QoS 网络服务质量
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服务质量控制概述
广义的网络服务质量
包括网络性能、可用性、可靠性 和安全性
等各种指标。
我们研究的服务质量控制都是为了提高
网络保证性能 的能力
和性能相关的主要的QoS参数有带宽、延迟 /延迟抖动和分组丢失率等。
1
服务质量控制概述
绝对的（确定性的）性能保证
一条在任意时刻都可以提供10Mbps带宽的网络链路 绝对的带宽保证
7
IP的限制
IP仅仅提供best effort服务 IP并不参加资源管理
不能根据每个流的状态提供服务保证 不能在流量聚集之间提供服务区分
早期的研究工作
Berkeley大学的Tenet研究组[2] ATM
IETF的工作
集成服务框架 区分服务框架
8
那么，需要做哪些工作？
5 Mbps
客户到网络：不会 发送超过 合约的数据流
算法支持
基于聚集测量的准入控制 对聚集的调度
22
RSVP[4]
原有模型：在IP层次没有资源管理
新模型：在IP层次进行显式的 资源管理
关键的体系结构区别
原有模型：无状态 新模型：路由器维护每流状态
用于准入控制和调度 由信令协议建立
10
集成服务网络
流或者会话作 为QoS抽象
每个流有一条 固定的或者稳 定的路径
沿着路径的路 由器维护每流 的状态
把控制的时间粒度作为时间维
QoS控制空间反映了QoS服务性能、操作和管理 复杂性和实现代价之间的权衡。
如果想提供确定性的性能保证，就需要在分组的粒 度进行每流控制，这就对路由器的存储容量和处理 能力提出了很高的要求，路由器要保存大量的流状 态和对每个分组进行处理。
如果在分组的粒度对流聚集进行控制就可以减轻路 由器的负担，但是就不能提供确定性的性能保证。
Sender
Receiver
15
集成服务实例：数据路径
每流分类
Sender
Receiver
16
集成服务实例：数据路径
每流缓冲管理
Sender
Receiver
17
集成服务实例
每流调度
Sender
Receiver
18
功能部件如何协作
Routing Messages
Routing
RSVP
Admission Control
11
集成服务实例
获得每流的带宽和延迟保证
实例：为流保证1Mbps和<100ms的延迟
Sender
Receiver
12
集成服务实例
分配资源－执行每流的准入控制
Sender
Receiver
13
集成服务实例
设置每流状态
Sender
Receiver
14
集成服务实例
设置每流状态，执行资源预留
形器等），分组调度机制和主动队列管理机制 等。
分组的往返时间（round trip time），大约为1到100毫秒。
在这个粒度工作的是拥塞控制和流量控制 等基于反馈
的控制机制。 会话级的（以秒和分钟为单位），也就是用户会话持续的
时间（会话可以采用各种方式定义）。
在这个粒度工作的QoS机制包括准入控制和QoS路由。
长期的QoS控制机制。
主要包括流量工程，能力规划和服务定价 等。
3ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
服务质量控制概述－控制信息
QoS控制机制使用的控制信息的粒度 （granularity）
根据每流（per-flow，一般来说，流采用IP源地址、目的地址、 源端口号、目的端口号和协议域 这五元组进行标识）状态对每个
用户流进行控制。 对流的聚集进行控制。
10 Mbps
A
B
C
D
Cross Traffic
E
F
流区分
简单的FIFO调度不能工作
准入控制 资源预留 流标识
9
Internet集成服务框架[3]
增强了IP的服务模型
原有模型：简单的best effort服务类型 新模型：多种服务类型，包括best effort和QoS类型
设计了支持新的服务模型的协议和算法
概率的（随机的）性能保证
保证95%的分组的延迟不大于100ms 概率的延迟保证
时间平均 的性能保证
保证一个月中的平均分组丢失率不高于10-5 平均的丢失率保证
2
服务质量控制概述－控制粒度
分组级（时间粒度大约为1到100微秒）
分组是QoS控制机制的最小单位。 流量调节机制（包括分组分类器、分组标记器和流量整
5
主要内容
服务质量控制概述 集成服务模型 区分服务模型 分组调度 网络微积分简介 动态分组状态模型
6
问题
5 Mbps
10 Mbps
A
B
C
D
Cross Traffic
E
F
• 流AD需要带宽，延迟和丢失率保证。 • 交叉的流量是不可预测的。 • IP可以提供这种保证吗？
• 为了实现这一目标需要对IP进行什么修改？
流聚集也可以有各种方法，比如每台主机、每个网络前缀、每 个服务类别等等。
控制状态的携带者和控制本身的位置。
控制状态的携带者可以是路由器，也可以是分组。 控制的位置可以在用户主机、网络边缘路由器，或者是网络核心
路由器。
4
服务质量控制概述－QoS控制空间
QoS控制空间
控制粒度、控制状态的携带者和控制的位置作为空 间维
三种常见的服务
best-effort (“elastic” applications) hard real-time (“real-time” applications) soft real-time (“tolerant” applications)
20
Hard Real Time: Guaranteed Services[5]
服务合约
网络到客户：对会话中的每个分组保证其确定 性 的延迟上界
客户到网络：不会 发送超过 合约的数据量
算法支持
基于最坏情况分析的准入控制 路由器执行每流分类和调度
21
Soft Real Time: Controlled Load Service[6]
服务合约
网络到客户：提供负载的best effort网络类 似的性能
RSVP messages
Control Plane
Data Plane
Data In
Forwarding Table
Per Flow QoS Table
Route Lookup
Classifier
Scheduler
Data Out
19
服务类型
