下一代網(wǎng)絡(luò)QoS概述

1、下一代網(wǎng)絡(luò)QoS概述技術(shù)創(chuàng)新，變革未來傳統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)僅提供“盡力而為”的傳輸服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)有可用資源就轉(zhuǎn)發(fā)，資源不足時就丟棄。新一代IP網(wǎng)絡(luò)承載了語音、視頻等實時互動信息，要求網(wǎng)絡(luò)能提供有保證的服務(wù)質(zhì)量。QoS允許用戶在丟包、延遲、抖動和帶寬等方面獲得可預期的服務(wù)水平。引入描述企業(yè)網(wǎng)面臨的服務(wù)質(zhì)量挑戰(zhàn)描述QoS主要衡量標準以及常規(guī)應用對QoS的需求理解QoS的功能理解QoS Best Effort模型、IntServ模型和DiffServ模型的特性和體系結(jié)構(gòu)描述DiffServ模型的各個組成部分課程目標學習完本課程，您應該能夠：新一代網(wǎng)絡(luò)面臨的服務(wù)質(zhì)量問題服務(wù)質(zhì)量的衡量標準QoS的功能Best E

2、ffort模型DiffServ模型IntServ模型目錄常見語音視頻質(zhì)量問題聲音斷斷續(xù)續(xù)，嚴重時徹底中斷聲音時快時慢視頻圖像停頓或出現(xiàn)“馬賽克”聲音與圖像脫節(jié)新一代網(wǎng)絡(luò)面臨的服務(wù)質(zhì)量問題服務(wù)質(zhì)量的衡量標準QoS的功能Best Effort模型DiffServ模型IntServ模型目錄帶寬帶寬（Bandwidth）是鏈路上單位時間所能通過的最大數(shù)據(jù)流量，其單位為bps（bit per second）。在一條端到端的鏈路中，最大可用帶寬等于路徑上帶寬最低的鏈路的帶寬。HostAHostB100M1G100M1G2MHostA與HostB之間的最大可用帶寬 = min(100M, 1G, 2M, 1

3、G, 100M) = 2Mbps 延遲延遲（Delay）是標識數(shù)據(jù)包穿越網(wǎng)絡(luò)所用時間的指標。處理延遲路由轉(zhuǎn)發(fā).傳播延遲交換延遲排隊延遲串行化延遲+傳輸延遲端到端延遲端到端延遲等于所有途中鏈路和設(shè)備造成的延遲的總和。HostAHostB1ms0.5msHostA與HostB之間的端到端延遲0.25ms0.25ms25ms0.25ms0.5ms0.25ms1ms= 1+0.25+0.5+0.25+25+0.25+0.5+0.25+1 = 29ms抖動抖動是指數(shù)據(jù)包穿越網(wǎng)絡(luò)時延遲的變化，是衡量網(wǎng)絡(luò)延遲穩(wěn)定性的指標。抖動是由于延遲的隨機性造成的，主要原因是數(shù)據(jù)包排隊延遲的不確定性。RTAPCARTBR

4、TCPCB抖動=abs(T1-T2)數(shù)據(jù)包一數(shù)據(jù)包二延遲T1延遲T21212丟包率丟包（Packet Loss）是指數(shù)據(jù)包在傳輸過程中的丟失，是衡量網(wǎng)絡(luò)可靠性的重要指標。丟包的主要原因：網(wǎng)絡(luò)擁塞時，當隊列滿了后，后續(xù)的報文將由于無法入隊而被丟棄。流量超過限制時，設(shè)備對其進行丟棄。丟包以丟包率作為衡量指標。丟包率被丟棄報文數(shù)量/全部報文數(shù)量常規(guī)應用對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的要求應用類型典型應用帶寬延遲抖動丟包率批量傳輸FTP、批量存儲備份高影響小影響小低交互音頻IP電話低低低低單向音頻在線廣播低影響小低低交互視頻可視電話、視頻會議高低低低單向視頻視頻點播高影響小低低實時交互操作Telnet低低影響小低嚴格

