Dịch vụ tích hợp IntServ

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. 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, phần còn lại sẽ dành cho số liệu best effort. 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.

- Mô hình IntServ được IETF giới thiệu vào giữa thập niên 90 với mục đích hỗ trợ chất lượng dịch vụ từ đầu cuối tới đầu cuối. Các ứng dụng nhận được băng thông đúng yêu cầu và truyền đi trong mạng với độ trễ cho phép.

- Trên thực tế giao thức RSVP là giao thức duy nhất dùng để báo hiệu cho mô hình IntServ. Vì thế đôi khi người ta lầm lẫn dùng RSVP để nói về IntServ.Thật ra, IntServ là kiến trúc hỗ trợ chất lượng dịch vụ mạng, còn RSVP là giao thức báo hiệu cho IntServ.

- Ngoài giao thức báo hiệu, mô hình tích hợp dịch vụ còn định nghĩa thêm một số lớp dịch vụ.

- Một ứng dụng sẽ xác định đặc tính của luồng lưu lượng mà nó đưa vào mạng đồng thời xác định một số yêu cầu về mức dịch vụ mạng. Đặc tính lưu lượng Tspec (Traffic Specification) và yêu cầu mức chất lượng dịch vụ Rspec (Required Specification).

Vì thế các bộ định tuyến phải có khả năng thực hiện các công việc sau:

• Kiểm soát ( bằng các policing): kiểm tra TSpec của luồng lưu lượng; nếu không phù hợp thì loại bỏ luồng.

• Điều khiển chấp nhận: kiểm tra xem tài nguyên mạng có đáp ứng được yêu cầu của ứng dụng hay không. Nếu không thể đáp ứng, mạng sẽ từ chối.

• Phân lớp (Classification): phân loại gói dữ liệu căn cứ vào mức yêu cầu chất lượng dịch vụ của gói.

• Hàng đợi và lập lịch (queuing and scheduling): đưa gói dữ liệu vào hàng đợi tương ứng và quyết định hủy gói dữ liệu nào khi xảy ra xung đột.

a. Các lớp dịch vụ

Có hai loại dịch vụ: đảm bảo dịch vụ (Guaranteed Service) và kiểm soát tải (Control load service).

Đảm bảo dịch vụ

- Cho phép giới hạn thời gian chuyển tiếp các gói dữ liệu đến đích trong một khoảng thời gian nhất định, đảm bảo số dữ liệu không bị loại bỏ khi hàng đợi đầy.

- Thông tin Tspec phải bao gồm các thông số như: tốc độ đỉnh, kích thước lớn nhất của gói dữ liệu. Trong khi đó thông số quan trọng nhất của Rspec là tốc độ dịch vụ. Thông số này cho phép xác định băng thông mà lưu lượng cần khi đi trong mạng. Thông số này cùng với các thông số trong Rspec cho phép xác định thời gian trễ lớn nhất có thể chấp nhận được của dữ liệu.

- Nhược điểm của lớp dịch vụ này là hiệu quả sử dụng tài nguyên mạng thấp vì nó đòi hỏi mỗi luồng lưu lượng có hàng đợi riêng.

Kiểm soát tải

- Các ứng dụng của dịch vụ này có thể chấp nhận khả năng mất dữ liệu và thay đổi độ trễ ở một mức độ nhất định. Luồng dữ liệu khi đi vào mạng sẽ được kiểm tra đối chiếu với những đặc tả lưu lượng Tspec đã được đăng ký. Nếu không phù hợp với các đặc tả đã được đăng ký trước thì dữ liệu sẽ được chuyển tiếp theo phương thức “nỗ lực tối đa”.

 b. Giao thức dành trước tài nguyên RSVP

- RSVP là giao thức báo hiệu cung cấp thủ tục để thiết lập và điều khiển quá trình chiếm giữ tài nguyên, hay nói cách khác RSVP cho phép các chương trình ứng dụng thông báo cho mạng những yêu cầu về mức chất lượng dịch vụ; và mạng sẽ hồi đáp chấp nhận hoặc không chấp nhận yêu cầu đó.

 - Các bản tin RSVP được các bộ định tuyến hay các bộ chuyển mạch trên liên kết giữa hai đầu cuối gửi và nhận trao đổi với nhau để đáp ứng yêu cầu về mức chất lượng dịch vụ của ứng dụng.

