TN307進階網路技術

 

指導教授 : 王井煦王井煦

元智大學網路技術系

935606 吳朝元935623 林運來935626 林振全935629 羅濟本935632 鄭恒昌935633 鍾嘉宏935649 蕭遠訓

三年級 A 班 第四組成員

ATM QoS

請說明 CBR , UBR , VBR (real time , non-time)

分組報告作業題目

ATM QoS

所謂的 QoS簡單的說就是在不同的網路環境中利用不同的技術提供可靠的網路傳輸服務。這些網路環境包含了 Frame Relay、 ATM、 Ethernet、 802.1 networks、 SONET 和 IP routed networks 。

而 QoS 的主要目標包含有提供專屬的頻寬、控制網路的延遲性以提供即時性的服務、改進網路封包的遺失率。

何謂 QoS ?

以現今網路技術，區域網路的頻寬已經朝向 10Gbps Ethernet 的方向發展，在高速乙太網路之中雖然較 ATM不易做到所謂的 QoS，但卻能夠以較低廉的成本提供高頻寬的網路環境，但是因為網路的架構之中不止是區域網路，而是有另一包含更多使用者的網際網路存在，可是問題就出在於網際網路之中是以封包交換技術為基礎，也正因如此封包常常因為線路的頻寬不足或是路由器的交換處理不夠快速而產生壅塞的現像，更有可能因過度的擁塞而導致封包的流失。但 QoS並不能增加現有的網路頻寬，它只是在現有的網路架構中利用不同的技術來加快某些網路服務的速度。

QoS 的基礎架構：

QoS 在基礎架構中包含了三個部份： (Cisco， 1996)

  1. QoS的節點 (Queuing， Shaping and so on)。

  2. QoS的訊號：協調 end to end之間的網路元件。

  3. QoS的政策：負責管理、統計 end to end之間的網路狀況。

服務品質 (Quality of Service)

自從 Internet 流行後，網路資料的流向已不符合 80-20原則（ 80%本地， 20%外地），甚至幾乎是相反；尤其在多媒體程式大量使用下，通訊品質早已不穩定。好的解決辦法除了加快各種處理的速度以外，就是提供 per-flow 的「服務品質」 (Quality of Service， QoS)。

而為了能讓現今一些 audio、 video 資料能在 packet switching 的 Internet 上，選擇不同程度的QoS 來傳送 Data 。 Internet還需具備的是：

一、網路節點必須懂得一些機制來控制 QoS 的 flow。

二、一套可以建立 QoS 連線（從 sender 到 receiver 的 QoS）的 protocol。

由於 ATM 是利用 VPI/VCI 的設定建立連線，連線的路由 (Routing) 必須由路由協定 (Routing Protocol)來決定。

目前，此 一部份有可能直接取用 TCP/IP 的 OSPF (Open Shortest Path First) 協定加以修改使用。此時， ATM  網路的交換機就扮演著如同 傳統網路中路由器的角色一般

  虛擬路徑辨識  (Virtual Path Identifier,VPI) 、   虛擬通路識別  (Virtual Channel Identifier,VCI) 、 

由於 ATM 的種種特性，使其可廣泛地被運用在各種不同媒體資 料之傳送上，但這些資料往往對於頻寬及時間延遲的要求互不相同 ，而一旦資料的傳送量超過網路的容量時，則將有可能會造成資料 的流失。

對此， ATM  在虛擬連結 (Virtual Connection)中定義了一 個 QoS(Quality of Service)參數，以決定資料的服務品質 ---QoS 決定了資料量所需的頻寬 (cells/sec)、資料在 Payload 的形式 ( 定速或非定速傳送 )及資料傳送等的優先順序。

Qos 的型態

服務品質的特質是指網路元件 (如應用程式、終端電腦、或路由器 ) 所能夠提供當資料在網路傳遞時保障其相關特性的能力。對於不同的應用，所需的服務品質特性亦不相同，目前關於服務品質的實現方式有二種基本型態：

