《計算機網(wǎng)絡(luò)》PPT課件 (2)

1、課件制作人：謝希仁 第 10 章 因特網(wǎng)的演進 課件制作人：謝希仁 第 10 章 因特網(wǎng)的演進 *10.1 概述 10.2 因特網(wǎng)的多媒體體系結(jié)構(gòu) 10.2.1 實時運輸協(xié)議 RTP 10.2.2 實時運輸控制協(xié)議 RTCP 10.2.3 實時流式協(xié)議 RTSP 課件制作人：謝希仁 第 10 章 因特網(wǎng)的演進（續(xù)） 10.3 IP 電話 *10.3.1 IP 電話概述 10.3.2 H.323 10.3.3 會話發(fā)起協(xié)議 SIP 10.3.4 IP 電話的通話質(zhì)量 課件制作人：謝希仁 第 10 章 因特網(wǎng)的演進（續(xù)） 10.4 改進“盡最大努力交付”的服務(wù) *10.4.1 使因特網(wǎng)提供服務(wù)質(zhì)量

2、 10.4.2 調(diào)度和管制機制 10.4.3 綜合服務(wù) IntServ 和資源預留 協(xié)議 RSVP 10.4.4 區(qū)分服務(wù) DiffServ 10.5 多協(xié)議標記交換 MPLS 10.5.1 MPLS 的產(chǎn)生背景 10.5.2 MPLS 的工作原理 課件制作人：謝希仁 第 10 章 因特網(wǎng)的演進（續(xù)） 10.6 居民接入網(wǎng) RAN 10.6.1 xDSL 技術(shù) 10.6.2 光纖同軸混合網(wǎng)（HFC 網(wǎng)） 10.6.3 FTTx 技術(shù) 10.6.4 以太網(wǎng)接入 10.7 關(guān)于三網(wǎng)融合 課件制作人：謝希仁 10.1 概述 計算機網(wǎng)絡(luò)最初是為傳送數(shù)據(jù)信息設(shè)計的。因特網(wǎng) IP 層提供的“盡最大努力交付

3、”服務(wù)對傳送數(shù)據(jù) 信息也是很合適的。 當我們從因特網(wǎng)下載文件時，過長的網(wǎng)絡(luò)響應時間 雖然令人頗為煩惱，但這至少不會對我們產(chǎn)生有害 的結(jié)果。 因特網(wǎng)使用的 TCP 協(xié)議可以很好地解決網(wǎng)絡(luò)不能 提供可靠交付這一問題。 課件制作人：謝希仁 多媒體信息的特點 多媒體信息（包括聲音和圖像信息）與不包括聲音 和圖像的數(shù)據(jù)信息有很大的區(qū)別。 多媒體信息的信息量往往很大。 在傳輸多媒體數(shù)據(jù)時，對時延和時延抖動均有較高 的要求。 多媒體數(shù)據(jù)往往是實時數(shù)據(jù)(real time data)，它的 含義是：在發(fā)送實時數(shù)據(jù)的同時，在接收端邊接收 邊播放。 課件制作人：謝希仁 因特網(wǎng)是非等時的 模擬的多媒體信號經(jīng)過采樣和

4、模數(shù)轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù) 字信號，再組裝成分組。這些分組的發(fā)送速率 是恒定的（等時的）。 傳統(tǒng)的因特網(wǎng)本身是非等時的。因此經(jīng)過因特 網(wǎng)的分組變成了非恒定速率的分組。 tt 因特網(wǎng) t 模擬信號 t 采樣后的信號 構(gòu)成分組 恒定速率非恒定速率 課件制作人：謝希仁 接收端需設(shè)置適當大小的緩存。當緩存中的分 組數(shù)達到一定的數(shù)量后再以恒定速率按順序把 分組讀出進行還原播放。 緩存實際上就是一個先進先出的隊列。圖中標 明的 T 叫做播放時延。 在接收端設(shè)置緩存 t T 緩存（隊列） 恒定速率 t 非恒定速率 有可能發(fā)生 分組丟失 課件制作人：謝希仁 緩存使所有到達的分組都經(jīng)受了遲延。 早到達的分組在緩存中停留的時

5、間較長，而晚到 達的分組在緩存中停留的時間則較短。 以非恒定速率到達的分組，經(jīng)過緩存后再以恒定 速率讀出，就能夠在一定程度上消除了時延的抖 動。但我們付出的代價是增加了時延。 緩存的影響 課件制作人：謝希仁 需要解決的問題 在傳送時延敏感(delay sensitive)的實時數(shù)據(jù)時，不僅 傳輸時延不能太大，而且時延抖動也必須受到限制。 對于傳送實時數(shù)據(jù)，很少量分組的丟失對播放效果的 影響并不大（因為這是由人來進行主觀評價的），因 而是可以容忍的。丟失容忍(loss tolerant)也是實時數(shù) 據(jù)的另一個重要特點。 課件制作人：謝希仁 如何改造現(xiàn)有的因特網(wǎng) 大量使用光纜和高速路由器，網(wǎng)絡(luò)的時

6、延和時 延抖動就可以足夠小，在因特網(wǎng)上傳送實時數(shù) 據(jù)就不會有問題。 把因特網(wǎng)改造為能夠?qū)Χ说蕉说膸拰崿F(xiàn)預留 (reservation)，把使用無連接協(xié)議的因特網(wǎng)轉(zhuǎn) 變?yōu)槊嫦蜻B接的網(wǎng)絡(luò)。 部分改動因特網(wǎng)的協(xié)議棧所付出的代價較小， 而這也能夠使多媒體信息在因特網(wǎng)上的傳輸質(zhì) 量得到改進。 10.2 因特網(wǎng)的多媒體體系結(jié)構(gòu) TCPUDP AAL 3/4AAL 5PPP SDH/SONETATM以太網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器 信令 服務(wù)質(zhì)量 IPv4/IPv6 RTSPRTCPRSVPH.323SIPRTP PPP 應 用 層 協(xié) 議 聲音/視像 SDP 課件制作人：謝希仁 10.2.1 實時運輸協(xié)議 RTP (R

