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綜合服務(wù)和混合服務(wù)構(gòu)造QoS
高悅 2001/01/11
在當(dāng)今高速發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)上，Internet僅僅提供了非常簡(jiǎn)單的QoS,即點(diǎn)對(duì)點(diǎn)高效的數(shù)據(jù)傳輸，它遠(yuǎn)不能達(dá)到企業(yè)所需的和在個(gè)人網(wǎng)絡(luò)中所習(xí)慣的可靠性和性能保證。在IP多址通信和實(shí)時(shí)應(yīng)用如多媒體會(huì)議廣泛推廣之前，網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)進(jìn)行改進(jìn)，以便支持不同等級(jí)的服務(wù)。企業(yè)不會(huì)把重要的數(shù)據(jù)、話音和多媒體應(yīng)用傳送到公共IP網(wǎng)絡(luò)上，除非他們得到了可預(yù)測(cè)、可測(cè)量和有保證的可靠服務(wù)。
QoS是指網(wǎng)絡(luò)單元擁有某個(gè)等級(jí)的、保證其傳輸和服務(wù)要求可被滿足的能力。提高QoS需要所有網(wǎng)絡(luò)層和每個(gè)端到端網(wǎng)絡(luò)單元的共同協(xié)作。因而，這樣的QoS保證實(shí)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(yùn)的是，網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)的幀中繼和ATM技術(shù)的長(zhǎng)期發(fā)展已產(chǎn)生了許多需要在IP網(wǎng)絡(luò)中發(fā)展QoS的機(jī)制，不僅IP能通過(guò)幀中繼和ATM網(wǎng)絡(luò)傳送而平衡了其QoS機(jī)制，而且IETF也能借QoS概念的變形在IP傳輸上自然地進(jìn)行運(yùn)作。IETF發(fā)展了兩個(gè)規(guī)定QoS性能的標(biāo)準(zhǔn),即綜合服務(wù)(Integrated
Services,IntServ)和混合服務(wù)(Differentiated Services,DiffServ)。綜合服務(wù)和混合服務(wù)的共同協(xié)作為Internet提供了可靠的QoS。IntServ和DiffServ作為IETF的標(biāo)準(zhǔn)，目前已經(jīng)得到各個(gè)大型網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商的支持。Cisco
IOS所支持的IP QoS服務(wù)就包括這兩種類型，其它廠商如3Com、北電網(wǎng)絡(luò)、AVAYA（原朗訊網(wǎng)絡(luò)部）在其先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中也支持這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。
■綜合服務(wù)在帶寬預(yù)留上做文章
綜合服務(wù)（IntServ）定義了三種類別的服務(wù)。第一種是有一定帶寬、有邊界時(shí)延和確保無(wú)損耗的保證服務(wù)（RFC 2212）；第二種是可控負(fù)載服務(wù)（RFC
2211），它接近于輕載網(wǎng)絡(luò)中的高效服務(wù)；第三種是高效服務(wù)，它與目前各種負(fù)載條件下Internet提供的服務(wù)相似。
IntServ模式的第一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是根據(jù)現(xiàn)在和將來(lái)單點(diǎn)傳送和多址通信的路由選擇協(xié)議，利用預(yù)留協(xié)議RSVP(reservation protocol,RFC
2205)進(jìn)行操作。由于大的多址通信用戶組成員與多址通信樹(shù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可能會(huì)隨時(shí)間發(fā)生改變，RSVP用發(fā)送周期性的刷新信號(hào)來(lái)保持預(yù)留路徑的狀態(tài)。如果沒(méi)有刷新信號(hào)，其狀態(tài)會(huì)自動(dòng)超時(shí)并被刪除。建議案保證了網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)重要的穩(wěn)定性和高效性，從而推進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)資源的高效管理。即使帶寬變得非常便宜，這也將是一個(gè)重要的方法。
第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是IntServ保證了時(shí)延界限。如果路由器使用了加權(quán)平均排隊(duì)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(luò)時(shí)延將會(huì)有一個(gè)絕對(duì)的上界。這個(gè)簡(jiǎn)單而有說(shuō)服力的結(jié)果不僅適用于交換機(jī)，而且還適用于一般的路由器網(wǎng)絡(luò)。
鏈接共享是IntServ的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。同一個(gè)WFQ方案能夠提供可控的鏈接共享。這里服務(wù)的目的并不是為時(shí)延制定界限，而是限制鏈路上的過(guò)載共享。如果有足夠的能力，它同時(shí)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(yīng)用的基礎(chǔ)上，它被用于對(duì)傳輸量信息進(jìn)行分級(jí)。
