TỔNG QUAN VÊ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ QoS

[lamvantu]

Sinh viên Thực hiện: Nguyễn Thị Thu Thảo

CHƯƠNG I.TỔNG QUAN VÊ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ QoS

1. Giới thiệu

Trước đây, khi mà internet chủ yếu là truyền data thì người ta không cần quan tâm đến việc phân biệt và ưu tiên cho các gói tin bởi vì lúc này băng thông mạng và các tài nguyên khác đủ để cung cấp cho các ứng dụng trong mạng, vì vậy các ISPs sẽ cung cấp cho khách hàng của họ dịch vụ best-effort (BE) khi đó tất cả các khách hàng sẽ được đối sử như nhau họ chỉ khác nhau ở loại kết nối. Đây là dịch vụ phố biến trên mạng Internet hay mạng IP nói chung. Các gói thông tin được truyền đi theo nguyên tắc “đến trước được phục vụ trước” mà không quan tâm đến đặc tính lưu lượng của dịch vụ là gì. Điều này dẫn đến rất khó hỗ trợ các dịch vụ đòi hỏi độ trễ thấp như các dịch vụ thời gian thực hay video. Cho đến thời điểm này, đa phần các dịch vụ được cung cấp bởi mạng Internet vẫn sử dụng nguyên tắc Best Effort này.
Nhưng khi internet càng ngày càng phát triển và phát triển thêm các dịch vụ HTTP, Voice, Video… thì điều này sẽ làm cho chất lượng của các dịch vụ này giảm đi rõ rệt vì delay lớn, độ jitter lớn và không đủ băng thông để truyền, phương án tăng băng thông của mạng cũng không giải quyết được vấn đề này mà lại còn rất tốn kém.
QoS (Quanlity of Service) là một khái niệm dùng để đề cập đến tất cả các khía cạnh liên quan đến hiệu quả hoạt động của mạng. QoS bao gồm hai thành phần chính:
+ Tìm đường qua mạng nhằm cung cấp cho dịch vụ được yêu cầu.
+ Duy trì hiệu lực hoạt động của dịch vụ.
Hai mô hình cung cấp chất lượng dịch vụ được sử dụng phổ biến ngày nay là:
+ Mô hình dịch vụ tích hợp IntServ (Intergrated Services).
+ Mô hình dịch vụ phân biệt DiffServ (Differentiated Services).
Các kĩ thuật QoS trong mạng IP.

Hình 1.1: Các kĩ thuật QoS trong mạng IP

Nguyên nhân thành công của giao thức IP chính là sự đơn giản của nó. Mọi tính năng phức tạp được cài đặt tại đầu cuối mạng còn mạng lõi thì đơn giản. Bộ định tuyến trong mạng sẽ căn cứ vào địa chỉ IP và các nút trong mạng để tìm nút mạng kế tiếp được nhận gói.
- Nếu hàng đợi dành cho nút mạng kế tiếp quá dài, thời gian trễ của gói dữ liệu sẽ lớn. Nếu hàng đợi đầy không còn chỗ trống gói dữ liệu sẽ bị hủy.
- Như vậy, mạng IP chỉ cung cấp mô hình dịch vụ “nỗ lực tối đa ”_best effort service_có nghĩa là mạng sẽ khai thác hết khả năng trong giới hạn cho phép, nhưng không đảm bảo độ trễ và mất mát dữ liệu. Vì vậy, khi có nhiều luồng lưu lượng truyền đi trong mạng và vượt quá khả năng của mạng, dịch vụ không bị từ chối nhưng chất lượng dịch vụ giảm: thời gian trễ tăng, tốc độ giảm và mất dữ liệu. Do đó, mạng IP không thích hợp với những ứng dụng yêu cầu thời gian thực. Ngoài ra, với thông tin đa điểm (multicast) đồng thời phục vụ hàng triệu khách hàng thì hiện nay mạng IP không thực hiện được. Nếu có thể triển khai tốt thông tin quảng bá có thể tích hợp phát thanh truyền hình vào mạng IP.
- Sự ra đời các giao thức chất lượng dịch vụ QoS cung cấp cho mạng các tính năng giúp mạng có thể phân biệt được các lưu lượng có đòi hỏi thời gian thực với các lưu lượng có độ trễ, mất mát hay độ biến động trễ (jitter). Băng thông sẽ được quản lý và sử dụng hiệu quả để có thể đáp ứng những yêu cầu về chất lượng của các luồng lưu lượng. Mục tiêu của QoS là cung cấp một số mức dự báo và điều khiển lưu lượng.

• Trong các mạng số liệu, QoS được đánh giá qua các tham số chính sau:

• Độ sẵn sàng của dịch vụ
• Độ trễ (delay).
• Độ biến động trễ (jitter)
• Thông lượng hay băng thông

• Tỷ lệ tổn thất gói (packet loss rate): tỷ lệ các gói bị mất, bị hủy, và bị lỗi khi đi trong mạng.

Hiện nay, có hai loại chất lượng dịch vụ cơ bản:

• Dành trước tài nguyên (Resource Reservation) với mô hình “Tích hợp dịch vụ” IntServ (Intergrated Service). Tùy theo yêu cầu của dịch vụ và chính sách quản lý băng thông mà mạng sẽ cung cấp tài nguyên phục vụ cho từng ứng dụng.
• Sự ưu tiên (Prioritization) với mô hình các “dịch vụ phân biệt” ( DiffServ-Differentiated Service). Lưu lượng vào mạng được phân loại và được cung cấp theo chỉ tiêu của chính sách quản lý băng thông. Chất lượng dịch vụ được áp dụng cho từng luồng dữ liệu riêng biệt hoặc một nhóm luồng. Luồng được xác định dựa vào 5 thông tin:

• Giao thức lớp vận chuyển.
• Địa chỉ IP nguồn.
• Địa chỉ IP đích.
• Chỉ số cổng nguồn.
• Chỉ số cổng đích.

1.1 Tìm hiểu các khả năng hỗ trợ QoS của các dòng router Cisco
Cisco System là hãng chuyên sản xuất và đưa ra các giải pháp mạng LAN&WAN lớn nhất thế giới hiện nay. Thị phần của hãng chiếm 70% đến 80% thị trường thiết bị mạng trên toàn thế giới. Các thiết bị và giải pháp của hãng đáp ứng nhu cầu của mọi loại hình doanh nghiệp từ các doanh nghiệp vừa và nhỏ đến các doanh nghiệp có quy mô lớn và các nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP).

Hình 1.2: Các thiết bị Router Cisco

• Cisco 800 Series Router

Hình 1.3 Các cổng của Cisco 800 Series Router

Cisco 800 Series là giải pháp lý tưởng cho các kết nối Internet an toàn và các kết nối mạng cho các văn phòng nhỏ hoặc những người làm việc từ xa (teleworkers).
Bên cạnh những tính năng vượt trội của các dòng router cisco không thể không nói tới tính năng QoS cao.

• Cisco 1700 Series Modular Acess Routers

Hình 1.4 Cisco 1700 Series Modular Acess Routers

Cisco 1700 Series Modular Access Router cung cấp truy cập Inernet và mạng nhanh, tin cậy và an toàn thông qua các công nghệ WAN tốc độ cao khác nhau. Đồng thời dòng sản phẩm này cũng đưa ra các dịch vụ VoIP và IP Telephony thông qua mạng hợp nhất Voice-Data với các tính năng QoS cao.

• Cisco 2500 Series Routers

Hiện tại Cisco chỉ sản xuất hai dòng 2509 và 2511, còn lại tất cả các dòng khác được thay thế bởi Cisco 2600 Series. Cisco 2509 và Cisco 2511 cung cấp hai cổng Serial WAN tốc độ cao và 8 hoặc 16 cổng Async cho phép các truy cập từ xa thông qua modem ngoài. Router được kết nối vào mạng LAN thông qua cổng Ethernet 10Mbps. Loại Router này hoàn toàn phù hợp với các doanh nghiệp loại trung bình với khả năng cung cấp đầy đủ các tính năng Routing, QoS và Security.

Hình 1.5 Cisco 2500 Series Routers

• Cisco 7200 Series Routers

Là loại Router lớn ứng dụng cho Enterprise và Sẻvice Provider
Các lợi ích của Cisco 7200 series routers bao gồm :
• Unparalleled Cisco IOS-based IP/MPLS feature support QoS, Broadband Agg, Security, Multiservice, MPLS, and more.
• Support for up to 16,000 broadband subscriber sessions with the NPE-G1

Hình 1.6 Cisco 7200 Series Routers

• Cisco 7500 Series Routers

Bên cạnh khả năng packet switching, VIPs cũng có khả năng cung cấp một loạt các dịch vụ mạng IP phân tán, bao gồm: Access control, QoS, và Traffic accounting (NetFlow).

Hình 1.7 Cisco 7500 Series Routers

1.2.Cấu trúc của QoS

Khi nói đến QoS ta sẽ nghĩ ngay tới các kĩ thuật hàng đợi như: Weighted Fair Queuing (WFQ), hay Custom Queuing (CQ), nhưng thật ra nó có nhiều hơn thế, ngoài hàng đợi QoS còn có các kỉ thuật khác gồm: nén (compression), policing và shaping, loại gói (drop packet), và một số khác.
Vì sao chúng ta lại cần QoS?
Như trước đây, khi mà nhu cầu sử dụng mạng của con người chưa cao bởi vì sự mới mẻ, chưa phổ biến và các ứng dụng chưa nhiều thì lưu lượng trên mạng có thể đáp ứng cho hầu hết các ứng dụng lúc bây giờ, nhưng khi nó trở nên phổ biến số người dùng nhiều và các ứng dụng cũng tăng lên thì tài nguyên băng thông mạng trở nên thiếu hụt, điều này sẽ dẫn tới việc mất gói đáng kể khi truyền qua mạng, Để khắc phục điều này thì QoS ra đời với nhiệm vụ ưu tiên cho các ứng dụng thời gian thực bằng cách cấp phát thêm băng thông và đặt chúng ở mức ưu tiên cao hơn các ứng dụng khác.
Nếu một mạng không áp dụng QoS thì sẽ xảy ra các trường hợp như sau: