第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
7.1 引言
7.2 QoS参数体系结构
7.3 QoS管理机制
7.4 QoS管理协议
7.5 QoS管理模型和实现机制
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
7.1 引 言
服务质量 （ Quality of Service,QoS） 是一种抽象概念,用于说
明网络服务的, 良好, 程度 。 由于不同的应用对网络性能的要求
不同,对网络所提供的服务质量期望值也不同 。 这种期望值可以
用一种统一的 QoS概念来描述 。 在不同应用系统中,QoS参数集的
定义方法可能是不同的,经常使用吞吐量, 差错率, 端到端延迟,
延迟抖动等网络性能参数来定义 QoS。 对连续媒体传输来说,端
到端延迟和延迟抖动是两个关键的性能参数 。 多媒体应用,特别
是交互式多媒体应用对延迟有严格的限制,不能超过人所能容忍
的极限,否则将会严重地影响服务质量 。 同样,延迟抖动也必须维
持在严格的界限内,否则将会严重地影响人对语音和图像信息的
识别 。
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7.2 QoS参数体系结构
图 7.1 QoS参数体系结构
应用层 Q
O
S
传输层
网络层
数据链路层
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1,应用层
表 7.1 一个视频 QoS分级的例子
QoS级 视频帧传输速率 /(帧 /秒 ) 分辨率 /% 主观评价 损害程度
5 25～ 30 65～ 100 很好 细微
4 15～ 24 50～ 64 好 可察觉
3 6～ 14 35～ 49 一般 可忍受
2 3～ 5 20～ 34 较差 很难忍受
1 1～ 2 1～ 9 差 不可忍受
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2,
传输层协议主要提供端到端的, 面向连接的数据传输服务 。
通常,这种面向连接的服务能够保证数据传输的正确性和顺序性,
但以较大的网络带宽和延迟开销为代价 。 传输层 QoS必须由支
持 QoS的传输层协议提供可选择和定义的 QoS参数 。 传输层 QoS
参数主要有, 吞吐量, 端到端延迟, 端到端延迟抖动, 分组差错
率和传输优先级等 。
国际标准化组织 (ISO)在 1986年颁布的 ISO/OSI 8072标准中
明确地定义了传输层 QoS参数,
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·建立连接延迟, 用户发出连接请求到接收到连接确认之间
的时间间隔 。
·建立连接失败率, 在最大建立连接延迟内不能建立连接的
可能性 。
·吞吐量, 每秒接收的用户数据字节数 。
·传输延迟, 发送方发出数据到接收方接收到该数据所经历
的时间间隔 。
·固有差错率, 在取样时间段内丢失和出错的信息数占总信
息数的比率 。
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·传输失败率, 在数据传输阶段因各种原因所造成失败的信
息占总信息数的比率 。
·释放连接延迟, 一方发出释放请求到对方执行释放之间的
时间间隔 。
·保护, 用于说明建立安全连接需求的参数,如没有窃听或修
改 。
·优先级, 规定在该连接上传输的优先级 。
·弹性, 用于说明传输层自动终结的可能性。
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3,
网络层协议主要提供路由选择和数据报转发服务 。 通常,
这种服务是无连接的,通过中间点 （ 路由器 ） 的, 存储 -转发,
机制来实现 。 在数据报转发过程中,路由器将会产生延迟 （ 如
排队等待转发 ）, 延迟抖动 （ 选择不同的路由 ）, 分组丢失及
差错等 。 网络层 QoS同样也要由支持 QoS的网络层协议提供可
选择和定义的 QoS参数,如吞吐量, 延迟, 延迟抖动, 分组丢失
率和差错率等 。
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网络层协议主要是 IP协议,其中 IP v6可以通过报头中优先
级和流标识字段支持 QoS。 一些连接型网络层协议,如 RSVP和
STⅡ 等可以较好地支持 QoS,其 QoS参数通过保证服务 (GS)和被
控负载服务 (CLS)两个 QoS类来定义 。 它们都要求路由器也必须
具有相应的支持能力,为所承诺的 QoS保留资源 （ 如带宽, 缓
冲区等 ） 。
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4,
数据链路层协议主要实现对物理介质的访问控制功能,也就
是解决如何利用介质传输数据问题,与网络类型密切相关,并不
是所有网络都支持 QoS,即使支持 QoS的网络其支持程度也不尽
相同 。 各种 Ethernet都不支持 QoS。 Token Ring,FDDI和
100VG-AnyLAN等是通过介质访问优先级定义 QoS参数的 。
ATM网络能够较充分地支持 QoS,它是一种面向连接的网络,在建
立虚连接时可以使用一组 QoS参数来定义 QoS。
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国际电信联合会 (ITU)制定了有关 ATM网络 QoS参数,它允许
用户指定如下的参数,
·峰值信元速率 (PCR),用户发送信元的最大瞬间速率 。
·长期承受信元速率 (SCR),经过一个长时期测量到的平均信
元速率 。
·信元丢失率 (CLR),在信元传输过程中丢失的信元所占的百
分比 。
·信元传输延迟 (CTD),一个信元从进入网络到离去所经历的
延迟 。
·信元延迟变化范围 (CDV),CTD的变化范围 。
·突发容许 (BT),允许以 PCR发出的最大突发长度 。
·最小信元速率 (MCR),用户期望至少要达到的最小信元速率。
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7.3 QoS管理机制
QoS管理机制应当提供如下 QoS管理特性,
① QoS管理应是可配置的。
② QoS管理应是可协商的。
③ QoS管理应是动态的。
④ QoS管理应是端到端的。
⑤ QoS管理应是层次化的。
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7.3.1 QoS
(1) 确定型 （ Deterministic） QoS
在数据传输过程中,网络提供, 硬, 的 QoS保证,即对所承
诺的 QoS必须严格保证,否则可能会造成严重的后果 。 这类服务
一般用于硬实时应用,如在远程医疗系统中,X光照片数据必须
采用实时无差错的传输 。 Internet综合服务中的保证服务 （ GS）
和区分服务中的快速转发均属于这一类 QoS。
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(2) 统计型 （ Statistical） QoS
在数据传输过程中,网络提供, 软, 的 QoS保证,即对所承诺
的 QoS允许一定范围的波动,并且不会造成不良的后果 。 这类服务
一般用于软实时应用,如远程多媒体点播 （ VOD） 系统 。 Internet
综合服务中的被控负载服务 （ CLS） 和区分服务中的保证转发均
属于这一类 QoS。
(3) 尽力型 （ Best Effort） QoS
尽力型 QoS也称最佳效果传输,网络不提供任何 QoS保证,网
络性能将随着负载的增加而明显下降 。 由于受到带宽的限制,现
有 Internet上的分布式多媒体应用大多提供这类服务 。
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7.3.2 802.1p
图 7.2 802.1p/Q
(a) 802.1Q Tagged Frame; (b) 基于 802.1p优先级的数据流处理
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表 7.2 802.1p的优先级标记值及对应的流量类型
标记值 流 量 类 型
1 Background
2 Standard (Spare)
0 Best Effort
3 Excellent Effort (Business Critical)
4 Controlled Load (Streaming Multimedia)
5 Video (Interactive media),less than 100 ms latency and jitter
6 Voice (Interactive voice),less than 10 ms latency and jitter
7 Network Control (Reserved Traffic)
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7.3.3 DiffServ
IETF提出了两种 QoS保证机制,一是由 RSVP提供的保证型服
务 ; 二是在区分服务 (Diff-Serv,DS)中定义的区分型服务 。 由于保
证型服务具有面向连接的特性,并通过 QoS协商, 接纳控制, 保
留带宽和实时调度等机制来实现 。 区分型服务具有无连接的特
性,主要通过缓冲管理和优先级调度机制来实现,而无需进行 QoS
协商和保留带宽等控制 。 随着网络规模的增长,保证型服务的复
杂性将会迅速增加,并难以扩展 。 由于 IP网络的发展仍然是基于
无连接的,区分型服务与之相适应,更适合在大型 IP网络 (如
Internet)中应用 。
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IETF的 DiffServ工作组在 RFC 2474和 RFC 2475中发布了区
分服务标准草案 。 其中,RFC 2474定义了 IP v4和 IP v6报头中的
区分服务 (DS)字段及其支持机制 ; RFC 2475定义了区分服务体系
结构 ; RFC（ Request For Comments） 是 Internet研究和开发机构
所发布的有关网络协议及标准的注释性公文系列 。
区分服务规定了一个网络内部转发报文分组的传输特性,这
些特性可以用定量或静态项来指定,如吞吐量, 丢失率, 延时及
延时抖动等 ; 也可以用访问网络资源的相对优先级项来指定 。
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实现一种区分服务的要素是,
·该服务是提供给一个流量聚集的 ;
·调节功能和 PHB用于实现服务 ;
·DS字段用于标记报文分组,以选择一个 PHB;
·特定节点实现 PHB机制。
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1,DS
RFC 2474定义了 IP报头中的 DS字段, 在 IP v4报头中,重定
义了服务类型 (TOS)字段 ; 在 IP v6报头中,重定义了流量级别 (TC)
字段 。 并且还规定了各个网络节点上转发报文分组的命令集,
或称为逐跳行为 (PHB)。 在 8位的 DS字段中,定义了如下的结构
和内容,
DS CodePoint CU
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其中,DS CodePoint(DSCP)占 6位,用于指定该报文分组在各
个节点上的 PHB; CU(Currently Unused)占 2位,为系统保留,支持
DS的节点将忽略 CU值 。 由于 DSCP字段采用无结构字段定义的,
便于将来 PHB的定义和扩展 。 DSCP字段的基本特性如下,
·从 DSCP到 PHB的映射是可配置的,每个支持 DS的节点都要
实现这种可配置的映射 ;
·PHB规范空间必须包含一个推荐的缺省 DSCP,且是惟一的,
在节点所实现的缺省配置中应支持缺省 DSCP到 PHB的映射 ;
·如果一个报文分组使用了不可识别的 DSCP值,则节点应当原
样转发该报文分组,无需改变 DSCP值,并且不会引起节点故障 ;
·DSCP字段必须与当前惯有方法保持向后兼容。
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2,PHB
一个 PHB是一个节点为一个特定的 DS行为集而采取的转发
行为 (如吞吐量, 丢失率, 延迟及抖动等 ),一个 DS行为集占用一
个连接,其转发行为将取决于该连接上的负荷 。 当多个 DS行为集
竞争一个节点上的缓冲区和带宽资源时,该节点将根据不同的
PHB来分配网络资源 。 区分服务采用基于逐跳 (hop by hop)的
资源分配机制 。
PHB可以用下列项目定义, 相对资源 (如缓冲区和带宽 )优先
级,或者相对流量特性 (如延迟, 丢失率 )。 遵守共同约束 (例如分
组调度和缓冲区管理策略 )的 PHB可以组成一个 PHB组,组内的
PHB之间的关系可以使用绝对或相对优先级,例如采用固定或随
机阈值的丢弃优先级,但不是必须的 。 单独定义的单一 PHB是一
个 PHB组的特例 。
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例如,一个简单的 PHB可定义如下, 在一个连接上,保证为一
个行为集分配 x%的最小带宽 。 这个 PHB可以在任何流量调节下
进行简单而公平的测量 。 一个复杂的 PHB可定义如下, 在一个连
