支持QoS的下一代網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)框架研究

　　對(duì)于現(xiàn)有的IP網(wǎng)絡(luò)，用戶業(yè)務(wù)量的增加造成網(wǎng)絡(luò)資源相對(duì)使用不平衡，INTERNET的盡力而為服務(wù)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的要求。解決IP 網(wǎng)的QoS問(wèn)題，就是如何在保持IP網(wǎng)固有的無(wú)連接傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)下，合理利用現(xiàn)有的有限帶寬，保證網(wǎng)內(nèi)傳輸?shù)母鞣N業(yè)務(wù)的QoS，同時(shí)提供較低的操作和管理開銷，從而保證實(shí)現(xiàn)IP網(wǎng)新業(yè)務(wù)的發(fā)展。對(duì)于承載層，可利用基于業(yè)務(wù)分類、定義優(yōu)先級(jí)、資源預(yù)留、加權(quán)公平排隊(duì)等策略的Diff -Serve、MPLS等現(xiàn)有技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于業(yè)務(wù)層，這里提出了網(wǎng)絡(luò)控制服務(wù)器的概念，以把應(yīng)用的業(yè)務(wù)請(qǐng)求與承載層的傳輸質(zhì)量有效地連接起來(lái)。

　　分組交換網(wǎng)中支持QoS的結(jié)構(gòu)框架，這個(gè)結(jié)構(gòu)框架的核心是一系列用以控制網(wǎng)絡(luò)性能、防止網(wǎng)絡(luò)資源爭(zhēng)用的模塊，這些模塊在邏輯上可以分為三個(gè)平面：控制平面、數(shù)據(jù)平面和管理平面�？傊�，這些模塊要幫助達(dá)到保證服務(wù)性能的一種“綜合效果”，這些服務(wù)性能決定著用戶對(duì)服務(wù)的滿意程度，這也是ITU-T對(duì)下一代網(wǎng)絡(luò)的所提出的QoS要求的實(shí)現(xiàn)構(gòu)想。

　　下一代網(wǎng)絡(luò)在解決端到端的QoS問(wèn)題上應(yīng)著重研究以下幾點(diǎn)：

　　●完成包括基于分組話音在內(nèi)的電話系統(tǒng)的端到端的QoS等級(jí)定義

　　●定義端到端的多媒體QoS等級(jí)和單個(gè)媒體流注冊(cè)QoS等級(jí)的方式

　　●指明在網(wǎng)內(nèi)如何用低層的QoS機(jī)制獲得高層的QoS

　　●低層的域內(nèi)QoS控制

　　分組交換網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)QoS的關(guān)鍵

　　PSTN的路由方式是基于電路的概念，即在整個(gè)通話期間建立端到端的電路連接。這樣，通話中兩個(gè)端用戶之間的任何信息總是經(jīng)過(guò)相同的物理通道傳送的。在這種路由方式下，一旦通話建立，就可以直接保證所要求的傳輸特性。這種從支持電話交換中產(chǎn)生的模式也被ITU-T用于數(shù)據(jù)通信標(biāo)準(zhǔn)的虛電路定義中。這個(gè)概念在X.25中被使用，后來(lái)又用于幀中繼和ATM網(wǎng)絡(luò)中。

　　相比之下，IP路由方式避免了為建立和維持虛電路所需要的機(jī)制。 IP的QoS主要處理可分配帶寬、等待時(shí)間控制、抖動(dòng)控制和包丟失。一直以來(lái)，IP網(wǎng)絡(luò)都支持所謂的盡力而為的包傳送。這樣，不同類型的業(yè)務(wù)沒(méi)有被區(qū)別對(duì)待，并且信息包到達(dá)的次序以及是否能夠準(zhǔn)確到達(dá)都得不到保證。不管端對(duì)端的QoS要求是什么，在網(wǎng)絡(luò)層，信息包都是逐跳傳送的(即從一個(gè)路由器傳到另一個(gè)路由器)。每個(gè)路由器把新到達(dá)的包進(jìn)行排隊(duì)，然后，根據(jù)路由表把它們轉(zhuǎn)發(fā)到與之相連的最適合的路由器或目的主機(jī)。大多數(shù)路由器采用先進(jìn)先出的排隊(duì)機(jī)制以保證對(duì)所有的包公平，也正是這個(gè)原因沒(méi)法設(shè)置優(yōu)先級(jí)。目前在承載層面解決QOS的幾種方式如下：

　　1.公平排隊(duì)和加權(quán)公平排隊(duì)

