---- IP QoS 正 成 為 業(yè) 界 關(guān) 注 和 研 究 的 熱 點(diǎn)，IETF 為 之 成 立 了 專 門 的 工 作 組， 研 究 出 一 些 初 步 的 成 果， 但I(xiàn)P QoS 的 徹 底 解 決 還 有 待 于 更 進(jìn) 一 步 的 研 究 和 發(fā) 展。

IP QoS 的 體 系 結(jié) 構(gòu)

----IntServ 集 成 業(yè) 務(wù) 體 系 結(jié) 構(gòu)

----IntServ(Integrated Services Architecture) 由IETF 的 IntServ 工 作 組 于1994 年 在RFC1633 中 提 出。Intserv 定 義 了 三 種 服 務(wù) 類 型。

1. Guranteed Services(RFC2212)： 對(duì) 帶 寬、 時(shí) 延、 分 組 丟 失 率 提 供 定 量 的 質(zhì) 量 保 證；
2. Controlled-load Services (RFC2211)： 給 用 戶 提 供 一 種 類 似 在 網(wǎng) 絡(luò) 欠 載 情 況 下 的 服 務(wù)， 它 是 一 種 定 性 的 指 標(biāo)；
3. Best-Effort： 類 似 于 目 前Internet 網(wǎng) 上 提 供 的 服 務(wù)， 是 一 種 盡 力 而 為 的 工 作 方 式， 基 本 上 無(wú) 任 何 質(zhì) 量 保 證。

----為 了 實(shí) 現(xiàn) 上 面 的 服 務(wù)，IntServ 定 義 了4 個(gè) 功 能 部 件， 網(wǎng) 絡(luò) 中 的 每 個(gè) 路 由 器 皆 需 要 實(shí) 現(xiàn) 這4 個(gè) 部 件。

1. RSVP(RFC2205)：RSVP 即 資 源 預(yù) 留 協(xié) 議， 它 是Internet 上 的 信 令 協(xié) 議。 通 過RSVP， 用 戶 可 以 給 每 個(gè) 業(yè) 務(wù) 流( 或 連 接) 申 請(qǐng) 資 源 預(yù) 留， 要 預(yù) 留 的 資 源 可 能 包 括 緩 沖 區(qū) 及 帶 寬 的 大 小。 這 種 預(yù) 留 需 要 在 路 徑 上 的 每 一 跳 都 要 進(jìn) 行， 這 樣 才 能 提 供 端 到 端 的QoS 保 證。RSVP 是 單 向 的 預(yù) 留， 適 用 于 點(diǎn) 到 點(diǎn) 以 及 點(diǎn) 到 多 點(diǎn) 的 通 信 環(huán) 境。
2. 訪 問 控 制(Admision Control)： 它 基 于 用 戶 和 網(wǎng) 絡(luò) 達(dá) 成 的 服 務(wù) 協(xié) 議， 對(duì) 用 戶 的 訪 問 進(jìn) 行 一 定 的 監(jiān) 視 和 控 制， 有 利 于 保 證 雙 方 的 共 同 利 益。
3. 分 類 器(Classifier)： 根 據(jù) 預(yù) 置 的 一 些 規(guī) 則， 它 對(duì) 進(jìn) 入 路 由 器 的 每 一 個(gè) 分 組 進(jìn) 行 分 類。 這 可 能 需 要 查 看IP 分 組 里 的 某 些 域：IP 源 地 址、IP 目 的 地 址、 上 層 協(xié) 議 類 型、 源 端 口 號(hào)、 目 的 端 口 號(hào)； 分 組 經(jīng) 過 分 類 以 后 被 放 到 不 同 的 隊(duì) 列 中 等 待 接 收 服 務(wù)。 這 方 面 的 技 術(shù) 還 不 很 成 熟， 是 一 個(gè) 有 待 研 究 的 領(lǐng) 域。
4. 隊(duì) 伍 調(diào) 度 器(Scheduler)： 它 主 要 是 基 于 一 定 的 調(diào) 度 算 法 對(duì) 分 類 后 的 分 組 隊(duì) 列 進(jìn) 行 調(diào) 度 服 務(wù)。 這 方 面 的 技 術(shù) 目 前 已 比 較 成 熟， 常 見 的 調(diào) 度 算 法 有WFQ、WF2Q、SCFQ、VC、MD-SCFQ、WRR 等。

