因特網(wǎng)的演進(jìn)

關(guān)于因特網(wǎng)的演進(jìn)第10章因特網(wǎng)的演進(jìn)

*10.1概述

10.2因特網(wǎng)的多媒體體系結(jié)構(gòu)

10.2.1實(shí)時(shí)運(yùn)輸協(xié)議RTP10.2.2實(shí)時(shí)運(yùn)輸控制協(xié)議RTCP10.2.3實(shí)時(shí)流式協(xié)議RTSP第2頁,共105頁，2024年2月25日，星期天第10章因特網(wǎng)的演進(jìn)（續(xù)）10.3IP電話*10.3.1IP電話概述

10.3.2H.32310.3.3會(huì)話發(fā)起協(xié)議SIP10.3.4IP電話的通話質(zhì)量第3頁,共105頁，2024年2月25日，星期天第10章因特網(wǎng)的演進(jìn)（續(xù)）10.4改進(jìn)“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

10.4.2調(diào)度和管制機(jī)制

10.4.3綜合服務(wù)IntServ和資源預(yù)留協(xié)議RSVP10.4.4區(qū)分服務(wù)DiffServ10.5多協(xié)議標(biāo)記交換MPLS10.5.1MPLS的產(chǎn)生背景

10.5.2MPLS的工作原理第4頁,共105頁，2024年2月25日，星期天第10章因特網(wǎng)的演進(jìn)（續(xù)）10.6居民接入網(wǎng)RAN10.6.1xDSL技術(shù)

10.6.2光纖同軸混合網(wǎng)（HFC網(wǎng)）

10.6.3FTTx技術(shù)

10.6.4以太網(wǎng)接入10.7關(guān)于三網(wǎng)融合第5頁,共105頁，2024年2月25日，星期天10.1概述計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)最初是為傳送數(shù)據(jù)信息設(shè)計(jì)的。因特網(wǎng)IP層提供的“盡最大努力交付”服務(wù)對(duì)傳送數(shù)據(jù)信息也是很合適的。當(dāng)我們從因特網(wǎng)下載文件時(shí)，過長的網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)時(shí)間雖然令人頗為煩惱，但這至少不會(huì)對(duì)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。第6頁,共105頁，2024年2月25日，星期天多媒體信息的特點(diǎn)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(shí)，對(duì)時(shí)延和時(shí)延抖動(dòng)均有較高的要求。多媒體數(shù)據(jù)往往是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)(realtimedata)，它的含義是：在發(fā)送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的同時(shí)，在接收端邊接收邊播放。第7頁,共105頁，2024年2月25日，星期天第8頁,共105頁，2024年2月25日，星期天第9頁,共105頁，2024年2月25日，星期天緩存使所有到達(dá)的分組都經(jīng)受了遲延。早到達(dá)的分組在緩存中停留的時(shí)間較長，而晚到達(dá)的分組在緩存中停留的時(shí)間則較短。以非恒定速率到達(dá)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(shí)延的抖動(dòng)。但我們付出的代價(jià)是增加了時(shí)延。緩存的影響第10頁,共105頁，2024年2月25日，星期天需要解決的問題在傳送時(shí)延敏感(delaysensitive)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)時(shí)，不僅傳輸時(shí)延不能太大，而且時(shí)延抖動(dòng)也必須受到限制。對(duì)于傳送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，很少量分組的丟失對(duì)播放效果的影響并不大（因?yàn)檫@是由人來進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)的），因而是可以容忍的。丟失容忍(losstolerant)也是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的另一個(gè)重要特點(diǎn)。第11頁,共105頁，2024年2月25日，星期天如何改造現(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(shí)延和時(shí)延抖動(dòng)就可以足夠小，在因特網(wǎng)上傳送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)就不會(huì)有問題。把因特網(wǎng)改造為能夠?qū)Χ说蕉说膸拰?shí)現(xiàn)預(yù)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(dòng)因特網(wǎng)的協(xié)議棧所付出的代價(jià)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(jìn)。第12頁,共105頁，2024年2月25日，星期天10.2因特網(wǎng)的多媒體體系結(jié)構(gòu)TCPUDPAAL3/4AAL5PPPSDH/SONETATM以太網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器信令服務(wù)質(zhì)量IPv4/IPv6RTSPRTCPRSVPH.323SIPRTPPPP應(yīng)用層協(xié)議聲音/視像SDP第13頁,共105頁，2024年2月25日，星期天10.2.1實(shí)時(shí)運(yùn)輸協(xié)議RTP