7、eal-time Transport Protocol) RTP 為實時應用提供端到端的運輸，但不提供任 何服務(wù)質(zhì)量的保證。 多媒體數(shù)據(jù)塊經(jīng)壓縮編碼處理后，先送給 RTP 封 裝成為 RTP 分組，再裝入運輸層的 UDP 用戶數(shù)據(jù) 報，然后再交給 IP 層。 RTP 是一個協(xié)議框架，只包含了實時應用的一些 共同的功能。 RTP 自己并不對多媒體數(shù)據(jù)塊做任何處理，而只 是向應用層提供一些附加的信息，讓應用層知道 應當如何進行處理。 課件制作人：謝希仁 RTP 的層次 從應用開發(fā)者的角度看，RTP 應當是應用層的一部 分。 在應用的發(fā)送端，開發(fā)者必須編寫用 RTP 封裝分組 的程序代碼，然后把 R

8、TP 分組交給 UDP 插口接口。 在接收端，RTP 分組通過 UDP 插口接口進入應用層 后，還要利用開發(fā)者編寫的程序代碼從 RTP 分組中 把應用數(shù)據(jù)塊提取出來。 課件制作人：謝希仁 RTP 也可看成是 運輸層的一個子層 RTP 封裝了多媒體應用的 數(shù)據(jù)塊。由于 RTP 向多媒 體應用程序提供了服務(wù) （如時間戳和序號），因 此也可以將 RTP 看成是在 UDP 之上的一個運輸層的 子層。 運輸層 應用層 IP 數(shù)據(jù)鏈路層 物理層 RTP UDP RTP 分組的首部格式 12 字節(jié) 序 號 比特 0 1 3 8 16 31 有效載荷類型版本 P XM參與源數(shù) 時 間 戳 同 步 源 標 識

9、符 (SSRC) 參 與 源 標 識 符 (CSRC) 0.15 發(fā)送 RTP 分組 UDP 用戶數(shù)據(jù)報 IP 數(shù)據(jù)報 IP 首部 UDP 首部 RTP 首部 RTP 數(shù)據(jù)部分（應用層數(shù)據(jù)） 課件制作人：謝希仁 10.2.2 實時運輸控制協(xié)議 RTCP (RTP Control Protocol) RTCP 是與 RTP 配合使用的協(xié)議。 RTCP 協(xié)議的主要功能是：服務(wù)質(zhì)量的監(jiān)視與反 饋、媒體間的同步，以及多播組中成員的標識。 RTCP 分組也使用 UDP 傳送，但 RTCP 并不對聲 音或視像分組進行封裝。 可將多個 RTCP 分組封裝在一個 UDP 用戶數(shù)據(jù)報 中。 RTCP 分組周期性

10、地在網(wǎng)上傳送，它帶有發(fā)送端 和接收端對服務(wù)質(zhì)量的統(tǒng)計信息報告。 課件制作人：謝希仁 RTCP 使用的五種分組類型 結(jié)束分組 BYE 表示關(guān)閉一個數(shù)據(jù)流。 特定應用分組 APP 使應用程序能夠定義新的分 組類型。 接收端報告分組 RR 用來使接收端周期性地向所 有的點用多播方式進行報告。 發(fā)送端報告分組 SR 用來使發(fā)送端周期性地向所 有接收端用多播方式進行報告。 源點描述分組 SDES 給出會話中參加者的描述。 課件制作人：謝希仁 10.2.3實時流式協(xié)議RTSP (Real-Time Streaming Protocol) RTSP 協(xié)議以客戶服務(wù)器方式工作，它是一個多 媒體播放控制協(xié)議，用

11、來使用戶在播放從因特 網(wǎng)下載的實時數(shù)據(jù)時能夠進行控制，如：暫停/ 繼續(xù)、后退、前進等。因此 RTSP 又稱為“因 特網(wǎng)錄像機遙控協(xié)議”。 要實現(xiàn) RTSP 的控制功能，我們不僅要有協(xié)議， 而且要有專門的媒體播放器(media player)和媒 體服務(wù)器(media server)。 課件制作人：謝希仁 流式(streaming)音頻和視頻 媒體服務(wù)器與媒體播放器的關(guān)系是服務(wù)器與客戶的 關(guān)系。 媒體服務(wù)器與普通的萬維網(wǎng)服務(wù)器的最大區(qū)別就是 媒體服務(wù)器支持流式音頻和視頻的傳送，因而在客 戶端的媒體播放器可以邊下載邊播放（當然需要先 將節(jié)目存儲一小段時間）。 但從普通萬維網(wǎng)服務(wù)器下載多媒體節(jié)目時，

12、是先將 整個文件下載完畢，然后再進行播放。 課件制作人：謝希仁 RTSP 與 RTP 和 RTCP 的關(guān)系 RTSP 播放器 RTSP 服務(wù)器 RTSP 控制分組（TCP） RTP 數(shù)據(jù)分組（UDP） RTCP 分組（UDP） 客戶服務(wù)器 RTSP 僅僅是使媒體播放器能控制多媒體流的傳送。因此，RTSP 又稱為帶外協(xié)議， 而多媒體流是使用 RTP 在帶內(nèi)傳送的。 課件制作人：謝希仁 10.3 IP 電話 10.3.1 IP 電話概述 狹義的 IP 電話就是指在 IP 網(wǎng)絡(luò)上打電話。所謂“IP 網(wǎng)絡(luò)”就是“使用 IP 協(xié)議的分組交換網(wǎng)”的簡稱。 廣義的 IP 電話則不僅僅是電話通信，而且還可以是

