第五章網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量.ppt

1、第五章 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量,5.1 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量概述 5.2 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的衡量指標(biāo) 5.3 綜合服務(wù)模型IntServ和資源預(yù)留協(xié)議RSVP 5.4 區(qū)分服務(wù)模型DiffServ 5.5 InterServ和DiffServ相結(jié)合的QoS模型 5.6 多協(xié)議標(biāo)記交換MPLS,第 5 章 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量,5.1 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量（QoS, Quality of Service）概述 1、問題的提出 互聯(lián)網(wǎng)本身只能提供“盡力而為的服務(wù)”或稱“盡最大努力交付的服務(wù)”。 對于早期以純數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)為主的互聯(lián)網(wǎng)來說？ 是可以保障傳輸質(zhì)量的。 當(dāng)互聯(lián)網(wǎng)越來越多的用于傳輸多媒體信息時？ 由于這些實時業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)的傳輸延時

2、、延時抖動等特性較為敏感，這樣網(wǎng)絡(luò)的傳輸質(zhì)量就難以保障了。 后果？ IP網(wǎng)絡(luò)不能保證特定業(yè)務(wù)的QoS要求，已經(jīng)成為IP網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的巨大障礙。 網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量越來越多的引起人們的關(guān)注，甚至成為網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究的熱點問題。 2、什么是網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量： 指IP分組或數(shù)據(jù)流通過網(wǎng)絡(luò)時網(wǎng)絡(luò)所表現(xiàn)出來的性能。,如何衡量QoS ？ 通過一系列可度量的參量：帶寬、分組延遲、延遲抖動和分組丟失率。 3、問題的分析 QoS涉及用戶的要求和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供者的響應(yīng)兩個方面。 （1）用戶的要求 不同類型的業(yè)務(wù)對服務(wù)質(zhì)量的要求是不同的，典型的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)對QoS的要求如表1所示。,表1 典型的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)對QoS的要求,（2）網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供

3、者的響應(yīng) 指互聯(lián)網(wǎng)針對某一類服務(wù)所能夠提供和達到的服務(wù)質(zhì)量 如何匹配？ 協(xié)商解決方案： 需要提供什么樣的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量QoS，雙方之間協(xié)商解決。 當(dāng)用戶的QoS要求太高，網(wǎng)絡(luò)無法滿足時： 將要求用戶降低其QoS要求，甚至為了保證其它用戶的服務(wù)質(zhì)量而拒絕用戶的QoS要求。 準(zhǔn)入控制過程。,用戶與用戶之間及用戶與網(wǎng)絡(luò)之間的相互協(xié)商機制圖示：,如何實現(xiàn)協(xié)商？ 為了便于實現(xiàn)協(xié)商，雙方首先必須定義一個相互協(xié)商的機制；其次，定義一系列協(xié)商的參數(shù)。 IETF的做法： 將QoS定義為一個2維的空間： 其中，服務(wù)類型和參數(shù)類型都是整型數(shù)， 取值范圍：1254。,（1）服務(wù)類型 其取值范圍被劃分為3個區(qū)間：1，2，

4、127，128，254。 1：用于指定通用參數(shù)。即：當(dāng)服務(wù)類型的值為1時，參數(shù)類型中給定的任何參數(shù)都可以被所有的服務(wù)所使用。 區(qū)間2，127：用于表示由IETF定義的各種服務(wù)。例如，2表示保證型服務(wù)，5表示控制負(fù)載型服務(wù)。當(dāng)前，IETF尚未定義更多的服務(wù)類型。 區(qū)間128，254：為研究和實驗而預(yù)留，可在本地范圍任意使用。 （2）參數(shù)類型 區(qū)間1，12：保留區(qū)間，用于指定那些供所有服務(wù)公用和共享的參數(shù)。例如，當(dāng)前可利用的帶寬等。 服務(wù)類型1和該區(qū)間的參數(shù)值一起組成公用共享參數(shù)。例如，(1，5)表示一個可供各種服務(wù)共享的QoS參數(shù)。 區(qū)間128，254：由服務(wù)規(guī)范的設(shè)計人員針對特定的服務(wù)類型給定

