IP网络的服务质量-中国科学技术大学

1、第七章 IP网络的效力质量.ResourceXiao Xipeng, Lionel M Ni. Internet QoS:The Big Picture. IEEE Network Magazine, 1999,13(2) :8-18R. Braden, D. Clark, and S. Shenker. Integrated services in the Internet architecture: an overview. RFC 1633, July, 1994 S. Blake, D. Black, M. Carlson. An Architecture for Differenti

2、ated Services. RFC 2475, December 1998Y. Bernet, P. Ford, etc. A Framework for Integrated Services Operation over Diffserv Networks, RFC 2998, November 2000IETF NSIS (Next Steps in Signaling) Working Group Standardizing an IP signaling protocol with QoS signaling as the first use case G. Armitage, R

3、evisiting IP QoS: why do we care, what have we learned ? ACM SIGCOMM 2003 RIPQOS workshop report, Computer Communication ReviewX. Masip-Bruin, M. Yannuzzi, etc. Research challenges in QoS Routing, Computer Communications 29(2006) 563-581.背景IP将成为未来各种网络技术和业务的交融平台QoS: Quality of Service，效力质量尽力效力模型支持效力质

4、量模型数据业务综合业务数据视频语音IP网络以太网、令牌环网、IEEE 802.11、3G.按层次对QoS技术分类 带宽控制设备带宽控制设备L4 RRSWFRATMTDMRTP+RTCPTCP流控TCP/UDP端口号COS、Diff-servIEEE 802.1p标志帧分片FRF.12业务类型CBR、VBR等带宽分割RRRSVP运用层传输层网络层 链路层物理层L4 RRSWFRATMTDMRTSP、数据紧缩等路由器LAN交换机帧中继交换机ATM交换机时分复用设备CBR：Constant Bit RateVBR：Variable Bit RateUBR：Unspecified Bit RateFR

5、F：Frame Relay ForumTOS：Type Of ServiceDiff-serv：Differentiated serviceRTP：Real-time Transport Protocol RTCP：RTP Control Protocol RTSP：Real Time Streaming Protocol 底层：真正的QoS实现高层：QoS参数协商和形状维护.效力质量 定义ITU-T：QoS是一个综合目的，用于衡量一个效力的称心程度。IETF：QoS是在传输一个“流时，网络可以满足相应的效力需求Cisco：QoS是指一个网络可以利用各种底层技术向选定的网络业务提供更好的效力的

6、才干。这些底层技术包括：帧中继Frame Relay、异步传输方式ATM、以太网、SONET以及IP-路由网络等 .QoS的度量参数带宽bandwidth：给定介质、协议或衔接的额定吞吐量，实践上指运用程序在网络中通讯所需求的“管道大小，也可以以为是用户对网络传输速率的要求。最小带宽最小分组速率Least Packet Rate：传输中的最小瞬时速率，可用产生两个相邻分组的最大时间间隔的倒数来表示峰值带宽峰值分组速率Peak Packet Rate：传输中的最大瞬时速率，可用产生两个相邻分组的最短时间间隔的倒数来表示；平均带宽平均分组速率Sustained Packet Rate：一段时间内分

7、组传输的平均速率；延时delay：分组从发送端到达接纳端的时间间隔传输延时：transmission delay：发送分组的第一个比特到发送最后一个比特的时间间隔，取决于发送接口的速率和分组的大小。传播延时：propagation delay：发送分组的一个比特到接纳端接纳到该比特的时间间隔，取决于传输介质和传输间隔。处置延时processing delay：分组从到达节点到进入输出队列的时间间隔，包括对分组头标处置，路由查找等，取决于节点的处置才干和分组处置的复杂度。排队延时queuing delay：分组从进入输出队列到开场输出的时间间隔，取决于队列长度和调度战略。延时抖动delay ji

8、tter：端到端延时的变化特性，由延时的可变部分的变化导致的，流量的突发、不公平的队列调度算法都能够导致较大的延时抖动。.QoS模型综合效力(IntServ)模型区分效力(DiffServ)模型 Diff-IntServ综合模型 All Proposed by IETF.IntServ模型概述参考实现框架业务量控制机制效力类型资源预留协议RSVP：Resource Reservation ProtocolIntServ和IPv6IntServ特点.概述IETF的IntServ任务组于1994年提出同时支持实时和非实时业务在每个实时业务开场之前，由终端设备向网络发出恳求，为它预留必要的网络资源带

9、宽、存储，经过在网络中运用拥塞控制和队列调度机制，使实时业务的带宽和延迟得到保证 “流：来自单一用户具有一样QoS需求，且可识别的数据分组IntServ中能识别的最小粒度流是单向的，它具有单一的发送端和N个接纳端。 .参考实现框架资源预留协议担任逐跳hop-by-hop建立或撤除每个流的资源预留软形状soft state接纳控制根据链路和网络节点的资源运用情况以及详细的QoS恳求决议能否接受一个资源预留恳求分组分类器对到达的数据分组进展分类，然后分别放入不同的输出队列分组调度器根据不同的战略对各个队列中的分组进展调度转发分组转发途径后台执行代码.业务量控制机制：概述传统的Internet分组转

10、发FIFO：First In First Out业务无区分业务量控制机制为流提供不同的效力质量分组分类Packet Classify接纳控制Admission Control 分组调度 Packet Schedule分组丢弃Packet Drop.业务量控制机制：分组分类将输入分组映射到某个类，放入不同的输出队列一个类能够包含有多个流多字段MF：Multi-Field分类器源/目的IP地址、源/目的端口、协议类型原那么：思索分类粒度和处置开销之间的平衡用于分类的字段越多，处置开销越大.业务量控制机制：接纳控制根据当前资源情况，判别能否赞同接入一个新的流的QoS恳求两种接纳控制算法基于资源预留参

11、数的接纳控制：根据节点以前赞同接入的一切恳求的效力参数，用每个效力最坏情况的边境值来进展计算基于资源实践运用情况的接纳控制：丈量现有分组流的实践链路带宽利用率，据此来断定能否接纳一个新的流 .业务量控制机制：分组调度从多个输出队列中选择下一个要转发的分组分组调度算法严厉优先级调度Strict Priority Scheduling队列按优先级递减排序，只需在高优先级的队列为空时，才效力下一个优先级的队列低优先级队列的分组能够被完全阻止发送处于饥饿形状映射到高优先权队列的业务量不超出允许的部分输出链路的容量加权公平队列WFQWeighted Fair Queuing根据权重来确定每个队列所获得的

12、链路带宽的百分比FQ：Fi = Max(Fi-1，Ai) + Pi.业务量控制机制：分组丢弃当路由器队列缓冲区时将开场丢弃分组被动丢弃：队尾丢弃Drop Tail自动丢弃：随机早期检测RED：Random Early Detection 丢弃Qavg1Wq QavgQinst Wq .效力类型保证型效力GS：Guaranteed Service 提供完全保证的效力质量，用于要求低延时的业务，其最大延时和带宽可以得到定量保证 受控负载型效力CLS：Controlled-Load Service 没有固定的时延保证，可以提供一种相当于网络节点在低负载情况下的尽力效力 受控负载业务与其它业务分别：W

13、FQ调度算法链路上的受控负载业务总量：接纳控制尽力效力Best Effort.资源预留协议：处置模型RSVP不在分组转发途径上，并不是一个路由协议IPv4基于UDP实现IPv6基于IP实现资源预留恳求是单向的，也就是仅在一个方向上进展资源预留 .资源预留协议：运转机制PATH描画业务流特征的参数TSpec 沿途节点QoS控制才干与需求信息的描画参数ADSpecRESV接纳端预留的资源参数FLOWSpec描画业务流特征的参数TSpec描画所要求效力的参数RSpec 发送者路由器路由器接纳者PathPathPathRESVRESVRESVDATADATADATA.资源预留协议：特点面向接纳Rece

