Mục lục:
I. Giới thiệu về QoS
1. QoS là gì?2. Cách thức hoạt động của QoS
3. Các khái niệm liên quan
II. Cấu hình QoS trên thiết bị mạng
1. Sơ đồ cấu trúc mạng2. Bảng IP
3. Cấu hình QoS
4. Kiểm tra và xác minh việc triển khai QoS
III. Kết luận
Tài liệu tham khảo
I. Giới thiệu về QoS
1. QoS là gì?
QoS là viết tắt của Quality of Service, có nghĩa là chất lượng dịch vụ. Đây là một tập hợp các kỹ thuật và tiêu chuẩn được sử dụng để đảm bảo chất lượng truyền tải dữ liệu trong mạng. QoS cho phép các ứng dụng và dịch vụ trên mạng có thể hoạt động hiệu quả và ổn định, đồng thời đảm bảo rằng các ứng dụng quan trọng sẽ được ưu tiên trước những ứng dụng không quan trọng. QoS đảm bảo rằng các ứng dụng và dịch vụ truyền thông trên mạng đều được đảm bảo chất lượng, đáp ứng được yêu cầu và đáp ứng được mong đợi của người dùng.
Tầm quan trọng của QoS trong mạng: không chỉ đơn thuần đảm bảo việc truyền tải dữ liệu mà còn giúp duy trì chất lượng dữ liệu, giảm thiểu gián đoạn và chậm trễ. Trong doanh nghiệp, QoS rất quan trọng vì đảm bảo các ứng dụng như cuộc gọi video và âm thanh không bị ảnh hưởng, đặc biệt trong bối cảnh mạng IP tích hợp nhiều ứng dụng tương tác đa phương tiện. Khi không có QoS, các ứng dụng thời gian thực như họp trực tuyến hoặc truyền dữ liệu kinh doanh có thể bị chậm trễ, làm giảm hiệu suất và ảnh hưởng đến hoạt động doanh nghiệp.
2. Cách thức hoạt động của Qos
QoS hoạt động bằng cách quản lý và kiểm soát cách dữ liệu được truyền tải trong mạng, đảm bảo rằng các ứng dụng quan trọng nhận được tài nguyên mạng (băng thông, độ trễ, độ ưu tiên) tốt nhất. Sau đây là các bước chính trong cách thức hoạt động của QoS:
Phân loại lưu lượng (Traffic Classification)
QoS bắt đầu bằng cách phân loại lưu lượng mạng. Dữ liệu truyền tải qua mạng có thể bao gồm nhiều loại khác nhau như video, âm thanh, email, duyệt web, v.v. QoS sẽ gắn nhãn hoặc phân loại lưu lượng này dựa trên loại ứng dụng hoặc dịch vụ.
Đánh dấu lưu lượng (Traffic Marking)
Sau khi phân loại, QoS sẽ đánh dấu các gói dữ liệu với một giá trị cụ thể trong trường tiêu đề của chúng (như DSCP hoặc TOS trong IP header). Điều này giúp định tuyến và chuyển mạch có thể nhận biết được mức độ ưu tiên của mỗi gói tin.
Xếp hàng và ưu tiên (Queuing and Prioritization)
QoS sử dụng các hàng đợi để quản lý thứ tự các gói tin được truyền qua thiết bị mạng (router, switch). Dữ liệu với mức ưu tiên cao hơn sẽ được đưa vào các hàng đợi ưu tiên, để đảm bảo chúng được xử lý và truyền tải trước các gói tin có mức ưu tiên thấp hơn.
Kiểm soát tắc nghẽn (Congestion Management)
Khi mạng gặp phải tắc nghẽn do lưu lượng quá lớn, QoS sẽ quyết định cách xử lý. Các gói tin ít quan trọng hơn có thể bị trì hoãn hoặc thậm chí bị loại bỏ nếu cần thiết để đảm bảo các gói tin ưu tiên cao hơn được truyền đi nhanh chóng.
Hạn chế băng thông (Policing and Shaping)
QoS có thể giới hạn băng thông cho một số loại lưu lượng hoặc ứng dụng nhất định để đảm bảo tài nguyên mạng không bị sử dụng quá mức. Policing sẽ loại bỏ hoặc đánh dấu lại các gói dữ liệu vượt quá ngưỡng băng thông cho phép. Shaping giúp điều chỉnh lưu lượng vào mạng bằng cách giữ lại các gói tin trong hàng đợi và phát chúng theo tốc độ phù hợp với chính sách QoS.
