QoS原理与应用技术培训中心课程目标l(1) 分析当今网络需求及何时需要服务质量（QOS）；l(2)理解QOS的概念l(3)描述QOS体系结构,两种QoS解决方案 （集成服务和区分服务了解 l(4)理解QOS的原理组成部分：分类、标记、流量调节、拥塞管理和拥塞避免l(5)掌握网络设备上常用的QOS限速、排队技术l(6)实施QOS的配置操作，能在VOIP中应用QOSl(7)在专线（PPP）上实施VOIP QOS示例本章内容l一、网络中常见的问题l二、 QOS基本概念l三、报文的分类和标记l四、流量监管及整形l五、拥塞管理及避免l六、 QOS的应用设计IP QoS的业务需求l 传统的IP网络 主要承载数据业务，采用尽力传送（Best Effort）的方式 ，服务质量显得无关紧要 l 当前的IP网络 近年来，随着IP技术的飞速发展，以及各种新业务的出现 ，IP网络由一个单纯的数据网络转变为具有商业价值的多 业务承载网，IP网络必须为其所承载的每一类业务提供相 应的服务质量网络带宽（Bandwidth ）RTAPC1RTBRTCPC22M数据流BWmax=min(100M, 2M, 10M, 1000M)=2M10M1000M100Mn网络带宽用于衡量网络的吞吐能力，单位为bps。n网络带宽的最大值为数据转发路径上最小链路的带宽值。n如果网络上存在多个数据流，它们将互相竞争带宽。n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。网络延迟（Delay）RTAPC1RTBRTCPC2Delay=(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n网络延迟用于衡量网络传输时间长短，单位为ms。n单个网络设备的延迟包括传输延迟、调度延迟、串行延迟。n网络延迟为数据转发路径上所有网络设备延迟的总和。n实时应用比较关注延迟大小，如语音、视频等应用。抖动（Jitter ）RTAPC1RTBRTCPC2Jitter=abs(T1-T2)数据包一数据包二时延T1时延T21212n抖动用于衡量网络时延的稳定性，单位为ms。n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。n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 ）100M10M4FIFO Queue1234Dropn网络丢包用于衡量网络的可靠性，单位为pps或者百分比。n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。n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。n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=3l为什么这些参数无法得到满足呢？资源相对不足，拥塞l 传统网络所面临的服务质量问题，主要是由网络拥塞引起的。所谓拥塞，是指由于供给资源的相对不足而造 成服务速率下降（引入了额外的延迟）的一种现象。lQos也就是如何事先避免拥塞（拥塞避免 流量监管），在拥塞发生时如何减少损失（拥塞管理）各种应用的QoS需求本章内容l一、网络中常见的问题l二、 QOS基本概念l三、报文的分类和标记l四、流量监管及整形l五、拥塞管理及避免l六、 QOS的应用设计IP QoS的定义l IP QoS的定义：是指IP网络的一种能力，即在跨越多种底层网络技术（ MP、FR、ATM、Ethernet、SDH、MPLS等）的IP网络上,满足其在丢包 率、延迟、抖动和带宽等方面的要求，为特定的业务提供其所需要的服务。更简单地说：QoS:针对各种不同需求，提供不同服务质量的网络服务。 l IP QoS的目标 避免并管理IP网络拥塞 减少IP报文的丢失率 调控IP网络的流量 为特定用户或特定业务提供专用带宽 支撑IP网络上的实时业务 l IP QoS的内涵 带宽/吞吐量: 网络的两个节点之间特定应用业务流的平均速率 时延: 数据包在网络的两个节点之间传送的平均往返时间 抖动: 时延的变化 丢包率:在网络传输过程中丢失报文的百分比，用来衡量网络正确 转发用户数 据的能力 可用性:网络可以为用户提供服务的时间的百分比端到端QoSl需要三个部分来完成端到端的QoS：网络元件（交换机、路由器）信令技术（协调端到端之间的网络元件为报文提供QoS）传送管理（QoS控制和管理端到端之间的报文在一个网络上的发送）l每个网络元件提供如下功能：报文分类（对不同类别的报文提供不同类别的处理）队列管理和调度（来满足不同应用要求的不同服务质量）流量监管和整形（限制和调整报文输出的速度）IP QoS两大模型nQoS的实现模型主要有IntServ（Integrated Service，集成服务）和DiffServ（Differentiated Service，区分服务）。尽力而为服务（Best-Effort Service）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决拥塞问题。尽力而为服务（ Best-Effort ）最简单，路由器的默认行为尽最大的可能性发送报文对时延可靠性等性能不提供保证 它通过先入先出（FIFO）队列来实现。 不存在优先处理的概念Integrated Service模型 l可以提供端到端的QoS投递服务是Int-Serv的最大优点。lInt-Serv的最大缺点是可扩展性不好。路由器需要为每个资源预留 维护一些必要的软状态（Soft State）信息；在与组播应用相结合时，还要定期地向网络发资源请求和路径刷新信息，以支持组播成 员的动态加入和退出。