互联网服务质量.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第18章 互联网服务质量,服务质量提出,：,文本多媒体通信、实时通信,视频带宽；语音实时；控制实时,因为IP协议无连接特征和IP网络涣散控制管理方式，IP服务质量QoS（Quality of Service）研究面临很大挑战。,第1页,第18章 互联网服务质量,18.1,服务质量（QoS）,18.2,实时传输协议,18.3,实时传输控制协议（RTCP）,18.4,集成业务,18.5,区分业务（DiffServ）,第2页,18.1 服务质量（QoS）,服务质量QoS,是指网络在传输数据流时要求满足一系列服务请求及实现这些请求机制。衡量服务请求几个,指标,：带宽要求、传输延迟、延迟抖动、可靠性、丢失率、吞吐量等。其研究目标是有效提供端到端服务质量控制或确保。,主要IP,QoS技术,有：,集成业务（IntServ）,区分业务（DiffServ）,QoS路由,多协议标签交换MPLS,第3页,1.,集成业务,（IntServ）,IntServ,基本思想,是在传送数据之前，依据业务QoS需求进行网络资源预留，从而为该数据流提供端到端QoS确保。,用于非骨干网,第4页,IntServ尽管能提供QoS确保，但,扩展性较差。原因,在于：,（1）IntServ工作方式是基于每个流，需要保留大量与分组队列数成正比状态信息。,（2）资源预留协议（RSVP）有效实施必须依赖于分组所经过路径上每个路由器。在骨干网上，业务流数目可能会很大，同时要求路由器转发速率很高，使得IntServ难于在骨干网上运行。,第5页,2.,区分业务,（DiffServ）,DiffServ基本思想,是将用户数据流按照服务质量要求来,划分等级,，任何用户数据流都能够自由进入网络。区分业务,只承诺相正确服务质量,，而不对任何用户承诺详细服务质量指标。,用于骨干网,第6页,DiffServ,简化了信令,，对业务流,分类粒度更粗,。它经过汇聚(aggregate)和逐跳行为PHB(Per Hop Behavior)方式来提供一定程度上QoS确保。,汇聚,含义在于路由器能够把QoS需求相近各业务流看成一个大类，以降低调度算法所处理队列数；,PHB,含义在于逐跳转发方式，每个PHB对应一个转发方式或QoS要求。,区分业务只包含有限数量业务级别，,状态信息数量少，所以实现简单，扩展性很好。它不足之处是极难提供基于流端到端质量确保,。当前，区分业务是业界认同IP骨干网QoS处理方案。,第7页,3.,QoS路由,普通路由器,对全部IP包都采取,先来先处理,（First Come First Service,FCFS,）工作方式，它尽最大努力将IP包送达目标地。但对IP包传递可靠性、延迟等不能提供任何确保。,QoS路由,依据各种不一样度量参数（,如带宽、成本、每一跳开销、时延、可靠性等）,来选择路由,，,实现链路状态信息公布、路由计算和路由表存放等,。,优点,：QoS路由能够满足业务,QoS,要求，并提升了网络,资源利用率,。,不足,：QoS路由计算十分,复杂,，增加了网络,开销,，,极难实现,真正实用QoS路由算法。,第8页,4.,多协议标签交换,MPLS,多协议标签交换MPLS依据分组,首部标识,，经过,网络路径控制,来提供流汇聚带宽管理，对于骨干网，这是当前使用最普遍、实现性最强一个QoS机制。,以上四种QoS技术能够,结合使用,。比如在关键网采取DiffServ，在接入网采取IntServ，当前MPLS与DiffServ技术结合最有可能成为IP网络运行商首选QoS方案。,返回,第9页,18.2 实时传输协议,实时传输协议RTP（Real-time Transport Protocol）由IETF作为RFC 1889公布，是针对多媒体服务数据流一个传输协议，其,目标,是,提供时间信息,和,实现流同时,。,RTP通常使用,UDP,来传送数据，但RTP也能够在TCP或ATM等其它协议之上工作。当应用程序开始一个RTP会话时将使用,两个端口,：一个给RTP，一个给实时传输控制协议（RTCP）。RTP本身并不能为按次序传送数据包提供可靠传送机制，也不提供流量控制或拥塞控制，它依靠RTCP提供这些服务。,第10页,RTP提供端对端网络传输功效，适合经过组播和点播传送实时数据，如视频、音频和仿真数据。RTP没有包括资源预留和质量确保等实时服务，RTCP扩充数据传输以允许监控数据传送，提供最小控制和识别功效。