IP網(wǎng)絡(luò)中的QoS研究

馬秀芳　時和平　西安通信學(xué)院

　　【摘要】本文簡要介紹了IETF建議的綜合服務(wù)（Int－serv）／RSVP、差分服務(wù)（Diff－serv）、多協(xié)議標(biāo)記交換MPLS、業(yè)務(wù)流量工程TE等幾種IP網(wǎng)絡(luò)QoS保證方案的工作原理，并介紹了流量管理的過程和MPLS流量管理的概念。

　　關(guān)鍵詞：QoS　RSVP　Int－serv　Diff－serv　MPLS　TE

1　引言

　　QoS（Quality of Service）即服務(wù)質(zhì)量是一個綜合指標(biāo)，用于衡量使用一個服務(wù)的滿意程度。隨著Internet規(guī)模的不斷增長，IP網(wǎng)上出現(xiàn)了大量的實(shí)時業(yè)務(wù)。由于實(shí)時業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)的傳輸延時、延時抖動等特性較為敏感，因此這些實(shí)時業(yè)務(wù)的出現(xiàn)暴露了IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的兩個重要缺陷：一個是傳統(tǒng)IP路由技術(shù)的吞吐量不高，這可以隨著ASIC技術(shù)的進(jìn)步，通過設(shè)計專用硬件來解決；另一個就是傳統(tǒng)IP沒有服務(wù)質(zhì)量QoS保證，這與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生之初只是為傳輸簡單的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，因而采用面向無連接的服務(wù)有關(guān)。IP網(wǎng)絡(luò)不能保證業(yè)務(wù)特定的QoS要求已經(jīng)成為IP網(wǎng)絡(luò)向?qū)拵ЬC合服務(wù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的巨大障礙。有人提出可以用增大帶寬來解決QoS問題，然而由于應(yīng)用的需求是無止境的，因此不管網(wǎng)絡(luò)有多大的帶寬都有可能耗盡，所以這種方法并不十分可行。因此如何解決IP網(wǎng)絡(luò)的QoS要求，以使網(wǎng)絡(luò)能夠靈活地根據(jù)業(yè)務(wù)的具體特點(diǎn)提供給客戶滿意的服務(wù)，是IP業(yè)界亟待解決的問題。在這種情況下，各個研究團(tuán)體紛紛開始組織大規(guī)模的QoS研究，一些大的通信廠商也聯(lián)合成立了QoS論壇，協(xié)商各種QoS技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施方案。在當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，QoS的研究內(nèi)容主要體現(xiàn)在確保實(shí)時業(yè)務(wù)的通信質(zhì)量這一方面�！�

2　QoS技術(shù)的分類

　　Qos技術(shù)可分為保證型和盡力型兩種。保證型的QoS在終端雙方通信之前先要建立連接，確保通信過程中的網(wǎng)絡(luò)帶寬，如ATM業(yè)務(wù)類型、IP網(wǎng)絡(luò)中的RSVP。一旦連接建立，通信中所需的帶寬就能保證，與連接相關(guān)的應(yīng)答時間、時延要求也能保證。如果網(wǎng)絡(luò)不能提供所需的帶寬，它就會拒絕建立連接。盡力型的QoS技術(shù)不能確保帶寬，通常用在非連接型通信中，例如在IEEE802．1p／Q的標(biāo)記幀或IP分組頭中的TOS域有3位的優(yōu)先級，供LAN交換機(jī)或路由器進(jìn)行優(yōu)先級控制，由于采用這種方法不能在通信中確保帶寬只是按優(yōu)先級順序進(jìn)行交換或轉(zhuǎn)發(fā)，因此也稱為COS（Class of Service）以區(qū)別能保證帶寬的狹義的QoS技術(shù)。

3　IETF建議的QoS技術(shù)方案介紹

　　IETF建議的QoS技術(shù)方案主要有：綜合服務(wù)／資源預(yù)留、差分服務(wù)、多協(xié)議標(biāo)記交換、流量工程和基于約束的尋路。

　　綜合服務(wù)模型（Int－serv：Integrated service）的主要特征就是資源預(yù)留，它使用RSVP作為信令協(xié)議來建立通道和進(jìn)行資源預(yù)留。差分服務(wù)（Diff－Serv：Differentiated Services）通過給分組打上不同的標(biāo)記，把分組分成不同的類別，對不同類別的分組ProtocolLabelSwitching）是一種轉(zhuǎn)發(fā)方案，分組在進(jìn)入MPLS域時被賦予一個標(biāo)簽，以后就根據(jù)這個標(biāo)簽對分組流進(jìn)行分類、轉(zhuǎn)發(fā)、服務(wù)。流量工程（TE：traffic engineering）的目標(biāo)是讓網(wǎng)絡(luò)上的業(yè)務(wù)流量更加均衡�；�于約束的尋路要解決的是根據(jù)帶寬和延時要求等約束條件尋找一條合適的路徑。

