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1、QoS概述概述构建安全优化的广域网 1.0n传统的传统的IP网络仅提供网络仅提供“尽力而为尽力而为”的传输服务，网络的传输服务，网络有可用资源就转发，资源不足时就丢弃。有可用资源就转发，资源不足时就丢弃。n新一代新一代IP网络承载了语音、视频等实时互动信息，要网络承载了语音、视频等实时互动信息，要求网络能提供有保证的服务质量。求网络能提供有保证的服务质量。nQoS允许用户在丢包、延迟、抖动和带宽等方面获得允许用户在丢包、延迟、抖动和带宽等方面获得可预期的服务水平。可预期的服务水平。引入引入n描述企业网面临的服务质量挑战描述企业网面临的服务质量挑战n描述描述QoS主要衡量标准以及常规应用对主要衡
2、量标准以及常规应用对QoS的需求的需求n理解理解QoS的功能的功能n理解理解QoS Best Effort模型、模型、IntServ模型模型和和DiffServ模型的特性和体系结构模型的特性和体系结构n描述描述DiffServ模型的各个组成部分模型的各个组成部分课程目标课程目标学习完本课程，您应该能够：学习完本课程，您应该能够：n新一代网络面临的服务质量问题新一代网络面临的服务质量问题n服务质量的衡量标准服务质量的衡量标准nQoS的功能的功能nBest Effort模型模型nDiffServ模型模型nIntServ模型模型目录目录4常见语音视频质量问题常见语音视频质量问题l声音断断续续，严重时
3、彻底中断声音断断续续，严重时彻底中断l声音时快时慢声音时快时慢l视频图像停顿或出现视频图像停顿或出现“马赛克马赛克”l声音与图像脱节声音与图像脱节n新一代网络面临的服务质量问题新一代网络面临的服务质量问题n服务质量的衡量标准服务质量的衡量标准nQoS的功能的功能nBest Effort模型模型nDiffServ模型模型nIntServ模型模型目录目录6带宽带宽l带宽（带宽（Bandwidth）是链路上单位时间）是链路上单位时间所能通过的最大数据流量，其单位为所能通过的最大数据流量，其单位为bps（bit per second）。）。l在一条端到端的链路中，最大可用带宽在一条端到端的链路中，最大
4、可用带宽等于路径上带宽最低的链路的带宽。等于路径上带宽最低的链路的带宽。HostAHostB100M1G100M1G2MHostA与HostB之间的最大可用带宽 = min(100M, 1G, 2M, 1G, 100M) = 2Mbps 7延迟延迟l延迟（延迟（Delay）是标识数据包穿越网络所）是标识数据包穿越网络所用时间的指标。用时间的指标。处理延迟路由转发路由转发.传播延迟交换延迟排队延迟串行化延迟+传输延迟8端到端延迟端到端延迟l端到端延迟等于所有途中链路和设备造端到端延迟等于所有途中链路和设备造成的延迟的总和。成的延迟的总和。HostAHostB1ms0.5msHostA与HostB
5、之间的端到端延迟0.25ms0.25ms25ms0.25ms0.5ms0.25ms1ms= 1+0.25+0.5+0.25+25+0.25+0.5+0.25+1 = 29ms9抖动抖动l抖动是指数据包穿越网络时延迟的变化，抖动是指数据包穿越网络时延迟的变化，是衡量网络延迟稳定性的指标。是衡量网络延迟稳定性的指标。l抖动是由于延迟的随机性造成的，主要抖动是由于延迟的随机性造成的，主要原因是数据包排队延迟的不确定性。原因是数据包排队延迟的不确定性。RTAPCARTBRTCPCB抖动=abs(T1-T2)数据包一数据包一数据包二数据包二延迟延迟T1延迟延迟T2121210丢包率丢包率l丢包（丢包（P
