【正文】 調(diào)度和管理等 問題。網(wǎng)絡(luò)元件（交換機、路由器） 傳送管理（ QoS控制和管理端到端之間的報文在一個網(wǎng)絡(luò)上的 發(fā)送 ） ? 每個網(wǎng)絡(luò)元件提供如下功能： 隊列管理和調(diào)度（來滿足不同應(yīng)用要求的不同服務(wù)質(zhì)量） QoS兩大模型 ?QoS的實現(xiàn)模型主要有 IntServ（ Integrated Service， 集成服務(wù) ） 和DiffServ（ Differentiated Service， 區(qū)分服務(wù) ） 。 ?DiffServ模型是一種基于類的 QoS技術(shù) ， 它在網(wǎng)絡(luò)邊界將數(shù)據(jù)流按 QoS要求進(jìn)行簡單分類 ， 并根據(jù)業(yè)務(wù)的不同服務(wù)等級約定 ，有差別地進(jìn)行流量控制和轉(zhuǎn)發(fā)來解決擁塞問題 。最簡單，路由器的默認(rèn)行為 對 時延 可靠性等性能不提供保證 采用令牌桶技術(shù)和 WFQ（加權(quán)隊列公平）技術(shù)就可以保證最基本的端到端最小時延要求， 當(dāng)分組到達(dá)時，在入口經(jīng)過令牌捅緩沖，保證其流量到達(dá)符合約定的規(guī)范，然后通過出口的 WFQ調(diào)度算法進(jìn)行發(fā)送，保證端到端的帶寬和時延，實現(xiàn)端到端的 QoS保證。 ? 流分類和標(biāo)記是實現(xiàn) QoS服務(wù)的前提條件和基礎(chǔ)，其目的是將報文映射到不同的服務(wù)類，屬于同一類別、同一優(yōu)先級的報文應(yīng)該匹配事先規(guī)定的規(guī)則并以相同的方式進(jìn)行標(biāo)記和處理。 ? 規(guī)則匹配的方式有 3種：精確匹配、前綴匹配和范圍匹配 ? 流量分類問題的核心是查找算法，它需要滿足速度快、消耗資源小、易于更新等需求。 ? 衡量流量是否超過約定帶寬、進(jìn)行 QoS的流量監(jiān)管與整形需要使用令牌桶算法或漏桶算法。 ? IETF定義了兩種令牌桶算法來對流量進(jìn)行檢測， 即單速率三色標(biāo)記算法（ srTCM）和雙速率三色標(biāo)記算法（ trTCM）。 2） CBS(Committed Burst Size):承諾突發(fā)尺寸 ，即允許突發(fā)的最大流量尺寸，它等于令牌桶的容量。 4） PIR(Peak Information Rate):峰值信息速率 ，僅用于 trTCM算法中。 QoS的基本框架 ?2. 流量監(jiān)管與整形 令牌桶算法 29 QoS的基本框架 ?2. 流量監(jiān)管與整形 漏桶算法 ?漏桶算法也是用于 流量整形 的一種常用算法，它的主要目的是控制數(shù)據(jù)注入到網(wǎng)絡(luò)的速率。 ?漏桶算法與令牌桶算法都能限制數(shù)據(jù)的平均傳輸速率， 不同的是漏桶算法的主要目的在于平滑突發(fā)流量，它對于存在突發(fā)特性的流量來說缺乏效率。 流量監(jiān)管 30 QoS的基本框架 ?2. 流量監(jiān)管與整形 流量整形 ?流量整形與流量監(jiān)管的使用方式和目的不同。 ?其次流量監(jiān)管的目的在于控制流量，而流量整形則用于調(diào)整分組傳輸?shù)钠骄俣?，讓?shù)據(jù)報按照傳輸規(guī)定的速率進(jìn)行傳送，盡量避免流量因突發(fā)的特性而造成網(wǎng)絡(luò)擁塞的發(fā)生。當(dāng)然，如果緩沖區(qū)隊列已經(jīng)飽和，多余的分組就會被丟棄。 ?當(dāng)數(shù)據(jù)到達(dá)出口時，路由器可以根據(jù)分組的優(yōu)先級或基于分類決定數(shù)據(jù)包是否丟棄或分配到不同的隊列進(jìn)行緩沖，然后通過隊列調(diào)度機制進(jìn)行傳輸。 ?常見的隊列調(diào)度機制如下，這些機制在分類方法、丟棄策略、調(diào)度方式和隊列長度等方面都存在差異。 方式：將不同優(yōu)先級的報文入不同的隊列，不同隊列將得到不同的調(diào)度優(yōu)先級、概率或帶寬保證。CQ共分為 17個隊列 。 ? CQ中每一個隊列的丟包策略可采用尾丟棄 、 RED和 WRED。 ? 所有隊列的丟包策略可同時采用尾丟棄 、 RED和 WRED（ 基于 IP Pre或EXP） ， 權(quán)值依賴于 IP報文頭中攜帶的 IP優(yōu)先級 ? 簡單 、 高效 ， 沒有任何附加開銷 ? 數(shù)據(jù)包按流分類再按隊列優(yōu)先級等待發(fā)送 ? 優(yōu)先級數(shù)值越小 ， 所得帶寬越少 ， 反之 ， 數(shù)值越大 ， 帶寬越多 。 對不匹配任何類別的報文 ，送入默認(rèn)隊列，按 WFQ進(jìn)行處理。 ?TCP慢啟動導(dǎo)致全局同步化 。 這種重新發(fā)送的全局同步化 ， 會在網(wǎng)絡(luò)上產(chǎn)生巨大破壞 。 ?算法： RED、 WRED QoS的基本框架 ?3. 隊列調(diào)度（擁塞管理及擁塞避免） 45 ?尾丟棄 :tail drop ?當(dāng)隊列滿時 ， 丟棄所有到達(dá)的報文 ?在隊列丟包期間 ， 來自于大量 TCP連接的報文都將被丟棄 ， TCP的重傳機制將導(dǎo)致新的一輪的擁塞 ， 這種現(xiàn)象稱為 “ 全局同步 ” ?全局同步現(xiàn)象將嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)的性能及服務(wù)質(zhì)量 隊列 尾丟棄 丟棄 發(fā)送 入隊 出隊 調(diào)度 隊列是否滿 IP MPLS 報文 尾丟棄 QoS的基本框架 ?3. 隊列調(diào)度（擁塞管理及擁塞避免） 46 ? 當(dāng)平均隊列長度為 lmin時開始隨機丟包 ， 平均隊列越長 ， 丟包概率越大 ， 當(dāng)平均隊列長度等于 lmax時 ， 丟棄所有到達(dá)的報文 ? 由于隊列長度可能瞬間變化很大 ， 因此需要對隊列長度進(jìn)行低通濾波 ， 得出平均隊列長度 ? RED可以很好地解決全局同步問題 隊列 尾丟棄 發(fā)送 入隊 出隊 調(diào)度 丟包概率 平均隊列長度 0 1 lmin lmax 平均隊列長度 丟棄 隊列長度 0 L 時間 t0 t1 平均隊列長度 IP MPLS 報文 RED ——隨機早期檢測 QoS的基本框架 ?3. 隊列調(diào)度（擁塞管理及擁塞避免） 47 WRED —— 加權(quán)隨機早期檢測（一） ? WRED ? 采用隨機丟棄的策略，避免了尾部丟棄的方式而引起 TCP全局同步 ? 根據(jù)當(dāng)前隊列的深度來預(yù)測擁塞的情況 ? 根據(jù)優(yōu)先級定義不同的丟棄策略，定義上限閾值和下限閾值 ? 相同的優(yōu)先級不同的隊列，隊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 平均隊列長度 0 1 lmin lmax 丟包概率 平均隊列長度 0 1 lmin lmax 丟包概率 平均隊列長度 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)隨機早期檢測（二） QoS的基本框架 ?3. 隊列調(diào)度（擁塞管理及擁塞避免） 49 RED與 WRED ? RED和 WRED通過隨機丟棄報文避免了 TCP的全局同步現(xiàn)象 ? 在 RED類算法中，為每個隊列都設(shè)定一對低限值和高限值，并做如下規(guī)定 ? 當(dāng)隊列的長度小于低限值時，不丟棄任何報文 ? 當(dāng)隊列的長度超過高限值時，丟棄所有到來的報文 ? 當(dāng)隊列的長度在低限值和高限值之間時，采用 WRED算法計算是否丟棄報文。 QoS的基本框架 ?3. 隊列調(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 ? 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。 ? IntServ（ Integrated Services，集成服務(wù)）模型：是基于資源預(yù)留的、面向單個流的 QoS服務(wù)模型。 52 IntServ（ Integrated Services，集成服務(wù)）模型 ? 主要由 4個部分組成。 ? 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，確定是否支持請求的資源預(yù)留。 ? 4）分組調(diào)度器：基于一定的隊列管理機制和調(diào)度算法對分類后的分組進(jìn)行調(diào)度，以便將網(wǎng)絡(luò)資源分配給不同的流。 ? 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)，是一種軟實時（ 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)。 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。 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。其在小范圍或邊緣網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用可能性較大。 路由器需要為每個資源預(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，還要定期地向網(wǎng)絡(luò)發(fā)資源請求和路徑刷新信息，以支持組播成員的動態(tài)加入和退出。在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴大時，維護(hù)的開銷會大幅度增加，對路由器特別是核心路由器線速處理報文的性能造成不良影響，甚至于會使路由器無法承擔(dān)。 ? IntServ的部署也存在問題。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。 Integrated Services模型 61 IntServ的推動者締造了 DiffServ ? DiffServ的目標(biāo)在于利用簡單有效的方式滿足實際應(yīng)用對服務(wù)質(zhì)量的要求。 ? 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（邊界路由器）和核心節(jié)點（核心路由器）進(jìn)而實現(xiàn)服務(wù)質(zhì)量的管理。核心節(jié)點只進(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)控機制的實現(xiàn)等只在邊界節(jié)點進(jìn)行，核心節(jié)點是狀態(tài)無關(guān)的。 DiffServ采用聚集傳輸控制，服務(wù)對象是流聚集（ Flow Aggregate）而非單流，單流信息只在網(wǎng)絡(luò)邊界保存和處理。除實現(xiàn)簡單外，區(qū)分服務(wù)體系還有以下特點： ? 1）層次化結(jié)構(gòu)。 ? 2）總體集中控制策略（與 IntServ分布式控制相對照）。 ? 3）利用面向?qū)ο蟮哪K化思想與封裝思想，增強了靈活性與通用性。 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)流看作一個大類，減少了調(diào)度算法及緩存的開銷。每種服務(wù)類型都有一個相關(guān)的業(yè)務(wù)流特性描述文件。 ? 2） DiffServ模型由邊界路由器劃分為一個個的 DS域 。 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 內(nèi)部節(jié)點 邊界節(jié)點 邊界節(jié)點 內(nèi)部節(jié)點 邊界節(jié)點 在網(wǎng)絡(luò)邊緣進(jìn)行業(yè) 務(wù)分類和流量調(diào)整。 . 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。 DS節(jié)點根據(jù) PHB屬性 轉(zhuǎn)發(fā)。 DS域是由一些相連的 DS節(jié)點構(gòu)成的集合，它們遵循統(tǒng)一的服務(wù)提供策略并實現(xiàn)一致的 PHB，可以看做提供 DiffServ業(yè)務(wù)的一個個子網(wǎng)。邊界節(jié)點連通 DS域和非 DS域（或其他 DS域）。 DSCP是區(qū)分服務(wù)標(biāo)記域中的具體值，用來標(biāo)識數(shù)據(jù)包所屬的流聚集，供數(shù)據(jù)包經(jīng)過 DS節(jié)點時選擇特定的 PHB。 70 DiffServ模型體系結(jié)構(gòu)組成部分： 3）邊界節(jié)點的傳輸分類與調(diào)節(jié)機制 邊界節(jié)點要根據(jù)傳輸調(diào)節(jié)協(xié)議 TCA（ Traffic Conditioning Agreement, TCA）對入域（或出域）流進(jìn)行分類和調(diào)節(jié)，以保證輸入（或輸出）流滿足 TCA中規(guī)定的規(guī)格，并將其歸入某個行為聚集和標(biāo)記相應(yīng)的 DSCP值。 調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)技術(shù)比較成熟，只要用令牌桶（ Token Bucket）和漏桶（ Leaky Bucket）等算法適當(dāng)組合即可。 71 DiffServ模型： 每跳行為 PHB、 PHB組與 PHB組簇 每跳行為 PHB是一個 DS節(jié)點調(diào)度轉(zhuǎn)發(fā)特定流聚集這一行為的外特性描述。 多個 PHB由于彼此關(guān)系密切而必須同時定義，則在實現(xiàn)時就構(gòu)成一個 PHB組。 若干 PHB組有相似構(gòu)造，因而這些 PHB組可以同時定義，則稱其屬于同一 PHB組簇。 目前已標(biāo)準(zhǔn)化的 PHB有 4種： BE（ Best Effort）、 EF（ Expedi