(Real-timeTransportProtocol)

RTP為實(shí)時(shí)應(yīng)用提供端到端的運(yùn)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(yùn)輸層的UDP用戶數(shù)據(jù)報(bào)，然后再交給IP層。RTP是一個(gè)協(xié)議框架，只包含了實(shí)時(shí)應(yīng)用的一些共同的功能。RTP自己并不對(duì)多媒體數(shù)據(jù)塊做任何處理，而只是向應(yīng)用層提供一些附加的信息，讓應(yīng)用層知道應(yīng)當(dāng)如何進(jìn)行處理。第14頁,共105頁，2024年2月25日，星期天RTP的層次從應(yīng)用開發(fā)者的角度看，RTP應(yīng)當(dāng)是應(yīng)用層的一部分。在應(yīng)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RTP分組交給UDP插口接口。在接收端，RTP分組通過UDP插口接口進(jìn)入應(yīng)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(yīng)用數(shù)據(jù)塊提取出來。第15頁,共105頁，2024年2月25日，星期天RTP也可看成是

運(yùn)輸層的一個(gè)子層RTP封裝了多媒體應(yīng)用的數(shù)據(jù)塊。由于RTP向多媒體應(yīng)用程序提供了服務(wù)（如時(shí)間戳和序號(hào)），因此也可以將RTP看成是在UDP之上的一個(gè)運(yùn)輸層的子層。運(yùn)輸層應(yīng)用層IP數(shù)據(jù)鏈路層物理層RTPUDP第16頁,共105頁，2024年2月25日，星期天第17頁,共105頁，2024年2月25日，星期天10.2.2實(shí)時(shí)運(yùn)輸控制協(xié)議RTCP(RTPControlProtocol)

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(biāo)識(shí)。RTCP分組也使用UDP傳送，但RTCP并不對(duì)聲音或視像分組進(jìn)行封裝。可將多個(gè)RTCP分組封裝在一個(gè)UDP用戶數(shù)據(jù)報(bào)中。RTCP分組周期性地在網(wǎng)上傳送，它帶有發(fā)送端和接收端對(duì)服務(wù)質(zhì)量的統(tǒng)計(jì)信息報(bào)告。第18頁,共105頁，2024年2月25日，星期天RTCP使用的五種分組類型結(jié)束分組BYE表示關(guān)閉一個(gè)數(shù)據(jù)流。特定應(yīng)用分組APP使應(yīng)用程序能夠定義新的分組類型。接收端報(bào)告分組RR用來使接收端周期性地向所有的點(diǎn)用多播方式進(jìn)行報(bào)告。發(fā)送端報(bào)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(jìn)行報(bào)告。源點(diǎn)描述分組SDES給出會(huì)話中參加者的描述。第19頁,共105頁，2024年2月25日，星期天10.2.3實(shí)時(shí)流式協(xié)議RTSP

(Real-TimeStreamingProtocol)

RTSP協(xié)議以客戶服務(wù)器方式工作，它是一個(gè)多媒體播放控制協(xié)議，用來使用戶在播放從因特網(wǎng)下載的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)時(shí)能夠進(jìn)行控制，如：暫停/繼續(xù)、后退、前進(jìn)等。因此RTSP又稱為“因特網(wǎng)錄像機(jī)遙控協(xié)議”。要實(shí)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(mediaplayer)和媒體服務(wù)器(mediaserver)。第20頁,共105頁，2024年2月25日，星期天流式(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(dāng)然需要先將節(jié)目存儲(chǔ)一小段時(shí)間）。但從普通萬維網(wǎng)服務(wù)器下載多媒體節(jié)目時(shí)，是先將整個(gè)文件下載完畢，然后再進(jìn)行播放。第21頁,共105頁，2024年2月25日，星期天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。第22頁,共105頁，2024年2月25日，星期天10.3IP電話

10.3.1IP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，而且還可以是在IP網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行交互式多媒體實(shí)時(shí)通信（包括話音、視像等），甚至還包括即時(shí)通知