3．1　綜合服務(wù)模型

　　綜合服務(wù)模型在RFC（Request for Comments）1633中進(jìn)行了定義。它的基本思想是將RSVP作為Int－Serv結(jié)構(gòu)中的主要信令協(xié)議，“所有的流相關(guān)狀態(tài)信息應(yīng)該是在端系統(tǒng)上”，它基于每個流提供端到端的保證或是受控負(fù)載的服務(wù)。Int－Serv框架使IP網(wǎng)絡(luò)能夠提供具有QoS的傳輸，以用于對QoS要求較為嚴(yán)格的實(shí)時業(yè)務(wù)（聲音／視頻）。Int－Serv使用一種類似ATM的SVC的方法，它在發(fā)送方和接收方之間用RSVP作為每個流的信令。RSVP信息跨越整個網(wǎng)絡(luò)，假定從接收方到發(fā)送方之間沿途的每個路由器都要為每一個要求QoS的數(shù)據(jù)流預(yù)留資源。路徑沿途的各路由器包括核心路由器必須為RSVP數(shù)據(jù)流維護(hù)軟狀態(tài)。

　　為了實(shí)現(xiàn)上面的服務(wù)，Int－Serv定義了4個功能部件，網(wǎng)絡(luò)中的每個路由器皆需要實(shí)現(xiàn)這4個部件。

　�。�1）RSVP（RFC2205）：資源預(yù)留協(xié)議（RSVP：Resource Reservation Protocol），它是Internet上的信令協(xié)議。通過RSVP，用戶可以給每個業(yè)務(wù)流（或連接）申請資源預(yù)留，要預(yù)留的資源可能包括緩沖區(qū)及帶寬的大小。這種預(yù)留需要在路徑上的每一跳都要進(jìn)行，這樣才能提供端到端的QoS保證。RSVP是單向的預(yù)留，適用于點(diǎn)到點(diǎn)以及點(diǎn)到多點(diǎn)的通信環(huán)境。

　　圖1示出了RSVP的工作機(jī)理。首先，發(fā)送方應(yīng)該向接收方發(fā)送一個RSVP信息。RSVP信息同其他IP包一樣通過各個路由器到達(dá)目的站點(diǎn)；接收端接收到發(fā)送端發(fā)送的路徑信息之后，由接收端逆向發(fā)起資源預(yù)留的過程；資源預(yù)留信息沿著原來信息包相反的方向?qū)ρ赝镜穆酚善鬟M(jìn)行逐個資源預(yù)留。

　　如圖1所示，假設(shè)一個應(yīng)用需要預(yù)留2Mbps的帶寬，則資源預(yù)留信息逐個詢問沿途的路由器，其現(xiàn)有資源是否可以完全滿足該應(yīng)用數(shù)據(jù)流的要求。如果資源預(yù)留信息成功地回到發(fā)送方，則發(fā)送方就可以成功地在這條已經(jīng)預(yù)留資源的路徑上發(fā)送應(yīng)用數(shù)據(jù)了；否則，應(yīng)用將無法進(jìn)行。

　�。�2）訪問控制（Admission Control）：它基于用戶和網(wǎng)絡(luò)達(dá)成的服務(wù)協(xié)議，對用戶的訪問進(jìn)行一定的監(jiān)視和控制，有利于保證雙方的共同利益。

　　（3）分類器（Classifier）：根據(jù)預(yù)置的一些規(guī)則，它對進(jìn)入路由器的每一個分組進(jìn)行分類。分組經(jīng)過分類以后被放到不同的隊(duì)列中等待接收服務(wù)。這方面的技術(shù)還不很成熟，是一個有待研究的領(lǐng)域。

　　（4）隊(duì)伍調(diào)度器（Scheduler）：它主要是基于一定的調(diào)度算法對分類后的分組隊(duì)列進(jìn)行調(diào)度服務(wù)。這方面的技術(shù)目前已比較成熟，常見的調(diào)度算法有WFQ、WF2Q、SCFQ、VC、MD－SCFQ、WRR等。

