1、服務質量控制QoS1課程目標(1) 分析當今網絡需求及何時需要服務質量（QOS）；(2)理解QOS的概念(3)描述QOS體系結構，兩種QoS解決方案（集成服務和區分服務） (4)理解QOS的原理組成部分：分類、標記、流量調節、擁塞管理和擁塞避免(5)掌握網絡設備上常用的QOS限速、排隊技術(6)了解分組調度算法(7)了解動態分組狀態（了解核心無狀態網絡體系結構SCORE）(8)實施QOS的配置操作，能在VOIP中應用QOS(9)在專線（PPP）上實施VOIP QOS示例2本章內容一、網絡中常見的問題二、 QOS基本概念三、集成服務與區分服務四、分組調度算法五、動態分組狀態六、MPLS多協議標簽

2、交換七、 QOS的應用設計八、結論和進一步的研究工作3Internet網絡QoS的業務需求 傳統的Internet網絡主要承載數據業務，采用盡力傳送（Best Effort）的方式，服務質量顯得無關緊要 當前的Internet網絡近年來，隨著IP技術的飛速發展，以及各種新業務的出現， Internet網絡由一個單純的數據傳輸網絡轉變為具有商業價值的多業務承載網，向數據、語音、圖像和視頻等多媒體信息的綜合傳輸網演化。Internet網絡必須為其所承載的每一類業務提供相應的服務質量（Quality of Service, QoS） 網絡帶寬（Bandwidth ）RTAPC1RTBRTCPC22M

3、數據流BWmax=min(100M, 2M, 10M, 1000M)=2M10M1000M100M網絡帶寬用于衡量網絡的吞吐能力，單位為bps。網絡帶寬的最大值為數據轉發路徑上最小鏈路的帶寬值。如果網絡上存在多個數據流，它們將互相競爭帶寬。網絡帶寬取決于物理鏈路的速率，通過QoS技術可以提高網絡帶寬的利用效率。帶寬限制IP我要100M我要30M我要2M10M網絡延遲（Delay）RTAPC1RTBRTCPC2Delay=(T1+P1+S1)+(T2+P2+S2)+(T3+P3+S3)傳輸延遲T1調度延遲P1串行延遲S1傳輸延遲T2調度延遲P2串行延遲S2傳輸延遲T3調度延遲P3串行延遲S3數據

4、流網絡延遲用于衡量網絡傳輸時間長短，單位為ms。單個網絡設備的延遲包括傳輸延遲、調度延遲、串行延遲。網絡延遲為數據轉發路徑上所有網絡設備延遲的總和。實時應用比較關注延遲大小，如語音、視頻等應用。延時InternetAA發送的第一個bit接收的最后一個bit處理延時處理延時網絡傳輸延時端到端的延時時間t抖動（Jitter ）RTAPC1RTBRTCPC2Jitter=abs(T1-T2)數據包一數據包二時延T1時延T21212抖動用于衡量網絡時延的穩定性，單位為ms。同一個數據流的不同數據包，在網絡中經歷的延遲可能不同，從而產生抖動。抖動對實時應用的影響較大（如語音、視頻等應用），會造成失真。抖

5、動Internet132發送接收321D3D2D1D3=D2=D1網絡丟包（Packet Loss ）網絡丟包用于衡量網絡的可靠性，單位為pps或者百分比。網絡發生擁塞的情況下，由于所有隊列被占滿，必然導致部分數據包被丟棄。通過擁塞管理技術可以實現區分式服務，保證關鍵數據流優先轉發。通過早期丟棄技術可以平滑網絡流量，防止網絡流量的全局同步問題。100M10M4FIFO Queue1234DropQueue Length=3丟包我啊三張是本地這么說 .我啊三是對方聽到的是 .？Internet為什么這些參數無法得到滿足呢？資源相對不足，擁塞 傳統網絡所面臨的服務質量問題，主要是由網絡擁塞引起的。

6、所謂擁塞，是指由于供給資源的相對不足而造成服務速率下降（引入了額外的延遲）的一種現象。傳統QoS也就是如何事先避免擁塞（擁塞避免 流量監管），在擁塞發生時如何減少損失（擁塞管理）15各種應用的QoS需求16本章內容一、網絡中常見的問題二、 QOS基本概念三、集成服務與區分服務四、分組調度算法五、動態分組狀態六、MPLS多協議標簽交換七、 QOS的應用設計八、結論和進一步的研究工作IP QoS的定義IP QoS的定義：是指IP網絡的一種能力，即在跨越多種底層網絡技術（MP、FR、ATM、Ethernet、SDH、MPLS等）的IP網絡上,滿足其在丟包率、延遲、抖動和帶寬等方面的要求，為特定的業務

7、提供其所需要的服務。更簡單地說：QoS:針對各種不同需求，提供不同服務質量的網絡服務。 IP QoS的目標避免并管理IP網絡擁塞減少IP報文的丟失率調控IP網絡的流量為特定用戶或特定業務提供專用帶寬支撐IP網絡上的實時業務IP QoS的內涵帶寬/吞吐量: 網絡的兩個節點之間特定應用業務流的平均速率時延: 數據包在網絡的兩個節點之間傳送的平均往返時間抖動: 時延的變化丟包率:在網絡傳輸過程中丟失報文的百分比，用來衡量網絡正確 轉發用戶數據的能力可用性:網絡可以為用戶提供服務的時間的百分比Internet QoS的定義QoS的定義最初由CCITT(ITU-T)(國際電信聯盟遠程通信標準化組)E.8