13、 在IP網(wǎng)絡(luò)上進行交互式多媒體實時通信（包括話音、 視像等），甚至還包括即時通知 IM (Instant Messaging)。 IP 電話網(wǎng)關(guān)的幾種連接方法 分組交換電路交換 電路交換 因特網(wǎng) PC 到 PC 公用電話網(wǎng) IP 電話 網(wǎng)關(guān) 因特網(wǎng) PC 到普通電話機 公用電話網(wǎng) IP 電話 網(wǎng)關(guān)公用電話網(wǎng) IP 電話 網(wǎng)關(guān) 因特網(wǎng) 普通電話機到普通電話機 課件制作人：謝希仁 10.3.2 H.323 H.323 是 ITU-T 于 1996 年制訂的一個名稱很長 的建議書，1998 年的第二個版本改用的名稱是 “基于分組的多媒體通信系統(tǒng)”。 H.323 包括系統(tǒng)和構(gòu)件的描述，呼叫模型的描述，

14、 呼叫信令過程，控制報文，復用，話音編解碼器， 視像編解碼器，以及數(shù)據(jù)協(xié)議等，但不保證服務(wù) 質(zhì)量 QoS。 課件制作人：謝希仁 H.323 終端使用 H.323 協(xié)議 進行多媒體通信 分組交換網(wǎng) （例如，因特網(wǎng)） H.323 H.323 終端H.323 終端 課件制作人：謝希仁 H.323 標準指明的四種構(gòu)件 (1) H.323 終端 (2) 網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān)連接到兩種不同的網(wǎng)絡(luò)，使 H.323 網(wǎng)絡(luò)可以和非 H.323 網(wǎng)絡(luò)進行通信。 (3) 網(wǎng)閘(gatekeeper)所有的呼叫都要通過網(wǎng)閘， 因為網(wǎng)閘提供地址轉(zhuǎn)換、授權(quán)、帶寬管理和計費功 能。 (4) 多點控制單元 MCU (Multipoint

15、 Control Unit) MCU 支持三個或更多的 H.323 終端的音頻或視頻 會議。 課件制作人：謝希仁 H.323 網(wǎng)關(guān)用來和 非 H.323 網(wǎng)絡(luò)進行連接 因特網(wǎng) 公用電話網(wǎng) 網(wǎng)關(guān) 網(wǎng)閘 H.323 終端 多點控制單元 MCU 課件制作人：謝希仁 H.323 的協(xié)議體系結(jié)構(gòu) 音頻/視頻應用 音頻 編解碼 視頻 編解碼 RTCP H.225.0 注冊 信令 H.225.0 呼叫 信令 H.245 控制 信令 RTP UDPTCP IP 信令和控制 課件制作人：謝希仁 10.3.3 會話發(fā)起協(xié)議 SIP (Session Initiation Protocol) SIP 是一套較為簡單

16、且實用的標準，目前已成為 因特網(wǎng)的建議標準。 SIP 協(xié)議以因特網(wǎng)為基礎(chǔ)，把 IP 電話視為因特 網(wǎng)上的新應用。 SIP 協(xié)議只涉及到 IP 電話的信令和有關(guān)服務(wù)質(zhì) 量問題，而沒有提供像H.323那樣多的功能。 SIP沒有指定使用 RTP 協(xié)議，但實際上大家還是 選用 RTP 和 RTCP 作為配合使用的協(xié)議。 課件制作人：謝希仁 SIP 系統(tǒng)的構(gòu)件 SIP系統(tǒng)的兩種構(gòu)件是用戶代理和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。 用戶代理包括用戶代理客戶和用戶代理服務(wù)器， 前者用來發(fā)起呼叫，而后者用來接受呼叫。 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器分為代理服務(wù)器和重定向服務(wù)器。 代理服務(wù)器接受來自主叫用戶的呼叫請求，并將 其轉(zhuǎn)發(fā)給下一跳代理服務(wù)器，最后

17、將呼叫請求轉(zhuǎn) 發(fā)給被叫用戶。 重定向服務(wù)器不接受呼叫，它通過響應告訴客戶 下一跳代理服務(wù)器的地址，由客戶按此地址向下 一跳代理服務(wù)器重新發(fā)送呼叫請求。 課件制作人：謝希仁 會話描述協(xié)議SDP (Session Description Protocol) SDP 在電話會議的情況下特別重要，因為電話 會議的參加者是動態(tài)地加入和退出。 SDP 詳細地指明了媒體編碼、協(xié)議的端口號以 及多播地址。 SIP 使用了 HTTP 的許多首部、編碼規(guī)則、差 錯碼以及一些鑒別機制，它比 H.323 具有更好 的可擴縮性。 由于 SIP 問世較晚，因此它現(xiàn)在比 H.323 占有 的市場份額要小。 課件制作人：謝希

18、仁 10.3.4 IP 電話的通話質(zhì)量 IP 電話的通話質(zhì)量主要由兩個因素決定。一個是 通話雙方端到端的時延和時延抖動，另一個是話音 分組的丟失率。但這兩個因素是不確定的，是取決 于當時網(wǎng)絡(luò)上的通信量。 經(jīng)驗證明，在電話交談中，端到端的時延不應超過 250 ms，否則交談?wù)呔湍芨械讲蛔匀弧?課件制作人：謝希仁 IP 電話的端到端時延 (1) 話音信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換要經(jīng)受時延。 (2) 話音比特流裝配成話音分組的時延。 (3) 話音分組的發(fā)送需要時間，此時間等于話音分 組長度與通信線路的數(shù)據(jù)率之比。 (4) 話音分組在因特網(wǎng)中的存儲轉(zhuǎn)發(fā)時延。 (5) 話音分組在接收端緩存中暫存所引起的時延。 (6

19、) 話音分組還原成模擬話音信號的時延。 (7) 話音信號在通信線路上的傳播時延。 (8) 終端設(shè)備的硬件和操作系統(tǒng)產(chǎn)生的接入時延。 課件制作人：謝希仁 低速率話音編碼的標準 (1) G.729速率為 8 kb/s 的共軛結(jié)構(gòu)代數(shù)碼激勵線 性預測聲碼器 CS-ACELP (Conjugate-Structure Algebraic-Code-Excited Linear Prediction)。 (2) G.723.1速率為 5.3/6.3 kb/s 的為多媒體通信用 的低速率聲碼器。 課件制作人：謝希仁 播放時延有一個最佳值 分組 丟失率 端到端時延 20 % 10 % 5 % 100 ms

