Thạc Sĩ Các kỹ thuật đảm bảo chất lượng dịch vụ trong mạng IP

ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong xu hướng phát triển bùng nổ thông tin ngày này, các nhu cầu về thông tin liên lạc ngày càng mở rộng. Nó đi đôi với nhu cầu đòi hỏi cao về chất lượng dịch vụ. Đối với nhà khai thác mạng nâng cao chất lượng dịch vụ đồng nghĩa với khả năng tăng khả năng cạnh tranh. Đó là điều tất yếu mà một nhà khai thác phải làm tốt để tồn tại.
Việt Nam được đánh giá là một quốc gia có nhu cầu về thông tin lớn. Hệ thống viễn thông mạng Việt Nam rất đa rạng, phong phú, trong đó công nghệ mạng trên nền chuyển mạch gói là rất phổ biến. Song song với việc cung cấp nhiều loại hình dịch vụ mục tiêu nâng cao chất lượng dịch vụ đang là một vấn đề trọng tâm của các nhà cung cấp đặt ra.
Mạng hiện thời đang tồn tại ở Việt Nam so với một số nước trong khu vực còn chưa thật sự ổn định, vẫn còn nhiều hiện tượng nghẽn mạng hay tốc độ truy cập mạng còn thấp. Ngoài biên pháp cải thiện băng thông (rất tốn kém), chưa thể đáp ứng ngay thì chúng ta cần phải cải thiện chất lượng dịch vụ theo một số hướng khác. Bản luận văn này tìm hiểu về QoS trong mạng IP và một số giải pháp nâng cao QoS phổ biến đang được áp dụng.
Được sự hướng dẫn và giúp đỡ nhiệt tình của Thầy giáo PGS.TS Nguyễn Gia Hiểu, bản luận văn với đề tài “Các kỹ thuật đảm bảo chất lượng dịch vụ trong mạng IP” đã đề cập đến những vấn đề cơ bản về chất lượng dịch vụ trong mạng IP. Sau một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu bản luận văn đã hoàn thành với những nội dung chính sau đây:
Chương 1: Chất lượng dịch vụ trong mạng Viễn thông.

Chương 2: Các kỹ thuật đảm bảo chất lượng dịch vụ trong mạng IP. Chương 3: Chất lượng dịch vụ trong mạng IP.
Chương 4: Chất lượng dịch vụ trong mạng ATM.
Chương 5: QOS trong giao thức chuyển mạch nhãn MPLS.




MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1
LỜI CAM ĐOAN 2
MỤC LỤC . 3
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 6
DANH SÁCH HÌNH VẼ . 9
ĐẶT VẤN ĐỀ . 12
CHưƠNG I: 13
CHẤT LưỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG TRUYỀN THÔNG 13
Nhập đề: 13
1.1 Khái niệm về chất lượng dịch vụ . 14
1.2 Các thông số QoS . 15
1.2.1 Băng thông 16
1.2.2 Trễ . 16
1.2.3 Jitter (Biến động trễ) . 17
1.2.4 Mất gói . 18
1.2.5 Tính sẵn sàng (Độ tin cậy) . 19
1.2.6 Bảo mật 19
1.3 Yêu cầu QoS đối với các dịch vụ khác nhau . 20
1.3.1 Ứng dụng E-mail, FTP 20
1.3.2 Ứng dụng Streaming, âm thanh hình ảnh lưu trước 21
1.3.3 Ứng dụng Streaming cho âm thanh, hình ảnh sống 22
1.3.4 Ứng dụng Hình ảnh âm thanh tương tác thời gian thực . 22
1.3.5 Ví dụ về điện thoại VOIP: 23
1.3.6 Các lớp dịch vụ 30
1.4 Một số kỹ thuật hỗ trợ chất lượng dịch vụ 32
Kết luận chương . 34
CHưƠNG II: . 35
CÁC KỸ THUẬT ĐẢM BẢO CHẤT LưỢNG DỊCH VỤ 35
Nhập đề: 35
2.1 Kỹ thuật đo lưu lượng và mầu hóa lưu lượng 35
2.1.1 Đánh dấu ba mầu tốc độ đơn . 35
2.1.2 Đánh dấu ba mầu hai tốc độ 37
2.2 Kỹ thuật quản lý hàng đợi tích cực . 39
2.2.1 Kỹ thuật loại bỏ gói ngẫu nhiên sớm RED 39
2.2.2 Kỹ thuật loại bỏ gói sớm theo trọng số WRED 40
2.2.3 Thông báo tắc nghẽn hiện ECN 40
2.3 Lập lịch gói 41
2.3.1 FIFO . 42
2.3.2 Hàng đợi ưu tiên PQ 42
2.3.3 Hàng đợi công bằng FQ 43
2.3.4 Vòng quay trọng số Robin (WRR) 44
2.3.5 Hàng đợi công bằng có trọng số WFQ . 45
2.3.6 Hàng đợi công bằng có trọng số dựa trên cơ sở lớp (CB WFQ) . 47
2.4 Trafic Shaping 48
2.4.1 Bộ định dạng lưu lượng thường . 48
2.4.2 Bộ định dạng lưu lượng gáo rò 49
Kết luận chương . 51
CHưƠNG 3: 52
CHẤT LưỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG IP . 52
Nhập đề: 52
3.1 Các dịch vụ tích hợp . 52
3.2 Giao thức dành riêng tài nguyên (RSVP) 52
3.2.1 Tổng quan về RSVP . 52
3.2.2 Hoạt động của RSVP . 53
3.2.3 Các kiểu RSVP dành riêng . 53
3.2.4 Các ví dụ về IntSer 54
3.2 Các dịch vụ phân biệt . 57
3.2.1 Tổng quan DiffServ 57
3.2.2 Cấu trúc DiffServ . 58
3.2.3 Cư sử từng chặng (PHB) . 63
3.2.4 Ví dụ về Differentiated Services . 66
Kết luận chương . 68
CHưƠNG IV: 69
CHẤT LưỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG ATM 69
Nhập đề: 69
4.1 Nền tảng về ATM . 69
4.1.1 Nguồn gốc của ATM 69
4.1.2 Giao diện mạng ATM . 69
4.2 Giao thức ATM 70
4.2.1 Lớp tế bào ATM . 71
4.2.2 Lớp tương thích ATM . 72
4.3 Các kết nối ảo ATM . 72
4.3.1 Kênh ảo và đường ảo . 72
4.3.2 Liên kết ảo . 73
4.3.3 Kết nối ảo (Virtual Connection) . 75
4.3.4 Kết nối chuyển mạch ảo (SVC) 76
4.4 Các loại dịch vụ ATM 77
4.4.1 Các loại dịch vụ ATM 77
4.4.2 Miêu tả lưu lượng 78
4.4.3 Các kiểu AAL . 79
Kết luận chương: 80
CHưƠNG 5: 81
QOS TRONG GIAO THỨC CHUYỂN MẠCH NHÃN MPLS 81
Đặt vấn đề: . 81
5.1 Cơ sở lý thuyết của MPLS 81
5.1.1 Sự chuyển tiếp gói IP thông thường . 81
5.1.2 Các cải tiến của MPLS 82
5.1.3 Kiến trúc MPLS . 83
5.2 Mã hóa nhãn . 83
5.2.1 MPLS shim header 83
5.2.2 Mã hóa nhãn qua mạng ATM . 84
5.3 Hoạt động của MPLS . 85
5.3.1 Ánh xạ nhãn . 85
5.3.2 Một ví dụ về các đường hầm phân cấp MPLS 87
5.4 MPLS hỗ trợ DiffServ 88
5.4.1 E-LSP 88
5.4.2 L-LSP 90
Kết luận chương . 91



KẾT LUẬN VÀ HưỚNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN . 92
TÀI LIỆU THAM KHẢO 93
PHỤ LỤC 94



THUẬT NGỮ VIẾT TẮT


ARED Adapted Random Early Detection Tìm kiếm sớm ngẫu nhiên thích ứng
ARP Address Resolution Protocol Giao thức phân giai địa chỉ
ARPA Advance Research Projects Agency Trung tâm nghiên cứu cấp cao
ATM Assyschronous Tranfer Mode Chế độ truyền bất đồng bộ
AF Assured Forwarding Chuyển tiếp đảm bảo
BB Bandwidth Brokering Thu hồi băng thông
BGP Border Gateway Protocol Giao thức định tuyến ngòai
CBQ Class Base Queuing Hàng đợi cơ sở lớp
CBR Contant Bitrate Rate tốc độ bit cố định
CL Controlled Load Tải điều khiển
CPU Center Processor Unit Khối xử lí trung tâm
CQS Classify Queue Shedule Lập lịch hàng đợi phân loại
CAC Call Adminission Contron Điều khiến xác nhận cuộc gọi
CE Congestion Experience Nghẽn trải qua
DFF Drop from Front Loại bỏ phía trước
DiffServ Differentiated Service Dịch vụ khác biệt
DNS Domain Name System Hệ thống tên miền
DOD Deparment of Defense thuộc bộ quốc phòng Mĩ
DRR Deficit Round Robin
DSCP Difserv Code-Point Điểm mã dịch vụ khác biệt
ECN Explicit congestion notification Thông báo nghẽn cụ thể
EF Expedited Forwarding Chuyển tiếp ngay
FBI Forwarding information base Khối chuyển tiếp
FIFO First in first out Hàng đợi theo nguyên tắc vào trước ra trước
FRED Flow Random Early Detection Tìm kiếm ngẫu nhiên sớm theo luồng
FTP File Transfer Protocol Giao thức truyền file



GS Guaranteed Service Dịch vụ đảm bảo vụ
HL Header length Độ dài tiêu đề
ICMP Internet Control Message Protocol Giao thức tín hiệu điều khiển
Internet
IHL Identifed Header Length Trường xác nhận độ dài tiêu đề
Intserv Intergrated Service Dịch vụ tích hợp
IP Internet Protocol Giao thức Internet
LSP Label-switching Paths Đường dẫn chuyển mạch nhãn
MF Multi field Đa trường
MPLS Multi protocol lable Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức
MTU Maximum Transfer Unit Đơn vị truyền tối đa
NGN Next Generation Network Mạng thế hệ kế tiếp
OSI Open Systems Interconection Mô hình tham chiếu “liên kết hệ thống mở”
OSPF Open Sortest Path First Đường dẫn đầu tiên ngắn nhất mở
PHB Per-Hop Behavior Cư sử từng chặng
PNNI Private network Node Interface Giao diện node mạng riêng
PQ Priority Queue Hàng đợi ưu tiên
QoS Quality of service Chất lượng dịch vụ
RAP Resource Allocation Protocol Giao thức phân phát tài nguyên
RARP Reverse Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ ngược
RED Random Early Detection Tìm kiếm ngẫu nhiên sớm
RIO RED With IN/ OUT Tìm kiếm ngẫu nhiên sớm theo vào
ra
RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức dành trước tài nguyên
SDH Synchronous Digital Hiearachy Phân cấp số đồng bộ
SLA Service level agreement Thỏa thuận mức dịch vụ
SMTP Simple Mail Transfer Protocol Giao thức truyền thư điện tử đơn giản
TCP Tranmission Control Protocol Gíao thức điều khiển truyền dẫn
Telnet Terminal NETwork Mạng đầu cuối



TL Total length Độ dài tổng
TOS Type Of Service Loại dịch vụ
TTL Time-to-live Thời gian sống
UDP User Datagram protocol Giao thức người sử dụng
VCI Virtual circuit Identify Nhận biết kênh ảo
VPI Virtual Path Identify Nhận biết đường ảo
VPN IP virtual private Network IP virtual private Network
WRED Weight Random Early Detection Tìm kiếm ngẫu nhiên sớm theo trọng số
WRED Weighted Random Early Detection Tìm kiếm sớm ngẫu nhiên theo trọng số