接上,保证为一个行为集分配 x%的最小带宽,并且按比例公平地
共享多余的连接容量 。
各个节点可利用某种分组调度和缓冲区管理机制来实现
PHB。 PHB是根据有关服务供应策略的行为特征定义的,而并非
特定的实现机制 。 各种实现机制一般适合实现一个特定的 PHB
组,并且在一个节点上可以实现多个 PHB组 。
在一个节点上,通过对所接收报文分组的 DSCP的映射来选择
PHB。 标准化的 PHB应具有一个推荐的 DSCP,它们之间存在着一
一对应的映射关系 。
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目前,IETF已定义了三个标准的 PHB,
(1)
(2) 保证转发
(3)
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3,DS域模型
图 7.3 区分服务工作模型
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4,流量分类
流量分类是实现区分服务的首要条件,其基本原理是根据 IP
报头中某些字段的内容来选择和标记分组流中的报文分组 。 流
量分类可以采用两种分类器来实现, 一是 BA(Behavior Aggregate)
分类器,它仅基于 DSCP字段对报文分组进行分类 ; 二是
MF(Multi Field)分类器,它基于一个或多个字段的组合值 (如源地
址, 目的地址, DS,协议号以及源和目的端口号等 )对报文分
组进行分类 。
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5,流量调节
图 7.4 分组分类器和流量调节器框图
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6,分类器和流量调节器的位置
(1)
源域是指包含产生流量节点的域 。 一个源域内部的流量源节
点和中间节点可以执行流量分类, 标记和调节功能,从源域到一
个边界的流量可以直接由流量源节点来标记,也可以在离开源域
之前由中间节点来标记,这就是初始标记或预标记 。
例如,一个企业网络的 HPR主机所输出的报文分组应具有较
高的优先级 。 可以采用两种方法来标记 HPR分组, 一是由 HPR主
机 (流量源节点 )用 DSCP=“高优先级, 来标记所有输出分组的 DS
字段 ; 二是由 HPR主机所直接连接的第 1跳路由器 (中间节点 )用适
当的 DSCP来为所有的 HPR分组 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
(2) 在 DS
在一个上游域的 DS出口节点或下游域的 DS入口节点上可
以对流量进行分类, 标记和调节 。 在 DS入口节点上,如果输入
的流量不符合 TCA,则要按本地策略强制执行 TCA。 如果一个
DS入口节点所连接的上游域是一个不支持 DS的域,则该节点必
须对输入的流量执行流量调节功能 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
(3) 在不支持 DS
在一个不支持 DS的域中,流量源节点或中间节点可以在流
量到达下游 DS域入口之前对流量进行预标记 。 在这种情况下,
可以掩盖本地的分类和标记策略 。
由此可见,区分服务基于一种简单的域模型,在网络边界上,
对输入网络的流量进行分类和调节,并指派给不同的行为集,而
每个行为集则由一个单一的 DSCP来标识 ; 在网络核心,将根据
DSCP字段定义的 PHB来转发分组 。 这样就使得网络具有对不同
报文分组流提供有区别服务的能力,而且便于功能的扩展,并降
低了实现的复杂度 。
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7.4 QoS 管 理 协 议
7.4.1 SNMP管理技术
SNMP管理的基本原理是,通过两个管理实体,即管理器 （ Manager）
和代理 （ Agent） 之间的相互合作,以分布方式执行网络管理活动 。
管理器负责管理网络中各种资源和设备,并采用轮询 （ Polling） 方式
向远程的一个或多个代理发布管理命令,以获取信息或实施控制 。
代理驻留在网络设备上,负责设备的实际管理,响应和执行管理器的
管理命令,并返回应答信息 。 各种网络资源被抽象成被管对象,通过
管理信息库 (MIB)变量定义成标准的信息格式,以便于存储, 交换和
访问 。 每个网络设备上的 MIB由其代理负责维护 。 SNMP标准主要
由三部分组成, 网络管理协议 （ Simple Network Management Protocol,
SNMP）,管理信息结构 （ Structure of Management Information,SMI）
和管理信息库 （ Management Information Base,MIB） 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理 7.4.1.1 SNMP
1,SNMP协议
图
7.
5 S
NM
P
体
系
结
构
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
在 SNMP中,管理器和代理之间的通信采用了如下的报文格式,
version community data(PDU)
·version域,表示 SNMP的版本,在 SNMP v1中为 version-1(0);
·community域, 主要是为增加系统安全性而设置的,代理可
以要求管理器在发送请求
报文时填写该域,以验证管理器是否有权访问它的 MIB。
·data域, 用于存放实际要传送的报文。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
在 SNMP报文中,定义了五种网络管理操作原语,
① GetRequest,管理器使用该操作向代理请求取回某些变量值,如管理器
请求取回某个路由器的某端口状态 。 它要求代理响应具体的变量值 。
② GetNextRequest,管理器使用该操作向代理请求取回某变量的下一个变
量值,它要求代理给予响应 。 管理器使用该操作可遍历一个网络设备 MIB库
中某个对象的一系列参数 。
③ GetResponse,代理使用该操作向管理器发送响应,回送相应的变量值 。
④ SetRequest,管理器使用该操作向代理请求设置某些变量值,如管理器
请求将某个路由器的某端口状态,由, Enable”设置成, Disable”。 它要求代
理设置本地 MIB中相应的变量值 。
⑤ Trap,代理使用该操作向管理器报告某一异常事件的发生,如连接的接
通或断开以及各种报警状态等 。 这是由代理主动向管理器发出的报文 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
对应上述的五种操作,有五种报文类型,且使用了两种协议
数据单元 (PDU)格式,
① GetRequest,GetNextRequest,SetRequest和 GetResponse
的 PDU格式都是相同的,即,
PDU type Request ID error status error index variable binding
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
其中,
·PDU type域, 指明报文的 PDU类型,即五种报文中的哪一种 。
·Request ID域, 指明请求的标识号,它是一个整数 。 每个请
求都有惟一的标识号 。
·error status域, 在 GetResponse报文中,用于指明操作失败的
原因或状态 。
·error index域, 在 GetResponse报文中,用于指向引起操作失
败的那个变量 。
·variable binding域, 包含一组变量名（对象标识符）和变量
值,其结构如下,
name 1 value 1 name 2 value 2 … name n value n
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
② Trap的 PDU格式如下,
Enterprise Agent address Generic trap type Specific trap code Time stamp variable-binding
其中,
·Enterprise域, 当 Trap报文为特定的 Trap报文类型时,则要指明
定义该特定 Trap报文类型的企业或厂家名 。
·Agent address域, 指明发送该 Trap报文的 Agent的 IP地址 。
·Generic trap type域, 指明通用 Trap报文类型,参见表 7.3。
·Specific trap code域, 指明特定 Trap报文类型代码,由厂家定义 。
·Time stamp域, 用于作时间标记 。
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表 7.3 通用 Trap报文类型
通用 Trap报文类型 报 文 产 生 说 明
冷启动 Trap报文的 Agent重新初始化,其配置信息和 Trap机制改变
热启动 Trap报文的 Agent重新初始化,其配置信息和 Trap机制不改变
链路中止 Trap报文的 Agent发现配置中存在通信链路中止的错误
链路启动 Trap报文的 Agent发现配置中存在通信链路重新连通
访问权限失效 Trap报文的 Agent接收到某个超越权限的报文
EGP对象中止 Trap报文的 Agent发现和 EGP（外部网关协议）对象的连接中断
企业特定 Trap报文的 Agent发现已满足企业特定的条件
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
SNMP报文使用 ISO的 ASN.1（ Abstract Syntax Notation
One） 相关的 BER（ Basic Encoding Rules） 规则来编码,形成
其报文,并通过 TCP/IP协议集中的 UDP协议实现其报文传送 。
ANS.1是一种用于描述结构化实体的结构和内容的语言,提供了
描述抽象文法结构和内容的表示方法 。 ANS.1标准定义了一种
称为基本编码规则 BER的传送文法,用于描述传送过程中的报
文内容 。 SNMP报文的传送格式必须符合 BER规范 。 下面是
SNMP报文格式的 ASN.1表示法,
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
SNMP DEFINITIONS::=BEGIN
Message::=
SEQUENCE {
version --- version 1 for this RFC
INTEGER {
version 1 (0)
},
community --- community name
OCTET STRING,
data --- e.g.,PUDs if trivial
ANY --- authentication is being used
}
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
PUDs::=
CHOICE {
get-request
GetRequest-PUD,
get-next-request
GetNextRequest-PUD,
get-response
GetResponse-PUD,
set-request
SetRequest-PUD,
trap
Trap-PUD
}
END
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
2,SMI协议
图 7.6 对象标识符的分层结构及 MIB-Ⅱ 中的对象分类
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
3,MIB
表 7.4 MIB-Ⅱ
类 型 对象标识符 包 含 的 信 息
system mib-Ⅱ 1
主机或网关操作系统,如, 系统名称,系统最后启动时间,
系统的物理位置等
interfaces mib-Ⅱ 2 各种网络接口,如, 子网的接口数目,接口值表等
at mib-Ⅱ 3 地址解释,如, IP地址与物理地址对应表等
Ip mib-Ⅱ 4
IP协议软件,如, 作为主机还是网关的标记,缺省的生存时间,
IP的通信统计,IP的路径表等
Icmp mib-Ⅱ 5
ICMP协议软件,如, 接收到的 ICMP消息数,发送的 ICMP消
息数,特定类型的消息数等
tcp mib-Ⅱ 6
TCP协议软件,如, TCP连接数最大值,接收的和发送的数据
报数,有关连接信息 (如 IP地址,端口 )等
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
类 型 对象标识符 包 含 的 信 息
Udp mib-Ⅱ 7 UDP协议软件,如, 接收到的正确的 UDP报文数目, 发送的 UDP报文数, 接收 UDP报文的 IP地址, 端口等
Egp mib-Ⅱ 8 EGP协议软件,如, 接收到的正确的 EGP消息数目, 本地产生的 EGP消息数, 相邻的 EGP信息表等
Cmot mib-Ⅱ 9 CMOT协议软件
Transmission mib-Ⅱ 10 传输介质,目前尚处于实验阶段
snmp mib-Ⅱ 11 SNMP协议软件,如, 发送给本地 SNMP的消息数, 接收到的各类消息数, 对各种错误的统计等
表 7.4 MIB-Ⅱ
