21/09/2021

PHÂN LOẠI VÀ ĐÁNH DẤU TRONG QoS (Phần 1)

Tổng quan về QoS

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 xử 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).

Có nhiều nguyên nhân giải thích tại sao mô hình IntServ không được sử dụng để theo kịp mức độ phát triển của Internet. Thay vào đó, IntServ chỉ được sử dụng phổ biến trong các mô hình mạng với quy mô nhỏ và trung bình. Trong khi đó, DiffServ lại là mô hình cung cấp chất lượng dịch vụ có khả năng mở rộng. Cơ chế hoạt động của mô hình này bao gồm quá trình phân loại lưu lượng và tại thành phần biên mạng, quá trình xếp hàng tại mỗi nút mạng và xử lý huỷ gói trong lõi mạng. Trong đó, phần lớn các quản lý và xử lý được thực hiện tại thành phần biên mạng mà không cần phải lưu giữ trạng thái của các luồng lưu lượng trong lõi mạng.

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 thì 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 thì 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.

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: