IP承載網(wǎng)中的QoS技術(shù)基礎(chǔ)

IP承載網(wǎng)中的QoS技術(shù)根底前言效勞質(zhì)量〔QualityofService，簡稱QoS〕，是在分組投遞過程中對(duì)數(shù)據(jù)包的延遲、抖動(dòng)、丟包率等效勞能力的評(píng)估。1培訓(xùn)目標(biāo)學(xué)完本課程后，您應(yīng)該能：知道影響QoS的因素知道QoS的作用理解Diff-Serv模型2目錄QoS根本概念流分類、流量監(jiān)管和流量整形擁塞管理和防止3傳統(tǒng)的IP分組投遞效勞特點(diǎn)IP體系的設(shè)計(jì)目標(biāo)就是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的互連分組投遞過程中的過失控制、網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)的流量控制等功能，由發(fā)送和接收分組的源端和接收端來完成。早期的路由器在功能上只進(jìn)行了簡單的設(shè)計(jì)，保證分組能被正確地轉(zhuǎn)發(fā)。所有用戶的報(bào)文共同分享網(wǎng)絡(luò)和路由器的帶寬資源，路由器采用Best-Effort的效勞策略。Best-Effort效勞策略適用于對(duì)帶寬、延遲性能不敏感的WWW文件傳輸、E-Mail等業(yè)務(wù)。4新的業(yè)務(wù)和需求新業(yè)務(wù)的不斷涌現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的效勞能力提出了更高的要求期望在延遲、延遲抖動(dòng)、丟包率等傳輸性能上獲得一定的承諾和保障傳統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)當(dāng)前的IP網(wǎng)絡(luò)承載多種業(yè)務(wù)〔VOIP、VPN、ERP〕5IPQoS目標(biāo)有效控制網(wǎng)絡(luò)資源及其使用防止并管理IP網(wǎng)絡(luò)擁塞減少IP報(bào)文的喪失率調(diào)控IP網(wǎng)絡(luò)的流量為特定用戶或特定業(yè)務(wù)提供專用帶寬支撐IP網(wǎng)絡(luò)上的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)6丟包…我啊三張是……本地這么說…...我啊三是……對(duì)方聽到的是…...？Internet7延時(shí)…InternetAA發(fā)送的第一個(gè)bit接收的最后一個(gè)bit處理延時(shí)處理延時(shí)網(wǎng)絡(luò)傳輸延時(shí)端到端的延時(shí)時(shí)間t8抖動(dòng)…Internet132發(fā)送接收321D3D2D1D3=D2=D19帶寬限制…InternetIP我要100M我要30M我要2M20M10IPQoS兩種模型IntServ模型：業(yè)務(wù)通過信令向網(wǎng)絡(luò)申請(qǐng)?zhí)囟ǖ腝oS效勞，網(wǎng)絡(luò)在流量參數(shù)描述的范圍內(nèi)，預(yù)留資源以承諾滿足該請(qǐng)求DiffServ模型：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞時(shí)，根據(jù)業(yè)務(wù)的不同效勞等級(jí)約定，有差異地進(jìn)行流量控制和轉(zhuǎn)發(fā)來解決擁塞問題11集成效勞IntServ〔IntegratedService〕IntServ域Path消息：建立預(yù)留帶寬的路徑Resv消息：預(yù)留帶寬12差分效勞DiffServ〔DifferentiatedService〕在網(wǎng)絡(luò)入口對(duì)分組進(jìn)行分類、流量控制，設(shè)置DSCP在網(wǎng)絡(luò)中根據(jù)分組的DSCP值，進(jìn)行隊(duì)列調(diào)度、分組丟棄用戶設(shè)備DiffServ域用戶設(shè)備PHBPHBPHBPHB13差分業(yè)務(wù)編碼點(diǎn)DSCPDSCP〔DiffServCodePoint〕VersionLengthLenIDOffsetTTLProtoFCSIP-SAIP-DADataToS

