通信工程師互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)考試IPv6的QoS機(jī)制

  5.9 IPv6的QoS機(jī)制
  5.9.1 IPv6與QoS
  隨著Internet規(guī)模的不斷增大，各種各樣的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)爭(zhēng)相涌現(xiàn)，先進(jìn)的多媒體系統(tǒng)層出不窮，Internet需要能夠同時(shí)支持已有和新出現(xiàn)的應(yīng)用和服務(wù)。由于IPv4的某些局限性，現(xiàn)有的IP網(wǎng)絡(luò)暴露出了很多無(wú)法解決的問(wèn)題和不足，IP網(wǎng)絡(luò)將向著IPv6網(wǎng)絡(luò)的方向發(fā)展，同時(shí)，各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)也必將會(huì)轉(zhuǎn)移到IPv6上運(yùn)行。因此,提供可靠的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)并保證服務(wù)質(zhì)量是當(dāng)前IPv4網(wǎng)絡(luò)及將來(lái)IPv6網(wǎng)絡(luò)發(fā)展過(guò)程中需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。
  眾所周知，標(biāo)準(zhǔn)Internet協(xié)議(IPv4)的網(wǎng)絡(luò)提供盡力而為的數(shù)據(jù)傳輸。這種IP網(wǎng)絡(luò)允許客戶(hù)端主機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜一些，而網(wǎng)絡(luò)端的結(jié)構(gòu)可以保持相對(duì)簡(jiǎn)單，因?yàn)镮nternet要支持自身的快速發(fā)展,所以，這樣的結(jié)構(gòu)劃分是有好處的。當(dāng)越來(lái)越多的主機(jī)連在一起的時(shí)候，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的需求最終會(huì)超過(guò)網(wǎng)絡(luò)的承載能力，而新的服務(wù)要求卻不會(huì)停止，由此會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)性能的逐漸惡化，進(jìn)而引起傳輸遲延的變化(抖動(dòng)>，甚至導(dǎo)致分組丟失。雖然常用的Internet應(yīng)用（如電子郵件，文件傳輸和Web應(yīng)用）不會(huì)受太大影響，但是其他應(yīng)用就不能適應(yīng)這種有遲延的服務(wù)。傳輸遲延給有實(shí)時(shí)要求的應(yīng)用（例如傳送多媒體信息）及大多數(shù)雙向通信(如電話)帶來(lái)了問(wèn)題。
  滿(mǎn)足這些實(shí)時(shí)應(yīng)用的常見(jiàn)方法是增加帶寬。增加網(wǎng)絡(luò)帶寬雖然可以緩解網(wǎng)絡(luò)擁塞，但并不能消除擁塞。為了在Internet上提供能夠滿(mǎn)足要求的服務(wù)，必須補(bǔ)充制訂有關(guān)服務(wù)數(shù)量或服務(wù)質(zhì)量水平的規(guī)定。規(guī)定中需要在網(wǎng)絡(luò)方面增加一些協(xié)議，來(lái)區(qū)分具有嚴(yán)格實(shí)時(shí)要求的業(yè)務(wù)和能夠容忍延遲、抖動(dòng)和分組丟失的業(yè)務(wù)。這就是服務(wù)質(zhì)量（QoS)協(xié)議要做的事情。QoS不是創(chuàng)造帶寬，而是管理帶寬，因此它能廣泛的應(yīng)用.能滿(mǎn)足更多的應(yīng)用需求。QoS的目標(biāo)是要提供一些可預(yù)測(cè)的質(zhì)量級(jí)別，以及控制超過(guò)目前IP網(wǎng)絡(luò)最大服務(wù)能力的服務(wù)。
  20世紀(jì)90年代以來(lái)，IETF已經(jīng)建議了很多服務(wù)模型和機(jī)制，以滿(mǎn)足QoS的需求，其中比較有名的有:綜合服務(wù)（IntSenO/RSVP模型，區(qū)分服務(wù)模型（DiffServ),多協(xié)議標(biāo)記交換(MPLS)，流量工程和約束路由等用來(lái)在不同的場(chǎng)合提供相應(yīng)的質(zhì)量保證。但是現(xiàn)有的各種QoS的協(xié)議和結(jié)構(gòu)都是建立在IPv4協(xié)議的基礎(chǔ)上的。由于IPv4協(xié)議本身沒(méi)有提供對(duì)QoS的支持，因此基于IPv4的各種QoS模型的實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜,需要增加額外的協(xié)議和組件。
  IPv6是下一代互聯(lián)網(wǎng)的核心協(xié)議，未來(lái)的QoS產(chǎn)品需要IPv6。IPv6在設(shè)計(jì)上對(duì)QoS具有很好的支持，如簡(jiǎn)化的報(bào)頭，分層次的髙效路由，對(duì)移動(dòng)性的支持以及多播機(jī)制等，更重要的是IPv6還定義了流標(biāo)號(hào)和通信類(lèi)型字段來(lái)支持實(shí)時(shí)應(yīng)用和流。但對(duì)于這兩個(gè)字段的使用方式和定義規(guī)范卻還沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。
