IP网的服务质量邮电大学 程控交换与通信网国家重点实验室2提纲 IP QoS问题的提出和研究现状 IP QoS 机制 综合服务（Integrated Services) 区分服务（Differentiated services) QoS路由 （QoS Routing ) 多协议标记交换（MPLS） 各种机制之间的关系 结论和进一步研究课题3IP QoS问题的提出和研究现状4影响IP网发展的关键因素 地址空间 支持亿万新设备 WAP和GPRS即将耗尽IPv4的地址空间 服务质量 支持话音和其它多媒体业务 安全性 移动电子商务，隐私和鉴权的需求不断增加 移动管理和计费 用户在不同类型的网络之间漫游，需要交叉 计费 带宽 支持大带宽需求，在接入网提供廉价带宽5服务质量(Quality of Service) 用户通过应用来评价所获得的服务质量(QoS) 端到端的质量是重点: QoS 依赖于网络中瓶颈链路所能提供的质量 IP QoS = 成功的 IP包传输ApplicationIP networkUserServer/applicationEnd-to-end QoS6IP包在网络传输中会遇到什么问题?2) IP packet is lost1) IP packet is delayedIP network 服务质量(QoS) = IP网络按照应用的要求成功传输IP数据 包的能力 端到端的QoS 是关心的重点7IP网的服务质量指标 IP服务质量的指标主要是： 丢包率 IP包传送时延 IP包传送时延的变化 网络提供的带宽8当前Internet提供的服务质量 :尽力而为（Best Effort) 当前的Internet只提供尽力而为的服务质量 - 网络只是尽最大努力发送IP包 对包丢失和延时指标没有保障 在资源充分的情况下能提供好的服务质量 在资源有限的情况下服务质量很差9服务质量对应用的影响 TCP应用: - 丢包导致重传 - 需要更长的时间传送文件, 图象, 网页, - 重传的包进一步加重拥塞 UDP 应用: - 对延时敏感的应用 - 长的传输时延使IP包超时而失 效 - 对丢包敏感的应用 - 导致应用层的重传或性能降低 - 最坏情况下应用根本不能工作 提高服务质量有益于所有应用 某些应用在没有好的服务质量的网络中不可能实现， 如视频/音频等多媒体业务需要明确的QoS保障IPTCPUDPApplication10IP QoS的研究现状 IETF(互连网工程任务组)等标准化组织成立了研 究组专门研究不同结构及其实现，大学和公司的 研究机构都在探索、开发和试验新的机制，包括 ：- 研究活跃的大学: MIT、UC BEKLEY、 STANFORD、 TAXAS、COLUMBIA California etc. - 公司: Cisco, Nortel, IBM, Bellcore etc.11IP QoS研究机构- 标准化组织: IETF, ANSI, ITU-T - 其它组织和研究机构: 美国 NSF, DAPAR, 欧洲 EC-ACTS AC310_Project最大的研究项目: Internet2 Project Qbone Started in late 1998: 170 Universities, 40 Corporations, 30 other Organizations12怎样保证服务质量? 保证服务质量的第一步是使网络有较合理的设计 和配置.尽量避免瓶颈。 目前，用不断提高网络容量的方法来支持QoS是 不现实的。 两种方法可以用来缓解网络拥塞，提高服务质量 ： 1)为每个用户建立端到端的资源预留，当资源 不够时，禁止一些用户向网络发送IP包 呼叫抑制 2) 所有用户都可以向网络发送IP包, 但但当网络 拥塞时,某些用户的IP包有更好的机会来穿过网络 设定优先权13综合服务网络和区分服务网络IPIPIntServ network DiffServ network“呼叫抑制” 方法“设定优先权 ” 方法14IP QoS机制之一 综合服务 (Integrated Services)15IETF关于综合服务的建议 综合服务（IntServ）/RSVP(最早由MIT 93年提出) IETF: Intserv: RFC1633; RSVP: RFC2205, RFC2211,RFC221216IETF 的综合服务网络 基本思想是为用户提供多种服务类型，按照客 户的质量要求提供不同的服务, 相应地收取费 用 类似于传统的电路交换, 给应用提供QoS保障, 除了Best-effort外,还提供两种服务: 确保服务(GS): 保证带宽和时延 可控负载的服务(CLS): 提供可靠和改进的Best- effort服务. 相当于网络在轻负载下的Best-effort服务 质量. 17确保服务( Guaranteed Service)类型 IP网络中的“比特流管道”: 需要信令, 接纳控制和监控 IP network 相当于轻负载网络中尽力而为的服务质量IP network可控负载(Controlled Load)类型18IntServ模型 设置协议（Setup protocol) 使主机或路由器能够动态地保留网络资源，以便满足特殊业 务流的QoS要求 业务流说明（Flow specification) 用于定义一个特定业务流的QoS 业务流（flow)是指具有相同QoS的，从某个源到目的端的一 个分组序列 流量控制 接纳控制（Admission Control) 确定设备是否能够支持特定业务流的QoS 分类器（Classifier) 根据IP分组头中的特定字段鉴别和选择业务利用类型 