QoS的基本概念、路由及研究现状和发展

1、QoS的基本概念、路由及研究现状和发展 。、概述目前的Internet仅提供尽力而为（best-effort service）的传送服务，业务量尽快传送，没有聊的时电子邮件厂文件刻和蹄塞阵保证。随着网络蠲体技术的飞谏讲展数据量小、批文件的隹输nternet上的多媒体应用层出不穷，如IP远程教步从单一的数据传送客户/服务器化。这些不同的应用带宽、噂需翔抖容许时窕-带重喜聋偃：尽力而为能 趣话、视频会议、视频点播器teM MBH趣tern网向数据、语音、图像筹多岬情照的综合传输网许备小的双向传输需要有不同的 Qos（q(VOD)、 et已逐对时铳丢失率鞅感；带宽需求适uality邠图Service

2、）要求，Qos通常用TnT在迅速增长Internet语音实时音频漏!碟要紧1礴照曲务特点及其鲍。带宽需求高：幸要可顼计的时延和妄失率口明显，现有的尽力传送服务已无法满足各种应用对网络传输质量的不同要 求，需要Internet提供多种服务质量类型的业务。而尽力而为的服务仍将提 供给那些只需要连通性的应用。服务质量Qos系指用来表示服务性能之属性的任何组合。为了使其具有价 值，这些属性必须是可提供的、可治理的、可验证和计费的，而且在使用 时它们必须是始终如一的、可推测的、有的属性甚至是起决定性作用的。为了满足各种用户应用的需要，构建对IP最优并具备各种服务质量机制的 网络是完全必要的。专线服务、语

3、音、文件传递、储备转发、交互式视频 和广播视频是现有应用的一些例子。0.1 QoS的关键指标QoS的关键指标要紧包括：可用性、吞吐量、时延、时延变化（包括抖动和漂移）和丢失。下面详细叙述。可用性 是当用户需要时网络即能工作的时刻百分比。可用性要紧是 设备可靠性和网络存活性相结合的结果。对它起作用的还有一些其他因素， 包括软件稳固性以及网络演进或升级时不中断服务的能力。吞吐量 是在一定时刻段内对网上流量（或带宽）的度量。对IP网而言能够 从帧中继网借用一些概念。按照顾用和服务类型，服务水平协议（SLA）能够 规定承诺信息速率（CIR）、突发信息速率（BIR）和最大突发信号长度。承诺信 息速率是应

4、该予以严格保证的，对突发信息速率能够有所限定，以在容纳预定长度突发信号的同时容纳从话音到视像以及一样数据的各种服务。一样讲，吞吐量越大越好。时延 指一项服务从网络入口到出口的平均通过时刻。许多服务，专门是话音和视像等实时服务差不多上高度不能容忍时延的。 当时延超过200-250毫秒时，交互式会话是专门苦恼的。为了提供高质量话音和会议电视，网络设备必须能保证低的时延。产生时延的因素专门多，包括分组时延、排队时延、交换时延和传播时延。传播时延是信息通过铜线、光纤或无线链路所需的时刻，它是光速的函数。在任何系统中，包括同步数字系列（SDH）、异步传输模式（ATM）和弹性分 组环路（RPR）,传播时延

5、总是存在的。时延变化 是指同一业务流中不同分组所出现的时延不同。高频率的时延变化称作抖动，而低频率的时延变化称作漂移。抖动要紧是由于业务流中相继分组的排队等候时刻不同引起的，是对服务质量阻碍最大的一个咨询题。某些业务类型，专门是话音和视像等实时业务是极不容忍抖动的。分组到达时刻的差异将在话音或视像中造成断续。所有传送系统都有抖动，只要抖动落在规定容差之内就可不能阻碍服务质量。利用缓存能够克服过量的抖动，但这将增加时延，造成其他咨询题。漂移是任何同步传输系统都有的一个咨询题。在SDH 系统中是通过严格的全网分级定时来克服漂移的。在异步系统中，漂移一样不是咨询题。漂移会造成基群失帧，使服务质量的要

6、求不能满足。丢包 不管是比特丢失依旧分组丢失，对分组数据业务的阻碍比对实时业务的阻碍都大。在通话期间，丢失一个比特或一个分组的信息往往用户注意不到。在视像广播期间，这在屏幕上可能造成瞬时的波形干扰，然后视像专门快复原如初。即便是用传输操纵协议（TCP）传送数据也能处理丢失，因为传输操纵协议承诺丢失的信息重发。 事实上， 一种叫做随机早丢（RED）的拥塞操纵机制在有意丢失分组，其目的是在流量达到设定门限时抑制 TCP 传输速率，减少拥塞，同时还使TCP 流失去同步，以防止因速率窗口的闭合引起吞吐量摆动。但分组丢失多了，会阻碍传输质量。因此，要保持统计数字，当超过预定门限时就向网络治理人员告警。0

7、.2 研究 QoS 的推动力网络中，服务质量（QoS）的研究有三个要紧的推动力。是对 QoS 有严格要求业务的显现，如交互式实时多媒体业务、 BP 电话等；是通过 QoS 研究，有助于提升网络效率，降低网络成本；是运营商能够通过QoS 机制，按照不同用户对服务质量的不同要求，提供多种有区不的服务，提升用户的中意度，同时提升网络运营商的收益。因此，服务质量的研究重点是如何提升网络提供QoS 保证的能力，而最终研究的目标是保证用户对QoS 的要求。1、 IP Qos 要紧体系结构及事实上现机制Internet如何提供QoS支持（即IP QoS咨询题）已成为业界关注的焦点。I P QoS 是指 IP