IM(InstantMessaging)。第23頁,共105頁，2024年2月25日，星期天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(jī)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(jī)到普通電話機(jī)第24頁,共105頁，2024年2月25日，星期天10.3.2H.323H.323是ITU-T于1996年制訂的一個(gè)名稱很長的建議書，1998年的第二個(gè)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，呼叫信令過程，控制報(bào)文，復(fù)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。第25頁,共105頁，2024年2月25日，星期天H.323終端使用H.323協(xié)議

進(jìn)行多媒體通信分組交換網(wǎng)（例如，因特網(wǎng)）H.323H.323終端H.323終端

第26頁,共105頁，2024年2月25日，星期天H.323標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行通信。(3)網(wǎng)閘(gatekeeper)——所有的呼叫都要通過網(wǎng)閘，因?yàn)榫W(wǎng)閘提供地址轉(zhuǎn)換、授權(quán)、帶寬管理和計(jì)費(fèi)功能。(4)多點(diǎn)控制單元MCU(MultipointControlUnit)——MCU支持三個(gè)或更多的H.323終端的音頻或視頻會(huì)議。第27頁,共105頁，2024年2月25日，星期天H.323網(wǎng)關(guān)用來和

非H.323網(wǎng)絡(luò)進(jìn)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(diǎn)控制單元MCU第28頁,共105頁，2024年2月25日，星期天H.323的協(xié)議體系結(jié)構(gòu)音頻/視頻應(yīng)用音頻編解碼視頻編解碼RTCPH.225.0注冊(cè)信令H.225.0呼叫信令H.245控制信令RTPUDPTCPIP信令和控制第29頁,共105頁，2024年2月25日，星期天10.3.3會(huì)話發(fā)起協(xié)議SIP

(SessionInitiationProtocol)SIP是一套較為簡單且實(shí)用的標(biāo)準(zhǔn)，目前已成為因特網(wǎng)的建議標(biāo)準(zhǔn)。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(yīng)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(shí)際上大家還是選用RTP和RTCP作為配合使用的協(xié)議。第30頁,共105頁，2024年2月25日，星期天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(qǐng)求，并將其轉(zhuǎn)發(fā)給下一跳代理服務(wù)器，最后將呼叫請(qǐng)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(yīng)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(qǐng)求。第31頁,共105頁，2024年2月25日，星期天會(huì)話描述協(xié)議SDP

(SessionDescriptionProtocol)

SDP在電話會(huì)議的情況下特別重要，因?yàn)殡娫挄?huì)議的參加者是動(dòng)態(tài)地加入和退出。SDP詳細(xì)地指明了媒體編碼、協(xié)議的端口號(hào)以及多播地址。SIP使用了HTTP的許多首部、編碼規(guī)則、差錯(cuò)碼以及一些鑒別機(jī)制，它比H.323具有更好的可擴(kuò)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。第32頁,共105頁，2024年2月25日，星期天10.3.4IP電話的通話質(zhì)量IP電話的通話質(zhì)量主要由兩個(gè)因素決定。一個(gè)是通話雙方端到端的時(shí)延和時(shí)延抖動(dòng)，另一個(gè)是話音分組的丟失率。但這兩個(gè)因素是不確定的，是取決于當(dāng)時(shí)網(wǎng)絡(luò)上的通信量。經(jīng)驗(yàn)證明，在電話交談中，端到端的時(shí)延不應(yīng)超過250ms，否則交談?wù)呔湍芨械讲蛔匀?。?3頁,共105頁，2024年2月25日，星期天IP電話的端到端時(shí)延(1)話音信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換要經(jīng)受時(shí)延。(2)話音比特流裝配成話音分組的時(shí)延。(3)話音分組的發(fā)送需要時(shí)間，此時(shí)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(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延。(5)話音分組在接收端緩存中暫存所引起的時(shí)延。(6)話音分組還原成模擬話音信號(hào)的時(shí)延。(7)話音信號(hào)在通信線路上的傳播時(shí)延。(8)終端設(shè)備的硬件和操作系統(tǒng)產(chǎn)生的接入時(shí)延。第34頁,共105頁，2024年2月25日，星期天低速率話音編碼的標(biāo)準(zhǔn)(1)G.729——速率為8kb/s的共軛結(jié)構(gòu)代數(shù)碼激勵(lì)線性預(yù)測聲碼器CS-ACELP(Conjugate-StructureAlgebraic-Code-ExcitedLinearPrediction)。(2)G.723.1——速率為5.3/6.3kb/s的為多媒體通信用的低速率聲碼器。第35頁,共105頁，2024年2月25日，星期天第36頁,共105頁，2024年2月25日，星期天線速路由器提高路由器的轉(zhuǎn)發(fā)分組的速率對(duì)提高IP電話的質(zhì)量也是很重要的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一個(gè)跨大西洋的IP電話一般要經(jīng)過20

