第章互联网服务质量

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,实时传输,协,协议,实时传输协,议,议RTP（Real-timeTransportProtocol）由IETF作,为,为RFC1889发,布,布，是针对,多,多媒体服务,数,数据流的一,种,种传输协议,，,，其目的是提供时间信,息,息和实现流同步。,RTP通常,使,使用UDP来传送数据,，,，但RTP,也,也可以在TCP或ATM等其他协,议,议之上工作,。,。当应用程,序,序开始一个RTP会话,时,时将使用两个端口：一个给RTP，一个,给,给实时传输,控,控制协议（RTCP）,。,。RTP本,身,身并不能为,按,按顺序传送,数,数据包提供,可,可靠的传送,机,机制，也不,提,提供流量控,制,制或拥塞控,制,制，它依靠RTCP提,供,供这些服务,。,。,RTP提供,端,端对端网络,传,传输功能，,适,适合通过组,播,播和点播传,送,送实时数据,，,，如视频、,音,音频和仿真,数,数据。RTP没有涉及,资,资源预留和,质,质量保证等,实,实时服务，RTCP扩,充,充数据传输,以,以允许监控,数,数据传送，,提,提供最小的,控,控制和识别,功,功能。,1.RTP首部格式,RTP数据,包,包=定长的RTP首部+不定长的,连,连续媒体数据，其中RTP首部为12字节，多媒体数,据,据可以是编,码,码数据。,V,2位,P,1位,X,1位,CC,4位,M,1位,PT,7位,顺序号,16位,时戳,同步源标识（SSRC）,贡献源标识（CSRC）,贡献源标识（CSRC）,图18-1RTP,格,格式,2.RTP报文封装RTP协,议,议一般运行,在,在面向数据,报,报的UDP之上，它只,能,能提供无连接的不可靠服务，帧丢,失,失或出错都,会,会降低多媒,体,体信息质量,。,。图18-2表示RTP报文的封,装,装格式。,IP,首部,UDP,首部,RTP,首部,数据,图18-2RTP,报,报文封装格,式,式,工作时，RTP协议从,上,上层接收流,媒,媒体信息码,流,流，装配成RTP数据,包,包发送给下,层,层，下层协议提,供,供RTP和RTCP的,分,分流。如果RTP使用一个,偶,偶数号端口,，,，则相应的RTCP使,用,用其后的奇,数,数号端口。,从,从而实现了数据流和控,制,制流的分离，使协议的,实,实现更加灵,活,活和简单。,3.RTP数据传输,RTP利用混合器和翻译器完成实时数,据,据的传输。,一,一个典型的RTP包传,输,输流程如图18-3所,示,示：,图18-3,典,典型的RTP包传,输,输流程,其中S1，S2，S3,，,，S4为数,据,据源的发送,端,端，R1为,最,最,终RTP包,流,流的接收端,。,。,4.RTP协议特点,（1）轻量,的,的传输协议,RTP只提,供,供端到端的实,时,时媒体传输功能，并不提供机,制,制来确保实,时,时传输和服,务,务质量保证。,（2）灵活,性,性,传输协议与,具,具体的控制,策,策略分开，传输协议,本,本身只提供,完,完成实时传,输,输的机制，,开,开发者可自,主,主实现效率,较,较高的算法,与,与合适的控,制,制策略。,（3）协议,独,独立性,RTP协议与下层协议,无,无关。,（4）安全,性,性,RTP协议,在,在设计上考虑到安全,功,功能，支持对数,据,据加密和身,份,份认证功能,。,。,返回,18.3,实,实时传输,控,控制协议（RTCP）,实时传输控,制,制协议RTCP,(Real-timeTransportControl Protocol)和RTP一起提供流量控,制,制和拥塞控,制,制服务。,在RTP会,话,话期间，各,参,参与者周期,性,性地传送RTCP包。RTCP包,中,中含有,已发送的数,据,据包的数量,、,丢失的数据,包,包的数量,等统计资料,，,，因此，服,务,务器可以利,用,用这些信息,动态地改变,传,传输速率,，甚至,改变有效载,荷,荷类型,。,RTP和RTCP配合,使,使用，它们,能,能以有效的,反,反馈和最小,的,的开销使,传输效率最佳化,，因而特别,适,适合传送网,上,上的实时数,据,据。