QoS的基本概念路由与研究现状和发展

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1、 . QoS的基本概念、路由与研究现状和发展阅读提示：随着网络多媒体技术的飞速发展，Internet上的多媒体应用层出不穷，如IP、视频会议、视频点播(VOD)、远程教育等多媒体实时业务、电子商务在Internet上传送等。Internet已逐步从单一的数据传送网向数据、语音、图像等多媒体信息的综合传输网演化。这些不同的应用需要有不同的Qos(quality of service)要求，Qos通常用带宽、时延、时延抖动和分组丢失率来衡量。各种应用对服务质量的需求在迅速增长。0、概述目前的Internet仅提供尽力而为(best-effort service)的传送服务，业务量尽快传送，没有明确

2、的时间和可靠性保障。随着网络多媒体技术的飞速发展，Internet上的多媒体应用层出不穷，如IP、视频会议、视频点播(VOD)、远程教育等多媒体实时业务、电子商务在Internet上传送等。Internet已逐步从单一的数据传送网向数据、语音、图像等多媒体信息的综合传输网演化。这些不同的应用需要有不同的Qos(quality of service)要求，Qos通常用带宽、时延、时延抖动和分组丢失率来衡量。各种应用对服务质量的需求在迅速增长。Internet上一些主要应用的业务特征与其QoS如表1所示。显然，现有的尽力传送服务已无法满足各种应用对网络传输质量的不同要求，需要Internet提供多

3、种服务质量类型的业务。而尽力而为的服务仍将提供给那些只需要连通性的应用。服务质量Qos系指用来表示服务性能之属性的任何组合。为了使其具有价值，这些属性必须是可提供的、可管理的、可验证和计费的，而且在使用时它们必须是始终如一的、可预测的、有的属性甚至是起决定性作用的。为了满足各种用户应用的需要，构建对IP最优并具备各种服务质量机制的网络是完全必要的。专线服务、语音、文件传递、存储转发、交互式视频和广播视频是现有应用的一些例子。0.1QoS的关键指标QoS的关键指标主要包括：可用性、吞吐量、时延、时延变化(包括抖动和漂移)和丢失。下面详细叙述。可用性是当用户需要时网络即能工作的时间百分比。可用性主

4、要是设备可靠性和网络存活性相结合的结果。对它起作用的还有一些其他因素，包括软件稳定性以与网络演进或升级时不中断服务的能力。吞吐量是在一定时间段对网上流量(或带宽)的度量。对IP网而言可以从帧中继网借用一些概念。根据应用和服务类型，服务水平协议(SLA)可以规定承诺信息速率(CIR)、突发信息速率(BIR)和最大突发信号长度。承诺信息速率是应该予以严格保证的，对突发信息速率可以有所限定，以在容纳预定长度突发信号的同时容纳从话音到视像以与一般数据的各种服务。一般讲，吞吐量越大越好。时延指一项服务从网络入口到出口的平均经过时间。许多服务，特别是话音和视像等实时服务都是高度不能容忍时延的。当时延超过2

5、00-250毫秒时，交互式会话是非常麻烦的。为了提供高质量话音和会议电视，网络设备必须能保证低的时延。产生时延的因素很多，包括分组时延、排队时延、交换时延和传播时延。传播时延是信息通过铜线、光纤或无线链路所需的时间，它是光速的函数。在任何系统中，包括同步数字系列(SDH)、异步传输模式（ATM）和弹性分组环路(RPR)，传播时延总是存在的。时延变化是指同一业务流中不同分组所呈现的时延不同。高频率的时延变化称作抖动，而低频率的时延变化称作漂移。抖动主要是由于业务流中相继分组的排队等候时间不同引起的，是对服务质量影响最大的一个问题。某些业务类型，特别是话音和视像等实时业务是极不容忍抖动的。分组到达

6、时间的差异将在话音或视像中造成断续。所有传送系统都有抖动，只要抖动落在规定容差之就不会影响服务质量。利用缓存可以克服过量的抖动，但这将增加时延，造成其他问题。漂移是任何同步传输系统都有的一个问题。在SDH系统中是通过严格的全网分级定时来克服漂移的。在异步系统中，漂移一般不是问题。漂移会造成基群失帧，使服务质量的要求不能满足。丢包不管是比特丢失还是分组丢失，对分组数据业务的影响比对实时业务的影响都大。在通话期间，丢失一个比特或一个分组的信息往往用户注意不到。在视像广播期间，这在屏幕上可能造成瞬间的波形干扰，然后视像很快恢复如初。即便是用传输控制协议(TCP)传送数据也能处理丢失，因为传输控制协议

7、允许丢失的信息重发。事实上，一种叫做随机早丢(RED)的拥塞控制机制在故意丢失分组，其目的是在流量达到设定门限时抑制TCP传输速率，减少拥塞，同时还使TCP流失去同步，以防止因速率窗口的闭合引起吞吐量摆动。但分组丢失多了，会影响传输质量。所以，要保持统计数字，当超过预定门限时就向网络管理人员告警。0.2研究QoS的推动力网络中，服务质量(QoS)的研究有三个主要的推动力。是对QoS有严格要求业务的出现，如交互式实时多媒体业务、BP等；是通过QoS研究，有助于提高网络效率，降低网络成本；是运营商可以通过QoS机制，按照不同用户对服务质量的不同要求，提供多种有区别的服务，提高用户的满意度，同时提高

8、网络运营商的收益。因此，服务质量的研究重点是如何提高网络提供QoS保证的能力，而最终研究的目标是保证用户对QoS的要求。1、IP Qos主要体系结构与其实现机制Internet如何提供QoS支持（即IP QoS问题）已成为业界关注的焦点。IP QoS是指IP数据流通过网络时表现出来的特性，这种特性可以用下列指标来表示：传输服务的可靠性、延时、延时抖动、吞吐量、丢包率。到目前为止，IP QoS主要有3种体系结构。(1)intserv集成业务intserv主要引入了一个重要的网络控制协议RSVP(资源预留协议)。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。Intserv

