【文章內(nèi)容簡介】 丟棄策略，定義上限閾值和下限閾值 ? 相同的優(yōu)先級(jí)不同的隊(duì)列，隊(duì)列長度越長丟棄概率越高 drop 流分類 … Queue 1 Queue 1 Queue 2 Queue N … N=16,32…2048,4096 下限閥值 上限閥值 QoS的基本框架 ?3. 隊(duì)列調(diào)度（擁塞管理及擁塞避免） 48 ?WRED可以感知 QoS帶內(nèi)信令 ， 包括 IP Precedence、 DSCP或 EXP，例如可根據(jù)實(shí)際組網(wǎng)需求分別設(shè)置 lmin( IP Pre、 DSCP或 EXP)和 lmax( IP Pre、 DSCP或 EXP) 丟包概率 平均隊(duì)列長度 0 1 lmin lmax 丟包概率 平均隊(duì)列長度 0 1 lmin lmax 丟包概率 平均隊(duì)列長度 0 1 lmin lmax IP Pre、 DSCP或 EXP為 X IP Pre、 DSCP或 EXP為 Y IP Pre、 DSCP或 EXP為 Z WRED —— 加權(quán)隨機(jī)早期檢測(cè)（二） QoS的基本框架 ?3. 隊(duì)列調(diào)度（擁塞管理及擁塞避免） 49 RED與 WRED ? RED和 WRED通過隨機(jī)丟棄報(bào)文避免了 TCP的全局同步現(xiàn)象 ? 在 RED類算法中，為每個(gè)隊(duì)列都設(shè)定一對(duì)低限值和高限值，并做如下規(guī)定 ? 當(dāng)隊(duì)列的長度小于低限值時(shí)，不丟棄任何報(bào)文 ? 當(dāng)隊(duì)列的長度超過高限值時(shí)，丟棄所有到來的報(bào)文 ? 當(dāng)隊(duì)列的長度在低限值和高限值之間時(shí)，采用 WRED算法計(jì)算是否丟棄報(bào)文。 ? WRED生成的隨機(jī)數(shù)基于 IP優(yōu)先權(quán)，它考慮了高優(yōu)先權(quán)報(bào)文的利益并使高優(yōu)先權(quán)報(bào)文被丟棄的概率相對(duì)減小。 QoS的基本框架 ?3. 隊(duì)列調(diào)度（擁塞管理及擁塞避免） 50 ? 一、網(wǎng)絡(luò)中常見的問題 ? 二、 QOS基本概念 ? 三、集成服務(wù)與區(qū)分服務(wù) ? 四、分組調(diào)度算法 ? 五、動(dòng)態(tài)分組狀態(tài) ? 六、 MPLS多協(xié)議標(biāo)簽交換 ? 七、 QOS的應(yīng)用設(shè)計(jì) ? 八、結(jié)論和進(jìn)一步的研究工作 本章內(nèi)容 51 三、集成服務(wù)與區(qū)分服務(wù) ? 服務(wù)質(zhì)量控制研究的目標(biāo)是有效提供端到端的服務(wù)質(zhì)量保證，確保不同業(yè)務(wù)流的服務(wù)需求得到滿足。目前，根據(jù)應(yīng)用的數(shù)據(jù)流不同， QoS可以分為單數(shù)據(jù)流服務(wù)模式和聚集流服務(wù)模式兩種，前者為端用戶之間的每個(gè)單向的數(shù)據(jù)流提供服務(wù)保證，而后者為每組具有相同參數(shù)、標(biāo)記或優(yōu)先級(jí)的多個(gè)流提供服務(wù)。 ? IntServ（ Integrated Services，集成服務(wù)）模型：是基于資源預(yù)留的、面向單個(gè)流的 QoS服務(wù)模型。 ? DiffServ（ Differentiated Services，區(qū)分服務(wù)）模型：是基于優(yōu)先級(jí)的、面向聚合流的 QoS服務(wù)模型。 52 IntServ（ Integrated Services，集成服務(wù)）模型 ? 主要由 4個(gè)部分組成。 ? 1）資源預(yù)留協(xié)議 RSVP（ Resource Reservation Protocol），是 IntServ模型的核心，它是一個(gè)基于 IP的傳輸端到端 QoS請(qǐng)求的信令協(xié)議。 ? 2）準(zhǔn)入控制（ Admission Control, 又稱接納控制）：根據(jù)本地和網(wǎng)絡(luò)可用資源的使用情況，確定是否支持請(qǐng)求的資源預(yù)留。 ? 3）分類器：根據(jù)預(yù)先設(shè)置的規(guī)則對(duì)輸入的分組進(jìn)行分類識(shí)別并將其映射到一定的 QoS服務(wù)類，然后放入不同隊(duì)列等待服務(wù)。 ? 4）分組調(diào)度器：基于一定的隊(duì)列管理機(jī)制和調(diào)度算法對(duì)分類后的分組進(jìn)行調(diào)度，以便將網(wǎng)絡(luò)資源分配給不同的流。 53 IntServ（ Integrated Services，集成服務(wù)）模型 表明 IntServ工作過程： 54 IntServ（ Integrated Services，集成服務(wù)）模型 QoS中的服務(wù)可以說是網(wǎng)絡(luò)與通信客戶之間制定的一個(gè)合約，根據(jù)合約不同， IntServ模型為應(yīng)用提供 3種層次的服務(wù)： ? 1）保證性服務(wù)（ Guaranteed Service）：保證型服務(wù)為信息流提供確定性的帶寬、時(shí)延和分組丟失率上界，是一種硬實(shí)時(shí)（ Hard RealTime）服務(wù)。 ? 2）可控負(fù)載型服務(wù)（ ControlledLoad Service）：可控負(fù)載型服務(wù)能夠在網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷較大的情況下提供一種近似的輕負(fù)載、大容量下的盡力而為的服務(wù)，是一種軟實(shí)時(shí)（ Soft RealTime）服務(wù)，它不保證確定的延遲、帶寬及丟失率，但能保證性能仍然在用戶可忍耐的范圍內(nèi)，本質(zhì)上是一種定性的服務(wù)。 ? 3）盡力而為的服務(wù)：與當(dāng)前 Inter提供的盡力而為的服務(wù)類似，遵循的是先來先服務(wù)的工作方式。 RSVP工作 原理 （ Resource Reservation Protocol） 我要預(yù)留 2Mbps帶寬 OK！ 我要預(yù)留 2Mbps帶寬 OK！ OK！ OK！ 開始通信 55 56 RSVP協(xié)議的基本架構(gòu) 包括策略控制、準(zhǔn)入控制、分類控制器、分組調(diào)度器及 RSVP處理模塊等。 流規(guī)格說明 Tspec（ b,r,R） :其中 b表示桶的容量， R表示鏈路帶寬， r表示令牌桶的的速率 RSVP工作 原理 （ Resource Reservation Protocol） RSVP協(xié)議支持的 4種基本的消息類型 ? 資源預(yù)留請(qǐng)求消息（ Reservation Request Messages） ? 路徑消息（ Path Message） ? 錯(cuò)誤和確定消息（ Error and Confirmation Messages） ? 拆鏈消息（ Teardown Messages） 57 58 RSVP的 3種資源預(yù)留方式 RSVP資源預(yù)留的方式和傳統(tǒng)連接建立的方式不同，它是由接收方發(fā)起的且預(yù)留過程與路由無關(guān)。 RSVP使用 Filter定義哪些發(fā)送方可以使用哪種資源預(yù)留方式。 ? 1). Wildcard Filter ? 2). Fixed Filter ? 3). Dynamic Filter(SharedExplicit) RSVP的問題 ? 要求端到端所有設(shè)備支持這一協(xié)議 ? 網(wǎng)絡(luò)單元為每個(gè)應(yīng)用保存狀態(tài)信息，可擴(kuò)展性差 ? 周期性同相鄰單元交換狀態(tài)信息，協(xié)議報(bào)文開銷大 ? 不適合在大型網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用 59 60 ? 可以提供端到端的細(xì)粒度的 QoS服務(wù)是 IntServ的最大優(yōu)點(diǎn)。其在小范圍或邊緣網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用可能性較大。 ? IntServ的最大缺點(diǎn)是可擴(kuò)展性不好，可擴(kuò)展性差是制約其發(fā)展的一個(gè)致命問題。 路由器需要為每個(gè)資源預(yù)留維護(hù)一些必要的軟狀態(tài)（ Soft State）信息；在與組播應(yīng)用相結(jié)合時(shí)，還要定期地向網(wǎng)絡(luò)發(fā)資源請(qǐng)求和路徑刷新信息，以支持組播成員的動(dòng)態(tài)加入和退出。這些操作要耗費(fèi)路由器較多的處理器和內(nèi)存資源。在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴(kuò)大時(shí)，維護(hù)的開銷會(huì)大幅度增加，對(duì)路由器特別是核心路由器線速處理報(bào)文的性能造成不良影響，甚至于會(huì)使路由器無法承擔(dān)。 ? IntServ面臨嚴(yán)重的魯棒性問題。 ? IntServ的部署也存在問題。 目前，只有少量的主機(jī)、路由和交換機(jī)支持RSVP信令，因此要在當(dāng)前體系結(jié)構(gòu)之上實(shí)現(xiàn) IntServ相關(guān)的功能，需要大量的投資，并在網(wǎng)絡(luò)中引入繁重的軟件和硬件修改，實(shí)現(xiàn)難度大。嚴(yán)重妨礙了IntServ在大型網(wǎng)絡(luò)，特別是重負(fù)載網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。不適宜于在流量匯集的骨干網(wǎng)上大量應(yīng)用 。 Integrated Services模型 61 IntServ的推動(dòng)者締造了 DiffServ ? DiffServ的目標(biāo)在于利用簡單有效的方式滿足實(shí)際應(yīng)用對(duì)服務(wù)質(zhì)量的要求。其初衷是避免 IntServ的高復(fù)雜性，解決 IntServ模型的弊端，提供一種具有良好可擴(kuò)展性的 QoS解決方案。 ? 它利用 Domain，即在相同管理策略下的連通的網(wǎng)絡(luò)區(qū)域的概念區(qū)分邊界節(jié)點(diǎn)（邊界路由器）和核心節(jié)點(diǎn)（核心路由器）進(jìn)而實(shí)現(xiàn)服務(wù)質(zhì)量的管理。 ? 邊界路由器對(duì)每個(gè)流量聚集進(jìn)行整形，并使用少量的數(shù)據(jù)位進(jìn)行分組標(biāo)記；核心路由器則基于分組標(biāo)記對(duì)分組進(jìn)行分別處理 DiffServ（ Differentiated Services，區(qū)分服務(wù)）模型 62 DiffServ從以下兩個(gè)方面簡化了網(wǎng)絡(luò)核心節(jié)點(diǎn)的服務(wù)功能 ? 1）簡化網(wǎng)絡(luò)核心節(jié)點(diǎn)的服務(wù)機(jī)制。核心節(jié)點(diǎn)只進(jìn)行簡單的調(diào)度轉(zhuǎn)發(fā)，而流狀態(tài)信息的保存與流監(jiān)控機(jī)制的實(shí)現(xiàn)等只在邊界節(jié)點(diǎn)進(jìn)行，核心節(jié)點(diǎn)是狀態(tài)無關(guān)的。 ? 2）簡化網(wǎng)絡(luò)核心節(jié)點(diǎn)的服務(wù)對(duì)象。 DiffServ采用聚集傳輸控制，服務(wù)對(duì)象是流聚集（ Flow Aggregate）而非單流，單流信息只在網(wǎng)絡(luò)邊界保存和處理。 ? 在 DiffServ架構(gòu)中，邊界節(jié)點(diǎn)根據(jù)用戶的流規(guī)定（ Profile）和資源預(yù)留信息將進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的單流分類、整形并聚合為不同的流聚集，這種聚集信息由每個(gè) IP包頭的 DS（ Differentiated Services） 標(biāo)記域來表示，稱為 DS標(biāo)記 （ Differentiated Services Code Point, DSCP） ；核心節(jié)點(diǎn)在調(diào)度轉(zhuǎn)發(fā) IP包時(shí)根據(jù)包頭的 DSCP選擇提供特定的調(diào)度轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)，其外特性稱為每跳行為 （ PerHopBehavior, PHB） . DiffServ（ Differentiated Services，區(qū)分服務(wù)）模型 63 DiffServ（ Differentiated Services，區(qū)分服務(wù)）模型 DiffServ僅包含有限數(shù)量的服務(wù)類別，狀態(tài)信息數(shù)量少，實(shí)現(xiàn)較 IntServ簡單且 擴(kuò)展性更好。除實(shí)現(xiàn)簡單外，區(qū)分服務(wù)體系還有以下特點(diǎn)： ? 1）層次化結(jié)構(gòu)。 DiffServ架構(gòu)分為 DS域（ DS Domain）與 DS區(qū)（DS Region）兩級(jí)，多個(gè)連續(xù)的 DS域可以形成 DS區(qū)。 ? 2）總體集中控制策略（與 IntServ分布式控制相對(duì)照）。