Ngày nay, với sự bùng nổ của Internet, việc kết nối và sử dụng Internet ngày
càng đa dạng, phong phú, chính vì vậytầm quan trọng của việc đảm bảo chất lượng
dịch vụ(QoS) ngày càng tăng. Với sự ra đời của các nhà cung cấp dịch vụ Internet
(ISP), việc ổn định “chất lượng của Internet” cần phải được đảm bảo. Điều đó có
nghĩa là các nhà cung cấp Internet tạo ra cho người dùng những dịch vụ đa dạng,
phong phú và cốt yếu là phải đảm bảo chất lượng dịch vụ đó.
Mạng Internet hiện nay cung cấp dịch vụ trên cơ sở phục vụ theo khả năng tối
đa (best -effort), tức là không có bất cứ một cam kết nào được đưa ra từ phía nhà khai
thác về chất lượng dịch vụ. Thay vào đó, tùy thuộc vào trạng thái cụ thể của mạng,
mạng chủ sẽ thực hiện những khả năng tốt nhất của mình để phục vụ lưu lượng cho
dịch vụ [9]. Đây là nguyên nhân chủ yếu thúc đẩy nghiên cứu mạnh mẽ về QoS trên
nền mạng IP trong những năm gần đây.
Chất lượng dịch vụ là một thành phần quan trọng của các mạng gói đa dịch vụ.
Vấn đề chất lượng dịch vụ và đánh giá chất lượng dịch vụ luôn là vấn đề đóng vai trò
quan trọng đối với tất cả các loại hình dịch vụ viễn thông. Mỗi loại hình dịch vụ sẽ
quan tâm tới QoS ở những khía cạnh khác nhau.
Việc tích hợp nhiều ứng dụng với các yêu cầu về QoS khác nhau đòi hỏi phải
có một mô hình đảm bảo QoS cho các dịch vụ này. Hướng tiếp cận QoS theo mô hình
IntServ vàDiffServ rất phù hợp với mạng gói IP[18]. Công nghệ IP và các ứng dụng
của nóđã và đang tạo ra nhiều cơ hội và thách thức mới cho các nhà cung cấp dịch vụ
viễn thông.
Từ tính cấp thiết nêu trên, chúng tôi chọn đề tài “Giải pháp đảm bảo chất
lượng dịch vụ (QoS) trên mạng IP, đánh giá và so sánh hiệu quả đảm bảo QoS của
DiffServ và IntServ”. L uận văn sẽ đi sâu tìm hiểu những kiến thức cơ bản về chất
lượng dịch vụ trên nền mạng IP như đặc điểm kỹ thuật, phân tích và đánh giá chất
lượng cho mạng IPqua mô hình IntServ và DiffServ; việc triển khai, hỗ trợ chất lượng
dịch vụ trên nền mạng IP.
89 trang |
Chia sẻ: oanhnt | Lượt xem: 1551 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận văn Giải pháp đảm bảo chất lượng dịch vụ trên mạng ip, đánh giá và so sánh hiệu quả đảm bảo qos của diffserv và intserv, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
2
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
NGUYỄN THỊ PHƯƠNG NHUNG
GIẢI PHÁP
ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRÊN MẠNG IP,
ĐÁNH GIÁ VÀ SO SÁNH HIỆU QUẢ ĐẢM BẢO QoS
CỦA DIFFSERV VÀ INTSERV
LUẬN VĂN THẠC SĨ
3
Hà Nội – 2010
4
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
NGUYỄN THỊ PHƯƠNG NHUNG
GIẢI PHÁP
ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRÊN MẠNG IP,
ĐÁNH GIÁ VÀ SO SÁNH HIỆU QUẢ ĐẢM BẢO
QoS CỦA DIFFSERV VÀ INTSERV
Ngành: Công Nghệ Thông Tin
Chuyên ngành: Truyền dữ liệu và Mạng máy tính
Mã số: 60.48.15
LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS Hồ Sĩ Đàm
Hà Nội – 2010
5
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân. Các số liệu, kết quả
trình bày trong luận văn này là trung thực. Những tư liệu được sử dụng trong luận văn
có nguồn gốc và trích dẫn rõ ràng, đầy đủ.
