第七章IP网络的服务质量

业务量控制机制：分组分类
将输入分组映射到某个类，放入不同的输 出队列
一个类可能包含有多个流
多字段（MF：Multi-Field）分类器
源/目的IP地址、源/目的端口、协议类型
原则：考虑分类粒度和处理开销之间的平 衡
用于分类的字段越多，处理开销越大
业务量控制机制：接纳控制
根据当前资源情况，判断是否同意接入一 个新的流的QoS请求 两种接纳控制算法
QoS的度量参数
带宽（ ）：给定介质 带宽（bandwidth）：给定介质、协议或连接的额定吞吐量，实际上指应用 ）：给定介质、协议或连接的额定吞吐量， 程序在网络中通信所需要的“管道大小” 程序在网络中通信所需要的“管道大小”，也可以认为是用户对网络传输速 率的要求。 率的要求。
最小带宽（最小分组速率（ ））：传输中的最小瞬时速率 最小带宽（最小分组速率（Least Packet Rate））：传输中的最小瞬时速率，可 ））：传输中的最小瞬时速率， 用产生两个相邻分组的最大时间间隔的倒数来表示 峰值带宽（峰值分组速率（ ））：传输中的最大瞬时速率 峰值带宽（峰值分组速率（Peak Packet Rate））：传输中的最大瞬时速率，可 ））：传输中的最大瞬时速率， 用产生两个相邻分组的最短时间间隔的倒数来表示； 用产生两个相邻分组的最短时间间隔的倒数来表示； 平均带宽（平均分组速率（ ））：一段时间内分组传输的 平均带宽（平均分组速率（Sustained Packet Rate））：一段时间内分组传输的 ））： 平均速率； 平均速率；
• FQ：Fi = Max(Fi-1，Ai) + Pi
业务量控制机制：分组丢弃
当路由器队列（缓 冲区）时将开始丢 弃分组 被动丢弃：队尾丢 弃（Drop Tail） 主动丢弃：随机早 期检测（RED： Random Early Detection ）丢弃
Qavg＝（1－Wq）× Qavg＋Qinst × Wq
延时（ ）：分组从发送端到达接收端的时间间隔 延时（delay）：分组从发送端到达接收端的时间间隔 ）：
传输延时： ）：发送分组的第一个比特到发送最后一个比特 传输延时：transmission delay）：发送分组的第一个比特到发送最后一个比特 ）： 的时间间隔，取决于发送接口的速率和分组的大小。 的时间间隔，取决于发送接口的速率和分组的大小。 传播延时：（ ：（propagation delay）：发送分组的一个比特到接收端接收到该比特 ）：发送分组的一个比特到接收端接收到该比特 传播延时：（ ）： 的时间间隔，取决于传输介质和传输距离。 的时间间隔，取决于传输介质和传输距离。 处理延时（ ）：分组从到达节点到进入输出队列的时间间隔 处理延时（processing delay）：分组从到达节点到进入输出队列的时间间隔， ）：分组从到达节点到进入输出队列的时间间隔， 包括对分组头标处理，路由查找等，取决于节点的处理能力和分组处理的复杂度。 包括对分组头标处理，路由查找等，取决于节点的处理能力和分组处理的复杂度。 排队延时（ ）：分组从进入输出队列到开始输出的时间间隔 排队延时（queuing delay）：分组从进入输出队列到开始输出的时间间隔，取 ）：分组从进入输出队列到开始输出的时间间隔， 决于队列长度和调度策略。 决于队列长度和调度策略。
流的源端可以用流标记来标识流 路由器可以根据分组头中的流标记对分组 进行快速处理
IntServ特点
提供端到端的QoS保证 基于流的细粒度资源分配 存在可扩展性问题
在每个实时业务开始之前，由终端设备向网络发出请求， 为它预留必要的网络资源（带宽、存储），通过在网络中 使用拥塞控制和队列调度机制，使实时业务的带宽和延迟 得到保证
“流”：来自单一用户具有相同QoS需求，且可 识别的数据分组
IntServ中能识别的最小粒度 流是单向的，它具有单一的发送端和N个接收端。
RTSP、数据压缩等 、 应用层
高层： 高层： QoS参数 参数 协商和 状态维护
RTP+RTCP TCP流控 流控 传输层 带宽控制设备 L4 网络层 R R SW R RSVP 带宽控制设备 R L4 TCP/UDP端口号 端口号 COS、Diff-serv 、 IEEE 802.1p标记 标记 帧分片（ 帧分片（FRF.12） ） 业务类型（ 业务类型（CBR、VBR等） 、 等 带宽分割 R SW FR ATM TDM R 路由器 LAN交换机 交换机 帧中继交换机 ATM交换机 交换机 时分复用设备
背景
数据业务 综合业务 数据视频语音） （数据视频语音） 支持服务质量模型
尽力服务模型
IP网络 网络 以太网、令牌环网、 以太网、令牌环网、IEEE 802.11、3G… 、
IP将成为未来各种网络技术和业务的融合平台 QoS: Quality of Service，服务质量
按层次对QoS技术分类