----IntServ 盡 管 能 提 供QoS 保 證， 但 擴(kuò) 展 性 較 差。 因 為 其 工 作 方 式 是 基 于 每 個(gè) 流 的， 這 就 需 要 保 存 大 量 的 與 分 組 隊(duì) 列 數(shù) 成 正 比 的 狀 態(tài) 信 息； 此 外，RSVP 的 有 效 實(shí) 施 必 須 依 賴 于 分 組 所 經(jīng) 過 的 路 徑 上 的 每 個(gè) 路 由 器。 在 骨 干 網(wǎng) 上， 業(yè) 務(wù) 流 的 數(shù) 目 可 能 會(huì) 很 大， 同 時(shí) 它 還 要 求 路 由 器 的 轉(zhuǎn) 發(fā) 速 率 很 高， 這 使 得IntServ 難 于 在 骨 干 網(wǎng) 上 得 到 實(shí) 施。 目 前， 比 較 一 致 的 看 法 是 在 企 業(yè) 網(wǎng) 的 邊 緣 實(shí) 施IntServ， 或 者 對(duì) 流(flow) 的 定 義 更 加 粗 糙 以 使 業(yè) 務(wù) 流 的 數(shù) 目 降 低 到 可 以 承 受 的 地 步。

----DiffServ 區(qū) 分 業(yè) 務(wù) 體 系 結(jié) 構(gòu)

----為 了 解 決IntServ 的 一 些 缺 點(diǎn)，IETF 在 RFC2475 中 提 出DiffServ(Differentiated Services Architecture) 體 系 結(jié) 構(gòu)， 旨 在 定 義 一 種 實(shí) 施IP QoS 且 更 容 易 擴(kuò) 展 的 方 式， 以 解 決IntServ 擴(kuò) 展 性 差 的 缺 點(diǎn)。DiffServ 簡(jiǎn) 化 了 信 令， 對(duì) 業(yè) 務(wù) 流 的 分 類 顆 粒 度 更 粗。 它 通 過 匯 聚(aggregate) 和PHB(Per Hop Behavior) 的 方 式 來 提 供 一 定 程 度 上 的QoS 保 證。 匯 聚 的 含 義 在 于 路 由 器 可 以 把QoS 需 求 相 近 的 各 業(yè) 務(wù) 流 看 成 一 個(gè) 大 類， 以 減 少 調(diào) 度 算 法 所 處 理 的 隊(duì) 列 數(shù)；PHB 的 含 義 在 于 逐 跳 的 轉(zhuǎn) 發(fā) 方 式， 每 個(gè)PHB 對(duì) 應(yīng) 一 種 轉(zhuǎn) 發(fā) 方 式 或QoS 要 求。

----在DiffServ 里， 引 入 了DiffServ 域(Domain) 的 概 念， 一 個(gè)DiffServ 域 可 以 認(rèn) 為 是 一 個(gè) 能 提 供DiffServ 業(yè) 務(wù) 的 子 網(wǎng)， 如 圖 所 示。DiffServ 域 主 要 由 一 些 路 由 器 組 成， 并 對(duì) 這 些 路 由 器 進(jìn) 行 了 區(qū) 分， 把 位 于DiffServ 域 邊 界 的 稱 為 邊 界 路 由 器(Edge Router)， 而 把DiffServ 域 內(nèi) 部 的 稱 為 內(nèi) 部 路 由 器(Core Router)。 邊 界 路 由 器 需 要 具 有 的 功 能 有： 對(duì) 業(yè) 務(wù) 流 的 分 類( 基 于IP 分 組 中 一 些 字 段 的 與IntServ 類 似 的 較 細(xì) 分 類 或 者 為 基 于 匯 聚 的 較 粗 分 類)、 整 形 (shaping)、 標(biāo) 記(marking) 和 調(diào) 度(sheduling)； 內(nèi) 部 路 由 器 需 要 具 有 的 功 能 有： 分 類( 為 基 于 匯 聚 的 較 粗 的 分 類)、 調(diào) 度。DiffServ 力 圖 通 過 對(duì) 業(yè) 務(wù) 流 的 分 類、 整 形、 標(biāo) 記、 調(diào) 度 來 實(shí) 現(xiàn) 對(duì) 業(yè) 務(wù)QoS 一 定 程 度 上 的 保 證。 目 前 在DiffServ 上 主 要 提 出 了 下 面 兩 種 業(yè) 務(wù)：

