簡(jiǎn)析網(wǎng)絡(luò)QoS

蔣維成　李蘭英

摘要：隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，新的應(yīng)用不斷出現(xiàn)，這些應(yīng)用在帶寬和延遲等方面有著不同的要求。如何支持這些應(yīng)用的QoS要求，使得網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量QoS的研究成為一個(gè)熱點(diǎn)。文中對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的研究背景進(jìn)行說(shuō)明，對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的兩大研究體系IntServ服務(wù)模型和DiffServ服務(wù)模型的構(gòu)成和處理過(guò)程作了介紹，詳細(xì)分析了它們的不同服務(wù)類型。比較了這兩大服務(wù)模型的特點(diǎn)，文中還對(duì)QoS應(yīng)用前景進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞： 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量； 延遲； 抖動(dòng)；帶寬； 資源預(yù)留

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）30-7055-02

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展， 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)由傳統(tǒng)的單一數(shù)據(jù)傳輸轉(zhuǎn)向包括各種數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、圖像等綜合業(yè)務(wù)傳輸。特別是伴隨著視頻會(huì)議、視頻點(diǎn)播、分布式多媒體而出現(xiàn)的視頻、語(yǔ)音等多媒體業(yè)務(wù)流的迅猛增長(zhǎng)， IP網(wǎng)絡(luò)逐步變成了多業(yè)務(wù)的綜合數(shù)字網(wǎng)。由于IP網(wǎng)絡(luò)是面向不連接的，不可靠的傳輸服務(wù)，在這上面?zhèn)鬏敂?shù)據(jù)延時(shí)不可預(yù)測(cè)，網(wǎng)絡(luò)帶寬也得不到保證，無(wú)法滿足多媒體應(yīng)用的要求。因此，針對(duì)不同業(yè)務(wù)的要求，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上提供不同級(jí)別的服務(wù)，以滿足其基于延遲、抖動(dòng)、帶寬等性能指標(biāo)的要求，提供可靠的服務(wù)。這一研究也就變得重要起來(lái)。這就是網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量 （quality of service， QoS ） [1]研究的問(wèn)題，它也是當(dāng)今的一個(gè)研究熱點(diǎn)。

1 研究?jī)?nèi)容

目前網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的研究主要有綜合服務(wù)（integrated services，IntServ） [2]和區(qū)分服務(wù)（differentiated services， DiffServ） [3兩種不同的服務(wù)模型。

1.1 IntServ服務(wù)模型

根據(jù)不同業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)延時(shí)和抖動(dòng)的要求不同，Intserv服務(wù)采用資源預(yù)留的方式，對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行分配，從而為不同業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)流提供端到端的QoS保證。IntServ結(jié)構(gòu)中的主要信令協(xié)議是資源預(yù)留協(xié)議RSVP（resource reservation protocol）[4]。在數(shù)據(jù)傳輸之前，需建立呼叫接納，RSVP負(fù)責(zé)完成綜合服務(wù)的呼叫接納控制功能和資源預(yù)留功能，它逐點(diǎn)（hop-by-hop）地建立或拆除不同業(yè)務(wù)流的資源預(yù)留狀態(tài)，還供供流量控制和傳輸策略控制等。

IntServ服務(wù)模型主要有四個(gè)模塊，它們是信令協(xié)議RSVP、接納控制器，分類器和分組調(diào)度器。接納控制器根據(jù)業(yè)務(wù)流QoS要求，鏈路和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的資源使用情況決定是否接受一個(gè)業(yè)務(wù)流的資源預(yù)留請(qǐng)求。分類器負(fù)責(zé)對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流進(jìn)行分類，并把分類的結(jié)果數(shù)據(jù)放入不同的隊(duì)列中，以便采取進(jìn)一步相應(yīng)的服務(wù)。根據(jù)不同的服務(wù)要求對(duì)各個(gè)隊(duì)列中的分組進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)度轉(zhuǎn)發(fā)，這一工作由分組調(diào)度器完成。

IntServ服務(wù)的類型主要有兩類：（1） 可控負(fù)載服務(wù)[5]。它根據(jù)用戶服務(wù)要求來(lái)進(jìn)行處理，限制網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)量，保證網(wǎng)絡(luò)處于非重載模式下，是一種定性的服務(wù)，讓用戶感覺(jué)網(wǎng)絡(luò)具有很大容量，負(fù)載很輕的條件下運(yùn)行，對(duì)延遲的要求在可忍耐的范圍之內(nèi)。（2） 質(zhì)量保證型服務(wù)[6]。它保證業(yè)務(wù)流在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)到達(dá)目的地。它主要針對(duì)實(shí)時(shí)性要求很高的應(yīng)用，提供帶寬、時(shí)延限制和分組丟失率來(lái)滿足應(yīng)用程序的要求，只要數(shù)據(jù)流在傳輸參數(shù)范圍內(nèi)就不會(huì)被丟棄。

