通信工程師互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)考試IPQoS的概念

5.1 IPQoS的概念
IPQoS是網(wǎng)絡(luò)與用戶之間以及網(wǎng)絡(luò)上互相通信的用戶之間關(guān)于信息傳輸與共享的質(zhì)的約定，是網(wǎng)元（如主機(jī)、路由器或網(wǎng)關(guān)）在一定程度上具有的滿足流量及業(yè)務(wù)需求的能力。QoS并不能增加網(wǎng)絡(luò)的帶寬資源，只是根據(jù)業(yè)務(wù)的需求和網(wǎng)絡(luò)管理的要求配置帶寬。簡(jiǎn)單地說(shuō),QoS能夠?qū)?shù)據(jù)包進(jìn)行合理地排隊(duì).對(duì)含有內(nèi)容標(biāo)記的數(shù)據(jù)包進(jìn)行優(yōu)化，并對(duì)其中的數(shù)據(jù)包賦以較高的優(yōu)先級(jí)，從而加速傳輸?shù)倪^(guò)程，并實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)交互。它所追求的傳輸質(zhì)量在于：數(shù)據(jù)不僅要到達(dá)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(shí)時(shí)性。
從廣義上來(lái)說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量可以包括網(wǎng)絡(luò)性能、可用性、可耜性和安全性等各種指標(biāo)，因?yàn)檫@一切都和網(wǎng)絡(luò)的使用者能感受到的服務(wù)質(zhì)量相關(guān)。IPQoS可以用一系列可度設(shè)的參數(shù)來(lái)描述:業(yè)務(wù)可用性（用戶到Internet業(yè)務(wù)之間連接的可靠性）、帶寬、延遲、可變延遲(抖動(dòng)）、吞吐量以及丟包率。在正常情況下并不需要QoS，但是對(duì)關(guān)鍵應(yīng)用和多媒體應(yīng)用就十分必要。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)過(guò)栽或擁塞時(shí)，QoS能確保重要業(yè)務(wù)量不受延遲或丟棄，同時(shí)保證網(wǎng)絡(luò)的高效運(yùn)行。
擁有QoS的網(wǎng)絡(luò)是一種智能網(wǎng)絡(luò)，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(luò)知道某些應(yīng)用，如電話和視頻會(huì)議要求較高的優(yōu)先級(jí)，而其他如電子郵件之類的應(yīng)用則有較低的優(yōu)先級(jí)。如果網(wǎng)絡(luò)同樣對(duì)待這些應(yīng)用，較高優(yōu)先級(jí)應(yīng)用將因延遲而表現(xiàn)不佳。智能網(wǎng)絡(luò)還有能力制止對(duì)網(wǎng)絡(luò)的非法使用，如在線游戲等。
不管IP網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模和范圍怎樣.任何一種網(wǎng)絡(luò)都是由網(wǎng)絡(luò)組件的層次結(jié)構(gòu)構(gòu)成的。因此.端到端的QoS可以看成是由業(yè)務(wù)流經(jīng)過(guò)的每個(gè)域所提供的邊緣到邊緣的服務(wù)質(zhì)量級(jí)聯(lián)構(gòu)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(wù)卻需要用網(wǎng)絡(luò)模型來(lái)描述。
Internet已逐步由單一的數(shù)據(jù)傳送網(wǎng)向數(shù)據(jù)、語(yǔ)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(wù)，無(wú)法滿足多媒體應(yīng)用和各種用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量的不同要求。因此，為用戶提供服務(wù)質(zhì)量成為Internet發(fā)展的重要目標(biāo)。目前IETF已經(jīng)提出了許多服務(wù)模型與機(jī)制來(lái)滿足QoS需求，典型的有：綜合服務(wù)/資源預(yù)留（IntServ/RSVP,IntegratedService/Resource Reservation Protocol）、區(qū)分服務(wù)（Diff-Serv,Differentiated Services）、多協(xié)議標(biāo)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(jìn)行網(wǎng)絡(luò)資源的協(xié)商預(yù)留。DiffServ則對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行分類，不同的類在網(wǎng)絡(luò)中得到不同的服務(wù)。MPLS是一種新的路由轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)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(luò)中的擁塞問(wèn)題。SBM提供了數(shù)據(jù)鏈路層的資源預(yù)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(jié)構(gòu)的路由器為網(wǎng)絡(luò)QoS提供了最基本的保障.RSVP/ImeServ雖然能提供嚴(yán)格的End-to-End的QoS保證，但實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜，存在可擴(kuò)展性問(wèn)題和魯棒性問(wèn)題。DiffServ實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，可擴(kuò)展性好但DiffServ只提供聚集傳輸控制而無(wú)信令機(jī)制，其接納控制是以隱式的方式實(shí)現(xiàn)的，從而削弱了定量End-to-EndQoS應(yīng)用的服務(wù)質(zhì)量。而且,Diff-Serv也不能解決核心網(wǎng)絡(luò)擁塞的問(wèn)題。在流址規(guī)劃方面，MPLS實(shí)現(xiàn)了快速的路由轉(zhuǎn)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(luò)的流量特性和網(wǎng)絡(luò)容世限制選擇路由。MPLS和CBR的合作即使在復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)中也能達(dá)到流量平衡。然而，CBR中的QoS路由設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的難度較大,還是一個(gè)開放的課題。
為了對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行QoS控制，需要采用多種不同的控制機(jī)制。而時(shí)間粒度是這些控制機(jī)制的重要特點(diǎn)。我們可以大致把各種控制機(jī)制的時(shí)間粒度分成幾個(gè)級(jí)別。最小的粒度是分組級(jí)（時(shí)間粒度大約為1-100微妙），分組是QoS控制機(jī)制的最小單位。在分組級(jí)工作的QoS控制機(jī)制包括流械調(diào)節(jié)機(jī)制（又包括分組分類器、分組標(biāo)記器和流童整形器等），分組調(diào)度機(jī)制和主動(dòng)隊(duì)列管理機(jī)制等。粒度稍大的是分組的往返時(shí)間（roundtripiime）,大約為1-100毫秒.在這個(gè)粒度工作的是擁塞控制和流量控制等基于反饋的控制機(jī)制。大一些的粒度是會(huì)話級(jí)的（以秒和分鐘為單位也就是用戶會(huì)話持續(xù)的時(shí)間（會(huì)話可以采用各種方式定義）。在這個(gè)粒度工作的QoS機(jī)制包括準(zhǔn)入控制和QoS路由。粒度更大的就厲于長(zhǎng)期的QoS控制機(jī)制，主要包括流董工程，能力規(guī)劃和服務(wù)定價(jià)等。

