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IP QoS問題的爭執(zhí)由來已久，反對(duì)者認(rèn)為資源管理和QoS保證機(jī)制過于復(fù)雜，在三層以上引入管理模塊會(huì)導(dǎo)致IP網(wǎng)的性價(jià)比下降，而且光纖和其他硬件技術(shù)的發(fā)展為用戶提供了用之不竭的網(wǎng)絡(luò)資源，因此采用現(xiàn)有的盡力而為服務(wù)模式就可以滿足未來的用戶需求。IP QoS的支持者則認(rèn)為，流量的增長比帶寬增長的速度快，而且最大限度利用帶寬是數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋拘�，在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上使用容量很大的緩存或者鏈路，無法從根本上解決網(wǎng)絡(luò)阻塞的問題，只是轉(zhuǎn)移了資源與需求之間的矛盾。在兩種觀點(diǎn)的爭論中，用戶，尤其是能夠左右一項(xiàng)技術(shù)發(fā)展?jié)摿Φ某?jí)用戶，往往傾向于后者。
IETF已經(jīng)起草了很多有關(guān)保證QoS的建議并標(biāo)準(zhǔn)化了很多服務(wù)模型和機(jī)制。其中比較常見的有：綜合服務(wù)（Integrated Services——IntServ）/資源預(yù)留模型，即IntServ/RSVP、區(qū)分服務(wù)模型（Differen-tiated Services——DiffServ）、MPLS流量工程和約束路由等。然而，無論單獨(dú)采用這些機(jī)制中的哪一種，都不能提供IP QoS的全面解決方案，因此人們開始研究實(shí)現(xiàn)他們之間的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的可行性和可靠性。其中IntServ/RSVP和DiffServ由于技術(shù)體系完整，結(jié)合后能夠相互取長補(bǔ)短，實(shí)現(xiàn)WAN的分級(jí)服務(wù)等特點(diǎn)，逐漸受到研究人員的重視。
IntServ/RSVP模型及其工作原理
在當(dāng)前，一談到資源預(yù)留就有兩種不同的聲音，總的說來，“互聯(lián)網(wǎng)是否是共享性網(wǎng)絡(luò)”和“用戶之間是否平等”是支持和反對(duì)資源預(yù)留理念的爭論焦點(diǎn)。
反對(duì)資源預(yù)留的理由有：
* 在網(wǎng)絡(luò)層之上建立任何一種IP QoS連接機(jī)制都是難以管理的；
* 光纖和WDM技術(shù)將會(huì)使網(wǎng)絡(luò)帶寬相當(dāng)充裕和廉價(jià)，資源預(yù)留或其他擴(kuò)展所帶來的復(fù)雜性成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于利用大帶寬自動(dòng)保證QoS的方式；
* 具有預(yù)留能力的網(wǎng)絡(luò)只有在阻塞率較低的情況下才能提供令人滿意的服務(wù)。而在同樣的情況下，盡力而為的網(wǎng)絡(luò)可以提供幾乎與具備預(yù)留能力的網(wǎng)絡(luò)一樣好的服務(wù)。
支持資源預(yù)留提供不同分級(jí)服務(wù)的一方也有充足的理由：
* ISP可以為付費(fèi)高的用戶提供高質(zhì)量的服務(wù)。用戶和網(wǎng)絡(luò)之間的服務(wù)合同明確了用戶數(shù)據(jù)流的特點(diǎn)及相應(yīng)的QoS承諾，有利于網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的良性循環(huán)。
* 高可靠性多媒體應(yīng)用比現(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng)所提供的盡力而為服務(wù)有更高的質(zhì)量服務(wù)要求；尤其發(fā)生網(wǎng)絡(luò)阻塞時(shí)，應(yīng)有相對(duì)多的資源預(yù)留給級(jí)別高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)的業(yè)務(wù)以保證服務(wù)質(zhì)量。