30個(gè)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(gè)分組（即交換速率達(dá)60Gb/s左右）。這樣還可進(jìn)一步減少由網(wǎng)絡(luò)造成的時(shí)延。第37頁,共105頁，2024年2月25日，星期天10.4改進(jìn)“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(gè)用戶對(duì)服務(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(yīng)用需求的服務(wù)。服務(wù)質(zhì)量可用若干基本的性能指標(biāo)來描述，包括可用性、差錯(cuò)率、響應(yīng)時(shí)間、吞吐量、分組丟失率、連接建立時(shí)間、故障檢測和改正時(shí)間等。服務(wù)提供者可向其用戶保證某一種等級(jí)的服務(wù)質(zhì)量。第38頁,共105頁，2024年2月25日，星期天第39頁,共105頁，2024年2月25日，星期天第40頁,共105頁，2024年2月25日，星期天第41頁,共105頁，2024年2月25日，星期天第42頁,共105頁，2024年2月25日，星期天第43頁,共105頁，2024年2月25日，星期天10.4.2調(diào)度和管制機(jī)制

1.調(diào)度機(jī)制

“調(diào)度”就是指排隊(duì)的規(guī)則。如不采用專門的調(diào)度機(jī)制，則默認(rèn)排隊(duì)規(guī)則就是先進(jìn)先出FIFO(FirstInFirstOut)。當(dāng)隊(duì)列已滿時(shí)，后到達(dá)的分組就被丟棄。先進(jìn)先出的最大缺點(diǎn)就是不能區(qū)分時(shí)間敏感分組和一般數(shù)據(jù)分組，并且也不公平。在先進(jìn)先出的基礎(chǔ)上增加按優(yōu)先級(jí)排隊(duì)，就能使優(yōu)先級(jí)高的分組優(yōu)先得到服務(wù)。第44頁,共105頁，2024年2月25日，星期天按優(yōu)先級(jí)排隊(duì)的例子高優(yōu)先級(jí)隊(duì)列低優(yōu)先級(jí)隊(duì)列分組到達(dá)路由器調(diào)度分組離開路由器分類器（服務(wù)員）路由器低低低低高高高高高高t分組到達(dá)路由器分組離開路由器路由器高

高

高高低

低

低

低第45頁,共105頁，2024年2月25日，星期天加權(quán)公平排隊(duì)WFQ

(WeightedFairQueuing)

分組到達(dá)路由器調(diào)度分組離開路由器分類器w1w2w3123路由器第46頁,共105頁，2024年2月25日，星期天加權(quán)公平排隊(duì)WFQ分組到達(dá)后就將分組進(jìn)行分類，然后送交與其類別對(duì)應(yīng)的隊(duì)列。隊(duì)列按順序依次將隊(duì)首的分組發(fā)送到鏈路。遇到隊(duì)列空就跳過去。給隊(duì)列i