Kiểm tra và giám sát (Monitoring and Adjustment)
QoS liên tục giám sát mạng để đảm bảo các chính sách được thực thi đúng cách. Nếu phát hiện bất kỳ sự bất thường nào, hệ thống sẽ điều chỉnh động việc phân phối tài nguyên để tối ưu hiệu suất và giảm thiểu các vấn đề như độ trễ, jitter, hoặc mất gói tin.
3. Các khái niệm liên quan
- Băng thông (Bandwidth): Là lượng dữ liệu có thể được truyền qua mạng trong một khoảng thời gian nhất định, thường được đo bằng bit trên giây (bps).
Ví dụ: Một đường truyền mạng với băng thông 100 Mbps có khả năng truyền tải 100 triệu bit mỗi giây.
- Độ trễ (Latency): Là thời gian cần để một gói tin dữ liệu di chuyển từ nguồn đến đích. Độ trễ thường được đo bằng mili-giây (ms).
Ví dụ: Nếu độ trễ của kết nối là 20ms, dữ liệu sẽ mất 20 mili-giây để di chuyển từ người gửi đến người nhận.
- Mất gói tin (Packet Loss): Là hiện tượng khi một hoặc nhiều gói tin bị mất mát hoặc không đến được đích trong quá trình truyền dữ liệu qua mạng.
Ví dụ: Nếu 100 gói tin được gửi nhưng chỉ 98 gói đến nơi, tỷ lệ mất gói tin là 2%. Điều này có thể gây hiện tượng "lag" hoặc gián đoạn.
II. Cấu hình QoS trên thiết bị mạng
1. Sơ đồ cấu trúc mạng
2. Bảng IP
Thiết bị | Interface | IPv4 | Subnet mask | Defaul gateway |
R1 | F0/0 | 192.168.2.1 | 255.255.255.252 | N/A |
| F1/0 | 192.168.1.1 | 255.255.255.0 | N/A |
R2 | F0/0 | 192.168.2.2 | 255.255.255.252 | N/A |
| F1/0 | 192.168.3.1 | 255.255.255.252 | N/A |
R3 | F0/0 | 192.168.4.1 | 255.255.255.0 | N/A |
| F1/0 | 192.168.3.2 | 255.255.255.252 | N/A |
PC1 | Eth0 | 192.168.1.2 | 255.255.255.0 | 192.168.1.1 |
Server1 | Eth1 | 192.168.4.2 | 255.255.255.0 | 192.168.4.1 |
3. Cấu hình QoSBước 1: Phân loại lưu lượng theo VoIP, Video, HTTP và Data:
Class "class-map match-any VOIP" phân loại và ưu tiên cho lưu lượng VoIP bằng cách nhận diện các gói tin có DSCP giá trị EF, đảm bảo rằng các gói này sẽ được xử lý với mức độ ưu tiên cao nhất trên mạng.
Class "class-map match-any VIDEO" phân loại và quản lý lưu lượng video với DSCP AF41, đảm bảo rằng video có đủ băng thông và ít bị ảnh hưởng bởi tắc nghẽn mạng, tuy nhiên không có độ ưu tiên cao như VoIP.
Class "class-map match-all HTTP" sẽ phân loại các gói tin sử dụng giao thức HTTP. Tùy thuộc vào yêu cầu QoS, bạn có thể hạn chế băng thông hoặc điều chỉnh độ ưu tiên cho lưu lượng HTTP để tránh chiếm băng thông của các dịch vụ quan trọng khác.
Class "class-map match-any DATA" phân loại các gói tin không thuộc các lớp có DSCP ưu tiên, tức là những lưu lượng thông thường, không quan trọng, chẳng hạn như lưu lượng duyệt web hoặc tải xuống mà không yêu cầu sự đảm bảo về băng thông hoặc độ trễ.
