QoS技術的研究與實現(xiàn)畢業(yè)論文

1、畢 業(yè) 論 文論文題目：QoS技術的研究與實現(xiàn) 目 錄1、 QoS技術概述-11.1、 QoS的含義-11.2、 QoS的發(fā)展背景-12、 QoS技術的效率機制-22.1、鏈路效率機制-22.2、鏈路層QoS技術-33、 QoS技術的關鍵指標-43.1、可用性-43.2、吞吐量-43.3、時延-43.4、時延變換-53.5、丟包-54、改善流媒體傳輸質量-54.1、影響流媒體傳輸質量的因素-54.2、改善流媒體傳輸質量的途徑-55、 QoS技術在網(wǎng)絡上的應用-66、結束語-7注釋-8參考文獻-9致 -10 容 摘 要隨著互聯(lián)網(wǎng)絡的飛速發(fā)展,網(wǎng)絡傳輸速度越來越慢,網(wǎng)絡服務質量成為人們的關注點.

2、在信息化社會中，人們對計算機網(wǎng)絡的依賴日益增強。越來越多的信息和重要數(shù)據(jù)資源存儲和傳輸于網(wǎng)絡中，通過網(wǎng)絡獲取和交換信息的方式已成為當前主要的信息溝通方式之一。本文先介紹了 QoS 的意義與背景，再說明了效率機制和關鍵指標，其次介紹了改善流媒體傳輸質量的因素和方法，最后說明了QoS技術在網(wǎng)絡中的應用和發(fā)展。網(wǎng)絡傳輸質量在我們社會生活中占據(jù)很重要的作用，我們要重視起來。關鍵詞QoS 網(wǎng)絡服務質量 流媒體AbstractThe clauses jeopardizing the interests of the counterpart commonly exist in the format cont

3、ract. Depending on the absolutely dominating economic or legal status, the user of the format contract makes the clause ignoring the possibility of negotiation between both sides. Therefore, this kind of clause is vividly called the “overlords clause”. The existence of the “overlords clause” influen

4、ces the stability of social economic order to a certain extent, violates the equitable principle and furthermore, goes against the building of a harmonious society. The article studies the using system, the using measures as well as the making procedure of the format contract, and explores the manag

5、ing method of it from a few sides so as to eradicate the “overlords clause”, nip its appearance in the bud and realize social justice and righteousness. Key words: format contract, overlords clause, legal system8 / 11在信息化社會中，人們對計算機網(wǎng)絡的依賴日益增強。越來越多的信息和重要數(shù)據(jù)資源存儲和傳輸于網(wǎng)絡中，通過網(wǎng)絡獲取和交換信息的方式已成為當前主要的信息溝通方式之一。與此同時

6、，由于網(wǎng)絡服務質量件頻繁發(fā)生，使得網(wǎng)絡服務成為倍受關注的問題。尤其是網(wǎng)絡上各種新業(yè)務(如電子商務、網(wǎng)絡銀行等)的興起以與各種專用網(wǎng)絡(如金融網(wǎng))的建設，對網(wǎng)絡的安全性提出了更高的要求。網(wǎng)絡擁堵、數(shù)據(jù)丟失以與網(wǎng)絡延時嚴重威脅著網(wǎng)絡中各類資源的安全性，極損害了網(wǎng)絡使用者的利益，也為網(wǎng)絡應用的健康發(fā)展帶來巨大的障礙。因此，網(wǎng)絡服務質量問題已成為各國政府普遍關注的問題。1 QoS技術概述1.1 QoS的含義QoS（Quality of Service）即服務質量。對于網(wǎng)絡業(yè)務，服務質量包括傳輸?shù)膸?、傳送的時延、數(shù)據(jù)的丟包率等。在網(wǎng)絡中可以通過保證傳輸?shù)膸?、降低傳送的時延、降低數(shù)據(jù)的丟包率以與時延抖

