论文部分内容阅读
摘要：本文介绍了目前IP QoS中的主要技术，IP QoS存在的问题，以及IP QoS研究的发展趋势。
关键词：服务质量QoS 集成服务 区分服务 QoS路由 多办议标签
1 引言
Internet能够有如此巨大的发展，其核心技术IP起到了决定性的作用。IP网络是建立在对网络不信任的基础上的，这体现在IP的无连接、每包路由和尽力服务，IP的应用主要依靠终端的智能来实现。但是随着视频、语音等多媒体业务的迅猛增涨，希望在IP网络上能对不同业务提供相应的QoS保证，IP的这种设计原则在提供服务质量保证时遇到了极大的困难，因此IP网络的服务质量（IP QoS）成为目前Internet的重要研究课题。
2 IP QoS主要技术
QoS（Quality of Service）即服务质量是一个综合指标，用于衡量使用一个服务的满意程度，是解决IP网络承载多业务的关键因素。当前主要的IP QoS技术有集成服务（IntServ），区分服务（DiffServ。），QoS路由和多协议标签交换（MPLS）。
2.1集成服务（IntServ）
IntServ借用传统电路交换思想，传送数据之前，在呼叫两端建立一条虚电路，呼叫双方的报文都经此电路传递，从而达到保证传输质量的目的。集成服务的基本思想是根据业务的QoS需求进行网络资源预留，从而为该数据流提供端到端的QoS保证。集成服务通常采用面向流的资源预留协议（RSVP），在流传输路径上的每个节点为流预留并维护资源。主机利用RSVP向网络提出QoS的请求，用来通知网络节点预留资源。如果资源预留失败，RSVP协议会向主机发回拒绝消息。
集成服务的优点是能够在IP网上提供端到端的QoS保证。但是，集成服务对路由器的要求很高，当网络中的数据流数量很大时，路由器的存储和处理能力会遇到很大的压力。因此，集成服务可扩展性很差，难以在Internet核心网络实施。
2.2区分服务（Diffserv）
DiffServ是传统路由思想的延伸，实现简单。它把流经路由器的数据包按照一定的优先级分类，然后按照优先级顺序将数据包转发至下一跳路由器。即区分服务的基本思想是将用户的数据流按照服务质量要求来划分等级，任何用户的数据流都可以自由进入网络，但当网络出现拥塞时，级别高的数据流在排队和占用资源时比级别低的数据流有更高的优先权。
在区分服务机制下，用户和网络管理部门之间需要预先商定服务等级合约（SLA）。根据SLA，用户的数据流被赋予一个特定的优先等级，当数据流通过网络时，路由器会采用相应的方式来处理流内的分组。
区分服务只包含有限数量的业务级别，状态信息的数量少，因此实现简单，扩展性较好。它的不足之处是只承诺相对的服务质量，而不能对用户提供绝对的服务质量保证。在拥塞发生时，区分服务只能采取丢弃报文的方式，而不能采用旁路的方式使部分流量通过其他路径到达终点。目前，区分服务是IP骨干网的QoS解决方案。
2.3QoS路由
目前的Internet路由协议（OSPF，RIP等）都采用单个测度（如跳数、成本）来计算最短路由，没有考虑多个QoS参数的要求。QoS路由根据多种不同的度量参数（如带宽、成本、每一跳开销、时延、可靠性等）来选择路由。Qo路由包括括三个主要功能：键路状态信息发布、路由计算和路由表存储。QoS路由能够满足业务的QoS要求，同时提高网络的资源利用率。但是QoS路由的计算十分复杂，增加了网络的开销。
2.4 MPLS
利用多协议标签交换MPLS技术，可以协助解决QoS问题。MPLS是一种结合第二层和第三层的交换技术，引入了基于标签的机制，把路由选择和数据转发分开，由标签来规定一个分组通过网络的路径。MPLS网络由核心部分的标签交换路由器（LSR）、边缘部分的标签边缘路由器（LER）组成。MPLS并不是主要的QoS机制，也不是QoS的体系结构，但MPLS的显式路由功能大大增强了在IP网络中实施流量工程的能力。对于骨干网业务提供者来说，这是目前使用最普遍，可实现性最强的一种QoS机制。
3 IP QoS主要问题
除了上述的技术外，IP QoS还有很多模型以及应用技术的提出，使目前的IP网提高了QoS的支持能力。但总体上，还没有完全解决当前IP网所面临的QoS方面的问题。具体说来，有以下几个大的方面还需要进一步的研究。
3.1如何提供业务端到端的QoS
当前电信运营商正大力推广其增值业务，如VoIP、VOD、VPN等，都需要考虑如何对这些业务提供满足要求的端到端QoS。此外，各种业务的QoS需求不一致，包括带宽、延时、延时抖动和丢包率等，应分别根据其不同的需求进行QoS方面的考虑。在目前的QoS技术中，对端到端QoS的支持都存在着不足：或者是实现过于复杂，或者是不能提供绝对的QoS保证，或者是实现的范围有限。这些都影响着端到端业务的开展。
端到端业务涉及到网络的各个层面。因此提供业务端到端的QoS，要分别从网络的各个层面考虑。应分别考虑在接入网以及核心网对业务实施的QoS策略，特别是接入网。由于目前接入方式的多样性，包括以太网接入、专线接入、无线接入等等，这都需要考虑相应的QoS策略。
3.2 QoS管理
QoS由于自身具有端到端的特点，因此涉及到一个全网的QoS管理问题，例如运营商需要管理全网QoS策略及一致性、网络资源信息、QoS授权用户、计费信息等等，同时需要监控各链路实时的性能，各用户的QoS实施情况，并且最好能动态地进行调整。对全网QoS的可管理也是电信运营商非常关注的问题。
而传统路由器设备的管理，往往集中在设备本身，而不关心其他设备的状况。从整个网络来看，缺乏一个统一的QoS管理结构和应用方案。目前对 QoS管理的研究，已经开始进行，例如基于策略的QoS管理框架，通过在网络中部署策略服务器来达到整个网络中所有设备QoS策略的一致性。還有带宽代理BB（ Bandwidth Broker ）。BB实际上就是一个资源管理器，它收集网络的拓扑和节点及链路状态信息，管理网络资源，并结合策略服务器规定的策略进行接纳控制，但这些研究还有待深入。 3.3 QoS测量
QoS测量是一个新的研究课题，它的目的是用测量手段取得网络的性能和服务质量指标。显然，网络的QoS控制、维护、管理和计费都需要QoS测量的支持。QoS测量有不同的分类方法，按照测量过程中测试设备是否主动发送探测包可分为主动测量和被动测量两类；按照测试设备所处的位置，又可分为基于路由器的测量，端到端测量，以及路由器协助的测量。QoS测量的内容很广泛，包括网络拓外发现、时延、丢包率、带宽测量、网络距离测量、路由器调度策略和瓶颈缓冲器容量测量，以及路由器流量监测。
QoS测量需要复杂的技术，特别是端到端QoS测量，在没有路由器参与，两端设备时钟又不同步的情况下，利用信号处理技术和数学分析方法，可以推测网络拓扑，端到端的单向传输时延、链路时延，链路带宽、路径上的瓶颈带宽及可用带宽，甚至还可以推测网络中路由器的调度策略和缓冲器容量。端到端 QoS测量可以测出网络的整体性能指标，而且不需要对路由器进行改造，也不需要网络运营商公开内部资料（如网络拓扑、设备配置、传输容量等）。目前QoS测量技术还不成熟，国外有一些研究成果报道，国内在此领域的研究则刚刚开始。
3.4业务开展
QoS本身就是一个业务。通过对不同的用户提供不同的QoS，从而达到实施不同的收费策略。目前对 QoS业务的开展相对简单，通常是与用户签订SLA，根据不同的QoS保证收取不同的费用，这种方式QoS保证与收费较固定和简单。随着以后个人用户的增多，对QoS的需求也会增加。同时，个人用户对QoS的要求也是不固定的，也许有时需要，而有时不需要。因此，可以考虑与个人用户实现比较灵活的QoS支持，例如根据实际需要，逐步提供QoS用户自助服务，用户可自定义不同的接入带宽、服务等级、资费套餐等自助服务参数，并可查询接入带宽、服务等级、服务资费等。由于存在这些方面的新要求，从而导致 QoS业务开展成本的提高以及复杂性的上升。因此，如何更好地对用户开展 QoS業务，也是当前需要解决的一个问题。
4 QoS研究的发展趋势
QoS技术是IP网络下一步发展的重要基础技术之一，QoS研究已有不少成果，但其整体仍处于研究试验阶段，离实用还有一定的距离。目前需要解决的主要问题是算法复杂性和QoS控制效果之间的权衡。QoS管理、计费和QoS测量的研究则还处于起步阶段，研究成果较少，标准尚未形成，是IP QoS研究的新热点。QoS研究的另一发展趋势是多种技术的结合，将各种QoS机制综合起来，改善IP网的服务质量。■
参考文献
[1] RFC 1633，Integrated Services in the Internet Architecture：An overview.
[2] RFC 2475，An Architecture for Differentiated Services
[3] RFC 2702，Requirements for Traffic Engineering Over MPLS
作者简介：陈晓红（1970-），女，1994年毕业于武汉理工大学计算机方向专业，现就职于武汉职业技术学院计算机技术与软件工程学院，研究方向：计算机网络。
关键词：服务质量QoS 集成服务 区分服务 QoS路由 多办议标签
1 引言
Internet能够有如此巨大的发展，其核心技术IP起到了决定性的作用。IP网络是建立在对网络不信任的基础上的，这体现在IP的无连接、每包路由和尽力服务，IP的应用主要依靠终端的智能来实现。但是随着视频、语音等多媒体业务的迅猛增涨，希望在IP网络上能对不同业务提供相应的QoS保证，IP的这种设计原则在提供服务质量保证时遇到了极大的困难，因此IP网络的服务质量（IP QoS）成为目前Internet的重要研究课题。
2 IP QoS主要技术
QoS（Quality of Service）即服务质量是一个综合指标，用于衡量使用一个服务的满意程度，是解决IP网络承载多业务的关键因素。当前主要的IP QoS技术有集成服务（IntServ），区分服务（DiffServ。），QoS路由和多协议标签交换（MPLS）。
2.1集成服务（IntServ）
IntServ借用传统电路交换思想，传送数据之前，在呼叫两端建立一条虚电路，呼叫双方的报文都经此电路传递，从而达到保证传输质量的目的。集成服务的基本思想是根据业务的QoS需求进行网络资源预留，从而为该数据流提供端到端的QoS保证。集成服务通常采用面向流的资源预留协议（RSVP），在流传输路径上的每个节点为流预留并维护资源。主机利用RSVP向网络提出QoS的请求，用来通知网络节点预留资源。如果资源预留失败，RSVP协议会向主机发回拒绝消息。
集成服务的优点是能够在IP网上提供端到端的QoS保证。但是，集成服务对路由器的要求很高，当网络中的数据流数量很大时，路由器的存储和处理能力会遇到很大的压力。因此，集成服务可扩展性很差，难以在Internet核心网络实施。
2.2区分服务（Diffserv）
DiffServ是传统路由思想的延伸，实现简单。它把流经路由器的数据包按照一定的优先级分类，然后按照优先级顺序将数据包转发至下一跳路由器。即区分服务的基本思想是将用户的数据流按照服务质量要求来划分等级，任何用户的数据流都可以自由进入网络，但当网络出现拥塞时，级别高的数据流在排队和占用资源时比级别低的数据流有更高的优先权。
在区分服务机制下，用户和网络管理部门之间需要预先商定服务等级合约（SLA）。根据SLA，用户的数据流被赋予一个特定的优先等级，当数据流通过网络时，路由器会采用相应的方式来处理流内的分组。
区分服务只包含有限数量的业务级别，状态信息的数量少，因此实现简单，扩展性较好。它的不足之处是只承诺相对的服务质量，而不能对用户提供绝对的服务质量保证。在拥塞发生时，区分服务只能采取丢弃报文的方式，而不能采用旁路的方式使部分流量通过其他路径到达终点。目前，区分服务是IP骨干网的QoS解决方案。
2.3QoS路由
目前的Internet路由协议（OSPF，RIP等）都采用单个测度（如跳数、成本）来计算最短路由，没有考虑多个QoS参数的要求。QoS路由根据多种不同的度量参数（如带宽、成本、每一跳开销、时延、可靠性等）来选择路由。Qo路由包括括三个主要功能：键路状态信息发布、路由计算和路由表存储。QoS路由能够满足业务的QoS要求，同时提高网络的资源利用率。但是QoS路由的计算十分复杂，增加了网络的开销。
2.4 MPLS
利用多协议标签交换MPLS技术，可以协助解决QoS问题。MPLS是一种结合第二层和第三层的交换技术，引入了基于标签的机制，把路由选择和数据转发分开，由标签来规定一个分组通过网络的路径。MPLS网络由核心部分的标签交换路由器（LSR）、边缘部分的标签边缘路由器（LER）组成。MPLS并不是主要的QoS机制，也不是QoS的体系结构，但MPLS的显式路由功能大大增强了在IP网络中实施流量工程的能力。对于骨干网业务提供者来说，这是目前使用最普遍，可实现性最强的一种QoS机制。
3 IP QoS主要问题
除了上述的技术外，IP QoS还有很多模型以及应用技术的提出，使目前的IP网提高了QoS的支持能力。但总体上，还没有完全解决当前IP网所面临的QoS方面的问题。具体说来，有以下几个大的方面还需要进一步的研究。
3.1如何提供业务端到端的QoS
当前电信运营商正大力推广其增值业务，如VoIP、VOD、VPN等，都需要考虑如何对这些业务提供满足要求的端到端QoS。此外，各种业务的QoS需求不一致，包括带宽、延时、延时抖动和丢包率等，应分别根据其不同的需求进行QoS方面的考虑。在目前的QoS技术中，对端到端QoS的支持都存在着不足：或者是实现过于复杂，或者是不能提供绝对的QoS保证，或者是实现的范围有限。这些都影响着端到端业务的开展。
端到端业务涉及到网络的各个层面。因此提供业务端到端的QoS，要分别从网络的各个层面考虑。应分别考虑在接入网以及核心网对业务实施的QoS策略，特别是接入网。由于目前接入方式的多样性，包括以太网接入、专线接入、无线接入等等，这都需要考虑相应的QoS策略。
3.2 QoS管理
QoS由于自身具有端到端的特点，因此涉及到一个全网的QoS管理问题，例如运营商需要管理全网QoS策略及一致性、网络资源信息、QoS授权用户、计费信息等等，同时需要监控各链路实时的性能，各用户的QoS实施情况，并且最好能动态地进行调整。对全网QoS的可管理也是电信运营商非常关注的问题。
而传统路由器设备的管理，往往集中在设备本身，而不关心其他设备的状况。从整个网络来看，缺乏一个统一的QoS管理结构和应用方案。目前对 QoS管理的研究，已经开始进行，例如基于策略的QoS管理框架，通过在网络中部署策略服务器来达到整个网络中所有设备QoS策略的一致性。還有带宽代理BB（ Bandwidth Broker ）。BB实际上就是一个资源管理器，它收集网络的拓扑和节点及链路状态信息，管理网络资源，并结合策略服务器规定的策略进行接纳控制，但这些研究还有待深入。 3.3 QoS测量
QoS测量是一个新的研究课题，它的目的是用测量手段取得网络的性能和服务质量指标。显然，网络的QoS控制、维护、管理和计费都需要QoS测量的支持。QoS测量有不同的分类方法，按照测量过程中测试设备是否主动发送探测包可分为主动测量和被动测量两类；按照测试设备所处的位置，又可分为基于路由器的测量，端到端测量，以及路由器协助的测量。QoS测量的内容很广泛，包括网络拓外发现、时延、丢包率、带宽测量、网络距离测量、路由器调度策略和瓶颈缓冲器容量测量，以及路由器流量监测。
QoS测量需要复杂的技术，特别是端到端QoS测量，在没有路由器参与，两端设备时钟又不同步的情况下，利用信号处理技术和数学分析方法，可以推测网络拓扑，端到端的单向传输时延、链路时延，链路带宽、路径上的瓶颈带宽及可用带宽，甚至还可以推测网络中路由器的调度策略和缓冲器容量。端到端 QoS测量可以测出网络的整体性能指标，而且不需要对路由器进行改造，也不需要网络运营商公开内部资料（如网络拓扑、设备配置、传输容量等）。目前QoS测量技术还不成熟，国外有一些研究成果报道，国内在此领域的研究则刚刚开始。
3.4业务开展
QoS本身就是一个业务。通过对不同的用户提供不同的QoS，从而达到实施不同的收费策略。目前对 QoS业务的开展相对简单，通常是与用户签订SLA，根据不同的QoS保证收取不同的费用，这种方式QoS保证与收费较固定和简单。随着以后个人用户的增多，对QoS的需求也会增加。同时，个人用户对QoS的要求也是不固定的，也许有时需要，而有时不需要。因此，可以考虑与个人用户实现比较灵活的QoS支持，例如根据实际需要，逐步提供QoS用户自助服务，用户可自定义不同的接入带宽、服务等级、资费套餐等自助服务参数，并可查询接入带宽、服务等级、服务资费等。由于存在这些方面的新要求，从而导致 QoS业务开展成本的提高以及复杂性的上升。因此，如何更好地对用户开展 QoS業务，也是当前需要解决的一个问题。
4 QoS研究的发展趋势
QoS技术是IP网络下一步发展的重要基础技术之一，QoS研究已有不少成果，但其整体仍处于研究试验阶段，离实用还有一定的距离。目前需要解决的主要问题是算法复杂性和QoS控制效果之间的权衡。QoS管理、计费和QoS测量的研究则还处于起步阶段，研究成果较少，标准尚未形成，是IP QoS研究的新热点。QoS研究的另一发展趋势是多种技术的结合，将各种QoS机制综合起来，改善IP网的服务质量。■
参考文献
[1] RFC 1633，Integrated Services in the Internet Architecture：An overview.
[2] RFC 2475，An Architecture for Differentiated Services
[3] RFC 2702，Requirements for Traffic Engineering Over MPLS
作者简介：陈晓红（1970-），女，1994年毕业于武汉理工大学计算机方向专业，现就职于武汉职业技术学院计算机技术与软件工程学院，研究方向：计算机网络。