第五章服務(wù)質(zhì)量控制

1、1Internet服務(wù)質(zhì)量控制2主要內(nèi)容u服務(wù)質(zhì)量控制概述u集成服務(wù)模型u區(qū)分服務(wù)模型u分組調(diào)度u擁塞概念3主要內(nèi)容u服務(wù)質(zhì)量控制概述u集成服務(wù)模型u區(qū)分服務(wù)模型u分組調(diào)度u網(wǎng)絡(luò)擁塞4服務(wù)質(zhì)量服務(wù)質(zhì)量(QoS)(QoS)控制概述控制概述u廣義的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量廣義的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量包括包括網(wǎng)絡(luò)性能（網(wǎng)絡(luò)性能（performanceperformance）、可用性可用性（availability)availability)、可靠性可靠性(reliability)(reliability) 和和安全性安全性(security)(security)等各種指標。等各種指標。u本講的服務(wù)指的是網(wǎng)絡(luò)本講的服務(wù)指的

2、是網(wǎng)絡(luò)性能性能性能相關(guān)的主要參數(shù)有性能相關(guān)的主要參數(shù)有帶寬（帶寬（widthwidth）、延延遲（遲（delaydelay）/ /延遲抖動（延遲抖動（jitterjitter）和和分組丟分組丟失率（失率（loss rateloss rate） 等等5服務(wù)質(zhì)量控制概述u絕對的（確定性的）絕對的（確定性的）性能保證性能保證一條在任意時刻都可以提供指定（一條在任意時刻都可以提供指定（100Mbps100Mbps）帶帶寬的網(wǎng)絡(luò)鏈路寬的網(wǎng)絡(luò)鏈路絕對的帶寬保證絕對的帶寬保證u概率的（隨機的）概率的（隨機的）性能保證性能保證保證保證95%95%的分組的延遲不大于指定時間（的分組的延遲不大于指定時間（100m

3、s100ms） 實際上是以一定的概率保證延遲實際上是以一定的概率保證延遲u時間平均時間平均 的性能保證的性能保證保證一個月中的平均分組丟失率不高于保證一個月中的平均分組丟失率不高于1010-5-5 平均的丟失率保證平均的丟失率保證6服務(wù)質(zhì)量控制概述基于時間的控制粒度u微秒級（微秒級（1 1到到100100微秒）微秒）基于分組基于分組- -分組級，分組級，分組是互聯(lián)網(wǎng)分組是互聯(lián)網(wǎng)QoSQoS控制的控制的最小單位最小單位流量調(diào)節(jié)機制流量調(diào)節(jié)機制（包括分組分類器、分組標記器和流量整（包括分組分類器、分組標記器和流量整形器等），形器等），分組調(diào)度機制分組調(diào)度機制 和和主動隊列管理機制主動隊列管理機制

4、等等u毫秒級（毫秒級（1 1到到100100毫秒）毫秒）基于分組的往返時間（基于分組的往返時間（round trip time)round trip time)擁塞控制和流量控制擁塞控制和流量控制 等基于反饋的控制機制等基于反饋的控制機制u秒（分）級（秒（分）級（1 1到分）到分）會話級的（也就是用戶會話持續(xù)的時間）（會話可以采用各會話級的（也就是用戶會話持續(xù)的時間）（會話可以采用各種方式定義）種方式定義）在這個粒度工作的在這個粒度工作的QoSQoS機制包括機制包括準入控制和準入控制和QoSQoS路由路由u長期機制長期機制主要包括主要包括流量工程流量工程，能力規(guī)劃和服務(wù)定價能力規(guī)劃和服務(wù)定價

5、等等7服務(wù)質(zhì)量控制概述控制對象u根據(jù)流根據(jù)流(per-flow) (per-flow) 進行控制進行控制一般來說，流采用一般來說，流采用IPIP源地址、目的地址、源端口號、目的端口號和源地址、目的地址、源端口號、目的端口號和協(xié)議域協(xié)議域 這五元組進行標識這五元組進行標識u對流的聚集進行控制對流的聚集進行控制流聚集也可以有各種方法，比如每臺主機、每個網(wǎng)絡(luò)前綴、每個服流聚集也可以有各種方法，比如每臺主機、每個網(wǎng)絡(luò)前綴、每個服務(wù)類別等等務(wù)類別等等u控制狀態(tài)的攜帶者和控制本身的位置控制狀態(tài)的攜帶者和控制本身的位置控制狀態(tài)的攜帶者可以是路由器，也可以是分組控制狀態(tài)的攜帶者可以是路由器，也可以是分組控制的

6、位置可以在用戶主機、網(wǎng)絡(luò)邊緣路由器，或者是網(wǎng)絡(luò)核心路控制的位置可以在用戶主機、網(wǎng)絡(luò)邊緣路由器，或者是網(wǎng)絡(luò)核心路由器由器8服務(wù)質(zhì)量控制概述QoS控制空間edge router objectpacketflowflowaggregationTime granularitypacketRound triphostcore routersessionpositiontime9How do loss and delay occur?urouter buffers is fullupacket arrival rate to link exceeds output link capacityABOutpu

7、t link (loss)dropped (loss) if no free buffers (input &output)10Four sources of packet delayu1. nodal processing check bit errors determine output link(?)ABpropagationtransmissionnodalprocessingqueueingu2. queueing time waiting at input buffer time waiting at output link for transmission depends

8、 on congestion level of router11Four sources of packet delay3. Transmission delay:uR=link bandwidth (bps)uL=packet length (bits)utime to send bits into link = L/R4. Propagation delay:ud = length of physical linkus = propagation speed in medium (2x108 m/sec)upropagation delay = d/sABpropagationtransm

9、issionnodalprocessingqueueing12主要內(nèi)容u服務(wù)質(zhì)量控制概述u集成服務(wù)模型u區(qū)分服務(wù)模型u分組調(diào)度u網(wǎng)絡(luò)擁塞13問題 流流AD需要帶寬，延遲和丟失率保證需要帶寬，延遲和丟失率保證 交叉的流量是不可預(yù)測的交叉的流量是不可預(yù)測的 IP網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)可以提供這種保證嗎？可以提供這種保證嗎？ IP網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)如何實現(xiàn)這一目標？如何實現(xiàn)這一目標？ABCDCross TrafficEF5 Mbps10 Mbps14IP網(wǎng)絡(luò)對QoS的支持u提供best effort服務(wù)u沒有資源管理 不能根據(jù)每個流的狀態(tài)提供服務(wù)保證 不能在流量聚集之間提供服務(wù)區(qū)分u早期的研究工作 Berkeley大學(xué)的T

10、enet研究組 ATM(ITU-T)15Then，what we can Do？u資源預(yù)留資源預(yù)留u流標識u流區(qū)分 簡單的FIFO調(diào)度不能工作u準入控制ABCDCross TrafficEF5 Mbps10 Mbps16兩種兩種QoSQoS保證框架保證框架uIETF的工作 集成服務(wù)框架(IntServ) 區(qū)分服務(wù)框架(DiffServ)17Internet集成服務(wù)框架(IntServ)u體系結(jié)構(gòu)的變化體系結(jié)構(gòu)的變化 原有模型：原有模型：無狀態(tài)無狀態(tài) 新模型：路由器維護新模型：路由器維護每流狀態(tài)每流狀態(tài) 用于準入控制和調(diào)度用于準入控制和調(diào)度 由信令協(xié)議建立由信令協(xié)議建立u服務(wù)模型的變化服務(wù)模型的

11、變化 原有模型：簡單的原有模型：簡單的best effortbest effort服務(wù)類型服務(wù)類型 新模型：多種服務(wù)類型，包括新模型：多種服務(wù)類型，包括best effortbest effort和和QoSQoS類型類型u設(shè)計了支持新的服務(wù)模型的協(xié)議和算法設(shè)計了支持新的服務(wù)模型的協(xié)議和算法 原有模型：在原有模型：在IPIP層次沒有資源管理層次沒有資源管理 新模型：在新模型：在IPIP層次進行層次進行顯式的顯式的 資源管理資源管理18集成服務(wù)網(wǎng)絡(luò)u流或者會話作為流或者會話作為QoSQoS保證對象保證對象u每個流有一條固每個流有一條固定的或者穩(wěn)定的定的或者穩(wěn)定的路徑路徑u沿著路徑的路由沿著路徑的路