- RSVP có 2 bản tin cơ bản: bản tin Path (hay Request) và bản tin Resv. Bản tin Path (hay Request) mang thông tin về đặc tả luồng lưu lượng Tspec và các thông tin như: địa chỉ IP của nút gửi, địa chỉ IP nút nhận, chỉ số cổng UDP. Và khi nhận được bản tin Path (hay Request), nút mạng đích sẽ gửi lại bản tin Resv. Bản tin Resv sẽ gửi kèm theo phần mô tả yêu cầu RSpec chỉ định kiểu dịch vụ tích hợp là kiểm soát tải hay đảm bảo dịch vụ; ngoài ra còn có dấu hiệu nhận dạng luồng (flow descriptor) mà mỗi bộ định tuyến dùng để nhận diện mỗi phiên chiếm giữ tài nguyên.

- Khi nhận được bản tin Resv, mỗi bộ định tuyến trung gian sẽ tiến hành quá trình điều khiển chấp nhận (admission control). Nếu yêu cầu không được chấp nhận, do không đủ tài nguyên mạng thì bộ định tuyến sẽ báo lỗi về phía đầu thu. Nếu yêu cầu được chấp nhận thì bộ định tuyến sẽ gửi bản tin Resv đến bộ định tuyến đã gửi bản tin Path (hay Request) cho nó.

- Ngoài ra, RSVP là giao thức mềm, có nghĩa là các bản tin Path (hay Request) và Resv sẽ được gửi lại sau khoảng thời gian nhất định để duy trì lâu dài sự chiếm giữ tài nguyên. Nếu sau khoảng thời gian này không có bản tin nào gửi đi, sự dự trữ tài nguyên sẽ bị xóa bỏ.

- Mặt khác, lưu lượng RSVP có thể đi qua bộ định tuyến không hỗ trợ RSVP. Tại những bộ định tuyến này dịch vụ được phục vụ theo mô hình nỗ lực tối đa.

- Nói tóm lại, RSVP đóng vai trò quan trọng trong quá trình triển khai việc chuyển tải nhiều dịch vụ như: âm thanh, hình ảnh và dữ liệu trong cùng một hạ tầng mạng. Các ứng dụng có thể lựa chọn nhiều mức chất lượng dịch vụ khác nhau cho luồng lưu lượng của mình.

c. Kiến trúc IntServ

- Cấu trúc của các bộ định tuyến và các bộ chuyển mạch có hỗ trợ RSVP trong mạng.                                                                    

- Như vậy ta thấy cấu trúc gồm các khối:

• Khối điều khiển lưu lượng bao gồm: bộ phân loại (Classifier), bộ lập lịch gói (scheduler).
• Khối điều khiển thu nhận và thiết lập dự trữ (set up).

- Đầu tiên các ứng dụng đưa ra yêu cầu lớp dịch vụ: đảm bảo dịch vụ hoặc kiểm soát tải đồng thời đặt đường dẫn và chiếm giữ tài nguyên mạng cho việc truyền dữ liệu. Khối điều khiển thu nhận sẽ xem xét có thể đáp ứng được các yêu cầu mà dịch vụ đưa ra hay không. Bộ phân loại tiến hành phân loại và đưa các gói dữ liệu nhận được vào hàng đợi riêng. Bộ lập lịch sẽ lập cách xử lý để đáp ứng yêu cầu về chất lượng dịch vụ.

Hình vẽ trên là cách thức hoạt động của RSVP, các ứng dụng đưa ra yêu cầu mức chất lượng dịch vụ dành cho luồng lưu lượng xác định qua giao diện dịch vụ ứng dụng. Bộ điều khiển thu nhận và thiết lập dự trữ đáp ứng yêu cầu của các ứng dụng bằng cách tạo ra các bản tin của giao thức RSVP yêu cầu chiếm giữ tài nguyên. Bản tin này sẽ đi qua các bộ định tuyến nằm trên đường dẫn từ đầu gửi đến đầu thu. Tại mỗi bộ định tuyến, khối điều khiển thu nhận sẽ tiến hành quá trình điều khiển chấp nhận kết nối, quyết định xem có thể đáp ứng được yêu cầu chất lượng dịch vụ mà ứng dụng đưa ra hay không. Nếu được, bộ định tuyến sẽ dựa vào thông tin trong bản tin RSVP để cấu hình cho bộ điều khiển lưu lượng.

- Chúng ta đã xem xét kiến trúc của mô hình tích hợp dịch vụ cũng như một giao thức rất quan trọng RSVP. Mô hình này cho phép triển khai các ứng dụng thời gian thực và lưu lượng truyền thông trên cùng một hạ tầng mạng.