《《现代交换原理与技术(第4版)》教学课件第5章-宽带IP网络与新型网络技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《现代交换原理与技术(第4版)》教学课件第5章-宽带IP网络与新型网络技术（82页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第第5章章 宽带宽带IP网络与新型网络技术网络与新型网络技术5.1 宽带宽带IP网络的服务质量要求网络的服务质量要求5.2 综合服务模型综合服务模型5.3 区分服务模型区分服务模型5.4 宽带宽带IP承载网承载网5.5 新型网络技术新型网络技术5.1.1 网络综合的历史与现状网络综合的历史与现状基基于于PSTN。干干线线数数字字化化和和市市话话中中继继数数字字化化技技术术已已经经成成熟熟，只只要要解解决决接接入入数数字字化化，就就可可实实现现端端到到端端的的数数字字化化通通信，进行业务综合。信，进行业务综合。通通信信能能力力较较模模拟拟话话路路没没有有数数量量级级的的提提高高，支支持持业业务务
2、的的能能力也没有显著改善，同时终端成本较高。力也没有显著改善，同时终端成本较高。随随着着互互联联网网的的发发展展，ADSL、以以太太网网等等技技术术在在接接入入网网中中的广泛应用，的广泛应用，ISDN还没有来得及辉煌就退出了舞台。还没有来得及辉煌就退出了舞台。早期的业务综合早期的业务综合ATM作作为为一一种种快快速速分分组组交交换换技技术术，具具有有电电路路交交换换和和分分组交换的优势，曾一度认为是一种处处适用的技术。组交换的优势，曾一度认为是一种处处适用的技术。基于基于ATM的综合的综合5.1.1 网络综合的历史与现状网络综合的历史与现状纯纯ATM网网络络的的实实现现过过于于复复杂杂，导导致
3、致应应用用价价格格高高，难难以以为大众接收。为大众接收。在网络发展的同时相应的业务开发没有跟上。在网络发展的同时相应的业务开发没有跟上。虽虽然然ATM交交换换机机作作为为网网络络的的骨骨干干节节点点已已经经被被广广泛泛使使用用，但但ATM到桌面的业务发展却十分缓慢。到桌面的业务发展却十分缓慢。基于基于ATM的综合的综合5.1.1 网络综合的历史与现状网络综合的历史与现状ATM与与IP的竞争的竞争5.1.1 网络综合的历史与现状网络综合的历史与现状Internet的广泛应用引发多业务需求如IP语音(VoIP)、在线游戏、音乐下载、视频点播(VoD)和音频流等。以其廉价、开放的特点，冲击着以商业经
4、营为目的的电信网。迫使电信界在电信网中引入基于Internet理念设计的IP网，并将部分电信业务加载到IP网上。TCP/IP体系结构已广泛应用广泛的用户保护已有投资。选择IP并非它足够理想，而是因为它已经无处不在。基于基于IP网络的综合网络的综合5.1.1 网络综合的历史与现状网络综合的历史与现状宽带传输交换提供可靠的服务质量1.实现宽带实现宽带IP网络需要解决的问题网络需要解决的问题5.1.2 宽带宽带IP网络的网络的QoS保证保证综合业务需要宽带传输传统电话业务 64Kbit/s视频业务 1.5-130Mbit/s传输系统已不是网络发展的瓶颈光纤传输技术发展迅速传输能力可以满足综合业务的需
5、要传输成本在系统中比重下降IP网络上的业务发展相对较慢，从而使得IP网络相对处于轻载状态。传输技术的飞速发展使宽带传输成为可能传输技术的飞速发展使宽带传输成为可能5.1.2 宽带宽带IP网络的网络的QoS保证保证路路由由器器已已从从传传统统基基于于总总线线（背背板板）交交换换、软软件件包包转转发发和和集集中中式式处处理理结结构构改改为为矩矩阵阵交交换换、硬硬件件包包转转发发和和分分布布式式处处理结构，处理能力和吞吐量已大大提高。理结构，处理能力和吞吐量已大大提高。高端路由器包转发时延甚至与高端路由器包转发时延甚至与ATM交换机一样好。交换机一样好。高端路由器高端路由器5.1.2 宽带宽带IP网