6、acket Loss）是指数据包在传输）是指数据包在传输过程中的丢失，是衡量网络可靠性的重过程中的丢失，是衡量网络可靠性的重要指标。要指标。l丢包的主要原因：丢包的主要原因：网络拥塞时，当队列满了后，后续的报文将由于无法入队而被丢弃。流量超过限制时，设备对其进行丢弃。l丢包以丢包率作为衡量指标。丢包以丢包率作为衡量指标。丢包率被丢弃报文数量/全部报文数量11常规应用对网络服务质量的要求常规应用对网络服务质量的要求应用类型应用类型典型应用典型应用带宽带宽延迟延迟抖动抖动丢包率丢包率批量传输批量传输FTP、批量存储备份、批量存储备份高高影响小影响小影响小影响小低低交互音频交互音频IP电话电话低低低
7、低低低低低单向音频单向音频在线广播在线广播低低影响小影响小低低低低交互视频交互视频可视电话、视频会议可视电话、视频会议高高低低低低低低单向视频单向视频视频点播视频点播高高影响小影响小低低低低实时交互操作实时交互操作Telnet低低低低影响小影响小低低严格任务严格任务电子交易电子交易低低影响小影响小影响小影响小低低n新一代网络面临的服务质量问题新一代网络面临的服务质量问题n服务质量的衡量标准服务质量的衡量标准nQoS的功能的功能nBest Effort模型模型nDiffServ模型模型nIntServ模型模型目录目录13提高服务质量的方法提高服务质量的方法问题问题措施措施14QoS的功能的功能l
8、尽力避免网络拥塞。尽力避免网络拥塞。l在不能避免拥塞时对带宽进行有效管理。在不能避免拥塞时对带宽进行有效管理。l降低报文丢失率。降低报文丢失率。l调控调控IP网络流量。网络流量。l为特定用户或特定业务提供专用带宽。为特定用户或特定业务提供专用带宽。l支撑网络上的实时业务。支撑网络上的实时业务。lQoS不能创造带宽，只能使带宽的分配不能创造带宽，只能使带宽的分配更加合理。更加合理。n新一代网络面临的服务质量问题新一代网络面临的服务质量问题n服务质量的衡量标准服务质量的衡量标准nQoS的功能的功能nBest Effort模型模型nDiffServ模型模型nIntServ模型模型目录目录16Best
9、 Effort模型介绍模型介绍lBest Effort是最简单的服务模型，网络是最简单的服务模型，网络尽最大可能来发送报文，对延迟、丢包尽最大可能来发送报文，对延迟、丢包等不提供任何保证。等不提供任何保证。lBest Effort模型是模型是Internet的缺省服务模的缺省服务模型。型。lBest Effort模型通过模型通过FIFO（ First Input First Output，先入先出）队列来实现。，先入先出）队列来实现。17l所有数据进入同一个队列，按先进先出所有数据进入同一个队列，按先进先出原则调度原则调度l队列满后，后续报文被丢弃队列满后，后续报文被丢弃FIFO队列队列尾丢弃
10、队列满A3A2B2C1B3C2B1队列有空余A2B2C1A1B3C2B118Best Effort模型的特点模型的特点l优点优点实现简单节省处理资源，处理速度快l缺点缺点所有数据流同等对待所有数据流的带宽、延迟、抖动、丢包等都不可控n新一代网络面临的服务质量问题新一代网络面临的服务质量问题n服务质量的衡量标准服务质量的衡量标准nQoS的功能的功能nBest Effort模型模型nDiffServ模型模型nIntServ模型模型目录目录20DiffServ模型介绍模型介绍lDiffServ模型由模型由RFC2475所定义。所定义。l对不同业务进行分类，对报文按类进行对不同业务进行分类，对报文按类
11、进行优先级标记，然后有差别地对其进提供优先级标记，然后有差别地对其进提供服务。服务。l不需要跟踪每一数据流，资源占用少，不需要跟踪每一数据流，资源占用少，扩展性强。扩展性强。l不能提供精确的不能提供精确的QoS，难以提供端到端，难以提供端到端的的QoS。21DiffServ模型组件模型组件DS区DS域DS域DS域DS边界节点DS内部节点非DS域非DS域边界链路内部链路22边界节点与内部节点边界节点与内部节点DS域数据流行为聚合分类、标记、丢弃、整形根据标记提供适当的PHB根据TCA提供适当的调节功能SLA/TCASLA/TCA23边界行为边界行为l分类器分类器BA分类器与MF分类器l调节器调节