,1.RTP首部格式,RTP数据包=定长RTP,首部,+不定长连续媒体,数据,，其中RTP首部为,12字节,，多媒体数据能够是编码数据。,第11页,V,2位,P,1位,X,1位,CC,4位,M,1位,PT,7位,次序号,16位,时戳,同时源标识（SSRC）,贡献源标识（CSRC）,贡献源标识（CSRC）,图18-1 RTP格式,第12页,2.RTP报文封装RTP协议普通运行在面向数据报,UDP,之上，它只能提供,无连接,不可靠,服务，帧丢失或犯错都会降低多媒体信息质量。图18-2表示RTP报文封装格式。,IP,首部,UDP,首部,RTP,首部,数据,图18-2 RTP报文封装格式,第13页,工作时，RTP协议从上层接收流媒体信息码流，装配成RTP数据包发送给下层，,下层协议提供RTP和RTCP分流,。假如RTP使用一个偶数号端口，则对应RTCP使用其后奇数号端口。从而实现了,数据流和控制流分离,，使协议实现愈加灵活和简单。,第14页,3.RTP数据传输,RTP利用,混合器,和,翻译器,完成实时数据传输。一个经典RTP包传输流程如图18-3所表示：,图18-3 经典RTP包传输流程,其中S1，S2，S3，S4为数据源发送端，R1为最,终RTP包流接收端。,第15页,4.RTP协议特点,（1）轻量传输协议,RTP只提供,端到端实时媒体传输,功效，,并不提供机制来确保实时传输和服务质量确保,。,（2）灵活性,传输协议与详细控制策略分开,，传输协议本身只提供完成实时传输机制，开发者可自主实现效率较高算法与适当控制策略。,（3）协议独立性,RTP协议,与下层协议无关,。,（4）安全性,RTP协议在设计上,考虑到安全功效,，支持对数据加密和身份认证功效。,返回,第16页,18.3 实时传输控制协议（RTCP）,实时传输控制协议RTCP,(Real-time Transport Control Protocol)和RTP一起,提供流量控制和拥塞控制服务,。,在RTP会话期间，各参加者周期性地传送RTCP包。RTCP包中含有,已发送数据包数量,、,丢失数据包数量,等统计资料，所以，服务器能够利用这些信息,动态地改变传输速率,，甚至,改变有效载荷类型,。,RTP和RTCP配合使用，它们能以有效反馈和最小开销使,传输效率,最正确化,，因而尤其适合传送网上实时数据。,第17页,1.RTCP功效,RTCP主要含有以下四个方面功效：,（1）提供数据公布质量反馈,（2）提供RTP源持久传输层标识,（3）控制传输速率,（4）传送最小连接控制信息,第18页,2.实时传输控制协议RTCP包格式,实时传输控制协议RTCP首部格式如图18-4所表示。,图18-4 实时传输控制协议RTCP首部格式,版本,：长度为2位，识别 RTP版本。RTP数据包中该值与 RTCP 数据包中一样。,填充,：长度为1位，置位时，RTCP数据包包含一些填充八位位组。填充,最终八位是填充字节数,。一些分组加密算法需要使用填充字段。对于复合RTCP数据包中，只有最终一个数据包才需要使用填充，这是因为复合数据包采取是整体加密方法。,第19页,汇报计数,：长度为5位，接收方汇报计数，接收方汇报块编号包含在该数据包中。,包类型,：识别一个 RTCP数据包。RTCP 数据包类型为发送端汇报（SR）、接收端汇报（RR）、源描述（SDES）、结束参加（BYE）、特殊应用功效（APP）五种数据包。,长度,：该字段长16位，表示RTCP 数据包（含首部、数据和填充）大小。其值为,数据包32位字数减去1,。,返回,第20页,18.4 集成业务,IntServ/RSVP服务模型定义在RFC 1633中，而且RFC 1633将RSVP作为IntServ结构中主要信令协议，其主要目标是以资源预留方式来实现QoS保障。,18.4.1 IntServ模型,IntServ基本思想是在传送数据之前，依据业务QoS需求进行,网络资源预留,，从而为该数据流提供端到端QoS确保。,第21页,图18-5 IntServ基本元素及其相互关系,第22页,结构上，IntServ/RSVP服务模型主要由四个部分,组成,：,信令协议,RSVP,，,接入控制器,（admission control routines），,分类器,（classifier）,包调度器,（packet scheduler）。,实现：综合服务需要全部路由器在控制路径上,处理,每个流信令消息并,维护,每个流路径状态和资源预留状态，在数据路径上,执行,流分类、调度和缓冲区管理。,第23页,RSVP,负责以逐跳（hop-by-hop）方式建立或者拆除每个流资源预留软状态（soft state），设置协议：动态地保留资源。