互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)質(zhì)量

互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)質(zhì)量第一頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五第18章互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)質(zhì)量18.1服務(wù)質(zhì)量（QoS）18.2實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議18.3實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議（RTCP）18.4集成業(yè)務(wù)18.5區(qū)分業(yè)務(wù)（DiffServ）第二頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五18.1服務(wù)質(zhì)量（QoS）

服務(wù)質(zhì)量QoS是指網(wǎng)絡(luò)在傳輸數(shù)據(jù)流時(shí)要求滿(mǎn)足的一系列服務(wù)請(qǐng)求及實(shí)現(xiàn)這些請(qǐng)求的機(jī)制。衡量服務(wù)請(qǐng)求的幾個(gè)指標(biāo)：帶寬要求、傳輸延遲、延遲抖動(dòng)、可靠性、丟失率、吞吐量等。其研究的目標(biāo)是有效提供端到端的服務(wù)質(zhì)量控制或保證。主要的IPQoS技術(shù)有：集成業(yè)務(wù)（IntServ）區(qū)分業(yè)務(wù)（DiffServ）

QoS路由多協(xié)議標(biāo)簽交換MPLS第三頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五1.集成業(yè)務(wù)（IntServ）IntServ的基本思想是在傳送數(shù)據(jù)之前，根據(jù)業(yè)務(wù)的QoS需求進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)資源預(yù)留，從而為該數(shù)據(jù)流提供端到端的QoS保證。用于非骨干網(wǎng)第四頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五

IntServ盡管能提供QoS保證，但擴(kuò)展性較差。原因在于：（1）IntServ工作方式是基于每個(gè)流的，需要保存大量與分組隊(duì)列數(shù)成正比的狀態(tài)信息。（2）資源預(yù)留協(xié)議（RSVP）的有效實(shí)施必須依賴(lài)于分組所經(jīng)過(guò)的路徑上的每個(gè)路由器。在骨干網(wǎng)上，業(yè)務(wù)流的數(shù)目可能會(huì)很大，同時(shí)要求路由器的轉(zhuǎn)發(fā)速率很高，使得IntServ難于在骨干網(wǎng)上運(yùn)行。

第五頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五

2.區(qū)分業(yè)務(wù)（DiffServ）DiffServ的基本思想是將用戶(hù)的數(shù)據(jù)流按照服務(wù)質(zhì)量要求來(lái)劃分等級(jí)，任何用戶(hù)的數(shù)據(jù)流都可以自由進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)。區(qū)分業(yè)務(wù)只承諾相對(duì)的服務(wù)質(zhì)量，而不對(duì)任何用戶(hù)承諾具體的服務(wù)質(zhì)量指標(biāo)。用于骨干網(wǎng)第六頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五DiffServ簡(jiǎn)化了信令，對(duì)業(yè)務(wù)流的分類(lèi)粒度更粗。它通過(guò)匯聚(aggregate)和逐跳行為PHB(PerHopBehavior)的方式來(lái)提供一定程度上的QoS保證。匯聚的含義在于路由器可以把QoS需求相近的各業(yè)務(wù)流看成一個(gè)大類(lèi)，以減少調(diào)度算法所處理的隊(duì)列數(shù)；PHB的含義在于逐跳的轉(zhuǎn)發(fā)方式，每個(gè)PHB對(duì)應(yīng)一種轉(zhuǎn)發(fā)方式或QoS要求。區(qū)分業(yè)務(wù)只包含有限數(shù)量的業(yè)務(wù)級(jí)別，狀態(tài)信息的數(shù)量少，因此實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，擴(kuò)展性較好。它的不足之處是很難提供基于流的端到端的質(zhì)量保證。目前，區(qū)分業(yè)務(wù)是業(yè)界認(rèn)同的IP骨干網(wǎng)的QoS解決方案。