6、络的网络的QoS保证保证路由器性能划分随技术发展而变化。路由器性能划分随技术发展而变化。当当前前高高端端路路由由器器一一般般是是指指支支持持 2.5Gbit/s以以上上接接口口、交交换能力大于换能力大于40Gbit/s、吞吐量、吞吐量20Mpps的路由器。的路由器。典典型型产产品品有有思思科科网网络络的的12000系系列列、Juniper公公司司的的M 系列、华为公司的系列、华为公司的NE80等。等。通常交换容量在通常交换容量在40Gbit/s到到320Gbit/s。市市场场上上已已出出现现交交换换能能力力超超过过1000Gbit/s的的T比比特特路路由由器器。高端路由器高端路由器5.1.2
7、宽带宽带IP网络的网络的QoS保证保证最大可能（最大可能（Best Effort）服务是无保障的服务）服务是无保障的服务没有点到点传输资源的保障没有点到点传输资源的保障资源保障是保证点到点传输性能的关键资源保障是保证点到点传输性能的关键时延、时延抖动、分组丢失率时延、时延抖动、分组丢失率分组时延不确定，到达无序分组时延不确定，到达无序无法实现资源按需分配无法实现资源按需分配2.现有现有IP体系结构无法保证服务质量体系结构无法保证服务质量5.1.2 宽带宽带IP网络的网络的QoS保证保证服服务务质质量量 QoS 是是服服务务性性能能的的总总效效果果，此此效效果果决决定定了了一一个个用用户户对对服
8、服务务的的满满意意程程度度。因因此此在在最最简简单单的的意意义义上上，有有服服务务质质量量的的服服务务就就是是能能够够满满足足用用户户的的应应用用需需求求的的服服务。务。服服务务质质量量可可用用若若干干基基本本的的性性能能指指标标来来描描述述，包包括括可可用用性性、差差错错率率、响响应应时时间间、吞吞吐吐量量、分分组组丢丢失失率率、连连接接建立时间、故障检测和改正时间等。建立时间、故障检测和改正时间等。什么是什么是QoS？5.1.2 宽带宽带IP网络的网络的QoS保证保证无连接服务与有连接的无连接服务与有连接的QoS保证矛盾保证矛盾不同的应用具有不同的不同的应用具有不同的QoS要求要求时延、时
9、延抖动、丢失率、带宽时延、时延抖动、丢失率、带宽多约束条件使得路由问题计算上不可行多约束条件使得路由问题计算上不可行同同时时具具有有QoS和和尽尽力力而而为为路路由由使使得得性性能能优优化化问问题题更更复复杂杂网络状态动态变化，状态信息收集困难网络状态动态变化，状态信息收集困难信息的不精确导致路由算法的性能恶化信息的不精确导致路由算法的性能恶化IP QoSIP QoS保证的困难性保证的困难性5.1.2 宽带宽带IP网络的网络的QoS保证保证大量使用光缆和高速路由器，网络的时延和时延抖动就可以足够小，在因特网上传送实时数据就不会有问题。把因特网改造为能够对端到端的带宽实现预留(reservati
10、on)，把使用无连接协议的因特网转变为面向连接的网络。部分改动因特网的协议栈，使多媒体信息在因特网上的传输质量得到改进。改造现有的因特网改造现有的因特网3.实现宽带实现宽带IP的思路的思路5.1.2 宽带宽带IP网络的网络的QoS保证保证使因特网向其用户提供保证某一种等级的服务质量。改进改进“最大可能最大可能”的服务的服务5.1.2 宽带宽带IP网络的网络的QoS保证保证主机主机 H1 和和 H2 分别向主机分别向主机 H3 和和 H4 发送数据发送数据 1.5 Mb/s 链路H1H2H3H4R2R1H1H21.5 Mb/s 链路输出队列1 Mb/s的实时音频数据 FTP 文件数据 需要给不同
11、性质的分组打上不同的标记。当 H1 和 H2 的分组进入 R1 时，R1 应能识别实时数据分组，并使这些分组以高优先级进入输出队列，而仅在队列有多余空间时才准许低优先级的 FTP 数据分组进入。主机主机 H1 和和 H2 分别向主机分别向主机 H3 和和 H4 发送数据发送数据 1.5 Mb/s 链路H1H2H3H4R2R1H1H21.5 Mb/s 链路输出队列1 Mb/s的实时音频数据 高优先级的 FTP 文件数据 应当使路由器增加分类(classification)机制，即路由器根据某些准则（例如，根据发送数据的地址）对输入分组进行分类，然后对不同类别的通信量给予不同的优先级。主机主机 H