Int－Serv定義了三種業(yè)務(wù)類型：

　　·有保證的業(yè)務(wù)（Guaranteed）：保證帶寬、限制延遲、無丟包。

　　·控制負(fù)載的業(yè)務(wù)（Controlled Load）：在一個負(fù)載較輕的網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)類似盡力而為的業(yè)務(wù)。

　　·盡力而為的業(yè)務(wù)（Best Effort）：類似于Internet在多種負(fù)載環(huán)境（由輕到重）提供的盡力而為的業(yè)務(wù)。

　　Int－Serv的優(yōu)點(diǎn)是它具有很好的QoS保證，使用RSVP的軟狀態(tài)特性可以支持網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的動態(tài)改變與組播業(yè)務(wù)中組員的動態(tài)加入，同時利用RSVPPATH與RESV的刷新，還可以判斷網(wǎng)絡(luò)中相鄰節(jié)點(diǎn)的產(chǎn)生與退出節(jié)點(diǎn)，并實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的有效分配。

　　Int－Serv存在的問題一是網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展性不好。一方面由于Int－Serv下的預(yù)留狀態(tài)住處是與業(yè)務(wù)流的個數(shù)成正比，這使得路由器的負(fù)擔(dān)會隨著網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)大、業(yè)務(wù)流的增加而加重。另一方面資源預(yù)留協(xié)議還要求沿途的每個路由器為每一個數(shù)據(jù)流都維持一個“軟狀態(tài)（Per－flowsoftstate）”。這無疑也限制了這種結(jié)構(gòu)的可擴(kuò)展性，因?yàn)槊總�路由器的內(nèi)存有限，可以保存的軟狀態(tài)信息都是有限的。其二是Int－Serv需要進(jìn)行端到端的資源預(yù)留，必須要求從發(fā)送者到接收者之間的所有路由器都支持所實(shí)施的信令協(xié)議，因此所有路由器必須實(shí)現(xiàn)RSVP、許可控制、MF（Multi－Field）分類和包調(diào)度，這對路由器的實(shí)現(xiàn)要求太高。其三是Int－Serv還有一個目前很難解決的問題，那就是資源預(yù)留和路由協(xié)議之間的矛盾。

此外，如何為資源預(yù)留申請授權(quán)并確定優(yōu)先權(quán)也是Int－Serv結(jié)構(gòu)本身很難克服的問題。

3．2　差分服務(wù)模型

　　差分服務(wù)模型的基本思想是可以根據(jù)預(yù)先確定的規(guī)則對數(shù)據(jù)流進(jìn)行分類，以便將多種應(yīng)用數(shù)據(jù)流綜合為有限的幾種數(shù)據(jù)流等級。差分服務(wù)是由綜合服務(wù)發(fā)展而來的，它采用了IETF的基于RSVP的服務(wù)分類標(biāo)準(zhǔn)，拋棄了分組流沿路節(jié)點(diǎn)上的資源預(yù)留。差分服務(wù)將會有效地取代跨越大范圍的RSVP的使用。差分服務(wù)區(qū)域的主要成員有：核心路由器、邊緣路由器、資源控制器。在差分服務(wù)中，網(wǎng)絡(luò)的邊緣設(shè)備對每個分組進(jìn)行分類、標(biāo)記DS域，用DS域來攜帶IP分組對服務(wù)的需求信息。在網(wǎng)絡(luò)的核心節(jié)點(diǎn)上，路由器根據(jù)分組頭上的DS碼點(diǎn)選擇碼點(diǎn)所對應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)處理。資源控制器配置了管理規(guī)則，為客戶分配資源，它可以通過服務(wù)級別協(xié)定SLA（Service LevelAgreement）與客戶進(jìn)行相互協(xié)調(diào)以分享規(guī)定的帶寬。

　　IPQoS的業(yè)務(wù)區(qū)分結(jié)構(gòu)使用IPv4報頭中的業(yè)務(wù)類型（ToS）字段，并將8位ToS字段重新命名，作為DS字段，其中6位可供目前使用，其余2位以備將來使用。該字段可以按照預(yù)先確定好的規(guī)則加以定義，使下行節(jié)點(diǎn)通過識別這個字段，獲取足夠的信息來處理到達(dá)輸入端口的數(shù)據(jù)包，并將它們正確地轉(zhuǎn)發(fā)給下一跳的路由器。這里需要注意的是，在IPv4網(wǎng)中所定義的ToS字段與在Diff－Serv中的DS字段不同。ToS字段的定義如圖2所示。

　　Diff－Serv將整個網(wǎng)絡(luò)分成若干個域。一個Diff－Serv域由一系列支持Diff－Serv機(jī)制的節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。在Diff－Serv域中，節(jié)點(diǎn)大致分為以下兩類：邊緣路由器和內(nèi)部路由器。其中邊緣路由器根據(jù)數(shù)據(jù)流的方向分為入口邊緣路由器和出口邊緣路由器。在入口處設(shè)有機(jī)制一件是用戶是否遵守業(yè)務(wù)等級協(xié)定（SLA），分類機(jī)制以標(biāo)志輸入的每個業(yè)務(wù)包，對每個IP包指定一個類型以標(biāo)志DSCP（Diff－Serv代碼點(diǎn)），并分別將其分別排入相應(yīng)的隊(duì)列。內(nèi)部路由器負(fù)責(zé)查看DSCP值，將進(jìn)入的數(shù)據(jù)包按級別排隊(duì)，并按事先設(shè)定的帶寬、緩沖處理進(jìn)行下一跳轉(zhuǎn)發(fā)（PHB）。Diff－Serv模型機(jī)制的工作示意圖如圖3。

　　與Int－Serv類似，Diff－Serv也定義了三種業(yè)務(wù)類型：

　　（1）盡力而為的業(yè)務(wù)（Best Effort）：類似目前Internet中盡力而為的業(yè)務(wù)；

　　（2）最優(yōu)的業(yè)務(wù)（Premium）：類似于傳統(tǒng)運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)的專線業(yè)務(wù)；

　　（3）分等級的業(yè)務(wù)（Tiered）：這一類別的業(yè)務(wù)嚴(yán)格講不僅僅是一種業(yè)務(wù)，而是一個大的類別，可以根據(jù)發(fā)展的需要制定不同的業(yè)務(wù)等級。

　　差分服務(wù)模型的優(yōu)點(diǎn)一個是伸縮性較好DS字段只是規(guī)定了有限數(shù)量的業(yè)務(wù)級別，狀態(tài)信息的數(shù)量正比于業(yè)務(wù)級別，而不是流的數(shù)量。另一個是便于實(shí)現(xiàn)只在網(wǎng)絡(luò)的邊界上才需要復(fù)雜的分類、標(biāo)記、管制和整形操作。ISP核心路由器只需要實(shí)現(xiàn)行為聚集（BA）的分類，因此實(shí)現(xiàn)和部署區(qū)別型業(yè)務(wù)都比較容易。差分服務(wù)模型的缺點(diǎn)是Diff－Serv為IPQoS奠定了寶貴的基礎(chǔ)，但還是沒有辦法完全依靠自己來提供端到端的QoS結(jié)構(gòu)。Diff－Serv需要大量網(wǎng)絡(luò)單元的協(xié)同動作，才能向用戶提供端到端的服務(wù)質(zhì)量。鑒于這些組件高度分散的特點(diǎn)和對它們進(jìn)行集中管理的需要，必須有一個全局的帶寬管理對全局資源進(jìn)行動態(tài)管理。解決這一問題的方法有兩個：一是用功能強(qiáng)大的全局策略管理器來完成這一任務(wù)；另外一種就是利用MPLS將第三層的QoS轉(zhuǎn)換為第二層的QoS，通過運(yùn)營網(wǎng)中第二層的交換機(jī)來實(shí)現(xiàn)端到端的服務(wù)質(zhì)量保證。

　　差分業(yè)務(wù)服務(wù)（Diff－Serv）定義了一個相對簡單而力度較粗的框架系統(tǒng)，為流量提供有區(qū)別的業(yè)務(wù)級別，并對流量聚合后的每一類QoS進(jìn)行控制。

3．3　流量工程

IP網(wǎng)上存在的服務(wù)質(zhì)量問題是由于用戶數(shù)量的增加造成網(wǎng)絡(luò)資源的不足從而導(dǎo)致服務(wù)質(zhì)量的下降，以及現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)性能無法滿足各種新型實(shí)時業(yè)務(wù)的各種具體服務(wù)要求這兩個方面的原因造成的。對應(yīng)于這兩個方面，對QoS問題的解決也將從兩個方面來進(jìn)行：一個就是流量工程（TrafficEngineering），另一個就是QoS的直接實(shí)現(xiàn)。