5、，不是共享的。,4、適于采用的傳輸層協(xié)議 （1）TCP協(xié)議，一種面向連接的可靠傳輸協(xié)議。 分析發(fā)現(xiàn)：重傳糾錯機制對實時業(yè)務(wù)的傳輸很有害，因為重傳分組的延遲要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其正常傳送的延遲，這將帶來相當(dāng)大的延遲波動。 TCP的滑動窗口流控制機制也會帶來相當(dāng)大的延遲波動。 采用TCP協(xié)議進行實時業(yè)務(wù)的傳輸是有害而無益的。 （2）UDP協(xié)議，一種無連接的不可靠傳輸協(xié)議。 分析發(fā)現(xiàn)：無重傳糾錯和流量控制機制，但延遲和延遲波動都非常小 采用UDP協(xié)議適于進行實時業(yè)務(wù)的傳輸 結(jié)論： 采用UDP協(xié)議，并在此基礎(chǔ)上增加服務(wù)質(zhì)量協(xié)商機制。 其它解決方案： 增大帶寬？ 應(yīng)用的需求是無止境的，不管網(wǎng)絡(luò)有多大的帶寬都有可能

6、耗盡,5、研究現(xiàn)狀 為了較好地解決網(wǎng)絡(luò)的QoS問題，各研究團體紛紛開始組織大規(guī)模的QoS研究，一些大的通信廠商甚至還聯(lián)合成立了QoS論壇，協(xié)商各種QoS技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的實施方案。 Internet工程任務(wù)組（IETF）則專門成立了： 綜合業(yè)務(wù)（Integrated Services）工作組，1994提出綜合業(yè)務(wù)模型 區(qū)分業(yè)務(wù)（Differentiated Services）工作組，1998提出區(qū)分業(yè)務(wù)模型。 綜合+區(qū)分：IntServ over DiffServ模型 QoS研究的目的是針對不同的業(yè)務(wù)，通過最優(yōu)化的使用和管理網(wǎng)絡(luò)資源，使其盡可能滿足多種業(yè)務(wù)的需求。 在當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，QoS的研究內(nèi)容

7、主要體現(xiàn)在確保實時業(yè)務(wù)的通信質(zhì)量這一方面。,5.2 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的衡量指標(biāo) 1、帶寬和傳輸速率 帶寬（Bandwidth)：指信道所具有的頻帶寬度，是描述媒介物理特性的一個參數(shù)，單位用HZ表示。 傳輸速率(Data Rate)：指每秒種傳輸?shù)亩M制比特數(shù)，是描述數(shù)據(jù)流的一個參數(shù)，單位用BPS表示。 相互關(guān)系： 受信道物理特性的影響和信號識別對衰減程度的要求，具有一定帶寬的信道，其信號傳輸速率是有限的。一般來說，信號傳輸?shù)乃俾试娇?，要求信道的帶寬就越高。信道的帶寬越高，信號的傳輸速率就越快?兩者成正比關(guān)系。因此，信號傳輸速率與信道帶寬兩個概念經(jīng)常互換使用。 計算方法：,（1）對于無干擾的理想信

8、道，用奈奎斯特(Nyquist)公式計算：極限傳輸速率（信道容量）C2Flog2S 其中，F(xiàn)為信道帶寬 (Hz)，S為單位周期內(nèi)數(shù)字信號的狀態(tài)數(shù) （2）對于有干擾的實際信道，用香農(nóng)(Shannon)公式計算： 極限傳輸速率（信道容量）CFlog2(1+S/N) 其中，S為數(shù)據(jù)信號平均功率（W），N為干擾信號平均功率（W）。一般的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)都必須保證S/N的比值 2、分組延遲和延遲抖動 分組延遲： 分組的第一個bit離開發(fā)送端與分組的最后一個bit到達接收端的時間間隔 分組延遲可以細(xì)分為4個部分： （1）發(fā)送時延（傳輸時延，transmission delay）：發(fā)送數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)分組從結(jié)點進入

9、網(wǎng)絡(luò)所需的時間。也就是從所發(fā)送分組的第一個比特算起，到該分組的最后一個比特發(fā)送完畢所需的時間。它取決于發(fā)送接口的速率和分組的大小。 發(fā)送時延分組長度/信道帶寬,（2）傳播時延：分組在網(wǎng)絡(luò)中傳播而花費的時間，即發(fā)送端發(fā)送出分組中的某一個比特到接收端接收到該比特所經(jīng)過的時間間隔，它取決于傳輸介質(zhì)和傳輸距離。 注意：信號傳輸速率（即發(fā)送速率）和信號在信道上的傳播速率是完全不同的概念。 （3）處理時延（processing delay）：交換結(jié)點為存儲轉(zhuǎn)發(fā)分組而進行一些必要的處理所花費的時間，即分組從到達節(jié)點到進入輸出隊列的時間間隔，包括對分組頭處理，路由查找等，它取決于節(jié)點的處理能力和分組處理的復(fù)雜