從目前的情況來看，支持資源預(yù)留的觀點(diǎn)和支持IP QoS的看法都受到業(yè)界和用戶的歡迎，因此，IETF和其他研究機(jī)構(gòu)在不斷更新實(shí)現(xiàn)資源預(yù)留的機(jī)制和技術(shù)。RSVP是第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)QoS的信令協(xié)議，是基于IP協(xié)議的資源預(yù)留協(xié)議,用于在端到端之間傳遞QoS請(qǐng)求。它本身不完成QoS，而是通過其他隊(duì)列管理等技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。必須注意的是，RSVP不是一個(gè)路由協(xié)議，它只是完成按照?qǐng)?bào)文流的路徑為報(bào)文申請(qǐng)資源預(yù)留。
IntServ模型的基本思想是“所有的業(yè)務(wù)流相關(guān)狀態(tài)信息是在端系統(tǒng)上”。它所使用的資源預(yù)留協(xié)議是一種信令協(xié)議。工作時(shí)，發(fā)送端給接收端發(fā)送一個(gè)PATH信息，以指定通信的特性。沿途的每個(gè)中間路由器把PATH信息轉(zhuǎn)發(fā)給由路由協(xié)議決定的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。當(dāng)收到一個(gè)PATH信息時(shí)，接收端做出的反應(yīng)是用一個(gè)RESV信息為該業(yè)務(wù)流請(qǐng)求資源，包括帶寬、時(shí)延等。沿途的每個(gè)中間路由器可以拒絕或接受RESV信息請(qǐng)求。如果請(qǐng)求不符合要求（合同），路由器將發(fā)送一個(gè)差錯(cuò)信息給接收端，并且中斷信令的處理過程。如果請(qǐng)求被接受，就按照事先的約定，為該流分配鏈路帶寬和緩沖區(qū)空間，并且把相關(guān)的業(yè)務(wù)流狀態(tài)信息裝入路由器中。網(wǎng)絡(luò)在傳送過程中為每一個(gè)流（flow，由兩端的IP地址、端口號(hào)、協(xié)議號(hào)決定）維護(hù)狀態(tài)。同時(shí)，基于這個(gè)狀態(tài)執(zhí)行報(bào)文的分類、流量監(jiān)管、排隊(duì)調(diào)度等。
用戶通過IntServ/RSVP協(xié)議向網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求滿足特殊服務(wù)質(zhì)量要求的緩存和帶寬；中間節(jié)點(diǎn)利用RSVP信令在數(shù)據(jù)傳輸通路上建立起資源預(yù)留并維護(hù)該通路，以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的服務(wù)質(zhì)量。
根據(jù)RSVP的預(yù)留資源占所有資源的比例，IntServ模型定義了幾種服務(wù)類型：
* 有保障的服務(wù)（Guaranteed Services）[RFC 2212]：對(duì)帶寬、 時(shí)延、分組丟失率提供定量的要求和質(zhì)量保證措施，如VoIP應(yīng)用建議可以預(yù)留10M帶寬和小于1s的時(shí)延。
* 可控負(fù)載服務(wù)（Controlled－load Services）[RFC2211]：在網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷較大的情況下所能夠提供的近似于沒有過載時(shí)的服務(wù)。
* 盡力而為的服務(wù)（Best－Effort）和當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)向多數(shù)用戶提供的服務(wù)機(jī)制類似，沒有任何可以控制的質(zhì)量保證。
IntServ/RSVP模型的主要優(yōu)點(diǎn)有：
* 能夠提供有保證的QoS。因?yàn)镽SVP運(yùn)行在從源端到目的端的每個(gè)路由器上，因此用戶可以預(yù)先購買需要的資源，由ISP負(fù)責(zé)監(jiān)視每一個(gè)業(yè)務(wù)流的運(yùn)行并隨時(shí)在當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)終止非法的資源占用。
* RSVP在源和目的地之間可以使用現(xiàn)有的路由協(xié)議決定流的通路。RSVP使用IP包承載，使用“軟狀態(tài)”的概念，通過周期性的重傳PATH和RESV信息并分析，對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓龀龇磻?yīng)。即對(duì)原有路由協(xié)議沒有影響。
* 支持一個(gè)源到一個(gè)目的地（unicast）和一個(gè)源到多個(gè)目的地（multicast）的QoS服務(wù)。