• Expedited Services(EF-RFC 2598)： 提 供 類 似 于 專 線 或 租 用 線 的 服 務(wù)；
• Assured Services(AF-RFC 2597)： 提 供 比Best-Effort 盡 量 好 的QoS；

----DiffServ 利 用 了IPv4 分 組 頭 的TOS 字 段( 或 IPv6 的COS 字 段)， 作 為DSCP(DiffServ 編 碼 點(diǎn)) 使 用。 每 一 種DSCP 對(duì) 應(yīng) 一 種PHB 方 式。 路 由 器 在 轉(zhuǎn) 發(fā) 分 組 時(shí) 只 需 查 看 每 個(gè) 分 組 的DSCP 值， 從 而 對(duì) 此 分 組 提 供 相 應(yīng) 的PHB 轉(zhuǎn) 發(fā) 方 式。 目 前 已 定 義 的DSCP 值 有：000000 為 缺 省(Best-Effort)、101100 為EF 及12 個(gè)AFDSCP。

----實(shí) 際 上，DiffServ 僅 提 供 了 一 種 在 一 子 網(wǎng) 絡(luò) 域 內(nèi) 實(shí) 施QoS 的 框 架 結(jié) 構(gòu)， 而 具 體 的 一 些 策 略 和 相 應(yīng) 的 實(shí) 現(xiàn) 機(jī) 制 則 由 不 同 的 廠 商 來 決 定。 盡 管DiffServ 比 較 靈 活， 但 同 時(shí) 提 出 的 一 個(gè) 問 題 是 它 能 否 真 正 提 供QoS 保 證。

IP QoS 的 實(shí) 現(xiàn) 機(jī) 制

----在 網(wǎng) 絡(luò) 發(fā) 生 擁 塞 時(shí)， 路 由 器 必 須 丟 棄 一 些 分 組， 這 個(gè) 問 題 的 解 決 首 先 必 須 實(shí) 施 有 效 的 隊(duì) 列 管 理 機(jī) 制( 或 緩 沖 區(qū) 管 理 策 略)。

----目 前， 已 經(jīng) 出 現(xiàn) 的 隊(duì) 列 管 理 機(jī) 制 有： PPD(Partial Packet Discard)、EPD(Early Packet Discard)、RED(Random Early Discard)、 FRED(Flow RED)、RIO(RED with In and Out)、BLUE 等 算 法。 比 較 起 來，RED 算 法 具 有 較 低 的 排 隊(duì) 時(shí) 延、 較 高 的 分 組 通 過 度(Goodput) 和 較 好 的 公 平 性， 其 主 要 思 想 是： 路 由 器 計(jì) 算 平 均 排 隊(duì) 長(zhǎng) 度， 當(dāng) 平 均 排 隊(duì) 長(zhǎng) 度 超 過 某 一 門 限 時(shí)， 路 由 器 按 照 一 丟 棄 概 率 丟 棄 到 達(dá) 的 分 組， 而 這 個(gè) 丟 棄 概 率 是 與 平 均 排 隊(duì) 長(zhǎng) 度 成 正 比 的 函 數(shù)。RED 算 法 允 許 短 時(shí) 的 分 組 突 發(fā)， 因 而 可 以 避 免 因 為 網(wǎng) 絡(luò) 負(fù) 荷 變 化 造 成 的 分 組 丟 棄；RED 能 避 免 多 個(gè)TCP 連 接 同 時(shí) 的 超 時(shí) 重 傳， 從 而 保 持 高 的 帶 寬 利 用 率； 此 外，RED 算 法 還 能 較 好 的 支 持 突 發(fā) 業(yè) 務(wù)， 且 確 定 哪 些 連 接 使 用 了 更 多 的 帶 寬， 并 可 以 采 取 措 施 予 以 懲 罰。

