1. 支援通訊網路 QoS 運作之智慧型 封包分類器 (IPC) 設計 研究生：陳勇銘 指導教授：柯開維 博士 2010/07/27 1

2. Outline  Heterogeneous Wireless Systems (HWS)  WiMAX 簡介  WiFi 簡介  3G-UMTS 簡介  QoS in HWS  QoS in WiMAX  QoS in WiFi  QoS in 3G-UMTS  IPC System Architecture  Packet Classifier Architecture  Predefined Rule  IEEE 802.1Q Priority 值  ToS/DSCP  Port Number  Intelligent Rule  HTTP 追蹤  FTP 追蹤  RTP 追蹤  Demo  Conclusion & Future Work 2

3. WiMAX 簡介  IEEE 標準制訂委員會針對無線都會網路 (Wireless Metropolitan Area Networks, WMAN) 制訂了 IEEE 802.16 的標準。  全名為 Worldwide Interoperability for Microwave Access ，中文譯名為「微波存取全球互通」。  具有遠距離、傳輸量大，使用 IEEE 802.16 的協 定，其傳輸速度最高可達 70Mbps 。  Last Mile access ，提供最後一哩無線寬頻接入， 作為電纜和 ADSL 之外的選擇。 3

4. WiFi 簡介  IEEE 標準制訂委員會制訂 IEEE 802.11 標準。  全名為 Wireless Fidelity ，中譯為「無線相容 認證」。  802.11a 傳輸速率可達 54Mbps ， 802.11b 傳輸 速率可達 11Mbps ， 802.11e 增加了 QoS 支援。  兩種不同類型基本架構：有基礎架構的無 線區域網路 (Infrastructure Wireless LAN) ； 隨意無線區域網路 (Ad Hoc Wireless LAN) 。 4

5. 3G-UMTS 簡介  第三代 (3G) 行動通訊是第一代 (1G) 和第二代 (2G) 行動通訊的延續。  3GPP 制定，以 GPRS/GSM 為基礎，歐洲電信 標準協會 (ETSI) 將 3G 技術統稱之為 Universal Mobile Telecommunication System (UMTS) 。  高品質語音服務，高速接取頻寬，採用 WCDMA(Wideband CDMA) 的調變技術，理論 上最高速率達 2Mbps ，支援 QoS 機制，可滿足 語音和數據混合等即時和非即時性的需求。 5

6. QoS in WiMAX  UGS ：  支援具及時與週期性且傳輸量固定的資料流， ex ： VoIP 。  rtPS ：  支援具及時與週期性但傳輸量不固定的資料流， ex ： MPEG 。  ertPS ：  支援具及時與週期性但傳輸量不固定的資料流， ex ： silence suppression 的 VoIP 。 6

7. QoS in WiMAX (cont.)  nrtPS ：  支援非及時性但可能週期性傳輸資料量不固定、可容 忍延遲的變動的資料流， ex ： FTP 服務。  BE ：  用於非及時性且不需保證傳輸資料量的資料流， ex ： email 、 web service 等服務。 7

8. QoS in WiFi TCID / Priority AcronymAccess CategoryTraffic Type 1BKAC_BKBackground 2-AC_BK Background (Spare) 0 (Default)BEAC_BEBest Effort 3EEAC_BE Best Effort (Excellent Effort) 4CLAC_VI Video (Controlled Load) 5VIAC_VI Video (<100ms latency and jitter) 6VOAC_VO Voice (<10ms latency and jitter) 7 ( 最高 ) NCAC_VO Voice (New Control) 8 IEEE 802.11e QoS 優先權之分類與定義對應表

9. QoS in WiFi (cont.) Traffic ClassExampleTCID/Priority Class 1VoIP7 Class 2Video Streaming5 Class 3Signaling bearer3 Class 4 Normal Data Service (e.g. Web, E-mail) 1 9 QoS 對應表

10. QoS in 3G-UMTS  Conversational Class  定義了這類訊務類型來合乎會話類別，這類訊務為及 時且同步的服務類型，如網路電話 ( VoIP 、 video telephone ) 。  Streaming Class  此類訊務典型為單向傳輸，直接下載到使用者設備， 如、視訊下載 ( video downloading ) 、網路收音機 ( web radio) 。 10