10、度。 （4）排隊時延（queuing delay）：分組從進入隊列到開始傳輸所經(jīng)過的時間間隔，或者說分組在路由器等結(jié)點的緩存隊列中排隊所經(jīng)歷的時延。排隊時延取決于平均隊列長度（反映的是網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)流量）和調(diào)度策略。 分組總時延發(fā)送時延傳播時延處理時延排隊時延 如何減少時延？ 提高網(wǎng)絡(luò)的帶寬、增加路由器等結(jié)點的緩存空間和處理能力,延遲抖動： 分組延遲的變化程度。反映的是端到端延時的變化特性。 產(chǎn)生原因？ 由延時的可變部分的變化導(dǎo)致的。 如：流量的突發(fā)、不公平的隊列調(diào)度算法。 影響程度： 延遲抖動越大，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量越難以控制，網(wǎng)絡(luò)越容易出現(xiàn)擁塞。 3、分組丟失率和超時重傳率 丟失原因：因為出現(xiàn)擁塞

11、而被迫丟失 因避免出現(xiàn)擁塞而被主動丟棄。 分組丟失率： 單位時間內(nèi)丟失的分組數(shù)量與所傳輸?shù)姆纸M數(shù)量的比值。 取平均值(因為不同時刻，網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)流量以及擁塞程度不同) 超時重傳率： 單位時間內(nèi)被重傳的分組數(shù)量與發(fā)送的分組總數(shù)的比率。 取一段時間內(nèi)的平均值。,誤碼率： 二進制符號在傳輸系統(tǒng)中被傳錯的概率。 誤碼率Pe 接收的錯誤比特數(shù)/傳輸?shù)目偙忍財?shù) 分組丟失率、超時重傳率和誤碼率都是衡量網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量的一個重要參數(shù)。 4、網(wǎng)絡(luò)吞吐量和網(wǎng)絡(luò)利用率 吞吐量(throughput)： 單位時間內(nèi)通過網(wǎng)絡(luò)(或信道、接口)的數(shù)據(jù)量。 信道利用率： 信道的使用效率。 網(wǎng)絡(luò)利用率： 網(wǎng)絡(luò)中全部信道的利用率的加

12、權(quán)平均值。 考慮到可能出現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)擁塞，信道利用率或網(wǎng)絡(luò)利用率并非越高越好。,5.3 綜合服務(wù)模型IntServ和資源預(yù)留協(xié)議RSVP 1、IntServ/RSVP的體系結(jié)構(gòu)模型和工作原理 IntServ/RSVP綜合服務(wù)體系結(jié)構(gòu)模型基本思想： 一個應(yīng)用要想獲得某種服務(wù)質(zhì)量，必須在向網(wǎng)絡(luò)傳送流量之前請求網(wǎng)絡(luò)為其預(yù)留所需資源。 實現(xiàn)方式： 在會話開始之前，源端和目的端之間建立一條專用鏈路。 IntServ/RSVP實際上提供了一種類似于電路級(circuit level)的服務(wù)質(zhì)量，理論上是可以實現(xiàn)完全的端到端QoS。 籍此， IntServ/RSVP可以支持多種不同級別的服務(wù)類型。 服務(wù)類型的定

13、義： （1）有保證的服務(wù)（Guaranteed Service，GS）：對帶寬、時延、丟包率提供定量的質(zhì)量保證。例如，可以保證一個分組在通過路由器時的排隊時延有一個嚴(yán)格的上限。,（2）受控負(fù)載的服務(wù)（Controlled_Load Service，CLS）： 沒有固定的服務(wù)質(zhì)量（帶寬、時延、丟包率）保證，能夠提供一種相當(dāng)于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點在低負(fù)載情況下的盡力服務(wù)。 （3）盡力而為的服務(wù)（Best Effort，BE）：類似于Internet提供的盡力而為的服務(wù)，基本沒有質(zhì)量保證。 IntServ的4個功能部件： （1）分類器（Packet Classifier）：根據(jù)預(yù)置的一些規(guī)則，對進入路由器中的分