8、00給出，它將QoS定義為一個衡量用戶對服務滿意程度的性能綜合指標。也就是說，QoS的最終目標就是保證終端用戶能得到某種特定應用或服務的最佳體驗效果。從網絡的角度而言，可以將QoS看做一種進行業務差異性管理的機制；從用戶的角度而言，可以將QoS看做是一種衡量網絡為用戶和應用提供相應服務能力的標準。和提供盡力而為服務的網絡相比，支持QoS的網絡可以更好地提供服務保證。服務保證的具體形式由網絡服務提供者（ISP）和客戶之間的服務級別協商（Service Level Agreement, SLA）機制決定。在互聯網上為用戶提供QoS保證需要解決QoS分類、流量控制和監管、資源預約及資源調度和管理等問

9、題。端到端QoS需要三個部分來完成端到端的QoS： 網絡元件（交換機、路由器） 信令技術（協調端到端之間的網絡元件為報文提供QoS） 傳送管理（QoS控制和管理端到端之間的報文在一個網絡上的發送）每個網絡元件提供如下功能： 報文分類（對不同類別的報文提供不同類別的處理） 隊列管理和調度（來滿足不同應用要求的不同服務質量） 流量監管和整形（限制和調整報文輸出的速度）20QoS控制機制目前已經提出了許多QoS控制機制：ISO/OSI提出的基于開放式分布處理（Open Distributed Processing, ODP）的QoS控制，IETF提出的集成服務（IntServ）和區分服務（DiffS

10、erv）體系結構，分組調度和隊列管理算法，核心無狀態體系結構SCORE(Stateless CORE)多協議標簽（Multi-Protocol Label Switching, MPLS）技術流量工程（Traffic Engineering）QoS路由（QoS-based Routing）網絡微積分（Network Calculus）等面向服務質量控制的基礎理論也得到了長足的發。QoS兩大模型QoS的實現模型主要有IntServ（Integrated Service，集成服務）和DiffServ（Differentiated Service，區分服務）。盡力而為服務（Best-Effort S

11、ervice）IntServ模型是端到端的基于流的QoS技術，它通過信令向網絡申請特定的QoS服務，網絡在流量參數描述的范圍內，預留資源以承諾滿足該請求。DiffServ模型是一種基于類的QoS技術，它在網絡邊界將數據流按QoS要求進行簡單分類，并根據業務的不同服務等級約定，有差別地進行流量控制和轉發來解決擁塞問題。22盡力而為服務（ Best-Effort ）最簡單，路由器的默認行為盡最大的可能性發送報文對時延可靠性等性能不提供保證 它通過先入先出（FIFO）隊列來實現。 不存在優先處理的概念23QoS的基本框架1. 流量分類與標記2. 流量監管與整形3. 隊列調度（擁塞管理及擁塞避免）為了

12、保證端到端應用的服務質量（最小時延、最大帶寬等），QoS首先需要進行流分類，即采用一定規則識別和區分不同特征的報文，然后根據網絡的狀況對流量進行不同的處理，具體的處理形式包括流量監管、流量整形、擁塞管理及擁塞避免等。 采用令牌桶技術和WFQ（加權隊列公平）技術就可以保證最基本的端到端最小時延要求，當分組到達時，在入口經過令牌捅緩沖，保證其流量到達符合約定的規范，然后通過出口的WFQ調度算法進行發送，保證端到端的帶寬和時延，實現端到端的QoS保證。1. 流量分類與標記QoS的基本框架網絡無論采用哪種技術手段實現QoS,都需要路由器能夠根據事先規定的規則對報文頭的某些字段進行分類識別，判斷其對應的

13、流量規范，然后設置不同優先級以便實現不同的轉發處理，這就是流分類和標記。流分類和標記是實現QoS服務的前提條件和基礎，其目的是將報文映射到不同的服務類，屬于同一類別、同一優先級的報文應該匹配事先規定的規則并以相同的方式進行標記和處理。這些事先規定的規則就稱為過濾規則，所有規則的集合則稱為分類器，其中每個規則對應一個流類型/服務類，每個服務類則對應一種特定的處理行為或方式，當一個報文成功匹配一個規則時，就按照對應的行為對報文進行操作和處理。規則匹配的方式有3種：精確匹配、前綴匹配和范圍匹配流量分類問題的核心是查找算法，它需要滿足速度快、消耗資源小、易于更新等需求。QoS的基本框架2. 流量監管與

14、整形如果不限制用戶發送的流量，網絡中可能出現大量的突發報文導致擁塞和數據丟失，實施QoS策略可以改善這一情況：定義：QoS的流量監管（Commit Access Rate, CAR）與流量整形（Generic Traffic Shaping, GTS）：QoS策略可以檢測或主動限制進入某一網絡的某一連接的流量，當某個連接的流量過大以至超過約定帶寬時，就可以根據報文的類別采取不同的方式進行處理，如丟棄或進行緩存等。衡量流量是否超過約定帶寬、進行QoS的流量監管與整形需要使用令牌桶算法或漏桶算法。QoS的基本框架2. 流量監管與整形令牌桶算法令牌桶算法是QoS進行流量監管和流量整形的基本算法，它用

