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传输技术第3章IPQoS简介 培训人 黄晓光研发部硬件二室Huangxiaoguang 82029090 3346 IPQoS简介 QoS在数据传输中的重要性IP传输的特点在IP传输网中提供QoS的意义QoS描述参数实现QoS的方法 IPQoS简介 QoS在数据传输中的重要性IP传输的特点在IP传输网中提供QoS的意义QoS描述参数实现QoS的方法 QoS在数据传输中的重要性 不同的业务类型对数据传输的要求是不同的 有的要求大的带宽 有的要求严格的延时保证 有的要求无错误的传输 为了实现不同业务类型的传输需求 传输网必须能够保证业务要求的传输质量 也就是QoS QoS在数据传输中的重要性 例如 对于传输语音数据的网络 数据帧时延就是一个重要的参数 延迟超过一定量的数据帧 和丢失没有什么区别 而对于数据文件的传输 数据的正确性占据最主要的地位 而时延和时延抖动就显得不是十分重要了 IPQoS简介 QoS在数据传输中的重要性IP传输的特点在IP传输网中提供QoS的意义QoS描述参数实现QoS的方法 IP传输的特点 尽力而为 IP传输的特点 尽力而为 IP传输取得巨大成功的原因在于端到端的理念 网络的智能处于边缘节点 即源和目的主机 所有复杂的数据处理过程都是在主机完成的 传输网络中的路由器仅仅完成包转发功能 根据IP包头确定下一跳路由器并转发 IP传输的特点 尽力而为 以路由转发为基础的IP传输的特点路由表建立的依据是网络拓扑结构 实现 最短路径 并不考虑这个路径的带宽 转发能力 负荷等参数路由器的入队列对所有的IP包同等对待 IP包的排队造成转发时延和丢包同一个应用的不同IP包可能通过不同的路径到达目的地 造成其传输参数的不一致 IP传输的特点 尽力而为 总之 IP传输网从最初的设计就没有考虑为包转发的服务质量作出任何承诺 提供的是一种 尽力而为 的服务 IPQoS简介 QoS在数据传输中的重要性IP传输的特点在IP传输网中提供QoS的意义QoS描述参数实现QoS的方法 在IP传输网中提供QoS的意义 多媒体业务的出现对IP环境中的服务质量提出了更高的要求Internet上的分组话音和传真业务极大地降低了成本 使通信产业发生了彻底的变化 这些实时应用需要更高的QoS商业客户在安全性 可预测性 可测量性等方面得到保证之前 还不大可能把关键业务的数据 话音和多媒体应用放到公用IP网络上通过提供不同等级的服务 运营商能够实现更加合理的收费政策 IPQoS简介 QoS在数据传输中的重要性IP传输的特点在IP传输网中提供QoS的意义QoS描述参数实现QoS的方法 QoS描述参数 时延参数IP包传输时延 Delay IP包时延变化 Jitter 传输差错率参数IP包误差率 IPER IP包丢失率 IPLR 虚假IP包率流量参数业务可用性 时延参数 IP包传输时延 Delay 指源用户发送数据包 t1 到目的用户接收同一数据包 t2 的时间间隔 如果IP包被拆分 则t2指收到最后一个片断的时间 平均时延指一个数据流中所有IP包传输时延的平均值IP包时延变化 Jitter 指用户在同一个连接上的不同IP包传输时延的不确定性时延变化对于缓冲队列的大小有着决定性的影响时延变化可以采用三种表示方法 IP包时延变化表示方法 IP包实际时延与参考IP包实际时延的差值在一个比较短的时间段内 最大IP包传输时延和最小IP包传输时延的差值评估间隔内99 9 IP包的时延最大值与时延最小值之间的差值 传输差错率参数 IP包误差率 IPER 传送成功的IP包数目与传送成功加传送错误的IP包数目和的比值IP包丢失率 IPLR 丢失的IP包数目与所有IP包数目的比值虚假IP包率 测量点上每秒收到虚假IP包的数目 流量参数 流量参数用于描述一个连接的数据吞吐量 一般采用特定时间间隔内成功传输的IP包数目或者字节数目来定义 业务可用性 当IP包丢失率上升到一定程度后 认为端到端的IP连接不可用业务可用性使用可用时间的百分比来描述 IPQoS简介 QoS在数据传输中的重要性IP传输的特点在IP传输网中提供QoS的意义QoS描述参数实现QoS的方法InterServ模型DiffServ模型其它 实现QoS的方法 高考落榜 找不到工作 实现QoS的方法 InterServ模型DiffServ模型其它 InterServ模型 定义 InterServ是一种在IP传输网上为流提供QoS的体系结构 他使用资源预留协议 RSVP 作为请求带宽和其它网络资源的信令协议 InterServ模型 IPQoS的综合业务结构 Int Serv 定义了三种级别的业务 有保证的业务 Guaranteed 保证带宽 限制延迟 无丢包 控制负载的业务 ControlledLoad 没有固定的时延保证 但业务流要与在网络轻载情况下的流质量相当 用于比要求保证型业务更大灵活性的应用尽力而为的业务 BestEffort 类似当前Internet在多种负载环境下提供的尽力而为的业务 InterServ模型 RSVP协议 InterServ模型 RSVP协议 传统RSVP协议的缺点软状态协议 PATH和RESV消息必须定时刷新 否则会造成超时失效 刷新过程消耗资源RSVP使用UDP传输 消息丢失会造成时延和稳定性问题 InterServ模型 RSVP协议 RSVP TE协议使用如下方法来解决上述问题消息合并技术 使用一个IP包承载多个RSVP消息 从而降低总消息数目MESSAGE ID技术摘要刷新技术HELLO协议扩展技术 InterServ模型 优点 能够提供绝对有保证的QoS RSVP运行在从源端到目的端的每个路由器上 因此可以监视每个流 以防止其消耗比它请求 预留和预先购买的要多的资源 