Intserv/RSVP的現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

Intserv/RSVP的現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題
    摘要：因特網(wǎng)中傳統(tǒng)的“盡力而為”的傳送模式無(wú)法滿足實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)對(duì)QOS的控制要
求。本文根據(jù)當(dāng)前的一些研究動(dòng)態(tài)，介紹了基于RSVP的Internet綜合服務(wù)實(shí)現(xiàn)模型，并
分析當(dāng)前所存在的一些問(wèn)題。
    關(guān)鍵詞：因特網(wǎng)  綜合服務(wù)  RSVP
    隨著因特網(wǎng)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用越來(lái)越復(fù)雜。二十年前，網(wǎng)絡(luò)上的主要應(yīng)用為遠(yuǎn)程
作業(yè)遞交；十年前，主要的應(yīng)用是E－mail、FTP和TELNET；現(xiàn)在因特網(wǎng)上的主要應(yīng)用為
WEB測(cè)覽器以及正在研究的一些多媒體應(yīng)用。但很多有價(jià)值的應(yīng)用，如遠(yuǎn)程醫(yī)療、遠(yuǎn)程
教學(xué)等對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的多媒體應(yīng)用，在當(dāng)今的因特網(wǎng)上尚不可行。因?yàn)楝F(xiàn)有的因特
網(wǎng)不能提供它們所需的性能。它們大都要求能在網(wǎng)絡(luò)上以實(shí)時(shí)的性能傳遞或交換數(shù)據(jù)，
需要從網(wǎng)絡(luò)得到最小帶寬和最大延遲的保證，甚至需要更進(jìn)一步的保證，如對(duì)延時(shí)抖動(dòng)
的限制。因此，迫切需要一種體系來(lái)保證因特網(wǎng)上各種業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量。
    QOS是ISO為了統(tǒng)一對(duì)服務(wù)質(zhì)量進(jìn)行鑒定而引入的概念。所謂的服務(wù)質(zhì)量（QOS）就
是指與應(yīng)用要求相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)性能和保證網(wǎng)絡(luò)性能的一些技術(shù)。ISO認(rèn)為在通信系統(tǒng)中，
QOS應(yīng)由網(wǎng)絡(luò)層提供，但由于其它層服務(wù)對(duì)端到端的服務(wù)質(zhì)量有很大的影響，因此在其
它層，如鏈路層、傳輸層、甚至應(yīng)用層也必須考慮QOS問(wèn)題。
    對(duì)用戶(hù)來(lái)講，在電路交換的環(huán)境下，因?yàn)槊總�(gè)連接都有一個(gè)物理通道，每個(gè)通道都
有固定的帶寬和延時(shí)且無(wú)丟失，QOS不會(huì)成為問(wèn)題。但在因特網(wǎng)這佯的分組交換的環(huán)境
下，各個(gè)連接的數(shù)據(jù)包流是邏輯上而不是物理上連接在一起的，它允許不同帶寬要求的
服務(wù)共享同一資源。IP包經(jīng)過(guò)的網(wǎng)絡(luò)元素只負(fù)責(zé)將包轉(zhuǎn)發(fā)到目的地址。如果網(wǎng)絡(luò)元素上
的隊(duì)列溢出，則丟掉一些不重要或不緊急的包。TCP協(xié)議就是這樣設(shè)計(jì)的，它支持一種
“優(yōu)美地”降級(jí)，即從不拒絕連接，但在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載增加時(shí)，每個(gè)連接的性能略有降低。
因此要保證QOS就相當(dāng)復(fù)雜。
    為了實(shí)現(xiàn)在因特網(wǎng)上同時(shí)支持“盡力而為”服務(wù)和有QOS要求的服務(wù)，對(duì)因特網(wǎng)的
結(jié)構(gòu)有三個(gè)主要改變。首先因特網(wǎng)的服務(wù)模型從單純的“盡力而為”服務(wù)擴(kuò)展到支持有
一定QOS要求的服務(wù)。其方案之一是IETF提出的綜合服務(wù)模型，它將實(shí)時(shí)應(yīng)用按其QOS的
要求分為二類(lèi)：保證服務(wù)和負(fù)載可控服務(wù)。將它們與“盡力而為”服務(wù)一起在因特網(wǎng)上
傳輸。第二個(gè)改變體現(xiàn)在路由器上。為了提供這些新的服務(wù)，需要路由器提供比傳統(tǒng)的
FIFO復(fù)雜得多的隊(duì)列管理機(jī)制和調(diào)度算法。此外還必須提供一個(gè)“準(zhǔn)入控制”模塊，以
提供定量的保證，如端到端延遲，而不是簡(jiǎn)單的多優(yōu)先級(jí)。第三個(gè)改變是運(yùn)用資源預(yù)留
協(xié)議，它將應(yīng)用要求的QOS在數(shù)據(jù)流經(jīng)過(guò)的路徑上傳播，目前最常用的資源預(yù)留協(xié)議是
RSVP。
    一、Intserv/RSVP的實(shí)現(xiàn)方式
    1. 綜合服務(wù)
    為保證應(yīng)用的QOS，IETF在1994年提出了綜合服務(wù)模型。綜合服務(wù)以IP協(xié)議為其網(wǎng)絡(luò)
層統(tǒng)一平臺(tái)。綜合服務(wù)是建立在流（floW）的概念上。所謂流是指源于某一用戶(hù)的特定行
為的一串彼此相關(guān)的IP數(shù)據(jù)報(bào)，這些數(shù)據(jù)報(bào)具有相同的QOS要求，且可能有多個(gè)接收者。
“流”的引入，使得一條流可以被理解為一條邏輯上的IP連接。綜合服務(wù)的基本思路是：
首先對(duì)網(wǎng)絡(luò)所使用的共享鏈路進(jìn)行一定的資源使用控制（包括帶寬和緩沖區(qū)）；同時(shí)考
慮將網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用按其QOS要求分為不同的種類(lèi)，并將它們統(tǒng)一實(shí)現(xiàn)在對(duì)上層應(yīng)用的服務(wù)接口
中。只要數(shù)據(jù)流經(jīng)過(guò)的路由器都支持這些服務(wù)類(lèi)別，那么就能為該數(shù)據(jù)流提供一定的端
到瑞QOS保證。
    目前，IETF定義的服務(wù)類(lèi)別有保證服務(wù)（guar－anteed  service）和負(fù)載可控服務(wù)
（controlled－loadService）。
    （1）負(fù)載可控服務(wù)
    負(fù)載可控服務(wù)能保證在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較重時(shí)提供與負(fù)載較輕時(shí)相同的QOS。它與傳統(tǒng)的因
特網(wǎng)服務(wù)的主要區(qū)別在于它的性能不會(huì)隨網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的加大而下降。負(fù)載可控服務(wù)～般用于
可容忍一定的數(shù)據(jù)包丟失和延遲的應(yīng)用。
    負(fù)載可控服務(wù)可由路由器中的隊(duì)列機(jī)制實(shí)現(xiàn)。
    （2）保證服務(wù)
    保證服務(wù)要求提供一定的帶寬和端到端延遲，且保證數(shù)據(jù)流中合法的數(shù)據(jù)包無(wú)排隊(duì)
丟失。路由器將保證提供的服務(wù)抽象成分配一定的帶寬R和緩沖區(qū)B。服從漏桶的數(shù)據(jù)流
有b／R（R＞=r）的延遲上限（其中b為漏桶的容量，r為令牌的生成速率）�？紤]到路由
器是按數(shù)據(jù)包而非純比特流傳輸數(shù)據(jù)，是通過(guò)共享鏈路而非每個(gè)流有一條物理通路，因
而會(huì)引入一些誤差。RFC2212定義兩個(gè)誤差參數(shù)C和D。C是與速率有關(guān)的誤差，D是與延時(shí)
有關(guān)的誤差。
    2.RSVP
    RSVP是一種基于接收端，由接收端發(fā)起的資源預(yù)留協(xié)議。不同的接收端對(duì)QOS要求可
能不同，由它向發(fā)送端指明所希望接收的數(shù)據(jù)流的QOS參數(shù)。在通信雙方已經(jīng)建立了的路
徑上，通過(guò)源端發(fā)出的PATH消息和接收端發(fā)出的RESV消息進(jìn)行動(dòng)態(tài)的QOS協(xié)商，達(dá)到資源
預(yù)留的目的。為了維持預(yù)留資源，RSVP協(xié)議使路由器或交換節(jié)點(diǎn)維持在一個(gè)“軟狀態(tài)”
（soft state），這個(gè)狀態(tài)周期性地由PATH和RESV消息來(lái)更新，也可以由拆卸消息來(lái)取
消。如果在一段時(shí)間內(nèi)沒(méi)有收到更新報(bào)文，預(yù)留的資源也將被取消。
    RSVP協(xié)議的資源預(yù)留請(qǐng)求由流量說(shuō)明（flowspec）和過(guò)濾器說(shuō)明（filterspec）來(lái)定
義。流量說(shuō)明以定量的形式指定服務(wù)需要的QOS，如最大延時(shí)，平均吞吐量，最大突發(fā)率
等。過(guò)濾器說(shuō)明定義了資源預(yù)留需要的分組數(shù)據(jù)的格式。流量說(shuō)明和過(guò)濾器說(shuō)明一起被稱(chēng)
為流量描述器（Folw DescriPtor）。除了流量描述器，資源“預(yù)留類(lèi)型”也與資源的請(qǐng)
求有關(guān)。RSVP定義了以下幾種預(yù)留類(lèi)型：
    * 通配過(guò)濾器（WF－Wildcard－Filter）類(lèi)型：該類(lèi)型的每段鏈路有一條資源“管
道”，可被本次會(huì)話的所有發(fā)送者使用。管道大小為所有接收者對(duì)此鏈路的最大資源請(qǐng)
求，獨(dú)立于發(fā)送者的數(shù)量。這種類(lèi)型特別適合于用戶(hù)都能收發(fā)數(shù)據(jù)的多對(duì)、多組通道。
    *固定過(guò)濾器（FF－Fixed－Filter）類(lèi)型：這種類(lèi)型是對(duì)特定的發(fā)送者預(yù)留的資源，
不能被其它的發(fā)送者共享，并且不能改變資源的預(yù)留量。
    *動(dòng)態(tài)過(guò)濾器（DF－Dynamic－filter）類(lèi)型：這種類(lèi)型允許接收者修改它的發(fā)送源，
而不需要額外的準(zhǔn)入控制。
    RSVP只是一個(gè)信令協(xié)議，用來(lái)幫助建立端主機(jī)和路由器的資源保留狀態(tài)。資源和服
務(wù)管理算法主要依賴(lài)于所支持的服務(wù)級(jí)別。RSVP將兩個(gè)應(yīng)用程序間的IP流當(dāng)作網(wǎng)絡(luò)層的
“連接”來(lái)處理，它在IP層提供了與 ATM UNI和信令在信元流層次上相似的功能。
    3．綜合服務(wù)中RSVP的使用
    目前實(shí)現(xiàn)綜合服務(wù)的一般手段為采用RSVP進(jìn)行資源預(yù)留。RSVP通過(guò)信令在應(yīng)用程序
和網(wǎng)絡(luò)元素間進(jìn)行QOS協(xié)商。RSVP首先將發(fā)送端生成的業(yè)務(wù)特性（SENDER－TSPEC）沿所
選的路徑朝接收端傳輸，并在沿途收集所經(jīng)過(guò)的網(wǎng)絡(luò)元素的信息。它包括最小可用帶寬
和最小路徑延遲等。這些信息保存在ADSPEC對(duì)象中。SENDER－TSPEC和ADSPEC對(duì)象被封
裝在RSVP的PATH消息中。
    SENDER－TSPEC包含的內(nèi)容有：
    *漏桶的容量b
    *令牌生成速率廠
    *數(shù)據(jù)流的峰值速率p 
    *最大數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度M
    *最小控制單元m
    ADSPEC中包含的信息有：
    （1）路徑上的一般信息
    *沿途的網(wǎng)絡(luò)元素是否都支持RSVP
    *沿途最小的MTU
    *最小的路徑延遲
    *最小可用帶寬
    （2）每種服務(wù)的特定信息
    *沿途的網(wǎng)絡(luò)元素是否都支持這種服務(wù)
    *該服務(wù)可用的最小帶寬
    *對(duì)保證服務(wù)
    當(dāng)PATH消息傳到接收端后，接收端按照應(yīng)用的延遲要求計(jì)算沿途允許的排隊(duì)延遲
qdefreq。
    qdelreq=應(yīng)用允許的端到端延遲一最小路徑延遲然后選擇滿足要求所需要的帶寬。
    二、Intsery／RSVP存在的問(wèn)題及現(xiàn)有的一些解決方案
    用RSVP實(shí)現(xiàn)綜合服務(wù)存在著兩個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題：一個(gè)是盲目性。對(duì)于保證服務(wù)，雖
然PATH消息在從發(fā)送端向接收端傳送的過(guò)程中，收集了沿途的網(wǎng)絡(luò)元素的一些信息，
但這些信息只是一個(gè)綜合信息，而不是單個(gè)網(wǎng)絡(luò)元素的信息。因而在考慮預(yù)留的帶寬
