QoS dùng mạng chồng Một ưu điểm khác mạng chồng cho phép tích hợp phương pháp xử lý vào đầu cuối chúng nút mạng chồng Hiện nay, thiết bị dùng mạng (ví dụ như định tuyến), cung cấp nhà sản xuất nguồn mã mở cho phép thực việc nâng cấp, thay đổi nguyên lý hoạt động, việc cần thay đổi phần mềm đầu cuối để có chất lượng dịch vụ lợi Tuy thế, giải pháp mạng chồng có số yếu tố cản trở cần phải cân nhắc kỹ lưỡng Trước hết, mạng chồng có khả đảm bảo QoS cho loại hình dịch vụ định Sự đảm bảo song song chất lượng cho nhiều dịch vụ khả thi tăng mức độ phức tạp tinh vi nút mạng chồng áp dụng lúc nhiều mạng chồng mạng IP Cả hai phương án có nhược điểm Tăng mức độ phức tạp tinh vi nút mạng chồng đòi hỏi tăng đáng kể đầu tư nghiên cứu, thời gian, thử nghiệm độ phức tạp mạng Tăng độ phức tạp thường đôi với tăng khả xuất lỗi cố Thiết lập nhiều mạng chồng mạng IP gây tình trạng có tương tác lưu lượng dịch vụ tương ứng với mạng chồng Tương tác không làm ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ mạng chồng mà nhiều có tác dụng xấu đến lưu lượng mạng IP Một nhược điểm khác phương án mạng chồng xuất mạng chồng biện pháp xử lý lưu lượng mạng chồng làm rối loạn điều phối lưu lượng nhà khai thác dịch vụ mạng IP Trong trường hợp bình thường (không có mạng chồng) mạng IP có triển khai số phương pháp điều phối lưu lượng mạng định Nhưng mạng chồng có phương pháp điều phối lưu lượng riêng, chất phương pháp mang tính ích kỷ theo nghĩa chúng quan tâm đến chất lượng dịch vụ mạng chồng phục vụ, phương pháp điều khiển lớp IP nhiều lúc không tuân thủ Nói cách khác phương pháp điều phối lớp IP bị tác dụng xuất phương pháp điều phối lớp ứng dụng mạng chồng Điều dẫn đến việc rối loạn hoạt động mạng IP quy hoạch tối ưu nhà khai thác mong muốn mạng IP không tối ưu Để loại bỏ yếu điểm mạng chồng lớp ứng dụng vừa liệt kê trên, hướng triển khai mạng chồng điều khiển nhà khai thác mạng độc lập với nhà khai thác mạng ISP (Internet Service Provider) tầng IP Phương án gọi phương án mạng chồng đối tác thứ ba Mạng chồng cung cấp chất lượng không cho 13 loại dịch vụ cố định mà cho nhiều dịch vụ khác Nhà khai thác mạng chồng thiết lập nút mạng chồng, đồng thời mua dung lượng cho kết nối nút mạng từ nhà ISP (xem hình 3) ISP A ISP D ISP B ISP C Nút mạng chồng Đường kết nối mạng chồng Hình 3: Mô hình mạng chồng đối tác thứ ba Cũng giống chế mạng chồng lớp ứng dụng, đường kết nối hai nút mạng chồng đối tác thứ ba tương thích với chuỗi đường kết nối lớp IP Khách hàng muốn sử dụng dịch vụ có chất lượng đảm bảo ký hợp đồng trực tiếp với nhà khai thác dịch vụ mạng chồng Giải pháp có lợi mạng chồng cung cấp QoS trường hợp dịch vụ đa mạng Tức tầng IP, đường truyền lưu lượng dịch vụ qua nhiều mạng vận hành nhà khai thác dịch vụ khác Nếu mạng chồng, dịch vụ đa mạng có chất lương đảm bảo nhà khai thác dịch vụ đường truyền phối hợp chặt chẽ với thiết lập phương án chung cho QoS Tuy nhiên, kết hợp hành động nhà khai thác dịch vụ thường khó thực cách thật họ có nhiều khác quan điểm QoS, cách thực QoS, mục tiêu đảm bảo QoS Độc giả tham khảo thêm tài liệu [10] đánh giá khả triển khai mạng chồng đối tác thứ ba, vấn đề liên quan điểm nóng cho nghiên cứu Điểm qua tình hình triển khai IP QoS thực tế 4.1 Giải pháp QoS hành mạng lõi: cung ứng thừa dung lượng Cho dù trình nghiên cứu thử nghiệm giải