　　總的來(lái)看，對(duì)于基于IP的話音和視頻業(yè)務(wù)，無(wú)疑需要一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)層模型。從二十世紀(jì)九十年代起，人們就一直在對(duì)這種模型進(jìn)行研究和試點(diǎn)，提出了兩種排隊(duì)機(jī)制的新方法，即現(xiàn)在所謂的公平排隊(duì)和加權(quán)公平排隊(duì)。應(yīng)用這兩種機(jī)制的路由器不再需要對(duì)所有的包平等對(duì)待。流入的業(yè)務(wù)量被分別定義明確的流(FTP連接就是這樣的例子)，每個(gè)流有它自己的隊(duì)長(zhǎng)。在公平排隊(duì)策略下，信息包在環(huán)形路徑上傳送以保證每個(gè)流對(duì)容量的平等共享(在網(wǎng)絡(luò)擁塞期間，一些大分組的流可能的不到保證)。加權(quán)公平策略為不同類型的流分配不同的帶寬。

　　2.綜合業(yè)務(wù)和帶寬預(yù)留(Inter-Serve and RSVP)

　　 RFC2210對(duì)于綜合業(yè)務(wù)模型(Int-serv)進(jìn)行了定義，該模型以標(biāo)準(zhǔn)的RSVP協(xié)議作為實(shí)現(xiàn)機(jī)制。通過(guò)Int-serv，將可以實(shí)現(xiàn)IP網(wǎng)中的QoS傳輸以及對(duì)于實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的支持，使得各種應(yīng)用能夠?yàn)槠鋽?shù)據(jù)包選擇服務(wù)等級(jí)。

　　該模型的原理是對(duì)于每一個(gè)需要進(jìn)行QoS處理的數(shù)據(jù)流，通過(guò)一定的信令機(jī)制，在其經(jīng)由的每一個(gè)路由器上進(jìn)行資源預(yù)留，以便實(shí)現(xiàn)端到端的QoS業(yè)務(wù)。首先，該模型定義了一個(gè)作用于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的要求集合，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)元素(子網(wǎng)或路由器)都將能夠?qū)崿F(xiàn)這一要求集合。隨后，通過(guò)一定的信令機(jī)制，將特定應(yīng)用的服務(wù)等級(jí)要求通知其傳輸路徑上的所有網(wǎng)絡(luò)元素，并在應(yīng)用與各個(gè)網(wǎng)絡(luò)元素之間進(jìn)行管理信息的交換，網(wǎng)絡(luò)元素將為該應(yīng)用進(jìn)行各種資源預(yù)留與處理策略的設(shè)置。這樣，當(dāng)整條路徑建立起來(lái)之后，這一路徑上的所有網(wǎng)絡(luò)元素都已經(jīng)做好了為相應(yīng)的數(shù)據(jù)流提供QoS業(yè)務(wù)的準(zhǔn)備。

　　目前，Int-Serv模型定義了三種業(yè)務(wù)類型，并且對(duì)于這些業(yè)務(wù)類型對(duì)于路由器的要求進(jìn)行了描述：

　　保證型業(yè)務(wù)(Guaranteed Service)-該業(yè)務(wù)將提供時(shí)延，帶寬與丟包率等參數(shù)的保證。該業(yè)務(wù)不能控制固定延遲(傳輸延遲等，它們?nèi)�決于由連接建立機(jī)制所選的路由)，它所能保證的是排隊(duì)延遲的大小(排隊(duì)延遲是令牌桶大小和數(shù)據(jù)速率的函數(shù))。網(wǎng)絡(luò)使用加權(quán)公平排隊(duì)(WFQ)算法。

　　控制負(fù)載型業(yè)務(wù)(Controlled load Service)-在輕載網(wǎng)絡(luò)中這種業(yè)務(wù)類似于 best-effort業(yè)務(wù)。它能夠提供最小的傳輸時(shí)延，對(duì)于排隊(duì)算法沒(méi)有特別的要求。在控制負(fù)載業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)中，應(yīng)用可以假設(shè)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)陌�差錯(cuò)率近似于下層傳輸媒質(zhì)的基本包差錯(cuò)率；包平均傳輸延遲與網(wǎng)絡(luò)絕對(duì)延遲(包括光傳輸延遲加路由器轉(zhuǎn)發(fā)延遲)差別不大。

　　盡力而為型業(yè)務(wù)(Best-effort Service)-實(shí)際就是傳統(tǒng)的Internet 所提供的業(yè)務(wù)，該業(yè)務(wù)不提供任何QoS保證。