7、動等措施來提高服務質量。網(wǎng)絡資源總是有限的，只要存在搶奪網(wǎng)絡資源的情況，就會出現(xiàn)服務質量的要求。服務質量是相對網(wǎng)絡業(yè)務而言的，在保證某類業(yè)務的服務質量的同時，可能就是在損害其它業(yè)務的服務質量。例如，在網(wǎng)絡總帶寬固定的情況下，如果某類業(yè)務占用的帶寬越多，那么其他業(yè)務能使用的帶寬就越少，可能會影響其他業(yè)務的使用。因此，網(wǎng)絡管理者需要根據(jù)各種業(yè)務的特點來對網(wǎng)絡資源進行合理的規(guī)劃和分配，從而使網(wǎng)絡資源得到高效利用1。1.2 QoS的發(fā)展背景在因特網(wǎng)創(chuàng)建初期，沒有意識到QoS應用的需要。因此，整個因特網(wǎng)運作如一個“竭盡全力”的系統(tǒng)。每段信息都有4個“服務類別”位和3個“優(yōu)先級”位，但是他們完全沒有派上用

8、場。依發(fā)送和接收者看來，數(shù)據(jù)包從起點到終點的傳輸過程中會發(fā)生許多事情，并產(chǎn)生如下有問題的結果：丟失數(shù)據(jù)包- 當數(shù)據(jù)包到達一個緩沖器（buffer）已滿的路由器時，則代表此次的發(fā)送失敗，路由器會依網(wǎng)絡的狀況決定要丟棄、不丟棄一部份或者是所有的數(shù)據(jù)包，而且這不可能在預先就知道，接收端的應用程序在這時必須請求重新傳送，而這同時可能造成總體傳輸嚴重的延遲。延遲- 或許需要很長時間才能將數(shù)據(jù)包傳送到終點，因為它會被漫長的隊列遲滯，或需要運用間接路由以避免阻塞；也許能找到快速、直接的路由?？傊?，延遲非常難以預料。傳輸順序出錯- 當一群相關的數(shù)據(jù)包被路由經(jīng)過因特網(wǎng)時，不同的數(shù)據(jù)包可能選擇不同的路由器，這會導

9、致每個數(shù)據(jù)包有不同的延遲時間。最后數(shù)據(jù)包到達目的地的順序會和數(shù)據(jù)包從發(fā)送端發(fā)送出去的順序不一致，這個問題必須要有特殊額外的協(xié)議負責刷新失序的數(shù)據(jù)包2。出錯- 有些時候，數(shù)據(jù)包在被運送的途中會發(fā)生跑錯路徑、被合并 甚至是 毀壞的情況，這時接收端必須要能偵測出這些情況，并將它們統(tǒng)統(tǒng)判別為已遺失的數(shù)據(jù)包，再請求發(fā)送端再送一份同樣的數(shù)據(jù)包。2 QoS技術的效率機制2.1 鏈路效率機制鏈路效率機制，用于改善鏈路的性能，間接提高網(wǎng)絡的QoS，如降低鏈路發(fā)包的時延（針對特定業(yè)務）、調整有效帶寬。鏈路效率機制有很多種，下面介紹兩種比較典型的鏈路效率機制與其基本原理。對于低速鏈路，即使為語音等實時業(yè)務報文配置了

10、高優(yōu)先級隊列（如RTP優(yōu)先隊列或LLQ），也不能夠保證其時延與抖動，原因在于接口在發(fā)送其他數(shù)據(jù)報文的瞬間，語音業(yè)務報文只能等待，而對于低速接口發(fā)送較大的數(shù)據(jù)報文要花費相當?shù)臅r間。采用LFI以后，數(shù)據(jù)報文（非RTP實時隊列和LLQ中的報文）在發(fā)送前被分片、逐一發(fā)送，而此時如果有語音報文到達則被優(yōu)先發(fā)送，從而保證了語音等實時業(yè)務的時延與抖動。LFI主要用于低速鏈路。應用LFI技術，在大報文出隊的時候，可以將其分為定制長度的小片報文，這就使RTP優(yōu)先隊列或LLQ中的報文不必等到大片報文發(fā)完后再得到調度，它等候的時間只是其中小片報文的發(fā)送時間，這樣就很大程度的降低了低速鏈路因為發(fā)送大片報文造成的時延。

