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[h3c][网络大爬虫][第4期][QoS专题].pdf
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更新于2023-03-16
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h3c 官方出品 QoS基本原理 | 队列调度机制简介 | QoS调度算法简介 | 语音质量与语音质量测量 | H3C广域网智能流控设计与应用
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资源推荐
CONTENTS
目录
2011年第1期总第4期
QoS专题
序 言
QoS缩略语列表
001
基础知识
QoS发展史
003
QoS的基本原理
008
QoS技术展望
017
IPQoS测试题
020
深入探讨
队列调度机制简介
023
流量监管和流量整形
031
QoS队列调度算法概述
036
MPLSQoS实现介绍
040
MPLSTE
043
RSVP协议简介
046
语音质量与语音质量的测量
048
QoS技术应用实例
053
扩展应用
分层CAR技术简介
058
H3C广域网QoS方案设计技术简介
062
H3C广域网智能流控设计与应用
069
邮
递P乃A国人氏,司邮差一职,外形短小精悍,双腿日行千里,人送外号飞毛腿。一天
国王召见邮递P,令其将一封鸡毛信件交与E国国王,速去速回,不得有误,否则以军
法处置。
A国与E国相距甚远,途经BCD三国方能到达。邮递P领命后,不敢怠慢,将鸡毛信好生封装,
拂晓时分启程。邮递P家门口的ADSL小路有些狭窄,但路上行人稀少,一眨眼的功夫,邮递P已
穿越边境进入B国领地,好的开始是成功的一半,邮递P心中不免有些得意,甚至有点后悔出发
太早了。
显然邮递P有些乐观过头了,此时的B国正处于兵荒马乱的年代,社会秩序混乱不堪,政府还在
尽力而为的维持现状。人流如潮水般汹涌,邮递P夹杂其中,数次被人推倒在地,亏得邮递P身
经百战,竟然杀出重围,狼狈不堪的逃离B国来到C国领地,邮递P惊魂未定,连忙查看随身信
件,所幸完好无损。
此时邮递P心情一落千丈,如果不能及时抵达E国,恐自己小命难保。C国与A国素有往来,闻知
邮递P途径此地,C国国王非常重视,要求为邮递P保驾护航。有关部门马上对邮递P经过路段实
行管制,平民百姓不得进入主路,邮递P尾随警车呼啸而过,很快来到CD国交界处,邮递P悬着
的心略微放松,不过把自己的快乐建立在他人痛苦之上,邮递P内心还是有些不安。
D国是一个高度发达的国家,实行的是区分式服务的治国方针,政府根据每个人的社会价值分配
优先级,优先级越高,社会福利越好。邮递P作为外国使节,得到了EF级的礼遇,尽管马路上车
水马龙,但邮递P所到之处,大家都自觉为其让路,丝毫不影响邮递P行进速度,邮递P很快便抵
达目的地E国,回想D国百姓安居乐业的情形,邮递P心中也无比快乐。
见到E国国王,邮递P毕恭毕敬的将鸡毛信呈交上去,国王十分高兴,盛情挽留邮递P,希望其小
住几日再走,不过邮递P以还有要务在身为由,拒绝了国王的好意,行色匆匆的踏上了归途。
邮递P一路马不停蹄,终于赶在日落之前回到故土,邮递P任务完成出色,国王龙颜大悦,大加
犒赏,不在话下。不过邮递P没有居功自傲,连夜奋笔疾书,将沿途见闻记录成册,美其名曰
“《网络大爬虫》之QoS专刊”,早朝之时献给国王,国王翻阅后,惊为天人之作,遂提拔邮递
P为宰相,辅佐朝政,并钦定《网络大爬虫》为本国治国宝典。
邮递P游记
许青邦
编者寄语
Network Addicts
网络大爬虫
002
Network Addicts
网络大爬虫
001
缩略语 英文解释 中文解释
ACL Access Control List 访问控制列表
AF Assured Forwarding 确保转发
CAR Committed Access Rate 承诺访问速率
CBWFQ Class Based Weighted Fair Queuing 基于类的加权公平队列
CIR Committed Information Rate 承诺信息速率
CoS Class of Service 服务等级
CQ Custom Queuing 定制队列
DiffServ Differentiated Serve 区分服务
DSCP Differentiated Services Codepoint 区分服务码点
DS-TE DiffServ-Aware Traffic Engineering DiffServ感知的流量工程
DTS Distributed Traffic Shaping 分布式流量整型
EF Expedited Forwarding 加速转
发
FIFO First in First out 先入先出
FRTS Frame Relay Traffic Shaping 帧中继流量整型
GTS Generic Traffic Shaping 通用流量整形
IntServ Integrated Service 综合服务
缩略语 英文解释 中文解释
IPHC IP Header Compression IP头压缩
LFI Link Fragmentation & Interleaving 链路分片与交叉
LLQ Low Latency Queueing 低时延队列