9、尽管提供QoS保证，但其扩展性差。因为其工作方式是基于每个流的，这就需要保存大量的与分组队列数成正比的状态信息。此外，RSVP的有效实施必须依赖于分组所经过路径上的每个路由器。在骨干网上，业务流的数目可能很大，因此要求路由器的转发速率很高，这使得intserv难于在骨干网上得到实施。(2)Diffserv区分业务IETF（互联网工程任务组）在RFC2475中提出diffserv体系结构，旨在定义一种能实施QoS且更易扩展的方式，以解决intserv扩展性差的缺点。diffserv简化了信令，对业务流的分类颗粒度更粗。Diffserv通过汇聚(aggregate)和PHB(per hop beh

10、avior)的方式提供QoS。汇聚是指路由器把QoS需求相近的业务流看成一个大类，以减少调度算法所处理的队列数。PHB是指逐跳的转发方式，每个PHB对应一种转发方式或QoS要求。由于diffserv采用对数据流分类聚集后提供差别服务的方法实现对数据流的可预测性传输，所以对QoS的支持粒度取决于传输服务的分级层次，各网络节点中存储的状态信息数量仅正比于服务级别的数量而不是数据流的数量，由此diff-serv获得了良好的扩展性。3)MPLS多协议标签交换多协议标签交换(MPLS)将灵活的3层IP选路和高速的2层交换技术完美地结合起来，从而弥补了传统IP网络的许多缺陷。它引入了“显式路由”机制，对Q

11、oS提供了更为可靠的保证。多协议标签转换MPLS在路由寻址方面同传统路由器有明显的不同。MPLS支持特殊路由，到达同一目的地的数据包可沿不同路径进行转发。MPLS网络主要由标签交换边缘路由器LER和标签交换路由器LSR组成；MPLS技术的Qos 保证机理如下：标签交换，LabeISwap)机制当数据流进入M PLS网络时，入口标签交换边缘路由器LER首先将数据流映射到某个转发等价类FEC(转发等价类是指网络中沿一样路径进行转发的一类分组的集合)。再根据FEC为每个分组加上固定长度的短标签。每个FEC对应的标签是由基于限制路由的标签分发协议CRLDP根据路由协议(如OSPF、RIP、BGP协议)

12、以与考虑到带宽的可用性和业务特性分发给各个LSR和LER的。进入MPLS网络以后，标签交换路由器LSR不再根据原来的分组中的信息转发数据，而只是仅仅根据分组所携带的标签进行交换式转发。由于分组在通过网络时只需一次路由，转发时无需做传统意义上的路由判断(如查找路由表)，从而提高了转发速度。另外，CRLDP避免了以前LDP协议分发标签时只是根据传统路由协议来分发标签：而传统路由协议是基于最短路径算法的，容易导致多条标签交换路径LSP选用同一系列LSR，进而可能使部分网络出现拥塞，而网络的其它部分仍有可用资源，极浪费了网络资源。CR LDP在分发标签时充分考虑了带宽的可用性和业务特性，避免了拥塞的发

13、生，充分利用了网络带宽资源。M PLS技术对QoS的保证M PLS有两种途径对Qos支持：一是让标记本身就具有服务质量ToS(Type of Service)的意义：LER事先把标记空间分成多个区间，不同区间的标记具有不同的服务质量，在为新数据流分配标记时，根据其Qos的不同为其分配相应区间的标记；另一途径是让标记条目中的ExP域来标示传送分组的Tos。M PLS数据包的服务质量类型就由Tos等参数来决定。LER根据T0s来决定输出队列和丢包优先级，如对于到达同一目的地的IP包，可根据设置在标签中ExP域的Tos值来建立不同的转发路径，不同的转发路径对应不同的拥塞控制机制和丢包优先级，达到其对

14、传输质量的要求。同时，通过对特殊路由的管理，还能有效的解决网络中的负载分担和拥塞问题，如当网络中出现拥塞时，MPLS可实时的建立新的转发路由来分担其流量，或通过强制丢包、通知信源降低数据发送率等手段来缓解网络拥塞。虽在MPLS之前的综合服务和区分服务能解决一部分服务质量问题，但只有MPLS才是一种最全面的服务质量保证体系。以上3种体系结构仅仅是提供了一种在子网络域实施QoS的框架结构，而具体的一些策略和相应的实现机制则由不同的厂商来决定。目前有关IP QoS的4种实现机制大致可归纳为：队列管理机制，队列调度机制，基于约束的路由(CBR)和流量工程。其中CBR是对QoS的限制参数进行一定的扩充。

15、CBR需各路由器间相互配合，如相互通知网络的状态信息等。CBR的难点在于如何在状态信息的精确发布和发布频率之间取得一个折衷。CBR包括QoS路由(QoS-based routing)和策略性路由(poIicy routing)。2、QoS路由目前网络研究主要通过两个途径提高QoS，一个是节点控制；另一个是整网或局部网络控制。节点控制在单节点或单链路完成，主要控制业务对单节点共享资源的占用，包括共享的链路、缓存区、处理器资源。节点控制主要的策略包括：业务流整形、业务调度、节点缓冲区管理，整网或局部网络控制通常通过对路由与信令的控制达到对业务流或业务连接在网络中传输的直接控制，因路由直接关系到网络

16、性能，所以QoS路由成为解决QoS问题的一项关键技术。QoS路由的主要目标是为接入的业务选择满足其服务质量要求的传输路径，同时保证网络资源的有效利用一般路由选择过程由两个部分组成：一是为到达业务选择路径并发送数据包的过程，本文称之为寻路过程；一是节点问路由信息的交互过程，与传统的尽力而为的路由过程相比，QoS寻路过程涉与两个方面的问题：一是依据哪些度量参数作为寻路标准，这里简称为度量参数选择问题；另一个是在寻路标准设定后，如何找到满足业务需求的路径，并保证数据经由选定路径传输到目的节点，我们称之为寻路问题，路由信息交互过程中，由于链路传输延时的存在，每个节点获得的其他节点的状态信息总是具有一定