14、組進行分類。分組經(jīng)過分類以后被放到不同的隊列中等待提供服務(wù)。 （2）調(diào)度器(Packet Scheduler)：基于一些調(diào)度算法，對分類的分組隊列進行調(diào)度。 （3）接納控制器(Admission Control)：基于用戶和網(wǎng)絡(luò)達成的協(xié)議，對用戶的訪問進行一定的監(jiān)視和控制，以利于保證雙方的共同利益。 （4）資源預(yù)留協(xié)議（RSVP：Resource Reservation Protocol）：Internet上的信令協(xié)議。,預(yù)留的資源： 緩沖區(qū)及帶寬的大小等。 實現(xiàn)過程： 在路由的每一跳上進行，由此提供端到端的QoS保證。 適用環(huán)境： 由于RSVP是單向的資源預(yù)留，因此適用于點到點以及點到多點的

15、通信環(huán)境。 RSVP的屬性： 不屬于傳輸層的協(xié)議，而是屬于網(wǎng)際層的控制類協(xié)議（在此稱為信令協(xié)議），只用于預(yù)留資源、不用于攜帶應(yīng)用數(shù)據(jù)。 資源預(yù)留時間： 為了適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渎酚杉癚oS要求的變化，各路由器中的預(yù)留信息只存儲有限的時間。 RSVP請求及路由器維護的狀態(tài)信息要做周期性的刷新。 IntServ/RSVP綜合服務(wù)體系結(jié)構(gòu)模型：,2IntServRSVP模型的優(yōu)點 （1）IntServ/RSVP可提供嚴(yán)格的端到端細(xì)粒度的服務(wù)質(zhì)量，能夠提供絕對有保證的QoS。 RSVP運行在從源端到目的端的每個路由器上，因此可以監(jiān)視每個業(yè)務(wù)流，從而可以防止其消耗的資源比它請求預(yù)留的資源要多的情況。 （2）能夠

16、像支持單播流那樣方便地支持多播流。 RSVP采用了面向接收者的方法，它能夠識別多播流中的所有接收端，然后發(fā)送PATH消息給它們。并且它可以把來自多個接收端的REVP消息匯聚到一個網(wǎng)絡(luò)匯聚點上。 3IntServRSVP模型的缺點 （1）擴展性不好。由于它是基于流的、與狀態(tài)相關(guān)的服務(wù)模型，隨著流數(shù)目的增加，狀態(tài)信息的數(shù)量將成比例地增長，因此它會占用過多的路由器存儲空間和處理開銷。,（2）對路由器的要求較高，實現(xiàn)復(fù)雜。由于需要進行端到端的資源預(yù)留，因此必須要求從發(fā)送者到接收者之間的所有路由器都支持必要的信令協(xié)議，所有這些路由器都必須實現(xiàn)RSVP、接納控制、分類和調(diào)度。 （3）不適用于業(yè)務(wù)量較小的“

17、流”。因為這種情況下為該“流”預(yù)留資源的開銷很可能大于處理流中有效數(shù)據(jù)的開銷。 但是，目前Internet流量絕大多數(shù)是由業(yè)務(wù)量較小的突發(fā)流構(gòu)成的（如Web應(yīng)用），當(dāng)這些流只需要一定程度的QoS保證時，集成業(yè)務(wù)模型的效率很低。 IntServ/RSVP模型是對提高Internet的QoS性能做出的最初嘗試，是為了保證視頻會議這一類長生存期(long_lasting)的實時應(yīng)用。 對于一些隨機的突發(fā)性實時業(yè)務(wù)流來說，如果對每一個短暫的會話都啟動資源預(yù)留就有些得不償失了。 （4）綜合服務(wù)IntServ所定義的服務(wù)質(zhì)量等級太少，不夠靈活,4關(guān)于資源預(yù)留的爭議 預(yù)留是必要的呢，還是因特網(wǎng)保持原來的盡力