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
MIB库中的每个变量都符合 ANS.1语法规则 。 在 MIB库中,
每个被管对象或 MIB变量将用五种特性来描述,它们是,
·对象描述符, 表示被管对象的名字 。
·语法, 表示对应被管对象的抽象数据结构,如整数, 八位
位组串等 。
·访问权限, 用 read only,read write,write only,not
accessible类型之一来描述,表示对该对象的访问权限 。
·状态, 用 mandatory,optional,obsolete类型之一来描述,表示
该对象的当前状态 。
·描述：对象类型的文本描述和说明。
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7.4.1.2 SNMP v2
1,SNMP v2
SNMP v2协议规定了管理器和代理之间及管理器和管理器之
间的通信方式, SNMP报文的格式与含义以及每种报文的处理方
式等 。 SNMP v2定义了七种网络管理的操作原语,除了支持 SNMP
v1的五种基本操作原语外,还新增加了两种操作原语,
① GetBulkRequest,管理器使用该操作向代理请求取回某变量
下面几个变量值,它要求代理对这些变量值给予响应 。 在一次报文
交换中,管理器可使用该操作检索大块数据,以减少网络通信开销,
提高效率 。 它克服了 SNMP v1中不能对大数据块进行有效查询的
弱点,一次可将一个对象的所有变量值全部读出,也可以进行一些表
格操作 。 这大大方便了管理器对信息的检索,并有助于简化高层管
理程序 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
② InformRequest,一个管理器使用该操作向另一个管理器发
送一个 Trap消息,并请求给予回应 。 接收方将使用 GetResponse报
文进行回应 。 这个操作原语的引入,使得 SNMP v2 能支持管理
器 -管理器的分布式网络管理 。
在 SNMP v2中,在什么条件下发送 Trap报文,何时发送
InformRequest报文都是可设定的 。
在 SNMP v2中,GetRequest操作不再具有原子特性,即当一个
SNMP报文中包括了对多个变量的操作时,如果代理在 MIB库中
没有找到某个变量,则可以用一个错误代码作为该变量的应答 。
这样,SNMP v2便允许对部分请求进行应答,这也是对 SNMP v1的
一大改进 。 但 SetRequest操作仍具有原子特性 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
SNMP v2的报文格式与 SNMP v1基本相同,只是为新的
GetBulkRequest操作增加了一种 PDU格式,即,
RDU-type Request-ID Non-repeaters Max-repetitions Variable-binding
其中,
·PDU type域, 指明报文的 PDU类型,即七种报文中的哪一种 。
·Request ID域, 指明请求的标识号,是一个整数 。 每个请求
都有惟一的标识号 。
·error status域, 在 GetResponse报文中,用于指明操作失败
的原因或状态 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
·error index域, 在 GetResponse报文中,用于指向引起操作
失败的那个变量 。
·variable binding域, 包含一组变量名 (对象标识符 )和变量
值 。
·non repeaters域, 在 GetBulkRequest报文中,用于指明在变
量组中有多少个变量只要求一个后继 。
·max repetitions域, 在 GetBulkRequest报文中,用于指明变
量组所剩余的变量中,每个变量能要求多少个后继 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
2,SMI协议
与 SNMP v1的 SMI一样,SNMP v2的 SMI协议 （ RFC 1442）
详细定义了 MIB库的组成结构,规定了定义和标识 MIB变量的一
组规则 。 它规定所有 MIB变量必须用 ANS.1来定义,每个 MIB变
量都要用一个对象标识符来标识 。 对象标识符的相互关联,构
成了一个树型的分层结构 。
SNMP v2的 SMI最主要的改进是它提供了用于描述被管对
象的更详细语法和语义,以及对二维数组表中的一行进行增删
的标准方法 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
3,SNMP v2 MIB协议
MIB协议规定了管理信息库的被管对象类型, 存储格式以
及对每个对象所允许的操作等 。 在 SNMP v2标准中,除了兼容
SNMP v1中所定义的所有的数据类型外,还增加了四种数据类型,
UInteger,Counter64,Bit String,NsapAddress。
SNMP v2标准还定义了 SNMP v2管理系统自己使用的三种管
理信息库, SNMP v2 MIB（ RFC 1450）, Manager Manager
MIB（ RFC 1451） 和 Party MIB（ RFC 1447） 。 每个 MIB又由一
些组 （ Group） 构成,一个组是一些对象的集合 。 协议规定, 只有
在实现中包含了一个组中所有的对象,才算是支持了这个组 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
(1) SNMP v2 MIB
SNMP v2 MIB中的对象用于描述与 SNMP v2管理系统有关
的信息,这些信息能够使管理器了解代理上有关 SNMP v2系统活
动和资源情况 。 这个 MIB分为五个组, SNMP v2 statistics组,
SNMP v1 statistics组, 对象资源组, trap组和 set组 。
① SNMP v2 statistics组包括一组计数器,分别记录发送和接
收的 SNMP v2报文的数量,以及因各种原因所造成的错误报文数
量 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
② SNMP v1 statistics组也包括一组计数器,它们在 SNMP v2
系统与 SNMP v1系统通信时才使用 。
③ 对象资源组表示代理上的动态配置资源,被表示成一个
表,每种资源占用表中一项 。
④ trap组由产生 SNMP v2 trap报文的对象组成 。
⑤ set 组 只 有 一 个对 象, snmpSetSerialNo,用于解决
SetRequest操作过程中的冲突问题 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
(2) Manager Manager MIB
这种 MIB可用于支持分布式网络管理 。 高一级的管理器可
以定义一些事件,当这些事件发生时,由低一级的管理器来通知
它 。 这种 MIB可以用来把一个中间的管理器当作监测远程网络
活动的监视器,也可以用来报告中间管理器及其所管辖的各个代
理的活动情况 。 它有两个组, alarm组和 event组 。
alarm组用来定义一些报警用的阈值,每个阈值都与一个被
监测对象有关 。 当一个对象的取值超过它的阈值时,就会触发一
个事件的报告,即向高一级的管理器发送 InformRequest报文 。
alarm组中的每一项都对应着 event组中的一项,这个对应项定义
了在 InformRequest 报文中应该传送哪些信息 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
(3) Party MIB
这个 MIB与网络管理的安全性有关,它分为四个组, party
组, context组, access组和 privilege MIB view组 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
4,SNMP v2的分布式管理结构
SNMP v2可以支持集中式和分布式两种网络管理结构 。
它对分布式网络管理结构的支持主要表现在以下两个方面,
① InformRequest操作原语, 一个管理器用来向另一个管理
器发送 Trap消息,并要求给予响应 。
② Manager Manager MIB,这个 MIB有两个小组, alarm组
和 event组 。 它们主要用来定义一些报警用的阈值,以及超过阈
值时应向中心管理器报告的内容 （ 通过 InformRequest报文 ） 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
图 7.7 基于 SNMP v2的分布式管理结构
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
5,SNMP v2与 SNMP v1
在 SNMP v2标准中,充分考虑了 SNMP v1产品在 SNMP v2环
境中共存的问题 （ RFC 1452）,以保护用户已有的投资 。
解决与 SNMP v1系统共存问题的最简单办法是将 SNMP v1
管理器升级为 SNMP v2管理器,由 SNMP v2管理器同时来管理
SNMP v2代理 和 SNMP v1代理 。
由于 SNMP v2的 SMI协议是 SMI协议的超集,因此 SNMP v2
管理器很容易理解 SNMP v1 代理上的 MIB。 需要解决的关键问
题是 SNMP v2和 SNMP v1报文格式之间的差异 。 SNMP v2标准
提出了两种解决的方法, 委托代理 (Proxy)和双协议管理器
（ Bilingual manager） 。
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7.4.1.3 SNMP v3协议
SNMP v3将统一 SNMP v2*和 SNMP v2u中的概念和技术思
想,并不考虑增加新的功能,而是回到 SNMP v1简单性 （ Simple）
的老路上 。 SNMP v3的目标是,
① 尽量利用现有的成果,尤其是 SNMP v2*和 SNMP v2u;
② 达到 SET安全标准的要求 ;
③ 要尽可能地简单 ;
④ 支持大型网络 ;
⑤ 定义一个可长久使用的框架结构 ;
⑥ 尽量使之标准化。
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7.4.2 基于策略的 QoS管理技术
1,
通常,作为一个策略管理系统应具有如下三种能力,
·允许一个用户定义和修改策略规则的能力 ;
·存储和检索策略规则的能力 ;
·解释和执行策略规则的能力。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
因此,IETF提出了一种策略管理系统框架,它由如下功能元
素组成,
① 策略管理工具, 提供一种图形化或命令 /正本的用户界面,
允许用户定义或修改策略规则,并实时监视规则部署 。
② 策略持久性, 简单而持久地保存策略规则,便于策略规则
的持续存储和检索 。
③ 策略消费者, 它是一种功能组合,主要负责获取和部署策
略规则,并且有选择地将策略规则翻译成一种策略目标可用的
格式 。
④ 策略目标, 它是一种功能元素,其行为受策略规则的控制,
执行由策略规则规定的动作 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
图 7.8 一个基于策略的管理系统框图
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
2,
策略规则是用, if then”形式表示的,“if”表示条件集,与有
关被管对象的属性项相对应,“then”则表示一种动作集 。 例如,在
为流量设置优先级时,可采用如下策略,
if 源 IP地址 = =192.168.34.2 then Priority=5
else if 目的 IP地址 = =192.168.80.12 then Priority=6
else if 目的 IP地址 = =192.168.80.0/255.255.255.248 then
Priority=7
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
3,
由于策略管理系统是以策略库为核心构造的,因此策略规则
必须采用公共的信息模型和数据结构存储在策略库中,以便于策
略规则的定义, 编辑, 检索和获取 。
为了规范策略的信息模型,IETF定义了策略框架核心信息模
型 。 它采用面向对象的信息模型来表示通用的策略信息,并规定
了两种对象类层次, 一是表示策略信息和策略控制的结构化类 ;
二是指示结构化类相互关系实例的关系类 。 这些对象类可以利
用子类进行扩展,以表示特定类型的策略,例如,QoS管理策略或
网络安全策略 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
IETF规定采用标准化的轻型目录访问协议 (LDAP) 来组织
和访问策略库中的策略信息,并定义了从核心信息模型到
LDAP目录方案的映射方法 。 LDAP是 IETF制定的一种基于目
录结构的信息存储和访问机制,为访问和管理较大范围 (如
Internet中 )的网络信息提供一种标准的方法 。 通常,LDAP采用
LDAP服务器来实现 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
图
7.