8、 数据流通过网络时表现出来的特性，这种特性能够用下列指 标来表示：传输服务的可靠性、延时、延时抖动、吞吐量、丢包率。到目前为止，IP QoS要紧有3种体系结构。（1）int serv 集成业务intserv要紧引入了一个重要的网络操纵协议RSVP（资源预留协议）。RSVP 的引入使得IP 网络为应用提供所要求的端到端的 QoS 保证成为可能。 Int一 serv尽管提供QoS保证，但其扩展性差。因为其工作方式是基于每个流 的，这就需要储存大量的与分组队列数成正比的状态信息。此外，RSVP 的有效实施必须依靠于分组所通过路径上的每个路由器。在骨干网上，业务 流的数目可能专门大，因此要求路由器的转

9、发速率专门高，这使得int serv 难于在骨干网上得到实施。（2）Diff serv 区分业务IETF （互联网工程任务组）在 RFC2475中提出diff serv体系结构，旨在 定义一种能实施QoS且更易扩展的方式，以解决intserv扩展性差的缺点。 diff serv简化了信令，对业务流的分类颗粒度更粗。Diffserv通过汇聚（a ggregate和PHB（per hop behavior）的方式提供 QoS。汇聚是指路由器把 Qo S 需求相近的业务流看成一个大类， 以减少调度算法所处理的队列数。 PHB 是指逐跳的转发方式，每个 PHB对应一种转发方式或QoS要求。由于diff

10、 serv 采纳对数据流分类集合后提供差不服务的方法实现对数据流的可推测性传输，因此对QoS 的支持粒度取决于传输服务的分级层次，各网络节点中储备的状态信息数量仅正比于服务级不的数量而不是数据流的数量，由此 diff-serv 获得了良好的扩展性。3）MPLS 多协议标签交换多协议标签交换（MPLS）将灵活的3层IP选路和高速的2层交换技术完美地结合起来，从而补偿了传统IP 网络的许多缺陷。它引入了“显式路由”机制，对 QoS 提供了更为可靠的保证。多协议标签转换MPLS 在路由寻址方面同传统路由器有明显的不同。 MPLS 支持专门路由，到达同一目的地的数据包可沿不同路径进行转发。 MPLS网

11、络要紧由标签交换边缘路由器LER 和标签交换路由器LSR 组成； MPLS技术的 Qos 保证机理如下：标签交换，LabelSwap航制当数据流进入 M PLS 网络时，入口标签交换边缘路由器LER第一将数据流映射到某个转发等价类FEC（转发等价类是指网络中沿相同路径进行转发的一类分组的集合）。再按照FEC为每个分组加上固定长度的短标签。每个FEC 对应的标签是由基于限制路由的标签分发协议CR-LDP按照路由协议（如OSPF、RIP、BGP协议）以及考虑到带宽的可用性和业务特性分发给各个LSR 和 LER 的。 进入 MPLS 网络以后，标签交换路由器LSR 不再按照原先的分组中的信息转发数据

12、，而只是仅仅按照分组所携带的标签进行交换式转发。由于分组在通过网络时只需一次路由， 转发时无需做传统意义上的路由判定（如查找路由表）， 从而提升了转发速度。 另外，CR LDP 幸免了往常LDP 协议分发标签时只是按照传统路由协议来分发标签：而传统路由协议是基于最短路径算法的，容易导致多条标签交换路径LSP选用同一系列LSR,进而可能使部分网络显现拥塞，而网络的其它部分仍有可用资源，极大地白费了网络资源。 CR LDP 在分发标签时充分考虑了带宽的可用性和业务特性，幸免了拥塞的发生，充分利用了网络带宽资源。 M PLS 技术对 QoS 的保证M PLS 有两种途径对Qos 支持： 一是让标记本

13、身就具有服务质量ToS(Typeof Service)的意义：LER事先把标记空间分成多个区间，不同区间的标记具有不同的服务质量，在为新数据流分配标记时，按照其Qos 的不同为其分配相应区间的标记；另一途径是让标记条目中的 ExP 域来标示传送分组的Tos。M PLS数据包的服务质量类型就由Tos等参数来决定。LER按照T0s来决定输出队列和丢包优先级，如关于到达同一目的地的 IP包，可按照 设置在标签中ExP域的Tos值来建立不同的转发路径，不同的转发路径对 应不同的拥塞操纵机制和丢包优先级，达到其对传输质量的要求。同时，通过对专门路由的治理，还能有效的解决网络中的负载分担和拥塞咨询题，如当

14、网络中显现拥塞时， MPLS 可实时的建立新的转发路由来分担其流量，或通过强制丢包、通知信源降低数据发送率等手段来缓解网络拥塞。虽在MPLS 之前的综合服务和区分服务能解决一部分服务质量咨询题， 但只有 M PLS 才是一种最全面的服务质量保证体系。以上 3 种体系结构仅仅是提供了一种在子网络域内实施QoS 的框架结构，而具体的一些策略和相应的实现机制则由不同的厂商来决定。 目前有关 IPQoS 的 4 种实现机制大致可归纳为：队列治理机制，队列调度机制，基于约束的路由(CBR)和流量工程。其中CBR是对QoS的限制参数进行一定的扩充。 CBR 需各路由器间相互配合，如相互通知网络的状态信息等

15、。 CBR的难点在于如何在状态信息的精确公布和公布频率之间取得一个折衷。 CBR包括 QoS路由(QoS-based routing)和策略性路由(poIicy routing)。2、QoS路由目前网络研究要紧通过两个途径提升QoS, 一个是节点操纵；另一个是整网或局部网络操纵。节点操纵在单节点或单链路完成，要紧操纵业务对单节点共享资源的占用，包括共享的链路、缓存区、处理器资源。节点操纵要紧的策略包括：业务流整形、业务调度、节点缓冲区治理，整网或局部网络操纵通常通过对路由与信令的操纵达到对业务流或业务连接在网络中传输的直截了当操纵，因路由直截了当关系到网络性能，因此 QoS 路由成为解决 Qo