指派一個(gè)權(quán)重wi。隊(duì)列i

得到的平均服務(wù)時(shí)間為wi/(

wj)，這里

wj是對(duì)所有的非空隊(duì)列的權(quán)重求和。隊(duì)列i將得到的有保證的帶寬Ri

應(yīng)為（10-1）

第47頁,共105頁，2024年2月25日，星期天WFQ與FIFO的比較111111111112111234567891011111111111112345678910111111111111分組流1分組流2分組流11FIFOWFQ…(a)分組流1的分組連續(xù)輸入ttttt第48頁,共105頁，2024年2月25日，星期天WFQ與FIFO的比較111111111112111234567891011111111111112345678910111111111111分組流1分組流2分組流11FIFOWFQ…ttttt(b)分組流1的分組斷續(xù)輸入第49頁,共105頁，2024年2月25日，星期天2.管制機(jī)制(1)平均速率網(wǎng)絡(luò)需要控制一個(gè)數(shù)據(jù)流的平均速率。這里的平均速率是指在一定的時(shí)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(shí)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(shí)間間隔內(nèi)連續(xù)注入到網(wǎng)絡(luò)中的分組數(shù)。第50頁,共105頁，2024年2月25日，星期天第51頁,共105頁，2024年2月25日，星期天漏桶機(jī)制與加權(quán)公平排隊(duì)相結(jié)合現(xiàn)假定有n個(gè)分組流輸入到一個(gè)路由器，復(fù)用后從一條鏈路輸出。每一個(gè)分組流使用漏桶機(jī)制進(jìn)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(gè)權(quán)標(biāo)。因此bi個(gè)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(gè)分組中的最后一個(gè)分組所經(jīng)受的時(shí)延最大，它等于傳輸這bi個(gè)分組所需的時(shí)間dmax，即bi除以公式(10-1)給出的傳輸速率：(10-2)第52頁,共105頁，2024年2月25日，星期天10.4.3綜合服務(wù)IntServ

與資源預(yù)留協(xié)議RSVPIntServ(IntegratedServices)可對(duì)單個(gè)的應(yīng)用會(huì)話提供服務(wù)質(zhì)量的保證，其主要特點(diǎn)有二，即：資源預(yù)留。路由器需要知道不斷出現(xiàn)的會(huì)話已預(yù)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(huì)話必須首先在源站到目的站的路徑上的每個(gè)路由器預(yù)留足夠的資源，以保證其端到端的服務(wù)質(zhì)量要求。第53頁,共105頁，2024年2月25日，星期天IntServ定義了兩類服務(wù)有保證的服務(wù)(guaranteedservice)，可保證一個(gè)分組在通過路由器時(shí)的排隊(duì)時(shí)延有一個(gè)嚴(yán)格的上限。受控負(fù)載的服務(wù)(controlled-loadservice)，可以使應(yīng)用程序得到比通常的“盡最大努力”更加可靠的服務(wù)。第54頁,共105頁，2024年2月25日，星期天IntServ由四個(gè)組成部分(1)資源預(yù)留協(xié)議RSVP，它是IntServ的信令協(xié)議。(2)接納控制(admissioncontrol)，用來決定是否同意對(duì)某一資源的請(qǐng)求。(3)分類器(classifier)，用來將進(jìn)入路由器的分組進(jìn)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(duì)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。第55頁,共105頁，2024年2月25日，星期天流(flow)“流”是在多媒體通信中的一個(gè)常用的名詞，一般定義為“具有同樣的源IP地址、源端口號(hào)、目的IP地址、目的端口號(hào)、協(xié)議標(biāo)識(shí)符以及服務(wù)質(zhì)量需求的一連串分組”。第56頁,共105頁，2024年2月25日，星期天RSVP協(xié)議的工作原理H1H250kb/sR2R1H3100kb/sH43Mb/sR3R4H53Mb/s源站(a)源點(diǎn)用多播發(fā)送PATH報(bào)文

表示PATH報(bào)文3Mb/s3Mb/s3Mb/s100kb/sH1H250kb/sR2R1H3100kb/sH43Mb/sR3R4H53Mb/s源站(b)各終點(diǎn)向源點(diǎn)返回RESV報(bào)文

表示RESV報(bào)文第57頁,共105頁，2024年2月25日，星期天第58頁,共105頁，2024年2月25日，星期天綜合服務(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(gè)流進(jìn)行資源預(yù)留會(huì)產(chǎn)生很大的開銷。(2)IntServ體系結(jié)構(gòu)復(fù)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(jí)數(shù)量太少，不夠靈活。第59頁,共105頁，2024年2月25日，星期天10.4.4區(qū)分服務(wù)DiffServ

(DifferentiatedServices)

1.區(qū)分服務(wù)的基本概念由于綜合服務(wù)