12、由器維護每流的狀器維護每流的狀態(tài)態(tài)19 SenderReceiver集成服務(wù)實例(case)u每流的帶寬和延遲保證 實例：為流保證1Mbps和100ms的延遲20 SenderReceiver集成服務(wù)實例(control)u分配資源執(zhí)行每流的準入控制21 SenderReceiver集成服務(wù)實例(control)u設(shè)置每流狀態(tài)22 SenderReceiver集成服務(wù)實例(control)u設(shè)置每流狀態(tài)，執(zhí)行資源預(yù)留23 SenderReceiver 集成服務(wù)實例(DATA)u每流分類24 SenderReceiver u每流緩沖管理集成服務(wù)實例(DATA)25集成服務(wù)實例(DATA)u每流調(diào)

13、度 SenderReceiver 26功能部件如何協(xié)作 (Collaboration)Admission ControlData InData Out Control PlaneData PlaneSchedulerRouting Routing MessagesRSVP messagesClassifierRSVPRoute LookupForwarding TablePer Flow QoS TablePolicy Control27服務(wù)類型(Service Type)u服務(wù)可以看成是網(wǎng)絡(luò)和通信客戶之間的合約合約(Agreement)(Agreement) 端到端服務(wù)(SLA)u三種常見的

14、服務(wù) best-effort (“elastic” app.) hard real-time (“real-time” app.) soft real-time (“tolerant” app.)28Hard Real Time: Guaranteed Servicesu服務(wù)合約服務(wù)合約 網(wǎng)絡(luò)到客戶：網(wǎng)絡(luò)到客戶： 對會話中的每個分組保證其對會話中的每個分組保證其確定性確定性 的延遲上界的延遲上界 客戶到網(wǎng)絡(luò)：客戶到網(wǎng)絡(luò)：不會不會 發(fā)送發(fā)送超過超過 合約的數(shù)據(jù)量合約的數(shù)據(jù)量u算法支持算法支持 基于最壞情況分析的基于最壞情況分析的準入控制準入控制 路由器執(zhí)行路由器執(zhí)行每流分類和調(diào)度每流分類和調(diào)度2

15、9Soft Real Time: Controlled Load Serviceu服務(wù)合約服務(wù)合約 網(wǎng)絡(luò)到客戶：提供和輕負載的網(wǎng)絡(luò)到客戶：提供和輕負載的best effortbest effort網(wǎng)絡(luò)類似的性能網(wǎng)絡(luò)類似的性能 客戶到網(wǎng)絡(luò)：客戶到網(wǎng)絡(luò)：不會不會 發(fā)送發(fā)送超過超過 合約的數(shù)據(jù)流合約的數(shù)據(jù)流u算法支持算法支持 基于基于聚集測量的準入控制聚集測量的準入控制 對聚集的對聚集的調(diào)度調(diào)度30資源預(yù)留協(xié)議資源預(yù)留協(xié)議(RSVP)uResource ReSerVation Protocol Resource ReSerVation Protocol (RFC2205)-Homework(RFC2

16、205)-Homeworku用于用于建立建立每流每流狀態(tài)狀態(tài)的的信令信令 協(xié)議協(xié)議u攜帶攜帶從主機到路由器的資源請求從主機到路由器的資源請求u收集收集從路由器到接受主機的必要的信息從路由器到接受主機的必要的信息u預(yù)留資源預(yù)留資源從接受者到發(fā)送者從接受者到發(fā)送者u在每一跳在每一跳 和和準入控制模塊（準入控制模塊（admission controladmission control）以及以及策策略模塊略模塊交互（交互（policy controlpolicy control） 建立建立準入狀態(tài)準入狀態(tài)或者通知請求發(fā)起者需求不能滿足或者通知請求發(fā)起者需求不能滿足31RSVPu用于單播和多播應(yīng)用用于單