QoS控制機(jī)制的另一個(gè)重要特點(diǎn)是進(jìn)行控制決策時(shí)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(lái)說(shuō)，流采用IP源地址、目的地址、源端口號(hào)、目的端口號(hào)和協(xié)議域這五元組進(jìn)行標(biāo)識(shí)〉狀態(tài)對(duì)每個(gè)用戶流進(jìn)行控制。對(duì)流的聚集進(jìn)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(tái)主機(jī)、每個(gè)網(wǎng)絡(luò)前綴、每個(gè)服務(wù)類別等。和控制粒度相關(guān)的兩個(gè)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?？刂频奈恢每梢栽谟脩糁鳈C(jī)、網(wǎng)絡(luò)邊緣路由器，或者是網(wǎng)絡(luò)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(shí)間粒度作為時(shí)間維，我們就可以得到QoS控制空間。這個(gè)QoS控制空間就反映了QoS服務(wù)性能、操作和管理復(fù)雜性和實(shí)現(xiàn)代價(jià)之間的權(quán)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(jìn)行每流控制，這就對(duì)路由器的存儲(chǔ)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(duì)每個(gè)分組進(jìn)行處理。而如果在分組的粒度對(duì)流聚集進(jìn)行控制就可以減輕路由器的負(fù)擔(dān)，但是就不能提供確定性的性能保證。

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