通信工程師互聯(lián)網(wǎng)技術考試IPQoS的概念

5.1 IPQoS的概念
IPQoS是網(wǎng)絡與用戶之間以及網(wǎng)絡上互相通信的用戶之間關于信息傳輸與共享的質的約定，是網(wǎng)元（如主機、路由器或網(wǎng)關）在一定程度上具有的滿足流量及業(yè)務需求的能力。QoS并不能增加網(wǎng)絡的帶寬資源，只是根據(jù)業(yè)務的需求和網(wǎng)絡管理的要求配置帶寬。簡單地說,QoS能夠對數(shù)據(jù)包進行合理地排隊.對含有內容標記的數(shù)據(jù)包進行優(yōu)化，并對其中的數(shù)據(jù)包賦以較高的優(yōu)先級，從而加速傳輸?shù)倪^程，并實現(xiàn)實時交互。它所追求的傳輸質量在于：數(shù)據(jù)不僅要到達其欲傳輸?shù)哪康牡?，而且要保證數(shù)據(jù)包的順序性、完整性和實時性。
從廣義上來說，網(wǎng)絡服務質量可以包括網(wǎng)絡性能、可用性、可耜性和安全性等各種指標，因為這一切都和網(wǎng)絡的使用者能感受到的服務質量相關。IPQoS可以用一系列可度設的參數(shù)來描述:業(yè)務可用性（用戶到Internet業(yè)務之間連接的可靠性）、帶寬、延遲、可變延遲(抖動）、吞吐量以及丟包率。在正常情況下并不需要QoS，但是對關鍵應用和多媒體應用就十分必要。當網(wǎng)絡過栽或擁塞時，QoS能確保重要業(yè)務量不受延遲或丟棄，同時保證網(wǎng)絡的高效運行。
擁有QoS的網(wǎng)絡是一種智能網(wǎng)絡，它可以區(qū)分重要的商業(yè)數(shù)據(jù)和普通數(shù)據(jù)。智能網(wǎng)絡知道某些應用，如電話和視頻會議要求較高的優(yōu)先級，而其他如電子郵件之類的應用則有較低的優(yōu)先級。如果網(wǎng)絡同樣對待這些應用，較高優(yōu)先級應用將因延遲而表現(xiàn)不佳。智能網(wǎng)絡還有能力制止對網(wǎng)絡的非法使用，如在線游戲等。
不管IP網(wǎng)絡的規(guī)模和范圍怎樣.任何一種網(wǎng)絡都是由網(wǎng)絡組件的層次結構構成的。因此.端到端的QoS可以看成是由業(yè)務流經(jīng)過的每個域所提供的邊緣到邊緣的服務質量級聯(lián)構成的。從根本上講，端到端QoS是由給定路由上的每一跳的QoS特性決定的，而端到端的業(yè)務卻需要用網(wǎng)絡模型來描述。
Internet已逐步由單一的數(shù)據(jù)傳送網(wǎng)向數(shù)據(jù)、語音、圖像等多媒體信息的綜合傳輸網(wǎng)演化。而現(xiàn)有的傳輸模式仍只能為單一的數(shù)據(jù)傳送做好服務，無法滿足多媒體應用和各種用戶對網(wǎng)絡傳輸質量的不同要求。因此，為用戶提供服務質量成為Internet發(fā)展的重要目標。目前IETF已經(jīng)提出了許多服務模型與機制來滿足QoS需求，典型的有：綜合服務/資源預留（IntServ/RSVP,IntegratedService/Resource Reservation Protocol）、區(qū)分服務（Diff-Serv,Differentiated Services）、多協(xié)議標記交換協(xié)議（MPLS，Multiprotocol Label Switching）、流量工程（Traffic Engineering）、約束路由（CBR,Constraint-basedRouting）、子網(wǎng)帶寬管理（SBM，Subnet Bandwidth Manager）IntServ/RSVP是在數(shù)據(jù)傳送前，先進行網(wǎng)絡資源的協(xié)商預留。DiffServ則對數(shù)據(jù)流進行分類，不同的類在網(wǎng)絡中得到不同的服務。MPLS是一種新的路由轉發(fā)機制，CBR根據(jù)QoS參數(shù)的要求和策略選擇路由，流最規(guī)劃可以避免網(wǎng)絡中的擁塞問題。SBM提供了數(shù)據(jù)鏈路層的資源預留。這些協(xié)議從不同的層次上提供了QoS的支持,組成了圖5-1所示的QoS框架。
具有CQS體系結構的路由器為網(wǎng)絡QoS提供了最基本的保障.RSVP/ImeServ雖然能提供嚴格的End-to-End的QoS保證，但實現(xiàn)較復雜，存在可擴展性問題和魯棒性問題。DiffServ實現(xiàn)簡單，可擴展性好但DiffServ只提供聚集傳輸控制而無信令機制，其接納控制是以隱式的方式實現(xiàn)的，從而削弱了定量End-to-EndQoS應用的服務質量。而且,Diff-Serv也不能解決核心網(wǎng)絡擁塞的問題。在流址規(guī)劃方面，MPLS實現(xiàn)了快速的路由轉發(fā)，但它不能選擇路由，因此,需要和CBR合作，以便根據(jù)網(wǎng)絡的流量特性和網(wǎng)絡容世限制選擇路由。MPLS和CBR的合作即使在復雜的網(wǎng)絡中也能達到流量平衡。然而，CBR中的QoS路由設計和實現(xiàn)的難度較大,還是一個開放的課題。
為了對網(wǎng)絡進行QoS控制，需要采用多種不同的控制機制。而時間粒度是這些控制機制的重要特點。我們可以大致把各種控制機制的時間粒度分成幾個級別。最小的粒度是分組級（時間粒度大約為1-100微妙），分組是QoS控制機制的最小單位。在分組級工作的QoS控制機制包括流械調節(jié)機制（又包括分組分類器、分組標記器和流童整形器等），分組調度機制和主動隊列管理機制等。粒度稍大的是分組的往返時間（roundtripiime）,大約為1-100毫秒.在這個粒度工作的是擁塞控制和流量控制等基于反饋的控制機制。大一些的粒度是會話級的（以秒和分鐘為單位也就是用戶會話持續(xù)的時間（會話可以采用各種方式定義）。在這個粒度工作的QoS機制包括準入控制和QoS路由。粒度更大的就厲于長期的QoS控制機制，主要包括流董工程，能力規(guī)劃和服務定價等。

