第五章网络服务质量

预留的资源： 缓冲区及带宽的大小等。
实现过程：
在路由的每一跳上进行，由此提供端到端的QoS保证。
适用环境： 由于RSVP是单向的资源预留，因此适用于点到点以及点到
多点的通信环境。 RSVP的属性：
不属于传输层的协议，而是属于网际层的控制类协议（在 此称为信令协议），只用于预留资源、不用于携带应用数据。 资源预留时间：
（2）UDP协议，一种无连接的不可靠传输协议。 分析发现：无重传纠错和流量控制机制，但延迟和延迟波
动都非常小 ——采用UDP协议适于进行实时业务的传输
结论： 采用UDP协议，并在此基础上增加服务质量协商机制。
其它解决方案： —— 增大带宽？ 应用的需求是无止境的，不管网络有多大的带宽都有可
能耗尽~
（2）受控负载的服务（Controlled_Load Service，CLS）： 没有固定的服务质量（带宽、时延、丢包率）保证，能够
提供一种相当于网络节点在低负载情况下的尽力服务。
（3）尽力而为的服务（Best Effort，BE）：类似于Internet 提供的尽力而为的服务，基本没有质量保证。 IntServ的4个功能部件： （1）分类器（Packet Classifier）：根据预置的一些规则，
1、问题的提出 互联网本身只能提供“尽力而为的服务”或称“尽最大努 力交付的服务”。 对于早期以纯数据传输业务为主的互联网来说？
—— 是可以保障传输质量的。 当互联网越来越多的用于传输多媒体信息时？
—— 由于这些实时业务对网络的传输延时、延时抖动等 特性较为敏感，这样网络的传输质量就难以保障了。 后果？
为了适应网络拓扑路由及QoS要求的变化，各路由器中的 预留信息只存储有限的时间。
——RSVP请求及路由器维护的状态信息要做周期性的刷 新。 IntServ/RSVP综合服务体系结构模型：
主机
多媒体 实时应用
RSVP 处理模块
RSVP
路由器
RSVP
处理模块
路由协议 /数据库
接纳/策略控制器
分类器
调度器
5.1 网络服务质量概述 5.2 网络服务质量的衡量指标 5.3 综合服务模型IntServ和资源预留协议RSVP 5.4 区分服务模型DiffServ 5.5 InterServ和DiffServ相结合的QoS模型 5.6 多协议标记交换MPLS
5.1 网络服务质量（QoS, Quality of Service）概 述
不同类型的业务对服务质量的要求是不同的，典型的网络 服务对QoS的要求如表1所示。
表1 典型的网络服务对QoS的要求
网络应用 FTP
E-Mail Telnet IP电话
MPEG-1
视频传输
带宽 较高 一般 较低 ≥16Kbps
≥1.86Mbps
≥20Mbps (有损压缩)
分组延迟 ≤几分钟 ≤几分钟 ≤几十秒 ≤150ms
—— 将要求用户降低其QoS要求，甚至为了保证其它用户 的服务质量而拒绝用户的QoS要求。 用—户—与准用入户控之制间过及程用。户与网络之间的相互协商机制图示：
QoS协商(服务类型,性能参数)
用户1
用户2
QoS要求(服务类型,性能参数)
QoS响应 (服务类型,性能参数)
互连网
QoS响应 (服务类型,性能参数)
5、研究现状
为了较好地解决网络的QoS问题，各研究团体纷纷开始组 织大规模的QoS研究，一些大的通信厂商甚至还联合成立了
QoS论坛，协商各种QoS技术标准的实施方案。 Internet工程任务组（IETF）则专门成立了：
综合业务（Integrated Services）工作组，1994提出综合 业务模型
收端的时间间隔
分组延迟可以细分为4个部分： （1）发送时延（传输时延，transmission delay）：发送数据
时，数据分组从结点进入网络所需的时间。也就是从所发送
分组的第一个比特算起，到该分组的最后一个比特发送完毕
所需的时间。它取决于发送接口的速率和分组的大小。
（2）传播时延：分组在网络中传播而花费的时间，即发送端 发送出分组中的某一个比特到接收端接收到该比特所经过的 时间间隔，它取决于传输介质和传输距离。
—— IP网络不能保证特定业务的QoS要求，已经成为IP 网络发展的巨大障碍。
—— 网络的服务质量越来越多的引起人们的关注，甚至 成为网络技术研究的热点问题。
2、什么是网络服务质量：
如何衡量QoS ？ —— 通过一系列可度量的参量：带宽、分组延迟、延迟
抖动和分组丢失率。
3、问题的分析 QoS涉及用户的要求和网络服务提供者的响应两个方面。 （1）用户的要求
提高网络的带宽、增加路由器等结点的缓存空间和处理能 力
延迟抖动： 分组延迟的变化程度。反映的是端到端延时的变化特性。
产生原因？
—— 由延时的可变部分的变化导致的。
如：流量的突发、不公平的队列调度算法。 影响程度：