17、的不准确性，这些不准确性将在一定程度上影响QoS路由算法的有效性，因此，路由信息不准确的问题，也是QoS路由中的一个主要问题。度量参数选择问题、寻路问题和路由信息不准确问题是首要解决的基本问题，也是QoS路由中的研究重点。2.1QoS路由研究中需要解决的主要难点QoS路由研究中需要解决的主要难点包括以下几个方面：(1)NP-Comp l ete问题同时对两个以上相互独立的参数提出要求时，这个问题就是一个NP-Complete的问题,实时应用往往会对延时，延时抖动，带宽，丢失率，业务代价等多个参数同时提出性能要求,例如，实时多媒体业务会对延时和延时抖动同时提出要求,这些参数相互独立时，选择满足多

18、个参数限制的路由就成为NPComplete问题,NPComplete问题直接关系到路由算法的可实现性。(2)多业务并存同时承载多种QoS要求不同的业务时，网络性能优化困难，扩展困难，尤其是QoS和尽力而为best-effort业务独立共存时，很难确定最优的操作点。(3)节点状态信息的存储量大QoS路由中，节点需记录的状态参量将增多，如状态信息的存储量随网络节点个数的增加而指数性增加，将限制网络的扩展。(4)信息不准确传输负荷的抖动、新连接的加入称消等都可能导致网络状态变化，这些变化因素直接影响全网状态信息的准确性，同时也直接影响算法的性能。这几点中，“信息不准确”是路由信息不准确中主要解决的问

19、题。2.2QoS路由研究存的问题：QoS路由研究存在着以下几个问题：(1)缺乏路由模型，理论研究困难由于网络拓扑和业务特性复杂多样，协议数学描述困难，因此，目前多数路由研究主要是针对某个问题设计启发式算法，而不是基于某种模型从理论上推导算法特性和性能，这种情况下，为分折算法性能，需要大量仿真工作，由于缺乏理论支持，在不同的拓扑结构和业务特性下，算法性能可能差异较大，而且仿真得到的结果缺乏说服力。(2)优化目标不同，评估标准不一致目前主要的优化目标包括代价和延时等加性参数，评估标准主要有：业务接入率、阻塞率、数据丢包率、带宽利用率、节点队列长度、代价、信令开销等，由于各个研究者解决的问题不同，优

20、化目标往往不一样，评估标准也不一致，不利于比较不同算法的性，因此制定出统一的路由性能评估对路由研究具有重要意义。(3)接入业务的变化对网络状态影响大现有的QoS路由依据用户业务对服务质量的要求进行寻路，一旦存在满足要求的路径就会将业务接入，在业务接入时，没有考虑该业务的接入对网络状态有多大的改变，因此，可以说目前的QoS路由是基于服务质量要求的尽力而为的路由，在这种情况下，如果业务特性变化过快，网络状态急剧变化，网络效率、阻塞率等特性都会受到很大影响，因此，在今后的研究中网络的性能变化也应该作为业务接入的一个参考。(4)节点控制与路由过程脱离网络为业务提供QoS服务时，节点控制和路由控制是相辅

21、相成，缺一不可的。以上问题的解决对设计出高性能的路由算法，更好地满足业务对服务质量的要求，提高网络资源利用率，实现用户级QoS至关重要。从表2中的参数可以看出，基于算术平均的线性组合预测法Y在预测方差和有效度指标上都不与基于调和平均的组合预测法Y，说明组合预测法Y较优。同时，由于单项方法(成长曲线法)的预测效果存在较大差别，组合预测法Y的预测效果甚至不与趋势外推法和灰色系统预测单项方法的预测效果，由此印证了原有的线性组合预测有偏向较差方法的倾向。从省2003年移动通信用户数发展的实际情况来看，截至到2003年6月底，全省移动用户数为1772万户，按照上半年用户发展速度，全年用户数可达2040万

22、左右，假定按省近三年的平均增长率0.9%计算全省总人口，2002年底省人口总数为4694.6万，预计2003年底全省移动用户渗透率可以达到43.1%，明显与组合预测法Y的预测结果更吻合。QoS术语解释阅读提示： QoS的英文全称为Quality of Service，中文名为服务质量。QoS是网络的一种安全机制, 是用来解决网络延迟和阻塞等问题的一种技术。QoS的英文全称为Quality of Service，中文名为服务质量。QoS是网络的一种安全机制, 是用来解决网络延迟和阻塞等问题的一种技术。 在正常情况下，如果网络只用于特定的无时间限制的应用系统，并不需要QoS，比如Web应用，或E-

23、mail设置等。但是对关键应用和多媒体应用就十分必要。当网络过载或拥塞时，QoS 能确保重要业务量不受延迟或丢弃，同时保证网络的高效运行。QoS具有如下功能： 1分类分类是指具有QoS的网络能够识别哪种应用产生哪种数据包。没有分类，网络就不能确定对特殊数据包要进行的处理。所有应用都会在数据包上留下可以用来识别源应用的标识。分类就是检查这些标识，识别数据包是由哪个应用产生的。以下是4种常见的分类方法。(1)协议 有些协议非常“健谈”，只要它们存在就会导致业务延迟，因此根据协议对数据包进行识别和优先级处理可以降低延迟。应用可以通过它们的EtherType进行识别。譬如，AppleTalk协议采用0

24、x809B，IPX使用0x8137。根据协议进行优先级处理是控制或阻止少数较老设备所使用的“健谈”协议的一种强有力方法。(2)TCP和UDP端口 许多应用都采用一些TCP或UDP端口进行通信，如 采用TCP端口80。通过检查IP数据包的端口，智能网络可以确定数据包是由哪类应用产生的，这种方法也称为第四层交换，因为TCP和UDP都位于OSI模型的第四层。(3)源IP地址 许多应用都是通过其源IP地址进行识别的。由于服务器有时是专门针对单一应用而配置的，如电子服务器，所以分析数据包的源IP地址可以识别该数据包是由什么应用产生的。当识别交换机与应用服务器不直接相连，而且许多不同服务器的数据流都到达该