Hà nội, tháng 9 năm 2010
Nguyễn Thị Phương Nhung
6
LỜI CẢM ƠN
Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và chân thành tới thầy giáo hướng
dẫn PGS.TS Hồ Sĩ Đàm người đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn tôi trong suốt quá trình
làm luận văn. Sự giúp đỡ quý báu của thầy giáo đã tạo điều kiện về mặt khoa học và là
nguồn động viên tinh thần rất lớn giúp tôi hoàn thành luận văn của mình.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Ths Lê Đình Thanh, người đã tận tình
giúp đỡ, hỗ trợ và đóng góp quý báu cho tôi thực hiện các mô phỏng kiểm chứng.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy cô giáo đã giảng dạy và truyền
thụ kiến thức cho tôi trong quá trình học tập tại trường Đại học Công nghệ, Đại học
Quốc gia Hà Nội.
Cuối cùng, con xin được bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới bậc sinh
thành, người đã dưỡng dục và động viên con trong suốt cuộc đời. Tôi cảm ơn chồng và
người thân trong gia đình đã là nguồn động viên tinh thần rất lớn đối với tôi.
NGUYỄN THỊ PHƯƠNG NHUNG
7
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................2
LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................6
MỤC LỤC...................................................................................................................7
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT...........................................................9
DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................11
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ....................................................................................12
MỞ ĐẦU...................................................................................................................15
Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ.........................................17
1.1 CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ (QoS) VÀ CÁC THAM SỐ QoS .............................17
1.1.1 Giới thiệu chung về QoS ...........................................................................17
1.1.2 Các thành phần thực hiện QoS ..................................................................21
1.1.3 Các tham số QoS đặc trưng.......................................................................24
1.2 CÁC YÊU CẦU ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ ...................................26
1.3 CÁC VẤN ĐỀ ĐẢM BẢO QoS .........................................................................27
1.3.1 Cung cấp QoS ...........................................................................................28
1.3.2 Điều khiển QoS.........................................................................................28
1.3.3 Quản lý QoS .............................................................................................29
Chương 2 ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ CHO MẠNG IP .........................30
2.1 GIAO THỨC LIÊN MẠNG (IP – INTERNET PROTOCOL) .............................30
2.1.1 Phần tiêu đề gói IP ....................................................................................31
2.1.2 Địa chỉ IP..................................................................................................32
2.1.3 Các giao thức định tuyến...........................................................................33
2.1.4 Các cơ chế truyền tải.................................................................................34
2.2 TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ CHO MẠNG IP (QoS IP)..............34
2.2.1 Lịch sử phát triển các mô hình QoS IP ......................................................34
2.2.2 Các tham số cơ bản ảnh hưởng tới QoS IP thực tế.....................................36
2.3 CÁC CHỨC NĂNG CHUNG CỦA QoS IP .......................................................39
2.4 CÁC KỸ THUẬT ĐẢM BẢO QoS IP................................................................42
2.4.1 Kỹ thuật đo lưu lượng và màu hóa lưu lượng ............................................42
2.4.2 Kỹ thuật quản lý hàng đợi tích cực............................................................46
2.4.3 Kỹ thuật lập lịch cho gói tin ......................................................................47
2.4.4 Kỹ thuật cắt lưu lượng ..............................................................................50
2.5 KẾT LUẬN ........................................................................................................52
Chương 3: MỘT SỐ MÔ HÌNH ĐẢM BẢO QoS IP ................................................53
