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1、 1大唐移动通信设备有限公司大唐移动通信设备有限公司传输技术传输技术第第3 3章章 IP QoS IP QoS简介简介培训人：黄晓光研发部硬件二室H82029090-3346 2大唐移动通信设备有限公司大唐移动通信设备有限公司IP QoSIP QoS简介简介QoS在数据传输中的重要性IP传输的特点在IP传输网中提供QoS的意义QoS描述参数实现QoS的方法 3大唐移动通信设备有限公司大唐移动通信设备有限公司IP QoSIP QoS简介简介QoSQoS在数据传输中的重要性在数据传输中的重要性IP传输的特点在IP传输网中提供QoS的意义QoS描述参数实现QoS的方法 4大唐移动通信设备有限公司大唐
2、移动通信设备有限公司QoSQoS在数据传输中的重要性在数据传输中的重要性不同的业务类型对数据传输的要求是不同的，有的要求大的带宽，有的要求严格的延时保证，有的要求无错误的传输。为了实现不同业务类型的传输需求，传输网必须能够保证业务要求的传输质量，也就是QoS。5大唐移动通信设备有限公司大唐移动通信设备有限公司QoSQoS在数据传输中的重要性在数据传输中的重要性例如，对于传输语音数据的网络，数据帧时延就是一个重要的参数，延迟超过一定量的数据帧，和丢失没有什么区别；而对于数据文件的传输，数据的正确性占据最主要的地位，而时延和时延抖动就显得不是十分重要了。6大唐移动通信设备有限公司大唐移动通信设备有
3、限公司IP QoSIP QoS简介简介QoS在数据传输中的重要性IPIP传输的特点传输的特点在IP传输网中提供QoS的意义QoS描述参数实现QoS的方法 7大唐移动通信设备有限公司大唐移动通信设备有限公司IPIP传输的特点尽力而为传输的特点尽力而为 8大唐移动通信设备有限公司大唐移动通信设备有限公司IPIP传输的特点尽力而为传输的特点尽力而为IP传输取得巨大成功的原因在于端到端的理念：网络的智能处于边缘节点，即源和目的主机，所有复杂的数据处理过程都是在主机完成的；传输网络中的路由器仅仅完成包转发功能：根据IP包头确定下一跳路由器并转发。9大唐移动通信设备有限公司大唐移动通信设备有限公司IPIP
4、传输的特点尽力而为传输的特点尽力而为以路由转发为基础的IP传输的特点路由表建立的依据是网络拓扑结构，实现“最短路径”，并不考虑这个路径的带宽、转发能力、负荷等参数路由器的入队列对所有的IP包同等对待，IP包的排队造成转发时延和丢包同一个应用的不同IP包可能通过不同的路径到达目的地，造成其传输参数的不一致 10大唐移动通信设备有限公司大唐移动通信设备有限公司IPIP传输的特点尽力而为传输的特点尽力而为总之，IP传输网从最初的设计就没有考虑为包转发的服务质量作出任何承诺，提供的是一种“尽力而为”的服务。11大唐移动通信设备有限公司大唐移动通信设备有限公司IP QoSIP QoS简介简介QoS在数据
5、传输中的重要性IP传输的特点在在IPIP传输网中提供传输网中提供QoSQoS的意义的意义QoS描述参数实现QoS的方法 12大唐移动通信设备有限公司大唐移动通信设备有限公司 在在IPIP传输网中提供传输网中提供QoSQoS的意义的意义多媒体业务的出现对IP环境中的服务质量 提出了更高的要求 Internet上的分组话音和传真业务极大地降低了成本，使通信产业发生了彻底的变化。这些实时应用需要更高的QoS商业客户在安全性、可预测性、可测量性等方面得到保证之前，还不大可能把关键业务的数据、话音和多媒体应用放到公用IP网络上 通过提供不同等级的服务，运营商能够实现更加合理的收费政策 13大唐移动通信设
6、备有限公司大唐移动通信设备有限公司IP QoSIP QoS简介简介QoS在数据传输中的重要性IP传输的特点在IP传输网中提供QoS的意义QoSQoS描述参数描述参数实现QoS的方法 14大唐移动通信设备有限公司大唐移动通信设备有限公司QoS描述参数时延参数IP包传输时延（Delay）IP包时延变化（Jitter）传输差错率参数IP包误差率（IPER）IP包丢失率（IPLR）虚假IP包率流量参数业务可用性 15大唐移动通信设备有限公司大唐移动通信设备有限公司时延参数时延参数IP包传输时延（Delay）指源用户发送数据包(t1)到目的用户接收同一数据包(t2)的时间间隔，如果IP包被拆分，则t2指
7、收到最后一个片断的时间。平均时延指一个数据流中所有IP包传输时延的平均值IP包时延变化（Jitter）指用户在同一个连接上的不同IP包传输时延的不确定性时延变化对于缓冲队列的大小有着决定性的影响时延变化可以采用三种表示方法。16大唐移动通信设备有限公司大唐移动通信设备有限公司IPIP包时延变化表示方法包时延变化表示方法IP包实际时延与参考IP包实际时延的差值在一个比较短的时间段内，最大IP包传输时延和最小IP包传输时延的差值评估间隔内99.9%IP包的时延最大值与时延最小值之间的差值 17大唐移动通信设备有限公司大唐移动通信设备有限公司传输差错率参数传输差错率参数IP包误差率（IPER）：传送