20、150 ms400 ms A B C D N 良好 基本 可用 不好 長途電話 質(zhì)量 接收端播放 時延增大 課件制作人：謝希仁 線速路由器 提高路由器的轉(zhuǎn)發(fā)分組的速率對提高 IP 電話的質(zhì) 量也是很重要的。 據(jù)統(tǒng)計，一個跨大西洋的 IP 電話一般要經(jīng)過 2030 個路由器。 若能改用吉比路由器（又稱為線速路由器），則每 秒可轉(zhuǎn)發(fā) 5 百萬至 6 千萬個分組（即交換速率達 60 Gb/s 左右）。這樣還可進一步減少由網(wǎng)絡(luò)造成 的時延。 課件制作人：謝希仁 10.4 改進“盡最大努力交付” 的服務(wù) 10.4.1 使因特網(wǎng)提供服務(wù)質(zhì)量 服務(wù)質(zhì)量 QoS 是服務(wù)性能的總效果，此效果決 定了一個用戶對服

21、務(wù)的滿意程度。因此在最簡 單的意義上，有服務(wù)質(zhì)量的服務(wù)就是能夠滿足 用戶的應用需求的服務(wù)。 服務(wù)質(zhì)量可用若干基本的性能指標來描述，包 括可用性、差錯率、響應時間、吞吐量、分組 丟失率、連接建立時間、故障檢測和改正時間 等。服務(wù)提供者可向其用戶保證某一種等級的 服務(wù)質(zhì)量。 主機 H1 和 H2 分別向主機 H3 和 H4 發(fā)送數(shù)據(jù) 1.5 Mb/s 鏈路 H1 H2 H3 H4 R2R1 H1 H2 1.5 Mb/s 鏈路 輸出隊列 1 Mb/s的實時音頻數(shù)據(jù) FTP 文件數(shù)據(jù) 需要給不同性質(zhì)的分組打上不同的標記。當 H1 和 H2 的分組進入 R1 時， R1 應能識別 實時數(shù)據(jù)分組，并使這些

22、分組以高優(yōu)先級進入輸出隊列，而僅在隊列有多余空間時才 準許低優(yōu)先級的 FTP 數(shù)據(jù)分組進入。 主機 H1 和 H2 分別向主機 H3 和 H4 發(fā)送數(shù)據(jù) 1.5 Mb/s 鏈路 H1 H2 H3 H4 R2R1 H1 H2 1.5 Mb/s 鏈路 輸出隊列 1 Mb/s的實時音頻數(shù)據(jù) 高優(yōu)先級的 FTP 文件數(shù)據(jù) 應當使路由器增加分類(classification)機制，即路由器根據(jù)某些準則（例如，根據(jù)發(fā)送 數(shù)據(jù)的地址）對輸入分組進行分類，然后對不同類別的通信量給予不同的優(yōu)先級。 主機 H1 和 H2 分別向主機 H3 和 H4 發(fā)送數(shù)據(jù) 1.5 Mb/s 鏈路 H1 H2 H3 H4 R2R

23、1 H1 H2 1.5 Mb/s 鏈路 輸出隊列 數(shù)據(jù)率異常的實時音頻數(shù)據(jù) FTP 文件數(shù)據(jù) 路由器應能將對數(shù)據(jù)流進行通信量的管制(policing)，使該數(shù)據(jù)流不影響其他正常數(shù)據(jù) 流在網(wǎng)絡(luò)中通過。例如，可將 H1 的數(shù)據(jù)率限定為 1 Mb/s。R1 不停地監(jiān)視 H1 的數(shù)據(jù) 率。只要其數(shù)據(jù)率超過規(guī)定的 1 Mb/s，R1 就將其中的某些分組丟棄。 主機 H1 和 H2 分別向主機 H3 和 H4 發(fā)送數(shù)據(jù) 1.5 Mb/s 鏈路 H1 H2 H3 H4 R2R1 H1 H2 1.5 Mb/s 鏈路 輸出隊列 數(shù)據(jù)率異常的實時音頻數(shù)據(jù) FTP 文件數(shù)據(jù) 應在路由器中再增加調(diào)度(scheduli

24、ng)機制。利用調(diào)度功能給實時音頻分配 1.0 Mb/s 的帶寬，給文件傳送分配 0.5 Mb/s 的帶寬（相當于在帶寬為 1.5 Mb/s 的鏈路中劃分 出兩個邏輯鏈路），因而對這兩種應用都有相應的服務(wù)質(zhì)量保證。 主機 H1 和 H2 分別向主機 H3 和 H4 發(fā)送數(shù)據(jù) 1.5 Mb/s 鏈路 H1 H2 H3 H4 R2R1 H1 H2 1.5 Mb/s 鏈路 輸出隊列 1 Mb/s 的實時數(shù)據(jù) 總數(shù)據(jù)率已超過了 1.5 Mb/s 鏈路的帶寬。比較合理的做法是讓一個數(shù)據(jù)流通過 1.5 Mb/s 的鏈路，而阻止另一個數(shù)據(jù)流的通過。這就需要呼叫接納(call admission)機制。 數(shù)據(jù)

25、流要預先聲明所需的服務(wù)質(zhì)量，然后或者被準許進入網(wǎng)絡(luò)，或者被拒絕進入網(wǎng)絡(luò)。 課件制作人：謝希仁 10.4.2 調(diào)度和管制機制 1. 調(diào)度機制 “調(diào)度”就是指排隊的規(guī)則。 如不采用專門的調(diào)度機制，則默認排隊規(guī)則就 是先進先出 FIFO (First In First Out)。當隊列 已滿時，后到達的分組就被丟棄。 先進先出的最大缺點就是不能區(qū)分時間敏感分 組和一般數(shù)據(jù)分組，并且也不公平。 在先進先出的基礎(chǔ)上增加按優(yōu)先級排隊，就能 使優(yōu)先級高的分組優(yōu)先得到服務(wù)。 課件制作人：謝希仁 按優(yōu)先級排隊的例子 高優(yōu)先級隊列 低優(yōu)先級隊列 分組到達 路由器 調(diào)度 分組離開 路由器 分類器 （服務(wù)員） 路由器

