RFC 2544 - Tiêu chuẩn đánh giá dịch vụ Ethernet

1. RFC 2544 là gì?

        Chuẩn Ethernet được IEEE và ITU-T thống nhất năm 2002. Kể từ đó Ethernet đã nhanh chóng trở thành công nghệ truyền dẫn được sử dụng phổ biến nhất trên mạng. Với khả năng hỗ trợ linh động các tốc độ truyền tải khác nhau: từ những tốc độ truyền tải trung bình 10/100 Mbps đến 1GE/10GE và thậm chí đến 100GE, Ethernet được sử dụng trong LAN của cá nhân/doanh nghiệp, trong hạ tầng mạng chung của cả một thành phố (Metro Ethernet), và phục vụ cho liên kết quốc tế - Internet.

       Cùng với sự phát triển nhanh chóng đó, bắt buộc phải có một phương thức đánh giá chất lượng luồng Ethernet với các yêu cầu cụ thể. Từ thực tế này, tổ chức IETF đã đưa ra khuyến nghị RFC 2544 như một phương thức đo kiểm chung được áp dụng trên toàn thế giới nhằm đánh giá chất lượng đường truyền Ethernet.

2. Bài đo RFC 2544

         Để đảm bảo rằng mạng Ethernet có khả năng hỗ trợ nhiều dịch vụ (chẳng hạn như VoIP, video, v.v.), bài đo RFC 2544 hỗ trợ bảy kích thước khung được xác định trước (64, 128, 256, 512, 1024, 1280 và 1518 byte) để mô phỏng các điều kiện nhau. Bài đo hỗ trợ 4 phép đo chính: thông lượng (throughput), độ trễ (latency), tỷ lệ mất khung (frame loss) và back-to-back frame.

         Nguyên lý chung của RFC 2544 đưa ra các bài đo theo dạng End-to-End: một đầu đặt máy phát dữ liệu (master) và một đầu đặt thiết bị phản hồi dữ liệu (slave). Máy master phát dữ liệu vào đường truyền, dữ liệu đó đến máy slave và được phản hồi ngược trở về máy master để tiến hành đánh giá chất lượng đường truyền.

2.1. Đo thông lượng

         Phép đo này cho phép xác định tốc độ lớn nhất có thể đối với các thiết bị mạng Ethernet mà không xảy ra lỗi. Thiết bị sẽ phát đi một số khung nhất định ở tốc độ lớn nhất có thể, so sánh với số khung thu được. Khi hiện tượng mất khung xảy ra, thiết bị sẽ giảm tốc độ xuống còn một nửa so với tốc độ vừa thực hiện và thực hiện lại bài đo. Nếu không có hiện tượng mất khung, thiết bị sẽ tăng tốc độ phát lên giá trị đã giảm đi ban đầu và thực hiện lại bài đo. Cứ như vậy cho đến khi đạt được giá trị lớn nhất và không có khung nào bị mất.

         Kiểm tra thông lượng phải được thực hiện cho từng kích thước khung hình. Mặc dù thời gian kiểm tra trong đó các khung được truyền có thể ngắn, nhưng thời gian xác nhận cuối cùng phải ít nhất là 60 giây. Mỗi kết quả kiểm tra thông lượng sau đó phải được ghi lại trong một báo cáo, sử dụng đơn vị là số khung hình trên giây (fps) hoặc số bit trên giây (bps).

2.2. Đo độ trễ

          Phép đo này cho phép phân tích thời gian đạt được cho một khung được phát từ nguồn tới đích và sau đó quay lại nguồn (Round-trip delay). Độ trễ (Latency) là một thông số quan trọng cho các ứng dụng thời gian thực chạy trên các mạng Ethernet như video, VoIP.

          Bài đo này sẽ đo và kiểm soát tốc độ phát tại mỗi kích thước khung nhất định sao cho không có hiện tượng mất gói xảy ra. Sau đó, thiết bị sẽ tạo luồng lưu lượng trong 120 giây. Trong thời điểm phát, mỗi khung sẽ được gắn 1 nhãn thời gian nhất định và khi nhận được gói tin trả về từ thiết bị loopback đầu xa, thiết bị đo sẽ tính toán ra thời gian trễ truyền gói tin.