16、S 咨询题的一项关键技术。QoS路由的要紧目标是为接入的业务选择满足其服务质量要求的传输路径，同时保证网络资源的有效利用一样路由选择过程由两个部分组成：一是为到达业务选择路径并发送数据包的过程，本文称之为寻路过程；一是节点咨询路由信息的交互过程，与传统的尽力而为的路由过程相比， QoS寻路过程涉及两个方面的咨询题：一是依据哪些度量参数作为寻路标准，那个地点简称为度量参数选择咨询题；另一个是在寻路标准设定后，如何找到满足业务需求的路径，并保证数据经由选定路径传输到目的节点，我们称之为寻路咨询题，路由信息交互过程中，由于链路传输延时的存在，每个节点获得的其他节点的状态信息总是具有一定的不准确性，这

17、些不准确性将在一定程度上阻碍QoS 路由算法的有效性，因此，路由信息不准确的咨询题，也是QoS 路由中的一个要紧咨询题。度量参数选择咨询题、寻路咨询题和路由信息不准确咨询题是首要解决的差不多咨询题，也是 QoS路由中的研究重点。QoS路由研究中需要解决的要紧难点QoS路由研究中需要解决的要紧难点包括以下几个方面：(1)NP-Comp l ete 咨询题同时对两个以上相互独立的参数提出要求时， 那个咨询题确实是一个NP-Complete 的咨询题,实时应用往往会对延时，延时抖动，带宽，丢失率，业务代价等多个参数同时提出性能要求,例如，实时多媒体业务会对延时和延时抖动同时提出要求,这些参数相互独立

18、时，选择满足多个参数限制的路由就成为NP Complete 咨询题,NP Complete 咨询题直截了当关系到路由算法的可实现性。(2)多业务并存同时承载多种 QoS 要求不同的业务时，网络性能优化困难，扩展困难，专门是 QoS 和尽力而为best-effort 业务独立共存时，专门难确定最优的操作点。(3)节点状态信息的储备量大QoS路由中，节点需记录的状态参量将增多，如状态信息的储备量随网络节点个数的增加而指数性增加，将限制网络的扩展。(4)信息不准确传输负荷的抖动、新连接的加入称消等都可能导致网络状态变化，这些变化因素直截了当阻碍全网状态信息的准确性，同时也直截了当阻碍算法的性能。这几

19、点中， “信息不准确”是路由信息不准确中要紧解决的咨询题。QoS路由研究存的咨询题：QoS路由研究存在着以下几个咨询题：(1)缺乏路由模型，理论研究困难由于网络拓扑和业务特性复杂多样，协议数学描述困难，因此，目前多数路由研究要紧是针对某个咨询题设计启发式算法，而不是基于某种模型从理论上推导算法特性和性能，这种情形下，为分折算法性能，需要大量仿真工作，由于缺乏理论支持，在不同的拓扑结构和业务特性下，算法性能可能差异较大，而且仿真得到的结果缺乏讲服力。(2)优化目标不同，评估标准不一致目前要紧的优化目标包括代价和延时等加性参数，评估标准要紧有：业务接入率、堵塞率、数据丢包率、带宽利用率、节点队列长

20、度、代价、信令开销等，由于各个研究者解决的咨询题不同，优化目标往往不相同，评估标准也不一致，不利于比较不同算法的性，因此制定出统一的路由性能评估对路由研究具有重要意义。(3)接入业务的变化对网络状态阻碍大现有的 QoS 路由依据用户业务对服务质量的要求进行寻路，一旦存在满足要求的路径就会将业务接入，在业务接入时，没有考虑该业务的接入对网络状态有多大的改变，因此，能够讲目前的 QoS 路由是基于服务质量要求的尽力而为的路由，在这种情形下，如果业务特性变化过快，网络状态急剧变化，网络效率、堵塞率等特性都会受到专门大阻碍，因此，在今后的研究中网络的性能变化也应该作为业务接入的一个参考。(4)节点操纵

21、与路由过程脱离网络为业务提供QoS 服务时，节点操纵和路由操纵是相辅相成，缺一不可的。妻也!i 国帽冽 一洛询运电晒值一防正的题的解决对设廿曲高栩a MLB能的展丁郁算10 5065关.更0.6061好地满足业务附服务小sen叫打Eg提升网络资游0.91TO:利用平24 34831- 口 4& (0 7*95)oS至关审萝,勺嘤求不，珀必如打门6胸,0.M以从表2中的参数能够看出，基于算术平均的线性组合推测法Y在推测方差和有效度指标上都不及基于调和平均的组合推测法Y,讲明组合推测法Y较优。同时，由于单项方法（成长曲线法）的推测成效存在较大差不，组合 推测法Y的推测成效甚至不及趋势外推法和灰色系

22、统推测单项方法的推 测成效，由此印证了原有的线性组合推测有偏向较差方法的倾向。从浙江省2003年移动通信用户数进展的实际情形来看，截至到 2003年6 月底，全省移动用户数为1772万户，按照上半年用户进展速度，全年用户 数可达2040万左右，假定按浙江省近三年的平均增长率 0.9%运算全省总人 口，2002年底浙江省人口总数为4694.6万，估量2003年底全省移动用户 渗透率能够达到43.1%,明显与组合推测法Y的推测结果更吻合。QoS术语讲明阅读提示：QoS的英文全称为“Quality of Service,中文名为“服务质 量。QoS是网络的一种安全机制，是用来解决网络延迟和堵塞等咨询