15、于控制網絡中的某類流量或實現突發報文的發送。IETF定義了兩種令牌桶算法來對流量進行檢測，即單速率三色標記算法（srTCM）和雙速率三色標記算法（trTCM）。令牌桶算法有兩種工作模式：色盲模式（Color-Blind）和感色模式（Color-Aware）令牌桶算法需要依據一些參數來實現分組的轉發，這些參數包括：1）CIR(Committed Information Rate):承諾信息速率，即令牌發放的速率，表示為每秒的IP分組字節數。2）CBS(Committed Burst Size):承諾突發尺寸，即允許突發的最大流量尺寸，它等于令牌桶的容量。3）EBS(Excess Burst Si

16、ze):超額突發尺寸，EBS或CBS應大于等于最大分組長度，且EBS應大于CBS。4）PIR(Peak Information Rate):峰值信息速率，僅用于trTCM算法中。5）PBS(Peak Burst Size):峰值突發尺寸，僅用于trTCM算法中。 QoS的基本框架2. 流量監管與整形令牌桶算法QoS的基本框架2. 流量監管與整形漏桶算法漏桶算法也是用于流量整形的一種常用算法，它的主要目的是控制數據注入到網絡的速率。漏桶算法將用戶進程中不均勻的分組數據流調整為均勻的數據流發送到網絡中。漏桶算法與令牌桶算法都能限制數據的平均傳輸速率，不同的是漏桶算法的主要目的在于平滑突發流量，它對

17、于存在突發特性的流量來說缺乏效率。令牌桶算法則不同，它在限制數據的平均傳輸速率的同時還允許一定程度的流量突發，能夠滿足具有突發特性的流量。流量監管QoS的基本框架2. 流量監管與整形流量整形流量整形與流量監管的使用方式和目的不同。首先，流量監管可用于分組的入口和出口，多用于入口的流量控制；而流量整形則用于限制出口方向的流量速率。其次流量監管的目的在于控制流量，而流量整形則用于調整分組傳輸的平均速度，讓數據報按照傳輸規定的速率進行傳送，盡量避免流量因突發的特性而造成網絡擁塞的發生。流量監管對超過流量限制的分組直接丟棄，而流量整形則是對超過限速的分組進行緩沖，以等待足夠的令牌后再進行發送。當然，如

18、果緩沖區隊列已經飽和，多余的分組就會被丟棄。令牌以CIR=100Kb/s的速率放入令牌桶中：物理接口總速率限制 LR (Line Rate): 在一個物理接口上，限制接口發送報文（包括緊急報文）的總速率 LR采用了令牌桶進行流量控制, 所有經由接口發送的報文首先要經過LR的令牌桶進行處理利用QoS豐富的隊列來緩存報文 流分類令牌桶256Kbps128KbpsQoS隊列QoS的基本框架3. 隊列調度（擁塞管理及擁塞避免）隊列調度機制有助于QoS根據不同的優先級進行數據的重新排序，這對于擁塞控制管理非常重要。當數據到達出口時，路由器可以根據分組的優先級或基于分類決定數據包是否丟棄或分配到不同的隊列

19、進行緩沖，然后通過隊列調度機制進行傳輸。當接口發生擁堵時，通過隊列調度機制就可以保證實時性要求較高的分組的傳輸。常見的隊列調度機制如下，這些機制在分類方法、丟棄策略、調度方式和隊列長度等方面都存在差異。FIFOFQ(Fair Queuing)PQ(Priority Queuing)CQ(Custom Queuing)FFQ(Fluid Fair Queuing)：理想化的流量公平隊列WFQ(Weighted Fair Queuing)：加權公平隊列，基于流進行排隊CBWFQ(Class-based Weighted Fair Queuing)LLQ(Low Latency Queuing)IP

20、 RTP(The Real-time Transport Protocol)QoS的基本框架3. 隊列調度（擁塞管理及擁塞避免）擁塞管理與隊列調度目的：網絡擁塞時，保證不同優先級的報文得到不同的QoS待遇。方式：將不同優先級的報文入不同的隊列，不同隊列將得到不同的調度優先級、概率或帶寬保證。算法FIFO（ First In First Out ）先入先出隊列PQ（ Priority Queue ）優先權隊列CQ（ Custom Queue ）定制隊列WFQ（ Weighted Fair Queuing ）加權公平隊列CBWFQ（ Class Based Weighted Fair Queuin

21、g ）基于分類的加權公平隊列)LD輸出隊列優先隊列金牌服務銀牌服務銅牌服務LU流分類丟包策略丟棄發送入隊出隊調度IP & MPLS 報文FIFO（First In First Out）先進先出隊列，報文入隊的順序和報文出隊的順序相同，算法簡單，轉發的速度快丟包策略可采用尾丟棄、RED和WRED（基于IP Pre或EXP）所有報文被等同處理，簡單、高效，沒有任何附加開銷Internet 的默認服務模式Best-Effort采用的隊列策略無QOSFIFO 先進先出隊列QoS的基本框架3. 隊列調度（擁塞管理及擁塞避免）優先隊列，分為4個隊列，分別為high、middle、normal和bottom

22、根據報文的輸入接口、滿足ACL情況、IP Precedence、DSCP、EXP、Label等規則對報文進行分類，進相應隊列PQ中每一個隊列的丟包策略可采用尾丟棄、RED和WRED為不同的業務定義不同的調度策略，由于涉及到復雜的流分類，系統資源存在一定的開銷數據包先按配置要求分類再按隊列優先級發送丟包發送入隊出隊調度丟包丟包丟包分類器IP & MPLS 報文highmiddlenormalbottomPQ 優先隊列QoS的基本框架3. 隊列調度（擁塞管理及擁塞避免）CQ (Custom queuing)：定制隊列，用戶可配置隊列占用的帶寬比例關系。CQ共分為17個隊列。根據報文的輸入接口、滿足