26、 低低低低高高高高高高t 分組到達路由器分組離開路由器 路由器 高 高 高高 低 低 低 低 課件制作人：謝希仁 加權(quán)公平排隊 WFQ (Weighted Fair Queuing) 分組到達 路由器 調(diào)度 分組離開 路由器 分類器 w1 w2 w3 1 2 3 路由器 課件制作人：謝希仁 加權(quán)公平排隊 WFQ 分組到達后就將分組進行分類，然后送交與其類 別對應的隊列。隊列按順序依次將隊首的分組發(fā) 送到鏈路。遇到隊列空就跳過去。 給隊列 i 指派一個權(quán)重 wi。隊列 i 得到的平均服務(wù) 時間為 wi /(wj)，這里wj 是對所有的非空隊列的 權(quán)重求和。 隊列 i 將得到的有保證的帶寬 Ri

27、應為 （10-1） j i i w wR R 課件制作人：謝希仁 WFQ 與 FIFO 的比較 11111111111 2 11 123456789 10 11 1 111111111123456789 10 11 1 111111111 分組流 1 分組流 2 分組流 11 FIFO WFQ (a) 分組流 1 的分組連續(xù)輸入 t t t t t 課件制作人：謝希仁 WFQ 與 FIFO 的比較 11111111111 2 11 123456789 10 11 1 1111111111234567891011 1 111111111 分組流 1 分組流 2 分組流 11 FIFO WFQ t

28、 t t t t (b) 分組流 1 的分組斷續(xù)輸入 課件制作人：謝希仁 2. 管制機制 (1) 平均速率 網(wǎng)絡(luò)需要控制一個數(shù)據(jù)流的平均速率。 這里的平均速率是指在一定的時間間隔內(nèi)通過的分 組數(shù)。 (2) 峰值速率 峰值速率限制了數(shù)據(jù)流在非常短的時 間間隔內(nèi)的流量。 (3) 突發(fā)長度 網(wǎng)絡(luò)也限制在非常短的時間間隔內(nèi)連 續(xù)注入到網(wǎng)絡(luò)中的分組數(shù)。 課件制作人：謝希仁 漏桶管制器 (leaky bucket policer) 分組到達 漏桶中最多 裝入 b 個權(quán)標 拿走 權(quán)標 準許分組進入網(wǎng)絡(luò) 等待權(quán)標 在任何時間間隔 t 內(nèi)準許進入網(wǎng)絡(luò)的分組數(shù) = r t + b 標記注入漏桶的速率為每秒 r 個

29、權(quán)標 3.漏桶機制與加權(quán)公平排隊相結(jié)合 現(xiàn)假定有 n 個分組流輸入到一個路由器，復用后 從一條鏈路輸出。每一個分組流使用漏桶機制進 行管制，漏桶參數(shù)為 bi 和 ri，i = 1, 2, , n。 設(shè)漏桶 I 已裝滿了 bi 個權(quán)標。因此 bi 個分組可馬 上從路由器輸出。但分組流 I 得到的帶寬是由公式 (10-1)給出。這 bi 個分組中的最后一個分組所經(jīng)受 的時延最大，它等于傳輸這 bi 個分組所需的時間 dmax，即 bi 除以公式(10-1)給出的傳輸速率： ji i wwR b d / max (10-2) 課件制作人：謝希仁 10.4.3 綜合服務(wù) IntServ 與資源預留協(xié)議

30、 RSVP IntServ (Integrated Services)可對單個的應用會 話提供服務(wù)質(zhì)量的保證，其主要特點有二，即： 資源預留。路由器需要知道不斷出現(xiàn)的會話已 預留了多少資源（即鏈路帶寬和緩存空間）。 呼叫建立。需要服務(wù)質(zhì)量保證的會話必須首先 在源站到目的站的路徑上的每個路由器預留足 夠的資源，以保證其端到端的服務(wù)質(zhì)量要求。 課件制作人：謝希仁 IntServ 定義了兩類服務(wù) 有保證的服務(wù)(guaranteed service)，可保證一個分組 在通過路由器時的排隊時延有一個嚴格的上限。 受控負載的服務(wù)(controlled-load service)，可以使應用 程序得到比通常

31、的“盡最大努力”更加可靠的服務(wù)。 課件制作人：謝希仁 IntServ 由四個組成部分 (1) 資源預留協(xié)議 RSVP，它是 IntServ 的信令協(xié)議。 (2) 接納控制(admission control)，用來決定是否同意 對某一資源的請求。 (3) 分類器(classifier)，用來將進入路由器的分組進行 分類，并根據(jù)分類的結(jié)果將不同類別的分組放入特 定的隊列。 (4) 調(diào)度器(scheduler)，根據(jù)服務(wù)質(zhì)量要求決定分組 發(fā)送的前后順序。 課件制作人：謝希仁 流(flow) “流”是在多媒體通信中的一個常用的名詞，一般定義 為“具有同樣的源IP地址、源端口號、目的IP地址、 目的端

32、口號、協(xié)議標識符以及服務(wù)質(zhì)量需求的一連串 分組”。 RSVP 協(xié)議的工作原理 H1 H2 50 kb/s R2R1 H3 100 kb/s H4 3 Mb/s R3 R4 H5 3 Mb/s 源站 (a) 源點用多播發(fā)送PATH報文 表示 PATH 報文 3 Mb/s3 Mb/s 3 Mb/s 100 kb/s H1 H2 50 kb/s R2R1 H3 100 kb/s H4 3 Mb/s R3 R4 H5 3 Mb/s 源站 (b) 各終點向源點返回 RESV 報文 表示 RESV 報文 課件制作人：謝希仁 IntServ 體系結(jié)構(gòu) 在路由器中的實現(xiàn) 路由選擇協(xié)議 路由選擇數(shù)據(jù)庫 RSVP

