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1、第5章 IP Qos原理及实现,ISSUE 1.1,日期：,杭州华三通信技术有限公司 版权所有，未经授权不得使用与传播,随着计算机网络的高速发展，敏感且实时性强的语音、图像和其它重要数据同时在网上传输，使得人们对网络传输质量的要求也越来越高，人们期望报文在吞吐量、延迟、延迟抖动和丢包率等方面获得一定程度上的服务保证，期望可以根据客户类型提供有差别的服务。解决这些问题的一个途径是增加网络的带宽，但带宽的增加毕竟是有限的，且代价昂贵，它也只能在一定程度上缓解这个问题。提供QoS将是人们对未来IP网络的基本要求 。,引入,掌握QoS的基本概念 掌握报文的分类和标记方法 掌握流量整形与监管 掌握拥塞避
2、免与队列调度技术 掌握QoS的基本应用,课程目标,学习完本课程，您应该能够：,网络中的常见性能指标及问题 QoS基本概念 报文的分类和标记 流量监管及整形 拥塞管理及避免 QoS应用实例,目录,网络带宽（Bandwidth ）,RTA,PC1,RTB,RTC,PC2,2M,数据流,BWmax=min(100M, 2M, 10M, 1000M)=2M,10M,1000M,100M,网络带宽用于衡量网络的吞吐能力，单位为bps。 网络带宽的最大值为数据转发路径上最小链路的带宽值。 如果网络上存在多个数据流，它们将互相竞争带宽。 网络带宽取决于物理链路的速率，通过QoS技术可以提高网络带宽的利用效率
3、。,网络延迟（Delay）,RTA,PC1,RTB,RTC,PC2,Delay=(T1+P1+S1)+(T2+P2+S2)+(T3+P3+S3),传输延迟T1 调度延迟P1 串行延迟S1,传输延迟T2 调度延迟P2 串行延迟S2,传输延迟T3 调度延迟P3 串行延迟S3,数据流,网络延迟用于衡量网络传输时间长短，单位为ms。 单个网络设备的延迟包括传输延迟、调度延迟、串行延迟。 网络延迟为数据转发路径上所有网络设备延迟的总和。 实时应用比较关注延迟大小，如语音、视频等应用。,抖动（Jitter ）,RTA,PC1,RTB,RTC,PC2,Jitter=abs(T1-T2),数据包一,数据包二,
4、时延T1,时延T2,1,2,1,2,抖动用于衡量网络时延的稳定性，单位为ms。 同一个数据流的不同数据包，在网络中经历的延迟可能不同，从而产生抖动。 抖动对实时应用的影响较大（如语音、视频等应用），会造成失真。,网络丢包（Packet Loss ）,100M,10M,4,FIFO Queue,1,2,3,4,Drop,网络丢包用于衡量网络的可靠性，单位为pps或者百分比。 网络发生拥塞的情况下，由于所有队列被占满，必然导致部分数据包被丢弃。 通过拥塞管理技术可以实现区分式服务，保证关键数据流优先转发。 通过早期丢弃技术可以平滑网络流量，防止网络流量的全局同步问题。,Queue Length=3
5、,网络中的常见性能指标及问题 QoS基本概念 报文的分类和标记 流量监管及整形 拥塞管理及避免 QoS应用实例,目录,IP QoS两大模型,QoS的实现模型主要有IntServ（Integrated Service，集成服务）和DiffServ（Differentiated Service，区分服务）。 IntServ模型是端到端的基于流的QoS技术，它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模型是一种基于类的QoS技术，它在网络边界将数据流按QoS要求进行简单分类，并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
6、决拥塞问题。,DiffServ模型的服务,报文分类和标记 流量监管 流量整形 拥塞管理 拥塞避免,报文分类也称为流分类，是将报文分为多个优先级或多个服务类。 如使用IP报文头的TOS字段（Type of Service，服务类型），可以将报文最多分成六类（另外两个值保留为其他用途）。 在报文分类后，就可以将其它的QoS特性应用到不同的分类，如拥塞管理、带宽分配等。,报文分类,报文标记,ID,Offset,TTL,Proto,FCS,IP-SA,IP-DA,Data,DSCP,IP Precedence,CU,ToS,IPv4报文头,MBZ,RFC1349,RFC2474,D,T,R,C,7,6
7、,5,4,3,2,1,0,7,6,5,4,3,2,1,0,DSCP,CU,Version Length,ToS 1Byte,Len,拥塞管理,FIFO 是队列机制中最简单的，只按照到达的先后决定分组的转发次序 。 PQ PQ严格按照优先级别来对数据进行转发。优先发送较高优先级队列中的分组；当较高优先级队列为空时，再发送较低优先级队列中的分组。 CQ CQ采用Round Robin调度方式，从每个队列取出指定字节的报文发送，克服了PQ的“饿死”问题。,拥塞管理（续）,WFQ WFQ对报文按流进行分类，采用HASH算法将每个流被分配到一个队列。优先级数值越小，所得带宽越少；优先级的数值越大，所得带
8、宽越多。 CBQ CBQ是对WFQ功能的扩展，为用户提供了定义类的支持。 包括提供EF的LLQ、提供AF的BQ、对缺省类的WFQ服务。 CBQ首先根据IP优先级或者DSCP、输入接口、IP报文的五元组等规则来对报文进行分类。 不同类别的报文进入不同的队列。对于不匹配任何类别的报文，报文被送入系统定义的缺省类。,流量监管,流量监管（Policing）通过监督进入网络的某一流量的规格，限制它在一个允许的范围内。若某个连接的报文流量过大，就丢弃报文，或重新设置该报文的优先级，以保护网络资源和运营商的利益不受损害。,. . .,令牌桶,分类,继续发送,令牌,通过,丢弃,需由此接口 发送的报文,按规定速