  IPv4的QoS標(biāo)準(zhǔn)，在支持實(shí)時(shí)傳輸方面主要依賴(lài)于IPv4的服務(wù)類(lèi)型字段（ToS)和使用UDP或TCP端口進(jìn)行身份認(rèn)證。但I(xiàn)Pv4的ToS字段功能有限，而可能造成實(shí)時(shí)傳輸超時(shí)的因素又太多。此外，如果IPv4數(shù)據(jù)包加密的話，就無(wú)法使用TCP/UDP端口進(jìn)行身份認(rèn)證。但是IPv6卻具有很好的QoS機(jī)制，能夠提供更好的實(shí)時(shí)QoS的支持。
  IPv4通常被描述為無(wú)連接協(xié)議。在IPv4中，對(duì)所有的包大致同等對(duì)待，這意味著每個(gè)包都是由中間路由器按照自己的方式來(lái)處理的。路由器并不跟蹤任意兩臺(tái)主機(jī)間發(fā)送的包，因此不能“記住”如何對(duì)將來(lái)的包進(jìn)行處理。每個(gè)包都分別處理的結(jié)果是兩個(gè)從相同數(shù)據(jù)源發(fā)往相同目的地的包可以采用完全不同的路由來(lái)穿越整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。這對(duì)于適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)突發(fā)事件來(lái)說(shuō)是個(gè)好辦法，因?yàn)橥话l(fā)事件意味著任何一個(gè)路由可能在任何時(shí)間出現(xiàn)故障，但只要兩主機(jī)間存在某些路由，就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互。
  但是這種方法的效率可能不太高，尤其是當(dāng)數(shù)據(jù)包并不是孤立的，而且實(shí)際上是兩個(gè)通信系統(tǒng)間的業(yè)務(wù)流的一部分時(shí)。進(jìn)一步考慮一個(gè)包序列從一臺(tái)主機(jī)發(fā)往另一主機(jī)時(shí)它所經(jīng)過(guò)的路徑上可能發(fā)生的事情：每個(gè)中間路由器對(duì)每個(gè)包的處理將導(dǎo)致在鏈路上輕微地增加延時(shí)。對(duì)于類(lèi)似文件傳輸或終端仿真之類(lèi)的大部分傳統(tǒng)Internet應(yīng)用，延時(shí)只會(huì)帶來(lái)一點(diǎn)不方便而已，但對(duì)于一些提供互操作的音頻和視頻應(yīng)用而言，即使只是增加一點(diǎn)點(diǎn)延時(shí)也會(huì)顯著降低服務(wù)質(zhì)量。
  對(duì)于每個(gè)IPv4包均進(jìn)行單獨(dú)處理帶來(lái)的另一個(gè)問(wèn)題在于難以把特定的業(yè)務(wù)流指定到較低代價(jià)的鏈路上。例如，電子郵件的傳輸優(yōu)先級(jí)不高，并且不是實(shí)時(shí)應(yīng)用，但I(xiàn)Pv4管理員卻沒(méi)有簡(jiǎn)單的辦法來(lái)標(biāo)記這些包，把它們傳輸?shù)捷^低開(kāi)銷(xiāo)的Internet鏈路,并為實(shí)時(shí)應(yīng)用保留較高開(kāi)銷(xiāo)的鏈路。
  IPv6實(shí)現(xiàn)了流概念，有助于解決類(lèi)似的問(wèn)題。流的定義如RFC1883中所述：流指的是從一個(gè)特定源發(fā)向一個(gè)特定（單播或者是多播）目的地的包序列，源點(diǎn)希望中間路由器對(duì)這些包進(jìn)行特殊處理。
  路由器需要對(duì)流進(jìn)行跟蹤并保持一定的信息，這些信息在流中的每個(gè)包中都是不變的。這種方法使路由器可以對(duì)流中的包進(jìn)行高效處理。對(duì)流中的包的處理可以與其他包不同。但無(wú)論如何，對(duì)它們的處理更快，因?yàn)槁酚善鳠o(wú)需對(duì)每個(gè)包頭重新處理。
  在圖5-18所示的IPv6基本報(bào)頭中新定義了兩個(gè)字段：通信流類(lèi)型（trafficclasses)和數(shù)據(jù)流標(biāo)號(hào)(flowlabel),實(shí)現(xiàn)對(duì)QoS的處理。此外，IPv6引人的擴(kuò)展報(bào)頭可以消滅或至少大,減少選項(xiàng)帶來(lái)的對(duì)性能的沖擊。通過(guò)把選項(xiàng)從IP頭中搬到凈荷中，路由器可以像摶發(fā)選項(xiàng)包一樣來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)包含選項(xiàng)的包。除了規(guī)定必須由每個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)路由器進(jìn)行處理的跳到跳選項(xiàng)之外。IPv6包中的選項(xiàng)對(duì)于中間路由器而言是不可見(jiàn)的。這樣的處理減輕了路由器的處理開(kāi)銷(xiāo)。加快了數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)速度。

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