3.1 MÔ HÌNH DỊCH VỤ TÍCH HỢP - INTSERV .....................................................53
8
3.1.1 Giới thiệu chung .......................................................................................53
3.1.2 Giao thức dành trước tài nguyên RSVP.......................................................57
3.2 MÔ HÌNH DỊCH VỤ PHÂN BIỆT - DIFFSERV ..................................................64
3.2.1 Tổng quan về mô hình DiffServ..................................................................64
3.2.2 Miền dịch vụ phân biệt và điểm mã dịch vụ phân biệt .................................66
3.2.4 Xử lý gói tin trong DiffServ ........................................................................68
3.3 KHUYẾN NGHỊ TRIỂN KHAI QoS TRÊN MẠNG IP ........................................73
3.4 KẾT LUẬN ........................................................................................................73
Chương 4 ĐÁNH GIÁ MÔ HÌNH ĐẢM BẢO QoS IP QUA MÔ PHỎNG ............74
4.1 ĐÁNH GIÁ CHUNG...........................................................................................74
4.2 MÔ PHỎNG VÀ KIỂM TRA QoS .....................................................................75
4.2.1 Tổng quan chương trình mô phỏng mạng NS2 ..........................................75
4.2.2 Mô phỏng mô hình DiffServ .....................................................................79
KẾT LUẬN ...............................................................................................................88
TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................89
9
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt
AF
AL
AQM
ATM
ACS
AF
BA
BB
BE
B-ISDN
CBR
CBS
CIR
CoS
CR
DiffServ
DLL
DS
DSCP
ECN
EF
ER
ETSI
FIFO
FLOWSPEC
FQ
FSI
GoS
GS
IETF
IntServ
IPLR
IPTD
IPER
ISO
Assured Forwarding
Application Layer
Active Queue Management
Asychronous Transfer Mode
Access Control System
Assured Forward
Behavior Aggressive
Bandwith Broker
Best-Effort
Broadband ISDN
Constant Bit Rate
Committed Burst Size
Committed Information Rate
Class of Service
Core Router
Differentiated Services
Data Link Layer
Differentiated Server
Differentiated Services Code Point
Explicit Congestion Notification
Expedited Forwarding
Edge Router
European Telecommunications
Standards Institute
First In First Out
Flow Specification
Fair Queueing
Flow State Information
Grade of Sevice
Guaranteed Service
Internet Engineering Task Force
Intergrated Service
IP Loss Rate
IP Packet Transfer Delay
IP Error Rate
International Standard Organization
Chuyển tiếp đảm bảo
Tầng ứng dụng
Quản lý hàng đợi tích cực
Chế độ truyền tải không đồng bộ
Hệ thống điều khiển truy nhập
Chuyển tiếp đảm bảo
Kết hợp hành vi
Phân bổ băng thông
Cố gắng tối đa
Mạng tích hợp đa dịch vụ băng rộng
Tốc độ bit cố định
Kích thước bùng nổ cam kết
Tốc độ thông tin cam kết
Lớp dịch vụ
Bộ định tuyến lõi
Dịch vụ phân biệt
Tầng liên kết dữ liệu
Server phân biệt
Điểm mã dịch vụ phân biệt
Thông báo tắc nghẽn tường minh
Chuyển tiếp nhanh
Bộ định tuyến biên
Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu
Vào trước ra trước
Đặc tả luồng
Hàng đợi công bằng
Thông tin trạng thái luồng
Cấp độ dịch vụ
Dịch vụ đảm bảo
Uỷ ban thực thi kỹ thuật Internet
Dịch vụ tích hợp
Tỷ lệ mất gói IP
Trễ truyền tải gói tin IP
Tỷ lệ lỗi gói tin IP
Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế
10
IPv4
IPv6
ITU-T
MF
MPLS
NL
NNI
NP
PBS
PHB
PIR
PQ
QoS
RA
RED
RFC
RSVP
SACP
SE
SLA
SNMP
srTCM
TCA
TL
ToS
trTCM
UBR
UNI
VBR
VoIP
VPN
WF
WFQ
WRED
WRR
Internet Protocol version 4
Internet Protocol version 6
International Telecommunication Union
Multi Fields
MultiProtocol Label Switching
Network Layer
Network Node Interface
Net Performance
Packet Burst Size
Per-Hop forwarding Behaviour
Peak Information Rate
Priority Queueing
Quality of Service
Resource Allocation
Random Early Detection and Discard
Request For Comments
Resource Reservation Protocol
Simple Acceptance Control Protocol
Shared Explicit
Service Level Argreement
Simple Network Management Protocol
Single rate Three Color Marker
Traffic Conditioning Agreement
Transmission Layer
Type of Service
Two rate Three Color Marker
Undefined Bit rate
User Network Interface
Variable Bit Rate
Voice over IP
Virtual Private Network
Wildcard Filter
Weighted Fair Queueing
Weighted Random Early Discarding
Weighted Round Robin
Giao thức Internet phiên bản 4
Giao thức Internet phiên bản 6
Hiệp hội viễn thông quốc tế
Đa trường
Chuyển mạch nhãn đa giao thức
Tầng mạng
Giao diện nút mạng
Hiệu năng mạng
Kích thước bùng nổ gói
Hành vi chuyển tiếp theo từng chặng
Tốc độ thông tin đỉnh
Hàng đợi ưu tiên
Chất lượng dịch vụ
Cấp phát tài nguyên