,1.RTCP功能,RTCP主,要,要具有以下,四,四个方面的,功,功能：,（1）提供,数,数据发布的,质,质量反馈,（2）提供RTP源持,久,久传输层标,识,识,（3）控制,传,传输速率,（4）传送,最,最小连接控,制,制信息,2.实时,传,传输控制协,议,议RTCP,包,包格式实时传输控,制,制协议RTCP首部格,式,式如图18-4所示。,图18-4,实,实时传,输,输控制协议RTCP首,部,部格式,版本：长度为2,位,位，识别RTP的版,本,本。RTP,数,数据包中的,该,该值与 RTCP 数,据,据包中的一,样,样。,填充：长度为1,位,位，置位时,，,，RTCP,数,数据包包含,一,一些填充八,位,位位组。填,充,充的,最后八位是,填,填充字节数,。一些分组,加,加密算法需,要,要使用填充,字,字段。对于,复,复合RTCP数据包中,，,，只有最后,的,的一个数据,包,包才需要使,用,用填充，这,是,是因为复合,数,数据包采用,的,的是整体加,密,密方法。,报告计数：长度为5,位,位，接收方,的,的报告计数,，,，接收方报,告,告块的编号,包,包含在该数,据,据包中。,包类型：识别一个RTCP,数,数据包。RTCP 数,据,据包类型为,发,发送端报告,（,（SR）、,接,接收端报告,（,（RR）、,源,源描述（SDES）、,结,结束参与（BYE）、,特,特殊应用功,能,能（APP,）,）五种数据,包,包。,长度：该字段长16位，表,示,示RTCP,数,数据包（,含,含首部、数,据,据和填充）,的,的大小。其,值,值为,数据包的32位字数减,去,去1,。,返回,18.4,集,集成业务,IntServ/RSVP服务模,型,型定义在RFC 1633中，并,且,且RFC1633将RSVP作,为,为IntServ结构,中,中的主要信,令,令协议，其,主,主要目标是,以,以资源预留,的,的方式来实,现,现QoS保,障,障。,18.4.1 IntServ,模,模型,IntServ的基本,思,思想是在传,送,送数据之前,，,，根据业务,的,的QoS需,求,求进行网络资源预,留,留，从而为该,数,数据流提供,端,端到端的QoS保证。,图18-5IntServ,的,的基本元素,及,及其相互关,系,系,结构上，IntServ/RSVP服务模型,主,主要由四个,部,部分构成：,信令协议RSVP，,接入控制器（admissioncontrol routines），,分类器（classifier）,包调度器（packet scheduler）。,实现：综合,服,服务需要所,有,有路由器在,控,控制路径上,处理,每个流的信,令,令消息并,维护,每个流的路,径,径状态和资,源,源预留状态,，,，在数据路,径,径上,执行,流的分类、,调,调度和缓冲,区,区管理。,RSVP负责以逐跳,（,（hop-by-hop）方式建,立,立或者拆除,每,每个流的资,源,源预留软状,态,态（soft state），设,置,置协议：动,态,态地保留资,源,源。,接入控制器将决定是否,接,接受一个资,源,源预留请求,，,，其根据是,链路和网络,节,节点的资源,使,使用情况以,及,及QoS请,求,求的具体要,求,求,。,分类器则对传输的,数,数据包分类,成,成传输流，IntServ常用的,分,分类器是多,字,字段（Multi-Field，MF）分类,器,器，当路由,器,器接收到数,据,据包时，它,根据数据包,首,首部的多个,字,字段（如5,元,元组：源IP地址，目,的,的IP地址,，,，源端口号,，,，目的端口,号,号，传输协,议,议），将数,据,据包放入相,应,应的队列中,。,调度器则根据不同,的,的策略对各,个,个队列中的,数,数据包进行,调,调度转发。,IntServ所采用,的,的主要技术,包,包括：先进,的,的冲撞管理,、,、限制延迟,、,、抖动以及,网,网络内带宽,消,消耗的排队,算,算法，还有,能,能够为特定,应,应用预留带,宽,宽的资源预,留,留协议。,IntServ的优点有：,（1）能够,提,提供端到端的QoS保证。,（2）可以,保,保证组播业,务,务中网络