IntServ和資源預(yù)留協(xié)議RSVP都較復(fù)雜，很難在大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)中實(shí)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(shí)也簡寫為DS。因此，具有區(qū)分服務(wù)功能的結(jié)點(diǎn)就稱為DS結(jié)點(diǎn)。第60頁,共105頁，2024年2月25日，星期天區(qū)分服務(wù)DiffServ的要點(diǎn)(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(jí)的服務(wù)質(zhì)量。DS字段現(xiàn)只使用前6bit，即區(qū)分服務(wù)碼點(diǎn)

DSCP(DifferentiatedServicesCodePoint)。CUDSCP比特0567暫不使用第61頁,共105頁，2024年2月25日，星期天服務(wù)等級(jí)協(xié)定SLA

(ServiceLevelAgreement)

在使用DS字段之前，因特網(wǎng)的ISP要和用戶商定一個(gè)服務(wù)等級(jí)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(shí)延和時(shí)延抖動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)的可用性等）和每一類所容許的通信量。第62頁,共105頁，2024年2月25日，星期天DS域(DSDomain)

(2)網(wǎng)絡(luò)被劃分為許多個(gè)DS域

DiffServ將所有的復(fù)雜性放在DS域的邊界結(jié)點(diǎn)(boundarynode)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BBBBDS域DS域第63頁,共105頁，2024年2月25日，星期天(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(biāo)記器(marker)整形器(shaper)測定器(meter)第64頁,共105頁，2024年2月25日，星期天第65頁,共105頁，2024年2月25日，星期天(4)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(gè)流維持供轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)使用的狀態(tài)信息，而是將若干個(gè)流根據(jù)其DS值聚合成少量的流。路由器對(duì)相同DS值的流都按相同的優(yōu)先級(jí)進(jìn)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(jī)制。區(qū)分服務(wù)DiffServ不需要使用RSVP信令。第66頁,共105頁，2024年2月25日，星期天每跳行為PHB

(Per-HopBehavior)

“行為”就是指在轉(zhuǎn)發(fā)分組時(shí)路由器對(duì)分組是怎樣處理的?！懊刻笔菑?qiáng)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(gè)路由器再怎樣處理則與本路由器的處理無關(guān)。這和IntServ/RSVP考慮的服務(wù)質(zhì)量是“端到端”的很不一樣。第67頁,共105頁，2024年2月25日，星期天DiffServ定義的兩種PHB迅速轉(zhuǎn)發(fā)

PBH即EFPHB，或EF。EF指明離開一個(gè)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EFPHB用來構(gòu)造通過DS域的低丟失率、低時(shí)延、低時(shí)延抖動(dòng)、確保帶寬的端到端服務(wù)。像點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接或“虛擬租用線”，又稱為Premium服務(wù)。第68頁,共105頁，2024年2月25日，星期天DiffServ定義的兩種PHB確保轉(zhuǎn)發(fā)

PHB即AFPHB，或AF。AF用DSCP的比特0~2將通信量劃分為四個(gè)等級(jí)，并給每一種等級(jí)提供最低數(shù)量的帶寬和緩存空間。對(duì)于其中的每一個(gè)等級(jí)再用DSCP的比特3~5劃分出三個(gè)“丟棄優(yōu)先級(jí)”。當(dāng)發(fā)生網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)，對(duì)于每個(gè)等級(jí)的AF，路由器首先把“丟棄優(yōu)先級(jí)”較高的分組丟棄。第69頁,共105頁，2024年2月25日，星期天10.5多協(xié)議標(biāo)記交換MPLS

10.5.1MPLS的產(chǎn)生背景

在20世紀(jì)90年代問世的面向連接的ATM技術(shù)在傳送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)時(shí)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。這不僅是因?yàn)锳TM網(wǎng)絡(luò)價(jià)格昂貴，而且還因?yàn)锳TM網(wǎng)絡(luò)和上層的應(yīng)用結(jié)合得很不好。相反，基于IP的因特網(wǎng)與各種應(yīng)用已經(jīng)結(jié)合得很好。因此ATM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(jī)已廣泛地使用在寬帶因特網(wǎng)的主干網(wǎng)中。第70頁,共105頁，2024年2月25日，星期天ATM用作主干網(wǎng)PoPPoPPoPATM交換機(jī)ATM主干網(wǎng)PoP匯接點(diǎn)主干路由器PoP接入路由器第71頁,共105頁，2024年2月25日，星期天匯接點(diǎn)PoP

