互联网服务质量.ppt
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1、第18章 互联网服务质量,服务质量的提出:文本多媒体通信、实时通信视频带宽;语音实时;控制实时 由于IP协议的无连接特性和IP网络松散的控制管理方式,IP服务质量QoS(Quality of Service)研究面临很大的挑战。,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),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的一系列服务请求及实现这些请求的机制。衡量服务请求的几个指标: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
2、的目标是有效提供端到端的服务质量控制或保证。主要的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,1.集成业务(IntServ)IntServ的基本思想是在传送数据之前,根据业务的QoS需求进行网络资源预留,从而为该数据流提供端到端的QoS保证。用于非骨干网,IntServ尽管能提供QoS保证,但扩展性较差。原因在于:(1)IntServ工作方式是基于每个流的,需要保存大量与分组队列数成正比的状态信息。(2)资源预留协议(RSVP)的有效实施必须依赖于分组所经过的路径上的每个路由器。在骨干网上,业务流的数目可能会很大,同时要求路由器
3、的转发速率很高,使得IntServ难于在骨干网上运行。,2.区分业务(DiffServ)DiffServ的基本思想是将用户的数据流按照服务质量要求来划分等级,任何用户的数据流都可以自由进入网络。区分业务只承诺相对的服务质量,而不对任何用户承诺具体的服务质量指标。用于骨干网,DiffServ简化了信令,对业务流的分类粒度更粗。它通过汇聚(aggregate)和逐跳行为PHB(Per Hop Behavior)的方式来提供一定程度上的QoS保证。汇聚的含义在于路由器可以把QoS需求相近的各业务流看成一个大类,以减少调度算法所处理的队列数;PHB的含义在于逐跳的转发方式,每个PHB对应一种转发方式或
4、QoS要求。区分业务只包含有限数量的业务级别,状态信息的数量少,因此实现简单,扩展性较好。它的不足之处是很难提供基于流的端到端的质量保证。目前,区分业务是业界认同的IP骨干网的QoS解决方案。,3.QoS路由一般的路由器对所有的IP包都采用先来先处理(First Come First Service FCFS)的工作方式,它尽最大努力将IP包送达目的地。但对IP包传递的可靠性、延迟等不能提供任何保证。QoS路由根据多种不同的度量参数(如带宽、成本、每一跳开销、时延、可靠性等)来选择路由,实现链路状态信息发布、路由计算和路由表存储等。优点:QoS路由能够满足业务的QoS要求,并提高了网络的资源利
5、用率。不足:QoS路由的计算十分复杂,增加了网络的开销,很难实现真正实用的QoS路由算法。,4.多协议标签交换MPLS多协议标签交换MPLS根据分组首部的标记,通过网络路径控制来提供流汇聚的带宽管理,对于骨干网,这是目前使用最普遍、实现性最强的一种QoS机制。以上四种QoS技术可以结合使用。例如在核心网采用DiffServ,在接入网采用IntServ,目前MPLS与DiffServ技术的结合最有可能成为IP网络运营商首选的QoS方案。,返回,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发布,是针对多媒体服务
6、数据流的一种传输协议,其目的是提供时间信息和实现流同步。RTP通常使用UDP来传送数据,RTP也可以在TCP或ATM等其他协议之上工作。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本身并不能为按顺序传送数据包提供可靠的传送机制,也不提供流量控制或拥塞控制,它依靠RTCP提供这些服务。,RTP提供端对端网络传输功能,适合通过组播和点播传送实时数据,如视频、音频和仿真数据。RTP没有涉及资源预留和质量保证等实时服务,RTCP扩充数据传输以允许监控数据传送,提供最小的控制和识别功能。1.RTP首部格式RTP数据包=定长的RTP首部+不定长的连
7、续媒体数据,其中RTP首部为12字节,多媒体数据可以是编码数据。,图18-1 RTP格式,2.RTP报文封装RTP协议一般运行在面向数据报的UDP之上,它只能提供无连接的不可靠服务,帧丢失或出错都会降低多媒体信息质量。图18-2表示RTP报文的封装格式。,图18-2 RTP报文封装格式,3.RTP数据传输RTP利用混合器和翻译器完成实时数据的传输。一个典型的RTP包传输流程如图18-3所示:,图18-3 典型的RTP包传输流程,其中S1,S2,S3,S4为数据源的发送端,R1为最终RTP包流的接收端。,4.RTP协议特点(1)轻量的传输协议RTP只提供端到端的实时媒体传输功能,并不提供机制来确
8、保实时传输和服务质量保证。(2)灵活性传输协议与具体的控制策略分开,传输协议本身只提供完成实时传输的机制,开发者可自主实现效率较高的算法与合适的控制策略。(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能,支持对数据加密和身份认证功能。,返回,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,各参与者周期性地传送RTCP包。RTCP包中含有已发送的数据包的数量、丢失的数据包的数量等统计资料,因此,服务器可以利用这
9、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,它们能以有效的反馈和最小的开销使传输效率最佳化,因而特别适合传送网上的实时数据。,RTCP功能RTCP主要具有以下四个方面的功能:(1)提供数据发布的质量反馈(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,18.4 集成业务,IntServ/RSVP服务模型定义在RFC 1633中,并且RFC 1633将RSVP作为IntServ结构中的主要信令协议,其主要目标是以资源预留的方式来实现QoS保障。18.4.1 IntServ模型 IntServ的基本思想是在传送数据之前,根据业务的QoS需求
10、进行网络资源预留,从而为该数据流提供端到端的QoS保证。,图18-5 IntServ的基本元素及其相互关系,结构上,IntServ/RSVP服务模型主要由四个部分构成: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:综合服务需要所有路由器在控制路径上处理每个流的信令消息并维护每个流的路径状态和资源预留状态,在数据路径上执行流的分类、调度和缓冲区管理。,RSVP负责以逐跳(hop-by-hop)方式建立或者拆除每个流的资源预留软状态(soft state),设置协议:动态地保留
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