33、接納控制管理代理 通信量控制 數(shù)據(jù)庫 分類器 與 分組轉(zhuǎn)發(fā) 調(diào)度器 分組入 分組出 課件制作人：謝希仁 綜合服務(wù) IntServ 體系結(jié)構(gòu) 存在的主要問題 (1) 狀態(tài)信息的數(shù)量與流的數(shù)目成正比。因此在 大型網(wǎng)絡(luò)中，按每個流進行資源預留會產(chǎn)生 很大的開銷。 (2) IntServ 體系結(jié)構(gòu)復雜。若要得到有保證的 服務(wù)，所有的路由器都必須裝有 RSVP、接 納控制、分類器和調(diào)度器。 (3) 綜合服務(wù) IntServ 所定義的服務(wù)質(zhì)量等級數(shù) 量太少，不夠靈活。 課件制作人：謝希仁 10.4.4 區(qū)分服務(wù) DiffServ (Differentiated Services) 1. 區(qū)分服務(wù)的基本概念

34、 由于綜合服務(wù) IntServ 和資源預留協(xié)議 RSVP 都較 復雜，很難在大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)，因此 IETF 提 出了新的策略，即區(qū)分服務(wù) DiffServ 。 區(qū)分服務(wù)有時也簡寫為 DS。因此，具有區(qū)分服務(wù) 功能的結(jié)點就稱為 DS 結(jié)點。 課件制作人：謝希仁 區(qū)分服務(wù) DiffServ 的要點 (1) DiffServ 在路由器中增加區(qū)分服務(wù)的功能。 DiffServ 將 IPv4 協(xié)議中原有的服務(wù)類型字段和 IPv6 的通信量類字段定義為區(qū)分服務(wù)字段 DS。 路由器根據(jù) DS 字段的值來轉(zhuǎn)發(fā)分組。利用 DS 字段可提供不同等級的服務(wù)質(zhì)量。 DS 字段現(xiàn)只使用前 6 bit，即區(qū)分服務(wù)碼點

35、 DSCP (Differentiated Services CodePoint)。 CU DSCP 比特 0 5 6 7 暫不使用 課件制作人：謝希仁 服務(wù)等級協(xié)定SLA (Service Level Agreement) 在使用 DS 字段之前，因特網(wǎng)的 ISP 要和用戶商定 一個服務(wù)等級協(xié)定 SLA 。在 SLA 中指明了被支持 的服務(wù)類別（可包括吞吐量、分組丟失率、時延和 時延抖動、網(wǎng)絡(luò)的可用性等）和每一類所容許的通 信量。 課件制作人：謝希仁 DS 域 (DS Domain) (2) 網(wǎng)絡(luò)被劃分為許多個 DS 域 DiffServ 將所有的復雜性放在 DS 域的邊界結(jié)點 (bound

36、ary node)中，而使 DS 域內(nèi)部路由器工 作得盡可能地簡單。 內(nèi)部路由器 邊界路由器 內(nèi)部路由器 BB B B DS 域DS 域 課件制作人：謝希仁 (3) 邊界路由器中的功能 邊界路由器中的功能較多，可分為： 分類器(classifier) 通信量調(diào)節(jié)器(conditioner)兩大部分。調(diào)節(jié)器的組成： 標記器(marker) 整形器(shaper) 測定器(meter) 課件制作人：謝希仁 邊界路由器中的各功能塊的關(guān)系 內(nèi)部路由器 邊界路由器 （入口） 邊界路由器 （出口） 分類器標記器整形器 測定器 根據(jù) DS 值 進行轉(zhuǎn)發(fā) 調(diào)節(jié)器 分組入分組出 丟棄 課件制作人：謝希仁 (4)

37、 聚合(aggregation) DiffServ 提供了一種聚合功能。 DiffServ 不是為網(wǎng)絡(luò)中的每一個流維持供轉(zhuǎn)發(fā) 時使用的狀態(tài)信息，而是將若干個流根據(jù)其 DS 值聚合成少量的流。 路由器對相同 DS 值的流都按相同的優(yōu)先級進 行轉(zhuǎn)發(fā)。這就大大簡化了網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的路由器的 轉(zhuǎn)發(fā)機制。 區(qū)分服務(wù) DiffServ 不需要使用 RSVP 信令。 課件制作人：謝希仁 2. 每跳行為 PHB (Per-Hop Behavior) “行為”就是指在轉(zhuǎn)發(fā)分組時路由器對分組是怎樣 處理的。 “每跳”是強調(diào)這里所說的行為只涉及到本路由器 轉(zhuǎn)發(fā)的這一跳的行為，而下一個路由器再怎樣處理 則與本路由器的處理無

38、關(guān)。 這和 IntServ/RSVP 考慮的服務(wù)質(zhì)量是“端到端” 的很不一樣。 課件制作人：謝希仁 DiffServ 定義的兩種 PHB 迅速轉(zhuǎn)發(fā) PBH 即 EF PHB，或 EF。 EF 指明離開一個路由器的通信量的數(shù)據(jù)率必須 等于或大于某一數(shù)值。因此 EF PHB 用來構(gòu)造通 過 DS 域的低丟失率、低時延、低時延抖動、確 保帶寬的端到端服務(wù)。像點對點連接或“虛擬租 用線”，又稱為 Premium 服務(wù)。 課件制作人：謝希仁 DiffServ 定義的兩種 PHB 確保轉(zhuǎn)發(fā) PHB 即 AF PHB，或 AF。 AF 用 DSCP 的比特 02 將通信量劃分為四個等 級，并給每一種等級提供