8、成功的IP包数目与传送成功加传送错误的IP包数目和的比值IP包丢失率（IPLR）：丢失的IP包数目与所有IP包数目的比值虚假IP包率：测量点上每秒收到虚假IP包的数目 18大唐移动通信设备有限公司大唐移动通信设备有限公司流量参数流量参数流量参数用于描述一个连接的数据吞吐量，一般采用特定时间间隔内成功传输的IP包数目或者字节数目来定义 19大唐移动通信设备有限公司大唐移动通信设备有限公司业务可用性业务可用性当IP包丢失率上升到 一定程度后，认为端到端的IP连接不可用业务可用性使用可用时间的百分比来描述 20大唐移动通信设备有限公司大唐移动通信设备有限公司IP QoSIP QoS简介简介QoS在数
9、据传输中的重要性IP传输的特点在IP传输网中提供QoS的意义QoS描述参数实现实现QoSQoS的方法的方法InterServInterServ模型模型DiffServDiffServ模型模型其它其它 21大唐移动通信设备有限公司大唐移动通信设备有限公司实现实现QoSQoS的方法的方法高考落榜找不到工作 22大唐移动通信设备有限公司大唐移动通信设备有限公司实现实现QoSQoS的方法的方法InterServInterServ模型模型DiffServDiffServ模型模型其它其它 23大唐移动通信设备有限公司大唐移动通信设备有限公司InterServInterServ模型模型定义：InterSer
10、v是一种在IP传输网上为流提供QoS的体系结构，他使用资源预留协议（RSVP）作为请求带宽和其它网络资源的信令协议 24大唐移动通信设备有限公司大唐移动通信设备有限公司InterServInterServ模型模型IP QoS的综合业务结构(Int-Serv)定义了三种级别的业务:有保证的业务(Guaranteed):保证带宽,限制延迟,无丢包。控制负载的业务(Controlled Load):没有固定的时延保证，但业务流要与在网络轻载情况下的流质量相当。用于比要求保证型业务更大灵活性的应用尽力而为的业务(Best Effort):类似当前Internet在多种负载环境下提供的尽力而为的业务。2
11、5大唐移动通信设备有限公司大唐移动通信设备有限公司InterServInterServ模型模型RSVPRSVP协议协议 26大唐移动通信设备有限公司大唐移动通信设备有限公司InterServInterServ模型模型RSVPRSVP协议协议传统RSVP协议的缺点软状态协议，PATH和RESV消息必须定时刷新，否则会造成超时失效。刷新过程消耗资源RSVP使用UDP传输，消息丢失会造成时延和稳定性问题 27大唐移动通信设备有限公司大唐移动通信设备有限公司InterServInterServ模型模型RSVPRSVP协议协议RSVPTE协议使用如下方法来解决上述问题消息合并技术：使用一个IP包承载多个
12、RSVP消息，从而降低总消息数目MESSAGEID技术摘要刷新技术HELLO协议扩展技术 28大唐移动通信设备有限公司大唐移动通信设备有限公司InterServInterServ模型优点模型优点能够提供绝对有保证的QoS。RSVP运行在从源端到目的端的每个路由器上，因此可以监视每个流，以防止其消耗比它请求、预留和预先购买的要多的资源。RSVP在源和目的地间可以使用现有的路由协议决定流的通路。RSVP使用IP包承载，使用“软状态”的概念，通过周期性的重传PATH和RESV消息，协议能够对网络拓扑的变化做出反映。正如PATH和RESV刷新用来更改该预留的流的通路那样，没有了这些消息时，RSVP协议
13、释放与之关联的资源。RSVP协议能够让PATH消息识别多播流的所有端点，并发送PATH消息给它们。29大唐移动通信设备有限公司大唐移动通信设备有限公司InterServInterServ模型缺点模型缺点伸缩性不好。随着流数目的增加，路由器需要维护的状态信息的数量成比例上升，占用了大量的路由器存储空间和处理开销。对路由器的要求较高.由于需要进行端到端的资源预留，必须要求从发送者到接收者之间的所有路由器都支持所实施的信令协议。如果中间有不支持的节点网络存在，虽然信令可以透明通过，但无法实现真正意义上的资源预留。该模型不适合于短生存期的流.但因特网流量绝大多数是由短生存期的流构成的。在短生存期的流需
14、要一定程度的QoS保证时，综合业务模型就显得得不偿失了。30大唐移动通信设备有限公司大唐移动通信设备有限公司InterServInterServ模型适用范围模型适用范围由于InterServ模型的上述特点，他不适合在大型骨干网络上使用，而更适合于严格需要QoS保证的业务、小型的ISP以及企业网内部使用 31大唐移动通信设备有限公司大唐移动通信设备有限公司InterServInterServ模型标准模型标准RFC中对InterServ模型和RSVP协议提供了若干标准：RFC 2205-Resource ReSerVation Protocol(RSVP)-Version 1 Functional