pháp QoS mạng IP Internet diễn với cường độ cao năm gần đây, dường chưa đủ sức thuyết phục nhà cung cấp dịch vụ Một thực tế chưa có giải pháp thật đưa vào sử dụng với quy mô lớn Thay vào đó, tất nhà khai thác mạng lõi áp dụng giải pháp cung ứng thừa dung lượng để giải vấn đề QoS Cung ứng thừa dung lượng có nghĩa 14 tất đường kết nối mạng trang bị dung lượng lớn gấp nhiều lần lưu lượng thực tế qua chúng Giải pháp có tính khả thi cao nhờ vào phát triển nhanh chóng công nghệ truyền liệu qua cáp quang, đặc biệt ứng dụng công nghệ ghép kênh theo bước sóng quang D-WDM Đầu tư mua dung lượng không đắt đỏ, công ty tầm cỡ lớn điều hành mạng lõi Khi kết hợp với phân loại gói IP theo mẫu cấu trúc DiffServ, cung ứng thừa dung lượng tăng thêm tính thuyết phục Thứ với nhu cầu thực tế khách hàng sử dụng, thực chất cần phân biệt loại gói IP chính: gói dịch vụ thời gian thực (thoại qua Internet, video qua Internet) gói dịch vụ lại Các dịch vụ thời gian thực đòi hỏi độ trễ, tỷ lệ gói độ biến thiên trễ nhỏ Các dịch vụ lại (như chuyển tập tin, thư điện tử) có yêu cầu QoS đỡ khắt khe hơn, thường chấp nhận trễ gói gói mức độ định Rất thuận lợi định tuyến lưu hành có sẵn khả bản, phân loại gói IP thành hai nhóm Điều có nghĩa không cần thiết phải thực thay đổi nâng cấp đáng kể cho thiết bị mạng sẵn có Thứ hai, kết đo đạc mạng vận hành xác nhận lưu lượng dịch vụ thời gian thực chiếm tỷ lệ nhỏ toàn lưu lượng mạng, khoảng 10-15% Như vậy, với nguyên lý phân loại gói gán ưu tiên tuyệt đối cho gói dịch vụ thời gian thực, hiệu suất sử dụng (tỷ lệ lưu lượng chuyển qua dung lượng đường kết nối) đường kết nối mạng theo phương diện dịch vụ thời gian thực mức độ 10-15% Vì thế, chất lượng loại hình dich vụ chắn đảm bảo mức cao Những phép đo đạc kiểm tra mạng chứng minh rằng, hiệu xuất sử dụng đường kết nối mạng giữ mức thấp (ví dụ 15%) tỷ lệ gói 0, độ trễ gói độ biến thiên trễ mức độ vài milli giây Thậm chí hiệu suất đường liên kết giữ mức 50%, độ trễ gói IP phải chịu nút mạng (bộ định tuyến) vào khoảng 1-2 ms [6] So sánh giá trị với 150 ms, giá trị cho phép lớn dành cho độ trễ đầu cuối- đầu cuối dịch vụ VoIP, ta thấy đảm bảo QoS hiển nhiên, liên kết VoIP thường qua không 10 nút mạng Thậm chí có cố xảy (như đứt đường kết nối, hỏng phần mềm định tuyến), hiệu xuất sử dụng đường kết nối lưu lượng thời gian thực tăng 100%, tức tăng gấp đôi, với hiệu suất sử dụng cỡ 30%, chất lượng dịch vụ không bị ảnh hưởng đáng kể Thực trạng đặt câu hỏi cần phải tốn nhiều công sức tài trợ để nghiên cứu, khám phá thử nghiệm giải pháp QoS phức tạp, mà cần đơn giản cung ứng thừa dung lượng cho mạng vấn đề giải ổn thoả? Để đảm bảo cung cấp mức độ dung lượng thừa lúc cần thiết, nhà khai thác dịch vụ cần theo sát chiều hướng thay đổi lưu lượng mạng Điều có cung ứng thừa dung lượng kết hợp chặt chẽ với việc thực đo kiểm, phân tích dự đoán lưu lượng mạng Cần làm rõ cung ứng thừa dung lượng có ưu điểm đơn giản mức độ đảm bảo QoS theo yêu cầu tốt, giải pháp có tính khả thi cao nhà khai thác dịch vụ mạng lõi tầm cỡ, chịu mức đầu tư lớn Ngoài ra, số nguyên nhân khác góp phần cản trở khả thi giải thích Một mặt, lưu lượng qua mạng ngày có xu hướng tăng nhanh theo thời gian Ví dụ điển hình xuất loại hình dịch vụ ngang hàng peer-to-peer cho phép máy tính 15 truyền tải liệu đến/từ máy bạn Thực trạng đòi hỏi