,接入控制器,将决定是否接收一个资源预留请求，其依据是,链路和网络节点资源使用情况以及QoS请求详细要求,。,分类器,则对传输数据包分类成传输流，IntServ惯用分类器是多字段（Multi-Field，MF）分类器，当路由器接收到数据包时，它,依据数据包首部多个字段（如5元组：源IP地址，目标IP地址，源端口号，目标端口号，传输协议），将数据包放入对应队列中,。,调度器,则依据不一样策略对各个队列中数据包进行调度转发。,第24页,IntServ所采取主要技术包含：先进冲撞管理、限制延迟、抖动以及网络内带宽消耗排队算法，还有能够为特定应用预留带宽资源预留协议。,IntServ,优点,有：,（1）能够提供,端到端QoS确保,。,（2）能够确保组播业务中网络,资源有效分配,和,网络状态动态改变,，以及,组播组员灵活管理,。,（3）适合用于,多媒体实时业务,。,第25页,IntServ,缺点,有：,（1）,扩展性,不好。,（2）要求从发送端到接收端,全部路由器都支持RSVP,。,（3）信令系统及RSVP都较,复杂,，造成实现困难。,所以，Intserv只适适用于,网络规模较小,、业务,质量要求较高,网络。,第26页,18.4.2 资源预留协议（RSVP）,RSVP是集成业务关键。这是一个信令协议，用来通知网络节点预留资源。假如资源预留失败，RSVP协议会向主机发回拒绝消息。,1.RSVP工作原理,IntServ/RSVP服务模型对传统因特网体系结构扩展主要包含,在路由器中保留业务流状态信息,以及,明确状态建立机制,。这种模型有效地集成了各种实时应用和非实时应用。,第27页,RSVP是一个提供预留设置和控制以实现综合服务协议。最复杂。,RSVP协议允许应用程序为它们数据流保留带宽,。,主机,依据数据流特征使用这个协议向网络请求保留一个特定量带宽，,路由器也,使用,RSVP协议转发带宽请求,。,为了执行RSVP协议，在,接收端,、,发送端,和,路由器,中都必须有执行RSVP协议软件。,第28页,RSVP两个主要,特征,是：,（1）保留组播树上带宽，单播是一个特殊情况。,（2）接收端导向，也就是,接收端开启和维护,资源保留。,图18-6说明上述两个特征。图中给出了组播树，它数据流向是从树顶部到六个主机。即使数据源来自发送端，但保留消息则发自接收端。,当路由器向上给发送端转发保留消息时，路由器能够,合并,来自下面保留消息。,第29页,图18-6 RSVP特征,第30页,2.RSVP优缺点,RSVP,优点,：,（1）,良好兼容性,。RSVP设计时考虑到了与非RSVP网络兼容问题。,（2）,软状态机制,。RSVP软状态机制提供了一个节点从故障中恢复自我稳定机制；同时预防了因为各种网络原因造成重复预约资源问题；预留状态不刷新则超时。,（3）,接收端预约方式,。使其能够适合用于组播中存在大量接收者情况，同时能够提升网络资源利用率。,第31页,RSVP,缺点,：,RSVP操作依靠周期性,不可靠消息交换,，假如在预约建立阶段,丢掉预约消息,，则将造成很长连接建立时延。RSVP预约方法本身就对RSVP,可扩展性,组成损害，因为RSVP需要在路由器数据路径(调度，缓存管理等)和控制路径(RSVP状态)同时保持流状态。,返回,第32页,18.5 区分业务（DiffServ）,DiffServ是一个起源于IntServ，但相对,简单、粗划分,控制系统，DiffServ使大型网络含有了可扩展性。,18.5.1 区分业务（DiffServ）,模型,1.,DiffServ体系结构,DiffServ体系结构主要由,QoS资源策略管理器,、,边缘器件模块,和,关键器件模块,三个部件组成。,第33页,（1）区和区域,DiffServ中区域A、B分别为普通客户网络和DiffServ区域(DiffServ Domain)。,几个DiffServ区域可组成DiffServ区,(DiffServ Region)。DiffServ区域入口对进入该区域业务量进行调整，使其符合业务控制协议TCA，同时DiffServ区域之间存在服务级别协议（Service Level Agreement，SLA）。,（2）QoS资源管理器,DiffServ允许,ISP要求QoS策略,，这些策略从QoS,策略管理器,下载到边缘模块和关键模块中实现其对应功效。,第34页,（3）边缘模块,普通路由器或网关上增加粗略划分业务流便成为,边缘模块,，执行全部流,分类,、,计量,和,标识,等功效。