Luận văn Vấn đề chất lượng dịch vụ trong mạng thế hệ mới và triển khai ứng dụng trên hạ tầng mạng của Công ty SPT
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGÀNH: XỬ LÝ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG
VẤN ĐỀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG
THẾ HỆ MỚI VÀ TRIỂN KHAI ỨNG DỤNG TRÊN
HẠ TẦNG MẠNG CỦA CÔNG TY SPT
NGUYẾN VĂN NGOAN
HÀ NỘI 2006
1
MỤC LỤC
MỤC LỤC ...........................................................................................1
DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ..........................................6
DANH MỤC CÁC BẢNG ...................................................................11
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .................................................12
LỜI NÓI ĐẦU....................................................................................14
CHƯƠNG 1. MẠNG THẾ HỆ MỚI .....................................................16
1.1 Khái niệm.................................................................................16
1.2 Các đặc điểm của mạng NGN .....................................................17
1.3 Kiến trúc dịch vụ của mạng thế hệ mới ........................................18
1.4 Các tham số đánh giá chất lượng mạng ........................................22
1.4.1 Băng thông .......................................................................23
1.4.2 Trễ ..................................................................................23
1.4.3 Trượt ...............................................................................24
1.4.4 Mất gói .............................................................................25
CHƯƠNG 2. CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ (QoS) .....................................25
2.1 Khái niệm.................................................................................26
2.2 Các kỹ thuật QoS ......................................................................26
2.2.1 Mô hình dịch vụ cố gắng tối đa (Best Effort) .........................28
2.2.2 Dịch vụ tích hợp (Integrated Service) ..................................28
2.2.2.1 Dịch vụ đảm bảo GS (Guaranteed Service) .....................30
2.2.2.2 Dịch vụ kiểm soát tải CL (Controlled Load)....................30
2.2.2.3 Kết luận .....................................................................30
2.2.3 Mô hình Differentiated Service ............................................31
2.2.3.1 Trường DS của DiffServ ..............................................32
2.2.3.2 Per-hop Behavior trong DiffServ...................................32
2
2.2.3.3 Các cơ chế DiffServ.....................................................36
2.2.3.4 Ưu nhược điểm của mô hình DiffServ ...........................37
2.2.3.5 Kết luận về DiffServ....................................................38
2.2.4 So sánh 2 mô hình kiến trúc QoS chính ................................39
2.3 Các giao thức báo hiệu trong kỹ thuật QoS....................................39
2.3.1 Giao thức dành sẵn tài nguyên .............................................40
2.3.2 Mô hình RSVP end-to-end ..................................................42
CHƯƠNG 3. PHÂN LOẠI, PHÂN MẢNH ..............................................
VÀ NÉN GÓI DỮ LIỆU TRONG KỸ THUẬT QoS ...............................44
3.1 Phân loại gói dữ liệu ..................................................................44
3.1.1 Quyền ưu tiên IP ...............................................................45
3.1.2 Định tuyến chính sách (PBR) ..............................................47
3.1.2.1 Đặc điểm của PBR ......................................................47
3.1.2.2 Nguyên tắc hoạt động ..................................................47
3.2 Phân mảnh gói dữ liệu (MLP) .....................................................48
3.2.1 Các đặc tính phân mảnh dữ liệu............................................48
3.2.2 Nguyên lý hoạt động...........................................................49
3.3 Các giải thuật nén tải tin.............................................................50
3.3.1 Nguyên tắc hoạt động .........................................................50
3.3.2 Nén tiêu đề........................................................................52
3.3.2.1 Nén tiêu đề TCP..........................................................53
3.3.2.2 Nén tiêu đề giao thức thời gian thực (RTP) .....................53
CHƯƠNG 4. KỸ THUẬT QoS TRONG ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN .....56
4.1 Tránh tắc nghẽn.........................................................................56
4.1.1 Phương pháp bỏ đuôi ..........................................................57
4.1.2 Phương pháp loại bỏ ngẫu nhiên...........................................58
4.1.3 Phương pháp loại bỏ cân bằng ngẫu nhiên .............................59
3
4.1.4 Tốc độ truy nhập cam kết ....................................................61
4.1.4.1 Cơ chế hoạt động ........................................................61
4.1.4.2 Các chức năng của CAR...............................................62
4.1.4.3 Mô hình chiếc thùng và thẻ bài......................................64
4.1.5 Sửa dạng lưu lượng (GTS)...................................................65
4.1.5.1 Đặc điểm của GTS ......................................................65
4.1.5.2 Cơ chế hoạt động của GTS ...........................................66
4.1.5.3 Kết luận .....................................................................67
4.2 Điều khiển tắc nghẽn............................................................................ 68
4.2.1 Hàng đợi vào trước ra trước (FIFO) ......................................69
4.2.1.1 Các ưu nhược điểm của hàng đợi FIFO ..........................69
4.2.1.2 Cấu hình FIFO............................................................70
4.2.2 Hàng đợi tuần tự (CQ) ........................................................71
4.2.2.1 Cơ chế hoạt động ........................................................71
4.2.2.2 Những ưu nhược điểm của hàng đợi CQ.........................75
4.2.2.3 Cấu hình thực thi hàng đợi CQ......................................75
4.2.3 Hàng đợi ưu tiên (PQ).........................................................77
4.2.3.1 Cơ chế hoạt động ........................................................77
4.2.3.2 Những ưu nhược điểm của hàng đợi PQ .........................78
4.2.3.3 Cấu hình thực thi hàng đợi ưu tiên .................................78
4.2.3.4 Kết luận .....................................................................80
4.2.4 Hàng đợi cân bằng trọng số (WPQ).......................................81
4.2.4.1 Cơ chế hoạt động ........................................................81
4.2.4.2 Hàng đợi cân bằng trọng số phân loại lưu lượng ..............82
4.2.4.3 Hàng đợi cân bằng trọng số phân lớp lưu lượng...............84
4.2.4.4 Hàng đợi cân bằng trọng số tốc độ cao ...........................85
4.2.4.5 Các ưu nhược điểm của hàng đợi WFQ ..........................87
4
4.2.4.6 Cấu hình thực thi WFQ ................................................87
CHƯƠNG 5. KỸ THUẬT QoS TRONG MẠNG IP/MPLS .....................89
5.1 Cơ sở.......................................................................................89
5.2 Định nghĩa chuyển mạch nhãn (MPLS) ........................................90
5.2.1 Chuyển mạch nhãn là gì?.....................................................90
5.2.2 Ưu điểm của kỹ thuật MPLS................................................90
5.3 Kiến trúc MPLS ........................................................................91
5.3.1 Cấu trúc khối .....................................................................91
5.3.2 Một số khái niệm trong chuyển mạch nhãn ............................92
5.3.2.1 Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC)..............................92
5.3.2.2 Router chuyển mạch nhãn (LSR)...................................92
5.3.2.3 Giao thức phân phối nhãn.............................................94
5.3.2.4 Tuyến đường chuyển mạch nhãn ...................................95
5.4 Thực hiện cơ chế QoS trong mạng MPLS .....................................95
5.4.1 Cấu trúc trường MPLS EXP trong gói IP được gán nhãn..........96
5.4.2 Gán nhãn tại biên mạng.......................................................98
5.4.3 Chuyển tiếp gói MPLS........................................................99
5.5 Kết luận ...................................................................................99
CHƯƠNG 6. PHƯƠNG ÁN TRIỂN KHAI MPLS QoS ............................