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3.QoS路由一般的路由器對(duì)所有的IP包都采用先來(lái)先處理（FirstComeFirstServiceFCFS）的工作方式，它盡最大努力將IP包送達(dá)目的地。但對(duì)IP包傳遞的可靠性、延遲等不能提供任何保證。QoS路由根據(jù)多種不同的度量參數(shù)（如帶寬、成本、每一跳開(kāi)銷(xiāo)、時(shí)延、可靠性等）來(lái)選擇路由，實(shí)現(xiàn)鏈路狀態(tài)信息發(fā)布、路由計(jì)算和路由表存儲(chǔ)等。優(yōu)點(diǎn)：QoS路由能夠滿(mǎn)足業(yè)務(wù)的QoS要求，并提高了網(wǎng)絡(luò)的資源利用率。不足：QoS路由的計(jì)算十分復(fù)雜，增加了網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)銷(xiāo)，很難實(shí)現(xiàn)真正實(shí)用的QoS路由算法。第八頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五

4.多協(xié)議標(biāo)簽交換MPLS多協(xié)議標(biāo)簽交換MPLS根據(jù)分組首部的標(biāo)記，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)路徑控制來(lái)提供流匯聚的帶寬管理，對(duì)于骨干網(wǎng)，這是目前使用最普遍、實(shí)現(xiàn)性最強(qiáng)的一種QoS機(jī)制。以上四種QoS技術(shù)可以結(jié)合使用。例如在核心網(wǎng)采用DiffServ，在接入網(wǎng)采用IntServ，目前MPLS與DiffServ技術(shù)的結(jié)合最有可能成為IP網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商首選的QoS方案。返回第九頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五18.2實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議

實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議RTP（Real-timeTransportProtocol）由IETF作為RFC1889發(fā)布，是針對(duì)多媒體服務(wù)數(shù)據(jù)流的一種傳輸協(xié)議，其目的是提供時(shí)間信息和實(shí)現(xiàn)流同步。RTP通常使用UDP來(lái)傳送數(shù)據(jù)，RTP也可以在TCP或ATM等其他協(xié)議之上工作。當(dāng)應(yīng)用程序開(kāi)始一個(gè)RTP會(huì)話時(shí)將使用兩個(gè)端口：一個(gè)給RTP，一個(gè)給實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議（RTCP）。RTP本身并不能為按順序傳送數(shù)據(jù)包提供可靠的傳送機(jī)制，也不提供流量控制或擁塞控制，它依靠RTCP提供這些服務(wù)。第十頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五RTP提供端對(duì)端網(wǎng)絡(luò)傳輸功能，適合通過(guò)組播和點(diǎn)播傳送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，如視頻、音頻和仿真數(shù)據(jù)。RTP沒(méi)有涉及資源預(yù)留和質(zhì)量保證等實(shí)時(shí)服務(wù)，RTCP擴(kuò)充數(shù)據(jù)傳輸以允許監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳送，提供最小的控制和識(shí)別功能。

1.RTP首部格式RTP數(shù)據(jù)包=定長(zhǎng)的RTP首部+不定長(zhǎng)的連續(xù)媒體數(shù)據(jù)，其中RTP首部為12字節(jié)，多媒體數(shù)據(jù)可以是編碼數(shù)據(jù)。第十一頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五V2位P1位X1位CC4位M1位PT7位順序號(hào)16位時(shí)戳同步源標(biāo)識(shí)（SSRC）貢獻(xiàn)源標(biāo)識(shí)（CSRC）……貢獻(xiàn)源標(biāo)識(shí)（CSRC）圖18-1RTP格式第十二頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五

2.RTP報(bào)文封裝

RTP協(xié)議一般運(yùn)行在面向數(shù)據(jù)報(bào)的UDP之上，它只能提供無(wú)連接的不可靠服務(wù)，幀丟失或出錯(cuò)都會(huì)降低多媒體信息質(zhì)量。圖18-2表示RTP報(bào)文的封裝格式。IP首部UDP首部RTP首部數(shù)據(jù)圖18-2RTP報(bào)文封裝格式第十三頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五

3.RTP數(shù)據(jù)傳輸RTP利用混合器和翻譯器完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸。一個(gè)典型的RTP包傳輸流程如圖18-3所示：圖18-3典型的RTP包傳輸流程其中S1，S2，S3，S4為數(shù)據(jù)源的發(fā)送端，R1為最終RTP包流的接收端。第十四頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五