MPLS Multiprotocol Label Switching 多协议标签交换
PQ Priority Queuing 优先队列
QoS Quality of Service
服务质量指报文传送的吞吐量、时延、时
延抖动、丢包率等性能
RED Random Early Detection 随机早期丢弃
RSVP Resource Reservation Protocol 资源预留协议
RTP Real Time Protocol 实时协议
SQC Structual QoS CLI 结构化命令行
TE Traffic Engineering 流量工程
ToS Type of Service 服务类型
VoIP Voice over IP 通
过IP网络承载语音服务
VPN Virtual Private Network 虚拟专用网络
WFQ Weighted Fair Queuing 加权公平队列
WRED Weighted Random Early Detection 加权随机早期丢弃
QoS缩略语列表
/Basic Knowledge
基础知识
Network Addicts Network Addicts
网络大爬虫 网络大爬虫
003 004
QoS发展史
文/余卉
随着IP技术和网络的发展,IP网络已经从
当初的单一数据网络向集成数据、语音、
视频、图像的多业务网络转变。为了实现
端到端QoS,IP QoS目前的研究主要集中
在以下方面:
为多业务网络定义合理可行的QoS业务
分类标准
为端到端QoS建立可实施的整网IP QoS模型
当前国际上各个研究组织都在为自己所
关 注 的 业 务 设 计 I P Q o S 模 型 。 本 文 将
逐一分析IETF(互联网工程工作组)、
ITU-T(国际电信同盟)、ETSI(欧洲标
准化组织)、MSF(多业务交换论坛)、
TIPHON/TISPAN(传输平台功能体)等提
出的QoS业务分类标准以及几种QoS应用
模型发展的概况。
QoS业务分类标准
业务优先级分类的基本模型是区分不同类
型的业务,在数据包头的特定域携带该优
先级,然后网络节点根据包头携带的优先
级实施不同的转发处理。目前,优先级分
类根据各种网络所关注的业务类型已经出
现多种不同的标准,相关标准可以参考:
■
RF C 7 9 1 ,Inter net Protocol(根据
各IP应用的特点,将业务分为Netw o rk
C o n t r o l 、 I n t e r n e t w o r k C o n t r o l 、
CRITIC/ECP、Flash Override、Flash
、
Immediate、Priority、Routine共8类优先
级。其中,Routine优先级最低,Network
Control优先级最高);
■
RFC1 3 4 9 ,Type of S ervice in the
Internet Protocol Suite(将业务按照ToS
四类 P HB (p e r- h op b e ha v io r ): E F
(Expedited Forwarding)PHB适用于低
时延、低丢失、低抖动、确保带宽的优先
业务;AF(Assured Forwarding)PHB分为
四类,每个AF类又分为三个丢弃优先级,
可以对相应业务进行等级细分,QoS性能
参数低于EF类型;CS(class selector)
PHB是从IP ToS字段演变而来,共8类;BE
PHB是CS中特殊一类,没有任何保证,现
有IP网络流量也都默认为此类);
■
IEEE802.5,Token ring access method
and Physical Layer specifications(令牌
环网的优先级,可以将业务根据Access
Priority的定义为8类优先级);
■
IEEE802 .1p,Class of Service(以太网
优先级,可以将业务根据802.1P Priority的
定义分为8类优先级,0类至7类优先级相
应递增,0类是BE业务,尽力传输)。
除了IETF,其它从事IP网络QoS标准研究
的主要组织,例如ITU-T、ETSI等也都根
据其业务定义的QoS业务分类标准。
ITU-T 13组建议Y.1541,主要根据IPTD
(传输时延)、IPDV(时延变化)、IPLR
(丢包率)、IPER(错误率)四个方面将
业务划分为5类,0类至5 类优先级相应递
减,第5类是BE业务,对性能无保证。其
中0类和2类对时延要求很严格,并且0类
对抖动还有限制;1类和3类的时延要求比
较严格,1类对抖动有限制;4类对时延要
求比较宽松,且没有定义抖动限制;除了
第5类外都对丢包率和错误率有要求。相
关标准可以参考:
■
ITU-T Recommendation Y.1 5 4 1 ,
Network Performance Objectives for IP-
Based Services
意度则是依次递减。其中narrowband又根
据时延大小细分为三类:high、medium、
acceptable,对应于narrowband中有等级
区别的应用。相关标准可以参考:
■
ETSI TS102 024-2,Telecommunications
and Internet Protocol Harmonization
Over Networks(TIPHON)Release 4;