Bước 2: Tạo Policy-map cho QoS để xử lý các loại lưu lượng khác nhau:
Giải thích:
- VoIP: Ở đây là priority 1000 là băng thông tối đa 1000kbps
- Video: Ở đây là "bandwidth percent 30" là Cấu hình này phân bổ 30% băng thông khả dụng của liên kết cho lưu lượng video. "queue-limit 64" Giới hạn số lượng gói tin có thể được giữ trong hàng đợi cho lưu lượng video là 64 gói. Điều này giúp kiểm soát lượng dữ liệu được xếp hàng đợi, tránh hiện tượng quá tải hàng đợi. "random-detect dscp-based" Sử dụng RED (Random Early Detection) dựa trên giá trị DSCP để tránh tắc nghẽn hàng đợi. Khi hàng đợi bắt đầu đầy, RED sẽ giảm thiểu tắc nghẽn bằng cách bỏ một số gói tin có giá trị DSCP thấp trước khi hàng đợi quá tải.
- HTTP: "shape average 1000000" Cấu hình này giới hạn lưu lượng HTTP với tốc độ 1 Mbps (1.000.000 bps). Nếu lưu lượng vượt quá giới hạn này, các gói tin sẽ bị bỏ (drop).
- Data: "bandwidth percent 50" Phân bổ 50% băng thông khả dụng của liên kết cho lưu lượng dữ liệu (Data). Lưu lượng dữ liệu bao gồm các ứng dụng và dịch vụ không yêu cầu độ ưu tiên cao, như duyệt web, email, hoặc truyền tải file.
Bước 3: Áp dụng QoS lên các interface đầu ra
Bước 4: Giám sát và kiểm tra cấu hình QoS đã được áp dụng trên interface:
III. Kiểm tra và xác minh việc triển khai QoS
Ta thử ping để kiểm tra:
Class `DATA` xử lý các gói tin có DSCP mặc định (DSCP 0) và được phân bổ 50% băng thông của interface. Class này đã xử lý một số gói tin nhỏ (5 gói tin, 490 byte) mà không có bất kỳ gói tin nào bị rơi. Class `class-default` xử lý các gói tin không thuộc các class khác, đã xử lý 16 gói tin với tổng cộng 1458 byte, và không có gói tin bị loss. Ta thấy kết quả khớp với cấu hình.
Còn lại các class VOIP, VIDEO, HTTP hiện tại mình đang thực hiện trên GNS3 nên bị hạn chế về vấn đề test với các đoạn âm thanh, video, và truy cập web nên không thế kiểm tra trực tiếp, nếu có thời gian thì mình xin phép cập nhật thêm kết quả sau:
IV. Kết luận
Qua bài lab này, chúng ta đã thấy được tầm quan trọng và sự cần thiết của QoS (Quality of Service) trong việc đảm bảo chất lượng truyền tải dữ liệu trên mạng. Bằng cách phân loại và quản lý lưu lượng theo các tiêu chí như VoIP, Video, HTTP, và Data, QoS giúp các ứng dụng quan trọng nhận được sự ưu tiên cần thiết, giảm thiểu độ trễ, jitter, và mất gói tin.
Chúng ta đã cấu hình các chính sách QoS cụ thể trên router, bao gồm phân loại lưu lượng, thiết lập chính sách quản lý băng thông, áp dụng traffic shaping và policing, cùng với việc sử dụng các kỹ thuật hàng đợi như CBWFQ và LLQ. Việc triển khai và kiểm tra cấu hình này cho thấy hiệu quả của QoS trong việc duy trì chất lượng mạng, đặc biệt là trong các môi trường yêu cầu truyền tải thời gian thực như VoIP và video.
Mặc dù bài lab chủ yếu tập trung vào cấu hình trên GNS3, những khái niệm và kỹ thuật này có thể được áp dụng trong môi trường thực tế, đảm bảo rằng các dịch vụ quan trọng trên mạng doanh nghiệp hoạt động ổn định và hiệu quả. Việc nắm vững cách triển khai QoS sẽ giúp bạn quản lý mạng một cách hiệu quả hơn, đáp ứng được các yêu cầu khắt khe của người dùng và các ứng dụng.
Trong tương lai, bạn có thể thử nghiệm thêm với các ứng dụng thực tế để kiểm tra sâu hơn về QoS, cũng như điều chỉnh cấu hình cho phù hợp với các yêu cầu cụ thể của mạng.
Tài liệu tham khảo
QoS là gì? Cách thức hoạt động và cấu hình QoS trong mạng
Attachments
Last edited:
