IP承载网中的QoS技术基础

1、IP承载网中的QoS技术基础,Page1,前 言,服务质量（Quality of Service，简称QoS），是在分组投递过程中对数据包的延迟、抖动、丢包率等服务能力的评估。,Page2,培训目标,学完本课程后，您应该能： 知道影响QoS的因素 知道QoS的作用 理解Diff-Serv模型,Page3,目 录,QoS基本概念 流分类、流量监管和流量整形 拥塞管理和避免,Page4,传统的IP分组投递服务特点,IP体系的设计目标就是实现网络的互连 分组投递过程中的差错控制、网络拥塞时的流量控制等功能，由发送和接收分组的源端和接收端来完成 。 早期的路由器在功能上只进行了简单的设计，保证分组能被

2、正确地转发。 所有用户的报文共同分享网络和路由器的带宽资源 ，路由器采用Best-Effort 的服务策略。 Best-Effort服务策略适用于对带宽、延迟性能不敏感的WWW文件传输、E-Mail等业务。,Page5,新的业务和需求,新业务的不断涌现对网络的服务能力提出了更高的要求 期望在延迟、延迟抖动、丢包率等传输性能上获得一定的承诺和保障,传统的IP网络 承载数据业务,当前的IP网络 承载多种业务 （VOIP、VPN、ERP）,Page6,IP QoS目标,有效控制网络资源及其使用 避免并管理IP网络拥塞 减少IP报文的丢失率 调控IP网络的流量 为特定用户或特定业务提供专用带宽 支撑I

3、P网络上的实时业务,Page7,丢包,？,Internet,Page8,延时,Internet,A,A,发送的第一个bit,接收的最后一个bit,处理延时,处理延时,网络传输延时,端到端的延时,时间t,Page9,抖动,Internet,Page10,带宽限制,Internet,IP,我要100M,我要30M,我要2M,20M,Page11,IP QoS 两种模型,IntServ模型：业务通过信令向网络申请特定的QoS服务，网络在流量参数描述的范围内，预留资源以承诺满足该请求 DiffServ模型：当网络出现拥塞时，根据业务的不同服务等级约定，有差别地进行流量控制和转发来解决拥塞问题,Page

4、12,集成服务,IntServ（Integrated Service）,IntServ域,Path消息： 建立预留带宽的路径,Resv消息： 预留带宽,Page13,差分服务,DiffServ（Differentiated Service）,在网络入口对分组 进行分类、流量控 制，设置DSCP,在网络中根据分组的DSCP值，进行队列 调度、分组丢弃,用户设备,DiffServ域,用户设备,PHB,PHB,PHB,PHB,Page14,差分业务编码点DSCP,DSCP（DiffServ Code Point）,Page15,每跳转发行为PHB,PHB（Per-Hop Behaviors） Def

5、ault PHB，DSCP为“000000” Class-Selector PHB，DSCP为“XXX000”，X为0或1 Expedited Forwarding PHB，DSCP为“101110” Assured Forwarding PHB RFC2597定义了EF PHB，RFC2598定义了AF PHB,Page16,DiffServ 模型体系结构,DiffServ网络,DiffServ网络,SLA/TCA,边界节点,内部节点,边界节点,边界节点,内部节点,边界节点,在网络边缘进行业 务分类和流量调整。 - 业务分类 . 基于DS域 . 基于其他特征 - 流量调整 . 测量 . 标记

6、 . 丢弃 . 整形,不同DS区域可有不同的PHB，以实现不同的服务提供策略，它们之间通过 SLA与TCA协调提供跨区域服务： . SLA：服务等级协定，关于业务流在网络中传递时所应当获得的待遇。 . TCA：流量调整协定，关于业务分类准则、业务模型及相应处理的协定。,DS区域的服务提供 策略由PHB决定。 DS节点根据PHB属性 转发。,Page17,服务等级协定 - SLA,Page18,目 录,QoS基本概念 流分类、流量监管和流量整形 拥塞管理和避免,Page19,流分类及标记,报文分类及标记是QoS 执行服务的基础 报文分类使用技术：ACL和IP优先级 根据分类结果交给其它模块处理或

