QoS 网络服务质量

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1、服务质量控制概述n广义的网络服务质量n包括网络性能、可用性、可靠性 和安全性 等各种指标。n我们研究的服务质量控制都是为了提高 网络保证性能 的能力n和性能相关的主要的QoS参数有带宽、延迟/ 延迟抖动和分组丢失率等。 1服务质量控制概述n绝对的(确定性的)性能保证n一条在任意时刻都可以提供10Mbps带宽的网络链路n绝对的带宽保证n概率的(随机的)性能保证n保证95%的分组的延迟不大于100msn概率的延迟保证n时间平均 的性能保证n保证一个月中的平均分组丢失率不高于10-5n平均的丢失率保证2服务质量控制概述控制粒度n分组级(时间粒度大约为1到100微秒)n分组是QoS控制机制的最小单位。

2、n流量调节机制(包括分组分类器、分组标记器和流量整 形器等),分组调度机制和主动队列管理机制 等。n分组的往返时间(round trip time),大约为1到100毫秒 。n在这个粒度工作的是拥塞控制和流量控制 等基于反馈的 控制机制。n会话级的(以秒和分钟为单位),也就是用户会话持续的 时间(会话可以采用各种方式定义)。n在这个粒度工作的QoS机制包括准入控制和QoS路由。n长期的QoS控制机制。n主要包括流量工程,能力规划和服务定价 等。 3服务质量控制概述控制信息nQoS控制机制使用的控制信息的粒度( granularity)n根据每流(per-flow,一般来说,流采用IP源地址、目

3、的地址、 源端口号、目的端口号和协议域 这五元组进行标识)状态对每个 用户流进行控制。n对流的聚集进行控制。n流聚集也可以有各种方法,比如每台主机、每个网络前缀、每 个服务类别等等。n控制状态的携带者和控制本身的位置。n控制状态的携带者可以是路由器,也可以是分组。n控制的位置可以在用户主机、网络边缘路由器,或者是网络核心 路由器。 4服务质量控制概述QoS控制空间nQoS控制空间n控制粒度、控制状态的携带者和控制的位置作为空 间维n把控制的时间粒度作为时间维nQoS控制空间反映了QoS服务性能、操作和管理 复杂性和实现代价之间的权衡。n如果想提供确定性的性能保证,就需要在分组的粒 度进行每流控

4、制,这就对路由器的存储容量和处理 能力提出了很高的要求,路由器要保存大量的流状 态和对每个分组进行处理。n如果在分组的粒度对流聚集进行控制就可以减轻路 由器的负担,但是就不能提供确定性的性能保证。 5主要内容n服务质量控制概述n集成服务模型n区分服务模型n分组调度n网络微积分简介n动态分组状态模型6问题 流AD需要带宽,延迟和丢失率保证。 交叉的流量是不可预测的。 IP可以提供这种保证吗? 为了实现这一目标需要对IP进行什么修改?ABCDCross TrafficEF5 Mbps10 Mbps7IP的限制nIP仅仅提供best effort服务nIP并不参加资源管理n不能根据每个流的状态提供服

5、务保证n不能在流量聚集之间提供服务区分n早期的研究工作nBerkeley大学的Tenet研究组2nATMnIETF的工作n集成服务框架n区分服务框架8那么,需要做哪些工作?n流区分n简单的FIFO调度不能工作n准入控制n资源预留n流标识ABCDCross TrafficEF5 Mbps10 Mbps9Internet集成服务框架3n增强了IP的服务模型n原有模型:简单的best effort服务类型n新模型:多种服务类型,包括best effort和QoS类型n设计了支持新的服务模型的协议和算法n原有模型:在IP层次没有资源管理n新模型:在IP层次进行显式的 资源管理n关键的体系结构区别n原有

6、模型:无状态n新模型:路由器维护每流状态n用于准入控制和调度n由信令协议建立 10集成服务网络 n流或者会话作 为QoS抽象n每个流有一条 固定的或者稳 定的路径n沿着路径的路 由器维护每流 的状态11SenderReceivern获得每流的带宽和延迟保证n实例:为流保证1Mbps和25The Big PictureNetwork SenderReceiverPATH Msg26The Big Picture (2)Network SenderReceiverPATH MsgRESV Msg27RSVP的基本操作n发送方通过数据发送路径发送PATH消息n在路径中的每台路由器上设置包括前一跳地址

7、在内 的路径状态n接收方沿着发送路径反方向发回RESV消息n定义了预留类型,需要的QoS参数n在路径中的每台路由器中建立预留状态n请注意n接收方 发起预留n预留过程和路由无关n状态有两种类型:path和reservation28Route Pinningn问题:非对称路由n你可以沿着路径 RS3S5S4S1S预留状态,但 是数据转发路径 是 SS1S2S3R !n解决方案:使用PATH消息记住从S到R的路径, 也就是执行了路由绑定S1S2S3SRS5S4PATH RESVIP routing29PATH和RESV消息nPATH还定义了n源的流量特性n使用了令牌筒进行描述n预留类型nRESV定义