5、任務(wù)電子交易低影響小影響小低新一代網(wǎng)絡(luò)面臨的服務(wù)質(zhì)量問題服務(wù)質(zhì)量的衡量標準QoS的功能Best Effort模型DiffServ模型IntServ模型目錄提高服務(wù)質(zhì)量的方法可用帶寬不足延遲大抖動大丟包率高提高物理帶寬緩解降低降低降低增加緩沖緩解突發(fā)性帶寬不足提高降低降低對數(shù)據(jù)包進行壓縮緩解降低傳播延遲，增加處理延遲-降低優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)某些數(shù)據(jù)流的包解決重要應用的帶寬不足降低敏感應用的延遲降低敏感應用的抖動降低重要應用的丟包率分片和交錯-降低低速鏈路上重要應用的延遲降低敏感應用的抖動-問題措施QoS的功能盡力避免網(wǎng)絡(luò)擁塞。在不能避免擁塞時對帶寬進行有效管理。降低報文丟失率。調(diào)控IP網(wǎng)絡(luò)流量。為特定用戶

6、或特定業(yè)務(wù)提供專用帶寬。支撐網(wǎng)絡(luò)上的實時業(yè)務(wù)。QoS不能創(chuàng)造帶寬，只能使帶寬的分配更加合理。新一代網(wǎng)絡(luò)面臨的服務(wù)質(zhì)量問題服務(wù)質(zhì)量的衡量標準QoS的功能Best Effort模型DiffServ模型IntServ模型目錄Best Effort模型介紹Best Effort是最簡單的服務(wù)模型，網(wǎng)絡(luò)盡最大可能來發(fā)送報文，對延遲、丟包等不提供任何保證。Best Effort模型是Internet的缺省服務(wù)模型。Best Effort模型通過FIFO（ First Input First Output，先入先出）隊列來實現(xiàn)。所有數(shù)據(jù)進入同一個隊列，按先進先出原則調(diào)度隊列滿后，后續(xù)報文被丟棄FIFO隊列尾

7、丟棄隊列滿A3A2B2C1B3C2B1隊列有空余A2B2C1A1B3C2B1Best Effort模型的特點優(yōu)點實現(xiàn)簡單節(jié)省處理資源，處理速度快缺點所有數(shù)據(jù)流同等對待所有數(shù)據(jù)流的帶寬、延遲、抖動、丟包等都不可控新一代網(wǎng)絡(luò)面臨的服務(wù)質(zhì)量問題服務(wù)質(zhì)量的衡量標準QoS的功能Best Effort模型DiffServ模型IntServ模型目錄DiffServ模型介紹DiffServ模型由RFC2475所定義。對不同業(yè)務(wù)進行分類，對報文按類進行優(yōu)先級標記，然后有差別地對其進提供服務(wù)。不需要跟蹤每一數(shù)據(jù)流，資源占用少，擴展性強。不能提供精確的QoS，難以提供端到端的QoS。DiffServ模型組件DS區(qū)D

8、S域DS域DS域DS邊界節(jié)點DS內(nèi)部節(jié)點非DS域非DS域邊界鏈路內(nèi)部鏈路邊界節(jié)點與內(nèi)部節(jié)點DS域數(shù)據(jù)流行為聚合分類、標記、丟棄、整形根據(jù)標記提供適當?shù)腜HB根據(jù)TCA提供適當?shù)恼{(diào)節(jié)功能SLA/TCASLA/TCA邊界行為分類器BA分類器與MF分類器調(diào)節(jié)器包括測量器、標記器、整形器/丟棄器分類器測量器標記器整形器/丟棄器調(diào)節(jié)器無突發(fā)令牌桶算法Tc以CIR速率投放令牌承諾速率以內(nèi)流量超出承諾速率流量令牌桶以令牌為發(fā)送數(shù)據(jù)的許可，以令牌桶儲存暫時未用的令牌。每個報文進行一次評估，當報文長度大于Tc時標記為超出承諾速率流量，反之為承諾速率以內(nèi)流量。當前桶中令牌數(shù)為TcCBS帶突發(fā)的單速率雙令牌桶算法以

9、CIR速率投放令牌C桶滿后對E桶以CIR速率投放令牌TcTeEBSCBSC桶E桶假設(shè)某時刻一個大小為B字節(jié)的報文到達，在對其進行評估時：如果Tc-B=0，則報文被標記為“承諾突發(fā)內(nèi)”，且Tc降低B，否則如果Te-B=0，則報文被標記為“超額突發(fā)內(nèi)”，且Te降低B，否則報文被標記為“超出超額突發(fā)”，且Tc和Te都不降低。帶突發(fā)的雙速率雙令牌桶算法以PIR速率投放令牌以CIR速率投放令牌TcTpPBSCBSC桶P桶假設(shè)某時刻一個大小為B字節(jié)的報文到達，在對其進行評估時，遵循以下規(guī)則：如果Tp-B0，則報文被標記為“超出峰值速率”，否則如果Tc-B0，則報文被標記為“峰值速率內(nèi)”，且Tp降低B，否則

