网络服务质量要点课件

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1、IPIP网络服务质量网络服务质量1 概述 n计算机网络最初是为传送数据信息设计的。因特计算机网络最初是为传送数据信息设计的。因特网网 IP 层提供的层提供的“尽最大努力交付尽最大努力交付”服务对传送数服务对传送数据信息也是很合适的。据信息也是很合适的。n当我们从因特网下载文件时，过长的网络响应时当我们从因特网下载文件时，过长的网络响应时间虽然令人颇为烦恼，但这至少不会对我们产生间虽然令人颇为烦恼，但这至少不会对我们产生有害的结果。有害的结果。n因特网使用的因特网使用的 TCP 协议可以很好地解决网络不能协议可以很好地解决网络不能提供可靠交付这一问题。提供可靠交付这一问题。nIP将成为未来各种网

2、络技术和业务的融合平台将成为未来各种网络技术和业务的融合平台nQoS:Quality of Service，服务质量，服务质量尽力服务模型尽力服务模型支持服务质量模型支持服务质量模型数据业务数据业务综合业务综合业务（数据视频语音）（数据视频语音）IP网络网络以太网、令牌环网、以太网、令牌环网、IEEE 802.11、3G多媒体信息的特点多媒体信息的特点n多媒体信息（包括声音和图像信息）与不包多媒体信息（包括声音和图像信息）与不包括声音和图像的数据信息有很大的区别。括声音和图像的数据信息有很大的区别。n多媒体信息的信息量往往很大。多媒体信息的信息量往往很大。n在传输多媒体数据时，对时延和时延抖动

3、均在传输多媒体数据时，对时延和时延抖动均有较高的要求。有较高的要求。n多媒体数据往往是多媒体数据往往是实时数据实时数据(real time data)，它的含义是：在发送实时数据的同时，在接它的含义是：在发送实时数据的同时，在接收端边接收边播放。收端边接收边播放。因特网是非等时的因特网是非等时的 n模拟的多媒体信号经过采样和模数转换变为数字模拟的多媒体信号经过采样和模数转换变为数字信号，再组装成分组。这些分组的发送速率是恒信号，再组装成分组。这些分组的发送速率是恒定的（定的（等时的等时的）。）。n传统的因特网本身是非等时的。因此经过因特网传统的因特网本身是非等时的。因此经过因特网的分组变成了非

4、恒定速率的分组。的分组变成了非恒定速率的分组。tt因特网t模拟信号t采样后的信号构成分组恒定速率非恒定速率n接收端需设置适当大小的缓存。当缓存中的分组数接收端需设置适当大小的缓存。当缓存中的分组数达到一定的数量后再以恒定速率按顺序把分组读出达到一定的数量后再以恒定速率按顺序把分组读出进行还原播放。进行还原播放。n缓存实际上就是一个先进先出的队列。图中标明的缓存实际上就是一个先进先出的队列。图中标明的 T 叫做叫做播放时延播放时延。在接收端设置缓存在接收端设置缓存 tT缓存（队列）恒定速率t非恒定速率有可能发生分组丢失n缓存使所有到达的分组都经受了迟延。缓存使所有到达的分组都经受了迟延。n早到达

5、的分组在缓存中停留的时间较长，早到达的分组在缓存中停留的时间较长，而晚到达的分组在缓存中停留的时间则较而晚到达的分组在缓存中停留的时间则较短。短。n以非恒定速率到达的分组，经过缓存后再以非恒定速率到达的分组，经过缓存后再以恒定速率读出，就能够在一定程度上消以恒定速率读出，就能够在一定程度上消除了时延的抖动。但我们付出的代价是增除了时延的抖动。但我们付出的代价是增加了时延。加了时延。缓存的影响缓存的影响 需要解决的问题需要解决的问题 n在传送在传送时延敏感时延敏感(delay sensitive)的实时数据时，的实时数据时，不仅传输时延不能太大，而且时延抖动也必须受不仅传输时延不能太大，而且时延

6、抖动也必须受到限制。到限制。n对于传送实时数据，很少量分组的丢失对播放效对于传送实时数据，很少量分组的丢失对播放效果的影响并不大（因为这是由人来进行主观评价果的影响并不大（因为这是由人来进行主观评价的），因而是可以容忍的。的），因而是可以容忍的。丢失容忍丢失容忍(loss tolerant)也是实时数据的另一个重要特点。也是实时数据的另一个重要特点。如何改造现有的因特网如何改造现有的因特网 n大量使用光缆和高速路由器，网络的时延和时延大量使用光缆和高速路由器，网络的时延和时延抖动就可以足够小，在因特网上传送实时数据就抖动就可以足够小，在因特网上传送实时数据就不会有问题。不会有问题。n把因特网改