TRÊN HẠ TẦNG MẠNG CỦA CÔNG TY SPT .................................. 100
6.1 Hạ tầng mạng IP của công ty SPT.............................................. 100
6.2 Phương án triển khai................................................................ 101
6.2.1 Chia sẻ băng thông kênh liên tỉnh ....................................... 101
6.2.1.1 Chính sách định tuyến................................................ 104
6.2.1.2 Địa chỉ IP cho các router ............................................ 105
6.2.1.3 QoS và phân lớp dịch vụ (CoS) .................................. 106
6.2.2 Tích hợp dịch vụ .............................................................. 106
5
6.3 Cấu hình triển khai MPLS QoS trên mạng SPT............................ 107
6.4 Kết luận ................................................................................. 109
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................. 110
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................. 112
6
DANH SÁCH CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
A
API
Application Program Interface
Admission Request
ARQ
ATM
AF
Asynchronous Transfer Mode
Assured forwarding
ASN
B
Autonomous System Number
BGP
BA
Border Gateway Protocol
Behavior Aggregate
C
CAR
CPE
CIR
Commited Access Rate
Customer Premise Equipment
Committed Information Rate
Community Antenna Television
compressed Real-time Transport Protocol
Custom Queuing
CATV
cRTP
CQ
CBWFQ
CL
Class-Based Weighted Fair Queuing
Controlled Load
CS
Class – Selector
CPU
CDT
D
Central Processing Unit
Congestive Discard Threshold
DWDM
DWFQ
DiffServe
Dense Wavelength Division Multiplexing
Distributed Weighted Fair Queuing
Differentiated Service
7
DSCP
DoS
E
Differentiated Service Code Point
Denial of Service
Edge-LSR
EXP
EF
Edge Label Switching Router
Experimental Field
Expedited Forwaring
F
FIFO
FEC
FTP
FBWFQ
G
First In First Out
Forwarding Equivalence Class
File Transfer Protocol
Flow- Based WFQ
GRE
GSM
GTS
GS
Generic Route Encapsulation
Global System for Mobile Communications
Generic Traffic Shaping
Guaranteed Service
H
HTML
HDLC
HQO
I
Hyper Text Mark Language
Hyper level Data Link Control
Hold-queue
IPH
IP Header
IETF
IGP
Interrnet Engineering Task Force
Interior Gateway Protocol
Intermediate System - Intermediate System
Internet Service Provider
Internet Exchange Point
IS-IS
ISP
IXP
8
ISDN
Integrated Services Digital Network
IP Maximum Transfer Unit
IP MTU
International Telecommunication Union -
Telecommunication standardization sector
Integrated Service
ITU-T
IntServ
L
LDP
Label Distribution Protocol
Label Forwarding Information Base
Label Information Base
LFIB
LIB
LSP
Label Switching Path
LSR
Label Switching Router
LFI
Link Fragmentation and Interleaving
Lempel – Ziv
LZ (LZV)
LAPB
Link Access Procedure Balanced
M
MPLS
Multi Protocol Label Switching
Multiprotocol BGP
MP-BGP
MP_REACH_NLRI
Multiprotocol Reachable NLRI
MP_UNREACH_NLRI Multiprotocol Unreachable NLRI
MTU
MCML PPP
MLP
Maximum Transfer Unit
Multi- Class Multilink Point-to-Point Protocol
Multiling PPP
MPPC
MAC
N
Microsoft Point – to – point Compression
Medium Access Control
NH
Next Hop
NLRI
Network Layer Reachability Information
9
O
OSPF
P
Open Shortest Path First
PSTN
PE
Public Switched Telephone Network
Provider Edge
POP
PVC
PLMN
PDH
PQ
Point Of Presence
Permanent Virtual Circuit
Public Land Mobile Network
Plesiochronous Digital Hierarchy
Priority Queuing
POS
PHB
PPP
R
Packet over SONET
Per-hop behavior
Point – to – Point Protocol
RPT
RFC
RSVP
RESV
RTP
RIP
Resilient Packet Transport
Request for Comment
Resource Reservation Protocol
Reservation request
Real-time Transport Protocol
S
SDH
SMTP
SS7
Synchronous Digital Hierarchy
Simple Mail Transfer Protocol
Signalling System No 7
SVC
SONET
SLA
Switched virtual circuit
Synchronous Optical Network
Service Level Agreement
10
STAC
SQL
T
Stacker
Structured Query Language
TCP
TDM
TTL
TAC
U
Transmission Control Protocol
Time Division Multiplex
Time-to-Live
Technical Assistance Center
UDP
V
User Datagram Protocol
VC
Virtual Circuit
VPN
VRF
VoIP
VIP
Virtual Private Network
VPN Routing and Forwarding
Voice over IP
Versatile Interface Processor
Ví dụ
Vd
W
WDM
WFQ
WAN
WRED
WRR
Wavelength Division Multiplexing
Weighted Fair Queing
Wide Area Network
Weighted random early Drop/Detect
Weighted Round Robin
11
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1-1 So sánh công nghệ mạng hiện tại và tương lai ...........................22
Bảng 1-2 Thống kê các loại trễ từ đầu cuối đến đầu cuối ..........................25
Bảng 2-1 Giá trị IP Precedence và DSCP trong các PHB ..........................35
Bảng 2-2 So sánh đặc điểm cơ bản của hai mô hình QoS ..........................39
Bảng 3-1 Giá trị IP Precedence tương ứng với 3 bits ToS ............................. 46
Bảng 3-2 Phạm vi sử dụng của các giải thuật nén.....................................51