時(shí)，無(wú)法照顧各個(gè)網(wǎng)絡(luò)元素的具體情況。只能采用“準(zhǔn)等額劃分法”，即基本上對(duì)沿
途的每個(gè)結(jié)點(diǎn)分配等量的資源。這將使原本資源較少的網(wǎng)絡(luò)元素?zé)o法接受后來(lái)的預(yù)留
申請(qǐng)，而產(chǎn)生較高的呼叫擁塞。第二個(gè)問(wèn)題是可擴(kuò)展性。由于綜合服務(wù)／RSVP需要在
沿途的每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)元素上保留每個(gè)流的信息，這就決定了用RSVP實(shí)現(xiàn)綜合服務(wù)只適用
于小型的網(wǎng)絡(luò)，而不適用于因特網(wǎng)這樣的廣域網(wǎng)。
    近期，QOS研究的注意力轉(zhuǎn)移到了區(qū)分服務(wù)方式，它加快了QOS的實(shí)現(xiàn)。區(qū)分服務(wù)
是基于一個(gè)簡(jiǎn)單模型，它將網(wǎng)絡(luò)上的業(yè)務(wù)分成不同的服務(wù)，每種服務(wù)定義了一組單向
的包傳輸?shù)奶卣�。這些特征可以是一組指定的量，如吞吐率、時(shí)延、時(shí)延抖動(dòng)或包丟
失率，也可以是對(duì)一些網(wǎng)絡(luò)資源存取的相對(duì)優(yōu)先級(jí)。每種服務(wù)用一個(gè)編碼表示（稱(chēng)為
DS編碼），放入IP報(bào)頭中的某一字段中，目前一般使用TOS字段。
    區(qū)分服務(wù)的實(shí)現(xiàn)，包括一組在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)的功能元素，包括一組每一跳的轉(zhuǎn)
發(fā)行為PHB（Perhopbehavior，即如何在各業(yè)務(wù)流之間分配緩沖區(qū)和帶寬資源），包
分類(lèi)功能，流量調(diào)節(jié)功能（包括測(cè)量、標(biāo)記、整形和政策）。其中進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)在
網(wǎng)絡(luò)邊界被分類(lèi)并賦給不同的服務(wù)。在網(wǎng)絡(luò)的核心，數(shù)據(jù)包按它的報(bào)頭中的DS編碼尋
找它的每一跳行為，并按此行為轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。
    由于DS方法僅在網(wǎng)絡(luò)的邊界節(jié)點(diǎn)上完成復(fù)雜的分類(lèi)和調(diào)節(jié)功能，及用對(duì)每個(gè)“流”
的集合應(yīng)用每一跳行為，在網(wǎng)絡(luò)的核心節(jié)點(diǎn)上不需要維護(hù)每個(gè)應(yīng)用“流”或每個(gè)用戶(hù)
的轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)，因而網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性較好。但區(qū)分服務(wù)只能使某些服務(wù)比其它服務(wù)享受
到更好的待遇（如更快的處理，更多的平均帶寬，更低的平均丟失率）。這是一種統(tǒng)
計(jì)上的優(yōu)先處理，并無(wú)硬性的保證。但如果僅對(duì)常比特率或近似率常比特率的“流”
施加QOS控制，那么DS方法加上適當(dāng)?shù)姆菗屨际絻?yōu)先級(jí)排隊(duì)即能保證服務(wù)質(zhì)量。
    另外一種解決可擴(kuò)展性的方法是在Intserv/RSVP的基礎(chǔ)上采用流的取集的方法減
輕路由器的壓力。即將同一子網(wǎng)發(fā)向同一目的子網(wǎng)的所有流聚集成一個(gè)RSVP預(yù)留要求。
在這種模式下，如何確定聚集后所需預(yù)留的資源及如何保證聚集后流與流之間的獨(dú)立
性又成為新的研究課題。
    三、結(jié)束語(yǔ)
    支持端到端QOS是因特網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)之一。在國(guó)外，這方面的技術(shù)已成為目前因
特網(wǎng)的研究熱點(diǎn)之一，幾乎每個(gè)月都會(huì)有這方面的IETF draft出現(xiàn)。國(guó)內(nèi)在這方面的
研究較少。以上分析，為作者進(jìn)一步研究該領(lǐng)域打下了一定的基礎(chǔ)，同時(shí)了希望以此
得到與同行們交流、共同提高的目的。