7、造为能够对端到端的带宽实现把因特网改造为能够对端到端的带宽实现预留预留(reservation)，把使用无连接协议的因特网转变，把使用无连接协议的因特网转变为面向连接的网络。为面向连接的网络。n部分改动因特网的协议栈所付出的代价较小，而部分改动因特网的协议栈所付出的代价较小，而这也能够使多媒体信息在因特网上的传输质量得这也能够使多媒体信息在因特网上的传输质量得到改进。到改进。IP QoS定义和目标定义和目标n定义：即定义：即IP服务质量，它是指服务质量，它是指IP分组或流分组或流通过网络时的性能，这种性能通过一系列通过网络时的性能，这种性能通过一系列可度量的参量来描述。可度量的参量来描述。n目

8、标：提供端到端的服务质量保证，提高目标：提供端到端的服务质量保证，提高网络资源利用率网络资源利用率可度量的参量可度量的参量n用户需求（用户需求（users QoS requirements）带宽（带宽（bandwidth）延迟（延迟（delay）延迟抖动（延迟抖动（delay jitter）丢包率（丢包率（loss rate）n网络性能（网络性能（network performance）吞吐量（吞吐量（throughput）：在不丢包的情况下，被测对）：在不丢包的情况下，被测对象（系统、设备、特定连接、特定服务类等）所能达象（系统、设备、特定连接、特定服务类等）所能达到的最大传输速度。可以用带

9、宽来度量吞吐量。实用到的最大传输速度。可以用带宽来度量吞吐量。实用带宽带宽/额定带宽带宽利用率。额定带宽带宽利用率。“保证保证”的含义的含义n确定型保证确定型保证bound例：对于某类数据包例：对于某类数据包P，端到端延迟，端到端延迟D不会超不会超过过Dmaxn统计型保证统计型保证probability例：对于某类数据包例：对于某类数据包P，端到端延迟，端到端延迟D不超过不超过Dmax的概率是的概率是x%2 因特网的多媒体体系结构TCPUDPAAL 3/4AAL 5PPPSDH/SONETATM以太网以太网调制解调器调制解调器信令信令服务质量服务质量IPv4/IPv6RTSPRTCPRSVPH

10、.323SIPRTPPPP应应用用层层协协议议声音声音/视像视像SDP2.1 实时运输协议 RTP(Real-time Transport Protocol)nRTP 为实时应用提供端到端的运输，但不提供任何服务质量的保证。n多媒体数据块经压缩编码处理后，先送给 RTP 封装成为 RTP 分组，再装入运输层的 UDP 用户数据报，然后再交给 IP 层。nRTP 是一个协议框架，只包含了实时应用的一些共同的功能。nRTP 自己并不对多媒体数据块做任何处理，而只是向应用层提供一些附加的信息，让应用层知道应当如何进行处理。RTP 的层次的层次 n从应用开发者的角度看，从应用开发者的角度看，RTP 应

11、当是应用层的一应当是应用层的一部分。部分。n在应用的发送端，开发者必须编写用在应用的发送端，开发者必须编写用 RTP 封装分封装分组的程序代码，然后把组的程序代码，然后把 RTP 分组交给分组交给 UDP 插口插口接口。接口。n在接收端，在接收端，RTP 分组通过分组通过 UDP 插口接口进入应用插口接口进入应用层后，还要利用开发者编写的程序代码从层后，还要利用开发者编写的程序代码从 RTP 分分组中把应用数据块提取出来。组中把应用数据块提取出来。RTP 也可看成是运输层的一个子层也可看成是运输层的一个子层 nRTP 封装了多媒体应用的封装了多媒体应用的数据块。由于数据块。由于 RTP 向多向

12、多媒体应用程序提供了服务媒体应用程序提供了服务（如时间戳和序号），因（如时间戳和序号），因此也可以将此也可以将 RTP 看成是看成是在在 UDP 之上的一个运输之上的一个运输层的子层。层的子层。运输层运输层应用层应用层IP数据链路层数据链路层物理层物理层RTPUDPRTP 分组的首部格式分组的首部格式 12 字节字节序序 号号比特比特 0 1 3 8 16 31有效载荷类型有效载荷类型版本版本P XM参与源数参与源数时时 间间 戳戳同同 步步 源源 标标 识识 符符(SSRC)参参 与与 源源 标标 识识 符符(CSRC)0.15发送发送RTP 分组分组UDP 用户数据报用户数据报IP 数据报