,（4）关键模块,DiffServ关键路由器属于内部子网，采取统一PHB进行简单数据包转发，无须考虑流状态信息。,第35页,2.DiffServ工作过程,区分业务DiffServ工作流程如图18-7所表示：,（1）用户首先与ISP签定一个,服务等级协议,SLA，明确所支持业务级别等。,（2）标识自己,差分编码标识,DSCP（Differentiated Services Code Point）以指定QoS服务，也能够让边缘路由器依据多字段MF分类来标识。,（3）在ISP入口，数据包被,分类、计量、标识,。在边缘路由器，全部分类规则均依据SLA。,第36页,图18-7 区分业务DiffServ工作流程,第37页,3.DiffServ研究热点,当前DiffServ领域研究热点包含DiffServ与IntServ结合、DiffServ组播支持、对DiffServ性能模型分析和数值分析以及带宽分配公平性确保等问题。,DiffServ能够与IntServ,结合,起来以提供端到端QoS机制，当前已经提出经典研究方案和实现机制有：面向SCore(Scalable Core)“动态分组状态”(DPS)方案；基于三种优先级别带宽确保型服务(BGS)机制；在DiffServ网络中结合RSVP协议提供资源预留和QoS确保机制。,第38页,DiffServ域中,支持组播,问题也日益突出。因为DiffServ体系结构是基于单播，怎样使DiffServ支持组播必定会出现一些问题，当前一个较为简单方法是在,组播路由表每个输出链路条目中加入一项DSCP,，再加上一定管理机制。,DiffServ中还有一个很大问题就是,公平性问题,，因为DiffServ网络内部处理对象是流聚集而非微流，统一聚集中各微流共享带宽资源，流特征不一样必定造成对资源抢占所带来不公平。,DiffServ研究一个很主要步骤是,内部路由PHB实现,，包含,实时性,和,丢失控制,以及对,带宽利用率,，重点是研究和实现理想,队列调度和队列管理机制,。,第39页,18.5.2 DS字段,区分业务DiffServ主要经过,两个机制,来完成不一样QoS业务要求分类：,DS标识,和一个包转发处理库集合,PHB,。,经过对一个包DS字段不一样标识，以及基于DS字段处理，就能够产生一些不一样服务级别。,第40页,DSCP,CU,图18-8 区分业务DiffServDS字段,如图18-8所表示DiffServDS字段。DS被分割为一个,6比特DSCP字段和一个2比特未用字段,（Current Unused，CU）字段。DSCP是分组承受服务质量唯一标志,每个DSCP值就对应了一个特定服务等级,。在网络关键处，路由器就,依据该DSCP值来决定分组PHB,。含有相同DSCP值数据包将接收相同处理，这些处理组成行为聚合BA（Behavior Aggragate）。IP数据报首部中区分业务标识字段是DS区域边缘结点和关键结点之间传递流汇聚信息媒介，是连接边界传输分类和调整机制与内部PHB桥梁。,第41页,本章关键点,QoS,是指网络在传输数据流时要求满足一系列服务请求及实现这些请求机制。这些服务请求能够用以下几个指标来衡量：带宽要求、传输延迟、延迟抖动、可靠性、丢失率、吞吐量等。,主要IP,QoS技术,有集成业务、区分业务、QoS路由和MPLS等。,实时传输协议RTP,由IETF作为RFC 1889公布，是针对多媒体服务数据流一个传输协议，其,目标是提供时间信息和实现流同时,。,实时传输控制协议RTCP,和RTP一起,提供流量控制和拥塞控制服务,。,第42页,IntServ/RSVP服务模型,定义在RFC 1633中，而且RFC 1633将资源预留协议RSVP作为IntServ结构中主要信令协议，其主要目标是,以资源预留方式来实现QoS保障,。,IntServ基本思想是在传送数据之前，依据业务QoS需求进行网络资源预留，从而为该数据流提供,端到端QoS确保,。,资源预留协议RSVP是集成业务关键,。这是一个信令协议，用来通知网络结点预留资源。,第43页,DiffServ,是一个起源于IntServ，但相对简单、,粗划分,控制系统，DiffServ使大型网络含有了可缩放性。,DiffServ体系结构主要由,QoS资源策略管理器,、,边缘器件模块,和,关键器件模块,三个部件组成，详细包含以下几个主要组成部分：区和区域、QoS资源管理器、边缘模块、关键模块。,DiffServ主要经过,两个机制,来完成不一样QoS业务要求分类：DS标识和一个包转发处理库集合PHB。,返回,第44页,