Bảng 3-3 Hiệu quả nén tiêu đề TCP ......................................................53
Bảng 5-1 Chức năng của các kiểu LSR...................................................94
Bảng 5-2 Mô tả mối liên hệ giữa giá trị IP DSCP và MPLS EXP ..............97
Bảng 6-1 Thống kê chính sách QoS ............................................................ 107
12
DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Nhu cầu tiến hóa mạng..................................................................... 19
Hình 1.2 Chiến lược phát triển........................................................................ 20
Hình 1.3 Sự hội tụ giữa các mạng................................................................... 21
Hình 1.4 Băng thông trong mạng đa truy nhập............................................... 23
Hình 1.5 Một ví dụ về trễ mạng...................................................................... 24
Hình 2.1 Các kỹ thuật QoS trong mạng IP ..................................................... 27
Hình 2.2 Mô hình dịch vụ IntServ ................................................................ 29
Hình 2.3 Sơ đồ khối kiến trúc DiffServ.......................................................... 32
Hình 2.4 Mô tả cấu trúc bit trong trường DSCP............................................. 34
Hình 2.5 Sơ đồ cơ chế phân loại và điều hoà lưu lượng................................. 36
Hình 2.6 Mô hình mạng đầu cuối đến đầu cuối với RSVP ............................ 42
Hình 2.7 Mô hình mạng đầu cuối đến đầu cuối non-RSVP ........................... 43
Hình 3.1 Mô tả trường ToS trong gói IP......................................................... 45
Hình 3.2 Nguyên lý hoạt động của LFI ......................................................... 49
Hình 3.3 Minh họa quá trình thực hiện thuật toán nén................................... 51
Hình 3.4 Minh họa thuật toán nén tiêu đề....................................................... 52
Hình 3.5 Minh họa hiệu quả nén TCP ............................................................ 53
Hình 3.6 Cơ chế nén tiêu đề RTP ................................................................... 54
Hình 4.1 Thuật toán RED ............................................................................... 58
Hình 4.2 Cơ chế hoạt động của WRED.......................................................... 60
Hình 4.3 Sơ đồ khối của CAR ........................................................................ 62
Hình 4.4 Lưu đồ chức năng của CAR............................................................. 63
Hình 4.5 Mô hình chiếc thùng và thẻ bài........................................................ 64
Hình 4.6 Sơ đồ các khối chức năng của GTS ................................................. 67
Hình 4.8 Ví dụ cấu hình hàng đợi FIFO ......................................................... 70
13
Hình 4.9 Cơ chế hoạt động của CQ ................................................................ 72
Hình 4.10 Một trường hợp xấu nhất xảy ra đối với hàng đợi CQ .................. 73
Hình 4.11 Minh họa tính toán băng thông và độ trễ tối đa............................. 73
Hình 4.12 Ví dụ cấu hình hàng đợi CQ .......................................................... 76
Hình 4.13 Cơ chế hoạt động của PQ............................................................... 77
Hình 4.14 Một Ví dụ cấu hình hàng đợi PQ................................................... 80
Hình 4.15 Cơ chế hoạt động của WFQ........................................................... 82
Hình 4.16 Sự phân lớp WFQ dựa trên tiêu đề gói tin..................................... 85
Hình 5.1 Mạng IP chạy trên mạng trục ATM................................................. 89
Hình 5.2 Kiến trúc cơ bản của một node MPLS chạy trên nền IP.................. 91
Hình 5.3 Kiến trúc của Edge-LSR .................................................................. 93
Hình 5.4 Cấu trúc nhãn (label)........................................................................ 97
Hình 5.5 Gán nhãn và chuyển tiếp gói tin trong mạng MPLS ....................... 99
Hình 6.1 Sơ đồ mạng kết nối HNI – HPG của SPT ..................................... 101
Hình 6.2 Cấu trúc phân lớp mạng SPT ......................................................... 102
Hình 6.3 Mạng IP tích hợp nhiều kỹ thuật chuyển mạch khác nhau............ 104
14
LỜI NÓI ĐẦU
Môi trường kinh doanh ngày càng mang tính cạnh tranh và phức tạp hơn
bao giờ hết. Trong đó chất lượng dịch vụ là chìa khoá để có thể dẫn tới thành
công. Song song với xu thế này, công nghệ viễn thông và công nghệ thông tin
phát triển cũng có nhiều ảnh hưởng đến mạng viễn thông, đòi hỏi mạng viễn
thông phải hội tụ được nhiều loại hình dịch vụ khác nhau. Để đáp ứng các yêu
cầu này, một số nhà sản xuất thiết bị viễn thông và một số tổ chức nghiên cứu
về viễn thông đã đưa ra các ý tưởng và mô hình về cấu trúc mạng thế hệ mới
(Next Generation Network – NGN).