　　 Int-Serv的技術(shù)基礎(chǔ)包括：先進(jìn)的沖撞管理；限制延遲、抖動(dòng)以及網(wǎng)絡(luò)內(nèi)帶寬消耗的排隊(duì)算法；資源預(yù)留協(xié)議(RSVP)。需要繼續(xù)深入考慮的問(wèn)題包括以下幾個(gè)方面：1)預(yù)留所需的開銷太大，2)短時(shí)間流(主要 由Internet業(yè)務(wù)流組成)的損失率高，3)管理那些需要更高QoS的流出現(xiàn)困難。在任何情況下，RSVP在廣域網(wǎng)和Internet中的適用性都受到質(zhì)疑，它現(xiàn)在主要應(yīng)用于較小的企業(yè)網(wǎng)中。從本質(zhì)上講，綜合業(yè)務(wù)方法是一個(gè) 組織管理嚴(yán)密的方法，基于每一流具有絕對(duì)的QoS保證。

　　3.差分業(yè)務(wù)(Diff-Serve)

　　為了解決骨干網(wǎng)絡(luò)上的QoS問(wèn)題，業(yè)界提出了區(qū)別業(yè)務(wù)(Diff-serv) 模型。這一模型與Int- serv的本質(zhì)不同在于它將不是針對(duì)每一個(gè)業(yè)務(wù)流進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)資源的分配與QoS參數(shù)的配置，而是將具有相似要求的一組業(yè)務(wù)歸為一類，隨后對(duì)這一類業(yè)務(wù)采取一致的處理方式。

　　 Diff-serv的基本機(jī)制是在網(wǎng)絡(luò)的邊緣路由器上根據(jù)某一業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量要求將該業(yè)務(wù)映射到一定的業(yè)務(wù)類別之中，隨后利用IP分組中的 DS字段唯一地標(biāo)志這一業(yè)務(wù)所需的服務(wù)類別，網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)將依據(jù)該字段對(duì)各種業(yè)務(wù)類別采取預(yù)先設(shè)定好的服務(wù)策略，保證相應(yīng)的延遲、傳送速率、抖動(dòng)等服務(wù)質(zhì)量參數(shù)。這樣，對(duì)于一次會(huì)話中特定的數(shù)據(jù)流，在每次連接的過(guò)程中，將無(wú)須傳遞各種QoS信息，從而避免了RSVP中高昂的建立成本。同時(shí)，也使得這種技術(shù)具有較好的反應(yīng)靈敏度，特別適合于Internet中大量存在的短時(shí)間的連接。該技術(shù)是以定義了多種業(yè)務(wù) 等級(jí)為內(nèi)涵的。業(yè)務(wù)提供商為每個(gè)用戶建立相應(yīng)的服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議(SLA)， SAL指定了用戶在特定等級(jí)的業(yè)務(wù)中可以發(fā)送的業(yè)務(wù)量。分組業(yè)務(wù)的等級(jí)類型在IP包頭中規(guī)定。之后所傳送的業(yè)務(wù)流由服務(wù)提供商的網(wǎng)絡(luò)邊界進(jìn)行管轄。一旦業(yè)務(wù)流進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)，專門的路由器就依據(jù)其業(yè)務(wù)類型對(duì)其進(jìn)行差別對(duì)待，這與綜合業(yè)務(wù)方式中以每一流為依據(jù)是不同的。整個(gè)網(wǎng) 絡(luò)要滿足所有SLA的要求。

　　4.多協(xié)議標(biāo)記交換(MPLS)

　　MPLS與傳統(tǒng)的根據(jù)IP包頭決定前向路徑的方式十分不同。其優(yōu)勢(shì)在于：1)傳統(tǒng)的方式需要搜索路由表，這就比查看相對(duì)較短的標(biāo)簽需要更多的時(shí)間和更大的處理能力。2)不具備分析網(wǎng)絡(luò)層分組能力的路由器仍可以通過(guò)相對(duì)簡(jiǎn)單的操作完成標(biāo)記的查找和置換。3)利用標(biāo)簽，可以通過(guò)分組進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的初始路由器標(biāo)志做出前向選路決定，因?yàn)橛刹煌�的路由器進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的分組被分配不同的標(biāo)簽。4)當(dāng)分組不是按照路由算法而是被迫進(jìn)入一個(gè)特定的路由器時(shí)，MP LS的標(biāo)記就可以用來(lái)代表這個(gè)路由器。5)通過(guò)把被標(biāo)記的路徑與業(yè)務(wù)流聯(lián)系起來(lái)也可以把RSVP擴(kuò)展到MPLS 中�？梢�(jiàn)，MPLS可以通過(guò)明確的路由得到資源預(yù)留信息來(lái)實(shí)現(xiàn)QoS保證。

　　值得一提的是，MPLS還有一種更重要的應(yīng)用：通過(guò)堆疊標(biāo)記為隧道效應(yīng)提供了一種極好的機(jī)制，從而支持嵌套選路決策。在RSVP的幫助下，可以從丟包或擁塞的網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)開始重新選路。

摘自　產(chǎn)經(jīng)網(wǎng)