1.2 DiffServ服務(wù)模型

DiffServ服務(wù)模型具有簡(jiǎn)單有效、易于實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)。DiffServ服務(wù)模型中，將IPv4報(bào)頭中的服務(wù)類型字段的8bit定義為DS標(biāo)記域，根據(jù)DS標(biāo)記域中的不同數(shù)值大小，提供不同等級(jí)的服務(wù)[7]。目前主要使用前6bit用來(lái)劃分不同的服務(wù)等級(jí)。根據(jù)不同用戶對(duì)帶寬和時(shí)延的要求不同，它將延時(shí)要求相似的不同業(yè)務(wù)歸為一類，隨后對(duì)這一類業(yè)務(wù)采取一致的處理，也就是采用聚合的機(jī)制，不再針對(duì)各個(gè)業(yè)務(wù)流進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較簡(jiǎn)單。在DiffServ服務(wù)模型中，將網(wǎng)絡(luò)劃分為不同的區(qū)域，在同一區(qū)域內(nèi)部的交換結(jié)點(diǎn)只是負(fù)責(zé)簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)發(fā)，而處于區(qū)域外圍的邊界結(jié)點(diǎn)則要實(shí)現(xiàn)較多的功能，主要負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)流的分類、標(biāo)記、聚合等。這樣邊界結(jié)點(diǎn)從邏輯上又可以劃分為分類器、標(biāo)記器、整形器和監(jiān)管器。分類器根據(jù)相應(yīng)的規(guī)則，將業(yè)務(wù)流進(jìn)行分類，交給標(biāo)記器進(jìn)行處理，標(biāo)記器則對(duì)業(yè)務(wù)流的服務(wù)級(jí)別進(jìn)行相應(yīng)的DS標(biāo)記域字段值進(jìn)行設(shè)置，監(jiān)管器對(duì)數(shù)據(jù)流的速率進(jìn)行監(jiān)視，通過(guò)整形器使得業(yè)務(wù)流符合流量調(diào)節(jié)約定的流量規(guī)格。

DiffServ服務(wù)的類型也有兩種，它們是獎(jiǎng)賞服務(wù)和確保服務(wù)[8]。

獎(jiǎng)賞服務(wù)是區(qū)分服務(wù)模型中一種級(jí)別很高的服務(wù)類型，它為用戶提供較低的延遲和抖動(dòng)要求，保證端到端的帶寬傳輸服務(wù)。主要通過(guò)邊界調(diào)節(jié)機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)，確保數(shù)據(jù)流符合流規(guī)格，并保證業(yè)務(wù)流離開(kāi)結(jié)點(diǎn)時(shí)滿足一定的要求。

確保服務(wù)是從統(tǒng)計(jì)意義上保證用戶的帶寬，它為每種業(yè)務(wù)流提供最低數(shù)量的帶寬和緩存空間，從而在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞的情況下，也能保證用戶有一定量的預(yù)約帶寬。主要通過(guò)設(shè)置DSCP中的不同的丟棄優(yōu)先級(jí)，在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生擁塞時(shí)，丟棄不同優(yōu)先級(jí)的業(yè)務(wù)流來(lái)實(shí)現(xiàn)。

IntServ和DiffServ各有所長(zhǎng)，IntServ實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較困難，而DiffServ易于實(shí)現(xiàn)、可擴(kuò)展性強(qiáng)，但其靈活性和帶寬的利用率等方面又不及IntServ。

2 應(yīng)用前景

目前，很多應(yīng)用于企業(yè)骨干網(wǎng)絡(luò)上的三層交換機(jī)大多支持QoS配置， QoS在企業(yè)園區(qū)網(wǎng)中骨干網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用越來(lái)越多，越來(lái)越廣泛。很多商家生產(chǎn)的核心層交換機(jī)也不斷增加QoS管理的功能，如cisco 3560交換機(jī)、H3C 7503E交換機(jī)、華為S9300 交換機(jī)、銳捷S2126系列交換機(jī)等，這將大大加強(qiáng)了QoS在園區(qū)網(wǎng)中的應(yīng)用，隨著企業(yè)網(wǎng)中各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、IP電話、視頻數(shù)據(jù)、辦公自動(dòng)化等的不斷增多，QoS的應(yīng)用將更加廣泛。未來(lái)電話網(wǎng)、有線電視、Internet的不斷融合，隨著物聯(lián)網(wǎng)的興起，設(shè)備之間的通信量的增加，時(shí)延敏感業(yè)務(wù)的加大，勢(shì)必進(jìn)一步增加QoS在網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用，特別是新一代網(wǎng)絡(luò)（New Generation Network）的出現(xiàn)，以軟交換為核心，能夠提供音頻、視頻、數(shù)據(jù)等多媒體綜合業(yè)務(wù)的出現(xiàn)，QoS將得到前所未有的應(yīng)用。

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