RSVP在源和目的地间可以使用现有的路由协议决定流的通路 RSVP使用IP包承载 使用 软状态 的概念 通过周期性的重传PATH和RESV消息 协议能够对网络拓扑的变化做出反映 正如PATH和RESV刷新用来更改该预留的流的通路那样 没有了这些消息时 RSVP协议释放与之关联的资源 RSVP协议能够让PATH消息识别多播流的所有端点 并发送PATH消息给它们 InterServ模型 缺点 伸缩性不好 随着流数目的增加 路由器需要维护的状态信息的数量成比例上升 占用了大量的路由器存储空间和处理开销 对路由器的要求较高 由于需要进行端到端的资源预留 必须要求从发送者到接收者之间的所有路由器都支持所实施的信令协议 如果中间有不支持的节点 网络存在 虽然信令可以透明通过 但无法实现真正意义上的资源预留 该模型不适合于短生存期的流 但因特网流量绝大多数是由短生存期的流构成的 在短生存期的流需要一定程度的QoS保证时 综合业务模型就显得得不偿失了 InterServ模型 适用范围 由于InterServ模型的上述特点 他不适合在大型骨干网络上使用 而更适合于严格需要QoS保证的业务 小型的ISP以及企业网内部使用 InterServ模型 标准 RFC中对InterServ模型和RSVP协议提供了若干标准 RFC2205 ResourceReSerVationProtocol RSVP Version1FunctionalSpecificationRFC2206 RSVPManagementInformationBaseusingSMIv2RFC2207 RSVPExtensionsforIPSECDataFlowsRFC2208 ResourceReSerVationProtocol RSVP Version1ApplicabilityStatementSomeGuidelinesonDeploymentRFC2209 ResourceReSerVationProtocol RSVP Version1MessageProcessingRulesRFC2210 TheUseofRSVPwithIETFIntegratedServicesRFC3209RSVP TE ExtensionstoRSVPforLSPTunnels InterServ模型 标准 RFC2211 SpecificationoftheControlled LoadNetworkElementServiceRFC2212 SpecificationofGuaranteedQualityofServiceRFC2213 IntegratedServicesManagementInformationBaseusingSMIv2RFC2214 IntegratedServicesManagementInformationBaseGuaranteedServiceExtensionsusingSMIv2RFC2215 GeneralCharacterizationParametersforIntegratedServiceNetworkElementsRFC2216 NetworkElementServiceSpecificationTemplate 实现QoS的方法 InterServ模型DiffServ模型其它 DiffServ模型 DiffServ的目的是在IP传输网上为流量提供有区别的业务级别 他定义的是一个相对简单而粒度粗一些的控制系统 DiffServ针对的是流聚合后的每一类QoS控制 而不是针对每一个流进行控制DiffServ通过对不同类流量的不同行为实现QoS 因此具有可扩展性 能够在大型网络上提供服务 DiffServ模型 基本原理 DiffServ使用IPv4头中的ToS字段 重新标识为DS字段 或者IPv6头中的业务类型字段 用于区分不同流的类型边缘路由器对业务流进行流量检查分类 并填写DS字段核心路由器根据IP包中DS字段的值 按照对应的逐跳行为 PHB 调度包的转发 DiffServ模型 基本原理 DiffServ模型 基本原理 包分类器流量调整器调度器队列管理 包分类器 Packetclassifiersselectpacketsinatrafficstreambasedonthecontentofsomeportionofthepacketheader Wedefinetwotypesofclassifiers TheBA BehaviorAggregate ClassifierclassifiespacketsbasedontheDScodepointonly TheMF Multi Field classifierselectspacketsbasedonthevalueofacombinationofoneormoreheaderfields suchassourceaddress destinationaddress DSfield protocolID sourceportanddestinationportnumbers andotherinformationsuchasincominginterface 一般来说 MF分类器用于边缘路由器 易于扩展 BA分类器用于核心路由器 实现简单 流量调整器 流量调整器用于确保某个流的行为遵循预先规定的一个性能 可以设置是否允许流的突发TrafficconditionersareusuallylocatedwithinDSingressandegressboundarynodes butmayalsobelocatedinnodeswithintheinteriorofaDSdomain orwithinanon DS capabledomain Atrafficconditionermaycontainthefollowingelements