12、器包括测量器、标记器、整形器/丢弃器分类器测量器标记器整形器/丢弃器调节器24无突发令牌桶算法无突发令牌桶算法Tc以以CIR速率投放令牌速率投放令牌承诺速率以内流量承诺速率以内流量超出承诺速率流量超出承诺速率流量令牌桶令牌桶l以令牌为发送数据的许可，以令牌桶储存暂时以令牌为发送数据的许可，以令牌桶储存暂时未用的令牌。未用的令牌。l每个报文进行一次评估，当报文长度大于每个报文进行一次评估，当报文长度大于Tc时标记为超出承诺速率流量，反之为承诺速率时标记为超出承诺速率流量，反之为承诺速率以内流量。以内流量。当前桶中令牌数为当前桶中令牌数为TcCBS25带突发的单速率双令牌桶算法带突发的单速率双令牌
13、桶算法以以CIR速率投放令牌速率投放令牌C桶满后对桶满后对E桶桶以以CIR速率投放令牌速率投放令牌TcTeEBSCBSC桶桶E桶桶l假设某时刻一个大小为假设某时刻一个大小为B字节的报文到达，在对其进行字节的报文到达，在对其进行评估时：评估时：如果如果Tc-B=0，则报文被标记为，则报文被标记为“承诺突发内承诺突发内”，且，且Tc降低降低B，否则否则如果如果Te-B=0，则报文被标记为，则报文被标记为“超额突发内超额突发内”，且，且Te降低降低B，否则否则报文被标记为报文被标记为“超出超额突发超出超额突发”，且，且Tc和和Te都不降低。都不降低。26带突发的双速率双令牌桶算法带突发的双速率双令牌
14、桶算法以以PIR速率投放令牌速率投放令牌以以CIR速率投放令牌速率投放令牌TcTpPBSCBSC桶桶P桶桶l假设某时刻一个大小为假设某时刻一个大小为B字节的报文到达，在对其进行评字节的报文到达，在对其进行评估时，遵循以下规则：估时，遵循以下规则：l如果如果Tp-B0，则报文被标记为，则报文被标记为“超出峰值速率超出峰值速率”，否则，否则l如果如果Tc-B0，则报文被标记为，则报文被标记为“峰值速率内峰值速率内”，且，且Tp降低降低B，否则，否则l报文被标记为报文被标记为“承诺速率内承诺速率内”，且，且Tc和和Tp都降低都降低B。27主要标记方法主要标记方法lRFC 791 IP ToS字段标记
15、字段标记RFC 1349 IP PrecedenceRFC 2474 DSCPl802.1p CoSlMPLS EXP 28IP PrecedenceIDOffset TTL Proto FCS IP-SA IP-DADataIP PrecedenceTOSMBZRFC1349DTRC01234567VersionLengthToSLenIP头头IP Precedence（十进制）IP Precedence（二进制）含义0000Routine1001Priority2010Immediate3011Flash4100Flash Override5101Critical6110Internetw
16、ork Control7111Network Control29DSCPClass SelectorRFC247401234567DSCPCUIDOffset TTL Proto FCS IP-SA IP-DADataVersionLengthToSLenIP头头30Pream.SFDDASATYPETag4bytesPTDATAFCS以太网帧以太网帧User Priority(3bits)CFI(1bit)VLAN ID (12bits)802.1p推荐的推荐的优先级定义优先级定义802.1Q头头802.1p CoSTPID (16bits)用于用于802.1p优先级标记优先级标记用户优先级
17、数据类型1Background2Spare0Best Effort3Excellent Effort4Controlled Load5Video6Voice7Network Control31MPLS EXPMPLS TagDATADMACSMACL/TFCSEXP (3bits)S(1bit)TTL(8bits)Label (10bits)用于用于802.1p优先级标记优先级标记32整形和丢弃整形和丢弃时间流量原始流量整形后流量整形整形时间流量原始流量丢弃后流量丢弃丢弃33PHB介绍介绍lPHB指指DS节点对行为聚合应用的可由外节点对行为聚合应用的可由外部观测到的转发行为。部观测到的转发行为