缺點(diǎn)：
* 對(duì)現(xiàn)有路由器的改造十分復(fù)雜。由于需要進(jìn)行端到端的資源預(yù)留，必須要求從發(fā)送到接收之間所有路由器都支持RSVP和許可控制協(xié)議，同時(shí)每個(gè)路由器還要花費(fèi)大量的資源來維護(hù)和更新數(shù)據(jù)庫（如鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫）。
* IntServ只支持單個(gè)微流（micro－flow），但是，由于數(shù)目過多，對(duì)骨干網(wǎng)的處理能力是巨大的考驗(yàn)。
* 伸縮性差，在WAN中，各種各樣的子網(wǎng)會(huì)不斷增多，并且隨著流數(shù)目的增加，狀態(tài)信息的數(shù)量成比例上升，重傳PATH和RESV信息會(huì)占用大量的路由器存儲(chǔ)空間和處理開銷。
* 該模型不適合于短生存期的流。在IntServ中，RSVP進(jìn)行的資源預(yù)留是單向的，因此必須對(duì)其規(guī)定兩個(gè)方向的資源預(yù)留，從而增加網(wǎng)絡(luò)開銷。在短生存期的流占大多數(shù)的網(wǎng)絡(luò)中，采用IntServ就得不償失了。
DiffServ及其工作原理
DiffServ是一個(gè)起源于IntServ，但相對(duì)簡單、粗劃分的控制系統(tǒng)。它取代了IP服務(wù)類型（TOS）字段改名為DS，并用它承載IP包服務(wù)所要求的信息，是嚴(yán)格意義上的三層技術(shù)，不涉及低層的傳輸技術(shù)。區(qū)分業(yè)務(wù)主要通過兩個(gè)機(jī)制來完成不同QoS業(yè)務(wù)要求的分類： DS標(biāo)記和一個(gè)包轉(zhuǎn)發(fā)處理庫的集合——PHB（Per-Hop-Behavior每跳行為）。通過對(duì)一個(gè)包DS字段的不同標(biāo)記，以及基于DS字段的處理，就能夠產(chǎn)生一些不同的服務(wù)級(jí)別。
IP包頭中的區(qū)分服務(wù)標(biāo)記字段是DS區(qū)域的邊緣節(jié)點(diǎn)和核心節(jié)點(diǎn)之間傳遞流匯聚信息的媒介，是連接邊界的傳輸分類和調(diào)節(jié)機(jī)制與內(nèi)部PHB的橋梁。其中CU（Currently Unused）未定義。
DiffServ的工作流程如下：用戶會(huì)事先與他的ISP簽定一個(gè)服務(wù)等級(jí)協(xié)議（Service Level Agreement——SLA），明確所支持的業(yè)務(wù)級(jí)別以及在每個(gè)業(yè)務(wù)級(jí)別中所允許的業(yè)務(wù)量。它可以是靜態(tài)的，也可以是動(dòng)態(tài)的。靜態(tài)SLA需要定期協(xié)商，動(dòng)態(tài)SLA的客戶用某種信令協(xié)議（如RSVP）請(qǐng)求所要求的服務(wù)（注意RSVP并非是DiffServ中的一部分，只是二者可以結(jié)合使用）。用戶可以標(biāo)記自己的DS編碼標(biāo)記（Differen-tiated Services CodePoint——DSCP）以指定QoS的服務(wù)，也可以讓邊緣路由器根據(jù)多字段MF（MultiField）分類來標(biāo)記。
在ISP的入口，包被分類、計(jì)量、標(biāo)記，也可能被整形。在邊緣路由器，所有的分類和整形規(guī)則均依據(jù)SLA，并按照SLA分為不同的行為聚合BA（Behavior Aggregation），每個(gè)行為聚合都由DS編碼點(diǎn)標(biāo)記。這些操作所需要的緩沖空間也依據(jù)SLA確定。在DiffServ的核心路由器中經(jīng)過粗顆粒化的數(shù)據(jù)流進(jìn)行調(diào)度分配路由。當(dāng)一個(gè)包從一個(gè)域進(jìn)入另一個(gè)域時(shí)，它的DSCP可能會(huì)被重新標(biāo)記，這由兩個(gè)域之間的SLA確定。
Diffserv模型完全不同于Intserv模型，其優(yōu)點(diǎn)是：
* 層次簡單，伸縮性較好：DiffServ工作范圍分為兩個(gè)層次：DS域和DS區(qū)。DS標(biāo)記只是規(guī)定了有限數(shù)量的業(yè)務(wù)級(jí)別，狀態(tài)信息的數(shù)量正比于業(yè)務(wù)級(jí)別，而不是流的數(shù)量。