调度器（Scheduler) 在设备的输出链路上提供所需的QoS服务19IntServ模型（续）应用分类器设置调度器设置接纳/策略 控制分类器调度器路由协议 /数据库主机路由器数据IP流预留设置消息20资源预留协议 (RSVP) 在Internet中实现QoS的信令协议 利用现有的Internet网络结构和路由协议 将业务流的QoS状态传递给通路上的主机或与 路由器，协商进行资源预留 终端主机: 用RSVP协议向网络申请资源，以 提供应用数据流所需的服务质量； 路由器(网络节点): 用RSVP协议建立和保持 资源预留状态，并将资源预留请求转发给数 据流经过的其它路由器，最终实现资源预留 支持组播业务21IntServ 网络RSVP 的资源预留建立过程PATH（1 ）PATH（2）PATH（2）PATH（3）PATH（3）RESV（4/6）RESV（5）RESV（4）RESV（4）RESV（3）接收方1接收方2接收方3发送方22资源预留协议 (RSVP) RSVP 操作 在每一个网络节点RSVP都询问: 是否有足够的资源支持这类业务质量? (接纳操 作) 用户是否有权限请求这类业务质量? (监控操作) 如果RSVP请求成功: 分类器(Classifier)确定路由和能提供的业务质量 调度器(Scheduler)确定转发策略23RSVP的预留方式 WF（Wildcard-Filter）方式： 所有发送方共享预留的资源，适用于电话会 议 FF(Fixed-Filter)方式： 接收方选择特定发送方独占资源 SE(Shared Explicit)方式： 接收方可以选择多个发送方共享预留的资源24资源预留协议 (RSVP) RSVP的特点 接收者初始化：由接收端负责向网络发起资源预留请 求 在组播通信中，不同的接收者可能占有不同的网络 容量, 允许不同接收方要求不同的QoS； 软状态：在分组途经的路由器中建立资源预留“软”状 态, 在一条通路上的预留状态如果不刷新，就会超时 单向预留：只预留从发送者到接收者方向的资源 独立于路由协议：QoS的建立与路径建立相独立,RSVP 适用于任何路由协议25综合业务网络/RSVP 业务流类型26IntServ的优缺点 优点 提供多种服务类型 基于每个流的端到端的服务质量保障 缺点 控制路径: 传送每个流的信令和状态，开销太大， 可扩展性不够 面向连接的QoS不能适用于所有的IP应用计费: 如何对这些服务质量参数计费? 管理 结果: 专家们不再对IntServ在更广范围中的实现感兴趣27IP QoS机制之二 区分服务模型 (Differentiated Services)28IETF关于区分服务的建议 区分服务（DiffServ）体系最早由 Nichols 1997 底提出 IETF 成立了DiffServ工作组，提出一系列建议 和草案 RFC 2474，2475（体系结构） RFC 2597，2598（PHB定义） RFC 2697，2698.（标记算法）29区分服务的基本思想 基本的假设在于不同的用户(或应用)具有不同的 需求 将用户的业务流汇聚为少数几种业务类型，为不 同的业务类型提供相应的优先权 只提供相对的质量保障 在IP包头设置了比特域（DSCP）, 用于标识汇聚 流的类型，并对应一定的转发方式（PHB） 具有很好的扩展性,因为网络内部路由器只需要知 道如何转发这些类型的业务流30区分服务基本概念Service Level Specification (SLS)DiffServ Edge RouterDiffServ Core RouterUserPer Hop Behavior (PHB)Class 1Class 2Class 1DiffServ Core RouterClass 2DiffServ Code Point (DSCP)DS Domain31DiffServ网络结构图32区分服务模型 端到端区分服务=Per-Domain服务+Inter- domain的服务等级协定（SLS） Per-Domain服务=边缘复杂的业务流调节(per- flow)+核心简单的区分转发(aggregate flow) QoS策略/资源管理器: QoS请求和带宽的静态 或动态分配 区分服务结构=策略/资源管理器+边缘业务流 调节+核心区分转发33服务等级说明 Service Level Specification (SLS) 由用户和业务提供者商定服务等级 当网络发生拥塞时，按照流量调节规定（TSC-Traffic Conditioning Specification）来处理用户的业务流 区分服务网络执行SLS和TCSIP Service ProviderSLS34DiffServ Code Point（DSCP） IPv4中的ToS域，IPv6中的Traffic Class域 CU：currently unused DSCP占6比特，可提供64种PHB方式 D S C P C U056735每一跳行为 Per Hop Behavior (PHB) 用于处理收到的IP分组 所有DiffServ 路由器必需具有缺省的PHB (=Best Effort)， 这个PHB用来对待DSCP值未定义的IP分组 PHB可以归并成PHB组 PHB组的 DSCP分配如下PoolCodepoint spaceAssignment policy 1xxxxx0Standard action 2xxxx11EXP/LU 3xxxx01EXP/LU*EXP/LU-Experimental / local Use36IE