IP-QoS

IP网的服务质量北京邮电大学程控交换与通信网国家重点实验室2提纲•IPQoS问题的提出和研究现状•IPQoS机制–综合服务（IntegratedServices)–区分服务（Differentiatedservices)–QoS路由（QoSRouting)–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3IPQoS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(QualityofService)•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•IPQoS=成功的IP包传输ApplicationIPnetworkUserServer/applicationEnd-to-endQoS6IP包在网络传输中会遇到什么问题?2)IPpacketislost1)IPpacketisdelayedNetworkTrafficHelpFileEditLocateViewHelp12345670100200300400500EDCBAIPnetwork•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（BestEffort)•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IPTCPUDPApplication10IPQoS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、UCBEKLEY、STANFORD、TAXAS、COLUMBIACaliforniaetc.-公司:Cisco,Nortel,IBM,Bellcoreetc.11IPQoS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-ACTSAC310_Project•最大的研究项目:Internet2ProjectQboneStartedinlate1998:170Universities,40Corporations,30otherOrganizations12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IntServnetworkDiffServnetwork“呼叫抑制”方法“设定优先权”方法14IPQoS机制之一综合服务(IntegratedServices)15IETF关于综合服务的建议•综合服务（IntServ）/RSVP(最早由MIT93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(GuaranteedService)类型•IP网络中的“比特流管道”:需要信令,接纳控制和监控IPnetwork•相当于轻负载网络中尽力而为的服务质量IPnetwork可控负载(ControlledLoad)类型NetworkTrafficHelpFileEditLocateViewHelp12345670100200300400500EDCBANetworkTrafficHelpFileEditLocateViewHelp12345670100200300400500EDCBANetworkTrafficHelpFileEditLocateViewHelp12345670100200300400500EDCBANetworkTrafficHelpFileEditLocateViewHelp12345670100200300400500EDCBA18IntServ模型•设置协议（Setupprotocol)–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（Flowspecification)–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（AdmissionControl)•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(SharedExplicit)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25PropertyBestEffortGuaranteedServiceControlledLoadApplicationsBesteffortRealtimeDelaytolerantControlMethodNoneTokenBucketandWFQTokenBucketEnd-to-endbehaviourBesteffortBoundeddelayBesteffortoveruncongestednetworkReferencesRFC2205-RFC2210RFC2212—SpecofGuaranteedQoSRFC2211—SpecofControlled-LoadNetworkElementService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27IPQoS机制之二区分服务模型(DifferentiatedServices)28IETF关于区分服务的建议•区分服务（DiffServ）体系最早由Nichols1997底提出•IETF成立了DiffServ工作组，提出一系列建议和草案–RFC2474，2475（体系结构）–RFC2597，2598（PHB定义）–RFC2697，2698...（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ServiceLevelSpecification(SLS)DiffServEdgeRouterDiffServCoreRouterUserPerHopBehavior(PHB)DiffServCoreRouterDiffServCodePoint(DSCP)DSDomain31DiffServ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(aggregateflow)•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ServiceLevelSpecification(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--TrafficConditioningSpecification）来处理用户的业务流•区分服务网络执行SLS和TCSIPServiceProviderSLS34DiffServCodePoint（DSCP）•IPv4中的ToS域，IPv6中的TrafficClass域•CU：currentlyunused•DSCP占6比特，可提供64种PHB方式DSCPCU056736IETF定义的PHBs缺省转发DEPHB快速转发EFPHB确保转发AFPHBDifferentiatedServicesBestEffort低丢失率,低延时转发方式4种独立的AF类型每种类型又包含3种不同的丢失优先级37快速转发PHBExpeditedForwarding(