----FRED 和RIO 都 是 在RED 上 的 改 進(jìn) 或 變 種，F(xiàn)RED 對(duì) 每 一 個(gè) 業(yè) 務(wù) 流( 或 連 接) 都 實(shí) 施 單 獨(dú) 的 一 個(gè)RED 算 法， 這 樣 能 保 證 更 好 的 公 平 性；RIO 在RED 的 基 礎(chǔ) 上 又 增 加 了 一 個(gè) 門 限 值， 在 對(duì)DiffServ AF 業(yè) 務(wù) 的 研 究 中 多 采 用 此 算 法。

----BLUE 算 法 是IBM 公 司 的 研 究 人 員 最 近 才 提 出 的 另 一 種 較 新 的 隊(duì) 列 管 理 機(jī) 制， 與 其 他 算 法 不 同 的 是： BLUE 算 法 以“ 分 組 丟 失 率” 和“ 鏈 路 有 效 利 用 率” 作 為 判 別 擁 塞 是 否 發(fā) 生 的 標(biāo) 準(zhǔn)， 而 之 前 的 算 法 都 是 以 路 由 器 中 的“ 平 均 分 組 長(zhǎng) 度” 作 為 擁 塞 是 否 發(fā) 生 的 判 別 標(biāo) 準(zhǔn)。

----隊(duì) 列 調(diào) 度 機(jī) 制(Queueing Scheduling Mechanism)

----不 論 在IntServ 還 是 在DiffServ 里， 都 涉 及 到 隊(duì) 列 調(diào) 度 問 題。 簡(jiǎn) 言 之， 隊(duì) 列 調(diào) 度 的 功 能 就 是 路 由 器 如 何 從 多 個(gè)( 或 一 個(gè)) 隊(duì) 列 中 選 擇 下 一 個(gè) 待 轉(zhuǎn) 發(fā) 的 分 組， 這 與 隊(duì) 列 管 理 機(jī) 制 有 著 本 質(zhì) 的 區(qū) 別。 根 據(jù) 不 同 的 服 務(wù) 規(guī) 則， 隊(duì) 列 調(diào) 度 算 法 可 以 分 為 以 下 幾 種： 先 到 先 服 務(wù)(FCFS)、 循 環(huán) 調(diào) 度(Round Robin)、 處 理 機(jī) 共 享(Processor Sharing)、 優(yōu) 先 級(jí) 服 務(wù)、 隨 機(jī) 服 務(wù) 等。

----目 前 已 出 現(xiàn) 的 隊(duì) 列 調(diào) 度 算 法 主 要 有： 基 于 循 環(huán) 調(diào) 度 的 算 法、 基 于GPS(Generalized Processor Sharing) 的 算 法 兩 大 類。 一 個(gè) 有 效 的 隊(duì) 列 調(diào) 度 算 法 應(yīng) 達(dá) 到 的 性 能 指 標(biāo) 主 要 有： 公 平 性、 時(shí) 延 特 性、 對(duì) 惡 意 業(yè) 務(wù) 流 的 隔 離 能 力、 鏈 路 帶 寬 的 利 用 率、 復(fù) 雜 性 等， 前4 個(gè) 指 標(biāo) 與QoS 密 切 相 關(guān)。 基 于 循 環(huán) 調(diào) 度 的 算 法 是 輪 流 地 對(duì) 每 個(gè) 隊(duì) 列 進(jìn) 行 服 務(wù)， 其 實(shí) 現(xiàn) 簡(jiǎn) 單， 但 不 能 對(duì) 業(yè) 務(wù) 提 供 時(shí) 延 保 證， 目 前 主 要 有Weighted �睷R、Deficit �睷R 等。 基 于GPS 的 調(diào) 度 算 法 目 前 主 要 有： 加 權(quán) 公 平 排 隊(duì)(WFQ)、 自 時(shí) 鐘 公 平 排 隊(duì)(SCFQ)、 VC(Virtual Clock) 等， 它 們( 尤 其 是WFQ) 能 提 供 較 好 的 公 平 性、 時(shí) 延 特 性 以 及 對(duì) 惡 意 業(yè) 務(wù) 流 的 隔 離 能 力， 但 當(dāng) 隊(duì) 列 數(shù) 較 多 時(shí)， 其 實(shí) 現(xiàn) 復(fù) 雜 度 較 大。