17、播和多播應(yīng)用u接收方接收方 發(fā)起預(yù)留過程發(fā)起預(yù)留過程u不同的預(yù)留類型不同的預(yù)留類型 Fixed Filter Style Wildcard Style Shared Explicit Styleu網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部保存的是網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部保存的是軟狀態(tài)軟狀態(tài) 為什么？為什么？u路由和預(yù)留機制相互獨立路由和預(yù)留機制相互獨立，配合工作，配合工作32RSVP預(yù)留模型u執(zhí)行信令為會話建立執(zhí)行信令為會話建立預(yù)留預(yù)留 狀態(tài)狀態(tài)u一個一個會話會話是一個向單播或者組播地址發(fā)是一個向單播或者組播地址發(fā)送的數(shù)據(jù)流送的數(shù)據(jù)流u一個會話中可以有一個會話中可以有多個多個 發(fā)送者和接收者發(fā)送者和接收者33RSVP的基本操作u發(fā)送方通過發(fā)送

18、方通過數(shù)據(jù)發(fā)送路徑數(shù)據(jù)發(fā)送路徑發(fā)送發(fā)送PATHPATH消息消息 在路徑中的每臺路由器上在路徑中的每臺路由器上設(shè)置包括前一跳地址設(shè)置包括前一跳地址在內(nèi)在內(nèi)的的路徑狀態(tài)路徑狀態(tài)(path state ?)(path state ?)u接收方沿著接收方沿著發(fā)送路徑反方向發(fā)送路徑反方向發(fā)回發(fā)回RESVRESV消息消息 定義了預(yù)留類型，需要的定義了預(yù)留類型，需要的QoSQoS參數(shù)參數(shù) 在路徑中的每臺路由器中建立在路徑中的每臺路由器中建立預(yù)留狀態(tài)預(yù)留狀態(tài)u請注意請注意接收方接收方 發(fā)起預(yù)留發(fā)起預(yù)留 預(yù)留過程和路由無關(guān)預(yù)留過程和路由無關(guān) 操作有兩種類型：操作有兩種類型：pathpath和和reservati

19、onreservation34RSVP預(yù)留模型NetworkSenderReceiverPATH Msg35RSVP預(yù)留模型NetworkSenderReceiverPATH MsgRESV Msg36PATH和RESV消息uPATHPATH定義了定義了 源的流量特性源的流量特性引入令牌桶的概念（引入令牌桶的概念（token buckettoken bucket） 預(yù)留類型預(yù)留類型uRESVRESV定義了定義了 排隊延遲和帶寬需求排隊延遲和帶寬需求 源的流量特性（來自源的流量特性（來自PATHPATH） FilterFilter定義，也就是哪些發(fā)送方可以使用這些預(yù)留定義，也就是哪些發(fā)送方可以使

20、用這些預(yù)留 基于這些信息路由器執(zhí)行預(yù)留操作基于這些信息路由器執(zhí)行預(yù)留操作37令牌桶u由兩個參數(shù)(r, b)描述 r：平均速率（到達的平均速率,令牌或數(shù)據(jù)） b：令牌深度u假定流的到達速率 = R bps (R是鏈路帶寬)u只有當有令牌時才發(fā)送一個數(shù)據(jù)位只有當有令牌時才發(fā)送一個數(shù)據(jù)位實際使用時往往按照分組為單位執(zhí)行實際使用時往往按照分組為單位執(zhí)行r bpsb bits = R bpsregulator38令牌桶：實例ur = 100 Kbps; b = 3 Kb; R = 500 Kbps 3KbT = 0 : 1Kb packet arrives(a)2.2KbT = 2ms : packet

21、 transmitted b = 3Kb 1Kb + 2ms*100Kbps = 2.2Kb(b)2.4KbT = 4ms : 3Kb packet arrives(c)3KbT = 10ms : packet needs to wait until enough tokens are in the bucket!(d)0.6KbT = 16ms : packet transmitted(e)39每跳預(yù)留u給定給定(b,r,R)(b,r,R)和每跳延遲和每跳延遲 du分配帶寬分配帶寬r ra a 和緩存空間和緩存空間 B Ba a 保證滿足延遲保證滿足延遲 d 40端到端的預(yù)留u當R收到PAT