18、而為服務(wù)更好一些？ 反：增加了網(wǎng)絡(luò)中路由器的復(fù)雜性，開銷較大并且難以管理。 光纖和密集波分復(fù)用（DWDM）技術(shù)使網(wǎng)絡(luò)帶寬充裕和便宜到可以自動保證QoS的程度，采用盡力而為服務(wù)比資源預(yù)留協(xié)議所帶來的復(fù)雜性和成本要低得多。 實現(xiàn)方式： 只需在接收端增加一個較大的緩沖區(qū)以及通過編寫能夠適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)擁塞變化的自適應(yīng)性程序來改善實時業(yè)務(wù)的質(zhì)量。 正：基于資源預(yù)留的各種QoS機制與TCP那種基于反饋的擁塞控制機制相比能提供更多的和可變的QoS保證。 高可靠度的多媒體應(yīng)用比傳統(tǒng)的Internet所提供的盡力而為服務(wù)有更高的質(zhì)量和更加可預(yù)測的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)要求。 帶寬總是稀少的資源，不管網(wǎng)絡(luò)所提供的帶寬充裕到何種程度，

19、都會被不斷涌現(xiàn)的新業(yè)務(wù)所吞噬。,數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)界支持“盡力而為”，強調(diào)在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中為用戶提供各種可能的服務(wù)； 通信界支持“連接和預(yù)留”，更強調(diào)QoS的保證。 爭論的結(jié)果： 提供QoS機制。 目前幾乎所有主要的路由器交換機生產(chǎn)廠商都在它們的高端產(chǎn)品中提供了一些QoS機制。 存在的問題： 引入QoS機制帶來了管理和計費等方面的問題，改變了數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)界所倡導(dǎo)的“Internet是自由的”理念，而正是這種理念在某種程度上促成了Internet近年來的爆炸式增長。 很難對兩種技術(shù)進行簡單的取舍，而只能根據(jù)實際情況在兩者之間做出一個適當(dāng)?shù)恼壑浴?5.4 區(qū)分服務(wù)模型DiffServ 1、區(qū)分服務(wù)模型Diff

20、Serv的基本原理 在流進入網(wǎng)絡(luò)傳輸之前，Internet服務(wù)提供商（Internet Service Provider，ISP）要和用戶通過協(xié)商形成一個服務(wù)等級協(xié)定（Service Level Agreement，SLA），確定所支持的業(yè)務(wù)級別（也可稱之為服務(wù)類別，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），連同在每個業(yè)務(wù)級別中所允許的通信量。 在網(wǎng)絡(luò)入口處，根據(jù)用戶和ISP簽訂的服務(wù)等級協(xié)定SLA，為每個分組分配一個區(qū)分服務(wù)碼點（DiffServ Code Point，DSCP），并填入每個分組的DS域。 SLA可以采用靜態(tài)和動態(tài)兩種方式確定： （1）靜態(tài)SLA需要定期地協(xié)商

21、，如以月或按年為單位； （2）動態(tài)SLA的客戶可用某種信令協(xié)議（如RSVP）動態(tài)地請求所要求的服務(wù)。,DS域： 在1998年IETF推出區(qū)分服務(wù)模型DiffServ后，就重新命名了IPv4報頭的TOS域和IPv6報頭的TC域，統(tǒng)一定義為DS域。DS域被分割為一個6比特的DSCP字段和一個2比特的未用（Current Unused，CU）字段。每個DSCP值就對應(yīng)了一種特定的服務(wù)等級。DS域的構(gòu)成和使用情況如下：,處理過程：在網(wǎng)絡(luò)的核心處，路由器就根據(jù)該DSCP值來決定分組的逐跳行為（Per Hop Behavior，PHB）。具有相同DSCP值的分組將接受相同的處理，按相同的優(yōu)先級進行轉(zhuǎn)發(fā)。這

22、樣，還可以實現(xiàn)行為聚合（Behavior Aggregate ，BA）。 DiffServ可以將網(wǎng)絡(luò)中的若干個流根據(jù)其DS域中的DSCP值聚合成少量等級的流，以減少調(diào)度算法處理的隊列數(shù)量，減少路由器轉(zhuǎn)發(fā)機制的復(fù)雜程度。 DiffServ域的概念： 一個DiffServ域由許多路由器組成。處于域邊緣的路由器稱之為邊緣路由器(Edge Router，ER)，處于域核心的路由器稱之為核心路由器(Core Router，CR)。 DiffServ將對流的復(fù)雜處理推向網(wǎng)絡(luò)的邊緣，由邊緣路由器ER來完成分組的分類和流量調(diào)節(jié)等大量的工作。核心路由器CR的工作相對簡單，不再維護節(jié)點的狀態(tài)信息，僅完成相應(yīng)的逐跳