End-to-end Quality of Service in TIPHON
Systems;Part 2:Definition of Speech
Qual
ity of Service (QoS)Classes
IETF的Inter-Serv模型和
Diff-Serv模型
Inter-Serv模型
1994年,IETF出版RFC1633提出Inter-Serv
模型,该模型使用资源预留(RSVP)协
议,RSVP运行在从源端到目的端的每个
路由器上,可以监视每个流,以防止其消
耗比其请求、预留和预先购买的要多的资
源。这种体系能够明确区分并保证每一个
业务流的服务质量,为网络提供最细粒度
化的服务质量区分。相关标准可以参考:
■
RFC1 633,Integrated Services in the
Internet Architecture: An Overview
■
R F C2 2 0 5 ,Res o urce Rese r vati o n
Protocol
■
R F C 2 2 0 6 , R S V P M a n a g e m e n t
Information Base using SMIv2
■
RFC2210,RSVP with IETF Integrated
Services
■
RFC2211,Controlled-Load Network
Element Service
■
RFC2212 ,Specification of Guaranteed
Quality of Service
的定义分为16类优先级,ToS使用4个bit
位分别表示:minimize delay、maximize
throughput、minimize monetary cost、
maximize reliability,并建议了各IP应用应
该如何取ToS值,例如,FTP CONTROL报
文建议其ToS取值为minimize delay);
■
R F C 1 4 9 0 ( 被 R F C 2 4 2 7 替 代 ) ,
Multiprotocol Interconnect over Frame
Relay(将业务按照Frame Relay Discard
Eligibility bit的定义分为2类丢弃优先级);
■
R F C 1 4 8 3 ( 被 R F C 2 6 8 4 替 代 ) ,
Multiprotocol Encapsulation over ATM
Adaptation Layer 5(将业务按照ATM Cell
Loss Priority bit的定义分为2类丢弃优先级);
■
RFC2474, Definition of the Differentiated
Services Field(DS Field) in the IPv4
and IPv6 Header(DiffServ网络定义了
ITU-T H.323 Annex N定义的业务类别分
为两大类:GSC和CSC。前者对时延和抖
动敏感,后者则无要求。其中GSC又分为
GSC1、2、3、4。GSC1和2适用于CBR
类型 的 流 量 , 区 别 在 于 1 对错误率 有 要
求,而2没有;GSC3和GSC4适用于VBR
类型的流量,区别在于3
对于错误率有要
求,而4没有。CSC也分为CSC1、2、
3、4。CSC1和CSC2适用于nrt-VBR类型
的流量,区别在于1对错误率有要求,而
2没有;CSC3和CSC4适用于ABR类型的
流量,区别在于3对错误率有要求,而4没
有。相关标准可以参考:
■
ITU-T Recommendation ANNEX N
of H.323, End to End Quality of Service
(QoS)and Service Priority Control and
Sig-nalling in H.323 systems
ETSI 3GPP主要针对移动网络,它将业
务类别分为conversational、streaming、
interactive、background四大类,分类的主要
依据是业务对时延的敏感度。Conversational
类对时延非常敏感,依次递减,background
对时延最不敏感。C
onversational和streaming
主要用于实时流量业务,区别只在于对时延
的容许程度。Interactive和background主要
用于传统的IP应用,两者都定义了一定的误
码率要求,区别在于前者更多用于交互式场
合,而后者主要用于后台业务。相关标准可
以参考:
■
3GPP TS 23.107,QoS Concept and
Architecture
TIPHON基于VoIP,将业务分为3大类,
wideband、narrowband、BE,分类的依
据是端到端时延。三类业务的时延限值依
次递增,对应于用户感知的语音质量的满
/Basic Knowledge
基础知识
Network Addicts Network Addicts
网络大爬虫 网络大爬虫
005 006
■
RFC2215,General Characterization
Parameters for Integrated Service Network
Elements
■
RFC2748,The COPS(Common Open
Policy Service)Protocol
■
