网络通信Qos

六、 Qos应用
• 多媒体流要求有保障的通过量. • IP电话需要严格的抖动和延迟限制. • 性命攸关的应用系统，例如远程外科手术要求有可靠
保证的可用性. •…
六、针对IP 视频会议基于网络的QoS
处理流程图
六、流量监管
令牌桶
流 分 类
drop
CAR (Committed Access Rate):约定访问速率
网络通信Qos
一、Qos概念和背景
1
Qos的背景
2
Qos的概念
一、Qos概念和背景
1. Qos的背景---丢包
Internet
我 是 张 三 啊 ……
本地这么说 …...
我是
三 啊 ……
对方听到的是 …...
一、Qos概念和背景
1. Qos的背景---延时
发送的第一个bit
Intern et
接收的最后一个bit
A
处理延时
A
网络传输延时
处理延时
时间 twenku.baidu.com
端到端的延时
一、Qos概念和背景
1. Qos的背景---抖动
Internet
3
2
1
发送
3
2
1
接收
D3
D2
D1
D3=D2=D1
一、Qos概念和背景
1. Qos的背景---带宽限制
10M
IP
我要2M
一、Qos概念和背景
2. Qos的概念 QoS（Quality of Service）即服务质量。对于
二、RSVP原理
我要预留 2Mbps带宽
OK！
OK！
OK！
我要预留 2Mbps带宽
OK！
开始通信
二、RSVP的问题
• 要求端到端所有设备支持这一协议. • 网络单元为每个应用保存状态信息，可扩展性差. • 周期性同相邻单元交换状态信息，协议报文开销大. • 不适合在大型网络中应用.
二、 DiffServ模型体系结构
吞吐量
B
可用性 A
关键指标
C 时延
丢包 E
D 时延变化
五、可用性
• 是当用户需要时网络即能工作的时间百分比. • 可用性主要是设备可靠性和网络存活性相结合的结果. • 对它起作用的还有一些其他因素，包括软件稳定性以及网络
演进或升级时不中断服务的能力.
五、吞吐量
• 是在一定时间段内对网上流量(或带宽)的度量. • 一般讲，吞吐量越大越好.
四、优先级设置
排队方式
严格优先队列(SPQ)
它首先为最高优先级的队 列进行服务，直到该队列 为空，然后为下一个次高 优先级队列服务，依此类 推。这种方法的优势是高 优先级业务总是在低优先 级业务之前处理。但是， 低优先级业务有可能被高 优先级业务完全阻塞。
加权循环(WRR)
这种方法为所有业务队 列服务，并且将优先权 分配给较高优先级队列。 在大多数情况下，相对 低优先级，WRR将首先 处理高优先级，但是当 高优先级业务很多时， 较低优先级的业务并没 有被完全阻塞。
五、时延
• 指一项服务从网络入口到出口的平均经过时间. • 许多服务，特别是话音和视像等实时服务都是高度不能容忍
时延的，为了提供高质量话音和会议电视，网络设备必须能 保证低的时延. • 时延的因素：分组时延、排队时延、交换时延和传播时延.
五、时延变化
• 是指同一业务流中不同分组所呈现的时延不同. • 抖动主要是由于业务流中相继分组的排队等候时间不同引起
DS区域的服务提供 策略由PHB决定。 DS节点根据PHB属性
转发。
在网络边缘进行业 务分类和流量调整。
- 业务分类 . 基于DS域 . 基于其他特征 - 流量调整
. 测量 . 标记 . 丢弃 . 整形
不同DS区域可有不同的PHB，以实现不同的服务提供策略，它们之间通过 SLA与TCA协调提供跨区域服务：
网络. • 网络尽最大可能发送这些报文，但对时延，可靠性等性能不
提供任何保障. • Best-Effort service是目前Internet的缺省服务模型，主要实
现技术是先进先出队列(FIFO).
二、IntServ模型
• 为应用提供可控制的、端到端的服务 • 网络单元支持QoS的控制机制 • 应用程序向网络申请特定的QoS服务 • 信令协议在网络中部署QoS请求 • RSVP是主要使用的信令协议
• IntServ模型：业务通过信令向网络申请特定的QoS 服务，网络在流量参数描述的范围内，预留资源以 承诺满足该请求.