NGN không phải là mạng hoàn toàn mới, mạng này dựa trên cơ sở chuyển
mạch và truyền dẫn gói IP và hướng tới là MPLS. Tuy nhiên bên cạnh những
ưu thế nổi bật, một yêu cầu đặt ra đối với mạng NGN là đảm bảo chất lượng
truyền tải âm thanh và dữ liệu. Đây thực sự là một thách thức khó khăn về
mặt công nghệ, vì các dịch vụ khác nhau có các yêu cầu về chất lượng dịch vụ
khác nhau. Do vậy song song với tiến trình xây dựng mạng NGN thì việc
triển khai các kỹ thuật QoS cũng phải được thực thi đồng thời nhằm đảm bảo
các yêu cầu mà dịch vụ đưa ra.
Luận văn tốt nghiệp cao học của tôi là “Vấn đề chất lượng dịch vụ trong
mạng thế hệ mới và triển khai ứng dụng trên hạ tầng mạng của công ty SPT”
Nội dung gồm 6 chương:
Chương 1 – Mạng thế hệ mới (NGN).
Giới thiệu tổng quan về mạng thế hệ mới. Tác giả phân tích xu thế phát
triển của mạng viễn thông ngày nay. Các đặc điểm về dịch vụ, công nghệ và
kiến trúc mạng NGN triển khai trên hạ tầng các mạng riêng lẻ có sẵn. Phân
tích các tham số đánh giá chất lượng dịch vụ mạng và những yêu cầu cần
được giải quyết.
15
Chương 2 – Chất lượng dịch vụ (QoS).
Phân tích những yêu cầu cần thiết phải triển khai QoS trong mạng NGN,
các khái niệm, các kỹ thuật triền khai và các giao thức báo hiệu trong QoS.
Chương 3 – Phân loại, phân mảnh và nén gói dữ liệu trong kỹ thuật QoS.
Phân tích các cơ chế phân loại, phân mảnh và nén gói dữ liệu trong kỹ
thuật QoS. Các ưu, nhược điểm của những cơ chế này trong việc góp phần
nâng cao chất lượng dịch vụ.
Chương 4 – Kỹ thuật QoS trong phòng tránh và điều khiển tắc nghẽn.
Phân tích các cơ chế hàng đợi và các cơ chế loại bỏ gói dữ liệu, cũng như
ảnh hưởng của các cơ chế đó như thế nào trong việc đảm bảo QoS.
Chương 5 – Kỹ thuật QoS trong mạng IP/MPLS.
Phân tích những mặt hạn chế của công nghệ IP và miêu tả kiến trúc của
chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS. Giới thiệu cách thực hiện MPLS QoS
Chương 6 – Đề xuất phương án triển khai MPLS QoS.
Phân tích các giải pháp xây dựng mạng MPLS QoS trên cơ sở hạ tầng
mạng của công ty SPT để giải quyết một yêu cầu cụ thể.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô bạn bè và đồng nghiệp đã tận tình
giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Tôi xin đặc biệt chân
thành cảm ơn thầy giáo GSTS. Nguyễn Thúc Hải đã nhiệt tình hướng dẫn và
chỉ bảo để tôi hoàn thành bản luận văn này.
Do thời gian nghiên cứu có hạn, nên bản luận văn chắc chắn không tránh
khỏi sơ suất cả về nội dung và hình thức. Kính mong nhận được sự góp ý của
thầy cô, bạn bè và đồng nghiệp.
Hà Nội, tháng 11 năm 2006
NGƯỜI THỰC HIỆN
KS. Nguyễn Văn Ngoan
16
CHƯƠNG 1 MẠNG THẾ HỆ MỚI (NGN)
Trong những năm gần đây, công nghệ mạng và các dịch vụ viễn thông
phát triển hết sức nhanh chóng, trong đó lưu lượng các dịch vụ dữ liệu đã
vượt qua lưu lượng thoại. Sự phát triển nhanh của các dịch vụ dữ liệu đòi hỏi
có một sự chuyển biến trong việc xây dựng, quản lý và khai thác mạng. Có
thể nói sự ra đời của mạng thế hệ mới NGN (Next Generation Network) sẽ
thoả mãn được yêu cầu tăng trưởng nhanh của lưu lượng dữ liệu và cả lưu
lượng thoại trong thời gian tới. Trong chương này tác giả sẽ phân tích tổng
quan về các đặc điểm và kiến trúc mạng NGN cũng như các tham số đánh giá
chất lượng dịch vụ mạng.
1.1 Khái niệm
Cho tới nay, đã có rất nhiều các tổ chức viễn thông quốc tế cũng như các
nhà cung cấp thiết bị viễn thông trên thế giới đều quan tâm và nghiên cứu về
chiến lược phát triển mạng NGN nhưng vẫn chưa có một định nghĩa chính
xác và thống nhất nào cho mạng NGN. Sau đây là những khái niệm tương đối
chung nhất khi đề cập đến NGN
Mạng hội tụ (hỗ trợ cho cả lưu lượng thoại và dữ liệu, cấu trúc mạng
hội tụ).
Mạng phân phối (phân phối tính thông minh cho mọi phần tử trong
mạng).
Mạng đa dịch vụ (cung cấp nhiều loại dịch vụ khác nhau).
Mạng nhiều lớp (mạng được phân phối ra nhiều lớp mạng có chức năng
độc lập nhưng hỗ trợ nhau thay vì một khối thống nhất như trong mạng
TDM - Time Division Multiplex).
17
1.2 Các đặc điểm của mạng NGN
Sự phát triển của các dịch vụ truyền thông hiện nay sẽ hướng đến việc các
nhà cung cấp dịch vụ sẽ phải có sự mềm dẻo để có thể phục vụ được cả thị
trường lớn và nhỏ. Các quyết định về việc cung cấp dịch vụ của họ có thể có
nhiều vấn đề phải quyết như giá cả, việc đóng gói, tiếp thị và sự thuận tiện
như là các dịch vụ thực tế họ cung cấp. Khi có nhiều phương tiện truyền tin,
nhà cung cấp dịch vụ, nhà cung cấp thiết bị và các doanh nghiệp thương mại
khác, tất cả phối hợp để cung cấp các dịch vụ cho người sử dụng.