39、最低數(shù)量的帶寬和緩 存空間。 對于其中的每一個等級再用 DSCP 的比特 35 劃分出三個“丟棄優(yōu)先級”。 當發(fā)生網(wǎng)絡(luò)擁塞時，對于每個等級的 AF，路由 器首先把“丟棄優(yōu)先級”較高的分組丟棄。 課件制作人：謝希仁 10.5 多協(xié)議標記交換 MPLS 10.5.1 MPLS 的產(chǎn)生背景 在 20 世紀 90 年代問世的面向連接的 ATM 技 術(shù)在傳送實時數(shù)據(jù)時能夠保證服務(wù)質(zhì)量 QoS。 但 ATM 網(wǎng)絡(luò)未能取代現(xiàn)有的電信網(wǎng)絡(luò)和計算 機網(wǎng)絡(luò)。這不僅是因為 ATM 網(wǎng)絡(luò)價格昂貴， 而且還因為 ATM 網(wǎng)絡(luò)和上層的應用結(jié)合得很 不好。 相反，基于 IP 的因特網(wǎng)與各種應用已經(jīng)結(jié)合得 很好。因此 ATM

40、 網(wǎng)絡(luò)必須與IP網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合才有 出路。 在 90 年代中期 ATM 交換機已廣泛地使用在寬 帶因特網(wǎng)的主干網(wǎng)中。 課件制作人：謝希仁 ATM 用作主干網(wǎng) PoP PoP PoP ATM 交換機 ATM 主干網(wǎng) PoP 匯接點 主干路由器 PoP 接入路由器 課件制作人：謝希仁 匯接點 PoP (Point of Presence) 由于 ATM 主干網(wǎng)的速率很高，因此大量的低 速路由器需要通過一些匯接點 PoP 進行匯接后 才能和 ATM 主干網(wǎng)相連接。 匯接點 PoP 包含有兩種路由器。 接入路由器或邊沿路由器，這類路由器數(shù)量較多且 速率較低。 主干路由器或核心路由器，這類路由器在一個匯接

41、點中一般只有一個，且速率較高。 在匯接點中這兩種路由器常通過 ATM 交換機相連。 課件制作人：謝希仁 ATM 的永久虛通路 PVC 相當于路由器間的直通鏈路 PoP PoP PoP PoP PoP ATM 主干網(wǎng) PVC 課件制作人：謝希仁 覆蓋模型很難協(xié)調(diào) IP 和 ATM 網(wǎng)絡(luò)的巨大差異 IP 是無連接的，而 ATM 是面向連接的；IP 只 提供盡最大努力交付的服務(wù)，而 ATM 能確保 服務(wù)質(zhì)量 QoS。 隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴大，和 ATM 主干網(wǎng)連 接的主干路由器的數(shù)目就大大增多，以致需要 建立非常多的永久虛通路，導致難以維持龐大 的 ATM 地址到 VCI 的映射表。 從分組轉(zhuǎn)換為信

42、元時每一個信元的 5 字節(jié)首部 開銷相當大，這常稱為信元稅(cell tax)。 同時維護兩種體系結(jié)構(gòu)完全不同的網(wǎng)絡(luò)也很不 方便。 課件制作人：謝希仁 多協(xié)議標記交換 MPLS (MultiProtocol Label Switching) IETF 于 1997 年成立了 MPLS 工作組。 MPLS 使用綜合模型，它把第三層的路由選擇功能與 面向連接的第二層的交換功能綜合在一起。 課件制作人：謝希仁 MPLS 的特殊功能 (1) 支持面向連接的服務(wù)質(zhì)量。 (2) 支持流量工程，平衡網(wǎng)絡(luò)負載。 (3) 有效地支持虛擬專用網(wǎng) VPN。 (4) 支持多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。 課件制作人：謝希仁 10.5.

43、2 MPLS 的工作原理 1. 基本工作過程 MPLS 對打上固定長度“標記”的分組用硬件 進行轉(zhuǎn)發(fā)，使分組轉(zhuǎn)發(fā)過程中省去了每到達一 個結(jié)點都要查找路由表的過程，因而分組轉(zhuǎn)發(fā) 的速率大大加快。 采用硬件技術(shù)對打上標記的分組進行轉(zhuǎn)發(fā)稱為 標記交換。“交換”也表示在轉(zhuǎn)發(fā)分組時不再 上升到第三層用軟件分析 IP 首部和查找轉(zhuǎn)發(fā)表， 而是根據(jù)第二層的標記用硬件進行轉(zhuǎn)發(fā)。 MPLS 協(xié)議的基本原理 MPLS 域 普通 IP 分組 LDP LDP LDP MPLS 入口結(jié)點 打上標記去除標記 MPLS 出口結(jié)點 標記交換 標記交換 標記交換 A B C D 普通路由器 標記交換路由器 LSR 打上標記的分

44、組 MPLS 的基本工作過程 (1) MPLS 域中的各 LSR 使用專門的標記分配協(xié)議 LDP 交換報文，并找出標記交換路徑LSP。各 LSR 根據(jù)這些路徑構(gòu)造出分組轉(zhuǎn)發(fā)表。 (2) 分組進入到 MPLS 域時， MPLS 入口結(jié)點把分 組打上標記，并按照轉(zhuǎn)發(fā)表將分組轉(zhuǎn)發(fā)給下一個 LSR。 (3) 以后的所有LSR都按照標記進行轉(zhuǎn)發(fā)。每經(jīng)過 一個 LSR，要換一個新的標記。 (4) 當分組離開 MPLS 域時，MPLS 出口結(jié)點把分 組的標記去除。再以后就按照一般分組的轉(zhuǎn)發(fā)方 法進行轉(zhuǎn)發(fā)。 課件制作人：謝希仁 2. 轉(zhuǎn)發(fā)等價類 FEC (Forwarding Equivalence Clas

45、s) “轉(zhuǎn)發(fā)等價類”就是路由器按照同樣方式對待的分 組的集合。 劃分 FEC 的方法不受什么限制，這都由網(wǎng)絡(luò)管理 員來控制，因此非常靈活。 入口結(jié)點并不是給每一個分組指派一個不同的標記， 而是將屬于同樣 FEC 的分組都指派同樣的標記。 FEC 和標記是一一對應的關(guān)系。 FEC 用于負載平衡 CB A H1 E D H2 H3 H4 (a) 傳統(tǒng)路由選擇協(xié)議使最短路徑 ABC 過載 C B A H1 H2 H3 H4 D E (b) 利用 FEC 使通信量分散 課件制作人：謝希仁 棧底 3. 標記棧(label stack) MPLS 的一個重要功能就可以構(gòu)成標記棧。 MPLS 標記的格式以及