         Bài đo chuẩn được thực hiện khoảng 20 lần và lấy giá trị trung bình, mỗi lần thực hiện trong 120 giây.

2.3. Đo tỷ lệ mất khung

        Bài đo này đo lường khả năng đáp ứng của mạng trong điều kiện bị quá tải (overload). Mục tiêu là kiểm thử khả năng đáp ứng với các ứng dụng thời gian thực bởi vì tỉ lệ mất khung cao sẽ làm suy giảm chất lượng dịch vụ. Thiết bị đo sẽ phát lưu lượng tại tốc độ cao nhất và đo lường tỉ lệ mất gói. Khi hiện tượng mất gói xảy ra, tốc độ phát được giảm đi 10% và lặp lại bài đo (có thể điều chỉnh tỉ lệ giảm này để có kết quả tốt hơn) cho tới khi không có gói tin nào bị mất. Kết quả được trình bày dưới dạng tỷ lệ phần trăm khung hình đã bị mất, tức là phần trăm cho biết khung được truyền so với khung đã nhận. Bài đo được thực hiện với tất cả các kích cỡ khung đã thiết lập.

2.4. Back-to-back frame

         Phép đo kiểm này cho phép ước tính thời gian trong khi DUT (thiết bị được đo kiểm) có khả năng quản lý tải lớn nhất. Máy đo gửi một “burst” của các khung với khoảng cách giữa các khung là nhỏ nhất tới DUT và sau đó đếm số các khung quay ngược lại bởi DUT. Nếu đếm số khung được phát là ngang bằng với số khung quay lại thì thời gian truyền dẫn sẽ tăng lên và phép đo được thực hiện lại đến khi có 2 thử nghiệm thành công mà không bị mất khung nào. Khuyến nghị thực hiện lặp lại ít nhất 50 lần để lấy giá trị trung bình.

3. Hạn chế của RFC 2544 và sự ra đời của Asymmetric RFC 2544

          Một thực tế là hầu hết băng thông của người dùng đều dành cho việc nhận dữ liệu (downlink), nên nhiều tiêu chuẩn cũng như dịch vụ đã thiết lập các cấu hình riêng biệt cho hướng uplink và downlink nhằm tiết kiệm tài nguyên và tăng hiệu quả truyền tải. Đối với kết nối Ethernet, sự khác biệt về chất lượng giữa hai hướng là rất phổ biến, chẳng hạn như:

          - Dịch vụ thuê bao kênh riêng ảo (VPN) có băng thông uplink và downlink khác nhau, do nhu cầu của khách hàng.

           - Các kết nối Ethernet có công nghệ xDSL (ADSL, VDSL) xen giữa.

          RFC 2544 là bài đo áp dụng cho luồng Ethernet đối xứng, hai hướng uplink và downlink được cấu hình như nhau, nên không thể đo kiểm chính xác được cho các trường hợp ở trên.

         Do vậy nhất thiết phải có một phương thức nâng cao hơn RFC 2544 để có thể đo kiểm và hiển thị kết quả luồng Ethernet tách biệt cho từng hướng, đó chính là Asymmetric RFC 2544. Asymmetric RFC 2544 và RFC 2544 có chung sơ đồ đo và các tham số thu được. Sự khác biệt duy nhất và là điểm nổi trội của Asymmetric RFC-2544 là khả năng đánh giá tách biệt cho từng hướng.

        Ví dụ cho trường hợp kết nối Ethernet sự tham gia của xDSL (băng thông đường lên 384 Kbit/s, băng thông đường xuống 1,5 Mbit/s). RFC 2544 đánh giá chung cho cả hai hướng nên sẽ xác định băng thông của kết nối trên là 384 Kbit/s, vì đây là tốc độ mà cả hai hướng đều đáp ứng được. Với Asymmetric RFC 2544, máy Master và Slave sẽ trao đổi với nhau để lần lượt đo theo từng hướng. Đầu tiên, khi đo theo hướng Uplink, bài đo sẽ xác định được băng thông là 384 Kbit/s; sau đó hai máy sẽ đo theo hướng Downlink để xác định được giá trị 1,5 Mbit/s.