Dưới đây là trình bày một số đặc trưng dịch vụ quan trọng trong môi trường
NGN:
Liên lạc thông tin rộng khắp, thời gian thực, đa phương tiện - đảm bảo
độ tin cậy, thân thiện trong việc liên kết mọi người, truy nhập tốc độ
cao và truyền tải thông tin với bất kỳ phương tiện nào, bất kỳ thời gian
nào, bất kỳ đâu, và trong bất kỳ kích cỡ nào.
Sử dụng công nghệ chuyển mạch mềm (SoftSwitch) thay thế các thiết
bị tổng đài chuyển mạch phần cứng cồng kềnh. Các mạng của từng
dịch vụ riêng rẽ được kết nối với nhau thông qua sự điều khiển của một
thiết bị tổng đài duy nhất, thiết bị tổng đài này dựa trên công nghệ
chuyển mạch mềm.
Nhiều mạng thông minh (network intelligence) được phân bố trên toàn
mạng. Nó bao gồm các ứng dụng cho phép truy nhập và điều khiển các
dịch vụ mạng độc lập với lớp truyền tải và lớp truy nhập của mạng
thông qua cổng giao diện lập trình ứng dụng (API - Application
Program Interface). Nó cũng có thể thực hiện các chức năng cụ thể thay
mặt cho nhà cung cấp dịch vụ hoặc mạng. Ta có thể hiểu nó như một
tác tử quản lý (management agents) mà nó có thể giám sát tài nguyên
18
mạng, tập hợp các số liệu hay sử dụng, cung cấp việc gỡ rối, hoặc môi
giới các dịch vụ mới từ các nhà cung cấp khác,.…
Dễ dàng sử dụng. Đó là việc làm trong suốt đối với người sử dụng về
tính phức tạp của thu thập, xử lý, chế tạo và truyền thông tin. Nó cho
phép dễ dàng sử dụng và truy nhập các dịch vụ mạng, bao gồm giao
diện người sử dụng cho phép tương tác giữa người và mạng một cách
tự nhiên, cung cấp các thông tin, trợ giúp, lựa chọn động theo ngữ cảnh
(nhạy ngữ cảnh), quản lý một cách trong suốt các tương tác đa dịch vụ,
cung cấp các menu khác nhau cho những người chưa có kinh nghiệm
ngược lại với những người đã có kinh nghiệm, và cung cấp môi trường
thống nhất cho tất cả các dạng truyền thông.
Quản lý và chế tạo các dịch vụ cá nhân: Nó bao gồm khả năng của
người sử dụng để quản lý các thông tin cá nhân của họ, các dịch vụ
mạng cung cấp, giám sát thông tin sử dụng và tính cước.
Quản lý thông tin thông minh: Nó giúp người sử dụng quản lý tình
trạng quá tải thông tin bằng việc đưa khả năng tìm kiếm, sắp xếp, và
lọc các bản tin hoặc dữ liệu.
1.3 Kiến trúc dịch vụ của mạng thế hệ mới
Mạng thế hệ mới ra đời cùng với việc tái kiến trúc mạng, tận dụng tất cả
các ưu thế về công nghệ tiên tiến để phát triển, kiến trúc mạng NGN dựa trên
mạng chuyển mạch gói và cung cấp nhiều dịch vụ mới.
Mạng thế hệ sau được tổ chức dựa trên các nguyên tắc cơ bản sau:
Đáp ứng nhu cầu cung cấp các loại hình dịch vụ viễn thông phong phú,
đa dạng, đa dịch vụ, đa phương tiện.
Mạng có cấu trúc đơn giản.
Nâng cao hiệu quả sử dụng chất lượng mạng lưới và giảm thiểu chi phí
khai thác và bảo dưỡng.
19
Dễ dàng mở rộng dung lượng, phát triển các dịch vụ mới.
Độ linh hoạt và tính sẵn sàng cao của mạng.
Sau đây chúng ta xem xét quá trình tiến hóa về cấu trúc từ mạng hiện có
lên cấu trúc mạng NGN hình 1.1
Hình 1.1 Nhu cầu tiến hóa mạng
Như hình vẽ 1.1, chúng ta nhận thấy mạng viễn thông hiện tại gồm nhiều
mạng riêng lẻ kết hợp lại với nhau thành một mạng “hỗn hợp”, chỉ được xây
dựng ở cấp quốc gia, nhằm đáp ứng được nhiều loại dịch vụ khác nhau. Ví dụ
xét mạng Internet, đó là một mạng đơn lớn, có tính chất toàn cầu, thường
được đề cập theo một loạt các giao thức truyền dẫn hơn là theo một kiến trúc
đặc trưng. Internet hiện tại không hỗ trợ QoS cũng như các dịch vụ có tính
thời gian thực (như thoại truyền thống).
Do đó, việc xây dựng mạng thế hệ mới NGN cần tuân theo các chỉ tiêu:
NGN phải có khả năng hỗ trợ cả cho các dịch vụ của mạng Internet và
của mạng hiện hành.
20
Một kiến trúc NGN khả thi phải hỗ trợ dịch qua nhiều nhà cung cấp
khác nhau. Mỗi nhà cung cấp mạng hay dịch vụ là một thực thể riêng lẻ
với mục tiêu kinh doanh và cung cấp dịch vụ khác nhau, và có thể sử
dụng những kỹ thuật và giao thức khác nhau, nhưng tất cả đều phải
được truyền qua mạng một cách thông suốt từ đầu cuối đến đầu cuối.