基于资源预留参数的接纳控制：根据节点以前同 意接入的所有请求的服务参数，用每个服务最坏 情况的边界值来进行计算 基于资源实际使用情况的接纳控制：测量现有分 组流的实际链路带宽利用率，据此来判定是否接 纳一个新的流
业务量控制机制：分组调度
从多个输出队列中选择下一个要转发的分组 分组调度算法
严格优先级调度（Strict Priority Scheduling）
队列按优先级递减排序，只有在高优先级的队列为空时， 才服务下一个优先级的队列 低优先级队列的分组可能被完全阻止发送（处于饥饿状态）
• 映射到高优先权队列的业务量不超出允许的局部输出链路的容量
加权公平队列WFQ（Weighted Fair Queuing）
根据权重来确定每个队列所获得的链路带宽的百分比
Standardizing an IP signaling protocol with QoS signaling as the first use case
G. Armitage, Revisiting IP QoS: why do we care, what have we learned ? ACM SIGCOMM 2003 RIPQOS workshop report, Computer Communication Review X. Masip-Bruin, M. Yannuzzi, etc. Research challenges in QoS Routing, Computer Communications 29(2006) 563-581
延时抖动（ ）：端到端延时的变化特性 延时抖动（delay jitter）：端到端延时的变化特性，由延时的可变部分的变 ）：端到端延时的变化特性， 化导致的，流量的突发、不公平的队列调度算法都可能导致较大的延时抖动。 化导致的，流量的突发、不公平的队列调度算法都可能导致较大的延时抖动。
QoS模型
综合服务(IntServ)模型 区分服务(DiffServ)模型 Diff-IntServ综合模型
资源预留协议：特点
面向接收（Receiver-Oriented）：由接收 方根据需要预留 软状态（soft state）：定期发送PATH和 RESV消息维护 组播支持
PATH R
路由器1 路由器
路由器1 路由器 接收方2 接收方
IntServ和IPv6
底层： 底层： 真正的 QoS实现 实现
链路层
FR ATM
物理层 TDM
CBR：Constant Bit Rate ： VBR：Variable Bit Rate UBR：Unspecified Bit Rate ： ： FRF：Frame Relay Forum TOS：Type Of Service Diff-serv：Differentiated service ： ： ： RTP：Real-time Transport Protocol RTCP：RTP Control Protocol RTSP：Real Time Streaming Protocol ： ： ：
服务类型
保证型服务（GS：Guaranteed Service ）
提供完全保证的服务质量，用于要求低延时的业 务，其最大延时和带宽能够得到定量保证
受控负载型服务（CLS：Controlled-Load CLS Controlled-Load Service ）
没有固定的时延保证，能够提供一种相当于网络 节点在低负载情况下的尽力服务
第七章 IP网络的服务质量 网络的服务质量
Resource
Xiao Xipeng, Lionel M Ni. Internet QoS:The Big Picture. IEEE Network Magazine, 1999,13(2) :8-18 R. Braden, D. Clark, and S. Shenker. Integrated services in the Internet architecture: an overview. RFC 1633, July, 1994 S. Blake, D. Black, M. Carlson. An Architecture for Differentiated Services. RFC 2475, December 1998 Y. Bernet, P. Ford, etc. A Framework for Integrated Services Operation over Diffserv Networks, RFC 2998, November 2000 IETF NSIS (Next Steps in Signaling) Working Group
业务量控制机制：概述
传统的Internet分组转发
FIFO：First In First Out 业务无区分
业务量控制机制为流提供不同的服务质量
分组分类（Packet Classify） 接纳控制（Admission Control） 分组调度 （Packet Schedule） 分组丢弃（Packet Drop）