　　流量工程可以說是一種間接實(shí)現(xiàn)QoS的技術(shù)，它將通過對資源的合理配置，對路由過程的有效控制使得網(wǎng)絡(luò)資源能夠得到最優(yōu)的利用。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)資源得到了充分的利用時，自然而然地，網(wǎng)絡(luò)的各項(xiàng)QoS指標(biāo)也將隨之大大改善。人們對流量工程所下的定義是：流量工程就是一種能將業(yè)務(wù)流映射到實(shí)際物理通路上，同時又可以自動優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源，以實(shí)現(xiàn)特定應(yīng)用程序服務(wù)性能要求的具有宏觀調(diào)節(jié)和微觀控制能力的網(wǎng)絡(luò)工程技術(shù)。實(shí)際上，流量工程TE的提出是電信和計算機(jī)界要求網(wǎng)絡(luò)不但要適應(yīng)一般的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，也能應(yīng)用于實(shí)時數(shù)據(jù)流的傳輸，尤其是音頻和視頻傳輸。就當(dāng)前流量工程的應(yīng)用來說，它有兩個關(guān)鍵點(diǎn)：負(fù)荷均衡與網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)。IP流量工程的應(yīng)用目的就是要解決如何有效實(shí)現(xiàn)盡力而為的傳統(tǒng)IP服務(wù)與QoS的統(tǒng)一。

　　從本質(zhì)上說，流量工程是一種網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)�，F(xiàn)在的控制方法分為微層控制與宏層控制兩種類型。微層控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的功能，是在數(shù)據(jù)流層的控制。宏層控制則是網(wǎng)絡(luò)級的控制，用于解決微層控制沒法解決的問題。流量工程是宏層控制技術(shù)，但它與電信流量理論的網(wǎng)絡(luò)工程不同，流量工程不依賴特定的第二層技術(shù)。當(dāng)考慮流量工程的性能目標(biāo)時，可以將流量分成面向應(yīng)用的性能對象與面向網(wǎng)絡(luò)的性能對象兩類。面向應(yīng)用的性能對象是一種與每種特定應(yīng)用服務(wù)流的流量特性相關(guān)的對象，它與QoS相關(guān)并試圖從端到端的分組發(fā)送延遲、分組延遲抖動、服務(wù)響應(yīng)時間幾個方面來改善網(wǎng)絡(luò)的性能。面向網(wǎng)絡(luò)的性能對象是一個與網(wǎng)絡(luò)資源相關(guān)的對象，它試圖從網(wǎng)絡(luò)資源利用率、網(wǎng)絡(luò)吞吐量方面來改善網(wǎng)絡(luò)的性能。流量工程對面向應(yīng)用的性能對象與面向網(wǎng)絡(luò)的性能對象都有影響。負(fù)荷均衡機(jī)制能改進(jìn)每個流的QoS和網(wǎng)絡(luò)資源的效率，但無法做到同時保證兩個性能都會提高，因此面向應(yīng)用和面向網(wǎng)絡(luò)是一個需要折衷的問題。流量工程的目的是在它們之間尋找一個最優(yōu)的平衡點(diǎn)。流量工程可以平衡QoS流量與盡力而為傳輸方式的流量。誰應(yīng)具有更高的優(yōu)先權(quán)由網(wǎng)絡(luò)操作策略而定。

　　網(wǎng)絡(luò)操作的性能優(yōu)化基本上是一個控制問題。在流量工程處理模型中，流量工程部件在自適應(yīng)反饋控制系統(tǒng)中將扮演著控制器的角色。理想化的控制行為應(yīng)該含有流量管理參數(shù)的校正、與路由相關(guān)的參數(shù)的校正、與資源相關(guān)的屬性和約束條件的校正三個方面。

3．4　基于約束的尋路

　　基于約束的尋路要解決的是根據(jù)帶寬和延時要求等約束條件尋找一條合適的路徑。它的基本原理是在每一個節(jié)點(diǎn)上，基于約束的路由處理模塊根據(jù)與流量中繼主干線相關(guān)的屬性、與資源相關(guān)的屬性和其它拓?fù)錉顟B(tài)信息自動為從它發(fā)起的每個流量中繼主干線計算顯示路由。由于受很多實(shí)際情況的限制，基于約束的路由問題的解決比較困難。一般可考慮首先剪除哪些不能滿足流量中繼主干線屬性要求的資源，在剩余的部分中運(yùn)行最短路徑優(yōu)先算法來找到一條可行的通路。