15、 Specification RFC 2206-RSVP Management Information Base using SMIv2 RFC 2207-RSVP Extensions for IPSEC Data Flows RFC 2208-Resource ReSerVation Protocol(RSVP)-Version 1 Applicability Statement Some Guidelines on Deployment RFC 2209-Resource ReSerVation Protocol(RSVP)-Version 1 Message Processing Ru
16、les RFC 2210-The Use of RSVP with IETF Integrated Services RFC 3209 RSVP-TE:Extensions to RSVP for LSP Tunnels 32大唐移动通信设备有限公司大唐移动通信设备有限公司InterServInterServ模型标准模型标准RFC 2211-Specification of the Controlled-Load Network Element ServiceRFC 2212-Specification of Guaranteed Quality of Service RFC 2213-Int
17、egrated Services Management Information Base using SMIv2 RFC 2214-Integrated Services Management Information Base Guaranteed Service Extensions using SMIv2 RFC 2215-General Characterization Parameters for Integrated Service Network Elements RFC 2216-Network Element Service Specification Template 33大
18、唐移动通信设备有限公司大唐移动通信设备有限公司实现实现QoSQoS的方法的方法InterServInterServ模型模型DiffServDiffServ模型模型其它其它 34大唐移动通信设备有限公司大唐移动通信设备有限公司DiffServDiffServ模型模型DiffServ的目的是在IP传输网上为流量提供有区别的业务级别，他定义的是一个相对简单而粒度粗一些的控制系统。DiffServ针对的是流聚合后的每一类QoS控制，而不是针对每一个流进行控制DiffServ通过对不同类流量的不同行为实现QoS，因此具有可扩展性，能够在大型网络上提供服务 35大唐移动通信设备有限公司大唐移动通信设备有限
19、公司DiffServDiffServ模型基本原理模型基本原理DiffServ使用IPv4头中的ToS字段（重新标识为DS字段）或者IPv6头中的业务类型字段，用于区分不同流的类型边缘路由器对业务流进行流量检查分类，并填写DS字段核心路由器根据IP包中DS字段的值，按照对应的逐跳行为(PHB)调度包的转发 36大唐移动通信设备有限公司大唐移动通信设备有限公司DiffServDiffServ模型基本原理模型基本原理 37大唐移动通信设备有限公司大唐移动通信设备有限公司DiffServDiffServ模型基本原理模型基本原理包分类器流量调整器调度器队列管理 38大唐移动通信设备有限公司大唐移动通信设
20、备有限公司包分类器包分类器Packet classifiers select packets in a traffic stream based on the content of some portion of the packet header.We define two types of classifiers.The BA(Behavior Aggregate)Classifier classifies packets based on the DS codepoint only.The MF(Multi-Field)classifier selects packets based o
21、n the value of a combination of one or more header fields,such as source address,destination address,DS field,protocol ID,source port and destination port numbers,and other information such as incoming interface.一般来说，MF分类器用于边缘路由器，易于扩展；BA分类器用于核心路由器，实现简单 39大唐移动通信设备有限公司大唐移动通信设备有限公司流量调整器流量调整器流量调整器用于确保某个
22、流的行为遵循预先规定的一个性能，可以设置是否允许流的突发Traffic conditioners are usually located within DS ingress and egress boundary nodes,but may also be located in nodes within the interior of a DS domain,or within a non-DS-capable domain.A traffic conditioner may contain the following elements:meter,marker,shaper,and drop