9 Q
oS
信
息
模
型
定
义
的
对
象
类
及
其
层
次
关
系
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
5,
在一个基于策略的管理系统中,从建立策略到执行策略需要完
成下列操作,
·管理员使用策略编辑器建立新的策略或编辑已有的策略,并建
立该策略与 PT的关系 。 策略与关系以指定的信息模型存储在策略库
中 。
·管理员采用一种主动通知机制通知 PC接收该策略 。
·PC从策略库中检索并获取该策略,根据该策略与 PT的关系来
确定需要实施策略的 PT。 并且检查该策略的有效性,如是否指定了
一个未知的 PT,是否发生策略冲突等 。 对于有效的策略,PC将该策
略映射成该 PT可执行的信息格式,然后将策略信息传送给该 PT。
·PT执行策略规定的动作,并将执行的结果及其状态信息返回给
PC。 由 PC报告给管理员 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
下面是一个基于策略的配置路由器流量优先级的例子 。 在
这个例子中,PC采用策略服务器来实现,PT为一个路由器某端口
的排队优先级,优先级为 0～ 7,7是最高优先级 。 媒体流可采用
下列特征来标识,
·目的 IP地址, 端口号或子网号 ;
·源 IP地址, 端口号或子网号 ;
·IP Precedence值 ;
·区分服务中的 DSCP值。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
假如该路由器支持区分服务,并且媒体流已被分成三类,
DSCP=0为尽力转发, DSCP=1为保证转发, DSCP=2为快速转
发 。 那么在基于策略的管理系统中,管理员可采用如下策略来配
置该路由器端口的排队优先级,
if 源 IP地址 = =192.168.34.2 AND DSCP==0 then Priority=3
else if 源 IP 地址 = =192.168.34.2 AND DSCP==1 then
Priority=5
else if 源 IP地址 = =192.168.34.2 AND DSCP==2 then
Priority=7
该策略采用 QoS信息模型存储在 LDAP服务器中 。 管理员以
适当的方式通知策略服务器去接收和处理该策略 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
图 7.10 基于策略的网络系统构成
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
6,相关研究工作及产品
Cisco 公 司 的 基 于策 略 的网 络 管理 系 统有 QoS Policy
Manager (QPM)和 Cisco Security Manager,其中 QoS管理器和安全
管理器分别是独立的产品,但是共享一个通用的架构 。 QPM采
用图形用户界面,简化了 QoS配置 。 在典型的会话中,用户可以
添加新的路由器,通过策略可以为每个路由器端口选择排队算法,
设置为类型过滤器和转发行为 (设置 IP优先级 )以及安排下载到路
由器的方法 。 相同类型的端口可以按组分类,使策略既可以在单
个端口级上实施,也可以在组级上实施 。 Cisco计划在今后的
QPM版本中增加对 LDAP目录和 COPS的支持 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
Nortel公司的基于策略的网络管理系统称为 Optivity Policy
Services (OPS),OPS采用了 IETF草案中描述的许多概念,包括
策略服务器, COPS和存储策略信息的 LDAP兼容目录 。 在典
型 OPS会话中,用户可以添加路由器和单独的端口,可以使用过
滤器创建传输流模式, 行为,以及与传输流模式, 行为和端
口相关的策略 。 相同类型的端口可以按组分类 。 OPS利用
COPS进行 PDP-PEP通信 。 它还支持包括 Cisco 路由器在内的
其它设备 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
Cabletron公司是最早开发基于策略的网络管理技术的公司,
其 QoS策略管理器称为 Spectrum Policy Aware。 策略信息将保
存在 LDAP兼容的目录中,PDP 与 PEP 之间的通信采用 COPS以及
其它协议 。 PEP也可以使用 LDAP与目录服务器进行通信 。 该公
司的 SmartSwitches支持 802.1p和 ToS/Diff-Serv 等 QoS标准并在每
个端口上支持四个队列和第二层到第四层分类和标记 。 这就意
味着 Cabletron的产品可以在布线室中提供高层的分类和标记技
术,而其它多数厂商的产品则通过升级来实现 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
3Com公司的策略服务器叫做 Transcend Policy Service,该产
品符合 IETF正在开发的标准,其中包括策略架构和采用 COPS。
策略将被保存在 LDAP兼容的目录中,并且通过代理服务器来提
供对传统产品的支持 。 3Com公司通过向其第二层交换机中添
加 802.1p,向第三层路由器添加 ToS /Diff-Serv和 RSVP来开发具
有 QoS功能的网络产品 。 此外,3Com公司的动态访问产品还提
供了在网络接口卡 (只要是 3Com网卡 )上提交报文分组分类和标
记的功能 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
7.5 QoS管理模型和实现机制
1,资源消费者 -
在分布式多媒体环境中,端系统上的可用资源有 CPU,缓冲
区, I/O带宽及网络带宽等,这些资源应当通过一种集成化的 QoS
管理机制实行统一的管理,提供端到端的, 具有协作性, 动态性
和自适应性的 QoS管理功能,而这些 QoS管理特性必须通过适当的
管理模型或框架来描述和实现 。 这里采用一种基于资源消费者 -
提供者协作管理模型的 QoS管理机制对系统可用资源进行管理,
其基本原理是,
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
·一个应用 （ 资源消费者 ） 在初始启动时,首先以适当的方
式提出 QoS请求 ;
·系统 （ 资源提供者 ） 根据其可用资源容量计算和分配应用
所需的资源 ;
·在该应用运行时,提供者和消费者将协作管理和动态监测
该应用的资源需求和实际的 QoS;
·当系统负载发生变化而导致 QoS改变时,提供者和消费者
需要重新协商,使之在可用资源约束内自适应于该应用的 QoS需
求 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
图 7.11 端系统集成 QoS管理体系结构
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
图 7.12 网络带宽管理结构
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
2,QoS
(1) QoS
表 7.5 QoS参数例
Name Type Value
CurrentFrameRate
FrameRateRange
Cost
Priority
IntegerValue
IntegerRange
IntegerRange
OrderedSet
30
［ 1...30］
100(150)200］
Low,medium,high
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
(2) QoS
QoS管理器将应用程序的 QoS请求映射成网络 QoS级,每个网
络 QoS级可用下列参数描述, 网络吞吐量, 延迟, 延迟抖动以及
数据丢失率等 。 通过这种映射隐藏了与网络资源提供者进行协
商的细节,使应用程序能以一种易于理解的方式进行 QoS参数的
定义和协商 。 为了支持这种映射机制,QoS管理器必须能够测算
出当前网络资源使用状况,以验证网络当前 QoS是否能满足用户
所请求的 QoS。 如果不能满足,则 QoS管理器需要与应用程序进
行重新协商,使之在可用网络资源约束内确保其可预测的服务 。
QoS管理器对网络状态的测算是通过调用通信控制器的初始化功
能实现的,该功能调用将返回所测量的网络当前 QoS参数 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
(3) QoS
在数据传输过程中,网络负载和可用资源是不断变化的,这
必然引起 QoS的波动 。 为了自适应网络这种动态特性,QoS管理
器将周期地轮询通信控制器来检测当前网络 QoS状态,并根据该
状态对网络性能参数进行动态调节,以保证应用所需的 QoS。 例
如,可通过改变发送端的数据速率 （ 或称带宽 ） 来满足对数据丢
失率的要求 。
在 QoS管理器上,采用一种动态调节算法对网络带宽进行自
适应控制和管理 。 在本算法中,使用分组丢失率 λ作为网络状态
指示器,这里设置了两个丢失率阈值 λu和 λc,并以此来判定网络状
态 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
·若 0≤λ≤λu,则表示网络处于轻载状态 ;
·若 λu<λ≤λc,则表示网络处于载荷状态 ;
·若 λc<λ≤100,则表示网络处于过载状态 。
根据经验,λu 和 λc取值为 2%和 4%。 同时定义了三种带宽控
制操作, 增加, 保持和减少,并根据当前网络状态,执行如下的带
宽调节控制,
① 如果表示网络处于过载状态,则执行减少操作,即
ba←max{b r*μ,bmin};
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
② 如果表示网络处于轻载状态,则执行增加操作,即
ba←min{ br+υ,bmax};
③ 如果表示网络处于载荷状态,则执行保持操作,
ba不变 。
其中,br为检测到的网络带宽,ba为所允许的带宽,bmin和 bmax
分别为用户可接受的最小带宽和最大带宽,且 ba,br∈ ［ bmin,
bmax］,μ和 υ分别为减算子和加算子 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
3,通信控制器
通信控制器可以利用 RTP协议来构造 。 通信控制器通过一
种标准的接口与 QoS管理器交互 。 在该接口中定义了三种操作,
① 初始化 。 QoS管理器向通信控制器发出该命令,通信控
制器执行初始化过程,并返回当前网络 QoS状况 。
② QoS检测 。 QoS管理器向通信控制器发出该命令,通信控
制器通过 RTCP检测当前网络 QoS状况,并返回给 QoS管理器 。
③ 带宽控制 。 QoS管理器向通信控制器发出该命令,通信
控制器按该命令给出的带宽参数增加, 降低或保持数据发送速
率,对传送带宽实施动态控制 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
7.1 引言
7.2 QoS参数体系结构
7.3 QoS管理机制
7.4 QoS管理协议
7.5 QoS管理模型和实现机制
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
7.1 引 言
服务质量 （ Quality of Service,QoS） 是一种抽象概念,用于说
明网络服务的, 良好, 程度 。 由于不同的应用对网络性能的要求
不同,对网络所提供的服务质量期望值也不同 。 这种期望值可以
用一种统一的 QoS概念来描述 。 在不同应用系统中,QoS参数集的
定义方法可能是不同的,经常使用吞吐量, 差错率, 端到端延迟,
延迟抖动等网络性能参数来定义 QoS。 对连续媒体传输来说,端
到端延迟和延迟抖动是两个关键的性能参数 。 多媒体应用,特别
是交互式多媒体应用对延迟有严格的限制,不能超过人所能容忍
的极限,否则将会严重地影响服务质量 。 同样,延迟抖动也必须维
持在严格的界限内,否则将会严重地影响人对语音和图像信息的
识别 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
7.2 QoS参数体系结构
图 7.1 QoS参数体系结构
应用层 Q
O
S
传输层
网络层
数据链路层
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
1,应用层
表 7.1 一个视频 QoS分级的例子
QoS级 视频帧传输速率 /(帧 /秒 ) 分辨率 /% 主观评价 损害程度
5 25～ 30 65～ 100 很好 细微
4 15～ 24 50～ 64 好 可察觉
3 6～ 14 35～ 49 一般 可忍受
2 3～ 5 20～ 34 较差 很难忍受
1 1～ 2 1～ 9 差 不可忍受
