简析网络QoS

蒋维成　李兰英

摘要：随着计算机网络技术的发展，新的应用不断出现，这些应用在带宽和延迟等方面有着不同的要求。如何支持这些应用的QoS要求，使得网络服务质量QoS的研究成为一个热点。文中对网络服务质量的研究背景进行说明，对网络服务质量的两大研究体系IntServ服务模型和DiffServ服务模型的构成和处理过程作了介绍，详细分析了它们的不同服务类型。比较了这两大服务模型的特点，文中还对QoS应用前景进行了阐述。

关键词： 网络服务质量； 延迟； 抖动；带宽； 资源预留

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）30-7055-02

随着计算机网络技术的不断发展， 计算机网络由传统的单一数据传输转向包括各种数据、语音、图像等综合业务传输。特别是伴随着视频会议、视频点播、分布式多媒体而出现的视频、语音等多媒体业务流的迅猛增长， IP网络逐步变成了多业务的综合数字网。由于IP网络是面向不连接的，不可靠的传输服务，在这上面传输数据延时不可预测，网络带宽也得不到保证，无法满足多媒体应用的要求。因此，针对不同业务的要求，在计算机网络上提供不同级别的服务，以满足其基于延迟、抖动、带宽等性能指标的要求，提供可靠的服务。这一研究也就变得重要起来。这就是网络服务质量 （quality of service， QoS ） [1]研究的问题，它也是当今的一个研究热点。

1 研究内容

目前网络服务质量的研究主要有综合服务（integrated services，IntServ） [2]和区分服务（differentiated services， DiffServ） [3两种不同的服务模型。

1.1 IntServ服务模型

根据不同业务对网络延时和抖动的要求不同，Intserv服务采用资源预留的方式，对网络资源进行分配，从而为不同业务的数据流提供端到端的QoS保证。IntServ结构中的主要信令协议是资源预留协议RSVP（resource reservation protocol）[4]。在数据传输之前，需建立呼叫接纳，RSVP负责完成综合服务的呼叫接纳控制功能和资源预留功能，它逐点（hop-by-hop）地建立或拆除不同业务流的资源预留状态，还供供流量控制和传输策略控制等。

IntServ服务模型主要有四个模块，它们是信令协议RSVP、接纳控制器，分类器和分组调度器。接纳控制器根据业务流QoS要求，链路和网络节点的资源使用情况决定是否接受一个业务流的资源预留请求。分类器负责对传输的数据流进行分类，并把分类的结果数据放入不同的队列中，以便采取进一步相应的服务。根据不同的服务要求对各个队列中的分组进行相应的调度转发，这一工作由分组调度器完成。

IntServ服务的类型主要有两类：（1） 可控负载服务[5]。它根据用户服务要求来进行处理，限制网络中的数据量，保证网络处于非重载模式下，是一种定性的服务，让用户感觉网络具有很大容量，负载很轻的条件下运行，对延迟的要求在可忍耐的范围之内。（2） 质量保证型服务[6]。它保证业务流在规定的时间内到达目的地。它主要针对实时性要求很高的应用，提供带宽、时延限制和分组丢失率来满足应用程序的要求，只要数据流在传输参数范围内就不会被丢弃。

1.2 DiffServ服务模型

DiffServ服务模型具有简单有效、易于实现的特点。DiffServ服务模型中，将IPv4报头中的服务类型字段的8bit定义为DS标记域，根据DS标记域中的不同数值大小，提供不同等级的服务[7]。目前主要使用前6bit用来划分不同的服务等级。根据不同用户对带宽和时延的要求不同，它将延时要求相似的不同业务归为一类，随后对这一类业务采取一致的处理，也就是采用聚合的机制，不再针对各个业务流进行处理，从而实现起来比较简单。在DiffServ服务模型中，将网络划分为不同的区域，在同一区域内部的交换结点只是负责简单的转发，而处于区域外围的边界结点则要实现较多的功能，主要负责业务流的分类、标记、聚合等。这样边界结点从逻辑上又可以划分为分类器、标记器、整形器和监管器。分类器根据相应的规则，将业务流进行分类，交给标记器进行处理，标记器则对业务流的服务级别进行相应的DS标记域字段值进行设置，监管器对数据流的速率进行监视，通过整形器使得业务流符合流量调节约定的流量规格。

DiffServ服务的类型也有两种，它们是奖赏服务和确保服务[8]。

奖赏服务是区分服务模型中一种级别很高的服务类型，它为用户提供较低的延迟和抖动要求，保证端到端的带宽传输服务。主要通过边界调节机制来实现，确保数据流符合流规格，并保证业务流离开结点时满足一定的要求。

确保服务是从统计意义上保证用户的带宽，它为每种业务流提供最低数量的带宽和缓存空间，从而在网络出现拥塞的情况下，也能保证用户有一定量的预约带宽。主要通过设置DSCP中的不同的丢弃优先级，在网络中发生拥塞时，丢弃不同优先级的业务流来实现。

IntServ和DiffServ各有所长，IntServ实现起来比较困难，而DiffServ易于实现、可扩展性强，但其灵活性和带宽的利用率等方面又不及IntServ。

2 应用前景

目前，很多应用于企业骨干网络上的三层交换机大多支持QoS配置， QoS在企业园区网中骨干网络上的应用越来越多，越来越广泛。很多商家生产的核心层交换机也不断增加QoS管理的功能，如cisco 3560交换机、H3C 7503E交换机、华为S9300 交换机、锐捷S2126系列交换机等，这将大大加强了QoS在园区网中的应用，随着企业网中各种生产数据、监控数据、IP电话、视频数据、办公自动化等的不断增多，QoS的应用将更加广泛。未来电话网、有线电视、Internet的不断融合，随着物联网的兴起，设备之间的通信量的增加，时延敏感业务的加大，势必进一步增加QoS在网络上的应用，特别是新一代网络（New Generation Network）的出现，以软交换为核心，能够提供音频、视频、数据等多媒体综合业务的出现，QoS将得到前所未有的应用。

参考文献：

[1] 林闯.计算机网络的服务质量[M].北京：清华大学出版社，2004.

[2] IETF Working Group on Integrated Services[EB/OL].http：// www.ietf.org/html.charters/intserv-charter.html.

[3] IETF Working Group on Differentiated Services[EB/OL].http：//ww.ietf.org/html.charters/diffserv-charter.html.

[4] Braden R， Zhang L，Berson S， et al. Resource Reservation Protocol （RSVP）- Version 1 Functional Specification[S].RFC 2205，1997.

[5] Wroclawski.Specification of the Controlled-Loadf Network Element Service[S].RFC2211，1997.

[6] Shenker S，Guerin R.Specification of Guaranteed Quality of Service[S].RFC2212，1997.

[7] Nichols K，Baker F，Blake S.Definition of the Differentiated Services Field （DS Field） in the IPv4 and IPv6 Headers[S].RFC 2474， 1998.

[8] Nichols k，Zhang L.A Two-bit Differentiated Services Architecture for the Internet[S].RFC2638，1999.endprint