Phát hiện và loại bỏ sớm ngẫu nhiên
Các yêu cầu cần trả lời
Giao thức dành trước tài nguyên
Giao thức điều khiển chấp nhận đơn giản
Chia sẻ tường minh
Thoả thuận mức dịch vụ
Giao thức quản lý mạng đơn giản
Bộ đánh dấu 3 màu tốc độ đơn
Thoả thuận điều kiện lưu lượng
Tầng truyền dẫn
Kiểu dịch vụ
Bộ đánh dấu 3 màu hai tốc độ
Tốc độ bit không xác định
Giao diện người dùng mạng
Tốc độ bit thay đổi
Thoại qua IP
Mạng riêng ảo
Bộ lọc Wildcard
Hàng đợi công bằng theo trọng số
Loại bỏ sớm ngẫu nhiên theo trọng số
Quay vòng theo trọng số
11
DANH MỤC CÁC BẢNG
Tên bảng Trang
Bảng 1.1. Các đặc tính phân lớp QoS cho mạng IP theo ITU-T .................................26
Bảng 1.2. Phân lớp QoS theo quan điểm của ETSI ....................................................26
Bảng 1.3. Các vùng dịch vụ của B-ISDN ...................................................................27
Bảng 1.4. Phân vùng dịch vụ theo diễn đàn ATM ......................................................27
Bảng 3.1: Các kiểu dành trước tài nguyên..................................................................58
Bảng 3.2. Các bit sử dụng cho điều khiển chia sẻ......................................................61
Bảng 3.3. Các bít sử dụng cho điều khiển lựa chọn máy gửi .....................................61
Bảng 3.4. Các tham số của các đối tượng CL khác nhau ............................................63
Bảng 3.5. Các tham số của dịch vụ cam kết Rspec ....................................................63
Bảng 3.6. Các khối điểm mã dịch vụ phân biệt DSCP...............................................67
Bảng 3.7. Chi tiết các phân lớp chuyển tiếp đảm bảo AF PHB ..................................70
Bảng 4.1. So sánh mô hình IntServ và DiffServ .........................................................75
12
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Tên hình Trang
Hình 1.1. Mô hình QoS tổng quát .............................................................................17
Hình 1.2. Kiến trúc cơ bản của QoS ..........................................................................18
Hình 1.3. Các mức của chất lượng dịch vụ đầu cuối-đầu cuối ...................................19
Hình 1.4. Các đặc điểm cơ bản của chất lượng dịch vụ .............................................20
Hình 1.5. Hàng đợi vào trước ra trước trong router ...................................................22
Hình 1.6. Classify, Queue và Schedule trong router ..................................................23
Hình 1.7. Cơ chế traffic shaping trong router ............................................................23
Hình 1.8. Các thành phần trong cơ cấu đảm bảo chất lượng dịch vụ ..........................28
Hình 2.1. Chồng giao thức TCP/IP ............................................................................30
Hình 2.2. Khuôn dạng phần tiêu đề gói IP..................................................................31
Hình 2.3. Các lớp địa chỉ IP .......................................................................................33
Hình 2.4. Các bước phát triển của mô hình QoS [12]. ................................................34
Hình 2.5. Dịch vụ Intserv và dịch vụ Diffserv [19]. ...................................................35
Hình 2.6. Băng thông khả dụng..................................................................................37
Hình 2.7. Trễ tích lũy từ đầu cuối tới đầu cuối ...........................................................38
Hình 2.8. Trễ xử lý và hàng đợi .................................................................................38
Hình 2.9. Mất gói vì hiện tượng tràn bộ đệm đầu ra ...................................................39
Hình 2.10. Các chức năng đảm bảo QoS của bộ định tuyến IP ...................................40
Hình 2.11. Phương pháp phân loại gói đa trường chức năng ......................................40
Hình 2.12. Phương pháp phân loại gói theo kết hợp hành vi ......................................41
Hình 2.13. Khoảng thời gian CBS trong CIR của tốc độ lưu lượng đầu vào đơn ........43
Hình 2.14. Chế độ mù màu srTCM với gáo C và gáo E..............................................43
Hình 2.15. Chế độ hoạt động rõ màu srTCM .............................................................44
Hình 2.16. Gáo rò C, P và chế độ hoạt động mù màu của trTCM ...............................45
Hình 2.17. Chế độ hoạt động rõ màu của trTCM........................................................45
Hình 2.18. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của RED ........................................................46