23、行為PHB操作。 對于DiffServ模型來說，具有很好的擴展性和伸縮性。,邊緣路由器可以擴展為邊緣結(jié)點，除路由器外，也可以是主機或防火墻。 當(dāng)分組進入核心路由器后，核心路由器只要根據(jù)DSCP的值進行轉(zhuǎn)發(fā)即可。但是當(dāng)一個分組從一個域（domain）進入另外一個域時，其DS字段可能會被重新標(biāo)記，這由兩個域之間的SLA確定。,DiffServ模型的工作原理,DiffServ中定義了三種業(yè)務(wù)類型： （1）快速轉(zhuǎn)發(fā)（Expedited Forwarding，EF）：指離開路由器的速率不小于一個定值，DSCP推薦值為101110。 通過快速轉(zhuǎn)發(fā)EF可以提供低時延、低時延抖動、低丟失率和確保帶寬的端到端有

24、保證的服務(wù)。這種服務(wù)又稱為最優(yōu)（Premium）服務(wù)，類似專線或租用線的業(yè)務(wù)，如虛擬專用線路VLL的端到端服務(wù)。EF分組具有高于其它分組的優(yōu)先級，因此，對于實時業(yè)務(wù)應(yīng)采用快速轉(zhuǎn)發(fā)EF類型。 （2）盡力而為（Best Effort，BE）：類似目前Internet中盡力而為的服務(wù)。這種服務(wù)又稱為默認(rèn)服務(wù)，具有最低的優(yōu)先級，DSCP推薦值為000000。 （3）保證轉(zhuǎn)發(fā)(Assured Forwarding，AF)：利用DSCP的低3位將通信量分為四類，即4個服務(wù)等級(分別為001，010，011，100)，并給每一類提供最低數(shù)量的帶寬和緩存空間。對于其中的每一個類再用DSCP的高3位劃分成三種不

25、同的丟棄優(yōu)先級(分別為010，100和110，從最低到最高)。,服務(wù)等級和丟棄優(yōu)先級之間的組合關(guān)系：,進行IP分組轉(zhuǎn)發(fā)取決于： 多少資源分配給此分組所屬的AF等級； 此AF等級當(dāng)前的負(fù)載和擁塞情況； 分組的丟棄優(yōu)先級。 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞時，路由器就首先將最低服務(wù)等級和最高丟棄優(yōu)先級的分組丟棄。,1. 區(qū)分服務(wù)DiffServ模型的優(yōu)點 （1）擴展性好：DS域只是規(guī)定了有限數(shù)量的業(yè)務(wù)級別，并沒有定義特定的服務(wù)或特定的服務(wù)類別。當(dāng)新的服務(wù)類別出現(xiàn)而舊的服務(wù)類別不再使用時，區(qū)分服務(wù)DiffServ機制不發(fā)生任何變化，仍然正常工作。 DiffServ的服務(wù)粒度不再是每個流，而是比流更“粗”的粒度，如按用

26、戶而不是按用戶應(yīng)用進行粒度區(qū)分。因此，狀態(tài)信息的數(shù)量正比于業(yè)務(wù)級別，而不是流的數(shù)量。 （2）便于實現(xiàn)：DiffServ將其大部分實現(xiàn)復(fù)雜度轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡(luò)的邊緣上，只在網(wǎng)絡(luò)的邊界上才需要復(fù)雜的分類、標(biāo)記、測定和整形操作。而在網(wǎng)絡(luò)核心只需實現(xiàn)最簡單的服務(wù)保證機制。更為重要的一點是DiffServ模型通過約定的DSCP值來表示不同的服務(wù)等級，從而只需在網(wǎng)絡(luò)邊緣進行用戶服務(wù)請求到DSCP的映射，免去了網(wǎng)絡(luò)核心結(jié)點顯式預(yù)留信令的必要，從而降低了其實現(xiàn)復(fù)雜度。并且區(qū)分服務(wù)模型對路由器的要求較小，這些都有利于在Internet上實現(xiàn)區(qū)分服務(wù)。,（3）不影響路由：與一些以虛電路方式實現(xiàn)QoS的方案(如ATM)不同