QoS控制機制的另一個重要特點是進行控制決策時使用的控制倍息的粒度。最小的控制粒度是根據(jù)每流（per-flow）,一般來說，流采用IP源地址、目的地址、源端口號、目的端口號和協(xié)議域這五元組進行標識〉狀態(tài)對每個用戶流進行控制。對流的聚集進行控制的粒度就稍微大了一些。流聚集也可有各種方法，例如每臺主機、每個網(wǎng)絡前綴、每個服務類別等。和控制粒度相關的兩個概念是控制狀態(tài)的攜帶者和控制本身的位置。控制狀態(tài)的攜帶者可以是路由器，也可以是分組。控制的位置可以在用戶主機、網(wǎng)絡邊緣路由器，或者是網(wǎng)絡核心路由器。
我們可以把控制粒度、控制狀態(tài)的攜帶者和控制的位置作為空間維，把控制的時間粒度作為時間維，我們就可以得到QoS控制空間。這個QoS控制空間就反映了QoS服務性能、操作和管理復雜性和實現(xiàn)代價之間的權衡。例如，如果想提供確定性的性能保證，就需要在分組的粒度進行每流控制，這就對路由器的存儲容量和處理能力提出了很高的要求，路由器要保存大量的流狀態(tài)和對每個分組進行處理。而如果在分組的粒度對流聚集進行控制就可以減輕路由器的負擔，但是就不能提供確定性的性能保證。

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