nâng cấp ngày thường xuyên dung lượng mạng Mặt khác, trở ngại lớn cung ứng thừa dung lượng nhiều yếu tố khách quan, dung lượng không cung ứng nhanh mong đợi có nhu cầu thêm Thực tế hoạt động nhà khai thác mạng quy mô lớn với nhiều chi nhánh phòng ban khác nhau, thời gian từ lúc chi nhánh chịu trách nhiệm quy hoạch mạng định cần tăng thêm dung lượng cho đường kết nối đến thời điểm chi nhánh chịu trách nhiệm đặt thêm cáp quang triển khai nhiệm vụ lên đến hàng tháng Ngay trường hợp dung lượng ngày trở nên rẻ hơn, lý kinh tế, nhà khai thác dịch vụ muốn giảm đến mức tối thiểu mức cung ứng thừa mật độ nâng cấp cung ứng Đây nhân tố không khuyến khích áp dụng giải pháp cung ứng thừa dung lượng Hơn nữa, QoS đầu cuối-đầu cuối tiêu chí, cần ý đường truyền lưu lượng không qua mạng lõi mà qua mạng truy nhập Vì mạng truy nhập khai thác nhà cung cấp dịch vụ tầm cỡ nhỏ, tài nguyên mạng tối đa nhiều trường hợp giới hạn (ví dụ mạng truy cập vô tuyến, đường kết nối không dây có dung lượng tối đa cố định tăng thêm) nên khả cung ứng thừa dung lượng thực Vì thế, cung ứng thừa dung lượng không giải hết vấn đề QoS chúng tiếp tục cần xem xét, nghiên cứu 4.2 Tiến tới QoS đầu cuối đầu cuối Cho tới lúc này, báo chủ yếu đề cập đến phương án bảo đảm QoS mạng lõi mạng vận hành nhà khai thác dịch vụ Bức tranh toàn cảnh QoS Internet có tầm cỡ lớn Tiêu chí đảm bảo QoS đầu cuối đầu cuối yêu cầu lưu ý lưu lượng dịch vụ thường phải qua nhiều mạng (bao gồm mạng truy nhập mạng lõi) khác nhau, mạng vận hành nhà khai thác độc lập Một mặt, xu hướng tiến tới cung cấp truy cập Internet lúc, nơi, cho đối tượng đòi hỏi phát triển tích hợp hợp lý mạng vô tuyến, bao gồm mạng không dây cục WLAN (Wireless Local Area Network), mạng không dây GPRS (General Packet Radio Services, hay biết đến tên gọi mạng di động hệ 2.5G), mạng UMTS (Universal Mobile Telecommunications System, hay gọi mạng di động hệ 3G) Nghiên cứu triển khai QoS môi trường mạng không dây vừa nhắc đến xúc tiến mạnh mẽ phạm vị rộng Vấn đề chủ chốt cần giải thiết lập nguyên lý điều phối tài nguyên vô tuyến hiệu có tính khả thi cao, đồng thời hoạt động phù hợp với đặc tính (bao gồm tượng nhiễu sóng, cản sóng vv.) đường kết nối không dây Bên cạnh đó, nâng cao phát triển thuật pháp bảo đảm QoS điểm cuối, kết hợp với hoàn thiện thêm đặc tính giao thức mạng (TCP, UDP) môi trường truyền tải không dây điểm nóng giới nghiên cứu viễn thông theo đuổi Mặt khác, đảm bảo QoS đầu cuối đầu cuối làm nảy sinh câu hỏi nên áp dụng mô hình hoạt động vĩ mô Hoặc dựa vào phối hợp hành động nhà khai thác mạng ISP sẵn có, dựa vào mô hình mạng chồng đối tác thứ ba trình bày phần 3.4 Phân tích, đánh giá đặc điểm, phát triển cụ thể hai mô hình mảng đề tài nghiên cứu thử nghiệm thu hút quan tâm lớn, đồng thời có giá trị thực tiễn cao 16 Kết luận Chúng ta vừa điểm lại đánh giá giải pháp đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) mạng IP Liên quan đến tính khả thi triển khai quy mô lớn, giải pháp cho IP QoS xem xét có ưu điểm khiếm khuyết riêng Đó lý trình nghiên cứu thử nghiệm giải pháp QoS bắt đầu theo đuổi gần hai thập kỷ qua, chưa giải pháp thật có áp dụng rộng rãi với quy mô mang tính toàn cầu Vấn đề nằm chỗ, phổ biến giải pháp không phụ thuộc vào tính chất kỹ thuật nó, mà chịu chi phối mang tính định yếu tố không phần quan trọng khác