23、题的 一种技术。QoS的协议与结构QoS协议描述QoS的方法不只一种。通常情形下，QoS是一个网络部件（如一个应用、 一台主机或一个路由器）提供的一些保证稳固传输网络数据的质量级不。某 些应用对QoS的要求比其它应用更高，因此有下面两种差不多的QoS:资源预留（适于综合服务）：按照某个应用对QoS的要求来分配网络资 源，同时服从带宽治理策略按优先级排列（适于差分服务）：对网络的业务进行分类，并按照带宽治理策 略的规范来分配网络资源。当所标识的业务类不有更强烈服务要求的需求 时，网络部件会给予优先处理。有两种其它方法描述QoS类型：流型QoS:把一个流定义为一个信源和信宿之间、单个、单向、由传输

24、协议唯独标识的数据流，其中包括数据流的源地址、源端口号、目的地址以及目的端口号聚合型QoS: 一个聚合是简单的两个或更多的流。最为突出的是，这些 流会有相同的标记或者优先级号码，也许还有一些相同的认证信息。应用、网络拓扑结构和策略决定了哪一种 QoS最适合个不流，或者流聚合 。为满足对QoS不同的需要，有以下几种 QoS协议和算法：资源预留协议 （RSVP）:提供网络资源预留的信令。尽管 RSVP经常用于单个流，但也用 于聚合流的资源预留差分服务 （DiffServ） ：提供一个简单的分类和网络聚合流的优先级多协议标记交换（MPLS） ：按照分组头的标记，通过网络路径操纵来提供聚合流的带宽治理

25、子网带宽治理（SBM） ：负责 OSI 第二层 （数据链路层 ）的分类和优先级排列，同IEEE802网络进行共享和交换。RSVP资源预留RSVP 是一个信令协议，它提供建立连接的资源预留， 操纵综合业务，往往在IP网络上提供仿真电路。RSVP是所有QoS技术中最复杂的一种，与尽 力而为的IP服务标准差不最大，它能提供最高的QoS等级，使得服务得到 保证、资源分配量化，服务质量的细微变化能反馈给支持QoS 的应用和用户。协议的工作情形如下：发送端依据高、低带宽的范畴、传输拖延，以 TOC o 1-5 h z 及抖动来表征发送业务。RSVP从含有业务类不（TSpec）信息的发送端发送 一个路径信息

26、给目的地址（单点广播或多点广播的接收端） 。每一个支持RSVP 的路由器沿着下行路由建立一个路径状态表， 其中包括路径信息里先前的源地址（例如，朝着发送端的上行的下一跳）为了获得资源预留，接收端发送一个上行的RESV（预留要求）消息。除了 TSpec, RESV消息里有要求类不（RSpec）；表明所要求的综合服务类型，还 有一个过滤器类不，表征正在为分组预留资源（如传输协议和端口号）。 RSpec和过滤器类不合起来代表一个流的描述符，路由器确实是靠它来识不 每一个预留资源的 当每个支持RSVP 的路由器沿着上行路径接收 RESV 的消息时，它采纳输入操纵过程证实要求，同时配置所需的资源。如果那

27、个要求得不到满足（可能由于资源短缺或未通过认证） ，路由器向接收端返回一个错误消息。如果那个消息被同意，路由器就发送上行RESV 到下一个路由器当最后一个路由器接收 RESV ， 同时同意要求的时候， 它再发送一个证实消息给接收端当发送端或接收端终止了一个RSVP 会话时，有一个明显的断开连接的过程。RSVP 支持的综合业务有以下两种差不多类型：有保证业务：这种业务是，尽可能地仿真成一条专用虚电路。除了要按照TSpec参数的要求确保带宽的有效性外，它还能够用把一条路径里的不同网络部件的参数合并起来的方法来提供一个端到端的固定的队列延迟受控负载：这相当于无负载条件下尽力而为服务。因此，它比尽力而

28、为服务更好，然而不能提供有保证业务所承诺的，具有严格固定队列延迟的服务。关于有保证业务和受控负载，处理不同的（与类不无关）数据业务就象处理没有 QoS 的尽力而为数据业务那样。综合业务采纳令牌筐模式来表征输入输出排序算法。设计令牌筐是为了平滑输出的业务流，但不象泄露筐模式（也能够平滑输出的业务流）， 令牌筐模式承诺数据突发、 在短时刻内坚持更高的发送速率。 RSVP 协议机制要点：每个路由器的预留资源是软的，即这些资源需要由接收端定期地刷新RSVP 不是传输协议，而是网络（操纵 ）协议。作为如此的协议，它不传送数据，然而和 TCP 或者 UDP 的数据流 是并行工作的应用要求 API 详细讲明

29、数据流的需求，初始化预留资源要求，同时在发出初始化要求后，接收预留成功或失败的通知并贯穿于整个会话过程。为了更好地利用 API ， API 也要包含那些描述在整个预留时刻内的预留建立期间或之后，当条件发生变化时显现咨询题的 RSVP 错误信息按照接收端的情形来预留资源， 是为了有效的接纳相当复杂的（组播）接收端组在上行方向的业务复制点处组播预留资源混合在一起（仍旧有不易明白得的 TOC o 1-5 h z 复杂算法在里面）尽管RSVP业务能够通过不支持RSVP的路由器，然而这会在 QoS链上产 生一条弱链路，因此，QoS链的服务质量降回到尽力而为的水平（即在这 些链路上没有预留资源）两种RSV