27、，區(qū)分服務(wù)結(jié)點提供服務(wù)的方法僅限于隊列調(diào)度和緩沖管理，不涉及路由選擇機制。因此，可廣泛用于骨干網(wǎng)中。 2. 區(qū)分服務(wù)DiffServ模型的缺點 由于Diffserv仍采用了逐跳路由的分組轉(zhuǎn)發(fā)方式，因而對端到端的QoS支持顯得不足，自身無法提供端到端的QoS保證。 3. 展望 目前，DiffServ仍在不斷向前發(fā)展，一些新的業(yè)務(wù)類型不斷涌現(xiàn)，有的已經(jīng)形成標(biāo)準(zhǔn)，如兼容優(yōu)先級隊列的類型選擇型（Class Selector，CS）業(yè)務(wù)。有的仍在討論中，如允許丟失的快速型EFD。但DiffServ的體系結(jié)構(gòu)已經(jīng)比較明確，有關(guān)服務(wù)提供的相關(guān)問題也在逐步清晰化，大量的路由器等產(chǎn)品都提供對區(qū)分服務(wù)DiffSe

28、rv的支持。,5.5 InterServ和DiffServ相結(jié)合的QoS模型 1、 質(zhì)量/效率因子的概念 網(wǎng)絡(luò)管理者在提供各種QoS服務(wù)時必須要面臨的一個問題是在QoS和資源使用效率上進行折衷。 在一個網(wǎng)絡(luò)中，如果采用固定的QoS機制，那么QoS和資源使用效率近似成反比。QoS的提高在很大程度上依賴于網(wǎng)絡(luò)中存在的可以利用的資源，如果網(wǎng)絡(luò)資源缺乏時，QoS將相應(yīng)地下降。 一個網(wǎng)絡(luò)中QoS和資源使用效率倒數(shù)的乘積稱為該網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量/效率（QE）因子。 采用不同的QoS機制對網(wǎng)絡(luò)增加的額外開銷是不同的，所以當(dāng)網(wǎng)絡(luò)管理者決定實施某種QoS機制時必須考慮到這種情況 為此，IP網(wǎng)絡(luò)中不僅需要通過采用多種Qo

29、S機制來滿足多種業(yè)務(wù)對QoS的要求。而且我們還應(yīng)最優(yōu)化地組合這些QoS機制來進一步提高網(wǎng)絡(luò)的QE因子。并盡可能通過與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的匹配，達到支持QoS的端到端及頂?shù)降椎耐ㄐ疟Ｕ系哪康摹?2、IntServ over DiffServ模型 模型的基本思想： 在網(wǎng)絡(luò)的邊緣處采用IntServ/RSVP機制，而在網(wǎng)絡(luò)的核心處采用DiffServ機制。 終端主機可以采用具有很高量化程度(如帶寬、時延抖動門限等)的RSVP請求，然后由邊緣路由器將此RSVP預(yù)留的資源映射到相應(yīng)的服務(wù)級別上去。 模型形式：,關(guān)鍵：在于域交界處的處理。這又將包括兩個方面： （1）控制面的資源預(yù)留 （2）數(shù)據(jù)面的服務(wù)類型映射，即如

30、何把一個IntServ服務(wù)類型的分組分類映射為一個DiffServ的PHB。 資源預(yù)留的過程，有兩種模式： 靜態(tài)的資源供給：DiffServ域?qū)ATH報文和回傳的RESV報文做透明傳輸。只是RESV報文到達邊緣路由器ER時，將觸發(fā)接納控制，以決定DS域能否接收指定的flowspec。 動態(tài)的資源供給：Diffserv域中的每個節(jié)點都是標(biāo)準(zhǔn)的IntServ/RSVP節(jié)點，這樣DiffServ網(wǎng)絡(luò)是一個能感知RSVP的網(wǎng)絡(luò)。同時采取一些策略來決定哪些分組由RSVP處理，哪些分組由DiffServ處理。 但到目前為止，動態(tài)的資源供給還沒有一個完善的解決方案。 對于服務(wù)類型的映射，IntServ中有