Một mạng tương lai phải hỗ trợ tất cả các loại kết nối, thiết lập đường
truyền trong suốt cả cho hữu tuyến cũng như vô tuyến. Vì vậy, mạng
NGN sẽ tiến hóa lên từ mạng truyền dẫn hiện tại (phát triển thêm
chuyển mạch gói) và từ mạng Internet công cộng (hỗ trợ thêm chất
lượng dịch vụ QoS). Chiến lược phát triển mạng xem hình 1.2
Hình 1.2 Chiến lược phát triển
Để thực hiện việc chuyển dịch một cách thuận lợi từ mạng viễn thông hiện
có sang mạng thế hệ mới, việc chuyển dịch phải phân ra làm ba mức (kể cả
kết nối và chuyển mạch).
Thứ nhất là chuyển dịch ở lớp truy nhập và truyền dẫn. Hai lớp này bao
gồm lớp vật lý, lớp 2 và lớp 3 nếu chọn công nghệ IP làm nền cho mạng thế
hệ mới. Trong đó:
21
Công nghệ ghép kênh bước sóng quang DWDM sẽ chiếm lĩnh ở lớp vật
lý.
IP/MPLS làm nền cho lớp 3
Công nghệ ở lớp 2 phải thỏa mãn các điều kiện như: Đơn giản, tối ưu
hóa truyền tải gói dữ liệu, có khả năng giám sát chất lượng, giám sát lỗi
và bảo vệ, khôi phục mạng khi có sự cố. Hiện tại công nghệ RPT
(Resilient Packet Transport) đang phát triển nhằm đáp ứng các chỉ tiêu
này.
Thứ 2 là chuyển dịch mạng đường dài (mạng truyền dẫn): Tín hiệu từ các
cổng trung kế tích hợp hoặc độc lập được chuyển đến mạng IP hoặc ATM
(Asynchronous Transfer Mode), rồi sử dụng chuyển mạch mềm để điều khiển
luồng và cung cấp dịch vụ. Sử dụng phương thức này có thể giải quyết được
vấn đề tắc nghẽn trong chuyển mạch kênh (Xem hình 1.3).
Tương lai mạng đa dịch vụ
Điều khiển và quản lý các
dịch vụ truy nhập
Hiện tại các mạng dịch vụ riêng lẻ
Content
Mạng lõi IP
Dịch vụ
Media
Gateway
PSTN/
ISDN
Cellular
PLMN
CATV
Data/IP
Network
Wireline
Access
Wireless
Access
Cable
Access
`
Các mạng truy nhập, truyền dẫn,
chuyển mạch riêng lẻ
Liên mạng trên cơ sở IP
Hình 1.3 Sự hội tụ giữa các mạng
22
Bảng 1-1 dưới đây so sánh công nghệ mạng hiện tại và tương lai
Thành phần mạng
Mạng truy nhập
Công nghệ hiện tại
Công nghệ tương lai
Cáp xoắn băng hẹp
Truyền hình cáp số
và tương tự chuyên
dụng
Cáp xoắn băng hẹp
Truyền hình cáp số
và tương tự chuyên
dụng
GSM không dây
Cáp quang
GSM không dây
Cáp quang
Cáp xoắn băng rộng
Modem cáp
IP qua vệ tinh
Ethernet
Chuyển mạch và định Tổng đài PSTN
Định tuyến IP
Chuyển mạch quang
tuyến
Chuyển mạch ATM
Chuyển mạch Frame
Relay
Định tuyến IP
PDH
Mạng truyền dẫn
đường trục
DWDM
SDH
Bảng 1-1 So sánh công nghệ mạng hiện tại và tương lai
1.4 Các tham số đánh giá chất lượng mạng
Như đã phân tích ở trên, mạng NGN là mạng hạ tầng thông tin dựa trên
công nghệ chuyển mạch gói, nên việc đánh giá chất lượng mạng chủ yếu dựa
trên 4 tham số cơ bản là: băng thông, độ trễ gói, trượt (jitter) và tỉ lệ mất gói.
23
1.4.1 Băng thông
Thuật ngữ băng thông được sử dụng để chỉ khả năng truyền một lượng dữ
liệu của một giao thức, phương tiện hoặc của một kết nối. Nói chung, kết nối
của các dịch vụ được đảm bảo sẽ có các yêu cầu đối với mạng để cấp phát
một lượng băng thông tối thiểu.
Ví dụ một mạng có kiến trúc đa truy nhập ví dụ như Frame Relay, ATM.
Băng thông thực tế đạt được dựa trên thỏa thuận kết nối dịch vụ giữa nhà
cung cấp với khách hàng hay giữa các nhà cung cấp khác nhau.
Hình 1.4 Băng thông trong mạng đa truy nhập
Có vẻ như cách tốt nhất để giải quyết vấn đề băng thông là dành càng
nhiều băng thông cho các kết nối càng tốt. Tuy nhiên thực tế để tăng băng
thông, ngoài chi phí phát triển mạng lưới còn phát sinh các vấn đề trễ như
trong các mạng hội tụ nhiều dịch vụ.
1.4.2 Trễ
Tất cả các gói tin trong mạng đều trải qua một vài khoảng trễ nhất định
trước khi tới được đích, hay nói cách khác trễ có rất nhiều loại, ở đây chỉ nêu
ra một số loại cơ bản sau:
Trễ lan truyền (Propagation Delay): Được định nghĩa là khoảng thời
gian cần thiết để truyền 1 bit thông tin từ nơi gửi đến đích trên một liên
kết môi trường vật lý.