RFC2749,COPS Usage for RSVP
Inter-Serv模型能够在IP网上提供端到端的
QoS保证。但是,Inter-Serv模型对路由器
的要求很高,当网络中的数据流数量很大
时,路由器的存储和处理能力会遇到很大
的压力。因此,Inter-Serv模型可扩展性很
差,难以在Internet核心网络实施,目前业
界普遍认为Inter-Serv模型有可能会应用在
网络的边缘上。
Diff-Serv模型
区分服务(DiffServ)是IETF工作组为了克
服Inter-Serv的可扩展性差在1998年提出的
另一个服务模型,目的是制定一个可扩展
性相对较强的方法来保证IP的服务质量。
相关标准可以参考:
■
RFC2474,Definition of the Differentiated
Services Field(DS Field)in the IPv4 and
IPv6 Headers
■
RFC2475,An Architecture for Differentiated
Services Framework
■
RFC2597,Assured Forwarding PHB
■
RFC2598,An Expedited Forwarding PHB
■
RFC2983,Differentiated Services and
Tunnels
■
RFC3086,Definition of Differentiated
Services Per Domain Behaviors and Rules
for their Specification
■
RFC3140,Per Hop Behavior Identification
Codes
QoS路由
现在的Internet路由协议(OSPF、RIP等)
都采用单个测度(如跳数、成本)来计
算最短路由,没有考虑多个QoS参数的
要求。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。QoS路由包括三个
主要功能:链路状态信息发布,路由计算
和路由表存储。QoS路由能够满足业务的
QoS要求,同时提高网络的资源利用率。
但是QoS路由的计算十分复杂,增加了网
络的开销,目前实用的QoS路由算法还不
多见。相关标准可以参考:
■
RFC238 6 ,A Framework for QoS-
based Routing in the Internet
■
RFC26 76,QoS Routing Mechanisms
and OSPF Extensions
此外
,还有一些草案可以参考,例如:
■
ETF-draft-boucadair-QoS-bgp-spec-01,
QoS-Enhanced Border Gateway Protocol
MPLS/TE
1997年,以Cisco公司为主的几家公司(包
括Ipsilon、IBM、Cascade、Toshiba)提出
了MPLS(Multiprotocol Label Switch)技
术。MPLS技术产生的初衷就是为了综合
利用网络核心的交换技术和网络边缘的IP
路由技术各自的优点。对于骨干网业务提
供者来说,MPLS已成为实现TE(Traffic
Engineering)的重要手段,并且与DiffServ
结合成为提供QoS的重要手段。流量工程
的主要目的是合理分布数据流通过网络的
路径,以避免不均匀地使用网络而导致拥
塞。一般的动态路由协议都会导致不均匀
的通信分布,因为它们总是选择最短路径
转发包,直接导致两个网络节点
之间的最
短路径上可能发生了拥塞,而较长路径上
的路由器和链路却是空闲的。当网络中存
在多条并行或可选的路径时,流量工程就
显得非常重要了。面对复杂网络时,由于
流量分布的变化是实时的,而且变化较
大,因此流量工程需要能够自动化和适应
业务流量分布的变化,这样才能保证业务
的服务质量。可以参考的标准与草案比较
多,此处不再敷述。
子网带宽管理SBM
由于数据包的发送能要经过中间某个网
络的子网,为了实现端到端QoS,在子网
内也要保证高优先级的数据帧获得高级
别的服务。某些链路层的技术已经可以
支持QoS了,例如异步传输模式ATM。而
其它更多的LAN技术(如以太网技术)最
初并非为支持QoS设计的。为此,IETF的
ISSLL小组定义了上层QoS协议和服务与
以太网之类的数据链路层技术之间的映射
关系,并且提出了子网带宽管理(Subnet
Bandwidth Management,SBM)的方
案,它适用于802.1LAN,如以
太网、令牌
环和FDDI等,相关标准可以参考:
■
RFC2814,SBM(Subnet Bandwidth
Manager):A Protocol for RSVP-based
Admission Control over IEEE802-style
networks
SBM的主要构件有以下三个部分,在其体系
结构中提供了RM-to-BA以及BA-to-BA的信
令机制来请求资源、改变或删除分配资源。
系结构。以实现一些在现有的互联网上
不能实现的应用,如远程医疗、数字化
图书馆及虚拟实验室等。为此,在1 997
年,参加Internet2工程的大学和研究机构
共同成立了QoS工作组,建立了QBone计
划,以进行下一代互联网的QoS测试、开
发和部署工作。Internet2开发的BB模型
(Bandwidth Broker)是在DiffServ架构上