----基 于 約 束 的 路 由(Constrained -Based Routing)

----基 于 約 束 的 路 由(CBR) 源 自QoS Routing， 只 是 對(duì)QoS 的 限 制 參 數(shù) 進(jìn) 行 了 一 定 的 擴(kuò) 充。CBR 的 有 效 實(shí) 現(xiàn) 需 要 各 個(gè) 路 由 器 之 間 的 相 互 配 合， 比 如 相 互 通 知 各 自 所 知 道 的 網(wǎng) 絡(luò) 的 一 些 狀 態(tài) 信 息( 如 鏈 路 的 剩 余 帶 寬)。CBR 的 難 點(diǎn) 在 于： 如 何 在 狀 態(tài) 信 息 的 精 確 發(fā) 布 和 發(fā) 布 頻 率 之 間 取 得 一 個(gè) 折 衷。 因 為 鏈 路 的 剩 余 帶 寬 在 不 斷 的 變 化，CBR 既 要 避 免 狀 態(tài) 信 息 發(fā) 布 的 滯 后 性， 又 要 避 免 不 停 地 頻 繁 發(fā) 布 狀 態(tài) 信 息。CBR 的 有 效 實(shí) 現(xiàn) 還 有 待 進(jìn) 一 步 的 研 究。

----業(yè) 務(wù) 量 工 程(Traffic Engineering)

----業(yè) 務(wù) 量 工 程 的 主 要 目 的 在 于 盡 量 地 避 免 網(wǎng) 絡(luò) 擁 塞 的 發(fā) 生， 以 保 證QoS。 網(wǎng) 絡(luò) 擁 塞 發(fā) 生 的 原 因 可 能 有： 網(wǎng) 絡(luò) 資 源( 比 如 鏈 路 帶 寬、 緩 沖 區(qū)) 的 不 足、 以 及 網(wǎng) 絡(luò) 中 業(yè) 務(wù) 的 不 均 勻 分 布。 當(dāng) 業(yè) 務(wù) 量 不 均 勻 分 布 時(shí)， 則 有 的 鏈 路 處 于 過 載 狀 態(tài) 而 有 的 鏈 路 可 能 處 于 欠 載 狀 態(tài)， 此 時(shí) 如 果 我 們 能 夠 對(duì) 網(wǎng) 絡(luò) 中 的 業(yè) 務(wù) 流 進(jìn) 行 適 當(dāng) 引 導(dǎo)， 則 不 必 增 加 網(wǎng) 絡(luò) 資 源 也 可 能 消 除 擁 塞。 業(yè) 務(wù) 量 工 程 的 目 的 就 在 于： 如 何 有 效 地 引 導(dǎo) 業(yè) 務(wù) 流 通 過 網(wǎng) 絡(luò) 以 便 消 除 由 于 業(yè) 務(wù) 量 不 均 勻 分 布 而 造 成 的 網(wǎng) 絡(luò) 擁 塞。 多 協(xié) 議 標(biāo) 記 交 換(MPLS) 和 基 于 受 限 的 路 由 都 是 業(yè) 務(wù) 量 工 程 的 有 用 工 具， 也 是 目 前 有 待 進(jìn) 一 步 研 究 的 課 題。

IP QoS 有 待 解 決 的 問 題