差异式服务网络.doc

實驗十七 差異式服務網路(Differentiated Service Network) 實驗目的 學習不同資料流調節器(Traffic Conditioner)的運作機制，以瞭解在差異式服務網路(DiffServ)中的確保服務(Assured Forwarding Service)如何達到端點到端點的品質保證。 背景知識 隨著多媒體應用程式如隨選視訊(VOD，video on demand)、網路電話(VOIP，voice over ip)、網路會議(Conferencing over IP)等等的發展，這使得目前網際網路所採用的盡力服務(best-effort service)不能再滿足這些多媒體應用程式的需求，所以IETF (Internet Engineering Task Force)就針對網路服務品質(Network Quality of Service)提出了兩種服務的的模型---整合式服務 (IntServ，Integrated Service)網路模型和差異式服務(DiffServ，Differentiated Service)網路模型。但是整合式服務網路模型有複雜度(complexity)高和擴充性(scalability)等問題，因此差異式服務網路模型獲得研究學者們較多的注意。 差異式服務網路架構的精神在於它設法簡化核心路由器(core router)的複雜度，盡量將複雜的允入控制(admission control)交由頻寬管理者(BB，bandwidth broker)負責，封包辨識工作(packet classification)交由邊境路由器(ER，edge router)負責，並且採用比較粗略的以類別區分網路品質保證(per-class QoS)，所以差異式服務網路架構就比整合式服務網路架構能提供較高的可擴充性。 目前差異式服務網路架構定義了兩種服務的形態---EF(Expedited Forwarding)服務和AF(Assured Forwarding)服務。EF主要是提供低延遲(low delay)、低延遲抖動(low jitter)、和低封包遺失率(low loss rate)的服務；而AF則是提供更有彈性的服務，因此AF只有對吞吐量(throughput)有所要求，對於延遲(delay)或延遲抖動(jitter)沒有嚴格的要求。AF的運作方式是當客戶端的資料流(traffic)進入到差異式服務網路領域(DiffServ domain)的邊境路由器時，邊境路由器會根據服務協議(SLA，service level agreement)去量測客戶資料流的速率是否超過規範，若是符合規範，就會在DSCP欄位(DiffServ CodePoint，或稱為DS byte，重新定義過的IP ToS欄位)標記上較低的封包丟棄機率(drop probability)值；但若是量測出來的速率超過規範，就會標記上較高的封包丟棄機率值。因此當網路發生擁塞時，具有較高的封包丟棄機率值的封包就會比具有較低的封包丟棄機率值的封包被核心路由器中的佇列管理機制所丟棄，所以AF就是希望藉著有效的控制具有較低封包丟棄機率值的封包流進核心路由器中，以達到最低吞吐量(minimum throughput)的保證。而實現把不同封包丟棄機率丟棄的佇列管理方式最常用的就是WRED (Weighted Random Early Detection)。WRED整合了RED佇列管理和封包優先權的概念，這樣在處理網路擁塞情況發生時，能提供較高規格的服務給較高優先權(封包丟棄機率值較低)的封包，當佇列的長度越來越長的時候，WRED就會開始隨機選擇較低優先權(封包丟棄機率值較高)的封包丟棄，佇列長度越長，丟棄的機會也就越高，若網路擁塞沒有改善，最後連較高優先權的封包也會被開始隨機丟棄。 接下來將介紹一些在AF服務中常來量測使用者資料是否符合規範的演算法，這些演算法可以區分為兩種類型，一種是以量測資料流平均速率的演算法，常見的是TSW3CM (Time Sliding Window Three Color Marker)；另一種是以令牌桶(token bucket)為量測方法的演算法，常見的是SRTCM(Single Rate Three Color Marker)和TRTCM (Two Rate Three Color Marker)。 TSWTCM 在TSWTCM(圖一)中包含了兩個部份，一個是速率估計器(rate estimator)(圖二)，另一個是封包丟棄機率值標註器(packet marker)(圖三)。 圖一. TSWTCM架構圖 一開始的時候： AVG_INTERVAL = a constant; avg-rate = CTR;