▓資源保留 (Resource Reservation)：又稱為整合型服務 (Integrated Services;IntServ)，是依照應用程式的服務品質需求來劃分及規劃網路資源。

▓優先等級化 (Prioritization)：又稱為分類型服務 (Differentiated Services;DiffServ)，網路元件依據事先規劃好的分類規則將訊務封包分類，再依分類後的優先等級處理訊務封包。

整合型服務

是以每一個應用程式為單位，所以可以得到精確的服務品質，但相對的，網路路由器必須處理的資料量會大量增加，因為它必須為每一個應用程式建立一組相關的服務品質參數，並且不斷地去計算、儲存相關參數。雖然以目前的交換式路由器而言，這些工作皆由硬體完成，然而其容量終究有其限制，所以整合型服務一般是置於網路邊緣端，而其相關的通訊協定為 RSVP(Resource Reservation Protocol) 及整合型服務 (IETF陸續制定中 )

是將數個應用程式依分類規則加以分類，對於每一類分別給予一組服務品質參數，如此可以避免整合型服務資料量太多的缺點，所以分類型服務可以適用於網路核心，當然分類型服務的服務品質就會較不精確。分類型服務相關的通訊協定為 MPLS (Multi-Protocol Label Switching)及分類型服務 (皆由 IETF陸續制定中 )。

分類型服務

ATM Service Classes

    ATM Forum 將網路上傳輸的資料，依照其資料不同的特性與需要，分為

CBR(Constant Bit Rate) 、

rt-VBR(Real-Time Variable Bit Rate) 、

nrt-VBR ( non-real-time Variable Rate) 、

ABR(Available bit Rate) 、

UBR(Unspecified Bit Rate)

並且給予不同的 QoS (Quality of Service)參數：

提供固定頻寬的服務，以 PCR (Peak Cell Rate)這個參數來定義頻寬的需求，並且給予高優先權，讓 CBR 的資料可以在極短的時間內到達目的端，適合即時的資料傳輸，例如即時的影像與聲音。

CBR -- Constant Bit Rate 固定位元傳輸率

VBR -- Variable bit rate 變動位元傳輸率

   VBR 又被分為即時（ Real Time）和非即時（ Non-real Time）兩個等級。即時用在取樣間距具固定傳輸時序關係的連線上，而非即時則用在無固定傳輸時序時，但仍需有保證的 QoS 。

rt-VBR

提供即時的資料高優先權的服務，但是未給予固定的頻寬，而是根據 PCR 定義瞬間最高需求頻寬、 SCR (Sustain Cell Rate) 定義平均需求頻寬與 MBS (Maximum Burst Size) 代表最大連續資料量，來計算等值頻寬 (Equivalent Bandwidth)，與 CBR 相較， VBR 較能達成頻寬的充分利用，但是平均延遲時間也會增加。

nrt-VBR 

使用相同的 QoS 參數，但是提供非即時的資料傳輸，此種服務相較於 VBR，資料延遲的時間較長，延遲的時間差也會較長，不適合傳輸即時播放的資料，但是仍然保有相當的優先權。

UBR -- Unspecified Bit Rate 未標示位元率

沒有任何的保證，包括延遲時間，與頻寬保證，只有當其他的服務都滿足，有剩餘頻寬的時候， UBR 資料才能被傳送。

適合沒有時間需求的資料來傳輸，例如電子郵件，檔案傳輸等等服務，但是由於資料可以容忍長時間的延遲，因此 Switch  需要使用大量的快取記憶體來儲存 UBR 資料，也因此可以儲存大量的 UBR  封包，保證最低的遺失率。

使用 MCR (Minimum Cell Rate)定義最低需求的頻寬， PCR 定義最高需求頻寬，系統僅提供最低的頻寬保證，適合頻寬需求不定，而且可以容忍延遲的資料使用，但是此種資料提供較佳的封包遺失保證，可以確保較低的封包遺失率，但是由於優先權較前幾種服務為低，只有 CBR、 VBR 等資料都被滿足之後， ABR 才會有較多的頻寬可以使用。

ABR