Kỹ thuật xử lý Flow Label QoS trong môi trường IPv6 (P1)

QoS TRÊN NỀN MẠNG IP

Ngày nay, các dịch vụ trên nền Internet được phát triển ngày càng đa dạng, đặc biệt là các loại hình như dịch vụ thời gian thực, video, thoại,. đòi hỏi về chất lượng, yêu cầu cao về độ trễ,. trong việc truyền gói tin qua mạng. Đây là nguyên nhân chủ yếu thúc đẩy việc triển khai chất lượng dịch vụ (QoS) trên nền mạng IP trong những năm gần đây.

Chất lượng dịch vụ bao gồm tập hợp các tiêu chí đặc trưng cho yêu cầu đối với từng loại lưu lượng cụ thể truyền qua mạng và để đánh giá QoS của mạng IP, người ta dựa vào các tham số chính sau đây:

-Băng thông (Bandwith): tham số này biểu thị tốc độ truyền dữ liệu tối đa có thể đạt được giữa hai điểm kết nối. Tham số bị ảnh hưởng bởi khả năng liên kết chậm, cơ chế xử lý nghẽn, khả năng chuyển tiếp thiết bị, lập kế hoạch xếp hàng đợi,... -Độ trễ (Delay): tham số này cho biết khoảng thời gian gói tin được chuyển từ đầu gửi đến đầu nhận. Một số nguyên nhân gây ra vấn đề này là do truyền dẫn, trễ chuyển mạch, xếp hàng đợi,...

-Biến thiên độ trễ (Jitter): tham số này cho biết sự dao động về độ lớn của trễ gói. Một số nguyên nhân gây ra vấn đề này là do việc ghép luồng, sự biến thiên trong độ dài hàng đợi,...

-Tỷ lệ mất gói (Packet loss): tham số này cho biết tỷ lệ phần trăm số gói tin bị mất trên tổng số gói tin đã được gửi giữa bên truyền và nhận. Một số
nguyên nhân gây ra vấn đề này là do tràn bộ đệm, các kỹ thuật/cơ chế kiểm soát tắc nghẽn,...

-Độ tin cậy: Độ tin cậy xác định độ ổn định của hệ thống, được xác định dựa trên thời gian ngừng hoạt động hệ thống và tổng số thời gian hệ thống hoạt động (thường tính theonăm).

Như vậy, có thể nói QoS là một thành phần quan trọng của các mạng gói đa dịch vụ nói chung và Internet nói riêng. Các mạng hỗ trợ QoS có thể cung cấp đồng thời các loại dịch vụ khác nhau bằng cách xử lý hợp lý lưu lượng ở các điểm tắc nghẽn.

Vào khoảng đầu thập kỷ 1990, các mạng IP hoạt động theo mô hình "nỗ lực tối đa“ (Best - Effort) như mạng Internet hiện nay và đang phát triển thành các mô hình dịch vụ phức tạp. Dưới đây là các bước hình thành phát triển QoS trên nền mạng IP.

Các kiểu kiến trúc QoS:

-  Kiến trúc Best-Effort: dữ liệu đi vào mạng đều tuân theo quy tắc FIFO. Không có sự áp dụng nào của QoS đối với dữ liệu.

-   Kiến trúc Integrated Service (IntServ): dữ liệu đi qua mạng được dành riêng một băng thông thực hiện thông qua cơ chế RSVP và CBWFQ của QoS.

-   Kiến trúc Differentiated Service (DiffServ): dữ liệu đi vào mạng được phân loại thành các lớp khác nhau để mạng có chính sách xử lý dữ liệu khác nhau, thực hiện thông qua các công cụ QoS là PQ, CQ, WFQ và WRED.

Kiến trúc Best-Effort thực hiện bình đẳng đối với dữ liệu và phát triển trong giai đoạn đầu của Internet. Với nỗ lực tiêu chuẩn hóa chất lượng dịch vụ trên nền IP, IETF đã đưa ra RFC 1633 về mô hình dịch vụ tích hợp IntServ (Integrated Services) và tập trung vào giao thức dành trước tài nguyên RSVP (Resource Reservation Protocol). RSVP báo hiệu các yêu cầu về độ trễ, băng thông cho các phiên riêng biệt tới từng điểm dọc theo tuyến truyền dẫn mà gói tin đi qua. Trong môi trường Internet, điều gây trở ngại lớn khi hoạt động là tại thời điểm khởi tạo, RSVP yêu cầu các nút dự trữ tài nguyên vì số lượng, chủng loại thiết bị tham gia lớn và đa dạng.

