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綜合服務和混合服務構造QoS
高悅 2001/01/11
在當今高速發(fā)展的網(wǎng)絡上，Internet僅僅提供了非常簡單的QoS,即點對點高效的數(shù)據(jù)傳輸，它遠不能達到企業(yè)所需的和在個人網(wǎng)絡中所習慣的可靠性和性能保證。在IP多址通信和實時應用如多媒體會議廣泛推廣之前，網(wǎng)絡基礎設施應進行改進，以便支持不同等級的服務。企業(yè)不會把重要的數(shù)據(jù)、話音和多媒體應用傳送到公共IP網(wǎng)絡上，除非他們得到了可預測、可測量和有保證的可靠服務。
QoS是指網(wǎng)絡單元擁有某個等級的、保證其傳輸和服務要求可被滿足的能力。提高QoS需要所有網(wǎng)絡層和每個端到端網(wǎng)絡單元的共同協(xié)作。因而，這樣的QoS保證實際上只能代表發(fā)方和收方鏈路上最薄弱環(huán)節(jié)的可靠程度。幸運的是，網(wǎng)絡產業(yè)的幀中繼和ATM技術的長期發(fā)展已產生了許多需要在IP網(wǎng)絡中發(fā)展QoS的機制，不僅IP能通過幀中繼和ATM網(wǎng)絡傳送而平衡了其QoS機制，而且IETF也能借QoS概念的變形在IP傳輸上自然地進行運作。IETF發(fā)展了兩個規(guī)定QoS性能的標準,即綜合服務(Integrated
Services,IntServ)和混合服務(Differentiated Services,DiffServ)。綜合服務和混合服務的共同協(xié)作為Internet提供了可靠的QoS。IntServ和DiffServ作為IETF的標準，目前已經得到各個大型網(wǎng)絡設備制造商的支持。Cisco
IOS所支持的IP QoS服務就包括這兩種類型，其它廠商如3Com、北電網(wǎng)絡、AVAYA（原朗訊網(wǎng)絡部）在其先進的網(wǎng)絡設備中也支持這兩個標準。
■綜合服務在帶寬預留上做文章
綜合服務（IntServ）定義了三種類別的服務。第一種是有一定帶寬、有邊界時延和確保無損耗的保證服務（RFC 2212）；第二種是可控負載服務（RFC
2211），它接近于輕載網(wǎng)絡中的高效服務；第三種是高效服務，它與目前各種負載條件下Internet提供的服務相似。
IntServ模式的第一個優(yōu)點是根據(jù)現(xiàn)在和將來單點傳送和多址通信的路由選擇協(xié)議，利用預留協(xié)議RSVP(reservation protocol,RFC
2205)進行操作。由于大的多址通信用戶組成員與多址通信樹拓撲結構可能會隨時間發(fā)生改變，RSVP用發(fā)送周期性的刷新信號來保持預留路徑的狀態(tài)。如果沒有刷新信號，其狀態(tài)會自動超時并被刪除。建議案保證了網(wǎng)絡體系結構重要的穩(wěn)定性和高效性，從而推進了網(wǎng)絡資源的高效管理。即使帶寬變得非常便宜，這也將是一個重要的方法。
第二個優(yōu)點是IntServ保證了時延界限。如果路由器使用了加權平均排隊論（Weighted Fair Queuing，WFQ），如果能夠描述傳輸源的性能，那么傳輸數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡時延將會有一個絕對的上界。這個簡單而有說服力的結果不僅適用于交換機，而且還適用于一般的路由器網(wǎng)絡。
鏈接共享是IntServ的另一個優(yōu)點。同一個WFQ方案能夠提供可控的鏈接共享。這里服務的目的并不是為時延制定界限，而是限制鏈路上的過載共享。如果有足夠的能力，它同時還允許一些混合傳輸量的傳輸。在如今的商業(yè)路由器中，這種WFQ的使用是非常有效的。在協(xié)議類型和應用的基礎上，它被用于對傳輸量信息進行分級。
綜合服務的缺陷
IntServ最關心的問題是RSVP的可縮放性，特別是在高速主干網(wǎng)中。事實上，為RSVP處理和存貯路由器所需的資源總量隨著QoS流程數(shù)量的增加而成比例地增加。傳輸量測量表明多數(shù)端到端的IP連接非常短暫，而且在任何時間一個主干路由器上都有幾千個有效連接。所以，多數(shù)大帶寬鏈路上的IntServ給路由器帶來了過重的負擔。因而如果發(fā)生了拓撲結構的改變，將需要重新考慮預留。
另一個需要關心的是穩(wěn)定性問題。概念上設計的TCP/IP協(xié)議相關流程狀態(tài)應處于終端系統(tǒng)中，這種穩(wěn)定性是通向成功的關鍵之一。為資源預留而添加至路由器的流程狀態(tài)可以保持網(wǎng)絡協(xié)議的穩(wěn)定性。但對IntServ來說，為了保持預留路徑上的狀態(tài)，RSVP必須周期性地發(fā)送刷新信號，因為如果沒有刷新信號，狀態(tài)會自動超時并會丟失（RFC