11、cRTP主要在低速鏈路上使用，可將40字節(jié)的IP/UDP/RTP頭壓縮到24個字節(jié)（不使用校驗和可到2字節(jié)），提高鏈路的利用率。cRTP主要得益于同一會話的語音分組頭和語音分組頭之間的差別往往是不變的，因此只需傳遞增量。RTP協(xié)議用于在IP網(wǎng)絡上承載語音、視頻等實時多媒體業(yè)務。RTP報文包括數(shù)據(jù)部分和頭部分，RTP的數(shù)據(jù)部分相對小，而RTP的報頭部分較大。12字節(jié)的RTP頭，加上20字節(jié)的IP頭和8字節(jié)的UDP頭，就是40字節(jié)的IP/UDP/RTP頭。而RTP典型的負載是20字節(jié)到160字節(jié)。為了避免不必要的帶寬消耗，可以使用cRTP特性對報文頭進行壓縮。cRTP可以將IP/UDP/RTP頭從

12、40字節(jié)壓縮到25字節(jié)，對于40字節(jié)的負載，頭壓縮到5字節(jié)，壓縮比為（40+40）/（40+5），約為1.78，可見效果是相當可觀的，可以有效的減少鏈路，尤其是低速鏈路帶寬的消耗。2.2 鏈路層QoS技術鏈路層QoS技術主要針對ATM（Asynchronous Transfer Mode，異步傳輸模式）、幀中繼、令牌環(huán)等鏈路層協(xié)議支持QoS。作為一種面向連接的技術，ATM提供對QoS最強有力的支持，而且可以基于每個連接提供特定的QoS保證。幀中繼網(wǎng)絡確保連接的CIR（Committed Information Rate，承諾信息速率）最小，即在網(wǎng)絡擁塞時，傳輸速度不能小于這個值。令牌環(huán)和更新的

13、IEEE802.1p標準具有區(qū)分服務的機制。ATM是一種大小固定的信元交換和多路復用技術，它是面向連接的，任何用戶數(shù)據(jù)在兩個或更多ATM連接設備之間傳輸之前，都必須建立虛電路（VC，Virtual Circuit）。ATM有兩種主要的連接方式（或VC）：永久虛電路（PVC，Permanent Virtual Circuit）和交換虛電路（SVC，Switched Virtual Circuit）。PVC通常是靜態(tài)的，需要手工或外部配置來建立；而SVC是動態(tài)，根據(jù)需要創(chuàng)建。它們的創(chuàng)建需要在ATM端點和ATM交換機之間運行信令協(xié)議。ATM通過使ATM端系統(tǒng)顯示流量合同來提供QoS保證，流量合同描述

14、了希望的通信流指標。流描述符包括QoS參數(shù)，例如峰值信元速率（PCR，Peak Cell Rate）、持續(xù)信元速率（SCR，Sustained Cell Rate）以與突發(fā)量。ATM端系統(tǒng)負責確保傳輸?shù)牧髁糠螿oS合同。ATM端系統(tǒng)通過緩沖數(shù)據(jù)來對流量進行整形，并按約定的QoS參數(shù)傳輸通信。ATM交換機控制每個用戶的通信指標，并將其與QoS合同進行比較。對于超過了QoS合同的通信，交換機可以設置不順從通信的CLP位。在網(wǎng)絡擁塞時，CLP位被設置的信元被丟棄的可能性更大3。FR（Frame Relay，幀中繼）是一種流行的適用于數(shù)據(jù)通信的廣域網(wǎng)（WAN）分組技術。它是一種較簡單的協(xié)議，消除了X

15、.25網(wǎng)絡中鏈路層流控和糾錯功能，這些功能被留給端點站的應用程序處理。這種協(xié)議最適合于數(shù)據(jù)通信，因為它可以傳送偶然的突發(fā)。幀中繼使用VC（Virtual Circuit）運行，VC提供了幀中繼網(wǎng)絡上兩個端點之間的邏輯連接，網(wǎng)絡可以使用幀中繼VC代替私有的租用線。PVC是網(wǎng)絡操作員在網(wǎng)絡管理站創(chuàng)建的，而SVC是基于呼叫動態(tài)建立的。幀中繼報頭中的3個位提供了幀中繼網(wǎng)絡中的擁塞控制機制，這3個位分別叫做向前顯式擁塞通知（FECN，F(xiàn)orward Explicit Congestion Notification）位、向后顯式擁塞通知（BECN，Backward Explicit Congestion