網(wǎng)絡(luò)資源的分配由總體服務(wù)提供策略（ Service Provisioning Policies）決定，包括在邊界如何分類聚合流，在內(nèi)部如何調(diào)度轉(zhuǎn)發(fā)流聚集。 ? 3）利用面向?qū)ο蟮哪K化思想與封裝思想，增強(qiáng)了靈活性與通用性。各邏輯模塊相對(duì)獨(dú)立，并有多種組合。 64 DiffServ（ Differentiated Services，區(qū)分服務(wù)）模型 體系結(jié)構(gòu) 區(qū)分服務(wù)簡化了信令，對(duì)業(yè)務(wù)流的分類采用匯聚的方式，將需求相近的或?qū)傩? 相近的業(yè)務(wù)流看作一個(gè)大類，減少了調(diào)度算法及緩存的開銷。 DiffServ的基本 思想如下： ? 1）定義一組服務(wù)類型和優(yōu)先級(jí) 。每種服務(wù)類型都有一個(gè)相關(guān)的業(yè)務(wù)流特性描述文件。 DiffServ基于流聚集進(jìn)行操作，因此服務(wù)類型數(shù)量較少。 ? 2） DiffServ模型由邊界路由器劃分為一個(gè)個(gè)的 DS域 。邊界路由器中，入口路由器用于對(duì)流量進(jìn)行整形、聚合，并設(shè)置 DS域中的區(qū)分服務(wù)標(biāo)記（ DSCP）值；核心路由器基于分組中的 DSCP值對(duì)分組進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)每種 DSCP的逐跳行為。 DiffServ模型體系結(jié)構(gòu) DiffServ網(wǎng)絡(luò) 用戶網(wǎng)絡(luò) DiffServ網(wǎng)絡(luò) 流量控制 SLA/TCA 邊界節(jié)點(diǎn) 內(nèi)部節(jié)點(diǎn) 邊界節(jié)點(diǎn) 邊界節(jié)點(diǎn) 內(nèi)部節(jié)點(diǎn) 邊界節(jié)點(diǎn) 在網(wǎng)絡(luò)邊緣進(jìn)行業(yè) 務(wù)分類和流量調(diào)整。 業(yè)務(wù)分類 . 基于 DS域 . 基于其他特征 流量調(diào)整 . 計(jì)量 . 標(biāo)記 . 整形 . 丟棄 不同 DS區(qū)域可有不同的 PHB（ Perhopbehavior），以實(shí)現(xiàn)不同的服務(wù) 提供策略，它們之間通過 SLA（ Service Level agreement）與 TCA（ Traffic Conditioning Agreement）協(xié)調(diào)提供跨區(qū)域服務(wù)： . SLA：服務(wù)級(jí)別協(xié)議，關(guān)于業(yè)務(wù)流在網(wǎng)絡(luò)中傳遞時(shí)所應(yīng)當(dāng)獲得的待遇。 . TCA：傳輸調(diào)節(jié)協(xié)議，關(guān)于業(yè)務(wù)分類準(zhǔn)則、業(yè)務(wù)模型及相應(yīng)處理的協(xié)定。 用戶網(wǎng)絡(luò) DS區(qū)域的服務(wù)提供 策略由 PHB決定。 DS節(jié)點(diǎn)根據(jù) PHB屬性 轉(zhuǎn)發(fā)。 區(qū)分式 QoS模型中定義的行為有兩大類（共 5種行為） 65 66 DiffServ模型體系結(jié)構(gòu) DiffServ模型的服務(wù) ? 報(bào)文分類和標(biāo)記 ? 流量監(jiān)管 ? 流量整形 ? 擁塞管理 ? 擁塞避免 區(qū)分式 QoS模型中定義的行為有兩大類（共 5種行為） （ 1） TCB： traffic classification and conditioning，流量的區(qū)分和調(diào)節(jié) （ 2） PHB： perhop behavior，逐跳行為 67 68 DiffServ模型體系結(jié)構(gòu)組成部分： 1） DS域與 DS區(qū) DiffServ包括兩個(gè)工作層次： DS區(qū)和 DS域。 DS域是由一些相連的 DS節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的集合，它們遵循統(tǒng)一的服務(wù)提供策略并實(shí)現(xiàn)一致的 PHB，可以看做提供 DiffServ業(yè)務(wù)的一個(gè)個(gè)子網(wǎng)。 DS域有明確定義的邊界，邊界由邊界節(jié)點(diǎn)（ Boundary Node）構(gòu)成。