13、数据报IP 首部首部 UDP 首部首部 RTP 首部首部 RTP 数据部分（应用层数据）数据部分（应用层数据）2.2 实时运输控制协议 RTCP(RTP Control Protocol)nRTCP 是与是与 RTP 配合使用的协议。配合使用的协议。nRTCP 协议的主要功能是：服务质量的监视与反协议的主要功能是：服务质量的监视与反馈、媒体间的同步，以及多播组中成员的标识。馈、媒体间的同步，以及多播组中成员的标识。nRTCP 分组也使用分组也使用 UDP 传送，但传送，但 RTCP 并不对并不对声音或视像分组进行封装。声音或视像分组进行封装。n可将多个可将多个 RTCP 分组封装在一个分组封装

14、在一个 UDP 用户数据用户数据报中。报中。nRTCP 分组周期性地在网上传送，它带有发送端分组周期性地在网上传送，它带有发送端和接收端对服务质量的统计信息报告。和接收端对服务质量的统计信息报告。RTCP 使用的五种分组类型使用的五种分组类型 n结束分组结束分组 BYE 表示关闭一个数据流。表示关闭一个数据流。n特定应用分组特定应用分组 APP 使应用程序能够定义新的分使应用程序能够定义新的分组类型。组类型。n接收端报告分组接收端报告分组 RR 用来使接收端周期性地向用来使接收端周期性地向所有的点用多播方式进行报告。所有的点用多播方式进行报告。n发送端报告分组发送端报告分组 SR 用来使发送端

15、周期性地向用来使发送端周期性地向所有接收端用多播方式进行报告。所有接收端用多播方式进行报告。n源点描述分组源点描述分组 SDES 给出会话中参加者的描述。给出会话中参加者的描述。2.3 实时流式协议RTSP(Real-Time Streaming Protocol)nRTSP 协议以客户服务器方式工作，它是一个多协议以客户服务器方式工作，它是一个多媒体播放控制协议，用来使用户在播放从因特网媒体播放控制协议，用来使用户在播放从因特网下载的实时数据时能够进行控制，如：暂停下载的实时数据时能够进行控制，如：暂停/继续、继续、后退、前进等。因此后退、前进等。因此 RTSP 又称为又称为“因特网录像因特

16、网录像机遥控协议机遥控协议”。n要实现要实现 RTSP 的控制功能，我们不仅要有协议，的控制功能，我们不仅要有协议，而且要有专门的媒体播放器而且要有专门的媒体播放器(media player)和媒和媒体服务器体服务器(media server)。流式流式(streaming)音频和视频音频和视频n媒体服务器与媒体播放器的关系是服务器与客户的媒体服务器与媒体播放器的关系是服务器与客户的关系。关系。n媒体服务器与普通的万维网服务器的最大区别就是媒体服务器与普通的万维网服务器的最大区别就是媒体服务器支持流式音频和视频的传送，因而在客媒体服务器支持流式音频和视频的传送，因而在客户端的媒体播放器可以边下

17、载边播放（当然需要先户端的媒体播放器可以边下载边播放（当然需要先将节目存储一小段时间）。将节目存储一小段时间）。n但从普通万维网服务器下载多媒体节目时，是先将但从普通万维网服务器下载多媒体节目时，是先将整个文件下载完毕，然后再进行播放。整个文件下载完毕，然后再进行播放。RTSP 与 RTP 和 RTCP 的关系 RTSP播放器播放器RTSP服务器服务器RTSP 控制分组（控制分组（TCP）RTP 数据分组（数据分组（UDP）RTCP 分组（分组（UDP）客户客户服务器服务器RTSP 仅仅是使媒体播放器能控制多媒体流的传送。仅仅是使媒体播放器能控制多媒体流的传送。因此，因此，RTSP 又称为带外

18、协议，而多媒体流是使用又称为带外协议，而多媒体流是使用 RTP 在带内传送的。在带内传送的。3 改进“尽最大努力交付”的服务n服务质量服务质量 QoS 是服务性能的总效果，此效果决是服务性能的总效果，此效果决定了一个用户对服务的满意程度。因此在最简单定了一个用户对服务的满意程度。因此在最简单的意义上，有服务质量的服务就是能够满足用户的意义上，有服务质量的服务就是能够满足用户的应用需求的服务。的应用需求的服务。n服务质量可用若干基本的性能指标来描述，包括服务质量可用若干基本的性能指标来描述，包括可用性、差错率、响应时间、吞吐量、分组丢失可用性、差错率、响应时间、吞吐量、分组丢失率、连接建立时间、