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
2,
传输层协议主要提供端到端的, 面向连接的数据传输服务 。
通常,这种面向连接的服务能够保证数据传输的正确性和顺序性,
但以较大的网络带宽和延迟开销为代价 。 传输层 QoS必须由支
持 QoS的传输层协议提供可选择和定义的 QoS参数 。 传输层 QoS
参数主要有, 吞吐量, 端到端延迟, 端到端延迟抖动, 分组差错
率和传输优先级等 。
国际标准化组织 (ISO)在 1986年颁布的 ISO/OSI 8072标准中
明确地定义了传输层 QoS参数,
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
·建立连接延迟, 用户发出连接请求到接收到连接确认之间
的时间间隔 。
·建立连接失败率, 在最大建立连接延迟内不能建立连接的
可能性 。
·吞吐量, 每秒接收的用户数据字节数 。
·传输延迟, 发送方发出数据到接收方接收到该数据所经历
的时间间隔 。
·固有差错率, 在取样时间段内丢失和出错的信息数占总信
息数的比率 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
·传输失败率, 在数据传输阶段因各种原因所造成失败的信
息占总信息数的比率 。
·释放连接延迟, 一方发出释放请求到对方执行释放之间的
时间间隔 。
·保护, 用于说明建立安全连接需求的参数,如没有窃听或修
改 。
·优先级, 规定在该连接上传输的优先级 。
·弹性, 用于说明传输层自动终结的可能性。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
3,
网络层协议主要提供路由选择和数据报转发服务 。 通常,
这种服务是无连接的,通过中间点 （ 路由器 ） 的, 存储 -转发,
机制来实现 。 在数据报转发过程中,路由器将会产生延迟 （ 如
排队等待转发 ）, 延迟抖动 （ 选择不同的路由 ）, 分组丢失及
差错等 。 网络层 QoS同样也要由支持 QoS的网络层协议提供可
选择和定义的 QoS参数,如吞吐量, 延迟, 延迟抖动, 分组丢失
率和差错率等 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
网络层协议主要是 IP协议,其中 IP v6可以通过报头中优先
级和流标识字段支持 QoS。 一些连接型网络层协议,如 RSVP和
STⅡ 等可以较好地支持 QoS,其 QoS参数通过保证服务 (GS)和被
控负载服务 (CLS)两个 QoS类来定义 。 它们都要求路由器也必须
具有相应的支持能力,为所承诺的 QoS保留资源 （ 如带宽, 缓
冲区等 ） 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
4,
数据链路层协议主要实现对物理介质的访问控制功能,也就
是解决如何利用介质传输数据问题,与网络类型密切相关,并不
是所有网络都支持 QoS,即使支持 QoS的网络其支持程度也不尽
相同 。 各种 Ethernet都不支持 QoS。 Token Ring,FDDI和
100VG-AnyLAN等是通过介质访问优先级定义 QoS参数的 。
ATM网络能够较充分地支持 QoS,它是一种面向连接的网络,在建
立虚连接时可以使用一组 QoS参数来定义 QoS。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
国际电信联合会 (ITU)制定了有关 ATM网络 QoS参数,它允许
用户指定如下的参数,
·峰值信元速率 (PCR),用户发送信元的最大瞬间速率 。
·长期承受信元速率 (SCR),经过一个长时期测量到的平均信
元速率 。
·信元丢失率 (CLR),在信元传输过程中丢失的信元所占的百
分比 。
·信元传输延迟 (CTD),一个信元从进入网络到离去所经历的
延迟 。
·信元延迟变化范围 (CDV),CTD的变化范围 。
·突发容许 (BT),允许以 PCR发出的最大突发长度 。
·最小信元速率 (MCR),用户期望至少要达到的最小信元速率。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
7.3 QoS管理机制
QoS管理机制应当提供如下 QoS管理特性,
① QoS管理应是可配置的。
② QoS管理应是可协商的。
③ QoS管理应是动态的。
④ QoS管理应是端到端的。
⑤ QoS管理应是层次化的。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
7.3.1 QoS
(1) 确定型 （ Deterministic） QoS
在数据传输过程中,网络提供, 硬, 的 QoS保证,即对所承
诺的 QoS必须严格保证,否则可能会造成严重的后果 。 这类服务
一般用于硬实时应用,如在远程医疗系统中,X光照片数据必须
采用实时无差错的传输 。 Internet综合服务中的保证服务 （ GS）
和区分服务中的快速转发均属于这一类 QoS。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
(2) 统计型 （ Statistical） QoS
在数据传输过程中,网络提供, 软, 的 QoS保证,即对所承诺
的 QoS允许一定范围的波动,并且不会造成不良的后果 。 这类服务
一般用于软实时应用,如远程多媒体点播 （ VOD） 系统 。 Internet
综合服务中的被控负载服务 （ CLS） 和区分服务中的保证转发均
属于这一类 QoS。
(3) 尽力型 （ Best Effort） QoS
尽力型 QoS也称最佳效果传输,网络不提供任何 QoS保证,网
络性能将随着负载的增加而明显下降 。 由于受到带宽的限制,现
有 Internet上的分布式多媒体应用大多提供这类服务 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
7.3.2 802.1p
图 7.2 802.1p/Q
(a) 802.1Q Tagged Frame; (b) 基于 802.1p优先级的数据流处理
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
表 7.2 802.1p的优先级标记值及对应的流量类型
标记值 流 量 类 型
1 Background
2 Standard (Spare)
0 Best Effort
3 Excellent Effort (Business Critical)
4 Controlled Load (Streaming Multimedia)
5 Video (Interactive media),less than 100 ms latency and jitter
6 Voice (Interactive voice),less than 10 ms latency and jitter
7 Network Control (Reserved Traffic)
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
7.3.3 DiffServ
IETF提出了两种 QoS保证机制,一是由 RSVP提供的保证型服
务 ; 二是在区分服务 (Diff-Serv,DS)中定义的区分型服务 。 由于保
证型服务具有面向连接的特性,并通过 QoS协商, 接纳控制, 保
留带宽和实时调度等机制来实现 。 区分型服务具有无连接的特
性,主要通过缓冲管理和优先级调度机制来实现,而无需进行 QoS
协商和保留带宽等控制 。 随着网络规模的增长,保证型服务的复
杂性将会迅速增加,并难以扩展 。 由于 IP网络的发展仍然是基于
无连接的,区分型服务与之相适应,更适合在大型 IP网络 (如
Internet)中应用 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
IETF的 DiffServ工作组在 RFC 2474和 RFC 2475中发布了区
分服务标准草案 。 其中,RFC 2474定义了 IP v4和 IP v6报头中的
区分服务 (DS)字段及其支持机制 ; RFC 2475定义了区分服务体系
结构 ; RFC（ Request For Comments） 是 Internet研究和开发机构
所发布的有关网络协议及标准的注释性公文系列 。
区分服务规定了一个网络内部转发报文分组的传输特性,这
些特性可以用定量或静态项来指定,如吞吐量, 丢失率, 延时及
延时抖动等 ; 也可以用访问网络资源的相对优先级项来指定 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
实现一种区分服务的要素是,
·该服务是提供给一个流量聚集的 ;
·调节功能和 PHB用于实现服务 ;
·DS字段用于标记报文分组,以选择一个 PHB;
·特定节点实现 PHB机制。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
1,DS
RFC 2474定义了 IP报头中的 DS字段, 在 IP v4报头中,重定
义了服务类型 (TOS)字段 ; 在 IP v6报头中,重定义了流量级别 (TC)
字段 。 并且还规定了各个网络节点上转发报文分组的命令集,
或称为逐跳行为 (PHB)。 在 8位的 DS字段中,定义了如下的结构
和内容,
DS CodePoint CU
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
其中,DS CodePoint(DSCP)占 6位,用于指定该报文分组在各
个节点上的 PHB; CU(Currently Unused)占 2位,为系统保留,支持
DS的节点将忽略 CU值 。 由于 DSCP字段采用无结构字段定义的,
便于将来 PHB的定义和扩展 。 DSCP字段的基本特性如下,
·从 DSCP到 PHB的映射是可配置的,每个支持 DS的节点都要
实现这种可配置的映射 ;
·PHB规范空间必须包含一个推荐的缺省 DSCP,且是惟一的,
在节点所实现的缺省配置中应支持缺省 DSCP到 PHB的映射 ;
·如果一个报文分组使用了不可识别的 DSCP值,则节点应当原
样转发该报文分组,无需改变 DSCP值,并且不会引起节点故障 ;
·DSCP字段必须与当前惯有方法保持向后兼容。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
2,PHB
一个 PHB是一个节点为一个特定的 DS行为集而采取的转发
行为 (如吞吐量, 丢失率, 延迟及抖动等 ),一个 DS行为集占用一
个连接,其转发行为将取决于该连接上的负荷 。 当多个 DS行为集
竞争一个节点上的缓冲区和带宽资源时,该节点将根据不同的
PHB来分配网络资源 。 区分服务采用基于逐跳 (hop by hop)的
资源分配机制 。
PHB可以用下列项目定义, 相对资源 (如缓冲区和带宽 )优先
级,或者相对流量特性 (如延迟, 丢失率 )。 遵守共同约束 (例如分
组调度和缓冲区管理策略 )的 PHB可以组成一个 PHB组,组内的
PHB之间的关系可以使用绝对或相对优先级,例如采用固定或随
机阈值的丢弃优先级,但不是必须的 。 单独定义的单一 PHB是一
个 PHB组的特例 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
例如,一个简单的 PHB可定义如下, 在一个连接上,保证为一
个行为集分配 x%的最小带宽 。 这个 PHB可以在任何流量调节下
进行简单而公平的测量 。 一个复杂的 PHB可定义如下, 在一个连
接上,保证为一个行为集分配 x%的最小带宽,并且按比例公平地
共享多余的连接容量 。
各个节点可利用某种分组调度和缓冲区管理机制来实现
PHB。 PHB是根据有关服务供应策略的行为特征定义的,而并非
特定的实现机制 。 各种实现机制一般适合实现一个特定的 PHB
组,并且在一个节点上可以实现多个 PHB组 。
在一个节点上,通过对所接收报文分组的 DSCP的映射来选择
PHB。 标准化的 PHB应具有一个推荐的 DSCP,它们之间存在着一
一对应的映射关系 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
目前,IETF已定义了三个标准的 PHB,
(1)
(2) 保证转发
(3)
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
3,DS域模型
图 7.3 区分服务工作模型
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
4,流量分类
流量分类是实现区分服务的首要条件,其基本原理是根据 IP
报头中某些字段的内容来选择和标记分组流中的报文分组 。 流
量分类可以采用两种分类器来实现, 一是 BA(Behavior Aggregate)