延迟抖动越大，网络服务质量越难以控制，网络越容易出 现拥塞。
3、分组丢失率和超时重传率
5.3 综合服务模型IntServ和资源预留协议RSVP
1、IntServ/RSVP的体系结构模型和工作原理
IntServ/RSVP综合服务体系结构模型基本思想： 一个应用要想获得某种服务质量，必须在向网络传送流量 之前请求网络为其预留所需资源。 实现方式：
在会话开始之前，源端和目的端之间建立一条专用链路。 ——IntServ/RSVP实际上提供了一种类似于电路级 (circuit level)的服务质量，理论上是可以实现完全的端 到端QoS。 籍此， IntServ/RSVP可以支持多种不同级别的服务类型。 服务类型的定义： （1）有保证的服务（Guaranteed Service，GS）：对带宽、 时延、丢包率提供定量的质量保证。例如，可以保证一个分 组在通过路由器时的排队时延有一个严格的上限。
如何实现协商？ —— 为了便于实现协商，双方首先必须定义一个相互协
商的机制；其次，定义一系列协商的参数。 IETF的做法：
将QoS定义为一个2维的空间： <服务类型，参数类型>
其中，服务类型和参数类型都是整型数， 取值范围：1～254。
（1）服务类型 其取值范围被划分为3个区间：1，[2，127]，[128，254]。
视频服务器
PATH报文
R1
R21
PATH报文 R31 R41
视频服务器Βιβλιοθήκη RESV报文3Mbps
3Mbps
2Mbps R31
R1
R21
3Mbps
丢失原因：因为出现拥塞而被迫丢失 因避免出现拥塞而被主动丢弃。
分组丢失率： 单位时间内丢失的分组数量与所传输的分组数量的比值。 ——取平均值(因为不同时刻，网络中的数据流量以及拥
塞程度不同) 超时重传率：
单位时间内被重传的分组数量与发送的分组总数的比率。 —— 取一段时间内的平均值。
误码率： 二进制符号在传输系统中被传错的概率。
≤250ms
≤250ms
延迟抖动 无要求 无要求 无要求 ≤1ms
≤1ms
≤1ms
分组丢失率 0 0 0
≤10-2 ≤10-2(未压缩) ≤10-11(压缩) ≤10-2(未压缩) ≤10-11(压缩)
（2）网络服务提供者的响应 指互联网针对某一类服务所能够提供和达到的服务
质量
如何匹配？ —— 协商解决方案： 需要提供什么样的网络服务质量QoS，双方之间协商解决。 当用户的QoS要求太高，网络无法满足时：
数
（2）对于有干扰的实际信道，用香农(Shannon)公式计算：
极限传输速率（信道容量）C＝Flog2(1+S/N) 其中，S为数据信号平均功率（W），N为干扰信号平均功率
（W）。一般的数据通信系统都必须保证S/N的比值
2、分组延迟和延迟抖动
分组延迟： 分组的第一个bit离开发送端与分组的最后一个bit到达接
4、适于采用的传输层协议 （1）TCP协议，一种面向连接的可靠传输协议。 分析发现：重传纠错机制对实时业务的传输很有害，因为
重传分组的延迟要远远大于其正常传送的延迟，这将带来
相当大的延迟波动。 TCP的滑动窗口流控制机制也会带来相当大的延迟波动。 ——采用TCP协议进行实时业务的传输是有害而无益的。
（2）参数类型 区间[1，12]：保留区间，用于指定那些供所有服务公用和
共享的参数。例如，当前可利用的带宽等。 服务类型1和该区间的参数值一起组成公用共享参数。例如，
(1，5)表示一个可供各种服务共享的QoS参数。 区间[128，254]：由服务规范的设计人员针对特定的服务类
型给定，不是共享的。
对进入路由器中的分组进行分类。分组经过分类以后被放 到不同的队列中等待提供服务。 （2）调度器(Packet Scheduler)：基于一些调度算法，对分 类的分组队列进行调度。 （3）接纳控制器(Admission Control)：基于用户和网络达成 的协议，对用户的访问进行一定的监视和控制，以利于保 证双方的共同利益。 （4）资源预留协议（RSVP：Resource Reservation Protocol）：Internet上的信令协议。
区分业务（Differentiated Services）工作组，1998提出 区分业务模型。
综合+区分：IntServ over DiffServ模型
—— QoS研究的目的是针对不同的业务，通过最优化的 使用和管理网络资源，使其尽可能满足多种业务的需求。
—— 在当前的网络环境中，QoS的研究内容主要体现在 确保实时业务的通信质量这一方面。
误码率Pe ＝ 接收的错误比特数/传输的总比特数
—— 分组丢失率、超时重传率和误码率都是衡量网络传 输质量的一个重要参数。 4、网络吞吐量和网络利用率 吞吐量(throughput)：