23、ACL情況、IP Precedence、DSCP、EXP、Label等規則對報文進行分類，進相應隊列。CQ中每一個隊列的丟包策略可采用尾丟棄、RED和WRED?？蔀椴煌臉I務定義不同的調度策略，系統資源存在一定的開銷數據包先用戶定義分類再按優先隊列等待發送丟包.入隊出隊調度丟包丟包分類器IP & MPLS 報文1216.發送CQ 定制隊列QoS的基本框架3. 隊列調度（擁塞管理及擁塞避免）WFQ (Weighted fair queuing)：公平隊列，根據源和目的IP地址、TCP或UDP的源和目的端口號、Label進行HASH，不同的數據流分入不同的隊列，自動完成。所有隊列的丟包策略可同時采

24、用尾丟棄、RED和WRED（基于IP Pre或EXP），權值依賴于IP報文頭中攜帶的IP優先級簡單、高效，沒有任何附加開銷數據包按流分類再按隊列優先級等待發送優先級數值越小，所得帶寬越少，反之，數值越大，帶寬越多。丟包.入隊出隊調度丟包丟包HASHIP & MPLS 報文122N.發送WFQ 公平隊列QoS的基本框架3. 隊列調度（擁塞管理及擁塞避免）WFQ 公平隊列QoS的基本框架3. 隊列調度（擁塞管理及擁塞避免）CBWFQ數據包兩次分類再按隊列等待發送分類，使不同類別報文進入不同隊列。對不匹配任何類別的報文，送入默認隊列，按WFQ進行處理。QoS的基本框架3. 隊列調度（擁塞管理及擁塞避

25、免）RTPQ實時隊列，單獨一個隊列，被絕對優先調度；所有在指定UDP端口號范圍內的RTP報文，通過測量器，如果滿足約定進入該隊列由于可以確保進入RTPQ實時隊列的報文速度（通過測量器后的）小于接口發包能力，RTPQ實時隊列只采用尾丟棄簡單、高效，確保語音包的服務質量丟包入隊優先出隊調度分類器IP & MPLS 報文發送RTP實時隊列RTP報文其他隊列機制，如：FIFO、PQ、CQ、WFQ、CBQLLQ測量丟棄RTPQ實時隊列QoS的基本框架3. 隊列調度（擁塞管理及擁塞避免）IP & MPLS 報文發送入隊出隊調度分類器.丟包LLQ1 BQ63 BQ.丟包64 FIFO/WFQRTP實時隊列測

26、量丟包丟包測量測量測量系統會自動將BQ以及LLQ的部分資源預留給MPLS DS TECBQ/LLQQoS的基本框架3. 隊列調度（擁塞管理及擁塞避免）二層協議隊列RTP實時隊列其他隊列機制，如：FIFO、PQ、CQ、WFQ、CBQLLQ入隊分類器IP & MPLS 報文二層協議報文出隊調度發送隊列管理及擁塞避免模塊 二層協議隊列，用來緩存二層鏈路控制報文，如PPP協商及維護報文、HDLC的KEEPALIVE報文、ATM的OAM及FR的LMI等，最優先發送，沒有帶寬限制 RTP實時隊列，用來緩存語音報文，有帶寬限制，次優先發送 對于其他隊列機制，利用剩下的系統資源進行調度；對于CBQLLQ，LL

27、Q用來緩存EF業務報文，有帶寬限制，被優先調度；對于BQ，按其所占用接口帶寬的權值進行調度各種隊列的相互配合QoS的基本框架3. 隊列調度（擁塞管理及擁塞避免）擁塞管理和隊列調度當報文到達網絡設備接口的速度大于接口的發送能力時，即將產生擁塞；擁塞發生時，一般采用隊列調度的技術來解決，每一種隊列調度技術都用來解決特定的問題，都會對網絡性能產生特定的影響；H3C系列設備目前提供的隊列調度技術包括FIFO、PQ、CQ、WFQ、RTP實時隊列、CBWFQ/LLQ擁塞管理和隊列調度QoS的基本框架3. 隊列調度（擁塞管理及擁塞避免）擁塞避免傳統的尾丟包在網絡發生擁塞時對報文全部丟棄，并不加以區分。TCP

28、慢啟動導致全局同步化。當TCP流遇到尾丟包時，所有與該流有關的發送者都會因此同時重新發送。這種重新發送的全局同步化，會在網絡上產生巨大破壞。解決途徑：進行擁塞避免，減少擁塞的發生以及避免TCP全局同步，在網絡沒有發生擁塞以前根據隊列狀態進行有選擇性的丟包。算法：RED、WREDQoS的基本框架3. 隊列調度（擁塞管理及擁塞避免）尾丟棄:tail drop當隊列滿時，丟棄所有到達的報文在隊列丟包期間，來自于大量TCP連接的報文都將被丟棄，TCP的重傳機制將導致新的一輪的擁塞，這種現象稱為“全局同步”全局同步現象將嚴重影響網絡的性能及服務質量隊列尾丟棄丟棄發送入隊出隊調度隊列是否滿IP & MPL