(PointofPresence)

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(diǎn)PoP進(jìn)行匯接后才能和ATM主干網(wǎng)相連接。匯接點(diǎn)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(gè)匯接點(diǎn)中一般只有一個(gè)，且速率較高。在匯接點(diǎn)中這兩種路由器常通過ATM交換機(jī)相連。

第72頁,共105頁，2024年2月25日，星期天第73頁,共105頁，2024年2月25日，星期天覆蓋模型很難協(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(kuò)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(dǎo)致難以維持龐大的ATM地址到VCI的映射表。從分組轉(zhuǎn)換為信元時(shí)每一個(gè)信元的5字節(jié)首部開銷相當(dāng)大，這常稱為信元稅(celltax)。同時(shí)維護(hù)兩種體系結(jié)構(gòu)完全不同的網(wǎng)絡(luò)也很不方便。第74頁,共105頁，2024年2月25日，星期天多協(xié)議標(biāo)記交換MPLS(MultiProtocolLabelSwitching)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。第75頁,共105頁，2024年2月25日，星期天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(fù)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。第76頁,共105頁，2024年2月25日，星期天10.5.2MPLS的工作原理

1.基本工作過程

MPLS對(duì)打上固定長度“標(biāo)記”的分組用硬件進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，使分組轉(zhuǎn)發(fā)過程中省去了每到達(dá)一個(gè)結(jié)點(diǎn)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(duì)打上標(biāo)記的分組進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)稱為標(biāo)記交換?！敖粨Q”也表示在轉(zhuǎn)發(fā)分組時(shí)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(biāo)記用硬件進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。第77頁,共105頁，2024年2月25日，星期天MPLS協(xié)議的基本原理MPLS域普通IP分組LDPLDPLDPMPLS入口結(jié)點(diǎn)打上標(biāo)記去除標(biāo)記MPLS出口結(jié)點(diǎn)標(biāo)記交換標(biāo)記交換標(biāo)記交換ABCD普通路由器標(biāo)記交換路由器LSR打上標(biāo)記的分組第78頁,共105頁，2024年2月25日，星期天MPLS的基本工作過程(1)MPLS域中的各LSR使用專門的標(biāo)記分配協(xié)議LDP交換報(bào)文，并找出標(biāo)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(jìn)入到MPLS域時(shí)，MPLS入口結(jié)點(diǎn)把分組打上標(biāo)記，并按照轉(zhuǎn)發(fā)表將分組轉(zhuǎn)發(fā)給下一個(gè)LSR。(3)以后的所有LSR都按照標(biāo)記進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。每經(jīng)過一個(gè)LSR，要換一個(gè)新的標(biāo)記。(4)當(dāng)分組離開MPLS域時(shí)，MPLS出口結(jié)點(diǎn)把分組的標(biāo)記去除。再以后就按照一般分組的轉(zhuǎn)發(fā)方法進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。第79頁,共105頁，2024年2月25日，星期天轉(zhuǎn)發(fā)等價(jià)類FEC

(ForwardingEquivalenceClass)

“轉(zhuǎn)發(fā)等價(jià)類”就是路由器按照同樣方式對(duì)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(diǎn)并不是給每一個(gè)分組指派一個(gè)不同的標(biāo)記，而是將屬于同樣FEC的分組都指派同樣的標(biāo)記。FEC和標(biāo)記是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。第80頁,共105頁，2024年2月25日，星期天第81頁,共105頁，2024年2月25日，星期天棧底3.標(biāo)記棧(labelstack)MPLS的一個(gè)重要功能就可以構(gòu)成標(biāo)記棧。MPLS標(biāo)記的格式以及標(biāo)記棧：棧頂鏈路層首部MPLS標(biāo)記MPLS標(biāo)記IP首部數(shù)據(jù)部分鏈路層尾部標(biāo)記值生存時(shí)間TTL試驗(yàn)S比特20318MPLS標(biāo)記棧MPLS幀…IP數(shù)據(jù)報(bào)第82頁,共105頁，2024年2月25日，星期天MPLS標(biāo)記MPLS標(biāo)記一旦產(chǎn)生就壓入到標(biāo)記棧中，而整個(gè)標(biāo)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(jìn)先出的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。MPLS協(xié)議規(guī)定，標(biāo)記棧的棧頂（最后進(jìn)入棧的標(biāo)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(biāo)記棧中只有一個(gè)標(biāo)記。第83頁,共105頁，2024年2月25日，星期天MPLS標(biāo)記棧的使用MPLS域2MPLS域1ABCDEFG壓入壓入彈出彈出分組入分組出第84頁,共105頁，2024年2月25日，星期天第85頁,共105頁，2024年2月25日，星期天10.6居民接入網(wǎng)RAN(ResidentialAccessNetwork)