31、保證的業(yè)務(wù)GS可以完全映射為DiffServ中的快速轉(zhuǎn)發(fā)EF PHB。對于受控負(fù)載的業(yè)務(wù)CLS可映射為保證轉(zhuǎn)發(fā)AF PHB。,今后的可能情況： （1）綜合業(yè)務(wù)模型會因為擴展性等問題而無法在WAN上使用，但是它可以在企業(yè)網(wǎng)中很好地運行。在LAN上使用InterServ和DiffServ的混合模形來提供端到端的QoS保證； （2）區(qū)分服務(wù)模型(配合MPLS)在WAN上占有主導(dǎo)地位。 兩種模型的互通問題：當(dāng)發(fā)送者和接收者之間的通路同時需要LAN和WAN時，如何才能夠確保端到端的QoS呢？ IETF針對這個問題提出的兩種互操作方法： （1）將集成業(yè)務(wù)覆蓋在區(qū)分業(yè)務(wù)網(wǎng)上，同時RSVP信令可以完全透明地通

32、過區(qū)分業(yè)務(wù)網(wǎng)進行傳遞。而由位于兩種網(wǎng)絡(luò)邊緣的設(shè)備來處理RSVP信令，并且根據(jù)區(qū)分業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)中的資源可用性來提供許可控制。 （2）進行簡單地并行處理。區(qū)分業(yè)務(wù)網(wǎng)中的每個節(jié)點可以具有RSVP功能，同時采取一些策略來決定哪些分組由RSVP處理，哪些分組由DiffServ處理。但是這種模型通常只適用于小型網(wǎng)絡(luò)。,5.6 多協(xié)議標(biāo)記交換 MPLS,如何使高速骨干網(wǎng)絡(luò)更快？ 提速：帶寬1G 2.5G 10G； 效果？ 有限！ 已有的技術(shù)： 幀中繼，ATM風(fēng)靡一時，但與IP網(wǎng)絡(luò)缺少兼容性。 現(xiàn)狀： 90年代初，IETF提出高速骨干網(wǎng)絡(luò)交換標(biāo)準(zhǔn)MPLS,與IP網(wǎng)絡(luò)具有很好的兼容性，并于近些年廣泛采用。 MPLS

33、？ MPLS提供的是一種簡單的交換機制，在第二層執(zhí)行硬件式交換，從而減小了數(shù)據(jù)包處理和轉(zhuǎn)發(fā)的延遲。,5.6.1 MPLS（MultiProtocol Label Switching）的產(chǎn)生背景,MPLS 的特點：,(1) 支持多種鏈路層協(xié)議(幀中繼、ATM、以太網(wǎng)、PPP等)； (2) 支持面向連接的服務(wù)質(zhì)量； (3) 有效地支持虛擬專用網(wǎng) VPN； (4) 支持流量工程，平衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。,5.6.2 MPLS 的工作原理1. 概述,實現(xiàn)思想： 不用可變長度的IP地址前綴來查找轉(zhuǎn)發(fā)表中的匹配項目，而是給每一個IP數(shù)據(jù)報打上固定長度的“標(biāo)記”，MPLS 對打上固定長度“標(biāo)記”的分組用硬件進行轉(zhuǎn)發(fā)，

34、使分組在轉(zhuǎn)發(fā)過程中省去了每到達一個路由結(jié)點都要上升到第3層軟件查找路由表的過程，而是根據(jù)第二層的標(biāo)記用硬件進行轉(zhuǎn)發(fā)，因而分組轉(zhuǎn)發(fā)的速率大大加快。 相關(guān)概念： 標(biāo)記交換：采用硬件技術(shù)對打上標(biāo)記的分組進行轉(zhuǎn)發(fā)。 標(biāo)記交換路由器LSR：具有標(biāo)記交換和路由選擇兩種功能； MPLS域：內(nèi)部所有路由器都是標(biāo)記交換路由器LSR。 標(biāo)記分配協(xié)議LDP： MPLS域中的LSR使用。 標(biāo)記分配路徑LSP：和特定標(biāo)記對應(yīng)的路徑。,標(biāo)號 轉(zhuǎn)發(fā)接口 0 1 1 0 2 1 3 1,0,1,S1,S2,S3,0,S1 的轉(zhuǎn)發(fā)表,0,1,每個分組攜帶一個叫做標(biāo)記(label)的小整數(shù)。 當(dāng)分組到達交換機時，交換機讀取分組的標(biāo)記， 并用標(biāo)記值來檢索分組轉(zhuǎn)發(fā)表提高了速度。,MPLS的實現(xiàn)思想, 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(biāo)記,去除標(biāo)記,MPLS 出