19、故障检测和改正时间等。服率、连接建立时间、故障检测和改正时间等。服务提供者可向其用户保证某一种等级的服务质量。务提供者可向其用户保证某一种等级的服务质量。主机 H1 和 H2 分别向主机 H3 和 H4 发送数据 1.5 Mb/s 链路H1H2H3H4R2R1H1H21.5 Mb/s 链路输出队列1 Mb/s的实时音频数据 FTP 文件数据 需要给不同性质的分组打上不同的标记。当 H1 和 H2 的分组进入 R1 时，R1 应能识别实时数据分组，并使这些分组以高优先级进入输出队列，而仅在队列有多余空间时才准许低优先级的 FTP 数据分组进入。主机 H1 和 H2 分别向主机 H3 和 H4 发

20、送数据 1.5 Mb/s 链路H1H2H3H4R2R1H1H21.5 Mb/s 链路输出队列1 Mb/s的实时音频数据 高优先级的 FTP 文件数据 应当使路由器增加分类(classification)机制，即路由器根据某些准则（例如，根据发送数据的地址）对输入分组进行分类，然后对不同类别的通信量给予不同的优先级。主机 H1 和 H2 分别向主机 H3 和 H4 发送数据 1.5 Mb/s 链路H1H2H3H4R2R1H1H21.5 Mb/s 链路输出队列数据率异常的实时音频数据 FTP 文件数据 路由器应能将对数据流进行通信量的管制(policing)，使该数据流不影响其他正常数据流在网络中

21、通过。例如，可将 H1 的数据率限定为 1 Mb/s。R1 不停地监视 H1 的数据率。只要其数据率超过规定的 1 Mb/s，R1 就将其中的某些分组丢弃。主机 H1 和 H2 分别向主机 H3 和 H4 发送数据 1.5 Mb/s 链路H1H2H3H4R2R1H1H21.5 Mb/s 链路输出队列数据率异常的实时音频数据 FTP 文件数据 应在路由器中再增加调度(scheduling)机制。利用调度功能给实时音频分配 1.0 Mb/s 的带宽，给文件传送分配 0.5 Mb/s 的带宽（相当于在带宽为 1.5 Mb/s 的链路中划分出两个逻辑链路），因而对这两种应用都有相应的服务质量保证。主机

22、 H1 和 H2 分别向主机 H3 和 H4 发送数据 1.5 Mb/s 链路H1H2H3H4R2R1H1H21.5 Mb/s 链路输出队列1 Mb/s 的实时数据 总数据率已超过了 1.5 Mb/s 链路的带宽。比较合理的做法是让一个数据流通过 1.5 Mb/s 的链路，而阻止另一个数据流的通过。这就需要呼叫接纳(call admission)机制。数据流要预先声明所需的服务质量，然后或者被准许进入网络，或者被拒绝进入网络。1.调度机制调度机制 n“调度调度”就是指排队的规则。就是指排队的规则。n如不采用专门的调度机制，则默认排队规如不采用专门的调度机制，则默认排队规则就是先进先出则就是先进

23、先出 FIFO(First In First Out)。当队列已满时，后到达的分组就被丢弃。当队列已满时，后到达的分组就被丢弃。n先进先出的最大缺点就是不能区分时间敏先进先出的最大缺点就是不能区分时间敏感分组和一般数据分组，并且也不公平。感分组和一般数据分组，并且也不公平。n在先进先出的基础上增加按优先级排队，在先进先出的基础上增加按优先级排队，就能使优先级高的分组优先得到服务。就能使优先级高的分组优先得到服务。按优先级排队的例子按优先级排队的例子 高优先级队列低优先级队列分组到达路由器调度分组离开路由器分类器（服务员）路由器低低低低高高高高高高t分组到达路由器分组离开路由器路由器高 高 高高

24、低 低 低 低加权公平排队加权公平排队 WFQ(Weighted Fair Queuing)分组到达路由器调度分组离开路由器分类器w1w2w3123路由器2.分组调度策略分组调度策略n分组调度策略是一种选择策略分组调度策略是一种选择策略niinmmnnmmniibbbaaaaaam121.,.,.,.n,21,1,21,2,11,11选择一种服务次序：个待服务分组个队列中的对于3.管制机制管制机制(1)平均速率平均速率 网络需要控制一个数据流的平网络需要控制一个数据流的平均速率。这里的平均速率是指在一定的时间均速率。这里的平均速率是指在一定的时间间隔内通过的分组数。间隔内通过的分组数。(2)峰

25、值速率峰值速率 峰值速率限制了数据流在非常峰值速率限制了数据流在非常短的时间间隔内的流量。短的时间间隔内的流量。(3)突发长度突发长度 网络也限制在非常短的时间间网络也限制在非常短的时间间隔内连续注入到网络中的分组数。隔内连续注入到网络中的分组数。漏桶管制器漏桶管制器(leaky bucket policer)分组到达漏桶中最多装入 b 个权标拿走权标准许分组进入网络等待权标在任何时间间隔 t 内准许进入网络的分组数=r t+b标记注入漏桶的速率为每秒 r 个权标nIETF于于1994年提出：年提出：rfc1633nIntServ(Integrated Services)可对单个的应用会话提供