居民接入網(wǎng)就是從居民住宅至某個(gè)ISP之間的一個(gè)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(jì)地享用各種寬帶多媒體信息?，F(xiàn)在居民接入網(wǎng)RAN往往是寬帶上網(wǎng)的一個(gè)瓶頸。居民接入網(wǎng)有多種實(shí)現(xiàn)方案，但居民接入網(wǎng)到底應(yīng)采用何種技術(shù)方案，目前既無定論，也無統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)。第86頁,共105頁，2024年2月25日，星期天10.6.1xDSL技術(shù)xDSL技術(shù)就是用數(shù)字技術(shù)對(duì)現(xiàn)有的模擬電話用戶線進(jìn)行改造，使它能夠承載寬帶業(yè)務(wù)。DSL是數(shù)字用戶線(DigitalSubscriberLine)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(shí)現(xiàn)的不同寬帶方案。第87頁,共105頁，2024年2月25日，星期天xDSL的幾種類型ADSL(AsymmetricDigitalSubscriberLine)：非對(duì)稱數(shù)字用戶線HDSL(HighspeedDSL)：高速數(shù)字用戶線SDSL(Single-lineDSL)：1對(duì)線的數(shù)字用戶線VDSL(VeryhighspeedDSL)：甚高速數(shù)字用戶線DSL：ISDN用戶線。RADSL(Rate-AdaptiveDSL)：速率自適應(yīng)DSL，是ADSL的一個(gè)子集，可自動(dòng)調(diào)節(jié)線路速率）。第88頁,共105頁，2024年2月25日，星期天第89頁,共105頁，2024年2月25日，星期天ADSL采用兩種調(diào)制技術(shù)無載波振幅相位調(diào)制

CAP(CarrierlessAmplitudePhase)，而另一種是離散多音調(diào)制

DMT(DiscreteMulti-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(biāo)準(zhǔn)。第90頁,共105頁，2024年2月25日，星期天離散多音調(diào)制DMTDMT將可用帶寬劃分為256個(gè)子信道（每個(gè)子信道帶寬為4kHz），然后將數(shù)據(jù)自適應(yīng)地動(dòng)態(tài)分配給每個(gè)子信道，這就使得在約1MHz的可用頻帶內(nèi)實(shí)現(xiàn)超過6Mb/s的數(shù)據(jù)率。ADSL技術(shù)還支持前向糾錯(cuò)

FEC(ForwardErrorCorrection)。第91頁,共105頁，2024年2月25日，星期天第92頁,共105頁，2024年2月25日，星期天10.6.2光纖同軸混合網(wǎng)

HFC(HybridFiberCoax)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)?，F(xiàn)有的CATV網(wǎng)是樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的同軸電纜網(wǎng)絡(luò)，它采用模擬技術(shù)的頻分復(fù)用對(duì)電視節(jié)目進(jìn)行單向傳輸。而HFC網(wǎng)則需要對(duì)CATV網(wǎng)進(jìn)行改造，第93頁,共105頁，2024年2月25日，星期天HFC的主要特點(diǎn)(1)HFC網(wǎng)的主干線路采用光纖HFC網(wǎng)將原CATV網(wǎng)中的同軸電纜主干部分改換為光纖，并使用模擬光纖技術(shù)。在模擬光纖中采用光的振幅調(diào)制AM，這比使用數(shù)字光纖更為經(jīng)濟(jì)。模擬光纖從頭端連接到光纖結(jié)點(diǎn)(fibernode)，即光分配結(jié)點(diǎn)ODN(OpticalDistributionNode)。在光纖結(jié)點(diǎn)光信