Điều chỉnh tiết lưu băng thông qua QoS (Phần 1)

Brien M. Posey

Một trong những xu hướng lớn nhất trong vấn đề kết nối mạng ngày nay là việc truyền cả tín hiệu thoại và video trên các mạng dữ liệu truyền thống. Một trong những vấn đề về việc hội tụ này là cách thực hiện như thế nào, các gói thoại và video cần phải phân phối đến người nhận một cách nhanh chóng và có độ tin cậy cao, không có độ jitter và độ trễ vượt quá giới hạn.

Một giải pháp để giải quyết vấn đề này là sử dụng QoS. QoS, hoặc Quality of Service, là một công nghệ xử lý gói ưu tiên. Về bản chất, QoS cho phép bạn xử lý các gói thông tin nhạy cảm với mức ưu tiên cao hơn các gói khác.

Đây là một chuẩn công nghiệp chứ không phải chuẩn thuộc quyền sở hữu của Microsoft. Microsoft đã lần đầu tiên giới thiệu QoS trong Windows 2000. Phiên bản QoS của Microsoft đã được phát triển dần lên từ thời điểm đó nhưng vẫn thích nghi với các chuẩn công nghiệp.

Trong Windows XP Professional, QoS làm việc chủ yếu như một cơ chế dự trữ độ rộng băng thông. Khi QoS được kích hoạt, ứng dụng được cho phép dự trữ đến 20% tổng số băng thông, băng thông này được cung cấp bởi mỗi một trong các adapter mạng. Số lượng băng thông một ứng dụng dự trữ hoàn toàn có thể điều chỉnh. Chúng tôi sẽ giới thiệu cho các bạn cách thay đổi số lượng băng thông được dự trữ trong phần 3 của loạt bài này.

Để xem cách băng thông dự trữ được sử dụng như thế nào, cho rằng bạn đã có một ứng dụng video conferencing cần đến băng thông ưu tiên cao. Thừa nhận rằng ứng dụng này đã được kích hoạt QoS, nó sẽ dự trữ 20% toàn bộ băng thông của máy, để lại 80% băng thông cho phần còn lại của lưu lượng mạng.

Các ứng dụng không phải là video conferencing sẽ sử dụng cơ chế phân phối tốt nhất. Điều này có nghĩa rằng các gói này sẽ được gửi theo cách “đến trước, phục vụ trước”. Hay nói theo cách khác, lưu lượng của của ứng dụng video conferencing sẽ có ưu tiên cao hơn so với các lưu lượng khác, tuy nhiên không bao giờ được cho phép tiêu tốn hơn 20% tổng số băng thông.

Mặc dù vậy, tuy Windows XP thiết lập băng thông dự trữ cho lưu lượng ưu tiên cao nhưng điều đó không có nghĩa rằng các ứng dụng mức ưu tiên thông thường không thể sử dụng băng thông dự trữ này. Nói theo cách khác, tuy các ứng dụng video conferencing có mức ưu tiên cao, có băng thông dự trữ, nhưng Windows vẫn cho phép các ứng dụng khác có thể sử dụng cả băng thông dự trữ và băng thông không dự trữ để đạt được mục đích phân phối hiệu quả nhất miễn là ứng dụng mà băng thông dự trữ đang không sử dụng.

Khi ứng dụng video conferencing được khởi chạy thì Windows sẽ bắt đầu công việc dự trữ của nó. Mặc dù thế, sự dự trữ lúc này không tuyệt đối. Cho là Windows đã dự trữ 20% băng thông mạng cho ứng dụng video conferencing, nhưng ứng dụng lại không cần đến tất cả 20% này. Trong trường hợp như vậy Windows sẽ cho phép các ứng dụng khác sử dụng phần băng thông còn thừa nhưng sẽ kiểm tra liên tục những nhu cầu về băng thông của ứng dụng với mức ưu tiên cao. Nếu ứng dụng cần đến nhiều băng thông thì băng thông sẽ được gán cho nó, có thể lên đến toàn bộ 20%.

Như những gì chúng tôi đã đề cập ở trên, QoS là một chuẩn công nghiệp chứ không phải là các công nghệ thuộc quyền sở hữu của Microsoft. Chính vì vậy, QoS được thi hành bên trong Windows, nhưng Windows không thể tự thực hiện. Để cho QoS làm việc, mỗi thành phần phần cứng giữa người gửi và người nhận đều phải hỗ trợ QoS. Điều này có nghĩa rằng các NIC, switch, router và những thứ có liên quan phải nhận biết về QoS.