30、P协议：一是纯RSVP,包含IP的46号协议（用于IP分组头的协 议区），RSVP的分组头和有效负载封装在IP分组头里。封装在UDP里的R SVP 把它的分组头放在 UDP 数据报里。下文将描述只支持纯RSVP 的 802协议，即子网带宽治理。上面提到RSVP提供最高的IPQoS等级。应用能够要求高量化程度的 QoS, 以及具有最佳传输质量保证的 QoS。这听上去看起来万无一失，可让我们 感受疑咨询的是，什么缘故我们还要考虑其它咨询题。这是由于 RSVP 协 议存在着复杂性和开销的价格咨询题，因而许多应用和网络的一些组成部分并不采纳它。简单地讲， RSVP 缺少微调的方法，而 DiffServ

31、 却能够提供这种方法DiffServ 优先级排列差分服务提供一种简单粗略的方法对各种服务加以分类。只是用其它方法也能够，目前有两个每跳（PHBs） 的标准，其中对两个最有代表性的服务等级（业务类不）作了规定：快速转发（EF）:有一个单独的码点（DiffServ彳1）。E F 能够把延迟和抖动减到最小， 因而能提供总合服务质量的最高等级。 任何 超过服务范畴（ 由本地服务策略决定）的业务被删除保证转发 （AF） ：有四个等级， 每个等级有三个下降过程（总共有 12个码点）。超过 AF 范畴的业务可不能象业务范畴内的业务那样以尽可能高的概率传送出去。这意味着业务量有可能下降，但不是绝对的。按照预定

32、策略的标准，PHBs适用于网络入口的业务。业务在这点加以标记， 然后按照那个标记进行路由指向，没有作标记的业务就放到了网络的出口。DiffServ 假定共享同一个网络边界的网络之间存在着服务等级协定（SLA）。 SLA 确定了策略标准和业务范畴。按照 SLA 协议，业务会在网络出口同意监督，并得到平滑。任何在网络入口的超出范畴的业务没有质量保证。（否则，按照 SLA ，要承担额外的成本。 ）服务采纳的协议机制在DS 字节里是比特形式的，对IPv4是业务类不（TOS）的八位位组，对IPv6则是业务量类不的八位位组。 DiffServ 对业务量优化的单一性同它本身的复杂性及强大的功能形成对比。当

33、DiffServ 利用RSVP 的参数或专门应用类不来标识和划分固定比特率（CBR） 业务时， 会形成具有严格定义的综合业务流， 并直截了当指向具有固定带宽的通道。如此一来，资源库就能得到有效地共享，而且仍旧能够提供可靠服务。MPLS标记交换多协议标记交换在某些方面类似与DiffServ ， 因为它也在网络入口的边界处标记业务，而在出口没有标记。但与DiffServ（里的标记用于判不在路由器中的优先级）不同， MPLS 的标记 （20 比特长的标签）是用于判不路由器的下一跳的。 MPLS 不是受操纵的应用（它没有MPLS 的 API） ，也不含最终主机协议的成份。MPLS不象那个地点所描述的其

34、它 QoS协议，它只存在于路由器上。 MPLS 也独立于协议（即多协议） ，因此它能够和其它网络协议一同使用，而不仅仅是IP（象IPX, ATM, PPP,或帧中继），还能直截了当用在数据链路层上。 MPLS 更多的是一个业务量工程协议，而不只是一个QoS协议。 MPLS 路由是为建立固定带宽通道， 类似于 ATM 或帧中继的虚电路。作用是服务得到了改善，增加了更为灵活的服务种类，还有基于策略的网络治理操纵。以上这些功能其它 QoS 协议也可提供。 MPLS 简化了路由过程 （减小开销，提升性能 ）， 同时增加了协议层迂回的灵活性。 支持 MPLS 的路由器叫做标记交换路由器（LSR）,它们如

35、下工作：QoS咨询题分析目前，业界普遍认为：公用交换电话网（PSTN）和ATM网能够保证业务的服务质量， 而 IP 网络无法保证服务质量。 因此， 本节在进行IP 网络的服务质量咨询题分析时，要紧以 PSTN 和 ATM 技术、网络作比较。第一我们看一看 PSTN 网络的服务质量。在 PSTN 中，网络与业务不分离，差不多上由运营商提供和操纵的。用户不能自行创建新业务，只能在运营商提供的业务类型中选择，同时运营商目前提供的差不多上以话音业务模型为核心的差不多业务和补充业务，最大特点是具有固定的传输速率（如 64kb/s） 。关于单个用户，当 PSTN 网络收到用户的呼叫要求时，在接续的过程中能

36、够判定针对此次呼叫的端到端的网络资源是否可用。如果可用，则承诺用户接入，否则拒绝。能够做到这一点的前提是： PSTN 网络明白用户的每次要求所要求的网络资源差不多上 64kb/s,因此能够专门容易地确定用户所 要求的端到端的网络资源是否可用。关于全网而言，能够以每用户每呼叫需要64kb/s 资源为基础，统计流量和流向，结合一百多年来的运营体会，进行合理的规划和设计，在保证每用户每呼叫服务质量的前提下，提升整个网络的资源利用率。其次我们看一看ATM 网络的服务质量。ATM 尽管具有支持流量工程、支持实时业务的可变比特率（ rt VBR ）等功能， 但目前最典型的用法是提供点到点 （如 PVC 专