• DiffServ模型：当网络出现拥塞时，根据业务的不 同服务等级约定，有差别地进行流量控制和转发来 解决拥塞问题.
二、 Best-Effort 模型
• Best-Effort是单一的服务模型，也是最简单的服务模型. • 应用程序可任意发送任意报文，不需要事先得到批准或通知
七、 EDCA
的，是对服务质量影响最大的一个问题. • 利用缓存可以克服过量的抖动，但这将增加时延，造成其他
问题.
五、丢包
• 不管是比特丢失还是分组丢失，对分组数据业务的影响比对 实时业务的影响都大.
• 故意丢失分组，其目的是在流量达到设定门限时抑制TCP传 输速率，减少拥塞，同时还使TCP流失去同步，以防止因速 率窗口的闭合引起吞吐量摆动.但分组丢失多了，会影响传输 质量.
七、 802.11e
DCF工作方式下，没 有带宽、时延的保障。 另外，DCF没有区分 流量的类型和数据源， 即网络中所有的站点 以及站点中的各种应 用的业务都被均等地 对待，不能提供QoS。
提供尽力而 为的服务
被轮询站点发 送信息的时间长 度不可控;因为轮 询而引入的时延.
七、 802.11e
l、IEEE 802．1 le帧结构的概述
七、 EDCA
EDCA和传统的DCF是很类似的，都是基于竞争的，采用 CSMA/CA的机制来避免冲突。DCF是尽力型的，不提供带宽、 时延抖动的保障，所有的业务流的优先级都相等。而EDCA通 过引入访问类别AC(Access Categories)实现了对业务流的优 先级的区分。在EDCA的机制中，划分了4类AC，对应8种不 同的用户优先UP(User Priorities)。每个站点都可以有4个AC 来支持用户的优先级，站点上不同QoS的MSDU缓存于不同的 优先级队列，每种队列拥有不同的优先级参数，站点根据需要 传送数据帧的AC来接入信道。业务优先级与接入类别的关系 见表1：
四、严格优先队列
转发数据包
FIFO (First In First Out): 算法简单，转发的速度快 所有报文统一对待，先进先出，没有任何区别 Internet 的默认服务模式－Best-Effort采用的队列策略
…
…
四、加权循环(WRR)
流 分 类
Queue Qu1eue Qu1eue
六、拥塞避免
流 分 类
drop
上
下
限
限
阈
阈
值
值
…
…
Queue 1
Queue 1
Queue 2
Queue N
N=16,32…2048,4096
• WRED (Weighted Random Early Detection): 加权随机早期检测
– 采用随机丢弃的策略，避免了尾部丢弃的方式而引起TCP全局同步 – 根据当前队列的深度来预测拥塞的情况 – 根据优先级定义不同的丢弃策略，定义上限阈值和下限阈值 – 相同的优先级不同的队列，队列长度越长丢弃概率越高
七、 EDCA
3.站点问竞争一站点间竞争+AC竞争
在DCF中，站点问通过竞争争抢信道。而在EDCA中，引入了虚 拟竞争，即站点内部的不同AC的竞争。同一站点内部的不同AC可 以被看作是一个虚拟的终端，当他们侦听到信道空闲时长超过AIFS 时，就开始各自独立的回退过程。当站点内部的AC出现碰撞时，优 先级高的AC获得发送机会，而优先级低的AC就像在实际的外部网 络中发生碰撞一样，开始新一轮的侦听和回退过程.
网络业务，服务质量包括传输的带宽、传送的时延、 数据的丢包率等。在网络中可以通过保证传输的带宽、 降低传送的时延、降低数据的丢包率以及时延抖动等 措施来提高服务质量。
二、 Qos三种模型
• Best-Effort模型：是目前Internet的缺省服务模型， 主要实现技术是先进先出队列(FIFO).
七、 EDCA
2. CW-CW[AC]
在DCF中，每个站点接入信道之前，要进行二进制回退算法，而 回退窗口的大小是在[CWmin,Cwmax]中的随机数。每个站点接入 网络的回退时间是随机的，但是这个回退时间的取值范围都是相同 的。而在EDCA中，CW[AC]取代了CW。针对不同的AC， CW[AC]min和CW[AC]max的值都是不同的，这一组值越小，站点 占用信道前回退的时隙数越少，从而获得的发送机会就越大。在 EDCA中，QSTA等待一个AIFSN[AC]后，若信道仍然空闲，则进入 退避过程.
