簡析網絡QoS

蔣維成　李蘭英

摘要：隨著計算機網絡技術的發展，新的應用不斷出現，這些應用在帶寬和延遲等方面有著不同的要求。如何支持這些應用的QoS要求，使得網絡服務質量QoS的研究成為一個熱點。文中對網絡服務質量的研究背景進行說明，對網絡服務質量的兩大研究體系IntServ服務模型和DiffServ服務模型的構成和處理過程作了介紹，詳細分析了它們的不同服務類型。比較了這兩大服務模型的特點，文中還對QoS應用前景進行了闡述。

關鍵詞： 網絡服務質量； 延遲； 抖動；帶寬； 資源預留

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）30-7055-02

隨著計算機網絡技術的不斷發展， 計算機網絡由傳統的單一數據傳輸轉向包括各種數據、語音、圖像等綜合業務傳輸。特別是伴隨著視頻會議、視頻點播、分布式多媒體而出現的視頻、語音等多媒體業務流的迅猛增長， IP網絡逐步變成了多業務的綜合數字網。由于IP網絡是面向不連接的，不可靠的傳輸服務，在這上面傳輸數據延時不可預測，網絡帶寬也得不到保證，無法滿足多媒體應用的要求。因此，針對不同業務的要求，在計算機網絡上提供不同級別的服務，以滿足其基于延遲、抖動、帶寬等性能指標的要求，提供可靠的服務。這一研究也就變得重要起來。這就是網絡服務質量 （quality of service， QoS ） [1]研究的問題，它也是當今的一個研究熱點。

1 研究內容

目前網絡服務質量的研究主要有綜合服務（integrated services，IntServ） [2]和區分服務（differentiated services， DiffServ） [3兩種不同的服務模型。

1.1 IntServ服務模型

根據不同業務對網絡延時和抖動的要求不同，Intserv服務采用資源預留的方式，對網絡資源進行分配，從而為不同業務的數據流提供端到端的QoS保證。IntServ結構中的主要信令協議是資源預留協議RSVP（resource reservation protocol）[4]。在數據傳輸之前，需建立呼叫接納，RSVP負責完成綜合服務的呼叫接納控制功能和資源預留功能，它逐點（hop-by-hop）地建立或拆除不同業務流的資源預留狀態，還供供流量控制和傳輸策略控制等。

IntServ服務模型主要有四個模塊，它們是信令協議RSVP、接納控制器，分類器和分組調度器。接納控制器根據業務流QoS要求，鏈路和網絡節點的資源使用情況決定是否接受一個業務流的資源預留請求。分類器負責對傳輸的數據流進行分類，并把分類的結果數據放入不同的隊列中，以便采取進一步相應的服務。根據不同的服務要求對各個隊列中的分組進行相應的調度轉發，這一工作由分組調度器完成。

IntServ服務的類型主要有兩類：（1） 可控負載服務[5]。它根據用戶服務要求來進行處理，限制網絡中的數據量，保證網絡處于非重載模式下，是一種定性的服務，讓用戶感覺網絡具有很大容量，負載很輕的條件下運行，對延遲的要求在可忍耐的范圍之內。（2） 質量保證型服務[6]。它保證業務流在規定的時間內到達目的地。它主要針對實時性要求很高的應用，提供帶寬、時延限制和分組丟失率來滿足應用程序的要求，只要數據流在傳輸參數范圍內就不會被丟棄。

1.2 DiffServ服務模型

DiffServ服務模型具有簡單有效、易于實現的特點。DiffServ服務模型中，將IPv4報頭中的服務類型字段的8bit定義為DS標記域，根據DS標記域中的不同數值大小，提供不同等級的服務[7]。目前主要使用前6bit用來劃分不同的服務等級。根據不同用戶對帶寬和時延的要求不同，它將延時要求相似的不同業務歸為一類，隨后對這一類業務采取一致的處理，也就是采用聚合的機制，不再針對各個業務流進行處理，從而實現起來比較簡單。在DiffServ服務模型中，將網絡劃分為不同的區域，在同一區域內部的交換結點只是負責簡單的轉發，而處于區域外圍的邊界結點則要實現較多的功能，主要負責業務流的分類、標記、聚合等。這樣邊界結點從邏輯上又可以劃分為分類器、標記器、整形器和監管器。分類器根據相應的規則，將業務流進行分類，交給標記器進行處理，標記器則對業務流的服務級別進行相應的DS標記域字段值進行設置，監管器對數據流的速率進行監視，通過整形器使得業務流符合流量調節約定的流量規格。

DiffServ服務的類型也有兩種，它們是獎賞服務和確保服務[8]。

獎賞服務是區分服務模型中一種級別很高的服務類型，它為用戶提供較低的延遲和抖動要求，保證端到端的帶寬傳輸服務。主要通過邊界調節機制來實現，確保數據流符合流規格，并保證業務流離開結點時滿足一定的要求。

確保服務是從統計意義上保證用戶的帶寬，它為每種業務流提供最低數量的帶寬和緩存空間，從而在網絡出現擁塞的情況下，也能保證用戶有一定量的預約帶寬。主要通過設置DSCP中的不同的丟棄優先級，在網絡中發生擁塞時，丟棄不同優先級的業務流來實現。

IntServ和DiffServ各有所長，IntServ實現起來比較困難，而DiffServ易于實現、可擴展性強，但其靈活性和帶寬的利用率等方面又不及IntServ。

2 應用前景

目前，很多應用于企業骨干網絡上的三層交換機大多支持QoS配置， QoS在企業園區網中骨干網絡上的應用越來越多，越來越廣泛。很多商家生產的核心層交換機也不斷增加QoS管理的功能，如cisco 3560交換機、H3C 7503E交換機、華為S9300 交換機、銳捷S2126系列交換機等，這將大大加強了QoS在園區網中的應用，隨著企業網中各種生產數據、監控數據、IP電話、視頻數據、辦公自動化等的不斷增多，QoS的應用將更加廣泛。未來電話網、有線電視、Internet的不斷融合，隨著物聯網的興起，設備之間的通信量的增加，時延敏感業務的加大，勢必進一步增加QoS在網絡上的應用，特別是新一代網絡（New Generation Network）的出現，以軟交換為核心，能夠提供音頻、視頻、數據等多媒體綜合業務的出現，QoS將得到前所未有的應用。

參考文獻：

[1] 林闖.計算機網絡的服務質量[M].北京：清華大學出版社，2004.

[2] IETF Working Group on Integrated Services[EB/OL].http：// www.ietf.org/html.charters/intserv-charter.html.

[3] IETF Working Group on Differentiated Services[EB/OL].http：//ww.ietf.org/html.charters/diffserv-charter.html.

[4] Braden R， Zhang L，Berson S， et al. Resource Reservation Protocol （RSVP）- Version 1 Functional Specification[S].RFC 2205，1997.

[5] Wroclawski.Specification of the Controlled-Loadf Network Element Service[S].RFC2211，1997.

[6] Shenker S，Guerin R.Specification of Guaranteed Quality of Service[S].RFC2212，1997.

[7] Nichols K，Baker F，Blake S.Definition of the Differentiated Services Field （DS Field） in the IPv4 and IPv6 Headers[S].RFC 2474， 1998.

[8] Nichols k，Zhang L.A Two-bit Differentiated Services Architecture for the Internet[S].RFC2638，1999.endprint