11. QoS in 3G-UMTS (cont.)  Interactive Class  所提供的服務為非同步以及非即時性訊務，互動網 ( Interactive Web ) 、 database retrieval 都是這方面的應用。  Background Class  使用者如果不要求資料在某特定時間內到達則合乎此 類訊務，這類訊務包含了有、電子郵件 ( E-mail ) 、資 料傳輸 ( files transfer ) 、簡訊 ( Short Message Service, SMS ) 。 11

12. System Architecture 12 支援 QoS 運作之智慧型封包分類器架構

13. Packet Classifier Architecture 13 Packet Classifier 內部運作

14. Predefined Rule  提供使用者輸入已知的規則參數。  Sour/Destination IP Address  Sour/Destination MAC Address  Sour/Destination Port  Priority  ToS/DSCP  封包參數需與使用者輸入之參數需完全相 符。  分類依據設計之優先權順序進行分類。 14

15. IEEE 802.1Q Priority 值 位元數 163112 欄位 TPIDPRIORITYCFIVID 15 Tag 之結構 Priority valueService Flow Type 0BE 1~3nrtPS 4~5rtPS 6~7UGS Priority 值與 QoS 之分類

16. ToS/DSCP 16 01234567 PrecedenceDTRCReserved 依 RFC1349 所定義 TOS 欄位 IPv4 header 欄位

17. ToS/DSCP (cont.) 17 IETF 所定義的四種 PHBs

18. Port Number  依每對通訊的 Port Numbers  Destination IP Address  Source IP Address  Destination TCP or UDP Port Number  0~1023  1024~49151  49152~65535  Source TCP or UDP Port Number 18

19. Port NumberService NameTransport ProtocolApplication Service 7EchoTCP/UDPReply test 20FTP DataTCPPort 21FTPTCPFTP Control Port 23TelnetTCPPort 25SMTPTCPSimple Mail Transfer Protocol 37TimeTCP/UDPTime Server 42NameUDPName Server 43Who isTCP Who 、 Nickname 53DomainTCP/UDP Domain Name Server （ DNS ） 69TFTPUDPTrivial File Transfer Protocol 80HTTPTCPWeb Server 110POP3TCPPost Office Protocol 3 443HTTPSTCPSecured HTTP 554RTSPTCP Real Time Stream Control Protocol 19 Well Known Ports

20. Intelligent Rule  智慧型分類方式，分類依據設計之優先權 順序進行分類。  針對經過 Predefined Rule 無法分類之封包進 行分類。  對封包解析，分類至所屬規則 Table 或是對 新封包新增規則。  對會變動封包參數之封包進行追蹤，將其 分類至相同規則中。 20

21. HTTP 追蹤  HTTP 在所有的 QoS 分類中皆為最低之 Priority 。 21

22. FTP 追蹤  FTP 資料傳送時定義 Port Number 模式有二， Port Mode 和 PASV Mode 。 22

23. FTP 追蹤 (cont.) 23

24. RTP 追蹤 24 RTP Header 欄位資訊

25. RTP 追蹤 (cont.) 25 Payload Type 與 QoS 分類之對應 Payload TypeQoS type Audio0~23UGS (voice) Vedio24~33rtPS (video) Unknow33 uprtPS

26. Demo 26

27. IEEE 802.1Q Priority RuleSrc MACDest MACnumberPriority 100:1D:60:34:9A:9F00:13:D4:5C:36:72100 200:1D:60:34:9A:9F00:13:D4:5C:36:73152 300:1D:60:34:9A:9F00:13:D4:5C:36:74204 400:1D:60:34:9A:9F00:13:D4:5C:36:75256 27

28. TOS/DSCP RuleSrc IPDest IPToS/DSCPnumber 1140.124.182.170140.124.182.1710010000010 2140.124.182.170140.124.182.1720110000015 3140.124.182.170140.124.182.1731010000020 4140.124.182.170140.124.182.1741110000025 28

29. Port Number RuleSrc IPDest IPSrc PortDest Portnumber 1140.124.182.170140.124.182.17112342120 2140.124.182.170140.124.182.17112348030 3140.124.182.170140.124.182.171123455440 29

30. Conclusion  智慧型封包分類器對未知封包分類有極大 的幫助。  智慧型封包分類有效的將 Predefined Rule 無 法分類之封包再做一次分類，並能分出其 對應之 QoS 。  準確的分出 QoS 能夠有效的利用網路頻寬資 源，對於有支援 QoS 之通訊網路，智慧型封 包分類器是必須要有的。 30

31. Future Work  Port Number 的完整歸類  IEEE802.16e-2005 的 ertPS 31