3．5　流量管理的過程

　　IPQoS的流量管理從一個業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)到退出網(wǎng)絡(luò)，可以分為幾個過程，即業(yè)務(wù)的分類、業(yè)務(wù)的監(jiān)管、業(yè)務(wù)的調(diào)節(jié)以及業(yè)務(wù)的過濾。

（1）業(yè)務(wù)的分類

　　對進(jìn)入Diff－Serv域的業(yè)務(wù)進(jìn)行分類，以便在網(wǎng)絡(luò)中得到相應(yīng)的適當(dāng)處理。業(yè)務(wù)必須由客戶預(yù)先標(biāo)記或在運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)一端與客戶最鄰近的路由器上進(jìn)行標(biāo)記。數(shù)據(jù)包進(jìn)入某一域時，可以有多種方法對它進(jìn)行分類，但并不是所有方法對于每一種業(yè)務(wù)都是必需的。我們可以根據(jù)SLA規(guī)定的一些策略給每個數(shù)據(jù)包加上DS字段標(biāo)記，從而對數(shù)據(jù)包進(jìn)行分類。例如，客戶網(wǎng)絡(luò)到運(yùn)營商的路由器之間的連接是以太網(wǎng)而不是廣域網(wǎng)接口（ATM、FR等）時，客戶可使用以太網(wǎng)的802．1p優(yōu)先權(quán)方案在自己的局域網(wǎng)內(nèi)部對業(yè)務(wù)進(jìn)行分類；在進(jìn)入運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)邊緣時，再根據(jù)SLA中的規(guī)定將優(yōu)先權(quán)映射到該數(shù)據(jù)包的DS字段中。

　　當(dāng)然，運(yùn)營商的邊緣路由器還可以根據(jù)其他多種手段對客戶業(yè)務(wù)進(jìn)行分類，如IP數(shù)據(jù)包頭的ToS（業(yè)務(wù)類型）字段ATM QoS。

（2）業(yè)務(wù)的監(jiān)管

　　業(yè)務(wù)監(jiān)管（Traffic policing）是為了監(jiān)督用戶是否根據(jù)SLA中所賦予的權(quán)利來使用運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)，一方面是保證運(yùn)營商自己的利益不受傷害，另一方面也間接保護(hù)了其他用戶在網(wǎng)絡(luò)中的權(quán)利。

　　業(yè)務(wù)的監(jiān)管可以采用一個較為簡單的方法——令牌漏桶（Token Bucket）算法（如圖4），當(dāng)然也可以采用其他類似的機(jī)制來監(jiān)控每一個級別的輸入業(yè)務(wù)量。如圖4所示，每一種業(yè)務(wù)都有相應(yīng)數(shù)量的令牌（Token），令牌按照SLA所規(guī)定的速率發(fā)出。如果用戶的業(yè)務(wù)到達(dá)的速度快于令牌發(fā)出的速度，則說明用戶沒有遵守SLA，因此就需要對用戶超出SLA的這些業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)有一個策略。例如，可以將它們加上標(biāo)記，在網(wǎng)絡(luò)不擁塞的情況下允許它們通過網(wǎng)絡(luò)，而在網(wǎng)絡(luò)擁塞時首先將它們丟棄。當(dāng)然，也可以在一開始就將這部分?jǐn)?shù)據(jù)包丟棄，完全取決于運(yùn)營商和用戶達(dá)成的協(xié)議和策略。

（3）業(yè)務(wù)調(diào)節(jié)

　　實(shí)際上，業(yè)務(wù)的分類和業(yè)務(wù)的監(jiān)管都發(fā)生在運(yùn)營網(wǎng)絡(luò)的邊緣。而業(yè)務(wù)的調(diào)節(jié)階段則是完全的運(yùn)營網(wǎng)絡(luò)行為。它的好壞直接決定了IPQoS能否實(shí)現(xiàn)。

　　一般來說，業(yè)務(wù)調(diào)整主要有兩種手段，一個是預(yù)防擁塞的排隊(duì)和調(diào)節(jié)機(jī)制，一個是遇到擁塞就丟棄的機(jī)制。去往輸出接口的業(yè)務(wù)都被分類并插入到相應(yīng)的輸出隊(duì)列中，每個隊(duì)列都具有可設(shè)置的調(diào)節(jié)程序，這些程序可以利用加權(quán)公平排隊(duì)（WFQ）、循環(huán)方式（RR：Round Robin）及嚴(yán)格優(yōu)先權(quán)等算法實(shí)現(xiàn)；同樣，每個隊(duì)列也有多種可選擇的丟棄算法，如隨機(jī)早期檢測（RED）或尾部丟棄（Taildrop），均可通過業(yè)務(wù)級別進(jìn)行配置。