37、线） 和多点到多点（ ATM 网络）的业务。另外， ATM 目前所支持的高层业务几乎全是IP （ IP over ATM） 。高层的 IP 会专门明确地告诉低层的 ATM ，它需要多少网络资源（例如155Mb/s、622Mb/s等），但IP却不明白它的高层应用（如 WWW、 E-mail）怎么讲需要多少资源。能够如此讲，是 IP替ATM背上了无法保 证 QoS 的黑锅。 ATM 的流量工程和 rt VBR 功能使用得专门少， 缘故是专 门清晰的。换一个角度来看ATM 和 IP。 现在几乎所有的高层业务差不多上基于 IP 的，IP 无法保证它的服务质量， 但使用 ATM 怎么讲行不行？如果把突发

38、性的数 据业务移植到 ATM 上， 如 WWW/E mail/FTP/VoIP over ATM 等， 去掉中 间的IP层，会显现什么情形？不难想象，ATM提供的服务质量可不能比I P 更好， 而 ATM 在其它方面的咨询题 （如编址、 可扩展性） 可能会更严峻。下面我们探讨一下IP 网络的服务质量。IP最初的设计确实是为了承载多业务，网络与业务分离，用户接入和 IP包 的传输服务由ISP提供，内容服务（如 WWW、FTP、E-mail）由内容提 供商（ICP）提供。关于单个用户而言， 如果要在 IP 网络上保证用户的QoS， 存在专门多困难，包括可能不清晰用户使用的业务类型、不清晰该业务的业

39、务特点和流量模型、不同用法下的同一种业务的特点和流量模型专门可能不同、用户在一条接入链路上可能混合使用多种业务、不规则网状结构使得端到端的可用资源情形专门难判定、同一个业务流中的不同数据包可能通过不同的网络路径、与电话网的运营时刻相比 IP 网络的运营时刻还专门短而且运维体会 因为全网 QoS 的保证是以单个用户的资源需求为基础运算、 规划和设计的，因此如果单个用户的QoS 难以处理，网络资源的优化使用就无从谈起，保证统计聚合后的全网QoS 就更困难。安全咨询题分析业界目前普遍认为，PSTN 和 ATM网是相对安全的，因此与上节相似，本节在进行IP网络的安全咨询题分析时，要紧以 PSTN和AT

40、M技术、网络 作比较。第一我们看一看PSTN 网络的安全性。与 IP 网络相比，PSTN 网络的安全性来自几个方面：PSTN 的终端是傻瓜型的，智能位于运营商网络中，用户网络接口（ UNI ）和网络网络接口（ NNI ）分离。业务的提供和操纵权都在运营商手里，运营商网络只为自己能够识不的业务提供服务。没有运营商网络的参与，用户专门难只在客户端实施改造就产生一种新业务。运营商具有业务操纵权，意味着运营商能够只提供那些他认为是安全的业务。傻瓜型终端使得用户专门难进行一些要智能终端支持的安全攻击，使得在IP 网络上常见的病毒、黑客等攻击在PSTN 上无从下手，安全性容易得到保证。当使用PSTN提供I

41、P网络的接入服务时，这时的PSTN是IP网络的链路层（接入）技术， IP 数据只是在PSTN 上进行透传，因此不可能利用 PSTN接入 IP 的机会，从IP 网络攻击 PSTN 网。安全攻击的成本较高。 PSTN 的收费模式和终端傻瓜型的特点等， 使得客户专门难有效地发起大规模的攻击（如分布式拒绝服务攻击， DDOS ） ，因为如此做的成本专门高。客户的可追查难度较低。 PSTN 网络对所有的终端都有全球唯独的、 公布的编号（E.164号码），显现咨询题时容易追查攻击者的位置。其次我们看看ATM 网络的安全性。与 IP 网络相比， ATM 网络的安全性要紧来自几个方面：没有直截了当使用 ATM

42、 的终端业务， ATM 网络不直截了当面向用户，使得客户不可能发出 ATM 网络能够识不或要识不的 ATM 信令或数据。ATM 的 UNI 与 NNI 是分开的。网络与用户（ IP 用户或话音用户）之间的关系是为用户提供信息的透传功能， ATM 的信令、数据和设备对用户不可见，用户产生的数据不可能攻击ATM 网络；而网络与网络之间的安全性是靠运营商之间的信任关系来保证的。ATM 提供给用户的是一个逻辑专网，是一个内部专网。用户始终只能在自己的网络中通信，只可能攻击自己的网络或自己网络中的用户，攻击目标有限，而且即使发生攻击，也专门容易追查。最后我们再看一看IP 的安全性。与SDH、ATM、X.

43、25等安全网络相比，IP网络不安全的要紧缘故在于：IP 网络没有用户网络接口 （UNI） 和网络网络接口 （NNI ） 的区不，在 IP 层面是相互可见的。 运营商网络设备、 协议甚至拓扑对用户是可见的，用户侧产生的 IP 信息既可能在用户侧终结，也可能在网络中终结，这就使得用户侧有机会与运营商网络交换非法路由信息，也可能攻击运营商网络的路由器和接入服务器等三层或三层以上的设备。另外，位于网络边缘的用户侧网络、业务和应用一样都使用 TCP/UDP/IP 技术，用户之间在IP 层和应用层都相互可见。这为互联互通、降低成本等带来了专门大的方便，但同时也为用户之间的相互攻击对方的网络、应用和业务提供

44、了方便。终端的智能性和业务的多样性，增加了识不和防范安全攻击的难度。多种业务综合承载在同一个网络上，没有建立用户间的信任关系，导致恶意用户专门容易对不的用户发起攻击；被攻击的用户难以区分哪些是合法的用户访咨询要求，哪些是恶意攻击。IP 技术进展专门快， 协议设计和软件实现中的专门多缺陷或BUG 在大规模部署使用前来不及测试和排除。如 TCP/IP 协议族实现方面，专门是微软操作系统存在的安全漏洞。此外， IP 技术的宽带化等方便了大规模攻击的实施，如分布式拒绝服务攻击； IP 的计费模式导致攻击成本专门低； IP 用户的身份难以确定，以致专勺画 VRP QoS技术白皮书（1）3. 2差分服务模