7、打标记（着色）供核心网络分类使用,ACL , IP优先级,Page20,流量监管,drop,令牌桶,流分类,CAR (Committed Access Rate):约定访问速率 对流量进行控制 整形（shaping）使业务流输出的速率符合业务模型的规定 丢弃（droping）根据特定规则丢弃分组 打标记（marking）设置报文的DS域（或IP优先级）,Page21,流量监管示例,没有流量监管,有流量监管,bps,Time,bps,Time,Rate Limit,Rate Limit,Page22,流量整形,队列,流分类,256Kbps,128Kbps,FR,128Kbps,流量整形（Traf

8、fic Shaping）: 解决链路两边的接口速率不匹配 对报文的流量进行限制,对超出流量约定的报文进行缓冲 流量整形可能会增加延迟,Page23,流量整形示例,没有流量整形,使用流量整形,bps,Time,bps,Time,Rate Limit,Rate Limit,Page24,物理接口总速率限制,LR (Line Rate): 在一个物理接口上，限制接口发送报文（包括紧急报文）的总速率 LR采用了令牌桶进行流量控制, 所有经由接口发送的报文首先要经过LR的令牌桶进行处理,流分类,256Kbps,128Kbps,QoS队列,Page25,流量评估与令牌桶,令牌桶可以看是一个存放令牌的容器，

9、它有一定的容量。 系统按设定的速度向桶中放置令牌，当桶中令牌满时，多出的令牌溢出，桶中令牌不再增加 。 用令牌桶进行流量评估有两种方法： 简单评估：使用两个参数 承诺信息速率CIR（Committed Information Rate） 承诺突发尺寸CBS（Committed Burst Size） 复杂评估：使用三个参数 承诺信息速率CIR（Committed Information Rate） 承诺突发尺寸CBS（Committed Burst Size） 超出突发尺寸EBS（Excess Burst Size）,Page26,目 录,QoS基本概念 流分类、流量监管和流量整形 拥塞管理和

10、避免,拥塞管理,输出队列,流分类,网络拥塞时，保证不同优先级的报文得到不同的QoS待遇，包括时延、带宽等。 将不同优先级的报文入不同的队列，不同队列将得到不同的调度优先级、概率或带宽保证 算法： FIFO（ First In First Out ） PQ（ Priority Queuing ） CQ（ Custom Queuing） WFQ（ Weighted Fair Queuing ）,Page28,FIFO队列,转发数据包,FIFO (First In First Out): 算法简单，转发速度快 所有报文统一对待，先进现出，没有任何区别分 Internet 的默认服务模式Best-Ef

11、fort采用的队列策略,Page29,PQ队列,PQ (Priority queuing): 优先队列，可以保障高优先级队列的服务质量 PQ分为四个队列：top ，middle ，normal，bottom 较高的优先级的队列优先调度,drop,流分类,Page30,CQ队列,CQ (Custom queuing): 定制队列，用户可配置队列占用的带宽比例关系 CQ共分为17个队列: 0号队列为系统队列，优先调度; 1-16为用户队列，轮询调度 各队列在长时间统计上满足用户配置的带宽比例,drop,流分类,Page31,加权公平队列,WFQ (Weighted fair queuing): 加

12、权公平队列，保证相同优先级业务间公平，不同优先级业务间加权 最大队列数目可配置(16-4096) 采用HASH算法尽量将不同的数据流导入不同的队列，自动完成 权值依赖于IP报文头中携带的IP优先级,drop,流分类,Page32,CBQ的队列,CBQ (Class Based Queue):是对WFQ功能的扩展，为用户提供了定义类的支持。,drop,分类,Page33,拥塞避免,传统的尾丢包在网络发生拥塞时对报文全部丢弃，并不加以区分 TCP慢启动导致全局同步化 进行拥塞避免，在网络没有发生拥塞以前根据队列状态进行有选择性的丢包 算法：RED、WRED,时间 t,带宽利用率,Page34,拥塞避免,WRED (Weighted Random Early Detection): 加权随机早期检测 采