16、Notification）位和丟棄合格（DE，Discard Eligible）位?？梢酝ㄟ^交換機將FECN位置1來告知諸如路由器等目標數(shù)據(jù)終端設備（DTE，Data Terminal Equipment），在幀從源傳送到目的地的方向發(fā)生了擁塞。交換機將BECN位置1則告知目標路由器，在幀從源傳送到目的地的反方向上發(fā)生了擁塞。DE位由路由器或其他DTE設備設置，指出被標記的幀沒有傳輸?shù)钠渌麕敲粗匾?，它在幀中繼網(wǎng)絡中提供了一種基本的優(yōu)先級機制，如果發(fā)生擁塞時，DE位被設置的幀將在DE位沒有被設置的幀之前被丟棄。幀中繼流量整形（FRTS，F(xiàn)rame Relay Traffic Shaping）對

17、從幀中繼VC輸出的通信進行整形，使之與配置速率一致，它將超出平均速率的分組放到緩沖區(qū)來使突發(fā)通信變得平滑。根據(jù)配置的排隊機制，當有足夠的可用資源時，這些緩沖的分組出隊并等候被傳輸。排隊算法是基于單個VC配置的，它只能針對接口的出站通信進行設置。FRTS可對每個VC的流量進行整形，將其峰值速率整形為承諾信息速率（CIR，Committed Information Rate）或其他定義的值，如超額信息速率（EIR，Excess Information Rate）。自適應模式的FRTS還能夠根據(jù)收到的網(wǎng)絡BECN擁塞指示符降低幀中繼VC的輸出量，將PVC的輸出流量整形為與網(wǎng)絡的可用帶寬一致4。3 Q

18、oS技術的關鍵指標3.1可用性是當用戶需要時網(wǎng)絡即能工作的時間百分比?？捎眯灾饕窃O備可靠性和網(wǎng)絡存活性相結合的結果。對它起作用的還有一些其他因素，包括軟件穩(wěn)定性以與網(wǎng)絡演進或升級時不中斷服務的能力。3.2吞吐量是在一定時間段對網(wǎng)上流量(或帶寬)的度量。對IP網(wǎng)而言可以從幀中繼網(wǎng)借用一些概念。根據(jù)應用和服務類型，服務水平協(xié)議(SLA)可以規(guī)定承諾信息速率(CIR)、突發(fā)信息速率(BIR)和最大突發(fā)信號長度。承諾信息速率是應該予以嚴格保證的，對突發(fā)信息速率可以有所限定，以在容納預定長度突發(fā)信號的同時容納從話音到視像以與一般數(shù)據(jù)的各種服務。一般講，吞吐量越大越好。3.3時延指一項服務從網(wǎng)絡入口到出

19、口的平均經(jīng)過時間。許多服務，特別是話音和視像等實時服務都是高度不能容忍時延的。當時延超過200-250毫秒時，交互式會話是非常麻煩的。為了提供高質量話音和會議電視，網(wǎng)絡設備必須能保證低的時延。產(chǎn)生時延的因素很多，包括分組時延、排隊時延、交換時延和傳播時延。傳播時延是信息通過銅線、光纖或無線鏈路所需的時間，它是光速的函數(shù)。在任何系統(tǒng)中，包括同步數(shù)字系列(SDH)、異步傳輸模式（ATM）和彈性分組環(huán)路(RPR)，傳播時延總是存在的。3.4時延變換是指同一業(yè)務流中不同分組所呈現(xiàn)的時延不同。高頻率的時延變化稱作抖動，而低頻率的時延變化稱作漂移。抖動主要是由于業(yè)務流中相繼分組的排隊等候時間不同引起的，是

20、對服務質量影響最大的一個問題。某些業(yè)務類型，特別是話音和視像等實時業(yè)務是極不容忍抖動的。分組到達時間的差異將在話音或視像中造成斷續(xù)。所有傳送系統(tǒng)都有抖動，只要抖動落在規(guī)定容差之就不會影響服務質量。利用緩存可以克服過量的抖動，但這將增加時延，造成其他問題。漂移是任何同步傳輸系統(tǒng)都有的一個問題。在SDH系統(tǒng)中是通過嚴格的全網(wǎng)分級定時來克服漂移的。在異步系統(tǒng)中，漂移一般不是問題。漂移會造成基群失幀，使服務質量的要求不能滿足。3.5丟包不管是比特丟失還是分組丟失，對分組數(shù)據(jù)業(yè)務的影響比對實時業(yè)務的影響都大。在通話期間，丟失一個比特或一個分組的信息往往用戶注意不到。在視像廣播期間，這在屏幕上可能造成瞬間