2210），因而會引起網(wǎng)絡協(xié)議的不穩(wěn)定。
預留管道為新應用提供了動力
圖1
面臨日益增長的、各種新應用的IP多址通信和實時服務的需要，IETF綜合服務工作組已為Internet體系結構和協(xié)議提出了一個建議案RFC
1633，以便提供綜合服務，即用來支持實時和非實時的IP服務。
實時服務需要有服務保證，但如果沒有預留就不能實現(xiàn)這些保證。在使用端到端信令的接收方和發(fā)送方的路徑上，預留協(xié)議RSVP假定為每個需要QoS的流程預留了資源，這些流程位于每個路由器的路由段上。這需要路由器中的特殊流程狀態(tài)，它代表了Internet模型的一個重要而基本的改變，它還向路徑上的網(wǎng)絡單元提供了傳達應用程序的需要、以及在網(wǎng)絡單元和應用程序之間傳送QoS管理信息一種方法。
圖1說明了預留管道是如何工作的。沿著數(shù)據(jù)路徑，每個RSVP發(fā)送主機通過路由協(xié)議所提供的單點傳送或多址通信的路由下傳RSVP的路徑信息，這些路徑信息存貯了傳送中每個節(jié)點的路徑狀態(tài)。路徑狀態(tài)至少包括以前路由段節(jié)點的單點傳送IP地址，這個IP地址過去常常按確定路線一段一段地反向傳遞預留請求(Resv)信息。每個接收主機向發(fā)送方上傳RSVP的Resv信息，這些信息在路徑上的每個節(jié)點產生并保持了預留狀態(tài)。Resv信息自身最終也必須被傳送到發(fā)送主機，因此主機可為第一個路由段設定適當?shù)膫鬏斂刂茀?shù)。與傳送數(shù)據(jù)相同，路徑信息也用相同的源和目的單元地址來傳送。另一方面，Resv信息一段一段進行傳送，每個RSVP話音節(jié)點向前面RSVP路由段的單點傳送地址轉送一個Resv信息。
■混合服務在每個路由段做控制
為克服IntServ/RSVP的局限性，混合服務（DiffServ）進行了改進，使IP在網(wǎng)絡中可對服務差別進行測量，而不需要每個路由段的每一流程狀態(tài)和信令。服務可以是端到端的，也可以是在區(qū)域內的，它們包括那些可以滿足定量性能需求的服務（如峰值帶寬）和那些基于相關性能的的服務（如類別區(qū)分）。
與RSVP不同，除了固有的RSVP所帶來的設置成本（時間），在源和目的單元之間并沒有QoS需求的交換。短暫的流程得益于DiffServ，因為此時沒有了QoS設置成本，就大大提高了響應能力，并減少了與另一個主機的快速連接時的額外需求。
只有一小部分應用確實需要可靠和明確的QoS保證。少量優(yōu)先級的網(wǎng)絡工程和多數(shù)的傳輸量等級與許多應用程序的適應性相聯(lián)合，它們應當能夠提供充分的必需功能。其結果是為最大傳輸負載提供了足夠的服務，并可防止低優(yōu)先級的傳輸（通過簡單分級），這樣就能為需要QoS的應用程序提供所需等級的服務。
充分的服務也確保了其它的傳輸在多數(shù)時間里都能得到足夠的服務，其中也許會有一些粗略的區(qū)別。如果發(fā)生了擁塞，業(yè)務流會使它們的傳輸適應于可用資源并繼續(xù)運行，盡管此時處于低級水平的服務。它的優(yōu)點是具有更高更全面的效率，可以使更多的流程以更大的簡明性、更簡單的數(shù)據(jù)-路徑機制和最少的信令支持通過。
混合服務的缺陷
圖3
雖然DiffServ具有許多IntServ所沒有的優(yōu)點，但是DiffServ只是描繪了不同等級的延遲和損耗的靈敏度，它并沒有給予具體的標準或保證。它在努力解決集合相關排序的問題，如果基于每個集合的行為準則，一個傳輸量集合將得到與其它集合相關的更好或更壞的處理。
混合服務體系結構
DiffServ體系結構通過傳輸量等級的集合來達到可縮放性，這需要IP層數(shù)據(jù)包通過為DiffServ做標記來傳送。數(shù)據(jù)包被分級和標記，以便在路徑節(jié)點上接收一個特定路由段的轉發(fā)行為。復雜的分級、標記、監(jiān)測以及整形操作只需在網(wǎng)絡邊界或主機上實施。通過服務供應策略網(wǎng)絡，資源被分配到業(yè)務流，這個策略對傳輸數(shù)據(jù)如何被標記進行管理，決定可否進入DiffServ網(wǎng)絡，以及傳輸數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡中如何被轉送。鏈接的各種特性，如通過量、時延、抖動以及損耗都可以通過服務質量等級協(xié)議、傳輸量調節(jié)、網(wǎng)絡資源分配等模塊來進行控制和調整。