25、交换机时，这种方法就非常有用。(4)物理端口 与源IP地址类似，物理端口可以指示哪个服务器正在发送数据。这种方法取决于交换机物理端口和应用服务器的映射关系。虽然这是最简单的分类形式，但是它依赖于直接与该交换机连接的服务器。 2标注 在识别数据包之后，要对它进行标注，这样其他网络设备才能方便地识别这种数据。由于分类可能非常复杂，因此最好只进行一次。识别应用之后就必须对其数据包进行标记处理，以便确保网络上的交换机或路由器可以对该应用进行优先级处理。通过采纳标注数据的两种行业标准，即IEEE 802.1p或差异化服务编码点(DSCP)，就可以确保多厂商网络设备能够对该业务进行优先级处理。在选择交换机

26、或路由器等产品时，一定要确保它可以识别两种标记方案。虽然DSCP可以替换在局域网环境下主导的标注方案IEEE 802.1p，但是与IEEE 802.1p相比，实施DSCP有一定的局限性。在一定时期，与IEEE 802.1p 设备的兼容性将十分重要。作为一种过渡机制，应选择可以从一种方案向另一种方案转换的交换机。 3优先级设置一旦网络可以区分通话和网上浏览，优先级处理就可以确保进行Internet上大型下载的同时不中断通话。为了确保准确的优先级处理，所有业务量都必须在网络骨干进行识别。在工作站终端进行的数据优先级处理可能会因人为的差错或恶意的破坏而出现问题。黑客可以有意地将普通数据标注为高优先级

27、，窃取重要商业应用的带宽，导致商业应用的失效。这种情况称为拒绝服务攻击。通过分析进入网络的所有业务量，可以检查安全攻击，并且在它们导致任何危害之前与时阻止。在局域网交换机中，多种业务队列允许数据包优先级存在。较高优先级的业务可以在不受较低优先级业务的影响下通过交换机，减少对诸如话音或视频等对时间敏感业务的延迟事故。为了提供优先级，交换机的每个端口必须有至少2个队列。虽然每个端口有更多队列可以提供更为精细的优先级选择，但是在局域网环境中，每个端口需要4个以上队列的可能性不大。当每个数据包到达交换机时，都要根据其优先级别分配到适当的队列，然后该交换机再从每个队列转发数据包。该交换机通过其排队机制确

28、定下一步要服务的队列。有以下2种排队方式。(1)严格优先队列(SPQ) 这是一种最简单的排队方式，它首先为最高优先级的队列进行服务，直到该队列为空，然后为下一个次高优先级队列服务，依此类推。这种方法的优势是高优先级业务总是在低优先级业务之前处理。但是，低优先级业务有可能被高优先级业务完全阻塞。(2)加权循环(WRR) 这种方法为所有业务队列服务，并且将优先权分配给较高优先级队列。在大多数情况下，相对低优先级，WRR将首先处理高优先级，但是当高优先级业务很多时，较低优先级的业务并没有被完全阻塞。QoS的协议与结构关 键 词：协议结构阅读提示：QoS协议要满足各种应用的需要。这篇文章将对这些协议做

29、详尽的描述，然后说明它们在遵循端到端原则的不同的网络结构里是如何相互配合工作的。IPQoS技术所面临的挑战是要能把传输的服务从不同的数据流中区分开，或者在不中断网络工作的情况下将数据聚合起来。尽力而为服务的改进表明让Internet发挥其最大作用的设计思路发生了根本变化。标准Internet协议(IP)的网络提供尽力而为的数据传输。这种IP网络允许客户端主机的结构复杂一些，而网络端的结构可以保持相对的简单，因为Internet要支持自身的快速发展，所以这样的结构划分是有好处的。当越来越多的主机联在一起的时候，网络服务的需求最终会超过网络的能力，而服务却不会停止，由此产生网络性能的逐渐恶化，进而

30、造成传输迟延的变化(抖动)，甚至引起分组丢失，但不会影响常用的Internet应用(如，电子，文件传输和Web应用)，而其它应用就不能适应有迟延的服务。传输迟延对有实时要求的应用(例如传送多媒体信息)与大多数双向通信(如)带来了问题。增加带宽是满足这些实时应用必要的第一步。但是当业务量猛增的时候，仍难以避免传输迟延。甚至在一个负载相对较轻的IP网络上，传输迟延也能累积到影响实时应用的程度。为了提供能够满足要求的服务，必须补充制订有关服务数量、或服务质量水平的规定。规定中需要在网络方面增加一些协议，来区分具有严格定时要求的业务和能够容忍迟延、抖动和分组丢失的业务。这就是服务质量(QoS)协议要做

31、的事情。QoS不是创造带宽，而是管理带宽，因此它能应用得更为广泛，能满足更多的应用需求。QoS的目标是要提供一些可预测性的质量级别，以与控制超过目前IP网络最大服务能力的的服务。QoS协议要满足各种应用的需要。这篇文章将对这些协议做详尽的描述，然后说明它们在遵循端到端原则的不同的网络结构里是如何相互配合工作的。IPQoS技术所面临的挑战是要能把传输的服务从不同的数据流中区分开，或者在不中断网络工作的情况下将数据聚合起来。尽力而为服务的改进表明让Internet发挥其最大作用的设计思路发生了根本变化。为了避免QoS协议用于网络时出现问题，端到端原则仍然是QoS设计者首要遵循的原则。所以，保持网络

32、边缘复杂、核心简单这一基本原则是QoS结构设计的中心问题。这不是指单个QoS协议，而是指这些协议如何相互配合来实现端到端的QoS。QoS协议描述QoS的方法不只一种。通常情况下，QoS是一个网络部件(如一个应用、一台主机或一个路由器)提供的一些保证稳定传输网络数据的质量级别。某些应用对QoS的要求比其它应用更高，因此有下面两种基本的QoS：资源预留(适于综合服务)：根据某个应用对QoS的要求来分配网络资源，并且服从带宽管理策略按优先级排列(适于差分服务)：对网络的业务进行分类，并根据带宽管理策略的规来分配网络资源。当所标识的业务类别有更强烈服务要求的需求时，网络部件会给予优先处理。有两种其它方