* 便于實(shí)現(xiàn)：只在網(wǎng)絡(luò)的邊界上才需要復(fù)雜的分類、標(biāo)記、管制和整形操作。ISP核心路由器只需要實(shí)現(xiàn)行為聚集（BA）的分類，因此實(shí)現(xiàn)和部署區(qū)分、分級(jí)都比較容易。
* 不影響路由：DiffServ的節(jié)點(diǎn)提供服務(wù)的手段只限于隊(duì)列調(diào)度和緩沖管理，并不涉及路由選擇。
但是，DiffServ仍然還有許多問題亟待解決，比如，DiffServ體系中是否能夠?qū)崿F(xiàn)“微公平性”就是一個(gè)值得重點(diǎn)討論的問題。所謂“微公平性”是指在DiffServ域中，屬于同一個(gè)流聚集中的每一個(gè)分流是否能享受相同的待遇，這種微公平性不僅在資源充足時(shí)能夠表現(xiàn)出來，更重要的是，能否在有額外資源或者資源總量不足時(shí)，各個(gè)微流是否能夠按照事先約定的等級(jí)獲得相應(yīng)的按比例升級(jí)或者降級(jí)服務(wù)。
Diffserv和Intserv優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，提供IP QoS保證
Intserv模型中的RSVP可為數(shù)據(jù)流提供良好帶寬保證，而DiffServ則不需要信令，在發(fā)送報(bào)文前，不需要通知路由器，網(wǎng)絡(luò)也不必為每個(gè)流維護(hù)狀態(tài)，它只根據(jù)報(bào)文中規(guī)定的QoS來提供特定的服務(wù)。并且，它不像IntServ那樣對(duì)每個(gè)流都進(jìn)行QoS控制，而是對(duì)流聚合后的每一類進(jìn)行QoS控制，它只是對(duì)數(shù)據(jù)流簡單加標(biāo)記進(jìn)行優(yōu)先級(jí)分類。從對(duì)路由器的要求來說，RSVP比DiffServ更復(fù)雜，因此RSVP不適用于骨干網(wǎng)路由器。
Diffserv和Intserv相結(jié)合為WAN提供全局的分級(jí)服務(wù)方案。用戶端主機(jī)使用RSVP的粗粒度請(qǐng)求（帶寬、抖動(dòng)門限等），在骨干網(wǎng)入口的帶寬代理路由器可以將RSVP“預(yù)約”映射為用DS位指示的服務(wù)分類；在骨干網(wǎng)上采用DiffServ對(duì)包頭中規(guī)定的QoS進(jìn)行資源分配；在骨干網(wǎng)的輸出端，RSVP再次被利用，直至終點(diǎn)。從而最終實(shí)現(xiàn)了在輸入端以客戶為基礎(chǔ)進(jìn)行流量調(diào)節(jié)，以確保服務(wù)水平。
在WAN中使用的是區(qū)分型業(yè)務(wù)模型，而LAN用的是IntServ和DiffServ模型的混合形式。在實(shí)現(xiàn)IntServ和DiffServ的互通中，需要解決RSVP在DiffServ域中如何處理，IntServ支持的業(yè)務(wù)與DiffServ支持的PHB之間的映射這兩個(gè)主要問題。IETF建議了兩種互通方式來保證端到端的QoS。一種方法是將綜合服務(wù)覆蓋在DiffServ網(wǎng)上，RSVP信令完全透明地通過；另外一種方法是簡單的并行處理，即DiffServ域參與RSVP的協(xié)議處理：DiffServ網(wǎng)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)可能也是具有RSVP功能的，采取一些策略決定哪些包用RSVP，哪些用DiffServ處理。相比而言，前一種方法實(shí)現(xiàn)簡單，保持了DiffServ的“原貌”，但是卻造成DiffServ域中的資源浪費(fèi)；后者實(shí)現(xiàn)起來過于復(fù)雜，比較適用于小型網(wǎng)絡(luò)。
DiffServ支持的PHB有確保轉(zhuǎn)發(fā)AF PHB和迅速轉(zhuǎn)發(fā)EF PHB，EF PHB表示任何數(shù)據(jù)流超過由本地策略確定的流量規(guī)劃值時(shí)，將被丟棄；AF PHB 表示超過流量規(guī)劃值的數(shù)據(jù)流不會(huì)按照未超過規(guī)劃值時(shí)那么高的概率傳送，這意味著它可能降級(jí)，但是不會(huì)被丟棄。
IntServ和DiffServ能為用戶提供統(tǒng)一服務(wù)。它們之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系是：IntServ中的確保服務(wù)在DiffServ中映射為EF PHB；IntServ中的可控服務(wù)在DiffServ中轉(zhuǎn)換為AF PHB。
摘自《通訊世界》2002.4