9、度向 桶中存放令牌,流量整形,GTS（Generic Traffic Shaping，通用流量整形） 通过限制流出某一网络的某连接的流量和突发，使这类报文在某个接口以比较均匀的速度向外发送 通常使用缓冲区和令牌桶来实现。令牌桶以来控制发送速度，超过流量的报文放在缓冲区中缓存，以后再定时发送,. . .,令牌桶,分类,继续发送,令牌,通过,需由此接口 发送的报文,按规定速度向 桶中存放令牌,GTS队列,拥塞避免,拥塞避免技术一般用于网络的瓶颈处。 监控网络流量，避免在网络瓶颈处发生拥塞，防止出现TCP全局同步现象，提高资源使用效率。 通过丢弃报文可以达到避免拥塞的目的。 包括RED、WRED、尾
10、丢弃等技术。,分类,需由此接口 发送的报文,. . .,queue 1,queue N1,queue 2,. . .,WRED 丢弃,离开接口的报文,出队调度,网络中的常见性能指标及问题 QoS基本概念 报文的分类和标记 流量监管及整形 拥塞管理及避免 QoS应用实例,目录,入接口,接收报文,源地址 目的地址 源端口 目的端口 TOS,分类,RED WRED,丢弃,拥塞检测 /避免,FIFO PQ CQ WFQ CBWFQ,入队,CAR GTS,出队,丢弃,流量整形 /监管,令牌桶,令牌,出接口,报文分类 队列技术 拥塞避免 流量监管与流量整形 信令和资源预留 ATM接口QOS FR QOS,
11、DiffServ服务模型,DiffServ的业务分类与调整,业务分类(classifying)：通过业务分类可以使其获得不同的服务。这种不同的服务通过对业务进行调整以及设置一定的DS值来实现 业务调整(condition)包括：测量(metering)、标记(marking)、丢弃(dropping)、整形(shaping)等机制。用以确保进入DS域的业务流符合TCA的规则 业务的分类和调整一般只发生在网络边缘。,分类,测量,标记,整形/丢弃,数据包,分类（Classifying）,含义：在特定的规则下，根据包头的某些内容选择分组。 分类有两种方式 BA（Behavior Aggregate）
12、：基于IP包头中的DS域。 MF（Multi Field）：基于IP包头中的某些域的集合，例如：源/地址、DS、协议号、源/目的端口号等等。,标记/整形/丢弃,标记（Marking） 设置报文的DS域。 DS域的设置一般只发生在网络边缘。 整形（Shaping） 使业务流中的分组延时输出以符合业务模型的规定。 丢弃（Dropping） 根据特定规则丢弃分组。,封装的报文格式,802.1Q/p帧封装的报文格式,Preamble.,Start Frame delimiter,DA,SA,TYPE,Tag 4bytes,PT,DATA,FCS,3个bit用于802.1p优先级,IP包封装的报文格式,
13、Version,TOS,Len,ID,Offset,TTL,Proto,FCS,IP-SA,IP-DA,DATA,IP优先级或DSCP,报文的封装格式,Pream.,SFD,DA,SA,TYPE,Tag 4bytes,PT,DATA,FCS,以太网帧,3个bit用于802.1p优先级,802.1Q/p的头,典型的应用,COS值,7,6,5,4,3,2,1,0,保留,保留,语音传送,视频会议,呼叫信令,高优先级数据,中等优先级数据,普通传送数据,以太网中的优先级 COS,DSCP（DiffServ Code Point，差分服务编码点）- DiffServ的信令,IETF DiffServ工作组
14、将IP报文头ToS字节的6比特重新定义为DSCP，ToS字节改名为DS字节。,DSCP,DiffServ需要网络根据分组报头中的信息为分组提供服务，这个信息就是DiffServ解决方案中的带内信令。 最初使用3比特的IP Precedence作为DiffServ的带内信令 现在IP Precedence和DSCP都可用来支撑DiffServ，DSCP的定义也向前兼容IP Precedence。 各厂家的IP QoS都同时支持IP Precedence、DSCP及相互之间的转换。 目前IP Precedence和DSCP在现实网络中都有实际的应用。,IP Precedence vs DSCP,C
15、OS与DSCP的映射关系,PHB（Per-Hop Behaviors） PHB是网络节点对报文调度、丢包、监管和整形的处理 每类PHB都对应一组DSCP PHB只定义了一些外部可见的转发行为，没有指定特定的实现方式 IETF DiffServ工作组目前定义了四种PHB Default PHB Class-Selector PHB EF AF,单中继段行为 PHB,IETF 目前定义的四种PHB,Default PHB DSCP为“000000”；代表当前Internet尽力而为的服务 Class-Selector PHB， DSCP为“XXX000”，X为0或1；代表的服务等级与在现有网络中使
16、用的IP Precedence保持相同，当X为全0时，就是Default PHB Expedited Forwarding PHB， DSCP为“101110”；代表DiffServ网络中最高的服务质量，在有带宽确保的情况下，发包速度大于收包速度，适用于VOIP、虚拟租用线等实时业务；可通过优先队列、低时延队列或RTP实时队列等多种队列机制来实现,Assured Forwarding PHB，RFC2597；代表带宽有保证、时延可控的服务，适用于视频业务、VPN业务等，AF PHB定义了4个服务等级（分别对应一定的带宽及缓存），每个服务等级有3个分组丢弃优先级 在QoS具体实施过程中，网络运营商可根据业务的需求，采用多种机制灵活定义DSCP及PHB，例如可用“1011