4.RTP協(xié)議特點(diǎn)（1）輕量的傳輸協(xié)議RTP只提供端到端的實(shí)時(shí)媒體傳輸功能，并不提供機(jī)制來(lái)確保實(shí)時(shí)傳輸和服務(wù)質(zhì)量保證。（2）靈活性傳輸協(xié)議與具體的控制策略分開(kāi)，傳輸協(xié)議本身只提供完成實(shí)時(shí)傳輸?shù)臋C(jī)制，開(kāi)發(fā)者可自主實(shí)現(xiàn)效率較高的算法與合適的控制策略。（3）協(xié)議獨(dú)立性RTP協(xié)議與下層協(xié)議無(wú)關(guān)。（4）安全性RTP協(xié)議在設(shè)計(jì)上考慮到安全功能，支持對(duì)數(shù)據(jù)加密和身份認(rèn)證功能。返回第十五頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五18.3實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議（RTCP）

實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議RTCP(Real-timeTransportControlProtocol)和RTP一起提供流量控制和擁塞控制服務(wù)。在RTP會(huì)話期間，各參與者周期性地傳送RTCP包。RTCP包中含有已發(fā)送的數(shù)據(jù)包的數(shù)量、丟失的數(shù)據(jù)包的數(shù)量等統(tǒng)計(jì)資料，因此，服務(wù)器可以利用這些信息動(dòng)態(tài)地改變傳輸速率，甚至改變有效載荷類(lèi)型。RTP和RTCP配合使用，它們能以有效的反饋和最小的開(kāi)銷(xiāo)使傳輸效率最佳化，因而特別適合傳送網(wǎng)上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。第十六頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五

RTCP功能RTCP主要具有以下四個(gè)方面的功能：（1）提供數(shù)據(jù)發(fā)布的質(zhì)量反饋（2）提供RTP源持久傳輸層標(biāo)識(shí)（3）控制傳輸速率（4）傳送最小連接控制信息第十七頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五18.4集成業(yè)務(wù)

IntServ/RSVP服務(wù)模型定義在RFC1633中，并且RFC1633將RSVP作為IntServ結(jié)構(gòu)中的主要信令協(xié)議，其主要目標(biāo)是以資源預(yù)留的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)QoS保障。18.4.1IntServ模型

IntServ的基本思想是在傳送數(shù)據(jù)之前，根據(jù)業(yè)務(wù)的QoS需求進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)資源預(yù)留，從而為該數(shù)據(jù)流提供端到端的QoS保證。第十八頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五圖18-5IntServ的基本元素及其相互關(guān)系第十九頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五結(jié)構(gòu)上，IntServ/RSVP服務(wù)模型主要由四個(gè)部分構(gòu)成：信令協(xié)議RSVP，接入控制器（admissioncontrolroutines），分類(lèi)器（classifier）包調(diào)度器（packetscheduler）。 實(shí)現(xiàn)：綜合服務(wù)需要所有路由器在控制路徑上處理每個(gè)流的信令消息并維護(hù)每個(gè)流的路徑狀態(tài)和資源預(yù)留狀態(tài)，在數(shù)據(jù)路徑上執(zhí)行流的分類(lèi)、調(diào)度和緩沖區(qū)管理。第二十頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五RSVP負(fù)責(zé)以逐跳（hop-by-hop）方式建立或者拆除每個(gè)流的資源預(yù)留軟狀態(tài)（softstate），設(shè)置協(xié)議：動(dòng)態(tài)地保留資源。接入控制器將決定是否接受一個(gè)資源預(yù)留請(qǐng)求，其根據(jù)是鏈路和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的資源使用情況以及QoS請(qǐng)求的具體要求。分類(lèi)器則對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包分類(lèi)成傳輸流，IntServ常用的分類(lèi)器是多字段（Multi-Field，MF）分類(lèi)器，當(dāng)路由器接收到數(shù)據(jù)包時(shí)，它根據(jù)數(shù)據(jù)包首部的多個(gè)字段（如5元組：源IP地址，目的IP地址，源端口號(hào)，目的端口號(hào)，傳輸協(xié)議），將數(shù)據(jù)包放入相應(yīng)的隊(duì)列中。調(diào)度器則根據(jù)不同的策略對(duì)各個(gè)隊(duì)列中的數(shù)據(jù)包進(jìn)行調(diào)度轉(zhuǎn)發(fā)。第二十一頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五IntServ的優(yōu)點(diǎn)有：（1）能夠提供端到端的QoS保證。（2）可以保證組播業(yè)務(wù)中網(wǎng)絡(luò)資源的有效分配和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的動(dòng)態(tài)改變，以及組播成員的靈活管理。（3）適用于多媒體實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)。IntServ的缺點(diǎn)有：（1）擴(kuò)展性不好。（2）要求從發(fā)送端到接收端的所有路由器都支持RSVP。（3）信令系統(tǒng)及RSVP都較復(fù)雜，造成實(shí)現(xiàn)困難。因此，Intserv只適合用于網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較小、業(yè)務(wù)質(zhì)量要求較高的網(wǎng)絡(luò)。第二十二頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五18.4.2資源預(yù)留協(xié)議（RSVP）