29、S 報文尾丟棄QoS的基本框架3. 隊列調度（擁塞管理及擁塞避免）當平均隊列長度為l-min時開始隨機丟包，平均隊列越長，丟包概率越大，當平均隊列長度等于l-max時，丟棄所有到達的報文由于隊列長度可能瞬間變化很大，因此需要對隊列長度進行低通濾波，得出平均隊列長度RED可以很好地解決全局同步問題隊列尾丟棄發送入隊出隊調度丟包概率平均隊列長度01l-minl-max平均隊列長度丟棄隊列長度0L時間t0t1平均隊列長度IP & MPLS 報文RED 隨機早期檢測QoS的基本框架3. 隊列調度（擁塞管理及擁塞避免） WRED 加權隨機早期檢測（一）WRED 采用隨機丟棄的策略，避免了尾部丟棄的方式而

30、引起TCP全局同步根據當前隊列的深度來預測擁塞的情況根據優先級定義不同的丟棄策略，定義上限閾值和下限閾值相同的優先級不同的隊列，隊列長度越長丟棄概率越高drop流分類Queue 1Queue 1Queue 2Queue NN=16,322048,4096下限閥值 上限閥值 QoS的基本框架3. 隊列調度（擁塞管理及擁塞避免）WRED可以感知QoS帶內信令，包括IP Precedence、DSCP或EXP，例如可根據實際組網需求分別設置l-min( IP Pre、DSCP或EXP)和l-max( IP Pre、DSCP或EXP)丟包概率平均隊列長度01l-minl-max丟包概率平均隊列長度01

31、l-minl-max丟包概率平均隊列長度01l-minl-maxIP Pre、DSCP或EXP為 XIP Pre、DSCP或EXP為 YIP Pre、DSCP或EXP為 ZWRED 加權隨機早期檢測（二）QoS的基本框架3. 隊列調度（擁塞管理及擁塞避免）RED與WREDRED和WRED通過隨機丟棄報文避免了TCP的全局同步現象在RED類算法中，為每個隊列都設定一對低限值和高限值，并做如下規定當隊列的長度小于低限值時，不丟棄任何報文 當隊列的長度超過高限值時，丟棄所有到來的報文 當隊列的長度在低限值和高限值之間時，采用WRED算法計算是否丟棄報文。WRED生成的隨機數基于IP優先權，它考慮了高

32、優先權報文的利益并使高優先權報文被丟棄的概率相對減小。QoS的基本框架3. 隊列調度（擁塞管理及擁塞避免）一、網絡中常見的問題二、 QOS基本概念三、集成服務與區分服務四、分組調度算法五、動態分組狀態六、MPLS多協議標簽交換七、 QOS的應用設計八、結論和進一步的研究工作本章內容三、集成服務與區分服務服務質量控制研究的目標是有效提供端到端的服務質量保證，確保不同業務流的服務需求得到滿足。目前，根據應用的數據流不同，QoS可以分為單數據流服務模式和聚集流服務模式兩種，前者為端用戶之間的每個單向的數據流提供服務保證，而后者為每組具有相同參數、標記或優先級的多個流提供服務。IntServ（Inte

33、grated Services，集成服務）模型：是基于資源預留的、面向單個流的QoS服務模型。DiffServ（Differentiated Services，區分服務）模型：是基于優先級的、面向聚合流的QoS服務模型。IntServ（Integrated Services，集成服務）模型主要由4個部分組成。1）資源預留協議RSVP（Resource Reservation Protocol），是IntServ模型的核心，它是一個基于IP的傳輸端到端QoS請求的信令協議。2）準入控制（Admission Control, 又稱接納控制）：根據本地和網絡可用資源的使用情況，確定是否支持請求的資源

34、預留。3）分類器：根據預先設置的規則對輸入的分組進行分類識別并將其映射到一定的QoS服務類，然后放入不同隊列等待服務。4）分組調度器：基于一定的隊列管理機制和調度算法對分類后的分組進行調度，以便將網絡資源分配給不同的流。52IntServ（Integrated Services，集成服務）模型表明IntServ工作過程：IntServ（Integrated Services，集成服務）模型QoS中的服務可以說是網絡與通信客戶之間制定的一個合約，根據合約不同，IntServ模型為應用提供3種層次的服務：1）保證性服務（Guaranteed Service）：保證型服務為信息流提供確定性的帶寬、時

35、延和分組丟失率上界，是一種硬實時（Hard Real-Time）服務。2）可控負載型服務（Controlled-Load Service）：可控負載型服務能夠在網絡負荷較大的情況下提供一種近似的輕負載、大容量下的盡力而為的服務，是一種軟實時（Soft Real-Time）服務，它不保證確定的延遲、帶寬及丟失率，但能保證性能仍然在用戶可忍耐的范圍內，本質上是一種定性的服務。3）盡力而為的服務：與當前Internet提供的盡力而為的服務類似，遵循的是先來先服務的工作方式。RSVP工作原理（Resource Reservation Protocol）我要預留2Mbps帶寬OK！我要預留2Mbps帶寬

36、我要預留2Mbps帶寬我要預留2Mbps帶寬OK！OK！OK！開始通信55RSVP協議的基本架構包括策略控制、準入控制、分類控制器、分組調度器及RSVP處理模塊等。流規格說明Tspec（b,r,R）:其中b表示桶的容量，R表示鏈路帶寬，r表示令牌桶的的速率 RSVP工作原理（Resource Reservation Protocol）RSVP協議支持的4種基本的消息類型資源預留請求消息（Reservation Request Messages）路徑消息（Path Message）錯誤和確定消息（Error and Confirmation Messages）拆鏈消息（Teardown Mess