22、H消息時，它知道 流量特性(T-SPEC): (r,b,R) 已經(jīng)經(jīng)過的hop數(shù)uR在發(fā)送RESV消息時需要考慮最壞情況下的延遲u路徑中的每臺路由器都提供每跳延遲保證并轉(zhuǎn)發(fā)RESV消息 在最簡單的情況下，路由器平均分擔延遲S1S2S3SR(b,r,R)(b,r,R,3) num hops(b,r,R,2,D-d1)(b,r,R,1,D-d1-d2)(b,r,R,0,0)(b,r,R,3,D) worst-case delayPATHRESV41預(yù)留類型和Filter定義u預(yù)留類型 使用filter定義哪些發(fā)送方可以使用該預(yù)留資源u三種類型 wildcard filter: 不定義任何發(fā)送方；所

23、有到相同目的地址的分組共享相同的資源 用于只有少量成員同時發(fā)言的組 fixed filter: 不在發(fā)送方之間共享，明確指出是為哪個發(fā)送方預(yù)留的資源 發(fā)送方不能被修改 dynamic filter (Shared-Explicit): 資源可以在明確指定的發(fā)送方之間共享 發(fā)送方可以為一個列表42Wildcard Filter的例子u接收方: H1, H2; 發(fā)送方: H3, H4, H5u每個發(fā)送方只能發(fā)送B帶寬流量u發(fā)送者之間串行工作模式S1S2S3H2H1H5H4H3(B,*)(B,*)(B,*)(B,*)(B,*)(B,*)senderreceiver43Wildcard Filteru

24、優(yōu)點 路由器保存的狀態(tài)最少 路由器只需在輸出鏈路上維護預(yù)留帶寬信息u缺點 可能導(dǎo)致資源利用率降低44Wildcard Filter: 資源利用率低的例子uH1預(yù)留3B; 希望同時聽到三個發(fā)言者的發(fā)言u問題：在 (S3:S2)上也預(yù)留了3B，雖然最大只會用到2BS1S2S3H2H1H5H4H3(3B,*)(3B,*)(3B,*)senderreceiver45Fixed Filter的例子u接收方: H2, H3, H4, H5; 發(fā)送方: H1, H4, H5u路由器在路由表中為每個接收者維護狀態(tài)S1S2S3H2H1H3senderreceiverH5H4sender+receiverNext

25、Hop Sources H2 H5, H4 46Fixed Filter的例子uH2只想從H4接收BS1S2S3H2H1H3senderreceiverH5H4sender+receiver(B,H4)(B,H4)(B,H4)(B,H4)47Dynamic Filter的例子uH5 想從任意源接收2BS1S2S3H2H1H3senderreceiverH5H4sender+receiver(2B,*)(2B,*)(B,H4)(2B,H1H4)(B,H4)(2B,*)(B,H1)48軟狀態(tài)u每個會話狀態(tài)都每個會話狀態(tài)都關(guān)聯(lián)關(guān)聯(lián)一個時鐘一個時鐘 路徑狀態(tài)，預(yù)留狀態(tài)路徑狀態(tài)，預(yù)留狀態(tài)u當時鐘當時鐘超

26、時超時后狀態(tài)失效后狀態(tài)失效u發(fā)送方發(fā)送方/ /接收方接收方周期性周期性刷新狀態(tài)刷新狀態(tài)u優(yōu)點優(yōu)點 不需要主動清除失效后的狀態(tài)不需要主動清除失效后的狀態(tài) 可以容忍信令分組的丟失可以容忍信令分組的丟失 信令分組不需要可靠傳輸 易于適應(yīng)路由的動態(tài)變化49軟狀態(tài)的例子uH4 離開組 H4 不再發(fā)送PATH消息 對應(yīng)于H4的狀態(tài)被刪除S1S2S3H2H1H3senderreceiverH5H4sender+receiver(B,H4)(B,H4)(B,H4)(2B,*)(B,H4)(B,*)(B,*)50軟狀態(tài)的例子uH4 離開組 H4 不再發(fā)送PATH消息 對應(yīng)于H4的狀態(tài)被刪除S1S2S3H2H1H