33、法描述QoS类型：流型QoS：把一个流定义为一个信源和信宿之间、单个、单向、由传输协议唯一标识的数据流，其中包括数据流的源地址、源端口号、目的地址以与目的端口号聚合型QoS：一个聚合是简单的两个或更多的流。最为突出的是，这些流会有一样的标记或者优先级，也许还有一些一样的认证信息。应用、网络拓扑结构和策略决定了哪一种QoS最适合个别流，或者流聚合。为满足对QoS不同的需要，有以下几种QoS协议和算法：资源预留协议(RSVP)：提供网络资源预留的信令。尽管RSVP经常用于单个流，但也用于聚合流的资源预留差分服务(DiffServ)：提供一个简单的分类和网络聚合流的优先级多协议标记交换(MPLS)：

34、根据分组头的标记，通过网络路径控制来提供聚合流的带宽管理子网带宽管理(SBM)：负责OSI第二层(数据链路层)的分类和优先级排列，同IEEE802网络进行共享和交换。RSVP资源预留RSVP是一个信令协议，它提供建立连接的资源预留，控制综合业务，往往在IP网络上提供仿真电路。RSVP是所有QoS技术中最复杂的一种，与尽力而为的IP服务标准差别最大，它能提供最高的QoS等级，使得服务得到保障、资源分配量化，服务质量的细微变化能反馈给支持QoS的应用和用户。协议的工作情况如下：发送端依据高、低带宽的围、传输迟延，以与抖动来表征发送业务。RSVP从含有业务类别(TSpec)信息的发送端发送一个路径信

35、息给目的地址(单点广播或多点广播的接收端)。每一个支持RSVP的路由器沿着下行路由建立一个路径状态表，其中包括路径信息里先前的源地址(例如，朝着发送端的上行的下一跳)为了获得资源预留，接收端发送一个上行的RESV(预留请求)消息。除了TSpec，RESV消息里有请求类别(RSpec)，表明所要求的综合服务类型，还有一个过滤器类别，表征正在为分组预留资源(如传输协议和端口号)。RSpec和过滤器类别合起来代表一个流的描述符，路由器就是靠它来识别每一个预留资源的当每个支持RSVP的路由器沿着上行路径接收RESV的消息时，它采用输入控制过程证实请求，并且配置所需的资源。如果这个请求得不到满足(可能由

36、于资源短缺或未通过认证)，路由器向接收端返回一个错误消息。如果这个消息被接受，路由器就发送上行RESV到下一个路由器当最后一个路由器接收RESV，同时接受请求的时候，它再发送一个证实消息给接收端当发送端或接收端结束了一个RSVP会话时，有一个明显的断开连接的过程。RSVP支持的综合业务有以下两种基本类型：有保证业务：这种业务是，尽可能地仿真成一条专用虚电路。除了要根据TSpec参数的要求确保带宽的有效性外，它还可以用把一条路径里的不同网络部件的参数合并起来的方法来提供一个端到端的固定的队列延迟受控负载：这相当于无负载条件下尽力而为服务。因此，它比尽力而为服务更好，但是不能提供有保证业务所承诺的

37、，具有严格固定队列延迟的服务。对于有保证业务和受控负载，处理不同的(与类别无关)数据业务就象处理没有QoS的尽力而为数据业务那样。综合业务采用令牌筐模式来表征输入输出排序算法。设计令牌筐是为了平滑输出的业务流，但不象泄露筐模式(也可以平滑输出的业务流)，令牌筐模式允许数据突发、在短时间维持更高的发送速率。RSVP协议机制要点：每个路由器的预留资源是软的，即这些资源需要由接收端定期地刷新RSVP不是传输协议，而是网络(控制)协议。作为这样的协议，它不传送数据，但是和TCP或者UDP的数据流是并行工作的应用要求API详细说明数据流的需求，初始化预留资源请求，并且在发出初始化请求后，接收预留成功或失

38、败的通知并贯穿于整个会话过程。为了更好地利用API，API也要包含那些描述在整个预留时间的预留建立期间或之后，当条件发生变化时出现问题的RSVP错误信息根据接收端的情况来预留资源，是为了有效的接纳相当复杂的(组播)接收端组在上行方向的业务复制点处组播预留资源混合在一起(仍然有不易理解的复杂算法在里面)尽管RSVP业务可以通过不支持RSVP的路由器，但是这会在QoS链上产生一条弱链路，于是，QoS链的服务质量降回到尽力而为的水平(即在这些链路上没有预留资源)两种RSVP协议：一是纯RSVP，包含IP的46号协议(用于IP分组头的协议区)，RSVP的分组头和有效负载封装在IP分组头里。封装在UDP

39、里的RSVP把它的分组头放在UDP数据报里。下文将描述只支持纯RSVP的802协议，即子网带宽管理。上面提到RSVP提供最高的IPQoS等级。应用可以请求高量化程度的QoS，以与具有最佳传输质量保证的QoS。这听上去似乎万无一失，可让我们感觉疑惑的是，为什么我们还要考虑其它问题。这是由于RSVP协议存在着复杂性和开销的价格问题，因而许多应用和网络的一些组成部分并不采用它。简单地说，RSVP缺少微调的方法，而DiffServ却可以提供这种方法DiffServ优先级排列差分服务提供一种简单粗略的方法对各种服务加以分类。不过用其它方法也可以，目前有两个每跳(PHBs)的标准，其中对两个最有代表性的服

40、务等级(业务类别)作了规定：快速转发(EF)：有一个单独的码点(DiffServ值)。EF可以把延迟和抖动减到最小，因而能提供总合服务质量的最高等级。任何超过服务围(由本地服务策略决定)的业务被删除保证转发(AF)：有四个等级，每个等级有三个下降过程(总共有12个码点)。超过AF围的业务不会象业务围的业务那样以尽可能高的概率传送出去。这意味着业务量有可能下降，但不是绝对的。根据预定策略的标准，PHBs适用于网络入口的业务。业务在这点加以标记，然后根据这个标记进行路由指向，没有作标记的业务就放到了网络的出口。DiffServ假定共享同一个网络边界的网络之间存在着服务等级协定(SLA)。SLA确定