RSVP是集成業(yè)務(wù)的核心。這是一種信令協(xié)議，用來(lái)通知網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)預(yù)留資源。如果資源預(yù)留失敗，RSVP協(xié)議會(huì)向主機(jī)發(fā)回拒絕消息。1.RSVP工作原理IntServ/RSVP服務(wù)模型對(duì)傳統(tǒng)因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展，主要包括在路由器中保存業(yè)務(wù)流狀態(tài)信息以及明確的狀態(tài)建立機(jī)制。這種模型有效地集成了各種實(shí)時(shí)應(yīng)用和非實(shí)時(shí)應(yīng)用。第二十三頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五RSVP是一種提供預(yù)留設(shè)置和控制以實(shí)現(xiàn)綜合服務(wù)的復(fù)雜協(xié)議。RSVP協(xié)議允許應(yīng)用程序?yàn)樗鼈兊臄?shù)據(jù)流保留帶寬。主機(jī)根據(jù)數(shù)據(jù)流的特性使用這個(gè)協(xié)議向網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求保留一個(gè)特定量的帶寬，路由器也使用RSVP協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)帶寬請(qǐng)求。為了執(zhí)行RSVP協(xié)議，在接收端、發(fā)送端和路由器中都必須有執(zhí)行RSVP協(xié)議的軟件。

第二十四頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五RSVP的兩個(gè)主要特性是：（1）保留組播樹(shù)上的帶寬，單播是一個(gè)特殊情況。（2）接收端導(dǎo)向，也就是接收端啟動(dòng)和維護(hù)資源的保留。圖18-6說(shuō)明上述兩個(gè)特性。圖中給出了組播樹(shù)，它的數(shù)據(jù)流向是從樹(shù)的頂部到六個(gè)主機(jī)。雖然數(shù)據(jù)源來(lái)自發(fā)送端，但保留消息則發(fā)自接收端。當(dāng)路由器向上給發(fā)送端轉(zhuǎn)發(fā)保留消息時(shí)，路由器可以合并來(lái)自下面的保留消息。第二十五頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五圖18-6RSVP特性第二十六頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.RSVP優(yōu)缺點(diǎn)RSVP的優(yōu)點(diǎn)：（1）良好的兼容性。RSVP設(shè)計(jì)時(shí)考慮到了與非RSVP網(wǎng)絡(luò)兼容的問(wèn)題。（2）軟狀態(tài)機(jī)制。RSVP軟狀態(tài)機(jī)制提供了一種節(jié)點(diǎn)從故障中恢復(fù)的自我穩(wěn)定機(jī)制；同時(shí)防止了由于各種網(wǎng)絡(luò)原因?qū)е碌闹貜?fù)預(yù)約資源的問(wèn)題；預(yù)留狀態(tài)不刷新則超時(shí)。（3）接收端預(yù)約方式。使其能夠適用于組播中存在大量接收者的情況，同時(shí)可以提高網(wǎng)絡(luò)的資源利用率。第二十七頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五RSVP的缺點(diǎn)：

RSVP的操作依靠周期性的不可靠的消息交換，如果在預(yù)約的建立階段丟掉預(yù)約消息，則將導(dǎo)致很長(zhǎng)的連接建立時(shí)延。RSVP的預(yù)約方法本身就對(duì)RSVP的可擴(kuò)展性構(gòu)成損害，因?yàn)镽SVP需要在路由器的數(shù)據(jù)路徑(調(diào)度，緩存管理等)和控制路徑(RSVP狀態(tài))同時(shí)保持流的狀態(tài)。返回第二十八頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五18.5區(qū)分業(yè)務(wù)（DiffServ）