27、3senderreceiverH5sender+receiver(2B,*)(B,*)(B,*)51RSVP 和路由uRSVP可以和多種路由協(xié)議配合工作 RSVP只要求路由協(xié)議路由PATH消息u路由綁定（ResvMessage 路由）uQoS路由 基于預(yù)留的參數(shù)進行QoS路由可以提高資源預(yù)留的成功率52和集成服務(wù)相關(guān)的算法機制u分類算法分類算法u調(diào)度算法調(diào)度算法u準入控制算法準入控制算法uQoSQoS路由路由53集成服務(wù)為什么失敗了？u經(jīng)濟因素 部署代價過于昂貴u可擴展性差 每流狀態(tài)難以維護u面向組播的預(yù)留策略難以實現(xiàn)u訪問控制、認證、計費均實現(xiàn)困難54主要內(nèi)容u服務(wù)質(zhì)量控制概述u集成服務(wù)模型

28、u區(qū)分服務(wù)模型u分組調(diào)度u網(wǎng)絡(luò)擁塞55Differentiated Services (Diffserv)u圍繞圍繞DomainDomain的概念設(shè)計的概念設(shè)計uDomain 在相同管理策略下的連通的網(wǎng)絡(luò)區(qū)域在相同管理策略下的連通的網(wǎng)絡(luò)區(qū)域u區(qū)分邊界節(jié)點邊界節(jié)點和核心節(jié)點核心節(jié)點u邊界路由器邊界路由器 對每個對每個流量流量 進行整形進行整形 使用少量的數(shù)據(jù)位標記分組，每種編碼代表一種類別使用少量的數(shù)據(jù)位標記分組，每種編碼代表一種類別u核心路由器核心路由器 基于分組標記類別處理分組基于分組標記類別處理分組u可擴展性好于可擴展性好于IntservIntserv，實現(xiàn)簡單，但是提供的，實現(xiàn)簡單，但是

29、提供的服務(wù)保證較服務(wù)保證較弱，提供粗粒度的預(yù)留。弱，提供粗粒度的預(yù)留。56Diffserv體系結(jié)構(gòu)u入口路由器入口路由器 對流量進行整形、聚合等操作對流量進行整形、聚合等操作 設(shè)置設(shè)置Diffserv(DS)Diffserv(DS)域中的區(qū)分服務(wù)標記值域中的區(qū)分服務(wù)標記值(Differentiated (Differentiated Service Code Point, DSCP)Service Code Point, DSCP)u核心路由器核心路由器 實現(xiàn)每種實現(xiàn)每種DSCPDSCP的逐跳行為的逐跳行為(Per Hop Behavior)(Per Hop Behavior) 基于分組中的基

30、于分組中的DSCPDSCP值處理分組值處理分組IngressEgressIngressEgressDS-1DS-2Edge routerCore router57Differentiated Service (DS) FielduDS域使用了Type of Service域的前六位VersionHLenTOSLengthIdentificationFragment offsetFlagsSource addressDestination addressTTLProtocolHeader checksum048161931DataIPheaderDS Filed05 6 758區(qū)分服務(wù)類型u兩類

31、服務(wù) Assured service（確保服務(wù)） Premium service（獎賞服務(wù)）u當然，還有best effort59Assured Serviceu服務(wù)原則：無論是否擁塞，保證用戶占有預(yù)約的最低限量的帶寬預(yù)約的最低限量的帶寬u網(wǎng)絡(luò)：提供比best effort更低的分組丟分組丟失率失率 如果出現(xiàn)擁塞，則先丟棄best effort分組u用戶：不發(fā)送超過其預(yù)約帶寬的流量 如果發(fā)送了超過預(yù)約的流量，超過的部分則按照best effort處理60Assured Service ExampleAssured ServiceDrop if congestedCongestedUnconge

32、sted61Premium Serviceu網(wǎng)絡(luò)：保證獎賞類分組不會丟失而且延遲要盡量?。墑e最高的服務(wù)）（級別最高的服務(wù)）u用戶：不發(fā)送超過規(guī)定容量的分組 如果發(fā)送，多于預(yù)約的流量將被丟棄。62Premium Service ExampleFixed BandwidthDrop always63Edge RouterClassifier Traffic conditionerTraffic conditioner Scheduler Class 1Class 2Best-effort Marked trafficIngressPer aggregateClassification (e.g.