45、型差分服务模型的差不多思想是能够按照预先确定的规则对数据流进行分 类，以便将多种应用数据流综合为有限的几种数据流等级。差分服务是由综合服务进展而来的，它采纳了 IETF的基于RSVP的服务分类标准，抛弃 了分组流沿路节点上的资源预留。差分服务将会有效地取代跨过大范畴的 RSVP的使用。差分服务区域的要紧成员有：核心路由器、边缘路由器、资源操纵器。在差分服务中，网络的边缘设备对每个分组进行分类、标记 DS 域，用DS域来携带IP分组对服务的需求信息。在网络的核心节点上，路 由器按照分组头上的DS码点选择码点所对应的转发处理。资源操纵器配置 了治理规则，为客户分配资源，它能够通过服务级不协定SLA

46、 （Service LevelAgreement）与客户进行相互和谐以分享规定的带宽。IPQoS的业务区分结构使用IPv4报头中的业务类型（ToS）字段，并将8 位ToS字段重新命名，作为DS字段，其中6位可供目前使用，其余2位以 备今后也该忡能邮幅蕨确研的规则加斗法,使下行节点通 过识不上下字艮一猎取芍凉的信息来变餐两仄赤谕数据包，并将它 们正确地转发给下一顺路由器。那个地鹏注意的是，在 IPv4网中所 定义的ToS字段与Diff Serv中的pS字与不同。ToS字段的定义如图2DiffServ将整个网络分成若干个域。一个 DiffServ域由一系列支持Dif f Serv机制的节点构成。在

47、DiffServ域中，节点大致分为以下两类：边 缘路由器和内部路由器。其中边缘路由器按照数据流的方向分为入口边缘 路由器和出口边缘路由器。在入口处设有机制一件是用户是否遵守业务等 级协定（SLA）,分类机制以标志输入的每个业务包，对每个IP包指定一个类型以标志DSCP （Diff Serv代码点），并分不将其分不排入相应的队列。i d*-r* 机*1 1国小n H拉琏:搀lLiH中网络由制FW!打蛙球身曲ClAJ内部路由同负除扁出sc 定的带宽、;缓神疝也不 示意图如囱3。&厘_与Int Serv类似，Dif Serv也定义了三种业务类型：(1)尽力而为的业务(Best Effort):类似目

48、前Internet中尽力而为的业务； (2)最优的业务(Premium):类似于传统运营商网络的专线业务； (3)分等级白业务(Tiered):这一类不的业务严格讲不仅仅是一种业务， 而是一个大的类不，能够按照进展的需要制定不同的业务等级。差分服务模型的优点一个是伸缩性较好DS字段只是规定了有限数量的业务级不，状态信息的数量正比于业务级不，而不是流的数量。另一个是便 于实现只在网络的边界上才需要复杂的分类、标记、管制和整形操作。ISP核心路由器只需要实现行为集合(BA)的分类，因此实现和部署区不型业 务都比较容易。差分服务模型的缺点是Diff Serv为IPQoS奠定了宝贵的基础，但依旧没有方

49、法完全依靠自己来提供端到端的QoS结构。Diff - Serv需要大量网络单元的协同动作，才能向用户提供端到端的服务质量。 鉴于 这些组件高度分散的特点和对它们进行集中治理的需要，必须有一个全局 的带宽治理对全局资源进行动态治理。解决这一咨询题的方法有两个：一 是用功能强大的全局策略治理器来完成这一任务；另外一种确实是利用 MPLS将第三层的QoS转换为第二层的QoS,通过运营网中第二层的交换机来 实现端到端的服务质量保证。差分业务服务(Diff - Serv)定义了一个相对简单而力度较粗的框架系统， 为流量提供有区不的业务级不，并对流量聚合后的每一类QoS进行操纵。3. 3流量工程IP网上存

50、在的服务质量咨询题是由于用户数量的增加造成网络资源的不足 从而导致服务质量的下降，以及现有的网络性能无法满足各种新型实时业 务的各种具体服务要求这两个方面的缘故造成的。对应于这两个方面，对QoS咨询题的解决也将从两个方面来进行：一个确实是流量工程(TraficEngineering),另一个确实是QoS的直截了当实现。流量工程能够讲是一种间接实现QoS 的技术， 它将通过对资源的合理配置，对路由过程的有效操纵使得网络资源能够得到最优的利用。当网络资源得到了充分的利用时， 自然而然地， 网络的各项 QoS 指标也将随之大大改善。人们对流量工程所下的定义是：流量工程确实是一种能将业务流映射到实际物

51、理通路上，同时又能够自动优化网络资源，以实现特定应用程序服务性能要求的具有宏观调剂和微观操纵能力的网络工程技术。实际上，流量工程 TE 的提出是电信和运算机界要求网络不但要适应一样的数据传输服务，也能应用于实时数据流的传输，专门是音频和视频传输。就当前流量工程的应用来讲，它有两个关键点：负荷均衡与网络复原。 IP 流量工程的应用目的确实是要解决如何有效实现尽力而为的传统 IP 服务与 QoS 的统一。从本质上讲，流量工程是一种网络操纵技术。现在的操纵方法分为微层操纵与宏层操纵两种类型。微层操纵网络设备的功能，是在数据流层的操纵。宏层操纵则是网络级的操纵，用于解决微层操纵没法解决的咨询题。流量工