Trễ mạng (Network Delay): Đây là thời gian để một thiết bị nhận và
chuyển một gói đi. Khoảng thời gian này thường nhỏ hơn 10µs . Tất cả
24
các gói trong một luồng không có cùng độ trễ trong mạng. Độ trễ của
mỗi gói biến đổi tuỳ theo điều kiện của từng chặng trên mạng. Nếu
mạng không bị tắc nghẽn, các router sẽ không cần có hàng đợi, do đó
trễ chuyển gói sẽ không còn. Điều này làm giảm rất nhiều độ trễ gói
trong mạng. Nếu mạng bị tắc nghẽn. trễ hàng đợi sẽ ảnh hưởng rất lớn
tới gói và gây ra sự biến đổi trễ của gói. Sự biến đổi trễ của mỗi gói là
khác nhau và điều này gọi là jitter. Tóm lại trễ mạng là biến đổi và khó
xác định trước nó phụ thuộc vào nhà cung cấp, trạng thái các tuyến
trong mạng, vấn đề tắc nghẽn,... Trong một số trường hợp nhà cung cấp
có thể giới hạn trễ này tùy theo thỏa thuận mức dịch vụ giữa nhà cung
cấp và khách hàng hay giữa các nhà cung cấp với nhau (xem hình 1.5).
Ngoài ra còn có các trễ cố định có thể xác định được như: Trễ mã hóa,
trễ hàng đợi, trễ sửa dạng và trễ nén.
Hình 1.5 Một ví dụ về trễ mạng
Trễ chuyển tiếp và xử lý ( Forwading/ Processing Delay): Trễ xuất hiện
do nguồn đẩy gói ra chậm so với tốc độ quy định. Loại trễ này phụ
thuộc vào băng thông của kết nối cũng như kích thước gói được đẩy ra.
1.4.3 Trượt (Jitter)
Jitter được định nghĩa là sự biến đổi trễ xuyên qua mạng trong quá trình
truyền tin. Nguyên nhân chính của Jitter là thời gian trễ của các gói tin khi
được phân phát từ nơi gửi đến đích là khác nhau. Trong mạng chuyển mạch
gói, với các thành phần có trễ biến đổi thì hiện tượng Jitter luôn xảy ra. Bởi
25
vậy một vấn đề cần đặt ra là làm sao cho ảnh hưởng của Jitter không đủ để
làm suy giảm chất lượng dịch vụ.
1.4.4 Mất gói (Loss Packet)
Tỉ lệ mất gói chỉ ra số lượng gói bị mất trong mạng trong suốt quá trình
truyền dẫn. Mất gói do hai nguyên nhân chính: gói bị loại bỏ khi mạng bị tắc
nghẽn nghiêm trọng hoặc gói bị mất khi đường kết nối bị lỗi. Loại bỏ gói có
thể xảy ra tại các điểm tắc nghẽn do kỹ thuật QoS khi số lượng gói đến vượt
quá kích thước hàng đợi tại đầu ra.
Kết luận: QoS có thể giúp giải quyết một số vấn đề như: mất gói, jitter, và
xử lý trễ. Nhưng một số vấn đề mà QoS không thể giải quyết được như là trễ
lan truyền, trễ do mã hóa/ giải mã, trễ lấy mẫu và trễ do số hóa. Điều quan
trọng là phải biết phần nào không thể thay đổi và phần nào có thể điều khiển
được theo như bảng 1-2 (trích tài liệu: Tiêu chuẩn G.114 “One-way
transmission time”).
Trễ cố định Trễ thay đổi
Trễ mã hóa G.729 (5 ms)
5 ms
Trễ mã hóa G.729 (10 ms/frame)
Trễ đóng gói bao gồm trong trễ mã hóa
Trễ xếp hàng trên trung kế 64 kbps
20 ms
6 ms
Trễ chuyển nối tiếp trên trung kế 64 kbps 3 ms
Trễ truyền lan (trên các dây riêng)
Trễ mạng (Vd Frame Relay)
Đệm loại bỏ Jitter
32 ms
2-200ms
Tổng cộng – Giả sử Jitter Buffer 50 ms
110 ms
Bảng 1-2 Thống kê các loại trễ từ đầu cuối đến đầu cuối
Khuyến nghị G.114 của ITU-T cho rằng trễ từ đầu cuối đến đầu cuối
không vượt quá 150ms là duy trì được chất lượng thoại tốt.
26
CHƯƠNG 2 CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ (QoS)
Một trong những vấn cần giải quyết trong mạng NGN là tránh sự va chạm
giữa các dịch vụ và đảm bảo chất lượng dịch vụ của chúng ở mức người dùng
có thể chấp nhận được. Điều này khó có thể đảm bảo nếu mạng không áp
dụng các kỹ thuật QoS.
Thuật ngữ “kỹ thuật QoS” được tác giả đề cập đến xuyên suốt luận văn và
được hiểu là kỹ thuật đảm bảo QoS cho phép mạng có thể ước lượng và dự
đoán từng thay đổi của dịch vụ về các ứng dụng, lưu lượng và sử dụng nó để
nâng cao các tính năng như điều khiển nguồn tài nguyên, dự trữ băng thông
và đáp ứng các yêu cầu đặc biệt. Ngoài ra QoS còn góp phần nâng cao độ an
toàn và tin cậy trong mạng và có thể mở rộng các dịch vụ trong tương lai.
Trong chương này tác giả giới thiệu khái niệm QoS, các kỹ thuật QoS và ứng
dụng. Ngoài ra các giao thức báo hiệu trong QoS cũng được phân tích trong
chương này.
2.1 Khái niệm
Chất lượng dịch vụ (QoS) là một thuật ngữ được sử dụng rộng rãi trong
nhiều lĩnh vực khác nhau. Hiểu một cách đơn giản QoS là các cơ chế, công
cụ đảm bảo cho các mức dịch vụ khác nhau thỏa mãn các tiêu chuẩn về băng
thông và thời gian trễ cần thiết cho một ứng dụng đặc biệt nào đó.
Có nhiều công cụ cho phép chúng ta thực hiện QoS. Trong một vài trường
hợp chúng ta có thể không dùng đến công cụ nào mà vẫn đạt được QoS.
2.2 Các kỹ thuật QoS (hay còn gọi là các mô hình dịch vụ QoS)
Một mô hình dịch vụ còn được gọi là một mức dịch vụ mô tả khả năng
thiết lập từ đầu cuối đến đầu cuối của QoS, đầu cuối đến đầu cuối QoS là khả
năng của mạng có thể phục vụ các yêu cầu đặc biệt tới mạng khác. Kỹ thuật
QoS cung cấp 3 kiểu mô hình dịch vụ là: Best effort, Integrated và
Differentiated services.