Trước những thách thức trên, mô hình DiffServ đã ra đời. Mô hình DiffServ đưa ra các kỹ thuật đánh dấu gói như thứ tự ưu tiên IPP (IP Precendence) và nút kế tiếp của nó, các điểm mã dịch vụ phân biệt DSCP (Differentiated Services Code Points) phù hợp với các hành vi bước kế tiếp PHP (Per-Hop Behaviors) cho các kiểu lưu lượng.

CẤU TRÚC IPv6 HEADER

Trong môi trường IPv6, ngoài việc đánh địa chỉ với độ dài 128 bit (nhằm mở rộng không gian địa chỉ) còn có nhiều tính năng được thêm vào theo chuẩn của IETF như mức đảm bảo dịch vụ, tăng cường khả năng an ninh và cải thiện độ tin cậy.

QoS là một thuật ngữ quan trọng và tính năng mới của các mạng hiện đại. Trong môi trường mạng IPv4, thường các gói tin được xử lý theo kiểu best- effort, cho dù nội dung đó có quan trọng hay đòi hỏi sự nhạy cảm về thời gian, độ trễ.

Một hệ thống dựa trên nền IPv4 không có cách nào để phân biệt dữ liệu có yêu cầu nhạy cảm với thời gian thực chẳng hạn như các luồng video/audio với những dữ liệu không có yêu cầu cao trong thời gian thực như dữ liệu, bản tin, hay truyền file qua mạng. Trong khi các ứng dụng liên quan đến âm thanh, video rất nhạy cảm với độ trễ của gói tin nhưng IPv4 chưa có cách nào hiệu quả để giải quyết những vấn đề này.

IPv6 cung cấp một cách cho các ứng dụng yêu cầu xử lý không trễ qua mạng WAN. Để thực hiện được vấn đề này, tiêu đề trong gói tin IPv6 (IPv6 header) đã được thiết kế cải tiến hơn so với tiêu đề của gói tin IPv4 (IPv4 header).

Theo RFC 2460, cấu trúc tiêu đề (Header) của gói tin IPv6 được mô tả như Hình 3.

Tiêu đề gói tin IPv6 có chứa một trường Traffic Class độ dài 8 bit với chức năng tương tự như trường Type of Service trong gói tin IPv4, để phân loại các gói tin ở node gốc thành nhiều lớp khác nhau hoặc mức ưu tiên khác nhau dựa trên những yêu cầu về QoS. Qua đó cho phép các bộ định tuyến thực hiện việc ưu tiên chuyển tiếp dựa trên thông tin trong trường Traffic Class. Theo RFC 2460, cần có một số yêu cầu để triển khai sử dụng trường Traffic Class như:

-Giao diện dịch vụ trong IPv6 ở một node phải cung cấp một phương tiện để giao thức lớp trên cung cấp giá trị của các bit Traffic Class trong gói tin ban đầu. Giá trị mặc định là 00000000.

-Các node có hỗ trợ thực hiện yêu cầu cụ thể có thể điều chỉnh, thay đổi một vài hoặc tất cả các bit trong trường Traffic Class trong các gói tin mà chúng sinh ra, chuyển tiếp hay nhận được theo yêu cầu cụ thể đó. Đối với các gói tin mà chúng không hỗ trợ thực hiện yêu cầu đó, các node sẽ không thực hiện việc thay đổi bất kỳ thông tin nào trong trường Traffic Class.

-Một giao thức lớp trên không quan tâm rằng giá trị của các bit Traffic Class trong một gói tin nhận được có giống như giá trị đó trong gói tin nguồn hay không.

RFC 2474 đề xuất một tiêu đề thay thế cho trường Traffic Class trong gói tin IPv6 (Hình 4). Nó định nghĩa trường 8 bit DS (Differentiated Services) thay thế cho trường Traffic Class để hỗ trợ kiến trúc Differentiated Services QoS. Ở đó, 6 bit đầu tiên trong trường DS được sử dụng để định nghĩa DSCP (Differentiated Services Code Point) dựa trên Per- Hop-Behavior (PHB) được chọn; 2 bit cuối của DS để dự phòng. Tiêu đề IPv6 cũng định nghĩa một trường Flow Label với độ dài 20 bit được sử dụng để cung cấp QoS trong môi trường IPv6. Trường này cho phép các host có hỗ trợ IPv6 gán nhãn một chuỗi các gói có yêu cầu hỗ trợ tại các router khi truyền qua mạng bằng cách thay đổi giá trị thông tin trong trường Flow Label (thay đổi giá trị mặc định).

 Nguyễn Trần Hiếu

(còn tiếp)