單個路由段行為(Per-Hop Behavior,PHB)是DiffServ體系結構的核心，是節(jié)點向行為集合分配資源的方法，有效的混合服務將構建在這種資源分配機制之上。當有很多行為集合與節(jié)點上的緩沖區(qū)和帶寬資源產生競爭的時候，主要關心的是有效的行為差別。通過某些緩沖區(qū)管理和數(shù)據(jù)包調度機制，PHB可在節(jié)點中實施，即通過接收數(shù)據(jù)包中的DSCP描述來選擇PHB。
■綜合服務與混合服務的協(xié)作
IntServ和DiffServ的共同發(fā)展可以推動如IP電話、視頻和各種非多媒體應用的發(fā)展。IntServ使主機能夠請求端到端數(shù)據(jù)路徑上的每個流程和可計量資源，并能夠獲得關于這些請求可接受性的反饋。而DiffServ使大型網(wǎng)絡具有了可縮放性。
IntServ在企業(yè)網(wǎng)絡的邊緣實施，在這里用戶流程可以在桌面上進行管理。這更適合于在企業(yè)內部定義QoS，因為在這里對可縮放性的考慮可以通過定義合作區(qū)域來解決。DiffServ比IntServ更易測量，根據(jù)其性能可由應用程序或傳輸路徑優(yōu)先考慮。它用于企業(yè)的WAN中，并在服務供應網(wǎng)絡中扮演了一個重要的角色。使用DiffServ就不需再考慮IntServ/RSVP網(wǎng)絡的可縮放性問題。根據(jù)資源有效性和策略判定，RSVP信令的使用為DiffServ網(wǎng)絡提供了許可控制，并在很大程度上簡化了DiffServ的分級、策略和其它傳輸量調節(jié)組件的配置。DiffServ模式的IntServ/RSVP尤其適合于提供定量的端到端服務。桌面上的IntServ推廣主要依賴于Microsoft的RSVP實施和Windows
2000中的QoS性能。
一種混合構架已獲得了廣泛認可。它假定了一個模型，其周圍的子網(wǎng)絡是RSVP和IntServ，這些子網(wǎng)絡由DiffServ網(wǎng)絡互連。在這個模型中，DiffServ網(wǎng)絡的可縮放性擴展到了IntServ/RSVP網(wǎng)絡。附屬于周圍IntServ/RSVP網(wǎng)絡的主機為每個通過DiffServ網(wǎng)絡的流程資源請求互相發(fā)送信號。標準的IntServ/RSVP處理應用于IntServ/RSVP的周圍網(wǎng)絡內。RSVP信令可準確地通過DiffServ網(wǎng)絡，在IntServ/RSVP網(wǎng)絡和DiffServ網(wǎng)絡間邊界上的設備對RSVP信令進行處理，并在DiffServ網(wǎng)絡內提供基于資源有效性的許可控制。
如果能夠正確配置，目前QoS在IP層的巨大發(fā)展將可能使Internet成為全球通訊系統(tǒng)的實際通用平臺。
■產品里的兩服務
傳統(tǒng)的IP網(wǎng)絡只有盡力承載（besteffort）能力，沒有任何有效的業(yè)務質量保證機制。但隨著IntServ概念的提出，IP網(wǎng)上實時業(yè)務的出現(xiàn)，產生了IPQoS的概念。IETF也成立了許多工作組完成相關的協(xié)議，如IntServ、RSVP、issll、diffserv、rap。目前IPQoS正處在完善的階段。
目前許多骨干級路由器，如朗訊的6400系列、Cisco的12000系列、朗訊IP服務交換機IPSS 5000、愛立信的PBN系列、3Com
NBX100 LAN電話通信系統(tǒng)產品，都支持IntServ和Diffserv標準。
以Cisco的IP-ATM COS產品為例。
在圖3所示的網(wǎng)絡里，RSVP用在將ATM PVCs連至提供保證的帶寬再到存儲單元網(wǎng)孔。RSVP由Cisco IOS配置，支持從路由器網(wǎng)絡中發(fā)出的信道，通過ATM中心的仿真交通流，然后通過被確定的信道去會合地區(qū)分配的實時仿真交通流。
這個網(wǎng)絡圖顯示了在ATM網(wǎng)絡環(huán)境中IntServ/RSVP的應用。
圖4
這個例子中，OC-3 ATM連接配置上3 Mbps PVCsL連到不同的遠程位置。RSVP確保QOS從這個PVC通過當?shù)氐木W(wǎng)絡路由連到正確的使用地。
IP/ATM網(wǎng)絡的DiffServ（混合服務）工作原理見圖4。
網(wǎng)絡中心區(qū)域的作用是加速流通和混合運輸?shù)奶幹�，在那里，攜帶指定的混合服務類（DiffServ）的通信數(shù)據(jù)被劃分并服務于相關的優(yōu)先權。就像是一個銀行為顧客劃分不同的出納窗口，各個窗口不同的排隊保證各種服務得到最快最好的滿足。
《賽迪市場專家》
2001/01/11
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