37、ages）57RSVP的3種資源預留方式RSVP資源預留的方式和傳統連接建立的方式不同，它是由接收方發起的且預留過程與路由無關。RSVP使用Filter定義哪些發送方可以使用哪種資源預留方式。1). Wildcard Filter2). Fixed Filter3). Dynamic Filter(Shared-Explicit)RSVP的問題 要求端到端所有設備支持這一協議 網絡單元為每個應用保存狀態信息，可擴展性差 周期性同相鄰單元交換狀態信息，協議報文開銷大 不適合在大型網絡中應用59可以提供端到端的細粒度的QoS服務是IntServ的最大優點。其在小范圍或邊緣網絡中的應用可能性較大。I

38、ntServ的最大缺點是可擴展性不好，可擴展性差是制約其發展的一個致命問題。路由器需要為每個資源預留維護一些必要的軟狀態（Soft State）信息；在與組播應用相結合時，還要定期地向網絡發資源請求和路徑刷新信息，以支持組播成員的動態加入和退出。這些操作要耗費路由器較多的處理器和內存資源。在網絡規模擴大時，維護的開銷會大幅度增加，對路由器特別是核心路由器線速處理報文的性能造成不良影響，甚至于會使路由器無法承擔。IntServ面臨嚴重的魯棒性問題。IntServ的部署也存在問題。目前，只有少量的主機、路由和交換機支持RSVP信令，因此要在當前體系結構之上實現IntServ相關的功能，需要大量的投

39、資，并在網絡中引入繁重的軟件和硬件修改，實現難度大。嚴重妨礙了IntServ在大型網絡，特別是重負載網絡中的應用。不適宜于在流量匯集的骨干網上大量應用。Integrated Services模型IntServ的推動者締造了DiffServDiffServ的目標在于利用簡單有效的方式滿足實際應用對服務質量的要求。其初衷是避免IntServ的高復雜性，解決IntServ模型的弊端，提供一種具有良好可擴展性的QoS解決方案。它利用Domain，即在相同管理策略下的連通的網絡區域的概念區分邊界節點（邊界路由器）和核心節點（核心路由器）進而實現服務質量的管理。邊界路由器對每個流量聚集進行整形，并使用少量

40、的數據位進行分組標記；核心路由器則基于分組標記對分組進行分別處理DiffServ（Differentiated Services，區分服務）模型DiffServ從以下兩個方面簡化了網絡核心節點的服務功能1）簡化網絡核心節點的服務機制。核心節點只進行簡單的調度轉發，而流狀態信息的保存與流監控機制的實現等只在邊界節點進行，核心節點是狀態無關的。2）簡化網絡核心節點的服務對象。DiffServ采用聚集傳輸控制，服務對象是流聚集（Flow Aggregate）而非單流，單流信息只在網絡邊界保存和處理。在DiffServ架構中，邊界節點根據用戶的流規定（Profile）和資源預留信息將進入網絡的單流分類

41、、整形并聚合為不同的流聚集，這種聚集信息由每個IP包頭的DS（Differentiated Services）標記域來表示，稱為DS標記（ Differentiated Services Code Point, DSCP）；核心節點在調度轉發IP包時根據包頭的DSCP選擇提供特定的調度轉發服務，其外特性稱為每跳行為（Per-Hop-Behavior, PHB）.DiffServ（Differentiated Services，區分服務）模型DiffServ（Differentiated Services，區分服務）模型DiffServ僅包含有限數量的服務類別，狀態信息數量少，實現較IntSer

42、v簡單且擴展性更好。除實現簡單外，區分服務體系還有以下特點：1）層次化結構。DiffServ架構分為DS域（DS Domain）與DS區（DS Region）兩級，多個連續的DS域可以形成DS區。2）總體集中控制策略（與IntServ分布式控制相對照）。網絡資源的分配由總體服務提供策略（Service Provisioning Policies）決定，包括在邊界如何分類聚合流，在內部如何調度轉發流聚集。3）利用面向對象的模塊化思想與封裝思想，增強了靈活性與通用性。各邏輯模塊相對獨立，并有多種組合。DiffServ（Differentiated Services，區分服務）模型體系結構區分服務簡

43、化了信令，對業務流的分類采用匯聚的方式，將需求相近的或屬性相近的業務流看作一個大類，減少了調度算法及緩存的開銷。DiffServ的基本思想如下：1）定義一組服務類型和優先級。每種服務類型都有一個相關的業務流特性描述文件。DiffServ基于流聚集進行操作，因此服務類型數量較少。2）DiffServ模型由邊界路由器劃分為一個個的DS域。邊界路由器中，入口路由器用于對流量進行整形、聚合，并設置DS域中的區分服務標記（DSCP）值；核心路由器基于分組中的DSCP值對分組進行處理，實現每種DSCP的逐跳行為。DiffServ模型體系結構DiffServ網絡用戶網絡DiffServ網絡流量控制SLA/T

44、CA邊界節點內部節點邊界節點邊界節點內部節點邊界節點在網絡邊緣進行業務分類和流量調整。- 業務分類 . 基于DS域 . 基于其他特征- 流量調整 . 計量 . 標記 . 整形 . 丟棄不同DS區域可有不同的PHB（Per-hop-behavior），以實現不同的服務提供策略，它們之間通過SLA（Service Level agreement）與TCA（Traffic Conditioning Agreement）協調提供跨區域服務：. SLA：服務級別協議，關于業務流在網絡中傳遞時所應當獲得的待遇。. TCA：傳輸調節協議，關于業務分類準則、業務模型及相應處理的協定。用戶網絡DS區域的服務提供