10、報文被標記為“承諾速率內(nèi)”，且Tc和Tp都降低B。主要標記方法RFC 791 IP ToS字段標記RFC 1349 IP PrecedenceRFC 2474 DSCP802.1p CoSMPLS EXP IP PrecedenceIDOffsetTTLProtoFCSIP-SAIP-DADataIP PrecedenceTOSMBZRFC1349DTRC01234567VersionLengthToSLenIP頭IP Precedence（十進制）IP Precedence（二進制）含義0000Routine1001Priority2010Immediate3011Flash4100Flas

11、h Override5101Critical6110Internetwork Control7111Network ControlDSCPClass SelectorRFC247401234567DSCPCUIDOffsetTTLProtoFCSIP-SAIP-DADataVersionLengthToSLenIP頭Pream.SFDDASATYPETag4bytesPTDATAFCS以太網(wǎng)幀User Priority(3bits)CFI(1bit)VLAN ID (12bits)802.1p推薦的優(yōu)先級定義802.1Q頭802.1p CoSTPID (16bits)用于802.1p優(yōu)先級標記

12、用戶優(yōu)先級數(shù)據(jù)類型1Background2Spare0Best Effort3Excellent Effort4Controlled Load5Video6Voice7Network ControlMPLS EXPMPLS TagDATADMACSMACL/TFCSEXP (3bits)S(1bit)TTL(8bits)Label (10bits)用于802.1p優(yōu)先級標記整形和丟棄時間流量原始流量整形后流量整形時間流量原始流量丟棄后流量丟棄PHB介紹PHB指DS節(jié)點對行為聚合應用的可由外部觀測到的轉(zhuǎn)發(fā)行為。PHB可以通過占用帶寬、緩沖等資源的優(yōu)先級來定義，也可以通過延遲、抖動等可觀測的特性來

13、定義。PHB具有單跳性和節(jié)點獨立性的特點，每個節(jié)點具有獨立的PHB策略，上下游之間互相沒有影響。PHB的類型Default PHB是默認的PHB。提供盡力而為的服務(wù)Class Selector PHBClass Selector代碼點的值越高，其重要性和優(yōu)先級就越高EF PHB提供了低延遲、低抖動、低丟包率和保證帶寬的優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)流量不得超過既定的限制AF PHB提供有保證的帶寬服務(wù)如果資源許可，可以提供超出承諾的額外的帶寬服務(wù)調(diào)度和資源分配資源分配通過使用多隊列實現(xiàn)。在隊列間進行調(diào)度，每種調(diào)度方式都有獨立的算法支持。常用隊列技術(shù)包括FIFO、PQ、CQ、WFQ、CBQ、WRR等。.入隊排隊調(diào)

14、度轉(zhuǎn)發(fā)新一代網(wǎng)絡(luò)面臨的服務(wù)質(zhì)量問題服務(wù)質(zhì)量的衡量標準QoS的功能Best Effort模型DiffServ模型IntServ模型目錄IntServ模型介紹IntServ模型由RFC1633所定義。在報文傳輸前，通過信令在傳輸路徑上進行資源預留，提供預期的QoS保證。IntServ模型使用的信令協(xié)議為RSVP。IntServ體系結(jié)構(gòu)IntServ域數(shù)據(jù)流向為每一條流預留資源，并進行準入控制數(shù)據(jù)流向端到端絕對QoS保證RSVP介紹本地訪問控制本地訪問控制本地訪問控制PathResvResvResvResvPathPathPathRSVP運行在從源端到目的端的每個設(shè)備上，可以為每條流提供絕對的端到端的QoS保障。從第一跳路由器開始用Path消息逐跳進行資源請求，到達目的后再用Resv消息反向逐跳進行資源預留。IntServ模型的特點優(yōu)點：提供絕對的、準確的QoS保障，不會隨網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的變化而受到影響提供端到端的QoS服務(wù)缺點：需要跟蹤和記錄每一個流的狀態(tài)，因而擴展性很差I(lǐng)ntServ模型的主要應用和DiffServ模型相結(jié)合在網(wǎng)絡(luò)的邊緣利用IntServ模型進行精細的QoS控制在網(wǎng)絡(luò)骨干部分則利用DiffServ模型進行簡單高效的