41、了策略标准和业务围。按照SLA协议，业务会在网络出口接受监督，并得到平滑。任何在网络入口的超出围的业务没有质量保证。(否则，按照SLA，要承担额外的成本。)服务采用的协议机制在DS字节里是比特形式的，对IPv4是业务类别(TOS)的八位位组，对IPv6则是业务量类别的八位位组。DiffServ对业务量优化的单一性同它本身的复杂性与强大的功能形成对比。当DiffServ利用RSVP的参数或特殊应用类别来标识和划分固定比特率(CBR)业务时，会形成具有严格定义的综合业务流，并直接指向具有固定带宽的通道。这样一来，资源库就能得到有效地共享，而且仍然可以提供可靠服务。MPLS标记交换多协议标记交换在某

42、些方面类似与DiffServ，因为它也在网络入口的边界处标记业务，而在出口没有标记。但与DiffServ(里的标记用于判别在路由器中的优先级)不同，MPLS的标记(20比特长的标签)是用于判别路由器的下一跳的。MPLS不是受控制的应用(它没有MPLS的API)，也不含最终主机协议的成份。MPLS不象这里所描述的其它QoS协议，它只存在于路由器上。MPLS也独立于协议(即多协议)，所以它可以和其它网络协议一同使用，而不仅仅是IP(象IPX，ATM，PPP，或帧中继)，还能直接用在数据链路层上。MPLS更多的是一个业务量工程协议，而不只是一个QoS协议。MPLS路由是为建立固定带宽通道，类似于AT

43、M或帧中继的虚电路。作用是服务得到了改善，增加了更为灵活的服务种类，还有基于策略的网络管理控制。以上这些功能其它QoS协议也可提供。MPLS简化了路由过程(减小开销，提高性能)，同时增加了协议层迂回的灵活性。支持MPLS的路由器叫做标记交换路由器(LSR)，它们如下工作：在MPLS网络中第一跳的路由器上，该路由器根据目的地址(或根据本地策略所规定的报头中的其它信息)做出转发的决定，接着判别合适的标签值(标识着平衡等级转发类别FEC)并把它贴在分组上，再转发给下一跳在下一跳，路由器把这个标签值作为一个索引放入一表里，这表指明了下一跳以与一新表。LSR再贴上新标签，把分组转发到下一跳。标有MPLS

44、分组的路径叫做标记交换路径(LSP)。在有了MPLS之后的一个想法是通过采用一个标签来判定下一跳，路由器的工作量会少一些并且能处理更多的简单交换。这个标签表示一条路由，再利用策略来分配标签，网络管理者能更精确地控制业务量工程。标签的处理过程实际上要比上面所描述的复杂得多，因为标签能够被堆在一起(为的是MPLS可以在路由之中包含路由。另外，MPLS更为复杂的地方在于，为了确保各种标签含义的一致性，还要负责MPLS路由器之间标签的分布和管理。标签分布协议(LDP)是专为这一目的设计的，但不只有这一种可能性。即使象标签分布这样的网络结构细节被强调再三，但对于大多数网络管理者来说，这些将是透明的。大多

45、数网络管理者们更为关心的是策略管理，即判别何种标签用于何地，以与如何分布标签。SBM：子网带宽管理QoS只能保证和最弱的链路一样的通信质量。QoS懥磼是发送端和接收端间的端到端,这就表明沿着路由的每一个路由器一定要支持现在使用的QoS技术。然而，QoS懥磼由顶至底也是要从下面两个方面认真考虑的：发送端和接收端主机必须支持QoS，使得应用和系统能获得明显或不明显的好处。OSI的每一层向下的应用必须也要支持QoS，以保证在网络里具有高优先级别的发送和接收请求能获得高优先级别的处理局域网(LAN)必须支持QoS，以便具有高优先级别的帧在网络媒介中传送(如：从主机到主机，主机到路由器，以与路由器到路由

46、器之间)时可以获得高优先级别的处理。LAN位于OSI的第二层，即数据链路层，而前面所描述的QoS技术已经到了第三层(DiffServ)与以上层。某些第二层的技术已经可以支持QoS了，例如异步转移模式ATM)。而其它更多的LAN技术(如以太网技术)最初并非为支持QoS设计的。以太网作为共享的广播媒介，或者，在它的交换方式中，提供了一种类似与标准的尽力而为的IP服务，这种服务中的各种迟延影响着有实时要求的应用。用于802LAN(如以太网)资源共享和交换的子网带宽管理(SBM)协议是一种信令协议，它允许网络节点之间的通信、协作，以与交换并使之能够映射到更高层的QoS协议。QoS结构这些QoS协议是不

47、可能单独使用的，实际上，设计它们是为了在发送端和接收端之间同其它QoS技术一起，来提供顶到底、端到端的QoS。至今，大多数把这些QoS协议粘在一起的规还没有标准化，但是搭建各种尽可能提供统一的端到端QoS结构框架的工作已经开始进行了。RSVP和DiffServ的端到端模式：RSVP为网络业务预留资源，而DiffServ简单地标记业务并给业务分配优先等级。从路由器的要求来讲，RSVP比DiffServ更复杂，要求更高，由此可能会对骨干路由器的性能产生不良影响。这就是为什么最普通的方法恰恰会限制RSVP在骨干网上的应用。DiffServ和RSVP结合能够支持端到端的QoS。终端主机可以采用高量化程

48、度(如：带宽，抖动门限等)的RSVP请求。于是，骨干网入口的边界路由器就能把那些RSVP预留的资源映射到相应的服务级别上去。这个在网络边界处使用RSVP、核心处使用DiffServ的概念已经在IETF的DiffServ小组的工作进展中很快得到了支持，虽然最初的测试没有显示出明显的结果：支持RSVP的MPLS：建议在RSVP里使用EXPLICIT_ROUTE对象，来判别由标记交换的RSVP流所携带的路径信息。这些RSVP流是利用虚拟通道，经过支持MPLS的路由器形成的。即使在RSVP没有为EXPLICIT_ROUTE对象预留资源，根据这个RSVP流的说明，为MPLS分配标签也是可能的。无论哪种情