45、策略由PHB決定。DS節點根據PHB屬性轉發。區分式QoS模型中定義的行為有兩大類（共5種行為）65DiffServ模型體系結構DiffServ模型的服務報文分類和標記流量監管流量整形擁塞管理擁塞避免區分式QoS模型中定義的行為有兩大類（共5種行為）（1）TCB：traffic classification and conditioning，流量的區分和調節（2）PHB：per-hop behavior，逐跳行為67DiffServ模型體系結構組成部分：1）DS域與DS區DiffServ包括兩個工作層次：DS區和DS域。DS域是由一些相連的DS節點構成的集合，它們遵循統一的服務提供策略并實現一

46、致的PHB，可以看做提供DiffServ業務的一個個子網。DS域有明確定義的邊界，邊界由邊界節點（Boundary Node）構成。邊界節點連通DS域和非DS域（或其他DS域）。DiffServ模型體系結構組成部分：2）區分服務標志域與區分服務標志IP包頭的區分服務標記域（DS Field）是DS域的邊界節點與內部節點間傳遞流聚集信息的媒介，是連接邊界的傳輸分類和調節機制與內部PHB的橋梁.DS標記域使用IPv4包頭的TOS（Type of Service）字節或IPv6包頭的流類型字節（Traffic Class Octet）的前6位，TOS字節的其余兩位用于其他用途，如ECN（顯式擁塞通知

47、）。DSCP是區分服務標記域中的具體值，用來標識數據包所屬的流聚集，供數據包經過DS節點時選擇特定的PHB。DS節點中DSCP到PHB的映射在具體實現中必須是可配置的。DiffServ模型體系結構組成部分：3）邊界節點的傳輸分類與調節機制邊界節點要根據傳輸調節協議TCA（Traffic Conditioning Agreement, TCA）對入域（或出域）流進行分類和調節，以保證輸入（或輸出）流滿足TCA中規定的規格，并將其歸入某個行為聚集和標記相應的DSCP值。邏輯上分為分類器（Classifier）與調節器（Conditioner）兩個模塊。調節器的實現技術比較成熟，只要用令牌桶（Tok

48、en Bucket）和漏桶（Leaky Bucket）等算法適當組合即可。通過合理設置參數，通用調節器可以實現獎賞服務（Premium Service,PS）和確保服務（Assured Service,AS）。DiffServ模型：每跳行為PHB、PHB組與PHB組簇每跳行為PHB是一個DS節點調度轉發特定流聚集這一行為的外特性描述。PHB本質上描述的就是單個節點為特定流聚集分配資源的方式；DiffServ體系的整體資源分配策略也就是通過這樣一個個單節點資源分配實現的。多個PHB由于彼此關系密切而必須同時定義，則在實現時就構成一個PHB組。PHB組是區分服務體系中的基本定義或實現模塊，單個PH

49、B是特殊的PHB組。若干PHB組有相似構造，因而這些PHB組可以同時定義，則稱其屬于同一PHB組簇。組簇與組的關系類似于面向對象中類與類實例（對象）的關系，一個是抽象定義，一個是具體實例。目前已標準化的PHB有4種：1.默認型BE（Best Effort）、2.加速型EF（Expedited Forwarding）、3.確保型AF（Assured Forwarding）、4.兼容IP優先級的類選擇型CS（Class Selector）。此外，研究者們討論的有：準盡量做好型LBE、允許丟失的加速型EFD以及協同PHB組PHB-I。DiffServ模型：典型服務與技術獎賞服務（Premium Se

50、rvice,PS）和確保服務（Assured Service,AS）。1.獎賞服務（Premium Service,PS）獎賞服務為用戶提供低延遲、低抖動、低丟失率、保證帶寬（“三低一保證”）的端到端或網絡邊界到邊界的傳輸服務，是目前所定義的服務級別最高的區分服務種類。2.確保服務（Assured Service,AS）與PS的相對成熟、穩定相比，AS目前仍處于不斷改進和發展的階段。服務原則是：無論是否擁塞，均保證用戶占有預約的最低限量的帶寬；當網絡負載較輕而有空閑資源時，用戶也可以使用更多的帶寬。AS是一種大空間粒度的服務，它提供比盡力而為更低的分組丟失率，當出現擁塞時，節點將首先丟棄盡力而

51、為服務類別的分組。DiffServ模型：典型服務與技術3.兩位的區分服務體系結構一種同時允許使用兩種服務類型的體系結構框架，它使用兩位P-bit和A-bit來分別表示獎賞類流量和確保類流量。兩位的區分服務體系結構使用流量調節器來對數據流進行測量、標記和整形，實現兩種服務類型的保證。4.其他服務類型IETF的標準化工作僅僅針對PHB，而服務類型則是完全開放的，由各ISP自行確定。如PHB確保型AF（Assured Forwarding）也可以用來實現優先盡力而為服務（Better than Best-Effort Service, BBE）、定量確保的多媒體播放服務、奧林匹克服務和適應無線移動網

52、絡中誤碼率高并可能出現移動交接中斷的特點的兩種新的服務類別移動獎賞服務（Mobile Premium Service）與低延遲盡力而為服務BELD.DiffServ模型的問題1.組播問題2.帶寬分配的公平性問題區分服務DiffServ與集成服務IntServ相結合的端到端QoS提供機制在支持IntServ的端到端網絡中央含有一個DiffServ區，它包含許多路由器，至少其中的一部分提供聚集傳輸控制。DiffServ區之外的域（非區分服務區）也包含許多路由器和與之相連的主機，至少其中的一部分支持IntServ體系結構。支持端到端IntServ的DiffServ網絡區資源管理方案1）靜態資源管理方