　�。╝）排隊(duì)調(diào)節(jié)機(jī)制嚴(yán)格的優(yōu)先級調(diào)節(jié)：某一級別的業(yè)務(wù)只有在當(dāng)隊(duì)列中沒有更高優(yōu)先權(quán)業(yè)務(wù)時才被發(fā)送。這一方法實(shí)施起來較為簡單，缺點(diǎn)是永遠(yuǎn)只傳輸一個級別（最高優(yōu)先權(quán)的）的業(yè)務(wù)。公平排隊(duì)或循環(huán)方式：簡單地從多個隊(duì)列中進(jìn)行循環(huán)，這有助于使不同隊(duì)列公平地使用帶寬，但缺點(diǎn)是大量的數(shù)據(jù)流不得不需要更多的帶寬。加權(quán)公平排隊(duì)：對公平排隊(duì)的一種改進(jìn)。在這種方案中，給每個隊(duì)列分配權(quán)限，該權(quán)限確定隊(duì)列中的哪些數(shù)據(jù)包優(yōu)先使用鏈路帶寬�；�于級別的排隊(duì)：可以分為幾個隊(duì)列，每個隊(duì)列與不同的業(yè)務(wù)級別相對應(yīng)，可以使用不同方法發(fā)送或調(diào)節(jié)隊(duì)列。分級的基于級別的排隊(duì)（CBQ）：業(yè)務(wù)被分成不同級別，每種級別又可細(xì)分成若干子級（Sub－class）。這種分級形成一種樹狀結(jié)構(gòu)，若一個子級使用的鏈路帶寬超過它應(yīng)得的份額，那么它將首先向姊妹子集（Sister sub－class）借用帶。以此類推，在分級業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)中這一樹形結(jié)構(gòu)可以用來區(qū)分各種業(yè)務(wù)類型。

　�。╞）丟棄機(jī)制尾部丟棄：只有分配的緩沖器空間被全部占用時才丟棄到達(dá)的數(shù)據(jù)包。這種方法易于實(shí)施，但它會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的崩潰，因?yàn)樗�可觸發(fā)TCP全局同步。隨機(jī)早期探測：防止TCP全局同步的有效方法。該方法主要是在隊(duì)列占用率（Queueoccupancy）開始上升時（但又在真正發(fā)生擁塞之前）隨機(jī)丟棄到達(dá)的數(shù)據(jù)包，從而始終保持一個較小的隊(duì)列。但這只能在一定程度上通過降低TCP源擁塞的概率，緩解網(wǎng)絡(luò)的擁塞。一旦當(dāng)隊(duì)列的平均尺寸增大時，那么到達(dá)的數(shù)據(jù)包被丟棄的概率仍會隨著隊(duì)列的增大而增高。加權(quán)RED（WRED）：是RED的一種變體，它可以更加合理地選擇將被丟棄的數(shù)據(jù)包。

（4）業(yè)務(wù)的過濾

　　業(yè)務(wù)過濾一般用于退出一個域的行為，一方面是出于安全性考慮而進(jìn)行過濾，而另一方面也是防止低優(yōu)先權(quán)業(yè)務(wù)阻塞接入鏈路而進(jìn)行過濾。

　　過濾策略可從其他站點(diǎn)分出業(yè)務(wù)終接容量，使關(guān)鍵的高優(yōu)先權(quán)業(yè)務(wù)可優(yōu)先于低優(yōu)先權(quán)業(yè)務(wù)被終接；同時，為防止非法業(yè)務(wù)進(jìn)入專用域，也有必要使用安全過濾功能。過濾必須在接入鏈路的運(yùn)營商一端進(jìn)行，否則心懷惡意的用戶有可能向網(wǎng)絡(luò)上輸送大量的業(yè)務(wù)，使合法用戶的業(yè)務(wù)得不到傳輸。過濾在運(yùn)營商一端的路由器上進(jìn)行。

3．6　MPLS流量管理

　　MPLS是解決流量管理的最佳方案。它是一個可以在多種第二層媒質(zhì)上進(jìn)行標(biāo)簽交換的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。這一技術(shù)綜合了第二層的交換和第三層路由的特點(diǎn)，將第二層的基礎(chǔ)設(shè)施和第三層的路由有機(jī)地結(jié)合起來，第三層的路由在網(wǎng)絡(luò)的邊緣實(shí)施，而在MPLS的網(wǎng)絡(luò)核心采用第二層交換。通過MPLS，第三層的路由可以得到第二層技術(shù)的很好補(bǔ)充。充分發(fā)揮第二層良好的流量設(shè)計管理以及第三層＂Hop－By－Hop＂路由的靈活性，實(shí)現(xiàn)端到端的QoS保證。