令牌桶算法
对流量进行控制
整形（shaping）使业务流输出的速率符合业务模型的规定 丢弃（droping）根据特定规则丢弃分组 打标记（marking）设置报文的DS域（或IP优先级）
六、流量整形
256Kbp s
流 分
类
队列
令牌
128Kbp s
令 牌 桶
128Kbp
FR
s
GTS (Generic Traffic Shaping): 解决链路两边的接口速率不匹配 对报文的流量进行限制,对超出流量约定的报文进行缓冲 流量整形可能会增加延迟
. SLA：服务等级协定，关于业务流在网络中传递时所应当获得的待遇。 . TCA：流量调整协定，关于业务分类准则、业务模型及相应处理的协定。
DiffServ网络
SLA/TCA
DiffServ网络
内部节点
内部节点
边界节点
边界节点
边界节点
流量控制
边界节点
用户网络
用户网络
三、Qos解决问题
厚此薄彼
并未解决带宽问题，而 是更合理和更公平的分配带 宽（公平不等于平均）！
七、 EDCA
1.DIFS—AIFS
在DCF应用中，站点进行二进制回退争抢信道时，需要等待 DIFS的时长。对于每一个站点和无线接入点来说，这个值都是 相等的。但是采用802．11e标准，这个站点等待的额外时间段 的长度要根据站点发送的数据类型而定。802．1ie由此引入了 AIFS的概念，AIFS定义为信道空闲时，支持QoS的站点在发送 数据前等待的一个约定的时间。相对于DCF中的参数DIFS， AIFS≥DIFS，AIFS不是一个固定值，而是根据不同的访问优先级 有所区别．
七、 EDCA
业务优先级与接入类别关系表1
七、 EDCA
在EDCA中，为每个AC类别配置了不同的EDCA参数 集：最小竞争窗口(CWmin[AC])，最大竞争窗口 (CWmax[AC])，发送机会限制(TXOP[AC])，仲裁帧问 间隔(AIFS[AC])。EDCA接入机制的实质是通过设置信 道接入参数区分不同业务流的优先级，使高优先级的业 务流在竞争信道时处于一定的优势。
七、 802.11e
802.1le协议
EDCA是对原802
．11标准中分布式 协调功能DCF的扩 展，也是基于竞争 的方式来访问信道 。它提供了有差别 的服务，能够有效 保证高优先级业务 的QoS。
HCCA混合式协调
控制信道访问机制 HCCA是一种基于轮 询机制的、使用混合 协调器来集中管理对 无线媒体访问的信道 访问方式，是PCF机 制的延续与扩展。
2 Queue
N
N=16,32…2048,4096 • WRR (Weighted Round Robin):加权循环，加权循环(WRR)所有业务队
列服务，并且将优先权分配给较高优先级队列。
– 分为多个输出队列，队列之间轮流调度 – 每个队列配置一个加权值保证最低优先级队列至少获得带宽
五、关键指标
802．1le扩展了802．1 l中的原始帧格式，新定义的帧格式可以支持4 种访问类别(Ac)，8种用户优先级(UP)，能够支持基于优先级的分类别的服 务。这就使802．11无线局域网能够提供有Qos要求的服务，支持语音、 音频、视频等数据流的传输。
IEEE 802．1le MAC帧格式如下图所示，与802．11 MAC层帧结构最 主要的区别是增加了QoS控制域。帧控制域，持续时间／ID域，地址l域和 FCS域在各种帧中都存在，而其它域则只在特定帧类型或子类型内需要。
四、Qos功能
分类
标注
功能
优先级设置
四、分类
源IP地址
协议
物理端口号码
tcp和udp端口号码
分类
四、标注
在识别数据包之后，要对它进行标注，这样 其他网络设备才能方便地识别这种数据。
通过采纳标注数据的两种行业标准，即IEEE 802.1p或差异化服务编码点(DSCP)，就可以 确保多厂商网络设备能够对该业务进行优先级 处理。