53、案。網絡中的DiffServ區以靜態方式提供內部的資源管理，區內不含有能夠識別RSVP的設備。2）使用RSVP的動態資源管理方案。網絡中的DiffServ區以動態方式提供內部的資源管理， DiffServ區內部某些選定的設備參加RSVP信令過程。3）使用其他方式的動態資源管理方案。DiffServ適合在網絡主干實現QoS,端到端的IP QoS則需要實現IntServ與DiffServ的有機結合。各種服務機制的簡單比較可以看出區分服務比集成服務的可擴展性更好，因為邊界路由器維護每個流聚集的狀態，核心路由器只維護少量的流量類別。但是，區分服務提供的服務比集成服務弱，因為它僅提供每個聚集的帶寬保證（

54、例如獎賞類服務），而集成服務提供每流的帶寬和延遲保證。Differentiated Services模型 與IntServ不一樣，采用DiffServ模型的應用程序在發送報文前無須預先向網絡提出申請，它通過攜帶在IP報文頭部的QoS參數信息，來告知網絡結點它的QoS需求。這類標識QoS需求的信息猶如一種“帶內”信令，報文傳播路徑上的各個路由器都可以通過對它的分析來獲知報文的服務需求類別。Diff-Serv在提供服務時，為屬于同一需求類別的分組提供同樣的服務策略。因此，如果報文已被正確標記了服務類別，下游的路由器只需對這些類別進行識別即可，一般無須進行復雜的流分類。具有良好的可擴展性，適宜于在骨

55、干網絡中應用。DiffServ（Differentiated Services，區分服務）模型入接口接收報文源地址目的地址 源端口 目的端口TOS分類RED WRED丟棄擁塞檢測/避免FIFOPQCQWFQCBWFQ入隊CARGTS出隊丟棄流量整形/監管令牌桶令牌出接口報文分類隊列技術擁塞避免流量監管與流量整形信令和資源預留ATM接口QOSFR QOSDiffServ服務模型79DiffServ的業務分類與調整業務分類(classifying)：通過業務分類可以使其獲得不同的服務。這種不同的服務通過對業務進行調整以及設置一定的DS值來實現業務調整(condition)包括：計量(meterin

56、g)、標記(marking)、丟棄(dropping)、整形(shaping)等機制。用以確保進入DS域的業務流符合TCA的規則業務的分類和調整一般只發生在網絡邊緣。分類計量標記整形/丟棄數據包80分類（Classifying）/標記/整形/丟棄含義：在特定的規則下，根據包頭的某些內容選擇分組。作用：QoS 執行服務的基礎。分類有兩種方式BA（Behavior Aggregate）：基于IP包頭中的DS域。MF（Multi Field）：基于IP包頭中的某些域的集合，例如：源/地址、DS、協議號、源/目的端口號等等。81標記（Marking）設置報文的DS域。DS域的設置一般只發生在網絡邊緣。

57、整形（Shaping）使業務流中的分組延時輸出以符合業務模型的規定。丟棄（Dropping）根據特定規則丟棄分組。分類（Classifying）/標記/整形/丟棄82封裝的報文格式二層頭IP頭數據802.1Q/p幀封裝的報文格式Preamble.Start FramedelimiterDASATYPETag4bytesPTDATAFCS3個bit用于802.1p優先級IP包封裝的報文格式VersionTOSLenIDOffsetTTLProtoFCSIP-SAIP-DADATAIP優先級或DSCP報文的封裝格式Pream.SFDDASATYPETag4bytesPTDATAFCS以太網幀PRI

58、CFIVLAN ID3個bit用于802.1p優先級802.1Q/p的頭典型的應用COS值76543210保留保留語音傳送視頻會議呼叫信令高優先級數據中等優先級數據普通傳送數據以太網中的優先級 COS差分業務編碼點 - DSCP DSCP（DiffServ Code Point）- DiffServ的信令IETF DiffServ工作組將IP報文頭ToS字節的6比特重新定義為DSCP，ToS字節改名為DS字節VersionLengthLenIDOffsetTTLProtoFCSIP-SAIP-DADataToS1 Byte07123456DSCP07123456IP Precedence目前未

59、用ToSIPv4報文頭目前未用RFC1349RFC2474DiffServ需要網絡根據分組報頭中的信息為分組提供服務，這個信息就是DiffServ解決方案中的帶內信令。最初使用3比特的IP Precedence作為DiffServ的帶內信令 現在IP Precedence和DSCP都可用來支撐DiffServ，DSCP的定義也向前兼容IP Precedence。 各廠家的IP QoS都同時支持IP Precedence、DSCP及相互之間的轉換。 目前IP Precedence和DSCP在現實網絡中都有實際的應用。IP Precedence vs DSCPCOS與DSCP的映射關系COS 到D

60、SCP的映射 DSCP 到COS的映射COS 0 = DSCP 0COS 1 = DSCP 8COS 2 = DSCP 16COS 3 = DSCP 24COS 4 = DSCP 32COS 5 = DSCP 40COS 6 = DSCP 48COS 7 = DSCP 56DSCP 0-7 = COS 0DSCP 8-15 = COS 1DSCP 16-23 = COS 2DSCP 24-31 = COS 3DSCP 32-39 = COS 4DSCP 40-47 = COS 5DSCP 48-55 = COS 6DSCP 56-63 = COS 7 PHB（Per-Hop Behaviors