26、服可对单个的应用会话提供服务质量的保证，其主要特点有二，即：务质量的保证，其主要特点有二，即：n资源预留。路由器需要知道不断出现的会话已预留了多少资源预留。路由器需要知道不断出现的会话已预留了多少资源（即链路带宽和缓存空间）。资源（即链路带宽和缓存空间）。n呼叫建立。需要服务质量保证的会话必须首先在源站到目呼叫建立。需要服务质量保证的会话必须首先在源站到目的站的路径上的每个路由器预留足够的资源，以保证其端的站的路径上的每个路由器预留足够的资源，以保证其端到端的服务质量要求。到端的服务质量要求。4 综合服务 IntServ 与资源预留协议 RSVPIntServ 定义了两类服务 n有保证的服务有

27、保证的服务(guaranteed service)，可保，可保证一个分组在通过路由器时的排队时延有证一个分组在通过路由器时的排队时延有一个严格的上限。一个严格的上限。n受控负载的服务受控负载的服务(controlled-load service)，可以使应用程序得到比通常的可以使应用程序得到比通常的“尽最大努尽最大努力力”更加可靠的服务。更加可靠的服务。IntServ 由四个组成部分(1)资源预留协议资源预留协议 RSVP，它是，它是 IntServ 的信的信令协议。令协议。(2)接纳控制接纳控制(admission control)，用来决，用来决定是否同意对某一资源的请求。定是否同意对某一

28、资源的请求。(3)分类器分类器(classifier)，用来将进入路由器的，用来将进入路由器的分组进行分类，并根据分类的结果将不同分组进行分类，并根据分类的结果将不同类别的分组放入特定的队列。类别的分组放入特定的队列。(4)调度器调度器(scheduler)，根据服务质量要求，根据服务质量要求决定分组发送的前后顺序。决定分组发送的前后顺序。Integrated Services:服务模型主机路由器应用RSVP处理模块分类器调度器RSVP处理模块调度器分类器路由协议/数据库接纳/策略控制RSVPIP数据流Integrated Services:工作过程发发送送者者路路由由器器路路由由器器接接收收

29、者者RSVP PathRSVP PathRSVP PathRSVP RESVRSVP RESVRSVP RESVDATADATADATARSVP：Resource reservation protocolnIETF于于1997年提出：年提出：rfc2205n端到端信令协议端到端信令协议n资源预留是接收端驱动的资源预留是接收端驱动的n软状态：定时刷新软状态：定时刷新n通路消息：业务流的传输特性、路由信息、自通路消息：业务流的传输特性、路由信息、自身地址；传统转发身地址；传统转发n资源预留消息：预留资源、回溯资源预留消息：预留资源、回溯n资源预留单位：每一个数据流资源预留单位：每一个数据流流(fl

30、ow)n“流流”是在多媒体通信中的一个常用的名词，是在多媒体通信中的一个常用的名词，一般定义为一般定义为“具有同样的源具有同样的源IP地址、源端地址、源端口号、目的口号、目的IP地址、目的端口号、协议标地址、目的端口号、协议标识符以及服务质量需求的一连串分组识符以及服务质量需求的一连串分组”。RSVP 协议的工作原理 H1H2 50 kb/sR2R1H3 100 kb/sH4 3 Mb/sR3R4H5 3 Mb/s源站(a)源点用多播发送PATH报文 表示 PATH 报文3 Mb/s3 Mb/s3 Mb/s100 kb/sH1H2 50 kb/sR2R1H3 100 kb/sH4 3 Mb/s

31、R3R4H5 3 Mb/s源站(b)各终点向源点返回 RESV 报文 表示 RESV 报文IntServ 体系结构在路由器中的实现 路由选择协议路由选择协议路由选择数据库路由选择数据库RSVP接纳控制接纳控制管理代理管理代理通信量控制通信量控制数据库数据库分类器分类器与与分组转发分组转发调度器调度器分组入分组入分组出分组出Integrated Services:评价评价n优点：优点：可以实现端到端的可以实现端到端的QoSn缺点：缺点：端到端的信令协议使得这种模型难以在端到端的信令协议使得这种模型难以在Internet上上部署部署在途经的每个中转节点上都留有对每个流进行资源在途经的每个中转节点上