分类器,它仅基于 DSCP字段对报文分组进行分类 ; 二是
MF(Multi Field)分类器,它基于一个或多个字段的组合值 (如源地
址, 目的地址, DS,协议号以及源和目的端口号等 )对报文分
组进行分类 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
5,流量调节
图 7.4 分组分类器和流量调节器框图
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
6,分类器和流量调节器的位置
(1)
源域是指包含产生流量节点的域 。 一个源域内部的流量源节
点和中间节点可以执行流量分类, 标记和调节功能,从源域到一
个边界的流量可以直接由流量源节点来标记,也可以在离开源域
之前由中间节点来标记,这就是初始标记或预标记 。
例如,一个企业网络的 HPR主机所输出的报文分组应具有较
高的优先级 。 可以采用两种方法来标记 HPR分组, 一是由 HPR主
机 (流量源节点 )用 DSCP=“高优先级, 来标记所有输出分组的 DS
字段 ; 二是由 HPR主机所直接连接的第 1跳路由器 (中间节点 )用适
当的 DSCP来为所有的 HPR分组 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
(2) 在 DS
在一个上游域的 DS出口节点或下游域的 DS入口节点上可
以对流量进行分类, 标记和调节 。 在 DS入口节点上,如果输入
的流量不符合 TCA,则要按本地策略强制执行 TCA。 如果一个
DS入口节点所连接的上游域是一个不支持 DS的域,则该节点必
须对输入的流量执行流量调节功能 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
(3) 在不支持 DS
在一个不支持 DS的域中,流量源节点或中间节点可以在流
量到达下游 DS域入口之前对流量进行预标记 。 在这种情况下,
可以掩盖本地的分类和标记策略 。
由此可见,区分服务基于一种简单的域模型,在网络边界上,
对输入网络的流量进行分类和调节,并指派给不同的行为集,而
每个行为集则由一个单一的 DSCP来标识 ; 在网络核心,将根据
DSCP字段定义的 PHB来转发分组 。 这样就使得网络具有对不同
报文分组流提供有区别服务的能力,而且便于功能的扩展,并降
低了实现的复杂度 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
7.4 QoS 管 理 协 议
7.4.1 SNMP管理技术
SNMP管理的基本原理是,通过两个管理实体,即管理器 （ Manager）
和代理 （ Agent） 之间的相互合作,以分布方式执行网络管理活动 。
管理器负责管理网络中各种资源和设备,并采用轮询 （ Polling） 方式
向远程的一个或多个代理发布管理命令,以获取信息或实施控制 。
代理驻留在网络设备上,负责设备的实际管理,响应和执行管理器的
管理命令,并返回应答信息 。 各种网络资源被抽象成被管对象,通过
管理信息库 (MIB)变量定义成标准的信息格式,以便于存储, 交换和
访问 。 每个网络设备上的 MIB由其代理负责维护 。 SNMP标准主要
由三部分组成, 网络管理协议 （ Simple Network Management Protocol,
SNMP）,管理信息结构 （ Structure of Management Information,SMI）
和管理信息库 （ Management Information Base,MIB） 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理 7.4.1.1 SNMP
1,SNMP协议
图
7.
5 S
NM
P
体
系
结
构
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
在 SNMP中,管理器和代理之间的通信采用了如下的报文格式,
version community data(PDU)
·version域,表示 SNMP的版本,在 SNMP v1中为 version-1(0);
·community域, 主要是为增加系统安全性而设置的,代理可
以要求管理器在发送请求
报文时填写该域,以验证管理器是否有权访问它的 MIB。
·data域, 用于存放实际要传送的报文。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
在 SNMP报文中,定义了五种网络管理操作原语,
① GetRequest,管理器使用该操作向代理请求取回某些变量值,如管理器
请求取回某个路由器的某端口状态 。 它要求代理响应具体的变量值 。
② GetNextRequest,管理器使用该操作向代理请求取回某变量的下一个变
量值,它要求代理给予响应 。 管理器使用该操作可遍历一个网络设备 MIB库
中某个对象的一系列参数 。
③ GetResponse,代理使用该操作向管理器发送响应,回送相应的变量值 。
④ SetRequest,管理器使用该操作向代理请求设置某些变量值,如管理器
请求将某个路由器的某端口状态,由, Enable”设置成, Disable”。 它要求代
理设置本地 MIB中相应的变量值 。
⑤ Trap,代理使用该操作向管理器报告某一异常事件的发生,如连接的接
通或断开以及各种报警状态等 。 这是由代理主动向管理器发出的报文 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
对应上述的五种操作,有五种报文类型,且使用了两种协议
数据单元 (PDU)格式,
① GetRequest,GetNextRequest,SetRequest和 GetResponse
的 PDU格式都是相同的,即,
PDU type Request ID error status error index variable binding
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
其中,
·PDU type域, 指明报文的 PDU类型,即五种报文中的哪一种 。
·Request ID域, 指明请求的标识号,它是一个整数 。 每个请
求都有惟一的标识号 。
·error status域, 在 GetResponse报文中,用于指明操作失败的
原因或状态 。
·error index域, 在 GetResponse报文中,用于指向引起操作失
败的那个变量 。
·variable binding域, 包含一组变量名（对象标识符）和变量
值,其结构如下,
name 1 value 1 name 2 value 2 … name n value n
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
② Trap的 PDU格式如下,
Enterprise Agent address Generic trap type Specific trap code Time stamp variable-binding
其中,
·Enterprise域, 当 Trap报文为特定的 Trap报文类型时,则要指明
定义该特定 Trap报文类型的企业或厂家名 。
·Agent address域, 指明发送该 Trap报文的 Agent的 IP地址 。
·Generic trap type域, 指明通用 Trap报文类型,参见表 7.3。
·Specific trap code域, 指明特定 Trap报文类型代码,由厂家定义 。
·Time stamp域, 用于作时间标记 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
表 7.3 通用 Trap报文类型
通用 Trap报文类型 报 文 产 生 说 明
冷启动 Trap报文的 Agent重新初始化,其配置信息和 Trap机制改变
热启动 Trap报文的 Agent重新初始化,其配置信息和 Trap机制不改变
链路中止 Trap报文的 Agent发现配置中存在通信链路中止的错误
链路启动 Trap报文的 Agent发现配置中存在通信链路重新连通
访问权限失效 Trap报文的 Agent接收到某个超越权限的报文
EGP对象中止 Trap报文的 Agent发现和 EGP（外部网关协议）对象的连接中断
企业特定 Trap报文的 Agent发现已满足企业特定的条件
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
SNMP报文使用 ISO的 ASN.1（ Abstract Syntax Notation
One） 相关的 BER（ Basic Encoding Rules） 规则来编码,形成
其报文,并通过 TCP/IP协议集中的 UDP协议实现其报文传送 。
ANS.1是一种用于描述结构化实体的结构和内容的语言,提供了
描述抽象文法结构和内容的表示方法 。 ANS.1标准定义了一种
称为基本编码规则 BER的传送文法,用于描述传送过程中的报
文内容 。 SNMP报文的传送格式必须符合 BER规范 。 下面是
SNMP报文格式的 ASN.1表示法,
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
SNMP DEFINITIONS::=BEGIN
Message::=
SEQUENCE {
version --- version 1 for this RFC
INTEGER {
version 1 (0)
},
community --- community name
OCTET STRING,
data --- e.g.,PUDs if trivial
ANY --- authentication is being used
}
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
PUDs::=
CHOICE {
get-request
GetRequest-PUD,
get-next-request
GetNextRequest-PUD,
get-response
GetResponse-PUD,
set-request
SetRequest-PUD,
trap
Trap-PUD
}
END
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
2,SMI协议
图 7.6 对象标识符的分层结构及 MIB-Ⅱ 中的对象分类
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
3,MIB
表 7.4 MIB-Ⅱ
类 型 对象标识符 包 含 的 信 息
system mib-Ⅱ 1
主机或网关操作系统,如, 系统名称,系统最后启动时间,
系统的物理位置等
interfaces mib-Ⅱ 2 各种网络接口,如, 子网的接口数目,接口值表等
at mib-Ⅱ 3 地址解释,如, IP地址与物理地址对应表等
Ip mib-Ⅱ 4
IP协议软件,如, 作为主机还是网关的标记,缺省的生存时间,
IP的通信统计,IP的路径表等
Icmp mib-Ⅱ 5
ICMP协议软件,如, 接收到的 ICMP消息数,发送的 ICMP消
息数,特定类型的消息数等
tcp mib-Ⅱ 6
TCP协议软件,如, TCP连接数最大值,接收的和发送的数据
报数,有关连接信息 (如 IP地址,端口 )等
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
类 型 对象标识符 包 含 的 信 息
Udp mib-Ⅱ 7 UDP协议软件,如, 接收到的正确的 UDP报文数目, 发送的 UDP报文数, 接收 UDP报文的 IP地址, 端口等
Egp mib-Ⅱ 8 EGP协议软件,如, 接收到的正确的 EGP消息数目, 本地产生的 EGP消息数, 相邻的 EGP信息表等
Cmot mib-Ⅱ 9 CMOT协议软件
Transmission mib-Ⅱ 10 传输介质,目前尚处于实验阶段
snmp mib-Ⅱ 11 SNMP协议软件,如, 发送给本地 SNMP的消息数, 接收到的各类消息数, 对各种错误的统计等
表 7.4 MIB-Ⅱ
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
MIB库中的每个变量都符合 ANS.1语法规则 。 在 MIB库中,
每个被管对象或 MIB变量将用五种特性来描述,它们是,
·对象描述符, 表示被管对象的名字 。
·语法, 表示对应被管对象的抽象数据结构,如整数, 八位
位组串等 。
·访问权限, 用 read only,read write,write only,not
accessible类型之一来描述,表示对该对象的访问权限 。
·状态, 用 mandatory,optional,obsolete类型之一来描述,表示
该对象的当前状态 。