运用带宽资源管理,其主要机制是在IP骨
干网上使用DiffServ
,每个DS域引入BB收
集网络的拓扑和节点及链路状态信息,管
理网络资源并结合策略服务器规定的策略
进行接入控制。BB负责处理所有带宽申请
请求,并根据当前网络的资源预留状况和
配置的策略以及与用户签订的业务SLA,
确定是否允许用户的带宽申请。DS域之间
通过BB进行SLA协商,使DiffServ能够实现
端到端的接入控制和QoS保障。相关的协
议草案可以参考:
■
QBone Architecture(V1.0),Ben
Teitelbaum et al。Internet 2 QoS Working
Group Draft,August 1999,Work-in-
progress。
TIPHON/MSF的QoS标
准化研究
欧洲标准化组织ETSI的TIPHON工作组,
致力于发展电信与IP融合的下一代电信网
络架构。ETSI TIPHON的QoS架构中,在
IP网络的核心层引入了TRM(Transmission
R
esource Manager)来动态管理核心网
的资源调度,实现实时的流量工程能力。
而TRM接受接入层的业务资源申请,为业
务分配和管理核心骨干网的资源和转发路
径,并控制边缘或网关路由器,识别用户
■
RFC3246,An Expedited Forwarding PHB
■
RFC3247,Supplemental Information
for the New Definition of the EF PHB
■
RFC3248,A Delay Bound alternative
revision of RFC2598
一同发展的还有许多与DiffServ有关的因特
网草案(Internet-Drafts)可以参考:
■
An Informal Management Model for
Diffserv Routers
■
Management Information Base for the
D
ifferentiated Services Architecture
■
New Terminology and Clarification for
Diffserv
■
Differentiated Services Quality of Service
Policy Information Base
■
An Assured Rate Per-Domain Behaviour
for Differentiated Services
在Diff-Serv模型中,业务流被划分成不同
的差分服务类。一个业务流的差分服务类
由其IP包头中的差分服务标记字段(Different
Service Code Point,简称DSCP)来表示。
在实施DiffServ的网络中,每一个路由器都会
根据数据包的DSCP字段执行相应的PHB行
为。区分服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,区分服务是业界认同的IP
骨干网的QoS解决方案,但是由于标准还不
够详尽,不同运营商的DiffServ网络之间的互
通还存在困难。IETF RSVP和DiffServ两个工作
组都正在研究RSVP与DiffServ相结合的问题,
以进一步扩大DiffServ与现有系统的可兼容
性,此外在业务分类、业务性能的量化描述
以及域间业务类型映射等问题上,DiffServ模
型也需进一步明确和开展的研究。
■
请求模块(Request Module,RM):
请求模块驻留在每个端系统中而不驻留在
任何交换机中。请求模块根据管理员所定
义的策略,将高层的QoS协议参数映射到
第二层的优先级别;
■
带宽分配器(Bandwidth Allocator,
BA):带宽分配器保存子网内资源的分配
状态,并且根据可用资源的情况以及管理
员所定义的策略来执行接入控制;
■
通信协议(Communication Protocols,
CP):通信协议用于在SBM系统中,各
个不同的组件之间进行通信。
上述这些QoS基本模型可以互为补充,在
不同的网络层次上组合使用,例如IntServ
和Diffserv结合,在核心网采用Diffserv,在
接入网采用IntServ。又如MPLS和Diffserv
结合, 或M PL S和 Qo S路由结合 。目 前
MPLS+DiffServ技术最有可能成为IP网络运
营商首选的QoS方案。
但是这些成果没有解决全网的QoS问题,
仍然缺乏一个可以整网实施的QoS机制与
模型。与此同时,Internet2、MSF、ETSI
TIPHON、ITU等组织目前也都在大力研究
和制订可整网实施的IP QoS模型,以及无
线领域的QoS模型,如IEEE 802.11e为无
线局域网制订的QoS模型,美国有线电视
工业的标准组织CableLab为Cable运营商
研究制订的IP QoS模型,3G
PP为下一代
无线核心网络研究制订的QoS模型。
Internet2的BB
(Bandwidth Broker)
Internet2研究的一个主要目标是创建一个
可伸缩、可交互操作和可管理的QoS体
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lionjey
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