32、都留有对每个流进行资源预留的软状态信息，存储开销预留的软状态信息，存储开销定时刷新的定时刷新的PATH、RESV消息，通信开销消息，通信开销RSVP协议无法预留资源并不等于网络上没有足够协议无法预留资源并不等于网络上没有足够的资源的资源可扩展性问题可扩展性问题综合服务 IntServ 体系结构存在的主要问题(1)状态信息的数量与流的数目成正比。因此在大状态信息的数量与流的数目成正比。因此在大型网络中，按每个流进行资源预留会产生很大的型网络中，按每个流进行资源预留会产生很大的开销。开销。(2)IntServ 体系结构复杂。若要得到有保证的服务，体系结构复杂。若要得到有保证的服务，所有的路由器都必

33、须装有所有的路由器都必须装有 RSVP、接纳控制、分、接纳控制、分类器和调度器。类器和调度器。(3)综合服务综合服务 IntServ 所定义的服务质量等级数量所定义的服务质量等级数量太少，不够灵活。太少，不够灵活。5 区分服务 DiffServ(Differentiated Services)1.区分服务的基本概念区分服务的基本概念n由于综合服务由于综合服务 IntServ 和资源预留协议和资源预留协议 RSVP 都都较复杂，很难在大规模的网络中实现，因此较复杂，很难在大规模的网络中实现，因此 IETF 提出了新的策略，即区分服务提出了新的策略，即区分服务 DiffServ。n区分服务有时也简

34、写为区分服务有时也简写为 DS。因此，具有区分服。因此，具有区分服务功能的结点就称为务功能的结点就称为 DS 结点。结点。Differentiated ServicesnIETF于于1998年提出：年提出：rfc2475n主要思想：主要思想：边缘节点：类聚合、准入控制、流量调节边缘节点：类聚合、准入控制、流量调节内部节点：基于类的调度转发内部节点：基于类的调度转发n数据流聚合与分类：数据流聚合与分类：DS字段（字段（TOS或或Traffic Class）n在支持在支持DiffServ的网络节点中，的网络节点中，DS字段被映射字段被映射到一类转发行为（到一类转发行为（PHB）中）中Differe

35、ntiated Services：服务模型服务模型边缘节点边缘节点内部节点内部节点Differentiated Services：服务模型边缘路由器核心路由器核心路由器边缘路由器DATADATADATADATADS字段分类器调度器分类分类度量度量标记标记整形整形/丢弃丢弃流量调节器流量调节器传输调度传输调度Differentiated ServicesnDS域：边界、内部域：边界、内部nDS字段字段nDS行为集（行为集（DSBA）n转发行为（转发行为（PHB）n服务等级协定（服务等级协定（SLA）区分服务 DiffServ 的要点 (1)DiffServ 在路由器中增加区分服务的功能。在路由器

36、中增加区分服务的功能。nDiffServ 将将 IPv4 协议中原有的服务类型字段和协议中原有的服务类型字段和 IPv6 的通信量类字段定义为区分服务字段的通信量类字段定义为区分服务字段 DS。路由器根据路由器根据 DS 字段的值来转发分组。利用字段的值来转发分组。利用 DS 字段可提供不同等级的服务质量。字段可提供不同等级的服务质量。nDS 字段现只使用前字段现只使用前 6 bit，即，即区分服务码点区分服务码点 DSCP(Differentiated Services CodePoint)。CU DSCP 比特 0 5 6 7暂不使用服务等级协定SLA(Service Level Agre

37、ement)n在使用在使用 DS 字段之前，因特网的字段之前，因特网的 ISP 要和用要和用户商定一个户商定一个服务等级协定服务等级协定 SLA。在。在 SLA 中中指明了被支持的服务类别（可包括吞吐量、指明了被支持的服务类别（可包括吞吐量、分组丢失率、时延和时延抖动、网络的可用分组丢失率、时延和时延抖动、网络的可用性等）和每一类所容许的通信量。性等）和每一类所容许的通信量。DS 域(DS Domain)(2)网络被划分为许多个 DS 域 nDiffServ 将所有的复杂性放在 DS 域的边界结点(boundary node)中，而使 DS 域内部路由器工作得尽可能地简单。内部路由器边界路由器

38、内部路由器BBBBDS 域DS 域(3)边界路由器中的功能 边界路由器中的功能较多，可分为：n分类器(classifier)n通信量调节器(conditioner)两大部分。调节器的组成：标记器(marker)整形器(shaper)测定器(meter)边界路由器中的各功能块的关系 内部路由器边界路由器（入口）边界路由器（出口）分类器标记器整形器测定器根据 DS 值进行转发调节器分组入分组出丢弃(4)聚合(aggregation)nDiffServ 提供了一种聚合功能。nDiffServ 不是为网络中的每一个流维持供转发时使用的状态信息，而是将若干个流根据其 DS 值聚合成少量的流。n路由器对相