52、程是宏层操纵技术，但它与电信流量理论的网络工程不同，流量工程不依靠特定的第二层技术。当考虑流量工程的性能目标时，能够将流量分成面向应用的性能对象与面向网络的性能对象两类。面向应用的性能对象是一种与每种特定应用服务流的流量特性有关的对象，它与QoS 有关并试图从端到端的分组发送延迟、分组延迟抖动、服务响应时刻几个方面来改善网络的性能。面向网络的性能对象是一个与网络资源有关的对象，它试图从网络资源利用率、网络吞吐量方面来改善网络的性能。流量工程对面向应用的性能对象与面向网络的性能对象都有阻碍。负荷均衡机制能改进每个流的 QoS 和网络资源的效率，但无法做到同时保证两个性能都会提升，因此面向应用和面

53、向网络是一个需要折衷的咨询题。流量工程的目的是在它们之间查找一个最优的平稳点。流量工程能够平稳QoS 流量与尽力而为传输方式的流量。谁应具有更高的优先权由网络操作策略而定。网络操作的性能优化差不多上是一个操纵咨询题。在流量工程处理模型中，流量工程部件在自适应反馈操纵系统中将扮演着操纵器的角色。理想化的操纵行为应该含有流量治理参数的校正、与路由有关的参数的校正、与资源有关的属性和约束条件的校正三个方面。3 4 基于约束的寻路基于约束的寻路要解决的是按照带宽和延时要求等约束条件查找一条合适的路径。它的差不多原理是在每一个节点上，基于约束的路由处理模块按照与流量中继主干线有关的属性、与资源有关的属性

54、和其它拓扑状态信息自动为从它发起的每个流量中继主干线运算显示路由。由于受专门多实际情形的限制，基于约束的路由咨询题的解决比较困难。一样可考虑第一剪除哪些不能满足流量中继主干线属性要求的资源，在剩余的部分中运行最短路径优先算法来找到一条可行的通路。3 5 流量治理的过程IPQoS 的流量治理从一个业务数据包进入网络到退出网络，能够分为几个过程，即业务的分类、业务的监管、业务的调剂以及业务的过滤。1）业务的分类对进入Dif Serv域的业务进行分类，以便在网络中得到相应的适当处理。业务必须由客户预先标记或在运营商网络一端与客户最邻近的路由器上进行标记。数据包进入某一域时，能够有多种方法对它进行分类

55、，但并不是所有方法关于每一种业务差不多上必需的。我们能够按照 SLA 规定的一些策略给每个数据包加上 DS 字段标记， 从而对数据包进行分类。 例如， 客户网络到运营商的路由器之间的连接是以太网而不是广域网接口（ ATM 、 FR等）时，客户可使用以太网的 802 1p 优先权方案在自己的局域网内部对业务进行分类；在进入运营商网络边缘时，再按照 SLA 中的规定将优先权映射到该数据包的 DS 字段中。因此，运营商的边缘路由器还能够按照其他多种手段对客户业务进行分类，如IP数据包头的ToS （业务类型）字段 ATM QoS。2）业务的监管业务监管 （Traffic policing） 是为了监督

56、用户是否按照 SLA 中所给予的权益来使用运营商网络，一方面是保证运营商自己的利益不受损害，另一方面也间接爱护了其他用户在网络中的权益。业务的监管能够采纳一个较为简单的方法令牌漏桶 （ Token Bucket） 算 法（如图4）,因此也能够采纳其他类似的机制来监控每一个级不的输入业 务量。如图4所示，每一种业务都有相应数量的令牌（Token）,令牌按照S LA所规定的速率发中。如果用户的业务到达的速度快于令牌发出的速度， 则讲明用户没襁丑SLA ,因此就需要对用户超出SLA的这些业务数据有 一个慢癖，强筋它铜加上标杆套讨斗不拥塞的情形下承诺它们 通过网络，喻的路雁时茎此，也能够在一开始就将

57、这部分数据包丢弃二&藏各国！血户达成的协议和策略。得4步幢律法（3）业务调剂实际上，业务的分类和业务的监管都发生在运营网络的边缘。而业务的调 剂时期则是完全的运营网络行为。它的好坏直截了当决定了IPQoS能否实现。一样来讲，业务调整要紧有两种手段，一个是预防拥塞的排队和调剂机制， 一个是遇到拥塞就丢弃的机制。去往输出接口的业务都被分类并插入到相 应的输出队列中，每个队列都具有可设置的调剂程序，这些程序能够利用 加权公平排队（WFQ）、循环方式（RR: Round Robin）及严格优先权等算 法实现；同样，每个队列也有多种可选择的丢弃算法，如随机早期检测（ R ED）或尾部丢弃（Taildro

58、p）,均可通过业务级不进行配置。（a）排队调剂机制严格的优先级调剂：某一级不的业务只有在当队列中没 有更高优先权业务时才被发送。这一方法实施起来较为简单，缺点是永久 只传输一个级不（最高优先权的）的业务。公平排队或循环方式：简单地 从多个队列中进行循环，这有助于使不同队列公平地使用带宽，但缺点是 大量的数据流不得不需要更多的带宽。加权公平排队：对公平排队的一种 改进。在这种方案中，给每个队列分配权限，该权限确定队列中的哪些数 据包优先使用链路带宽。基于级不的排队：能够分为几个队列，每个队列 与不同的业务级不相对应，能够使用不同方法发送或调剂队列。分级的基 于级不的排队（CBQ）:业务被分成不同级不，每种级不又可细分成若干子 级（Sub clasS）。这种分级形成一种树状结构，若一个子级使用的链路带 宽超过它应得的份额，那么它将第一向姊妹子集（Sister sub clasS）借用带。以此类推，在分级业务结