49、况，作用都是在MPLS路由器上简单地支持RSVP支持DiffServ的MPLS：由于DiffServ和MPLS在支持QoS方面有相似之处，把DiffServ的业务映射到MPLS通道上相对简单一些，但是仍然要专门为DiffServ考虑。为了支持DiffServ的每跳模式，MPLS网络运营商需要在每个MPLS路由器里，为每个DiffServ转发级分配一批综合转发资源并负责标签的分配。QoS对多媒体的支持如果Internet继续迅猛发展下去，那么IP组播就成为一个要求，而不是一种选择。它对于QoS在Internet上支持点对多点的音频和视频组播是一种自然地补充，所以支持组播已经是设计QoS协议的基本

50、要求了。尽管在QoS协议设计的最初已经有所考虑，但是，所有支持组播的QoS仍没有统一标准，或还没有完全被理解。最初对RSVP和综合服务的设计已经把对IP组播的支持考虑进去了(如，基于接收端的资源预留)。而要支持组播就会面临一个困难，那就是，构成组播组的接收端要可以在它们的下行带宽容量围较随意地变化。差分业务的相对简单使得它能更好地适应组播支持，但仍存在问题。特别是由于组播组是动态变化的，另外尽管一个组播分布树可以有一个单独网络入口，但经常有多个网络出口(并随着组播组的变化而变化)，所以给业务量的估算带来困难。MPLS支持组播是一个大家努力快速发展的主题，但至今还没有标准。SBM显然支持组播，并

51、且采用IP组播作为协议的组成部分。如何保证QoS功能阅读提示：一般而言，服务品质的特质是指网络组件(如应用程序、终端计算机或路由器)所能够提供当信息在网络传递时保障其相关特性的能力。对于不同的应用，所需的服务品质特性亦不一样，目前关于服务品质的实现方式有二种基本型态：资源保留(Resource Reservation)与优先等级化(Prioritization)。要在网络上实现QoS，先决条件是必须有精密的预测，也就是使用者的数据包流(Per Flow)在进入网络前，先经过一个网络资源判断的机制(Call Admission Control)，来判断网络能否提供足够的资源，这就相当于使用者与网

52、络提供者制定一个能实现QoS的契约。当契约达成后，网络提供者必须要对网络各节点进行QoS参数的设定，同时网络节点必须要提供监控(Policing)与排程(Scheduling)的机制，监控程序将监视使用者送入网络节点的数据包流，若超出契约容的数据包则予以丢弃或将QoS等级降级。排程则是对竞争性数据包(不同输入端的数据包同时要到一样输出端)依QoS等级的不同给予不同优先级。一般而言，服务品质的特质是指网络组件(如应用程序、终端计算机或路由器)所能够提供当信息在网络传递时保障其相关特性的能力。对于不同的应用，所需的服务品质特性亦不一样，目前关于服务品质的实现方式有二种基本型态：资源保留(Resou

53、rce Reservation)与优先等级化(Prioritization)。为满足对QoS不同的需要，有以下几种QoS协议和算法。RSVP资源预留RSVP是一个信令协议，它提供建立连接的资源预留，控制综合业务，往往在IP网络上提供仿真电路。RSVP是所有QoS技术中最复杂的一种，与尽力而为的IP服务标准差别最大，它能提供最高的QoS等级，使得服务得到保障、资源分配量化，服务质量的细微变化能反馈给支持QoS的应用和用户。 分类型服务DiffServ优先级排列差分服务提供一种简单粗略的方法对各种服务加以分类。目前对两个最有代表性的服务等级(业务类别)做了规定：快速转发(EF)：有一个单独的码点(

54、DiffServ值)。EF可以把延迟和抖动减到最小，因而能提供符合服务质量的最高等级。任何超过服务围的业务被删除。保证转发(AF): 有四个等级，每个等级有三个下降过程(总共有12个码点)。超过AF围的业务不会象“业务围”的业务那样以尽可能高的概率传送出去。 MPLS标记交换 MPLS是引用与ATM交换技术类似的标记交换技术来转送IP数据包到目的地。当一个IP数据包进入MPLS网域时，LER(Label Edge Router)会先检查进入MPLS网络的IP数据，再根据此IP数据找出其相对应服务等级的标记，然后将IP数据包贴上此标记后送入MPLS网络区；位于MPLS网络部的LSR(Label

55、Switch Router)收到贴上标记后的IP数据包时，LSR可依据数据包的标记值来以硬件转送该数据包至目的地。 SBM子网带宽管理 用于以太网资源共享和交换的子网带宽管理(SBM)协议是一种信令协议，它允许网络节点之间的通信、协作，以与交换并使之能够映射到更高层的QoS协议。 QoS的网络架构在整合型服务路径上的所有路由器都必须针对每一个数据包流信道记录其相关参数，且路由器必须要记录与管理目前的网络资源，以作为RSVP建立信道时的进入许可控制依据。而在分类型服务中，有关进入许可控制部分的机制转移至带宽管理者执行，这使得分类型服务的扩充性大为增加，更适用于骨干网络。 除了单独使用整合型服务或

56、分类型服务架构之外，也可将两者混合使用。整合型服务架构以RSVP作为信道建立的信号规约，若要实现端到端QoS网络架构，RSVP必须能控制分类型服务网域，且在分类型服务网域转换并建立相关的QoS信道参数。以QoS架构实现的难易度而言，整合型服务因为有扩充性的问题，较适合企业网络的应用。对ISP而言，短期要实现QoS，以分类型服务架构较为可行。下一代网络的服务质量保证(QoS)体系关 键 词：网络阅读提示：在下一代网络标准体系中，QoS(服务质量保证)是极为关键的容。目前ITU-TSG13在这一方面主要围绕着三个草案建议开展工作：Y.qosar、Y.123.qos、Y.e2eqos。在下一代网络标

57、准体系中，QoS(服务质量保证)是极为关键的容。目前ITU-TSG13在这一方面主要围绕着三个草案建议开展工作：Y.qosar、Y.123.qos、Y.e2eqos。在最近一次会议上通过了Y.qosar。Y.qosqr草案建议提供了在分组网络中支持QoS的框架。这一框架结构由一组QoS构建模块组成。这些模块跨越了三个逻辑层面，即控制平面、数据平面和管理平面。它们组合起来可以达到控制网络性能的目的。最终借助这些模块的组合应用可以帮助电信营运商提供综合的业务性能，从而确定出针对某种业务的客户满意度。Y.123.qos草案建议给出了基于以太的IP接入网络的QoS架构。它规定了一个分层的参考模型，并给