46、標記棧： 棧頂 鏈路層首部 MPLS標記 MPLS標記 IP 首部 數(shù) 據(jù) 部 分 鏈路層尾部 標 記 值生存時間 TTL試 驗 S 比特 20 3 1 8 MPLS 標記棧 MPLS 幀 IP 數(shù)據(jù)報 課件制作人：謝希仁 MPLS 標記 MPLS 標記一旦產(chǎn)生就壓入到標記棧中，而整 個標記棧放在數(shù)據(jù)鏈路層首部和IP首部之間。 棧是一種后進先出的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。MPLS 協(xié)議規(guī) 定，標記棧的棧頂（最后進入棧的標記）最靠 近數(shù)據(jù)鏈路層首部，而棧底最靠近 IP 首部。 在最簡單的情況下，標記棧中只有一個標記。 課件制作人：謝希仁 MPLS 標記棧的使用 MPLS 域 2 MPLS 域 1 ABCDEFG

47、 壓入壓入彈出彈出 分組入 分組出 課件制作人：謝希仁 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 4 4. 標記對換 (label swapping) FEC 輸出 輸出 接口 標記 a 1 4 b 1 5 輸入 輸入 輸出 輸出 接口 標記 標記 端口 2 4 8 1 2 5 6 3 12 1 3 1 2 數(shù)據(jù) 入口結(jié)點 LSR1LSR2LSR3 出口結(jié)點 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 5 8 6 LSR4 輸入 輸入 輸出 輸出 接口 標記 標記 端口 2 8 1 2 3 1

48、168.74 170.12 課件制作人：謝希仁 10.6 居民接入網(wǎng) RAN (Residential Access Network) 居民接入網(wǎng)就是從居民住宅至某個 ISP 之間的 一個中間網(wǎng)絡(luò)，它起到接口作用，目的是使用 戶能夠方便和經(jīng)濟地享用各種寬帶多媒體信息。 現(xiàn)在居民接入網(wǎng) RAN 往往是寬帶上網(wǎng)的一個瓶 頸。 居民接入網(wǎng)有多種實現(xiàn)方案，但居民接入網(wǎng)到 底應采用何種技術(shù)方案，目前既無定論，也無 統(tǒng)一的國際標準。 課件制作人：謝希仁 10.6.1 xDSL 技術(shù) xDSL 技術(shù)就是用數(shù)字技術(shù)對現(xiàn)有的模擬電話用戶 線進行改造，使它能夠承載寬帶業(yè)務(wù)。 DSL 是數(shù)字用戶線(Digital

49、Subscriber Line)的縮寫。 而字母 x 表示 DSL 的前綴可以是多種不同字母， 用不同的前綴表示在數(shù)字用戶線上實現(xiàn)的不同寬帶 方案。 課件制作人：謝希仁 xDSL 的幾種類型 ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line)：非 對稱數(shù)字用戶線 HDSL (High speed DSL)：高速數(shù)字用戶線 SDSL (Single-line DSL)：1 對線的數(shù)字用戶線 VDSL (Very high speed DSL)：甚高速數(shù)字用戶線 DSL ：ISDN 用戶線。 RADSL (Rate-Adaptive DSL)：速率自適應 DSL，

50、是 ADSL 的一個子集，可自動調(diào)節(jié)線路速率）。 課件制作人：謝希仁 ADSL 調(diào)制解調(diào)器的 頻譜利用的劃分 頻譜 頻率(kHz) 下行上行 傳統(tǒng)電話 6.3 Mb/s 1.5 Mb/s 04 20505001100 140 150 課件制作人：謝希仁 ADSL 采用兩種調(diào)制技術(shù) 無載波振幅相位調(diào)制 CAP (Carrierless Amplitude Phase)，而另一種是離散多音調(diào)制 DMT (Discrete Multi-Tone)。 CAP 早就使用在第一代 ADSL 調(diào)制解調(diào)器中，在商 品化方面更加成熟。 DMT 則被美國 ANSI 選擇為 ADSL 的標準。 課件制作人：謝希仁

51、離散多音調(diào)制 DMT DM T將可用帶寬劃分為 256 個子信道（每個子 信道帶寬為 4 kHz），然后將數(shù)據(jù)自適應地動 態(tài)分配給每個子信道，這就使得在約 1 MHz 的 可用頻帶內(nèi)實現(xiàn)超過 6 Mb/s 的數(shù)據(jù)率。 ADSL 技術(shù)還支持前向糾錯 FEC (Forward Error Correction)。 ADSL 的組成 ATU-C ATU-C ATU-R ATU-C 用戶線 電話 分路器 區(qū)域?qū)拵ЬW(wǎng) 至 ISP 居民家庭 基于 ADSL 的接入網(wǎng) 端局或遠端站 DSLAM至本地電話局 PS PS 數(shù)字用戶線接入復用器 DSLAM (DSL Access Multiplexer) 接入端接單元 ATU (Access Termination Unit) ATU-C（C 代表端局 Central Office） ATU-R（R 代表遠端 Remote） 電話分路器 PS (POTS Splitter) 課件制作人：謝希仁 10.6.2 光纖同軸混合網(wǎng) HFC (Hybrid Fiber Coax) HFC 網(wǎng)是在目前覆蓋面很廣的有線電視網(wǎng) CATV 的基礎(chǔ)上開發(fā)的一種居民寬帶接入網(wǎng)。 HFC 網(wǎng)除可傳送 CATV 外，還提供電話、數(shù)據(jù) 和其他寬帶交互型業(yè)務(wù)。 現(xiàn)有的 CATV 網(wǎng)是樹形拓撲結(jié)構(gòu)的同軸電纜