21、的波形干擾，然后視像很快恢復如初。即便是用傳輸控制協(xié)議(TCP)傳送數(shù)據(jù)也能處理丟失，因為傳輸控制協(xié)議允許丟失的信息重發(fā)。事實上，一種叫做隨機早丟(RED)的擁塞控制機制在故意丟失分組，其目的是在流量達到設定門限時抑制TCP傳輸速率，減少擁塞，同時還使TCP流失去同步，以防止因速率窗口的閉合引起吞吐量擺動。但分組丟失多了，會影響傳輸質量。所以，要保持統(tǒng)計數(shù)字，當超過預定門限時就向網(wǎng)絡管理人員告警5。4 改善流媒體傳輸質量4.1 影響流媒體傳輸質量的因素影響流媒體傳輸質量的因素主要包含以下幾個：端到端的延遲：包括傳輸時延、傳播時延、排隊時延。它是影響流媒體質量最重要的因素之一。必須根據(jù)網(wǎng)絡的負載

22、情況，控制在一個合理的圍之。時延抖動：是兩個相鄰分組的數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡傳輸過程中由于經(jīng)過不同的網(wǎng)絡延遲產(chǎn)生的。由于網(wǎng)絡傳輸?shù)牟淮_定性，時延抖動是沒法避免的，解決的方法通常是在接收端設置緩沖區(qū)，在數(shù)據(jù)流到達后，并不立即播放，而是保存在緩沖區(qū)，等到規(guī)定播放時間到來才進行播放。丟包率：是指網(wǎng)絡擁塞時，數(shù)據(jù)流沒有與時到達接收端。這時丟失的數(shù)據(jù)包將直接影響到接收播放的質量，一般情況下，丟包率不得超過1%。數(shù)據(jù)包的失序：每個數(shù)據(jù)幀都有一個序列號，以標記在流中正確的序號。在網(wǎng)絡傳輸過程中，由于數(shù)據(jù)包經(jīng)過不同的線路或丟包等原因，致使數(shù)據(jù)的順序發(fā)生變化。解決的方法也是在接收端設置緩沖區(qū)，將接收到的數(shù)據(jù)進行重新組合，恢

23、復原來的順序。4.2 改善流媒體傳輸質量的途徑提高流媒體QoS控制上考慮。根據(jù)功能的不同，提高流媒體QoS控制大體上可以從擁塞控制、錯誤控制和緩存機制幾個方面入手。(1)擁塞控制：主要是通過某種速度控制機制，在網(wǎng)絡擁塞時，降低數(shù)據(jù)傳輸時延和丟包率。目前主要有速率控制和速率整形兩種方式?；谒俾士刂茩C制主要包括基于源碼率的、基于接收者碼率的以與混合碼率控制。基于源碼率的控制機制主要是通過收集視頻傳輸反饋信息，動態(tài)改變數(shù)據(jù)流的發(fā)送速率?；诮邮照叽a率的控制機制主要是通過接收到的數(shù)據(jù)流的情況，向應用層反映相應的統(tǒng)計信息，動態(tài)改變接收信道和播放效果?；旌洗a率控制結合二者的特點，動態(tài)改變數(shù)據(jù)流的發(fā)送速率

24、與數(shù)據(jù)接收信道，再達到最佳播放效果?；谒俾收螜C制主要是將碼流壓縮以適應網(wǎng)絡帶寬的要求。目前主要有編解碼濾波器、棄幀濾波器、棄層濾波器、頻率濾波器和再量化濾波器等幾種方式。(2)錯誤控制：如前面所述，丟包、延時等問題在網(wǎng)絡傳輸過程中是無法避免的，那么在這種已發(fā)生的情況下，如何更好地、更高質量地來控制錯誤，保證音視頻文件的順序播放。錯誤控制，其主要解決在丟包、延時等情況下，對流媒體數(shù)據(jù)的糾錯，達到最佳播放效果。錯誤控制機制包括向前糾錯機制、重發(fā)機制、錯誤恢復編碼機制和錯誤隱藏機制。(3)緩存機制：主要有在服務器端設置緩存和在客戶端設置緩存兩種方式。在服務器端設置緩存，可以在整個網(wǎng)絡對所有客戶端