33、, user)Data traffic64Interior RouterData InData Out Control PlaneData PlaneSchedulerRouting Routing MessagesDSCP PoolRoute LookupForwarding TablePer Hop Behavior65兩位(P/A)的區(qū)分服務(wù)體系結(jié)構(gòu)u假定兩位 P-bit 表示獎賞類流量 A-bit 表示確保流流量u流量調(diào)節(jié)器 (Traffic conditioner, TC)實現(xiàn) 測量 整形 標記66執(zhí)行測量和標記的流量調(diào)節(jié)器u用于實現(xiàn)確保服務(wù)確保服務(wù)(Assured Service)

34、 (Assured Service) u預(yù)約內(nèi)的流量被標記 設(shè)置每個分組的A-bitu超過預(yù)約的流量不被標記不被標記 不設(shè)置分組中的A-bit位，流量按照best-effort處理assured traffic r bpsb bitsMetering in-proout-of-proUser profile (token bucket)Set A-bitClear A-bit67執(zhí)行測量、標記和整形的流量調(diào)節(jié)器u用于實現(xiàn)獎賞服務(wù)獎賞服務(wù)(Premium Service )(Premium Service )u預(yù)約內(nèi)的流量被標記 設(shè)置每個分組的P-bitu超過預(yù)約的分組被延遲延遲，而且當緩沖區(qū)滿

35、時被丟棄丟棄 r bpsb bitsMetering/Shaper/Set P-bit in-proout-of-pro(delayed and dropped)premium trafficUser profile(token bucket)68調(diào)度器實例u無論邊緣還是核心路由器都會使用。u獎賞類流量以高優(yōu)先級發(fā)送u確保流量和best effort流量以低優(yōu)先級發(fā)送P-bit set?Packets InLow Priority QueueHigh Priority QueueIf A-bit set,a_cnt+NoYesPackets Out69準入控制u每個域分配一個帶寬代理Bandw

36、idth Broker (BB) 通常用于執(zhí)行入口和出口的帶寬分配uBB負責(zé)為整個域整個域 執(zhí)行準入控制uBB實現(xiàn)有一定難度 需要知道整個域的全部信息 單一失效點，是系統(tǒng)的性能瓶頸 如何設(shè)計BB仍然是需要進一步研究的問題70實例u獲得端到端的帶寬保證BBBBBB123579senderreceiver8profile6profile4profile71Best-EffortDiffservIntservService ConnectivityNo isolationNo guaranteesPer aggregate isolationPer aggregate guaranteePer fl

37、ow isolationPer flow guaranteeService scopeEnd-to-endDomain End-to-endScalabilityHighly scalable (nodes maintain only routing state)Scalable(edge routers maintains per aggregate state; core routers per class state) Not scalable (each router maintains per flow state)簡單比較72兩種服務(wù)框架總結(jié)u區(qū)分服務(wù)比集成服務(wù)的區(qū)分服務(wù)比集成服務(wù)

38、的可擴展性可擴展性更好更好 邊界路由器維護每個邊界路由器維護每個流聚集流聚集的狀態(tài)的狀態(tài) 核心路由器只維護核心路由器只維護少量的少量的流量類別流量類別u但是，區(qū)分服務(wù)提供的服務(wù)比集成服務(wù)弱但是，區(qū)分服務(wù)提供的服務(wù)比集成服務(wù)弱 每個聚集的帶寬保證（每個聚集的帶寬保證（DiffServDiffServ） 每流的帶寬和延遲保證（每流的帶寬和延遲保證（IntServIntServ）uBBBB并不是完整的解決方案并不是完整的解決方案 系統(tǒng)單一失效點系統(tǒng)單一失效點 只能處理長期的預(yù)留（小時，天）只能處理長期的預(yù)留（小時，天） 73主要內(nèi)容u服務(wù)質(zhì)量控制概述u集成服務(wù)模型u區(qū)分服務(wù)模型u分組調(diào)度u網(wǎng)絡(luò)擁塞7