nhu cầu thị trường, luật hành liên quan đến viễn thông, hưởng ứng nhà cung cấp dịch vụ Phát triển, chọn lựa, tích hợp hoạt động giải pháp QoS cho hợp lý đề tài làm việc tranh luận mang tính cấp thiết không lĩnh vực nghiên cứu mà công ty viễn thông, nhà cung cấp dịch vụ Chúng ta chờ đợi theo dõi bước tiến lĩnh vực Tài liệu tham khảo [1] D Andersen, H Balakrishnan, F Kaashoek and R Morris, "Resilient Overlay Networks", in Proceedings of ACM Symposium on Operating Systems Principles, pp 131-145, October 2001 [2] D Awduche, L Berger, D Gan, T Li, V Srinivasan and G Swallow, "RSVP-TE: Extensions to RSVP for LSP Tunnels", RFC3209, December, 2001 [3] S Blake, D Black, M Carlson, E Davies, Z Wang and W Weiss, "An Architecture for Differentiated Services", RFC2475, December 1998 [4] R Braden, D Clark and S Shenker, "Integrated Services in the Internet Architecture: an Overview", RFC1633, June 1994 [5] I Gojmerac, F Hammer, F Ricciato, H T Tran, T Ziegler, (authors in alphabetical order), "Scalable QoS: state-of-the-art architectural solutions and developments", Technical report, FTW-TR-2004-003 [6] K Papagiannaki, R Cruz and C Diot, "Network Performance Monitoring at Small Time Scales", in Proceedings of Internet Measurement Conference (IMC), pp 295-300, October 2003 [7] P Siripongwutikorn and S Banerjee, "Per-flow delay Performance in traffic Aggregates", in Proceedings of IEEE GLOBECOM, volume 3, pp 2634-2638, 2002 [8] A S Tanenbaum, "Computer Networks", 3nd Edition, Prentice Hall PTR, Prentice-Hall, 1996 [9] H T Tran, "A Short Review on QoS Architectures and Applied End-to-End CAC Mechanisms", Technical Report, 2002 [10] H T Tran, “On the Service Overlay Network Concept for End-to-End QoS Assurances”, Technical Report, 2005 17 [11] Y Xu and R Guerin, "Individual QoS versus Aggregate QoS: A Loss Performance Study", in Proceedings of IEEE INFOCOM, volume 3, pp 1170-1179, 2002 Phụ lục Để tạo thuận lợi cho độc giả trình tham khảo tài liệu tiếng Anh có liên quan, cung cấp bảng dịch tiếng Việt số thuật ngữ mạng viễn thông phổ biến tiếng Anh dùng khuôn khổ báo Burst traffic Connection Core router Edge router Link Micro IP flow Multimedia service Network resource Overprovisioning Overlay network Resource management Scalability Service Availabilty Signalling traffic Smooth trafic Survaivability Traffic Engineering Lưu lượng với độ lớn có tính bùng phát cao Liên kết Bộ định tuyến lõi Bộ định tuyến biên Đường kết nối Luồng gói IP vi mô Dịch vụ đa dạng Tài nguyên mạng (dữ lượng mạng) Cung ứng thừa dung lượng Mạng chồng Điều phối tài nguyên mạng Khả áp dụng rộng Khả đáp ứng dịch vụ Lưu lượng báo hiệu Lưu lượng với độ lớn ổn định Khả trì dịch vụ Điều phối lưu lượng mạng 18 ... cách cụ thể Phần báo vào chi tiết Hai thành ngữ “chất lượng dịch vụ’’ QoS ’ dùng thay đổi báo với ý nghĩa giải pháp QoS nghiên cứu, triển khai thử nghiệm Lợi hạn chế giải pháp xét phương diện... lượng dịch vụ (QoS) mạng IP Liên quan đến tính khả thi triển khai quy mô lớn, giải pháp cho IP QoS xem xét có ưu điểm khiếm khuyết riêng Đó lý trình nghiên cứu thử nghiệm giải pháp QoS bắt đầu theo... nghiên cứu Điểm qua tình hình triển khai IP QoS thực tế 4.1 Giải pháp QoS hành mạng lõi: cung ứng thừa dung lượng Cho dù trình nghiên cứu thử nghiệm giải pháp QoS mạng IP Internet diễn với cường