18、。lPHB可以通过占用带宽、缓冲等资源的可以通过占用带宽、缓冲等资源的优先级来定义，也可以通过延迟、抖动优先级来定义，也可以通过延迟、抖动等可观测的特性来定义。等可观测的特性来定义。lPHB具有单跳性和节点独立性的特点，具有单跳性和节点独立性的特点，每个节点具有独立的每个节点具有独立的PHB策略，上下游策略，上下游之间互相没有影响。之间互相没有影响。34PHB的类型的类型lDefault PHB是默认的PHB。提供尽力而为的服务lClass Selector PHBClass Selector代码点的值越高，其重要性和优先级就越高lEF PHB提供了低延迟、低抖动、低丢包率和保证带宽的优先转发
19、服务流量不得超过既定的限制lAF PHB提供有保证的带宽服务如果资源许可，可以提供超出承诺的额外的带宽服务35调度和资源分配调度和资源分配l资源分配通过使用多队列实现。资源分配通过使用多队列实现。l在队列间进行调度，每种调度方式都有在队列间进行调度，每种调度方式都有独立的算法支持。独立的算法支持。l常用队列技术包括常用队列技术包括FIFO、PQ、CQ、WFQ、CBQ、WRR等。等。.入队排队调度转发n新一代网络面临的服务质量问题新一代网络面临的服务质量问题n服务质量的衡量标准服务质量的衡量标准nQoS的功能的功能nBest Effort模型模型nDiffServ模型模型nIntServ模型模型
20、目录目录37IntServ模型介绍模型介绍lIntServ模型由模型由RFC1633所定义。所定义。l在报文传输前，通过信令在传输路径上在报文传输前，通过信令在传输路径上进行资源预留，提供预期的进行资源预留，提供预期的QoS保证。保证。lIntServ模型使用的信令协议为模型使用的信令协议为RSVP。38IntServ体系结构体系结构IntServ域数据流向为每一条流预留资源，并进行准入控制数据流向端到端绝对QoS保证39RSVP介绍介绍本地访问控制本地访问控制本地访问控制PathResvResvResvResvPathPathPathlRSVP运行在从源端到目的端的每个设备上，运行在从源端到
21、目的端的每个设备上，可以为每条流提供绝对的端到端的可以为每条流提供绝对的端到端的QoS保障。保障。l从第一跳路由器开始用从第一跳路由器开始用Path消息逐跳进行资消息逐跳进行资源请求，到达目的后再用源请求，到达目的后再用Resv消息反向逐消息反向逐跳进行资源预留。跳进行资源预留。40IntServ模型的特点模型的特点l优点：优点：提供绝对的、准确的QoS保障，不会随网络状态的变化而受到影响提供端到端的QoS服务l缺点：缺点：需要跟踪和记录每一个流的状态，因而扩展性很差41IntServ模型的主要应用模型的主要应用l和和DiffServ模型相结合模型相结合在网络的边缘利用IntServ模型进行精
22、细的QoS控制在网络骨干部分则利用DiffServ模型进行简单高效的QoS控制l和和MPLS TE相结合相结合可以根据网络拥塞情况，引导流量的均匀化分布n不同应用对服务器质量的要求大相径庭不同应用对服务器质量的要求大相径庭 n衡量服务质量的主要标准有带宽、延迟、丢包率和抖动等衡量服务质量的主要标准有带宽、延迟、丢包率和抖动等nQoS支持分类、标记、流量监管、拥塞管理、拥塞避免和丢弃等支持分类、标记、流量监管、拥塞管理、拥塞避免和丢弃等功能功能nBest Effort模型提供尽力而为的服务模型提供尽力而为的服务 nIntServ模型提供端到端的服务质量保证，但缺乏扩展性，难以适模型提供端到端的服务质量保证，但缺乏扩展性，难以适应大规模网络应大规模网络 nDiffServ模型区分数据类别，并通过每节点提供的模型区分数据类别，并通过每节点提供的PHB为数据提为数据提供区分服务供区分服务 本章总结本章总结