12、1 和和 H2 分别向主机分别向主机 H3 和和 H4 发送数据发送数据 1.5 Mb/s 链路H1H2H3H4R2R1H1H21.5 Mb/s 链路输出队列数据率异常的实时音频数据 FTP 文件数据 路由器应能将对数据流进行通信量的管制(policing)，使该数据流不影响其他正常数据流在网络中通过。例如，可将 H1 的数据率限定为 1 Mb/s。R1 不停地监视 H1 的数据率。只要其数据率超过规定的 1 Mb/s，R1 就将其中的某些分组丢弃。主机主机 H1 和和 H2 分别向主机分别向主机 H3 和和 H4 发送数据发送数据 1.5 Mb/s 链路H1H2H3H4R2R1H1H21.5
13、 Mb/s 链路输出队列数据率异常的实时音频数据 FTP 文件数据 应在路由器中再增加调度(scheduling)机制。利用调度功能给实时音频分配 1.0 Mb/s 的带宽，给文件传送分配 0.5 Mb/s 的带宽（相当于在带宽为 1.5 Mb/s 的链路中划分出两个逻辑链路），因而对这两种应用都有相应的服务质量保证。主机主机 H1 和和 H2 分别向主机分别向主机 H3 和和 H4 发送数据发送数据 1.5 Mb/s 链路H1H2H3H4R2R1H1H21.5 Mb/s 链路输出队列1 Mb/s 的实时数据 总数据率已超过了 1.5 Mb/s 链路的带宽。比较合理的做法是让一个数据流通过 1
14、.5 Mb/s 的链路，而阻止另一个数据流的通过。这就需要呼叫接纳(call admission)机制。数据流要预先声明所需的服务质量，然后或者被准许进入网络，或者被拒绝进入网络。“调度”就是指排队的规则。如不采用专门的调度机制，则默认排队规则就是先进先出 FIFO(First In First Out)。当队列已满时，后到达的分组就被丢弃。先进先出的最大缺点就是不能区分时间敏感分组和一般数据分组，并且也不公平。在先进先出的基础上增加按优先级排队，就能使优先级高的分组优先得到服务。（1）调度机制）调度机制5.1.2 宽带宽带IP网络的网络的QoS保证保证高优先级队列低优先级队列分组到达路由器调
15、度分组离开路由器分类器（服务员）路由器低低低低高高高高高高t分组到达路由器分组离开路由器路由器高 高 高高低 低 低 低按优先级排队的例子按优先级排队的例子5.1.2 宽带宽带IP网络的网络的QoS保证保证分组到达路由器调度分组离开路由器分类器w1w2w3123路由器加权公平排队加权公平排队 WFQ（Weighted Fair Queuing)5.1.2 宽带宽带IP网络的网络的QoS保证保证分组到达后就将分组进行分类，然后送交与其类别对应的队列。队列按顺序依次将队首的分组发送到链路。遇到队列空就跳过去。给队列 i 指派一个权重 wi。队列 i 得到的平均服务时间为 wi/(wj)，这里wj
16、是对所有的非空队列的权重求和。队列 i 将得到的有保证的带宽 Ri 应为 （10-1）加权公平排队加权公平排队 WFQ5.1.2 宽带宽带IP网络的网络的QoS保证保证11111111111211123456789 10 11 1111111111123456789 10 11 1111111111分组流 1分组流 2分组流 11FIFOWFQ(a)分组流 1 的分组连续输入tttttWFQ 与与 FIFO 的比较的比较5.1.2 宽带宽带IP网络的网络的QoS保证保证11111111111211123456789 10 11 11111111111234567891011 1111111111分组流 1分组流 2分组流 11FIFOWFQttttt(b)分组流 1 的分组断续输入WFQ 与与 FIFO 的比较的比较5.1.2 宽带宽带IP网络的网络的QoS保证保证(1)平平均均速速率率 网网络络需需要要控控制制一一个个数数据据流流的的平平均均速速率率。这这里里的的平平均均速速率率是是指指在在一一定定的的时时间间间间隔隔内内通通过过的的分分组数。组数。(2)峰峰值值速速率率 峰峰值值速