58、出了协议需求与实施方法。在Y.123.qos中针对此架构所涉与的拓扑与资源状态收集需求与信令描述也进行了规定。Y.e2e草案建议给出了从IP网络演进成为NGN网络的一种端到端QoS架构。尤其是在核心网络中，MPLS作为一种关键技术应得以支持，从而方便地提供VPN、流量工程和QoS路由。国际电联下一步将在以下方面开展工作：进一步增强计费灵活性和商业应用模式的研究；进一步深入研究业务控制层与承载层间的接口与控制信息的交互；加强域间QoS控制的研究；进一步包含无连接业务的情况，增大协议适用围；增加对移动性的支持。两个IP QoS标准：DiffServ与MPLS的区别关 键 词：标准MPLSQoSIP

59、DIs阅读提示：尽管增加带宽能够改善因特网的服务质量，但简单地增加带宽无法满足新应用的特点与需求，因此需要为目前“尽力而为”的IP网引入服务质量（QoS）技术。IETF目前看好两个IP QoS标准：区分服务（DiffServ）和MPLS。文章研究了它们的特点、区别以与MPLS支持DiffServ的技术。因特网取得巨大成功的一个原因是它所使用的IP协议的简单性。因特网提供的是一种尽力而为的服务：IP网尽量把数据包从源端转发到目的端，但对所能够提供的包转发的服务质量（QoS）不做任何承诺。因此，IP网提供的服务质量是无法预知的。很多新出现的因特网业务是多媒体应用，要么要求巨大的带宽，要么需要严格的

60、延迟保证，要么要求一点到多点或多点到多点的通信能力。这些新业务要求IP网除了提供简单的尽力而为服务以外，还需要新的服务方式，需要现在的“哑”IP网具有一定的智能。IETF目前看好两个IP QoS标准：区分服务（DiffServ）和MPLS。DiffServ取代了IP服务类型（TOS）字段改名为DS字段，并用它承载IP包服务所要求的信息，是严格意义上的三层技术，不涉与低层的传输技术。另一方面，MPLS规定了一种把三层流量映射到面向连接的二层传输技术（如ATM，帧中继）上的方法，它给每个IP包增加一个特定的选路信息，允许路由器为不同类型的流量指派不同的显式路由，提供与QoS没有直接联系的路由能力，

61、如流量工程（TE），以改善IP路由的效率。一、区分服务DiffServ 起源于IntServ。DiffServ的目的是在因特网上为流量提供有区别的业务级别。与IntServ相比，DiffServ定义的是一个相对简单而粒度粗一些的控制系统。另外，DiffServ针对的是流聚合后的每一类QoS控制，而不是像IntServ那样针对每个流。因此，DiffServ具有可扩展性，能够在大型网络上提供QoS服务。DiffServ在其域的边缘对进入流进行分类，并为每一类型指定一个类型标志DiffServ代码点（DSCP）。域的核心路由器查看DSCP值，并根据每一类的特定逐跳行为（PHB）调度包的转发。Diff

62、Serv把基于一样的PHB转发的一组包称为行为聚集（BA）。DiffServ工作组已经定义了DSCP与 PHB的映射关系（表），但同时也允许ISP自行定义具有本地意义的映射关系。表1 推荐的DSCP值DSCP PHB 说明101110 EF绝对QoS001XXX AF1 QoS介于EF和BE之间。每一种AF可以划分为三种优先级，共12种010XXX AF2011XXX AF3100 AF4000000 BE 尽力而为业务.加速转发（EF）EF PHB（或EF）的流量不受其它PHB流量的影响，确保包的离开速率高于所规定的值。与传统的租用线类似，EF PHB能够提供低丢包率、低延迟、低抖动和有保证

63、的带宽服务。EF PHB转发只提供对已接受的固定流量以与对流进行最小程度的排队，并在边缘路由器丢弃掉任何超过EF指定数量的流。保证转发（AF）AF为IP包提供不同级别的转发特征，为四个级别AF中的每个都分配特定数量的转发资源（比如缓冲区和带宽），并且为每个包指派三种不同丢弃优先级中的一种。AF PHB允许在整个流量不超过预先设定速率的前提下以更高的可能性转发包。二、MPLSMPLS起源于IP交换和标记交换技术。因为MPLS定义了用新的路由协议封装IP流量的体系结构和协议，而DiffServ只关注与现有路由协议独立的IP包字段，所以它对传统IP网络的改变比DiffServ深刻得多。IP是无连接的

64、网络，每台路由器根据所收到的每个包的地址查找匹配的下一跳，并做相应的转发。但路由器使用的是最长前缀匹配地址搜索（即搜索匹配前缀最长的一个作为入口），无法实现高速转发。MPLS在网络的入口边缘路由器为每个包加上一个固定长度的标签，核心路由器根据标签值进行转发，在出口边缘路由器再恢复成原来的IP包。因为根据固定长度的标签搜索目的地址，所以MPLS能够实现高速转发。根据标签确定的转发路径称为标签交换路径（LSP）。MPLS能够实现显式LSP，并且它能够根据流量的QoS要求选择一条优化的边缘到边缘的路径。MPLS也能够在网络围做负载均衡的流量工程，也可以做虚拟专用网（VPN）。提出MPLS的初始动机是实现更高速的路由转发，但随着路由器性能的不断提高，这种理由已不复存在，但在IP网上建立连接实施流量工程以与组建VPN正在越来越流行。在MPLS流量工程中可以使用下列标签分发过程建立LSP。约束路由标签分发协议约束路由标签分发协议（CRLDP）是对已有的标签分发协议（LDP）的扩展，能够支持约束路由。CRLDP可以在标签请求消息中建立一条LSP（通过LSR B和LSR C）。另外，CRLDP允许在标签请求消息中设置流量参数，比如峰值速率、承诺速率和突发性等。但是，CRLDP并不真正支持LSP流量的QoS保证机制。2.RSVP-TE