39、同 DS 值的流都按相同的优先级进行转发。这就大大简化了网络内部的路由器的转发机制。n区分服务 DiffServ 不需要使用 RSVP 信令。每跳行为 PHB(Per-Hop Behavior)n“行为行为”就是指在转发分组时路由器对分组就是指在转发分组时路由器对分组是怎样处理的。是怎样处理的。n“每跳每跳”是强调这里所说的行为只涉及到是强调这里所说的行为只涉及到本路由器转发的这一跳的行为，而下一个本路由器转发的这一跳的行为，而下一个路由器再怎样处理则与本路由器的处理无路由器再怎样处理则与本路由器的处理无关。关。n这和这和 IntServ/RSVP 考虑的服务质量是考虑的服务质量是“端到端端到

40、端”的很不一样。的很不一样。DiffServ 定义的两种 PHB n迅速转发迅速转发 PHB 即即 EF PHB，或，或 EF。nEF 指明离开一个路由器的通信量的数据率必须指明离开一个路由器的通信量的数据率必须等于或大于某一数值。因此等于或大于某一数值。因此 EF PHB 用来构造用来构造通过通过 DS 域的低丢失率、低时延、低时延抖动、域的低丢失率、低时延、低时延抖动、确保带宽的端到端服务。像点对点连接或确保带宽的端到端服务。像点对点连接或“虚虚拟租用线拟租用线”，又称为，又称为 Premium 服务。服务。DiffServ 定义的两种 PHBn确保转发确保转发 PHB 即即 AF PHB

41、，或，或 AF。nAF 用用 DSCP 的比特的比特 02 将通信量划分为四个将通信量划分为四个等级，并给每一种等级提供最低数量的带宽和等级，并给每一种等级提供最低数量的带宽和缓存空间。缓存空间。n对于其中的每一个等级再用对于其中的每一个等级再用 DSCP 的比特的比特 35划分出三个划分出三个“丢弃优先级丢弃优先级”。n当发生网络拥塞时，对于每个等级的当发生网络拥塞时，对于每个等级的 AF，路由，路由器首先把器首先把“丢弃优先级丢弃优先级”较高的分组丢弃。较高的分组丢弃。Differentiated Services:评价n优点：优点：可以实现对可以实现对IP分组的区分服务分组的区分服务业务

42、流聚合成服务类型（种类少）业务流聚合成服务类型（种类少）复杂操作由边缘节点完成，对核心路由器要求低复杂操作由边缘节点完成，对核心路由器要求低在网络中不用维护每一个流的信令和状态在网络中不用维护每一个流的信令和状态可扩展性好可扩展性好n缺点：缺点：自身无法完成端到端自身无法完成端到端QoS保证保证网络资源管理复杂网络资源管理复杂协议的简单带来网络规划的复杂协议的简单带来网络规划的复杂6 多协议标记交换 MPLS6.1 MPLS 的产生背景 n在在 20 世纪世纪 90 年代问世的面向连接的年代问世的面向连接的 ATM 技术技术在传送实时数据时能够保证服务质量在传送实时数据时能够保证服务质量 Qo

43、S。n但但 ATM 网络未能取代现有的电信网络和计算机网络未能取代现有的电信网络和计算机网络。这不仅是因为网络。这不仅是因为 ATM 网络价格昂贵，而且网络价格昂贵，而且还因为还因为 ATM 网络和上层的应用结合得很不好。网络和上层的应用结合得很不好。n相反，基于相反，基于 IP 的因特网与各种应用已经结合得的因特网与各种应用已经结合得很好。因此很好。因此 ATM 网络必须与网络必须与IP网络相结合才有网络相结合才有出路。出路。n在在 90 年代中期年代中期 ATM 交换机已广泛地使用在宽交换机已广泛地使用在宽带因特网的主干网中。带因特网的主干网中。ATM 用作主干网 PoPPoPPoPATM

44、 交换机 ATM 主干网PoP汇接点主干路由器PoP接入路由器覆盖模型很难协调 IP 和 ATM 网络的巨大差异nIP 是无连接的，而 ATM 是面向连接的；IP 只提供尽最大努力交付的服务，而 ATM 能确保服务质量 QoS。n随着网络规模的不断扩大，和 ATM 主干网连接的主干路由器的数目就大大增多，以致需要建立非常多的永久虚通路，导致难以维持庞大的 ATM 地址到 VCI 的映射表。n从分组转换为信元时每一个信元的 5 字节首部开销相当大，这常称为信元税(cell tax)。n同时维护两种体系结构完全不同的网络也很不方便。多协议标记交换 MPLS(MultiProtocol Label

