基于IP網(wǎng)絡(luò)的QoS策略研究

摘 要：IP網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和多媒體業(yè)務(wù)的出現(xiàn)，使得IP靈活地根據(jù)具體業(yè)務(wù)提供給客戶滿意的服務(wù)，是IP業(yè)界亟待解決的問題。文中從IP QoS的定義和機(jī)制出發(fā)，研究了幾種常用的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)模型和影響網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的因素，以及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量QoS的控制策略。

關(guān)鍵詞：QoS；IP網(wǎng)絡(luò)；配置策略

中圖分類號：TP393.08 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Abstract：The development of IP network and the emergence of multimedia services，the IP QoS arises at the historic moment.How to solve the IP network QoS requirements，make network can flexibly according to specific business to provide satisfactory service to customers，is the problem to be solved IP industry.In this paper，starting from the definition and mechanism of IP QoS，several commonly used network service model is studied and the factors affecting the quality of network service，and network quality of service QoS control strategy.

Keywords：QoS；IP network；configuration strategy

1 引言（Introduction）

QoS是網(wǎng)絡(luò)的一種安全機(jī)制，是解決網(wǎng)絡(luò)的有限帶寬、延遲、阻塞和丟包等問題的一種技術(shù)。它通過有效的保證傳輸?shù)膸?、降低傳送的時(shí)延及數(shù)據(jù)的丟包率等措施來提高服務(wù)質(zhì)量。

2 服務(wù)模型（Service model）

2.1 簡單服務(wù)模型

應(yīng)用程序可在任何時(shí)候發(fā)出報(bào)文，網(wǎng)絡(luò)盡可能來發(fā)送報(bào)文，但對于時(shí)延、可靠性等不提供任何保證措施。這種模型是現(xiàn)在Internet默認(rèn)的服務(wù)模型。盡力傳輸服務(wù)模型是傳統(tǒng)路由器所提供的服務(wù)，它對服務(wù)質(zhì)量無法做出保證，需要采用資源預(yù)留協(xié)議來實(shí)現(xiàn)路徑上的QoS，目前采用的是RSVP協(xié)議。

RSVP協(xié)議是集成服務(wù)的核心，它的分組以IP數(shù)據(jù)報(bào)的形式進(jìn)行發(fā)送，沒有搭載任何有效數(shù)據(jù)，它和ICMP、IGMP一樣是一個控制協(xié)議，它支持IPv6和多播業(yè)務(wù)。其本身沒有路由功能，必須依賴于現(xiàn)有的單播或多播路由協(xié)議。

在網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)中的兩個不同角色之間所建立的通訊路徑中，RSVP網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議將通過數(shù)據(jù)源端發(fā)出的信號和數(shù)據(jù)接收端發(fā)出的信號進(jìn)行快速的動態(tài)QoS協(xié)商，并充分利用了兩個數(shù)據(jù)發(fā)送和傳輸端的中間節(jié)點(diǎn)來傳送的預(yù)留相關(guān)信息，來創(chuàng)建和維護(hù)多路傳輸路徑的分布預(yù)留狀態(tài)，根據(jù)這些相關(guān)的數(shù)據(jù)傳輸途徑來實(shí)現(xiàn)數(shù)字資源的預(yù)約和釋放請求。

2.2 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)木C合服務(wù)模型

網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)木C合服務(wù)模型在發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)文前，首先需要向網(wǎng)絡(luò)來申請一個特殊的服務(wù)請求。這個請求是通過帶外信令完成的，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)木C合服務(wù)模型中的每個路由器都支持RSVP控制協(xié)議，為數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)流保持原來的狀態(tài)信息，在數(shù)據(jù)的傳輸過程中，如果任何一個中間路由器不支持RSVP協(xié)議，那么，這個數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆?wù)質(zhì)量就不可能得到相就在的保障。目前網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)木C合服務(wù)模型共有以下兩種：

（1）端到端質(zhì)量保證型。這個數(shù)據(jù)傳輸請求將提供延時(shí)、帶寬與丟包率等參數(shù)的基本保障。但是它不能控制固定的數(shù)據(jù)傳輸延遲，只能保證數(shù)據(jù)在傳輸過程中的排隊(duì)延遲大小，并采用加權(quán)排隊(duì)算法。

（2）控制負(fù)荷型。它提供最少的傳輸延時(shí)，對排隊(duì)算法不做特殊要求。在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)木C合服務(wù)模型中的每個路由器都需支持RSVP協(xié)議，如果有任何一個中間路由器對RSVP協(xié)議支持不好，服務(wù)質(zhì)量就不能保證。