14、iver-Oriented：由接纳方根据需求预留软形状soft state：定期发送PATH和RESV音讯维护组播支持发送方1路由器1接纳方1接纳方2路由器1PATHRESVRESVRESV已合并.IntServ和IPv6流的源端可以用流标志来标识流路由器可以根据分组头中的流标志对分组进展快速处置.IntServ特点提供端到端的QoS保证基于流的细粒度资源分配存在可扩展性问题必需建立和维护“每流的预留形状信息需求对每个流进展接纳控制、分类等操作存储、处置开销随着流的数量的添加而急剧增长.DiffServ模型概述构造模型区分效力域DS Field定义与区分效力码点 DSCP： Different

15、iated Service CodePoint逐跳行为PHB：Per-Hop BehaviorDiffServ与IPv6DiffServ特点.概述IETF的DiffServ任务组于1998年提出处理IntServ的可扩展性问题，在分组中携带的信息决议如何处置，而不需求运用RSVP协议基于类的QoS保证，通常在中心网中运用当业务到达区分效力区域的边境时，边缘路由器运用分组头标中的区分效力标志域DS field对其进展聚类，网络对同类业务给予一样的QOS保证.构造模型1边缘路由器：业务量分类和调理，对分组头标中的DS域进展标志，标志值被称为DSCP 中心路由器：根据IP分组DS域中所标志的DSCP

16、值，来选择所对应的转发处置，即逐跳行为PHB，从而对分组进展调度转发 SLAService Level Agreement协商：不同DS区域之间的分类规那么、重新标志规那么以及业务流应该符合的业务量配置文件 .构造模型2边缘路由器中心路由器中心路由器边缘路由器DATADATADATADATADS字段分类器调度器分类器度量器标志器整形/丢弃流量调理器传输调度.DS域定义与DSCPDS域定义IPv4头标的TOSType of Service，TOS域或IPv6头标的业务量等级Traffic Class域的前6比特DSCP：DS域中的详细值，DS节点根据DSCP选择特定的PHB.逐跳行为描画根据DS

17、CP对特定类进展资源分配的方式详细由相应的队列调度算法例如WFQ来实现四种PHBBEBest Effort ，缺省型PHB EFExpedited Forwarding ，加速转发型PHB AFAssured Forwarding ，确定转发型PHB CS Class Selector ，兼容IP优先级的类选择型PHB .EF PHB: 加速转发型PHB 为某种业务量集合提供低丧失率、低延时和低延时抖动的效力 需求以下两部分功能模块:调理这个集合的业务量经过监控和整形使它在恣意节点上的到达速率总是小于那个节点配置的最小分开速率。 配置节点，使得某个集合的业务量有一个独立于节点其他业务量的分开速

18、率配置速率。 引荐DSCP为101110 流量调理器完成,丢弃超越预定带宽的业务量调度算法(WFQ)来实现.AF PHB:确定转发型PHB 为用户提供不同级别的转发保证,定义了四个等级IP分组转发保证取决于:多少资源分配给此分组所属的AF等级此AF等级当前的负载和拥塞情况分组的丢弃优先级DSCP 服务等级丢弃优先级等级 1等级 2等级 3等级 4低001010010010011010100010中001100010100011100100100高001110010110011110100110.兼容IP优先级的类选择型PHB: CS PHB向后兼容IP优先级队列,历史上IPv4 TOS域的前3

19、比特曾作为优先级队列调度的标志,共定义了8个优先级 可经过严厉优先级、循环优先级队列等较为粗略的调度机制实现 DSCP: xxx000 .DiffServ与IPv6流标志根据流标志进展快速分类.DiffServ特点基于聚合类的粗粒度资源分配具有较好的可扩展性。DS字段只是规定了有限数量的业务级别，形状信息的数量正比于业务级别，而不是流的数量易于实现。只在网络的边境上才需求复杂的分类、标志、整形等操作无法提供端到端的QoS保证.Diff-IntServ综合模型IntServ模型：接入网络DiffSev模型：中心网络IntServ和DiffServ网络之间的映射机制 端到端QoS.Mobility and QoS挪动节