DANH SÁCH HÌNH VẼ



Hình Nội dung
Hình 1.1 Băng thông, trễ
Hình 1.2 FTP truyền file giữa các hệ thống
Hình 1.3 Phân loại các kỹ thuật sửa đổi dữ liệu phía người gửi
Hình 1.4 Sửa đổi dữ liệu sử dụng FEC
Hình 1.5 Sửa chữa sử dụng FEC phụ thuộc môi trường
Hình 1.6 Các khối được đan xen trong nhiều gói
Hình 1.7 Phân loại các kỹ thuật che dấu lỗi
Hình 2.1 Khoản thời gian đo CBS và CIR
Hình 2.2(a) Gáo C và gáo E ở chế độ mù mầu
Hình 2.2(b) srTCM ở chế độ mù mầu
Hình 2.3 srTCM ở chế độ rõ mầu
Hình 2.4(a) Gáo rò C và P trong trTCM
Hình 2.4(b) trTCM ở chế độ mù mầu
Hình 2.5 Chế độ rõ mầu với trTCM
Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của RED
Hình 2.7 Hồ sơ RED
Hình 2.8 Khái niệm ECN
Hình 2.9 Biểu đồ khái niệm của lập lịch gói
Hình 2.10 FIFO
Hình 2.11 Hàng đợi ưu tiên PQ
Hình 2.12 Ảnh hưởng của kích thước gói với phân bổ băng thông
Hình 2.13 WRR
Hình 2.14 Vòng quay Robin trọng số theo từng bit
Hình 2.15 WFQ
Hình 2.16 CB WFQ
Hình 2.17 Bộ định dạng lưu lượng thường
Hình 2.18 Gáo rò token traffic shaper



Hình 3.1 Hoạt động của RSVP
Hình 3.2 Các kiểu dàng riêng RSVP
Hình 3.3 Các ống chia sẻ được dành riêng
Hình 3.4 Ví dụ 1 về RSVP trong IntServ
Hình 3.5 Ví dụ 2 về RSVP trong IntServ
Hình 3.6 Ví dụ về RSVP Style
Hình 3.7 Dành riêng Wildcard filter
Hình 3.8 Dành riêng Fixed filter
Hình 3.9 Dành riêng Shared-explicit
Hình 3.10 Các bước của DiffServ
Hình 3.11 Miền IP
Hình 3.12 Một miền DS và các mạng con
Hình 3.13 Miền DiffServ
Hình 3.14 Vùng DS
Hình 3.15 IPv4 Header 24 byte
Hình 3.16 Các trường TOS trong Ipv4 header
Hình 3.17 IPv6 Header 48 byte
Hình 3.18 Trường DS
Hình 3.19 Ví dụ về cài đặt EF
Hình 3.20 Một ví dụ cài đặt AF
Hình 3.21 Ví dụ về DiffServ
Hình 4.1 Các giao tiếp ATM
Hình 4.2 Xếp chồng giao thức ATM
Hình 4.3 Cấu trúc tế bào ATM
Hình 4.4 Tế bào ATM cắt và lắp ghép
Hình 4.5 Kết nối kênh ảo
Hình 4.6 Biên dịch VPI/VCI
Hình 4.7 Liên kết đường ảo (VPL)
Hình 4.8 Quan hệ giữa VCL và VPL
Hình 4.9 Kết nối đường ảo (VPC)



Hình 4.10 Kết nối kênh ảo (VCC) trong một VPL
Hình 4.11 VCC được tạo từ các VCL của các VPL khác nhau
Hình 4.12 SVCC
Hình 5.1 Chức năng định tuyến IP chuẩn
Hình 5.2 Kiến trúc của MPLS
Hình 5.3 Đầu mào MPLS
Hình 5.4 Xếp chồng nhãn độ sâu m
Hình 5.5 MPLS LSP sử dụng ATM SVC
Hình 5.6 MPLS LSP sử dụng ATM SVP
Hình 5.7 MPLS LSP sử dụng ATM SVP mã hóa đa điểm
Hình 5.8 Ánh xạ nhãn vào
Hình 5.9 Ánh xạ FTN
Hình 5.10 Trao đổi nhãn
Hình 5.11 Đẩy nhãn
Hình 5.12 Một ví dụ về LSP phân cấp
Hình 5.13 Ánh xạ giữa DiffServ PBH với các bit MPLS EXP
Hình 5.14 E-LSP
Hình 5.15 L-LSP