25、的請求作優(yōu)化處理，是一種調度策略，可以使服務器處理能力達到最佳。在客戶端設置緩存，能夠消除由于網(wǎng)絡傳輸帶來的延時抖動、數(shù)據(jù)包的失序等因素，保證播放的質量6。改善流媒體傳輸質量的關鍵就是要使系統(tǒng)保證有較好的QoS。5 QoS技術在網(wǎng)絡上的應用QoS是網(wǎng)絡與用戶之間以與網(wǎng)絡上互相通信的用戶之間關于信息傳輸與共享的質的約定，例如，傳輸延遲允許時間、最小傳輸畫面失真度以與聲像同步等,是用來解決網(wǎng)絡延遲和阻塞等問題的一種技術。現(xiàn)在的路由器一般均支持QoS。QoS 是網(wǎng)絡的一種安全機制，是用來解決網(wǎng)絡延遲和阻塞等問題的一種技術。在正常情況下，如果網(wǎng)絡只用于特定的無時間限制的應用系統(tǒng)，并不需要QoS，比如

26、Web應用，或E-mail設置等。但是對關鍵應用和多媒體應用就十分必要。當網(wǎng)絡過載或擁塞時，QoS 能確保重要業(yè)務量不受延遲或丟棄，同時保證網(wǎng)絡的高效運行。在Internet等計算機網(wǎng)絡上為用戶提供高質量的QoS必須解決以下問題：1 QoS的分類與定義。對QoS進行分類和定義的目的是使網(wǎng)絡可以根據(jù)不同類型的QoS進行管理和分配資源。例如 ，給實時服務分配較大的帶寬和較多的CPU處理時間等，另一方面，對QoS進行分類定義也方便用戶根據(jù)不同的應用提出QoS需求。2 準入控制和協(xié)商。即根據(jù)網(wǎng)絡中資源的使用情況，允許用戶進入網(wǎng)絡進行多媒體信息傳輸并協(xié)商其QoS。3 資源預約。為了給用戶提供滿

27、意的QoS，必須對端系統(tǒng)、路由器以與傳輸帶寬等相應的資源進行預約，以確保這些資源不被其他應用所強用。4 資源調度與管理。對資源進行預約之后，是否能得到這些資源，還依賴于相應的資源調度與管理系統(tǒng)。目前的Internet僅提供盡力而為(best-effort service)的傳送服務，業(yè)務量盡快傳送，沒有明確的時間和可靠性保障。隨著網(wǎng)絡多媒體技術的飛速發(fā)展，Internet上的多媒體應用層出不窮，如IP、視頻會議、視頻點播(VOD)、遠程教育等多媒體實時業(yè)務、電子商務在Internet上傳送等。Internet已逐步從單一的數(shù)據(jù)傳送網(wǎng)向數(shù)據(jù)、語音、圖像等多媒體信息的綜合傳輸網(wǎng)演化。這些不同的應用

28、需要有不同的Qos(quality of service)要求，Qos通常用帶寬、時延、時延抖動和分組丟失率來衡量。各種應用對服務質量的需求在迅速增長。顯然，現(xiàn)有的盡力傳送服務已無法滿足各種應用對網(wǎng)絡傳輸質量的不同要求，需要Internet提供多種服務質量類型的業(yè)務。而盡力而為的服務仍將提供給那些只需要連通性的應用。服務質量Qos系指用來表示服務性能之屬性的任何組合。為了使其具有價值，這些屬性必須是可提供的、可管理的、可驗證和計費的，而且在使用時它們必須是始終如一的、可預測的、有的屬性甚至是起決定性作用的。為了滿足各種用戶應用的需要，構建對IP最優(yōu)并具備各種服務質量機制的網(wǎng)絡是完全必要的。專線服務、語音、文件傳遞、存儲轉發(fā)、交互式視頻和廣播視頻是現(xiàn)有應用的一些例子7。6 結束語經(jīng)過仔細的琢磨與認真的研究，我的論文就這樣踉踉蹌蹌的寫完了，雖然我的論文不是很精彩，但我可以自信的說這里面