23、per.40大唐移动通信设备有限公司大唐移动通信设备有限公司流量调整器流量调整器Meter：用于将包的流量行为于规定的流量性能进行比较Marker：为一个包的DS字段设置特定的值，并加到特定的DS行为中。它可以改变原有的DS字段(remark)Shaper/Droper：延迟或者丢弃流中的某些包，从而使得流的行为符合预先设定的流量性能。整形个年个可以使用漏桶模型实现允许突发的可变速率业务 41大唐移动通信设备有限公司大唐移动通信设备有限公司调度器调度器逐跳行为（Per-Hop Behavior)：A per-hop behavior(PHB)is a description of the ex
24、ternally observable forwarding behavior of a DS node applied to a particular DS behavior aggregate.调度器控制每种类型的队列中包的传输顺序，为它们提供符合各自PHB的QoS等级基于优先级的调度：低优先级类别可能等待很长时间共享带宽调度：基于权重的轮询调度，每个队列都有被服务的机会，被服务的时间/字节数目与这个队列的权重有关 42大唐移动通信设备有限公司大唐移动通信设备有限公司队列管理队列管理队列管理在发生拥塞是能够真正的控制包（包括丢包）行为。他使用优先级丢弃机制区别业务，并为不同业务类型的包提供
25、不同的丢包和延迟特性常见的队列控制包括随机早期探测（RED）公平RED稳定RED自适应REDRED将包丢弃行为随机分布在不同的流中，改善了单独流的质量，将连续丢包率降到最小，适合在VoIP应用中改善话音质量 43大唐移动通信设备有限公司大唐移动通信设备有限公司DiffServDiffServ模型逐跳行为模型逐跳行为DSPHB说明101110EF绝对QoS保证001XXXAF1保证转发，QoS介于EF和BE之间，共4类12种优先级010XXXAF2011XXXAF3100XXXAF4000000BE尽力而为业务 44大唐移动通信设备有限公司大唐移动通信设备有限公司DiffServDiffServ
26、模型逐跳行为模型逐跳行为加速转发（EF）：EF PHB can be used to build a low loss,low latency,low jitter,assured andwidth,end-to-end service.Such a service appears to the endpoints like a point-to-point connection or a virtual leased line.保证转发（AF）：Assured Forwarding(AF)PHB group is a means for a provider DS domain to off
27、er different levels of forwarding assurances for IP packets.It provides forwarding of IP packets in 4 independent AF classes and 3 different levels of drop precedence in ench.45大唐移动通信设备有限公司大唐移动通信设备有限公司DiffServDiffServ模型优点模型优点伸缩性较好。DS字段只是规定了有限数量的业务级别，状态信息的数量正比于业务级别，而不是流的数量。便于实现。只在网络的边界上才需要复杂的分类、标记、管制
28、和整形操作。ISP核心路由器只需要实现行为聚集（BA）的分类，因此实现和部署区别型业务都比较容易。46大唐移动通信设备有限公司大唐移动通信设备有限公司DiffServDiffServ模型缺点模型缺点DiffServ无法依靠自己来提供端到端的QoS结构。它需要大量网络单元的协同动作，才能向用户提供端到端的服务质量。DiffServ的很对技术细节IETF还没有给出具体明确的规定，例如业务类型的具体划分、各类业务性能的量化描述、IP的业务类别于ATM QoS的映射等 47大唐移动通信设备有限公司大唐移动通信设备有限公司DiffServDiffServ模型适用范围模型适用范围Diff-Serv架构比I
29、nt-Serv更具扩展性，因为它集中处理数据流，减少了信令工作，从而在每个节点上避免了基于每个流的软状态(Per-flow Soft State)的复杂性。Diff-Serv将在企业骨干网和服务供应商网络中得到广泛的使用。48大唐移动通信设备有限公司大唐移动通信设备有限公司DiffServDiffServ模型标准模型标准RFC 2430.A Provider Architecture for Differentiated Services and Traffic Engineering(PASTE).RFC 2474.Definition of the Differentiated Servi
30、ces Field(DS Field)in the IPv4 and IPv6 HeadersRFC 2475.An Architecture for Differentiated ServiceRFC 2597.Assured Forwarding PHB GroupRFC 2598.An Expedited Forwarding PHBRFC 3260.New Terminology and Clarifications for DiffservRFC 3270 Multi-Protocol Label Switching(MPLS)Support of Differentiated Se
31、rvices 49大唐移动通信设备有限公司大唐移动通信设备有限公司实现实现QoSQoS的方法的方法InterServInterServ模型模型DiffServDiffServ模型模型其它其它局域网局域网QoSQoS技术技术约束路由约束路由流量控制和拥塞控制流量控制和拥塞控制MPLSMPLS 50大唐移动通信设备有限公司大唐移动通信设备有限公司局域网局域网QoSQoS技术技术局域网局域网QoSQoS技术技术IEEE802.1D：最早对LAN上的QoS标准化所作的尝试，他工作于MAC层，为桥和二层交换机定义了协议结构。他适用于相同和不同MAC协议互联的局域网。通过用户优先权、使用优先权和流量类型的
32、定义和使用实现不同流的QoS子带宽管理协议：用于工作在IEEE802类型局域网上的，基于RSVP的许可控制信令协议。通过在802类型的局域网上提供类似InterServ业务来实现流的QoS 51大唐移动通信设备有限公司大唐移动通信设备有限公司约束路由约束路由InterServ方法和DiffServ方法中并没有考虑路由选择问题。路由的选择还是基于原有网络的方法。他关注的只是连通性问题，通过拓扑结构的计算来寻找“最短路径”。而“最短路径”对于业务流 要求的QoS可能并不适合。约束路由（Constrained Based Routing）用来计算收到多种约束时的路由，由QoS路由（RFC 2386)
33、发展而来。52大唐移动通信设备有限公司大唐移动通信设备有限公司约束路由目标约束路由目标选择能够满足特定QoS需求的路由提高网络的利用率 53大唐移动通信设备有限公司大唐移动通信设备有限公司流量控制和拥塞控制流量控制和拥塞控制流量控制：在IP网络上，以满足协商好的性能指标以及避免出现拥塞为目标的全部网路行为拥塞控制：为最小化拥塞程度、范围和持续时间进行的全部网络行为主要目标是通过许可控制、网络资源管理和流量参数控制等功能控制流量包，保护IP网络和进入IP网络的流量，以实现IP性能和承诺的QoS 54大唐移动通信设备有限公司大唐移动通信设备有限公司流量控制和拥塞控制流量控制和拥塞控制通过使用不同方
34、式的流量控制可拥塞控制，IP网络可以提供多种传送能力：专用带宽IP传送能力：用于支持具有严格时延要求的应用。应该与保证业务和加速转发PHB的端到端业务相兼容统计带宽IP传送能力：支持沿着网络中端到端的路径有保证的传送IP包。它应该与受控负责和保证转发PHB业务相兼容尽力而为传送能力 55大唐移动通信设备有限公司大唐移动通信设备有限公司流量控制与流量工程流量控制与流量工程流量控制与流量工程不同，流量控制是一个较短时间内的行为，它有一个明确而自动的机制来控制进出网络的流。流量工程通过自动优化网络资源、实时负载平衡和网络恢复等措施，满足某些用户的QoS需求。56大唐移动通信设备有限公司大唐移动通信设
35、备有限公司MPLSMPLSMPLS QOS实际是对于IP QOS中DiffServ模型的MPLS实现。主要是对于IP QOS的DSCP字段和MPLS 中的标签label 进行映射，使得MPLS 也可以支持QOS 57大唐移动通信设备有限公司大唐移动通信设备有限公司MPLSMPLSMPLS支持的DiffServ能够把具有不同DS标记的包映射到MPLS的一条或者多条LSP上。映射的方式主要有两种E-LSP(EXP-Inferred-PSC LSP)：使用MPLS头的EXP字段表示PHB。这种方法可以在一条LSP内实现多个不同等级的逐跳行为L-LSP(Label-Only-Inferred-PSC
36、LSP)：使用不同的LSP标记不同的业务类型。中间路由节点根据MPLS标记确定包的调度策略 58大唐移动通信设备有限公司大唐移动通信设备有限公司总结总结本课程讲述了IP网络中实现QoS的意义和必要性，以及实现QoS的几种方法。QoS的意义：IP网络上多媒体业务的支持VoIP业务的支持商业用户需要性能保证业务的支持区分服务，为不同的服务质量制订不同的收费标准 59大唐移动通信设备有限公司大唐移动通信设备有限公司总结总结实现QoS的几种模型基于RSVP的InterServ模型基于PHB的DiffServ模型IEEE802.1D子带宽管理约束路由流量控制 与拥塞控制MPLS网络中的QoS实现 60大唐移动通信设备有限公司大唐移动通信设备有限公司谢谢！谢谢！祝工作愉快祝工作愉快