　　MPLS是一種特殊的轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，它為進(jìn)入網(wǎng)中的IP數(shù)據(jù)包分配標(biāo)簽，并通過對標(biāo)簽的交換來實(shí)現(xiàn)IP數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)。標(biāo)簽作為IP包頭在網(wǎng)絡(luò)中的替代品而存在，在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部MPLS在數(shù)據(jù)包所經(jīng)過的路徑沿途通過交換標(biāo)簽（而不是看IP包頭）來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)；當(dāng)數(shù)據(jù)包要退出MPLS網(wǎng)絡(luò)時，數(shù)據(jù)包被解開封裝，繼續(xù)按照IP包的路由方式到達(dá)目的地。MPLS的工作流程可以分為幾個階段，即網(wǎng)絡(luò)的邊緣、網(wǎng)絡(luò)的中心以及單跳路由（Hop－by－Hop）或者顯式路由三個階段。從傳統(tǒng)的IP路由來看，每一臺沿途的路由器都要檢查包的目的地址，并且選擇一條合適的路徑將數(shù)據(jù)包發(fā)送出去。而MPLS則不然，數(shù)據(jù)包雖然也沿著IP路由所選擇的同一條路徑進(jìn)行傳送，但是它的數(shù)據(jù)包頭在整條路徑上從始至終都沒有被檢查過。在每一個節(jié)點(diǎn)，MPLS生成的樹是通過一級一級為下一跳分配標(biāo)簽而且與它們的對等層交換標(biāo)簽而生成的。交換是通過LDP的請求以及對應(yīng)的消息完成的。

4　結(jié)束語

　　IP網(wǎng)絡(luò)的QoS是目前較為活躍的一個研究領(lǐng)域，還存在著諸多有待解決的問題，為了尋求擴(kuò)展性和簡易性提出了一種將Inter－serv與Diff－serv結(jié)合的思路：即在用戶網(wǎng)絡(luò)仍使用RSVP協(xié)議、在運(yùn)營商的Diff－serv網(wǎng)絡(luò)邊界將Inter－serv的業(yè)務(wù)類型映射為DiffServ的業(yè)務(wù)類型，這樣解決了端到端的QoS，同時也具有很好的擴(kuò)展性。但這種方法并沒有解決Diff－serv的部署問題，同時也存在Inter－serv的信令復(fù)雜、管理等問題。這種方案顯然需要繼續(xù)完善。2002年，業(yè)界提出了一種MPLSDiff－serv－Aware的思想，Diff－serv提供了基于類的QoS，具有良好的可擴(kuò)展性，但缺乏有效的端到端部署的機(jī)制；MPLSTE通過有效地管理帶寬資源間接改善網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量，但其帶寬管理以及MPLSTE隧道都無法做到基于業(yè)務(wù)類別（時延），如果EF、AF、BE業(yè)務(wù)都承載在一個MPLSTE隧道中EF和AF業(yè)務(wù)將受到嚴(yán)重的影響。MPLSDiff－serv－AwareTE在原來MPLSTE的基礎(chǔ)上，增加了基于類別的資源管理，例如可根據(jù)帶寬及時延的不同將接口資源劃分為EF、AF、BE三類，通過IGP協(xié)議對每個類別的資源使用情況進(jìn)行收集、分別建立TED，通過信令協(xié)議攜帶類別建立LSP。MPLSDS－TE充分利用了Diff－Serv的可擴(kuò)展性以及MPLS的顯示路由能力，是解決骨干網(wǎng)QoS的有效技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)資源可根據(jù)用戶的需求得到最優(yōu)的利用；與DS－TE相關(guān)的RFC草案已提交IETF工作組進(jìn)行審核，尚未形成最終標(biāo)準(zhǔn)。。

　　總之，盡管今天的IPQoS還有很多問題沒有解決，但就像今天的IP業(yè)務(wù)一樣，IPQoS將不可避免地成為運(yùn)營商IP網(wǎng)絡(luò)中一項(xiàng)關(guān)鍵的核心技術(shù)。

摘自　現(xiàn)代有線傳輸