Trong trường hợp còn đang phân vân, bạn không phải thực thi một số hành động không cần thiết để sử dụng QoS. Asynchronous Transfer Mode (ATM) là một công nghệ kết nối mạng lý tưởng để sử dụng với QoS vì nó là một công nghệ hướng kết nối, tuy nhiên bạn cũng có thể sử dụng QoS với các công nghệ khác như Frame Relay, Ethernet hay thậm chí Wi-FI (802.11x).

Lý do tại sao ATM lại là một sự lựa chọn lý tưởng cho QoS là vì nó có khả năng thực thi dự trữ băng thông và phân phối tài nguyên dựa trên mức phần cứng. Tuy các kiểu phân phối tài nguyên này lại nằm ngoài những khả năng của Etherrnet và các công nghệ kết nối mạng tương tự, nhưng điều đó không có nghĩa rằng QoS không thể được sử dụng mà có nghĩa rằng, nó phải được thực thi trong môi trường ATM.

Trong môi trường ATM các tài nguyên được phân chia hoàn toàn động (on the fly) ở mức phần cứng. Do Ethernet và các công nghệ tương tự nó không thể phân chia tài nguyên theo cách này, các kiểu công nghệ của nó dựa trên sự ưu tiên thay cho việc phân chia động. Điều này có nghĩa là sự dự trữ băng thông xảy ra ở mức cao hơn bên trong mô hình OSI. Khi băng thông được dự trữ, các gói có mức ưu tiên cao hơn sẽ được truyền đi trước.

Một thứ quan trọng cần phải lưu ý ở đây khi xem xét về việc thực thi QoS trên Ethernet, Wi-Fi, hoặc trên các mạng tương tự là ở chỗ các công nghệ này không có tính kết nối. Điều đó có nghĩa rằng người gửi không thể kiểm tra trạng thái của người nhận hoặc trạng thái của mạng giữa người gửi và người nhận. Điều này cũng có nghĩa rằng người gửi có thể bảo đảm rằng các gói ưu tiên cao hơn sẽ được truyền trước gói ưu tiên thấp hơn, nhưng không thể bảo đảm được rằng các gói sẽ đến người nhận trong một số lượng thời gian cụ thể. Ngược lại, QoS lại có khả năng bảo đảm cho vấn đề này trên các mạng ATM vì ATM là công nghệ hướng kết nối.

Windows 2000 và Windows Server 2003

Như chúng tôi đã đề cập từ trước rằng Microsoft đã giới thiệu lần đầu tiên về QoS là trong Windows 2000, và sự thực thi QoS của Microsoft đó đã được phát triển đáng kể từ thời điểm đó. Chính vì vậy có một đôi chút khác biệt giữa QoS trong Windows 2000, Windows XP và Windows Server 2003.

Sự thực thi của QoS trên Windows 2000 được dựa trên kiến trúc Intserv, đây là kiến trúc không được hỗ trợ trong Windows XP hoặc Windows Server 2003. Lý do tại sao Microsoft không sử dụng kiến trúc này nữa là vì các API cơ sở rất khó sử dụng và kiến trúc có nhiều vấn đề trong khi mở rộng.

Một số tổ chức vẫn sử dụng Windows 2000, chính vì vậy chúng tôi muốn giới thiệu một chút thông tin về kiến trúc QoS của Windows 2000 làm việc như thế nào. Windows 2000 sử dụng một giao thức có tên gọi RSVP để dự trữ tài nguyên băng thông. Khi băng thông được yêu cầu, Windows sẽ chỉ định thời điểm các gói được gửi đi. Để thực hiện được điều đó, Windows 2000 đã sư dụng một giao thức tín hiệu có tên gọi là SBM (Sunbelt Bandwidth manager) nhằm thông báo cho người gửi biết rằng các gói đã sẵn sàng bên phía nhận. Admission Control Service (ACS) sẽ thẩm định băng thông có đủ khả năng hiện có và sau đó sẽ cho phép hoặc từ chối yêu cầu về băng thông.

Toàn bộ quá trình có một chút phức tạp hơn những gì ở trên, nhưng đó là một số phần chính mà Windows 2000 khác với Windows Server 2003 và Windows XP. Còn lại Windows 2000, 2003 và XP đều sử dụng các cơ chế điều khiển lưu lượng giống nhau. Về phần các cơ chế này chúng tôi sẽ giới thiệu cho các bạn trong phần 2.

Kết luận

Trong phần một này chúng tôi đã giới thiệu cho các bạn các gói mang thông tin thoại và video phải được phân phối với tốc độ nhanh hơn các gói dữ liệu thông thường để tránh tình trạng jitter. Chúng tôi cũng đã giải thích về các công nghệ QoS có thể được sử dụng như thế nào để giúp bảo vệ lưu lượng thoại và video được phân phối một cách hiệu quả. Trong phần 2 của loạt bài này chúng tôi sẽ giải thích về cách làm việc của QoS.