網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)木C合服務(wù)模型能夠?qū)崿F(xiàn)兩端之間的服務(wù)質(zhì)量保障，但這個網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)木C合服務(wù)模型還要求在每個轉(zhuǎn)發(fā)端上要有一個優(yōu)先級隊(duì)列和擁塞控制要素，并且還需要相關(guān)的信令支持，在業(yè)務(wù)兩端預(yù)先建立一條有質(zhì)量保證的虛連接，各個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)還須具有資源的預(yù)留和資源控制手段。

2.3 多服務(wù)模型

它采用分類聚合思想，由邊界路由器檢查業(yè)務(wù)合同，重新填寫IP包的DSCP（TOS）字段，核心路由器則根據(jù)代表業(yè)務(wù)分類的字段提供相應(yīng)的服務(wù)保證，比較適合于大型核心網(wǎng)絡(luò)[1]。

目前被推薦的區(qū)分服務(wù)（DiffServ）的類型有兩種：

（1）獎賞服務(wù)：為用戶提供低延遲、抖動、丟包率和保證帶寬足夠的端到端傳輸服務(wù)。

（2）確保服務(wù)：確保服務(wù)是在網(wǎng)絡(luò)不暢通的情況下，保證用戶有一定的預(yù)約帶寬。它通常采用下列技術(shù)方法來實(shí)現(xiàn)。

首先，根據(jù)IP數(shù)據(jù)包的優(yōu)先級別或QoS組進(jìn)行分類、度量和監(jiān)管，制定訪問速度；然后采用優(yōu)先隊(duì)列、定制隊(duì)列、加權(quán)公平隊(duì)列、基于類的加權(quán)公平隊(duì)列等隊(duì)列技術(shù)來管理報(bào)文。將報(bào)文分為四類，按優(yōu)先級的高、低進(jìn)行出隊(duì)。

3 影響網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的因素（The influencing factors on the quality of the network services）

影響網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的因素就是影響網(wǎng)絡(luò)QoS的因素。網(wǎng)絡(luò)QoS技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)領(lǐng)域中的一種非常有效和便捷的網(wǎng)絡(luò)安全管理和數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，是用來解決網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸延遲和阻塞等諸多問題的技術(shù)最好解決手段。一般在Web應(yīng)用、E-mail設(shè)置等情況下，并不需要QoS。但是在多媒體數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用中就顯得非常必要，而且也是解決這個問題的相關(guān)重要的手段，每當(dāng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)擁塞時(shí)，QoS就能夠確保這些流媒體數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾獦I(yè)務(wù)不受任何干擾，從而保證了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝Х€(wěn)定流暢運(yùn)行[2]。QoS機(jī)制本身并不能增加帶寬，它只是根據(jù)應(yīng)用的不同需求來調(diào)整上傳下載的速率，利用網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸自適應(yīng)功能來管理網(wǎng)絡(luò)帶寬，從而節(jié)約了網(wǎng)絡(luò)資源。

在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸過程中，需要根據(jù)用戶傳輸數(shù)據(jù)的流量、請求的QoS和當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際運(yùn)行狀況，來確定這個用戶是否能夠進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸，并協(xié)商其QoS。為給用戶提供滿意的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，需要對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸帶寬分割，留出一部分帶寬，以確保相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸帶寬不被其他用戶使用。數(shù)據(jù)在傳輸?shù)倪^程中，需要進(jìn)行分組處理和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，在這個過程中，就要給每個不同的分組提供不同的數(shù)據(jù)傳輸優(yōu)先級別，還要限制每個應(yīng)用不同的丟包率，確保所有的用戶都能得到其QoS的足夠資源。

另外，各個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)也要有一套相關(guān)的調(diào)節(jié)機(jī)制，以保證都能得到其足夠的QoS資源，同時(shí)還要提供一種合理的方法來分配空閑帶寬。擁塞產(chǎn)生的主要原因是網(wǎng)絡(luò)資源不足或帶寬分配不合理造成的，一個好的排隊(duì)策略對于網(wǎng)絡(luò)來說是非常重要的。QoS路由、約束路由和策略路由都是在某種條件下影響網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的重要因素。

4 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量QoS控制策略（Network quality of service QoS control strategy）