1Byte07123456DSCP07123456IPPrecedence目前未用ToSIPv4報(bào)文頭目前未用RFC1349RFC247414每跳轉(zhuǎn)發(fā)行為PHBPHB〔Per-HopBehaviors〕DefaultPHB，DSCP為“000000”Class-SelectorPHB，DSCP為“XXX000”，X為0或1ExpeditedForwardingPHB，DSCP為“101110”AssuredForwardingPHBRFC2597定義了EFPHB，RFC2598定義了AFPHB丟包優(yōu)先級(jí)AF1AF2AF3AF4低中高00101000110000111001001001010001011001101001110001111010001010010010011015DiffServ模型體系結(jié)構(gòu)DiffServ網(wǎng)絡(luò)用戶網(wǎng)絡(luò)DiffServ網(wǎng)絡(luò)流量控制SLA/TCA邊界節(jié)點(diǎn)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)邊界節(jié)點(diǎn)邊界節(jié)點(diǎn)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)邊界節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)邊緣進(jìn)行業(yè)務(wù)分類和流量調(diào)整。-業(yè)務(wù)分類.基于DS域.基于其他特征-流量調(diào)整.測量.標(biāo)記.丟棄.整形不同DS區(qū)域可有不同的PHB，以實(shí)現(xiàn)不同的效勞提供策略，它們之間通過SLA與TCA協(xié)調(diào)提供跨區(qū)域效勞：.SLA：效勞等級(jí)協(xié)定，關(guān)于業(yè)務(wù)流在網(wǎng)絡(luò)中傳遞時(shí)所應(yīng)當(dāng)獲得的待遇。.TCA：流量調(diào)整協(xié)定，關(guān)于業(yè)務(wù)分類準(zhǔn)那么、業(yè)務(wù)模型及相應(yīng)處理的協(xié)定。用戶網(wǎng)絡(luò)DS區(qū)域的效勞提供策略由PHB決定。DS節(jié)點(diǎn)根據(jù)PHB屬性轉(zhuǎn)發(fā)。16

服務(wù)等級(jí)協(xié)定

簽訂雙方： 客戶（A公司） 運(yùn)營商（B運(yùn)營商）時(shí)間： 2002/1/1~2002/12/30POP位置： 北京（XX大廈）——深圳（XX大廈）帶寬： 10Mbps

時(shí)延： 小于70毫秒時(shí)延抖動(dòng)： 小于20毫秒丟失率： 小于0.1%

可用性：大于99.9%

判斷標(biāo)準(zhǔn)： 源IP地址-0

目的IP地址-0

費(fèi)用： 20000元/月，按月付費(fèi)效勞等級(jí)協(xié)定-SLA17目錄QoS根本概念流分類、流量監(jiān)管和流量整形擁塞管理和防止18流分類及標(biāo)記報(bào)文分類及標(biāo)記是QoS執(zhí)行效勞的根底報(bào)文分類使用技術(shù)：ACL和IP優(yōu)先級(jí)根據(jù)分類結(jié)果交給其它模塊處理或打標(biāo)記〔著色〕供核心網(wǎng)絡(luò)分類使用ACL,IP優(yōu)先級(jí)19流量監(jiān)管drop令牌桶流分類CAR(CommittedAccessRate):約定訪問速率對(duì)流量進(jìn)行控制整形〔shaping〕使業(yè)務(wù)流輸出的速率符合業(yè)務(wù)模型的規(guī)定丟棄〔droping〕根據(jù)特定規(guī)那么丟棄分組打標(biāo)記〔marking〕設(shè)置報(bào)文的DS域〔或IP優(yōu)先級(jí)〕20流量監(jiān)管例如沒有流量監(jiān)管