45、Switching)nIETF 于于 1997 年成立了年成立了 MPLS 工作组。工作组。nMPLS 使用综合模型，它把第三层的路由使用综合模型，它把第三层的路由选择功能与面向连接的第二层的交换功能选择功能与面向连接的第二层的交换功能综合在一起。综合在一起。MPLS 的特殊功能(1)支持面向连接的服务质量。支持面向连接的服务质量。(2)支持流量工程，平衡网络负载。支持流量工程，平衡网络负载。(3)有效地支持虚拟专用网有效地支持虚拟专用网 VPN。(4)支持多种网络协议。支持多种网络协议。6.2 MPLS 的工作原理1.基本工作过程 nMPLS 对打上固定长度对打上固定长度“标记标记”的分组用

46、硬件的分组用硬件进行转发，使分组转发过程中省去了每到达一进行转发，使分组转发过程中省去了每到达一个结点都要查找路由表的过程，因而分组转发个结点都要查找路由表的过程，因而分组转发的速率大大加快。的速率大大加快。n采用硬件技术对打上标记的分组进行转发称为采用硬件技术对打上标记的分组进行转发称为标记交换标记交换。“交换交换”也表示在转发分组时不再也表示在转发分组时不再上升到第三层用软件分析上升到第三层用软件分析 IP 首部和查找转发首部和查找转发表，而是根据第二层的标记用硬件进行转发。表，而是根据第二层的标记用硬件进行转发。MPLS 的基本工作过程(1)MPLS 域中的各 LSR 使用专门的标记分配

47、协议 LDP 交换报文，并找出标记交换路径LSP。各 LSR 根据这些路径构造出分组转发表。(2)分组进入到 MPLS 域时，MPLS 入口结点把分组打上标记，并按照转发表将分组转发给下一个 LSR。(3)以后的所有LSR都按照标记进行转发。每经过一个 LSR，要换一个新的标记。(4)当分组离开 MPLS 域时，MPLS 出口结点把分组的标记去除。再以后就按照一般分组的转发方法进行转发。MPLS 协议的基本原理 MPLS 域普通 IP 分组LDPLDPLDPMPLS入口结点打上标记去除标记MPLS出口结点标记交换标记交换标记交换ABCD普通路由器标记交换路由器 LSR打上标记的分组转发等价类

48、FEC(Forwarding Equivalence Class)n“转发等价类转发等价类”就是路由器按照同样方式对待的分就是路由器按照同样方式对待的分组的集合。组的集合。n划分划分 FEC 的方法不受什么限制，这都由网络管理的方法不受什么限制，这都由网络管理员来控制，因此非常灵活。员来控制，因此非常灵活。n入口结点并不是给每一个分组指派一个不同的标入口结点并不是给每一个分组指派一个不同的标记，而是将属于同样记，而是将属于同样 FEC 的分组都指派同样的标的分组都指派同样的标记。记。FEC 和标记是一一对应的关系。和标记是一一对应的关系。FEC 用于负载平衡 CBAH1EDH2H3H4(a)传

49、统路由选择协议使最短路径 ABC 过载 CBAH1H2H3H4DE(b)利用 FEC 使通信量分散 栈底3.标记栈(label stack)nMPLS 的一个重要功能就可以构成标记栈。nMPLS 标记的格式以及标记栈：栈顶链路层首部 MPLS标记 MPLS标记 IP 首部 数 据 部 分 链路层尾部标 记 值生存时间 TTL试 验 S比特 20 3 1 8MPLS 标记栈MPLS 帧IP 数据报MPLS 标记 nMPLS 标记一旦产生就压入到标记栈中，而整个标记栈放在数据链路层首部和IP首部之间。n栈是一种后进先出的数据结构。MPLS 协议规定，标记栈的栈顶（最后进入栈的标记）最靠近数据链路层首部，而栈底最靠近 IP 首部。n在最简单的情况下，标记栈中只有一个标记。MPLS 标记栈的使用 MPLS 域 2MPLS 域 1ABCDEFG压入压入弹出弹出分组入分组出数据 170.12.3.4 数据 数据 170.12.3.4 数据 44.标记对换(label swapping)FEC 输出 输出 接口 标记 a 1 4 b 1 5 输入 输入 输出 输出接口 标记 标记 端口 2 4 8 1 2 5 6 3 121312数据 入口结点LSR1LSR2LSR3出口结点数据 数据 586LSR4输入 输入 输出 输出接口 标记 标记 端口 2 8 1 2 3 1 168.74170.12