这些操作要耗费路由器较多的处理器和内存 资源。在网络规模扩大时，维护的开销会大幅度增加，对路由器特 别是核心路由器线速处理报文的性能造成不良影响，甚至于会使路 由器无法承担。lInt-Serv不适宜于在流量汇集的骨干网上大量应用 Integrated Service模型RSVP原理我要预留 2Mbps带宽OK！我要预留 2Mbps带宽我要预留 2Mbps带宽我要预留 2Mbps带宽OK！OK！OK！开始通信RSVP消息功能l路径消息:每个发送主机周期性地为它产生的每个数据流发送一个路径消息l预留（Resv）:预留消息携带着预留请求，沿着关于本次会话的数据流的预 留路径，一跳接一跳地从接收端发送到发送端l路径撤消消息 :收到一个PathTear（路径撤消）消息则删除一个匹配的路径 状态l预留撤消消息 :收到一个ResvTear（预留撤消）消息则删除一个匹配的预 留状态l路径错误消息 :处理路径消息时的错误PathErr消息）l预留错误消息 :处理预留消息时的错误ResvErr消息）l证实消息:发送ResvConf消息） RSVP的问题l 要求端到端所有设备支持这一协议l 网络单元为每个应用保存状态信息，可扩展性差l 周期性同相邻单元交换状态信息，协议报文开销大l 不适合在大型网络中应用Differentiated Service模型 l与Int-Serv不一样，采用Diff-Serv模型的应用程序在发送报文前无须 预先向网络提出申请，它通过携带在IP报文头部的QoS参数信息， 来告知网络结点它的QoS需求。l这类标识QoS需求的信息犹如一种“带内”信令，报文传播路径上的 各个路由器都可以通过对它的分析来获知报文的服务需求类别。 Diff-Serv在提供服务时，为属于同一需求类别的分组提供同样的服 务策略。因此，如果报文已被正确标记了服务类别，下游的路由器 只需对这些类别进行识别即可，一般无须进行复杂的流分类。l具有良好的可扩展性，适宜于在骨干网络中应用。Differentiated Service模型DiffServ模型体系结构DiffServ网络用户网络DiffServ网络流量控制SLA/TCA边界节点内部节点边界节点边界节点内部节点 边界节点在网络边缘进行业 务分类和流量调整。 - 业务分类. 基于DS域. 基于其他特征 - 流量调整. 测量. 标记. 丢弃. 整形不同DS区域可有不同的PHB，以实现不同的服务提供策略，它们之间通过 SLA与TCA协调提供跨区域服务： . SLA：服务等级协定，关于业务流在网络中传递时所应当获得的待遇。 . TCA：流量调整协定，关于业务分类准则、业务模型及相应处理的协定。用户网络DS区域的服务提供 策略由PHB决定。 DS节点根据PHB属性 转发。区分式QoS模型中定义的行为有两大类（共5种行为）DiffServ模型的服务n报文分类和标记n流量监管n流量整形n拥塞管理n拥塞避免区分式QoS模型中定义的行为有两大类（共5种行为） （1）TCB：traffic classification and conditioning，流量的 区分和调节 （2）PHB：per-hop behavior，逐跳行为本章内容l一、网络中常见的问题l二、 QOS基本概念l三、报文的分类和标记l四、流量监管及整形l五、拥塞管理及避免l六、 QOS的应用设计入接口接收报文源地址 目的地址源端口 目的端口 TOS分类REDWRED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n报文分类n队列技术n拥塞避免n流量监管与流量整形n信令和资源预留nATM接口QOSnFR QOSDiffServ服务模型DiffServ的业务分类与调整n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n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n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）/标记/整形/丢弃n含义：在特定的规则下，根据包头的某些内容选择分组。n作用：QoS 执行服务的基础。n分类有两种方式BA（Behavior Aggregate）：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。l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。l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。l丢弃（Dropping）根据特定规则丢弃分组。封装的报文格式二层头IP头数据802.1Q/p帧封装的报文格式Preamble.Start Frame delimiterDASATYPETag 4bytesPTDATAFCS3个bit用于802.1p优先级IP包封装的报文格式VersionTOSLenIDOffsetTTLProtoFCSIP-SAIP-DADATAIP优先级或DSCP报文的封装格式Pream.SFDDASATYPETag 4bytesPTDATAFCS以太网帧PRICFIVLAN ID3个bit用于802.1p优先级802.1Q/p的头典型的应用COS值76543210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差分业务编码点 - DSCPl DSCP（DiffServ Code Point）- DiffServ的信令IETF DiffServ工作组将IP报文头ToS字节的6比特重新定