39、4分組調(diào)度u決定什么時候在輸出鏈路輸出鏈路上發(fā)送分組和發(fā)送哪個分組 通常在輸出接口輸出接口實現(xiàn) 注意和路由器交換結(jié)構(gòu)調(diào)度算法的區(qū)別12Schedulerflow 1flow 2flow nClassifierBuffer management75為什么要進行分組調(diào)度u在輸出端提供每流每流 或者每聚集類每聚集類 的保護u可以提供區(qū)分服務(wù) 延遲 帶寬 丟失率76公平排隊(Fair Queueing)u在一個流式系統(tǒng)流式系統(tǒng)中，公平排隊導(dǎo)致在流之間進行逐位的輪轉(zhuǎn) 每個流的服務(wù)速率是min(ri, f) ri 流的到達速率 f link fair rateu加權(quán)公平排隊(Weighted Fair Q

40、ueueing, WFQ) 為每個流增加一個權(quán)重參數(shù)，流式系統(tǒng)中的WFQ廣義處理器共享(Generalized Processor Sharing, GPS)77Fair QueueinguPackets belonging to a flow are placed in a FIFO queue. This is called “per-flow queueing”uFIFOs are scheduled one bit at a time, in a round-robin fashion uThis is called Bit-by-Bit Fair QueueingFlow 1Flow

41、 NClassificationSchedulingBit-by-bit round robin78Weighted Fair QueueinguLikewise, flows can be allocated different rates by servicing a different number of bits for each flow during each round1R(f1) = 0.1R(f3) = 0.3R1CR(f4) = 0.3R(f2) = 0.3Order of service for the four queues: f1, f2, f2, f2, f3, f

42、3, f3, f4, f4, f4, f1,79Fair Rate計算u如果鏈路擁塞，按照下面式子計算 Cfrii),min(862442f = 3: min(8, 3) = 3 min(6, 3) = 3 min(2, 3) = 2 1080加權(quán)公平排隊中的公平速率計算u為每個流I分配一個權(quán)重 wiu如果鏈路擁塞，按照下式計算Cwfriii),min(8622f = 2: min(8, 2*3) = 6min(6, 2*1) = 2min(2, 2*1) = 210(w1= 3)(w2= 1)(w3= 1)86226f = 2: min(8, 2*3) = 6min(6, 2*1) = 2m

43、in(2, 2*1) = 210(w1= 3)(w2= 1)(w3= 1)81主要內(nèi)容u服務(wù)質(zhì)量控制概述u集成服務(wù)模型u區(qū)分服務(wù)模型u分組調(diào)度u網(wǎng)絡(luò)擁塞82Congestion conceptuDifferent sources compete for “common” or “shared” resources inside network Sources are unaware of current state of resource Sources are unaware of each other Conflicts with interests: if all sources do

44、this to drive the system to overload, throughput gain is NEGATIVE, and worsens rapidly with incremental overload = congestion collapse!10 Mbps100 Mbps1.5 Mbps83Congestion conceptuIn October 1986 the ARPANET suffered major congestion collapseuThe effects of this collapse were later described by Van J

45、acobson84Van JacobsonVan JacobsonuJacobson is best known for his work in redesigning TCP/IPs flow control algorithms (Jacobsons algorithm) is said to have saved the InternetuFurthermore he has co-written a few widely used tools, such as traceroute, pathchar traceroute, pathchar and tcpdumpand tcpdum

46、puFor his work, Jacobson received the 2001 ACM SIGCOMM Award85Congestion: A Close-up View uknee point after which throughput increases very slowly delay increases fastucliff point after which throughput starts to decrease very fast to zero (congestion collapse)？ delay approaches infinityLoadLoadThroughputDelaykneecliffcongestioncollapsepacketloss86Congestion Control vs. Congestion AvoidanceuCongestion control goal