27
Chúng ta cần quan tâm đến những dữ kiện sau khi xác định kỹ thuật QoS
sẽ được triển khai trong mạng:
Các ứng dụng hoặc vấn đề bạn đang cố gắng giải quyết.
Những khả năng bạn muốn cho phân chia tài nguyên.
Phân tích những lợi ích về giá, Vd giá thành cần thiết cho các phương
tiện và triển khai dịch vụ Differentiated services chắc chắn là đắt hơn
rất nhiều so với dịch vụ Best effort.
Các kỹ thuật Qos được mô tả trong hình 2.1
Hình 2.1 Các kỹ thuật QoS trong mạng IP
Không phải tất cả các công nghệ QoS đều phù hợp cho tất cả các mạng
định tuyến. Bởi vì định tuyến cho các nhánh và đường trục trong một mạng
không cần thiết thực hiện giống nhau. QoS có thể thực hiện tốt các nhiệm vụ
khác nhau. Vd cấu hình lưu lượng thoại thời gian thực cho một mạng IP bạn
cần cân nhắc các chức năng định tuyến của cả đường trục và đường nhánh
trong mạng, sau đó lựa chọn các tính chất QoS cho phù hợp.
28
2.2.1 Dịch vụ cố gắng tối đa (Best Effort)
Best Effort là một mô hình dịch vụ đơn và phổ biến trên mạng Internet hay
mạng IP nói chung, cho phép ứng dụng gửi dữ liệu bất cứ khi nào với bất cứ
khối lượng nào nó có thể thực hiện và không đòi hỏi sự cho phép hoặc thông
tin cơ sở mạng, nghĩa là mạng phân phối dữ liệu nếu nó có thể mà không cần
sự đảm bảo về độ tin cậy, độ trễ hoặc khả năng thông mạng.
QoS đặc tả dịch vụ Best Effort là xếp hàng đợi: firt - in, firt – out (FIFO).
Dịch vụ Best Effort rất phù hợp cho những ứng dụng của mạng dải rộng như
truyền file hoặc email. Cho đến thời điểm này đa phần các dịch vụ được cung
cấp bởi mạng Internet vẫn sử dụng mô hình dịch vụ này.
2.2.2 Dịch vụ tích hợp (Integrated Service)
Đứng trước nhu cầu ngày càng tăng trong việc cung cấp dịch vụ thời gian
thực (Thoại, Video,...) và băng thông cao (đa phương tiện), dịch vụ tích hợp
IntServ đã ra đời (xem hình 2.2). Đây là sự phát triển của mạng IP nhằm đồng
thời cung cấp dịch vụ truyền thống Best Effort và các dịch vụ thời gian thực.
Sau đây là những động lực thúc đẩy sự ra đời của mô hình này:
Dịch vụ cố gắng tối đa không còn đủ đáp ứng nữa: ngày càng có nhiều
ứng dụng khác nhau, các yêu cầu khác nhau về đặc tính lưu lượng được
triển khai, đồng thời người sử dụng cũng yêu cầu chất lượng dịch vụ
ngày càng cao hơn.
Các ứng dụng đa phương tiện ngày càng xuất hiện nhiều: mạng IP phải
có khả năng hỗ trợ không chỉ đơn dịch vụ mà còn hỗ trợ đa dịch vụ của
nhiều loại lưu lượng khác nhau từ thoại, số liệu đến video.
Tối ưu hóa hiệu suất sử dụng mạng và tài nguyên mạng: đảm bảo hiệu
quả sử dụng và đầu tư. Tài nguyên mạng sẽ được dự trữ cho lưu lượng
có độ ưu tiên cao hơn.
29
Cung cấp dịch vụ tốt nhất: mô hình IntServ cho phép nhà cung cấp
mạng tung ra những dịch vụ tốt nhất, khác biệt với các đối thủ cạnh
tranh khác.
Các bản tin
Setup đặt trước
Các giao thức định
tuyến / Database
Appl
Data
Setup
Setup
Điều khiển chấp
nhận/cưỡng bức
IP Data
Classifier
Sheduler
Classifier
Sheduler
Hình 2.2 Mô hình dịch vụ IntServ
Một số thành phần trong mô hình 2.2 như:
Giao thức thiết lập Setup: cho phép các máy chủ và các router dự trữ
động tài nguyên mạng để xử lý các yêu cầu của các luồng lưu lượng
riêng. RSVP (Resource Reservation Protocol), Q2391 là một trong
những giao thức đó.
Đặc tính luồng: xác định chất lượng dịch vụ QoS sẽ cung cấp cho các
luồng xác định, luồng ở đây được định nghĩa như một luồng các gói từ
nguồn đến đích có cùng yêu cầu về QoS như băng tần tối thiểu mà
mạng bắt buộc phải cung cấp để đảm bảo QoS cho các luồng yêu cầu.
Điều khiển lưu lượng: Trong các thiết bị mạng (máy chủ, router,
chuyển mạch) có thành phần điều khiển và quản lý tài nguyên mạng
cần thiết để hỗ trợ QoS theo yêu cầu. Các thành phần điều khiển lưu
lượng này có thể được khai báo bởi giao thức báo hiệu RSVP hay nhân
công. Thành phần điều khiển lưu lượng bao gồm:
Tải về để xem bản đầy đủ
113 trang
06/05/2025
70
Bạn đang xem 30 trang mẫu của tài liệu "Luận văn Vấn đề chất lượng dịch vụ trong mạng thế hệ mới và triển khai ứng dụng trên hạ tầng mạng của Công ty SPT", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên.
File đính kèm:
- luan_van_van_de_chat_luong_dich_vu_trong_mang_the_he_moi_va.pdf