DiffServ是一個(gè)起源于IntServ，但相對(duì)簡(jiǎn)單、粗劃分的控制系統(tǒng)，DiffServ使大型網(wǎng)絡(luò)具有了可擴(kuò)展性。18.5.1區(qū)分業(yè)務(wù)（DiffServ）模型1.DiffServ體系結(jié)構(gòu)DiffServ體系結(jié)構(gòu)主要由QoS資源策略管理器、邊緣器件模塊和核心器件模塊三個(gè)部件構(gòu)成。第二十九頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五（1）區(qū)和區(qū)域DiffServ中的區(qū)域A、B分別為普通客戶(hù)網(wǎng)絡(luò)和DiffServ區(qū)域(DiffServDomain)。幾個(gè)DiffServ區(qū)域可組成DiffServ區(qū)(DiffServRegion)。DiffServ區(qū)域的入口對(duì)進(jìn)入該區(qū)域的業(yè)務(wù)量進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其符合業(yè)務(wù)控制協(xié)議TCA，同時(shí)DiffServ區(qū)域之間存在服務(wù)級(jí)別協(xié)議（ServiceLevelAgreement，SLA）。（2）QoS資源管理器

DiffServ允許ISP規(guī)定QoS策略，這些策略從QoS策略管理器下載到邊緣模塊和核心模塊中實(shí)現(xiàn)其相應(yīng)功能。

第三十頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五（3）邊緣模塊普通路由器或網(wǎng)關(guān)上增加粗略劃分業(yè)務(wù)流便成為邊緣模塊，執(zhí)行所有流的分類(lèi)、計(jì)量和標(biāo)記等功能。（4）核心模塊

DiffServ的核心路由器屬于內(nèi)部子網(wǎng)，采用統(tǒng)一的PHB進(jìn)行簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)，不必考慮流的狀態(tài)信息。第三十一頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.DiffServ工作過(guò)程區(qū)分業(yè)務(wù)DiffServ工作流程如圖18-7所示：（1）用戶(hù)首先與ISP簽定一個(gè)服務(wù)等級(jí)協(xié)議SLA，明確所支持的業(yè)務(wù)級(jí)別等。（2）標(biāo)記自己的差分編碼標(biāo)記DSCP（DifferentiatedServicesCodePoint）以指定QoS的服務(wù)，也可以讓邊緣路由器根據(jù)多字段MF分類(lèi)來(lái)標(biāo)記。（3）在ISP的入口，數(shù)據(jù)包被分類(lèi)、計(jì)量、標(biāo)記。在邊緣路由器，所有的分類(lèi)規(guī)則均依據(jù)SLA。

第三十二頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五圖18-7區(qū)分業(yè)務(wù)DiffServ工作流程第三十三頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.DiffServ研究熱點(diǎn)

目前DiffServ領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)包括DiffServ與IntServ的結(jié)合、DiffServ組播支持、對(duì)DiffServ的性能模型分析和數(shù)值分析以及帶寬分配的公平性保證等問(wèn)題。

DiffServ可以與IntServ結(jié)合起來(lái)以提供端到端的QoS機(jī)制，目前已經(jīng)提出的典型的研究方案和實(shí)現(xiàn)機(jī)制有：面向SCore(ScalableCore)的“動(dòng)態(tài)分組狀態(tài)”(DPS)方案；基于三種優(yōu)先級(jí)別的帶寬保證型服務(wù)(BGS)機(jī)制；在DiffServ的網(wǎng)絡(luò)中結(jié)合RSVP協(xié)議提供資源預(yù)留和QoS保證機(jī)制。第三十四頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五

DiffServ域中支持組播問(wèn)題也日益突出。由于DiffServ的體系結(jié)構(gòu)是基于單播的，如何使DiffServ支持組播必然會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題，目前一種較為簡(jiǎn)單的辦法是在組播路由表的每個(gè)輸出鏈路條目中加入一項(xiàng)DSCP，再加上一定的管理機(jī)制。

DiffServ中還有一個(gè)很大的問(wèn)題就是公平性問(wèn)題，由于DiffServ網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部處理的對(duì)象是流聚集而非微流，統(tǒng)一聚集中各微流共享帶寬資源，流特性的不同必然造成對(duì)資源搶占所帶來(lái)的不公平。

DiffServ研究的一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)是內(nèi)部路由的PH