meter marker shaper anddropper 流量调整器 Meter 用于将包的流量行为于规定的流量性能进行比较Marker 为一个包的DS字段设置特定的值 并加到特定的DS行为中 它可以改变原有的DS字段 remark Shaper Droper 延迟或者丢弃流中的某些包 从而使得流的行为符合预先设定的流量性能 整形个年个可以使用漏桶模型实现允许突发的可变速率业务 调度器 逐跳行为 Per HopBehavior Aper hopbehavior PHB isadescriptionoftheexternallyobservableforwardingbehaviorofaDSnodeappliedtoaparticularDSbehavioraggregate 调度器控制每种类型的队列中包的传输顺序 为它们提供符合各自PHB的QoS等级基于优先级的调度 低优先级类别可能等待很长时间共享带宽调度 基于权重的轮询调度 每个队列都有被服务的机会 被服务的时间 字节数目与这个队列的权重有关 队列管理 队列管理在发生拥塞是能够真正的控制包 包括丢包 行为 他使用优先级丢弃机制区别业务 并为不同业务类型的包提供不同的丢包和延迟特性常见的队列控制包括随机早期探测 RED 公平RED稳定RED自适应REDRED将包丢弃行为随机分布在不同的流中 改善了单独流的质量 将连续丢包率降到最小 适合在VoIP应用中改善话音质量 DiffServ模型 逐跳行为 DiffServ模型 逐跳行为 加速转发 EF EFPHBcanbeusedtobuildalowloss lowlatency lowjitter assuredandwidth end to endservice Suchaserviceappearstotheendpointslikeapoint to pointconnectionora virtualleasedline 保证转发 AF AssuredForwarding AF PHBgroupisameansforaproviderDSdomaintoofferdifferentlevelsofforwardingassurancesforIPpackets ItprovidesforwardingofIPpacketsin4independentAFclassesand3differentlevelsofdropprecedenceinench DiffServ模型 优点 伸缩性较好 DS字段只是规定了有限数量的业务级别 状态信息的数量正比于业务级别 而不是流的数量 便于实现 只在网络的边界上才需要复杂的分类 标记 管制和整形操作 ISP核心路由器只需要实现行为聚集 BA 的分类 因此实现和部署区别型业务都比较容易 DiffServ模型 缺点 DiffServ无法依靠自己来提供端到端的QoS结构 它需要大量网络单元的协同动作 才能向用户提供端到端的服务质量 DiffServ的很对技术细节IETF还没有给出具体明确的规定 例如业务类型的具体划分 各类业务性能的量化描述 IP的业务类别于ATMQoS的映射等 DiffServ模型 适用范围 Diff Serv架构比Int Serv更具扩展性 因为它集中处理数据流 减少了信令工作 从而在每个节点上避免了基于每个流的软状态 Per flowSoftState 的复杂性 Diff Serv将在企业骨干网和服务供应商网络中得到广泛的使用 DiffServ模型 标准 RFC2430 AProviderArchitectureforDifferentiatedServicesandTrafficEngineering PASTE RFC2474 DefinitionoftheDifferentiatedServicesField DSField intheIPv4andIPv6HeadersRFC2475 AnArchitectureforDifferentiatedServiceRFC2597 AssuredForwardingPHBGroupRFC2598 AnExpeditedForwardingPHBRFC3260 NewTerminologyandClarificationsforDiffservRFC3270Multi ProtocolLabelSwitching MPLS SupportofDifferentiatedServices 实现QoS的方法 InterServ模型DiffServ模型其它局域网QoS技术约束路由流量控制和拥塞控制MPLS 局域网QoS技术 局域网QoS技术IEEE802 1D 最早对LAN上的QoS标准化所作的尝试 他工作于MAC层 为桥和二层交换机定义了协议结构 他适用于相同和不同MAC协议互联的局域网 通过用户优先权 使用优先权和流量类型的定义和使用实现不同流的QoS子带宽管理协议 用于工作在IEEE802类型局域网上的 基于RSVP的许可控制信令协议 通过在802类型的局域网上提供类似InterServ业务来实现流的QoS 约束路由 InterServ方法和DiffServ方法中并没有考虑路由选择问题 路由的选择还是基于原有网络的方法 他关注的只是连通性问题 通过拓扑结构的计算来寻找 最短路径 而 最短路径 对于业务流要求的QoS可能并不适合 约束路由 ConstrainedBasedRouting 用来计算收到多种约束时的路由 由QoS路由 RFC2386 发展而来 约束路由 目标 选择能够满足特定QoS需求的路由提高网络的利用率 流量控制和拥塞控制 流量控制 在IP网络上 以满足协商好的性能指标以及避免出现拥塞为目标的全部网路行为拥塞控制 为最小化拥塞程度 范围和持续时间进行的全部网络行为主要目标是通过许可控制 网络资源管