服务可以看成是网络和通信客户之间的
合约
端到端的服务 其他的服务也是可能的
广义的网络服务质量
包括网络性能、可用性、可靠性 和安全性
等各种指标。
我们研究的服务质量控制都是为了提高
网络保证性能 的能力
和性能相关的主要的QoS参数有带宽、延迟 /延迟抖动和分组丢失率等。
1
服务质量控制概述
绝对的（确定性的）性能保证
一条在任意时刻都可以提供10Mbps带宽的网络链路 绝对的带宽保证
7
IP的限制
IP仅仅提供best effort服务 IP并不参加资源管理
不能根据每个流的状态提供服务保证 不能在流量聚集之间提供服务区分
早期的研究工作
Berkeley大学的Tenet研究组[2] ATM
IETF的工作
集成服务框架 区分服务框架
8
那么，需要做哪些工作？
5 Mbps
客户到网络：不会 发送超过 合约的数据流
算法支持
基于聚集测量的准入控制 对聚集的调度
22
RSVP[4]
原有模型：在IP层次没有资源管理
新模型：在IP层次进行显式的 资源管理
关键的体系结构区别
原有模型：无状态 新模型：路由器维护每流状态
用于准入控制和调度 由信令协议建立
10
集成服务网络
流或者会话作 为QoS抽象
每个流有一条 固定的或者稳 定的路径
沿着路径的路 由器维护每流 的状态
把控制的时间粒度作为时间维
QoS控制空间反映了QoS服务性能、操作和管理 复杂性和实现代价之间的权衡。
如果想提供确定性的性能保证，就需要在分组的粒 度进行每流控制，这就对路由器的存储容量和处理 能力提出了很高的要求，路由器要保存大量的流状 态和对每个分组进行处理。
如果在分组的粒度对流聚集进行控制就可以减轻路 由器的负担，但是就不能提供确定性的性能保证。
Sender
Receiver
15
集成服务实例：数据路径
每流分类
Sender
Receiver
16
集成服务实例：数据路径
每流缓冲管理
Sender
Receiver
17
集成服务实例
每流调度
Sender
Receiver
18
功能部件如何协作
Routing Messages
Routing
RSVP
Admission Control
11
集成服务实例
获得每流的带宽和延迟保证
实例：为流保证1Mbps和<100ms的延迟
Sender
Receiver
12
集成服务实例
分配资源－执行每流的准入控制
Sender
Receiver
13
集成服务实例
设置每流状态
Sender
Receiver
14
集成服务实例
设置每流状态，执行资源预留
形器等），分组调度机制和主动队列管理机制 等。
分组的往返时间（round trip time），大约为1到100毫秒。
在这个粒度工作的是拥塞控制和流量控制 等基于反馈
的控制机制。 会话级的（以秒和分钟为单位），也就是用户会话持续的
时间（会话可以采用各种方式定义）。
在这个粒度工作的QoS机制包括准入控制和QoS路由。
长期的QoS控制机制。
主要包括流量工程，能力规划和服务定价 等。
3ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
服务质量控制概述－控制信息
QoS控制机制使用的控制信息的粒度 （granularity）
根据每流（per-flow，一般来说，流采用IP源地址、目的地址、 源端口号、目的端口号和协议域 这五元组进行标识）状态对每个
用户流进行控制。 对流的聚集进行控制。
10 Mbps
A
B
C
D
Cross Traffic
E
F
流区分
简单的FIFO调度不能工作
准入控制 资源预留 流标识
9
Internet集成服务框架[3]
增强了IP的服务模型
原有模型：简单的best effort服务类型 新模型：多种服务类型，包括best effort和QoS类型
设计了支持新的服务模型的协议和算法
概率的（随机的）性能保证
保证95%的分组的延迟不大于100ms 概率的延迟保证
时间平均 的性能保证
保证一个月中的平均分组丢失率不高于10-5 平均的丢失率保证
2
服务质量控制概述－控制粒度
分组级（时间粒度大约为1到100微秒）
分组是QoS控制机制的最小单位。 流量调节机制（包括分组分类器、分组标记器和流量整
5
主要内容
服务质量控制概述 集成服务模型 区分服务模型 分组调度 网络微积分简介 动态分组状态模型
6
问题
5 Mbps
10 Mbps
A
B
C
D
Cross Traffic
E
F
• 流AD需要带宽，延迟和丢失率保证。 • 交叉的流量是不可预测的。 • IP可以提供这种保证吗？
• 为了实现这一目标需要对IP进行什么修改？
流聚集也可以有各种方法，比如每台主机、每个网络前缀、每 个服务类别等等。
控制状态的携带者和控制本身的位置。
控制状态的携带者可以是路由器，也可以是分组。 控制的位置可以在用户主机、网络边缘路由器，或者是网络核心
路由器。
4
服务质量控制概述－QoS控制空间
QoS控制空间
控制粒度、控制状态的携带者和控制的位置作为空 间维
三种常见的服务
best-effort (“elastic” applications) hard real-time (“real-time” applications) soft real-time (“tolerant” applications)
20
Hard Real Time: Guaranteed Services[5]
服务合约
网络到客户：对会话中的每个分组保证其确定 性 的延迟上界
客户到网络：不会 发送超过 合约的数据量
算法支持
基于最坏情况分析的准入控制 路由器执行每流分类和调度
21
Soft Real Time: Controlled Load Service[6]
服务合约
网络到客户：提供负载的best effort网络类 似的性能
RSVP messages
Control Plane
Data Plane
Data In
Forwarding Table
Per Flow QoS Table
Route Lookup
Classifier
Scheduler
Data Out
19
服务类型
服务可以看成是网络和通信客户之间的
合约
端到端的服务 其他的服务也是可能的