通過對影響網(wǎng)絡(luò)QoS的因素分析，我認(rèn)為在網(wǎng)絡(luò)中采用統(tǒng)一的策略，由策略服務(wù)器集中統(tǒng)一定義策略，策略服務(wù)器通過COPS協(xié)議向網(wǎng)絡(luò)中相關(guān)設(shè)備分發(fā)策略配置信息；同時(shí)采用基于LDAP的策略存儲虛擬化目錄服務(wù)器存儲策略信息的統(tǒng)一制定策略、統(tǒng)一分發(fā)策略、統(tǒng)一存儲策略的全網(wǎng)統(tǒng)一管理方式，在一定程度上能夠有效地利用網(wǎng)絡(luò)資源以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的QoS保證。

4.1 定義策略

網(wǎng)絡(luò)管理員在策略服務(wù)器的策略控制平臺上定義策略，使得滿足條件的數(shù)據(jù)流進(jìn)入QoS網(wǎng)絡(luò)，執(zhí)行相應(yīng)動作與整形機(jī)制，然后通過各種策略對網(wǎng)絡(luò)中的QoS服務(wù)進(jìn)行控制和管理。定義的策略是由時(shí)間計(jì)劃、動作、標(biāo)記優(yōu)先級、整形和分流五個部分組成的[3]。

4.2 策略原則

在策略性網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)作應(yīng)該遵從以下四項(xiàng)策略規(guī)則，分別為服務(wù)質(zhì)量、安全、監(jiān)控和配置。

數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆?wù)質(zhì)量原則，是在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中，根據(jù)每個數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)類型來分別設(shè)定各個不同業(yè)務(wù)的優(yōu)先級，然后再根據(jù)所預(yù)先設(shè)置好的優(yōu)先級進(jìn)行數(shù)據(jù)流的處理，在這種情況下，優(yōu)先級別較高的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)就要比級別低的傳輸業(yè)務(wù)更先一步得到數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆?wù)。

數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩瓌t是為了防止用戶在數(shù)據(jù)傳輸過程中受到安全威脅，在一般情況下，網(wǎng)絡(luò)的管理者都是通過設(shè)置高強(qiáng)度的密碼、統(tǒng)一身份認(rèn)證、安全防火墻和數(shù)據(jù)加密等多種方式來實(shí)現(xiàn)，根據(jù)不同的安全需要，有時(shí)使用其中一種方式，有時(shí)采取多種方式組合使用。

數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋O(jiān)控原則就是在數(shù)據(jù)傳輸過程中，采取動態(tài)檢測網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和鏈路的工作狀態(tài)是否正常，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)調(diào)整，保證網(wǎng)絡(luò)暢通。

數(shù)據(jù)傳輸?shù)呐渲迷瓌t就是設(shè)置網(wǎng)絡(luò)工作方式，保證網(wǎng)絡(luò)從上至下、端到端的QoS實(shí)現(xiàn)。

4.3 策略分發(fā)

首先要將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備按著對COPS協(xié)議是否支持進(jìn)行分類：支持COPS協(xié)議的設(shè)備，設(shè)定策略服務(wù)器的IP地址，并且啟用策略控制；不支持COPS協(xié)議的設(shè)備，在策略服務(wù)器上創(chuàng)建對應(yīng)的設(shè)備，通過CLI、COPS等開放的接口，將QoS控制和流量管理信息下發(fā)到每個網(wǎng)元，實(shí)現(xiàn)服務(wù)器保證QoS[4]。

5 結(jié)論（Conclusion）

根據(jù)以上的分析可以看出，無論是從數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)的開展還是從計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)施的角度出發(fā)，QoS服務(wù)質(zhì)量保障都是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)中必須采用的一種手段，也是確保數(shù)據(jù)安全穩(wěn)定高效傳輸?shù)淖钪匾蛩刂?，基于?shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)必將進(jìn)一步發(fā)展QoS。由于IP網(wǎng)絡(luò)本身所特有的特征，使得在IP網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)端到端的QoS變得非常困難，同時(shí)實(shí)現(xiàn)QoS也是最關(guān)鍵、最重要的課題。

要實(shí)現(xiàn)上述的QoS策略設(shè)計(jì)，還需要有一個統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)控制平臺，通過網(wǎng)絡(luò)控制平臺完成網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的檢測、QoS策略的制定、存儲等功能，因此搭建策略控制平臺也是QoS策略設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

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作者簡介：

劉士賢（1966-），男，本科，副教授.研究領(lǐng)域：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù).