Qos技术入门篇

Qos技术入门篇

一．引言

一般来说，基于存储转发机制的Internet(Ipv4标准)只为用户提供了“尽力而为(best-effort)”的服务，不能保证数据包传输的实时性、完整性以及到达的顺序性，不能保证服务的质量，所以主要应用在文件传送和电子邮件服务。随着Internet的飞速发展，人们对于在Internet上传输分布式多媒体应用的需求越来越大，一般说来，用户对不同的分布式多媒体应用有着不同的服务质量要求，这就要求网络应能根据用户的要求分配和调度资源，因此，传统的所采用的“尽力而为”转发机制，已经不能满足用户的要求。为了解决在Internet等计算机网上高质量地传输多媒体信息地问题，美国于1996年底，开始了以提高网络服务质量研究为核心底InternetⅡ以及NGI（下一代Internet）等研究项目。IETF（Internet Engineering Task Force）也成立了专门的工作小组来研究多媒体服务质量的定义和相关的标准。

网络服务质量（quality of service，简称QoS）是网络于用户之间以及网络上互相通信的用户之间关于信息传输与共享的质的约定，例如，传输延迟允许时间、最小传输画面失真度以及声像同步等。在Internet等计算机网络上为用户提供高质量的QoS必须解决以下问题：

1. QoS的分类与定义。对QoS进行分类和定义的目的是使网络可以根据不同类型的QoS进行管理和分配资源。例如，给实时服务分配较大的带宽和较度的CPU

处理时间等，另一方面，对QoS进行分类定义也方便用户根据不同的应用提出QoS需求。

2. 准入控制和协商。即根据网络中资源的使用情况，允许用户进入网络进行多媒体信息传输并协商其QoS。

3. 资源预约。为了给用户提供满意的QoS，必须对端系统、路由器以及传输带宽等相应的资源进行预约，以确保这些资源不被其他应用所强用。

4. 资源调度与管理。对资源进行预约之后，是否能得到这些资源，还依赖于相应的资源调度与管理系统。

二．QoS现状及相关技术

现在，IP网络如何提供服务质量QoS支持这一问题现已成为业界关注的焦点。对于由QoS控制来实现QoS保证，国际上不同组织和团体提出了不同的控制机制和策略，比较著名的有：

1) ISO/OSI提出了基于ODP分布式环境的QoS控制，但至今仍只停留在只给出了用户层的QoS参数说明和变成接口阶段，具体实现QoS控制策略并未提出；

2) ATM论坛提出了QoS控制的策略和实现，ATM控制是“连接预定”型（connection and reservation），它的核心内容是在服务建立之前，通过接纳控制和资源预留来提供服务的QoS保证，而在服务交互的过程中，用户进程和网络要严格按照约定的QoS实现服务QoS保证；

3) IETF组织也已经提出了多种服务模型和机制来满足对QoS的需求，其中比较典型的有：RFC2115，RFC2117以及1998、1999年提出的RFC26xx系列中的综合业务模型（Int-Serv）、差分业务模型(differentiated services)、多协议标签MPLS技术(Multi-Protocol Label Switching)、流量工程(traffic engineering)和QoS路由(QoS-based routing)等均用于解决Internet网络的QoS控制和管理。

以下就一些比较典型的模型作简单的介绍。

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综合业务模型（Int-Serv）主要引入了一个重要的网络控制协议RSVP（资源预留协议），它不是路由协议，但是需要与路由协议一起使用。RSVP的引入使得IP网络为应用提供所要求的端到端的QoS保证成为可能，但为了支持这种能力，数据包所经过的每个网络元素（子网和IP路由器）都必须能够支持RSVP控制服务质量的机制。RSVP资源预留方式与异步转移模式（ATM）中资源预留方式有两个不同之处：第一，RSVP是一种面向信宿端的协议，由信宿端来描述资源需求；而ATM是由信源端来要求资源预留。第二，RSVP中保留的是“软状态”，需要周期性的更新；而ATM保留的是“硬状态”，通信期间不改变。

综合业务模型的这种利用RSVP全程信令将原本面向无连接的IP网络改为面向连接的网络的方法存在着许多致命的缺陷，使得原本欲提供的端到端全程QoS 保证，实际上是很难实现的，原因有二：

综合业务模型下的预留状态信息是与业务流的个数成正比的，这使得路由器的负担会随着网络的扩大、业务流的增多而加重，网络的扩展性不好。

综合业务模型中的每个路由器都要支持RSVP控制协议，为业务流保持状态信息，这对路由器的实现要求太高。如果有一个中间路由器不支持RSVP控制协议，虽然RSVP仍可透明通过，但服务质量仍不能保证。

针对这些确定，IETF组织指定了一个相对扩展性较强的方案，来保证IP网络的服务质量QoS，这就是差分业务模型。差分业务模型主要是重新利用了IP 数据包头中的服务类型（ToS）字段（改为DS域），使得对RSVP网络控制协议的使用仅局限在用户网络一侧，而将骨干传送网从RSVP中解脱出来。骨干网中的核心路由器只需检查数据包中的ToS字段判断业务的类别，再为不同的业务提供不同的QoS保证策略，这种模型并不提供从信源端道信宿端的全程QoS保证，而将QoS限制再不同的域（Domain）范围内加以实现，不同域之间应有一定的约定和标识的翻译机制。

多协议标签交换（MPLS）是时下最热门的技术之一，它将灵活的三层IP选路和高速的二层交换技术完美地结合起来，从而弥补了传统IP网络地许多缺陷。它引入了新的标签结构，对IP网络的改变较大，引入了“显式路由”机制，对QoS提供了更为可靠的保证。

对IP网络提供QoS支持的发展动向可作如下的总结：从“经历而为”走向“综合业务”；从“无状态”道“面向流的软状态”；从服务的“先进先出策