·描述：对象类型的文本描述和说明。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
7.4.1.2 SNMP v2
1,SNMP v2
SNMP v2协议规定了管理器和代理之间及管理器和管理器之
间的通信方式, SNMP报文的格式与含义以及每种报文的处理方
式等 。 SNMP v2定义了七种网络管理的操作原语,除了支持 SNMP
v1的五种基本操作原语外,还新增加了两种操作原语,
① GetBulkRequest,管理器使用该操作向代理请求取回某变量
下面几个变量值,它要求代理对这些变量值给予响应 。 在一次报文
交换中,管理器可使用该操作检索大块数据,以减少网络通信开销,
提高效率 。 它克服了 SNMP v1中不能对大数据块进行有效查询的
弱点,一次可将一个对象的所有变量值全部读出,也可以进行一些表
格操作 。 这大大方便了管理器对信息的检索,并有助于简化高层管
理程序 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
② InformRequest,一个管理器使用该操作向另一个管理器发
送一个 Trap消息,并请求给予回应 。 接收方将使用 GetResponse报
文进行回应 。 这个操作原语的引入,使得 SNMP v2 能支持管理
器 -管理器的分布式网络管理 。
在 SNMP v2中,在什么条件下发送 Trap报文,何时发送
InformRequest报文都是可设定的 。
在 SNMP v2中,GetRequest操作不再具有原子特性,即当一个
SNMP报文中包括了对多个变量的操作时,如果代理在 MIB库中
没有找到某个变量,则可以用一个错误代码作为该变量的应答 。
这样,SNMP v2便允许对部分请求进行应答,这也是对 SNMP v1的
一大改进 。 但 SetRequest操作仍具有原子特性 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
SNMP v2的报文格式与 SNMP v1基本相同,只是为新的
GetBulkRequest操作增加了一种 PDU格式,即,
RDU-type Request-ID Non-repeaters Max-repetitions Variable-binding
其中,
·PDU type域, 指明报文的 PDU类型,即七种报文中的哪一种 。
·Request ID域, 指明请求的标识号,是一个整数 。 每个请求
都有惟一的标识号 。
·error status域, 在 GetResponse报文中,用于指明操作失败
的原因或状态 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
·error index域, 在 GetResponse报文中,用于指向引起操作
失败的那个变量 。
·variable binding域, 包含一组变量名 (对象标识符 )和变量
值 。
·non repeaters域, 在 GetBulkRequest报文中,用于指明在变
量组中有多少个变量只要求一个后继 。
·max repetitions域, 在 GetBulkRequest报文中,用于指明变
量组所剩余的变量中,每个变量能要求多少个后继 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
2,SMI协议
与 SNMP v1的 SMI一样,SNMP v2的 SMI协议 （ RFC 1442）
详细定义了 MIB库的组成结构,规定了定义和标识 MIB变量的一
组规则 。 它规定所有 MIB变量必须用 ANS.1来定义,每个 MIB变
量都要用一个对象标识符来标识 。 对象标识符的相互关联,构
成了一个树型的分层结构 。
SNMP v2的 SMI最主要的改进是它提供了用于描述被管对
象的更详细语法和语义,以及对二维数组表中的一行进行增删
的标准方法 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
3,SNMP v2 MIB协议
MIB协议规定了管理信息库的被管对象类型, 存储格式以
及对每个对象所允许的操作等 。 在 SNMP v2标准中,除了兼容
SNMP v1中所定义的所有的数据类型外,还增加了四种数据类型,
UInteger,Counter64,Bit String,NsapAddress。
SNMP v2标准还定义了 SNMP v2管理系统自己使用的三种管
理信息库, SNMP v2 MIB（ RFC 1450）, Manager Manager
MIB（ RFC 1451） 和 Party MIB（ RFC 1447） 。 每个 MIB又由一
些组 （ Group） 构成,一个组是一些对象的集合 。 协议规定, 只有
在实现中包含了一个组中所有的对象,才算是支持了这个组 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
(1) SNMP v2 MIB
SNMP v2 MIB中的对象用于描述与 SNMP v2管理系统有关
的信息,这些信息能够使管理器了解代理上有关 SNMP v2系统活
动和资源情况 。 这个 MIB分为五个组, SNMP v2 statistics组,
SNMP v1 statistics组, 对象资源组, trap组和 set组 。
① SNMP v2 statistics组包括一组计数器,分别记录发送和接
收的 SNMP v2报文的数量,以及因各种原因所造成的错误报文数
量 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
② SNMP v1 statistics组也包括一组计数器,它们在 SNMP v2
系统与 SNMP v1系统通信时才使用 。
③ 对象资源组表示代理上的动态配置资源,被表示成一个
表,每种资源占用表中一项 。
④ trap组由产生 SNMP v2 trap报文的对象组成 。
⑤ set 组 只 有 一 个对 象, snmpSetSerialNo,用于解决
SetRequest操作过程中的冲突问题 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
(2) Manager Manager MIB
这种 MIB可用于支持分布式网络管理 。 高一级的管理器可
以定义一些事件,当这些事件发生时,由低一级的管理器来通知
它 。 这种 MIB可以用来把一个中间的管理器当作监测远程网络
活动的监视器,也可以用来报告中间管理器及其所管辖的各个代
理的活动情况 。 它有两个组, alarm组和 event组 。
alarm组用来定义一些报警用的阈值,每个阈值都与一个被
监测对象有关 。 当一个对象的取值超过它的阈值时,就会触发一
个事件的报告,即向高一级的管理器发送 InformRequest报文 。
alarm组中的每一项都对应着 event组中的一项,这个对应项定义
了在 InformRequest 报文中应该传送哪些信息 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
(3) Party MIB
这个 MIB与网络管理的安全性有关,它分为四个组, party
组, context组, access组和 privilege MIB view组 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
4,SNMP v2的分布式管理结构
SNMP v2可以支持集中式和分布式两种网络管理结构 。
它对分布式网络管理结构的支持主要表现在以下两个方面,
① InformRequest操作原语, 一个管理器用来向另一个管理
器发送 Trap消息,并要求给予响应 。
② Manager Manager MIB,这个 MIB有两个小组, alarm组
和 event组 。 它们主要用来定义一些报警用的阈值,以及超过阈
值时应向中心管理器报告的内容 （ 通过 InformRequest报文 ） 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
图 7.7 基于 SNMP v2的分布式管理结构
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
5,SNMP v2与 SNMP v1
在 SNMP v2标准中,充分考虑了 SNMP v1产品在 SNMP v2环
境中共存的问题 （ RFC 1452）,以保护用户已有的投资 。
解决与 SNMP v1系统共存问题的最简单办法是将 SNMP v1
管理器升级为 SNMP v2管理器,由 SNMP v2管理器同时来管理
SNMP v2代理 和 SNMP v1代理 。
由于 SNMP v2的 SMI协议是 SMI协议的超集,因此 SNMP v2
管理器很容易理解 SNMP v1 代理上的 MIB。 需要解决的关键问
题是 SNMP v2和 SNMP v1报文格式之间的差异 。 SNMP v2标准
提出了两种解决的方法, 委托代理 (Proxy)和双协议管理器
（ Bilingual manager） 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
7.4.1.3 SNMP v3协议
SNMP v3将统一 SNMP v2*和 SNMP v2u中的概念和技术思
想,并不考虑增加新的功能,而是回到 SNMP v1简单性 （ Simple）
的老路上 。 SNMP v3的目标是,
① 尽量利用现有的成果,尤其是 SNMP v2*和 SNMP v2u;
② 达到 SET安全标准的要求 ;
③ 要尽可能地简单 ;
④ 支持大型网络 ;
⑤ 定义一个可长久使用的框架结构 ;
⑥ 尽量使之标准化。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
7.4.2 基于策略的 QoS管理技术
1,
通常,作为一个策略管理系统应具有如下三种能力,
·允许一个用户定义和修改策略规则的能力 ;
·存储和检索策略规则的能力 ;
·解释和执行策略规则的能力。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
因此,IETF提出了一种策略管理系统框架,它由如下功能元
素组成,
① 策略管理工具, 提供一种图形化或命令 /正本的用户界面,
允许用户定义或修改策略规则,并实时监视规则部署 。
② 策略持久性, 简单而持久地保存策略规则,便于策略规则
的持续存储和检索 。
③ 策略消费者, 它是一种功能组合,主要负责获取和部署策
略规则,并且有选择地将策略规则翻译成一种策略目标可用的
格式 。
④ 策略目标, 它是一种功能元素,其行为受策略规则的控制,
执行由策略规则规定的动作 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
图 7.8 一个基于策略的管理系统框图
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
2,
策略规则是用, if then”形式表示的,“if”表示条件集,与有
关被管对象的属性项相对应,“then”则表示一种动作集 。 例如,在
为流量设置优先级时,可采用如下策略,
if 源 IP地址 = =192.168.34.2 then Priority=5
else if 目的 IP地址 = =192.168.80.12 then Priority=6
else if 目的 IP地址 = =192.168.80.0/255.255.255.248 then
Priority=7
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
3,
由于策略管理系统是以策略库为核心构造的,因此策略规则
必须采用公共的信息模型和数据结构存储在策略库中,以便于策
略规则的定义, 编辑, 检索和获取 。
为了规范策略的信息模型,IETF定义了策略框架核心信息模
型 。 它采用面向对象的信息模型来表示通用的策略信息,并规定
了两种对象类层次, 一是表示策略信息和策略控制的结构化类 ;
二是指示结构化类相互关系实例的关系类 。 这些对象类可以利
用子类进行扩展,以表示特定类型的策略,例如,QoS管理策略或
网络安全策略 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
IETF规定采用标准化的轻型目录访问协议 (LDAP) 来组织
和访问策略库中的策略信息,并定义了从核心信息模型到
LDAP目录方案的映射方法 。 LDAP是 IETF制定的一种基于目
录结构的信息存储和访问机制,为访问和管理较大范围 (如
Internet中 )的网络信息提供一种标准的方法 。 通常,LDAP采用
LDAP服务器来实现 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
图
7.