Hình 2.19. Hoạt động thông báo tắc nghẽn tường minh ECN.....................................47
Hình 2.20. Hàng đợi ưu tiên PQ.................................................................................48
Hình 2.21. Hàng đợi cân bằng FQ..............................................................................49
Hình 2.22. Hàng đợi quay vòng theo trọng số WRR ..................................................49
Hình 2.23: Chia cắt lưu lượng thuần ..........................................................................51
Hình 2.24: Chia cắt lưu lượng bùng nổ kiểu gáo rò....................................................51
Hình 3.1. Mô hình dịch vụ tích hợp IntServ ..............................................................54
13
Hình 3.2. Cấu trúc mạng IntServ...............................................................................58
Hình 3.3. Khuôn dạng bản tin RSVP và tiêu đề chung RSVP ...................................59
Hình 3.4. Khuôn dạng bản tin đối tượng RSVP.........................................................60
Hình 3.5. Khuôn dạng đối tượng kiểu .......................................................................60
Hình 3.6. Cấu trúc bản tin Path và Resv trong RSVP .................................................61
Hình 3.7. Tổng quan mô hình DiffServ.....................................................................64
Hình 3.8. Mô hình DiffServ tại biên và lõi của mạng ................................................65
Hình 3.9. Mô hình các bước dịch vụ phân biệt DiffServ ...........................................66
Hình 3.10. Miền dịch vụ phân biệt DS ......................................................................67
Hình 3.11. Cấu trúc của trường phân biệt dịch vụ DS ................................................67
Hình 3.12. Hoạt động của BB ...................................................................................68
Hình 3.13. Xử lý chuyển tiếp nhanh EF PHB............................................................69
Hình 3.14. Các phân lớp AF PHB .............................................................................70
Hình 3.15. Cấu trúc của byte TOS ............................................................................71
Hình 4.1. Mô hình NS2 đơn giản ...............................................................................76
Hình 4.2. Tương ứng C++ và Otcl .............................................................................76
Hình 4.3. Kiến trúc của NS ........................................................................................77
Hình 4.4. Sơ đồ hoạt động của NS2 ...........................................................................77
Hình 4.5. Các trường của tệp bám vết .......................................................................78
Hình 4.6. Mô hình khảo sát ........................................................................................85
Hình 4.7. Đồ thị mô tả mất gói trong khoảng thời gian 120s ......................................86
Hình 4.8. Đồ thị mô tả thông lượng trong khoảng thời gian 120s ..... Error! Bookmark
not defined.
Hình 4.9. Độ trễ hàng đợi của lớp lưu lượng ................Error! Bookmark not defined.
14
15
MỞ ĐẦU
1. CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
Ngày nay, với sự bùng nổ của Internet, việc kết nối và sử dụng Internet ngày
càng đa dạng, phong phú, chính vì vậy tầm quan trọng của việc đảm bảo chất lượng
dịch vụ (QoS) ngày càng tăng. Với sự ra đời của các nhà cung cấp dịch vụ Internet
(ISP), việc ổn định “chất lượng của Internet” cần phải được đảm bảo. Điều đó có
nghĩa là các nhà cung cấp Internet tạo ra cho người dùng những dịch vụ đa dạng,
phong phú và cốt yếu là phải đảm bảo chất lượng dịch vụ đó.
Mạng Internet hiện nay cung cấp dịch vụ trên cơ sở phục vụ theo khả năng tối
đa (best - effort), tức là không có bất cứ một cam kết nào được đưa ra từ phía nhà khai
thác về chất lượng dịch vụ. Thay vào đó, tùy thuộc vào trạng thái cụ thể của mạng,
mạng chủ sẽ thực hiện những khả năng tốt nhất của mình để phục vụ lưu lượng cho
dịch vụ [9]. Đây là nguyên nhân chủ yếu thúc đẩy nghiên cứu mạnh mẽ về QoS trên
nền mạng IP trong những năm gần đây.
Chất lượng dịch vụ là một thành phần quan trọng của các mạng gói đa dịch vụ.
Vấn đề chất lượng dịch vụ và đánh giá chất lượng dịch vụ luôn là vấn đề đóng vai trò
quan trọng đối với tất cả các loại hình dịch vụ viễn thông. Mỗi loại hình dịch vụ sẽ
quan tâm tới QoS ở những khía cạnh khác nhau.
Việc tích hợp nhiều ứng dụng với các yêu cầu về QoS khác nhau đòi hỏi phải
có một mô hình đảm bảo QoS cho các dịch vụ này. Hướng tiếp cận QoS theo mô hình
IntServ và DiffServ rất phù hợp với