8、了n排队延迟和带宽需求n源的流量特性(来自PATH)nFilter定义,也就是哪些发送方可以使用这些预留n基于这些信息路由器执行预留操作30预留类型和Filter定义n预留类型n使用filter定义哪些发送方可以使用该预留资源n三种类型nwildcard filter: 不定义任何发送方;所有到相同 目的地址的分组共享相同的资源n用于只有少量成员同时发言的组nfixed filter: 不在发送方之间共享,明确指出是 为哪个发送方预留的资源n发送方不能被修改ndynamic filter: 资源可以在明确指定的发送方之 间共享n发送方可以被修改 31软状态n每个会话状态都关联一个时钟n路径状态

9、,预留状态n当时钟超时后状态失效n发送方/接收方周期性刷新状态n优点n不需要主动清除失效后的状态n可以容忍信令分组的丢失n信令分组不需要可靠传输n易于适应路由的动态变化n状态可以通过teardown消息显式删除32软状态的例子 nH4 离开组nH4 不再发送PATH消息n对应于H4的状态被删除S1S2S3H2H1H3senderreceiverH5H4sender+receiver(B,H4)(B,H4) (B,H4)(2B,*)(B,H4) (B,*)(B,*)33软状态的例子nH4 离开组nH4 不再发送PATH消息n对应于H4的状态被删除S1S2S3H2H1H3senderreceive

10、rH5sender+receiver(2B,*)(B,*)(B,*)34RSVP 和路由nRSVP可以和多种路由协议配合工作nRSVP只要求路由协议路由PATH消息n路由绑定nQoS路由n基于预留的参数进行QoS路由可以提高资 源预留的成功率nExplicit routingn利用RSVP为保留的流量建立路由35和集成服务相关的算法机制n分类算法n调度算法n准入控制算法nQoS路由36集成服务为什么难以实施?n经济因素n部署代价过于昂贵n可扩展性差n每流状态难以维护n面向组播的预留策略难以实现n访问控制、认证、计费均实现困难37主要内容n服务质量控制概述n集成服务模型n区分服务模型n分组调度n

11、网络微积分简介n动态分组状态模型38问题n目标:为多媒体应用提供支持n交互式电视,IP电话,网络游戏等等n问题:nBest effort不能很好的支持这些应用n集成服务可以支持这些应用,但是n过于复杂n可扩展性差39Differentiated Services (Diffserv)n围绕domain的概念设计nDomainn在相同管理策略下的连通的网络区域n区分边界节点和核心节点n边界路由器n对每个流量聚集 进行整形n使用少量的数据位标记分组,每种编码代表一种类别n核心路由器n基于分组标记处理分组n可扩展性好于Intserv,实现简单,但是提供的服 务保证较弱。40Diffserv体系结构n

12、入口路由器 n对流量进行整形、聚合等操作n设置Diffserv(DS)域中的区分服务标记值(Differentiated Service Code Point, DSCP)n核心路由器n实现每种DSCP的逐跳行为(Per Hop Behavior)n基于分组中的DSCP值处理分组IngressEgressIngressEgressDS-1DS-2Edge routerCore router41Differentiated Service (DS) Field8nDS域使用了Type of Service域的前六位n其他两位建议由ECN使用VersionHLenTOSLength Identif

13、icationFragment offsetFlagsSource address Destination addressTTLProtocolHeader checksum048161931DataIP headerDS Filed05 6 742区分服务类型n两类服务nAssured servicenPremium servicen当然,还有best effort43Assured Service9n服务原则:无论是否拥塞,保证用户占 有预约的最低限量的带宽。n网络:提供比best effort更低的分组丢 失率。n如果出现拥塞,则先丢弃best effort分组 。n用户:不发送超过其预

14、约带宽的流量。n如果发送了超过预约的流量,超过的部分 则按照best effort处理。 44Premium Service10n在入口路由器和出口路由器之间提供虚 拟管道抽象。n网络:保证奖赏类分组不会丢失而且延 迟要尽量小。n用户:不发送超过管道容量的分组。n如果发送,多于预约的流量将会被延迟, 而且当缓冲区满时会被丢弃。45Edge RouterClassifier Traffic conditionerTraffic conditioner Scheduler Class 1Class 2Best-effort Marked trafficIngressPer aggregate Cl

15、assification (e.g., user)Data traffic46假定n假定两位nP-bit 表示奖赏类流量nA-bit 表示确保流流量n流量调节器( Traffic conditioner, TC)实 现n测量n标记n整形47执行测量和标记的流量调节器n用于实现确保服务n预约内的流量被标记n设置每个分组的A-bitn超过预约的流量不被标记n分组中的A-bit被清除,流量按照best-effort处理assured trafficr bpsb bitsMetering in-profile trafficout-of-profile trafficUser profile (tok

16、en bucket)Set A-bitClear A-bit 48执行测量、标记和整形的流量调节器n用于实现奖赏服务n预约内的流量被标记n设置每个分组的P-bitn超过预约的分组被延迟,而且当缓冲区满时被丢弃r bpsb bitsMetering/ Shaper/ Set P-bit in-profile trafficout-of-profile traffic (delayed and dropped)premium trafficUser profile (token bucket)49调度器实例n奖赏类流量以高优先级发送n确保流量和best effort流量通过RIO(RED with In and Out).n然后以低优先级发送P-bit set?A-bit set?RIOyesno yes nohigh prioritylow priority50控制路径n每个域分配一个带宽代理Bandwidth Broker (BB)n通常用于执行入口和出口的带宽分配nBB负责为整个域 执行准入控制nBB实现有一定难度

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