9 Q
oS
信
息
模
型
定
义
的
对
象
类
及
其
层
次
关
系
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
5,
在一个基于策略的管理系统中,从建立策略到执行策略需要完
成下列操作,
·管理员使用策略编辑器建立新的策略或编辑已有的策略,并建
立该策略与 PT的关系 。 策略与关系以指定的信息模型存储在策略库
中 。
·管理员采用一种主动通知机制通知 PC接收该策略 。
·PC从策略库中检索并获取该策略,根据该策略与 PT的关系来
确定需要实施策略的 PT。 并且检查该策略的有效性,如是否指定了
一个未知的 PT,是否发生策略冲突等 。 对于有效的策略,PC将该策
略映射成该 PT可执行的信息格式,然后将策略信息传送给该 PT。
·PT执行策略规定的动作,并将执行的结果及其状态信息返回给
PC。 由 PC报告给管理员 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
下面是一个基于策略的配置路由器流量优先级的例子 。 在
这个例子中,PC采用策略服务器来实现,PT为一个路由器某端口
的排队优先级,优先级为 0～ 7,7是最高优先级 。 媒体流可采用
下列特征来标识,
·目的 IP地址, 端口号或子网号 ;
·源 IP地址, 端口号或子网号 ;
·IP Precedence值 ;
·区分服务中的 DSCP值。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
假如该路由器支持区分服务,并且媒体流已被分成三类,
DSCP=0为尽力转发, DSCP=1为保证转发, DSCP=2为快速转
发 。 那么在基于策略的管理系统中,管理员可采用如下策略来配
置该路由器端口的排队优先级,
if 源 IP地址 = =192.168.34.2 AND DSCP==0 then Priority=3
else if 源 IP 地址 = =192.168.34.2 AND DSCP==1 then
Priority=5
else if 源 IP地址 = =192.168.34.2 AND DSCP==2 then
Priority=7
该策略采用 QoS信息模型存储在 LDAP服务器中 。 管理员以
适当的方式通知策略服务器去接收和处理该策略 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
图 7.10 基于策略的网络系统构成
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
6,相关研究工作及产品
Cisco 公 司 的 基 于策 略 的网 络 管理 系 统有 QoS Policy
Manager (QPM)和 Cisco Security Manager,其中 QoS管理器和安全
管理器分别是独立的产品,但是共享一个通用的架构 。 QPM采
用图形用户界面,简化了 QoS配置 。 在典型的会话中,用户可以
添加新的路由器,通过策略可以为每个路由器端口选择排队算法,
设置为类型过滤器和转发行为 (设置 IP优先级 )以及安排下载到路
由器的方法 。 相同类型的端口可以按组分类,使策略既可以在单
个端口级上实施,也可以在组级上实施 。 Cisco计划在今后的
QPM版本中增加对 LDAP目录和 COPS的支持 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
Nortel公司的基于策略的网络管理系统称为 Optivity Policy
Services (OPS),OPS采用了 IETF草案中描述的许多概念,包括
策略服务器, COPS和存储策略信息的 LDAP兼容目录 。 在典
型 OPS会话中,用户可以添加路由器和单独的端口,可以使用过
滤器创建传输流模式, 行为,以及与传输流模式, 行为和端
口相关的策略 。 相同类型的端口可以按组分类 。 OPS利用
COPS进行 PDP-PEP通信 。 它还支持包括 Cisco 路由器在内的
其它设备 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
Cabletron公司是最早开发基于策略的网络管理技术的公司,
其 QoS策略管理器称为 Spectrum Policy Aware。 策略信息将保
存在 LDAP兼容的目录中,PDP 与 PEP 之间的通信采用 COPS以及
其它协议 。 PEP也可以使用 LDAP与目录服务器进行通信 。 该公
司的 SmartSwitches支持 802.1p和 ToS/Diff-Serv 等 QoS标准并在每
个端口上支持四个队列和第二层到第四层分类和标记 。 这就意
味着 Cabletron的产品可以在布线室中提供高层的分类和标记技
术,而其它多数厂商的产品则通过升级来实现 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
3Com公司的策略服务器叫做 Transcend Policy Service,该产
品符合 IETF正在开发的标准,其中包括策略架构和采用 COPS。
策略将被保存在 LDAP兼容的目录中,并且通过代理服务器来提
供对传统产品的支持 。 3Com公司通过向其第二层交换机中添
加 802.1p,向第三层路由器添加 ToS /Diff-Serv和 RSVP来开发具
有 QoS功能的网络产品 。 此外,3Com公司的动态访问产品还提
供了在网络接口卡 (只要是 3Com网卡 )上提交报文分组分类和标
记的功能 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
7.5 QoS管理模型和实现机制
1,资源消费者 -
在分布式多媒体环境中,端系统上的可用资源有 CPU,缓冲
区, I/O带宽及网络带宽等,这些资源应当通过一种集成化的 QoS
管理机制实行统一的管理,提供端到端的, 具有协作性, 动态性
和自适应性的 QoS管理功能,而这些 QoS管理特性必须通过适当的
管理模型或框架来描述和实现 。 这里采用一种基于资源消费者 -
提供者协作管理模型的 QoS管理机制对系统可用资源进行管理,
其基本原理是,
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
·一个应用 （ 资源消费者 ） 在初始启动时,首先以适当的方
式提出 QoS请求 ;
·系统 （ 资源提供者 ） 根据其可用资源容量计算和分配应用
所需的资源 ;
·在该应用运行时,提供者和消费者将协作管理和动态监测
该应用的资源需求和实际的 QoS;
·当系统负载发生变化而导致 QoS改变时,提供者和消费者
需要重新协商,使之在可用资源约束内自适应于该应用的 QoS需
求 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
图 7.11 端系统集成 QoS管理体系结构
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
图 7.12 网络带宽管理结构
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
2,QoS
(1) QoS
表 7.5 QoS参数例
Name Type Value
CurrentFrameRate
FrameRateRange
Cost
Priority
IntegerValue
IntegerRange
IntegerRange
OrderedSet
30
［ 1...30］
100(150)200］
Low,medium,high
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
(2) QoS
QoS管理器将应用程序的 QoS请求映射成网络 QoS级,每个网
络 QoS级可用下列参数描述, 网络吞吐量, 延迟, 延迟抖动以及
数据丢失率等 。 通过这种映射隐藏了与网络资源提供者进行协
商的细节,使应用程序能以一种易于理解的方式进行 QoS参数的
定义和协商 。 为了支持这种映射机制,QoS管理器必须能够测算
出当前网络资源使用状况,以验证网络当前 QoS是否能满足用户
所请求的 QoS。 如果不能满足,则 QoS管理器需要与应用程序进
行重新协商,使之在可用网络资源约束内确保其可预测的服务 。
QoS管理器对网络状态的测算是通过调用通信控制器的初始化功
能实现的,该功能调用将返回所测量的网络当前 QoS参数 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
(3) QoS
在数据传输过程中,网络负载和可用资源是不断变化的,这
必然引起 QoS的波动 。 为了自适应网络这种动态特性,QoS管理
器将周期地轮询通信控制器来检测当前网络 QoS状态,并根据该
状态对网络性能参数进行动态调节,以保证应用所需的 QoS。 例
如,可通过改变发送端的数据速率 （ 或称带宽 ） 来满足对数据丢
失率的要求 。
在 QoS管理器上,采用一种动态调节算法对网络带宽进行自
适应控制和管理 。 在本算法中,使用分组丢失率 λ作为网络状态
指示器,这里设置了两个丢失率阈值 λu和 λc,并以此来判定网络状
态 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
·若 0≤λ≤λu,则表示网络处于轻载状态 ;
·若 λu<λ≤λc,则表示网络处于载荷状态 ;
·若 λc<λ≤100,则表示网络处于过载状态 。
根据经验,λu 和 λc取值为 2%和 4%。 同时定义了三种带宽控
制操作, 增加, 保持和减少,并根据当前网络状态,执行如下的带
宽调节控制,
① 如果表示网络处于过载状态,则执行减少操作,即
ba←max{b r*μ,bmin};
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
② 如果表示网络处于轻载状态,则执行增加操作,即
ba←min{ br+υ,bmax};
③ 如果表示网络处于载荷状态,则执行保持操作,
ba不变 。
其中,br为检测到的网络带宽,ba为所允许的带宽,bmin和 bmax
分别为用户可接受的最小带宽和最大带宽,且 ba,br∈ ［ bmin,
bmax］,μ和 υ分别为减算子和加算子 。
第 7 章 多媒体通信服务质量与管理
3,通信控制器
通信控制器可以利用 RTP协议来构造 。 通信控制器通过一
种标准的接口与 QoS管理器交互 。 在该接口中定义了三种操作,
① 初始化 。 QoS管理器向通信控制器发出该命令,通信控
制器执行初始化过程,并返回当前网络 QoS状况 。
② QoS检测 。 QoS管理器向通信控制器发出该命令,通信控
制器通过 RTCP检测当前网络 QoS状况,并返回给 QoS管理器 。
③ 带宽控制 。 QoS管理器向通信控制器发出该命令,通信
控制器按该命令给出的带宽参数增加, 降低或保持数据发送速
率,对传送带宽实施动态控制 。