有流量監(jiān)管bpsTimebpsTimeRateLimitRateLimit21流量整形隊(duì)列流分類令牌桶256Kbps128KbpsFR128Kbps流量整形〔TrafficShaping〕:解決鏈路兩邊的接口速率不匹配對(duì)報(bào)文的流量進(jìn)行限制,對(duì)超出流量約定的報(bào)文進(jìn)行緩沖流量整形可能會(huì)增加延遲22流量整形例如沒有流量整形使用流量整形bpsTimebpsTimeRateLimitRateLimit23物理接口總速率限制LR(LineRate):在一個(gè)物理接口上，限制接口發(fā)送報(bào)文〔包括緊急報(bào)文〕的總速率LR采用了令牌桶進(jìn)行流量控制,所有經(jīng)由接口發(fā)送的報(bào)文首先要經(jīng)過LR的令牌桶進(jìn)行處理流分類令牌桶256Kbps128KbpsQoS隊(duì)列調(diào)度24流量評(píng)估與令牌桶令牌桶可以看是一個(gè)存放令牌的容器，它有一定的容量。系統(tǒng)按設(shè)定的速度向桶中放置令牌，當(dāng)桶中令牌滿時(shí)，多出的令牌溢出，桶中令牌不再增加。用令牌桶進(jìn)行流量評(píng)估有兩種方法：簡單評(píng)估：使用兩個(gè)參數(shù)承諾信息速率CIR〔CommittedInformationRate〕承諾突發(fā)尺寸CBS〔CommittedBurstSize〕復(fù)雜評(píng)估：使用三個(gè)參數(shù)承諾信息速率CIR〔CommittedInformationRate〕承諾突發(fā)尺寸CBS〔CommittedBurstSize〕超出突發(fā)尺寸EBS〔ExcessBurstSize〕25目錄QoS根本概念流分類、流量監(jiān)管和流量整形擁塞管理和防止26擁塞管理輸出隊(duì)列流分類網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)，保證不同優(yōu)先級(jí)的報(bào)文得到不同的QoS待遇，包括時(shí)延、帶寬等。將不同優(yōu)先級(jí)的報(bào)文入不同的隊(duì)列，不同隊(duì)列將得到不同的調(diào)度優(yōu)先級(jí)、概率或帶寬保證算法：FIFO〔FirstInFirstOut〕PQ〔PriorityQueuing〕CQ〔CustomQueuing〕WFQ〔WeightedFairQueuing〕27FIFO隊(duì)列轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包FIFO(FirstInFirstOut):算法簡單，轉(zhuǎn)發(fā)速度快所有報(bào)文統(tǒng)一對(duì)待，先進(jìn)現(xiàn)出，沒有任何區(qū)別分Internet的默認(rèn)效勞模式－Best-Effort采用的隊(duì)列策略調(diào)度28PQ隊(duì)列PQ(Priorityqueuing):優(yōu)先隊(duì)列，可以保障高優(yōu)先級(jí)隊(duì)列的效勞質(zhì)量PQ分為四個(gè)隊(duì)列：top，middle，normal，bottom較高的優(yōu)先級(jí)的隊(duì)列優(yōu)先調(diào)度drop流分類MiddleNormalTopBottom調(diào)度29CQ隊(duì)列CQ(Customqueuing):定制隊(duì)列，用戶可配置隊(duì)列占用的帶寬比例關(guān)系CQ共分為17個(gè)隊(duì)列:0號(hào)隊(duì)列為系統(tǒng)隊(duì)列，優(yōu)先調(diào)度;1-16為用戶隊(duì)列，輪詢調(diào)度各隊(duì)列在長時(shí)間統(tǒng)計(jì)上滿足用戶配置的帶寬比例drop流分類…Queue0Queue1Queue2Queue16…調(diào)度30加權(quán)公平隊(duì)列WFQ(Weightedfairqueuing):加權(quán)公平隊(duì)列，保證相同優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)間公平，不同優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)間加權(quán)最大隊(duì)列數(shù)目可配置(16-4096)采用HASH算法盡量將不同的數(shù)據(jù)流導(dǎo)入不同的隊(duì)列，自動(dòng)完成權(quán)值依賴于IP報(bào)文頭中攜帶的IP優(yōu)先級(jí)drop流分類…Queue1Queue1Queue2QueueN…N=16,32…2048,4096調(diào)度31CBQ的隊(duì)列CBQ(ClassBasedQueue):是對(duì)WFQ功能的擴(kuò)展，為用戶提供了定義類的支持。drop分類…LLQ1BQ2BQ63BQ…調(diào)度32擁塞防止傳統(tǒng)的尾丟包在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞時(shí)對(duì)報(bào)文全部丟棄，并不加以區(qū)分TCP慢啟動(dòng)導(dǎo)致全局同步化進(jìn)行擁塞防止，在網(wǎng)絡(luò)沒有發(fā)生擁塞以前根據(jù)隊(duì)列狀態(tài)進(jìn)行有選擇性的丟包算法：RED、WRED時(shí)間t帶寬利用率33擁塞防止WRED(WeightedRandomEarlyDetection):加權(quán)隨機(jī)早期檢測采用隨機(jī)丟棄的策略，防止了尾部丟棄的方