綜合服務(wù)的缺陷
IntServ最關(guān)心的問(wèn)題是RSVP的可縮放性，特別是在高速主干網(wǎng)中。事實(shí)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(cè)量表明多數(shù)端到端的IP連接非常短暫，而且在任何時(shí)間一個(gè)主干路由器上都有幾千個(gè)有效連接。所以，多數(shù)大帶寬鏈路上的IntServ給路由器帶來(lái)了過(guò)重的負(fù)擔(dān)。因而如果發(fā)生了拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的改變，將需要重新考慮預(yù)留。
另一個(gè)需要關(guān)心的是穩(wěn)定性問(wèn)題。概念上設(shè)計(jì)的TCP/IP協(xié)議相關(guān)流程狀態(tài)應(yīng)處于終端系統(tǒng)中，這種穩(wěn)定性是通向成功的關(guān)鍵之一。為資源預(yù)留而添加至路由器的流程狀態(tài)可以保持網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的穩(wěn)定性。但對(duì)IntServ來(lái)說(shuō)，為了保持預(yù)留路徑上的狀態(tài)，RSVP必須周期性地發(fā)送刷新信號(hào)，因?yàn)槿绻麤](méi)有刷新信號(hào)，狀態(tài)會(huì)自動(dòng)超時(shí)并會(huì)丟失（RFC
2210），因而會(huì)引起網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的不穩(wěn)定。
預(yù)留管道為新應(yīng)用提供了動(dòng)力
圖1
面臨日益增長(zhǎng)的、各種新應(yīng)用的IP多址通信和實(shí)時(shí)服務(wù)的需要，IETF綜合服務(wù)工作組已為Internet體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議提出了一個(gè)建議案RFC
1633，以便提供綜合服務(wù)，即用來(lái)支持實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)的IP服務(wù)。
實(shí)時(shí)服務(wù)需要有服務(wù)保證，但如果沒(méi)有預(yù)留就不能實(shí)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(yù)留協(xié)議RSVP假定為每個(gè)需要QoS的流程預(yù)留了資源，這些流程位于每個(gè)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(gè)重要而基本的改變，它還向路徑上的網(wǎng)絡(luò)單元提供了傳達(dá)應(yīng)用程序的需要、以及在網(wǎng)絡(luò)單元和應(yīng)用程序之間傳送QoS管理信息一種方法。
圖1說(shuō)明了預(yù)留管道是如何工作的。沿著數(shù)據(jù)路徑，每個(gè)RSVP發(fā)送主機(jī)通過(guò)路由協(xié)議所提供的單點(diǎn)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(gè)節(jié)點(diǎn)的路徑狀態(tài)。路徑狀態(tài)至少包括以前路由段節(jié)點(diǎn)的單點(diǎn)傳送IP地址，這個(gè)IP地址過(guò)去常常按確定路線一段一段地反向傳遞預(yù)留請(qǐng)求(Resv)信息。每個(gè)接收主機(jī)向發(fā)送方上傳RSVP的Resv信息，這些信息在路徑上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生并保持了預(yù)留狀態(tài)。Resv信息自身最終也必須被傳送到發(fā)送主機(jī)，因此主機(jī)可為第一個(gè)路由段設(shè)定適當(dāng)?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(lái)傳送。另一方面，Resv信息一段一段進(jìn)行傳送，每個(gè)RSVP話音節(jié)點(diǎn)向前面RSVP路由段的單點(diǎn)傳送地址轉(zhuǎn)送一個(gè)Resv信息。
■混合服務(wù)在每個(gè)路由段做控制
為克服IntServ/RSVP的局限性，混合服務(wù)（DiffServ）進(jìn)行了改進(jìn)，使IP在網(wǎng)絡(luò)中可對(duì)服務(wù)差別進(jìn)行測(cè)量，而不需要每個(gè)路由段的每一流程狀態(tài)和信令。服務(wù)可以是端到端的，也可以是在區(qū)域內(nèi)的，它們包括那些可以滿足定量性能需求的服務(wù)（如峰值帶寬）和那些基于相關(guān)性能的的服務(wù)（如類別區(qū)分）。
與RSVP不同，除了固有的RSVP所帶來(lái)的設(shè)置成本（時(shí)間），在源和目的單元之間并沒(méi)有QoS需求的交換。短暫的流程得益于DiffServ，因?yàn)榇藭r(shí)沒(méi)有了QoS設(shè)置成本，就大大提高了響應(yīng)能力，并減少了與另一個(gè)主機(jī)的快速連接時(shí)的額外需求。
只有一小部分應(yīng)用確實(shí)需要可靠和明確的QoS保證。少量?jī)?yōu)先級(jí)的網(wǎng)絡(luò)工程和多數(shù)的傳輸量等級(jí)與許多應(yīng)用程序的適應(yīng)性相聯(lián)合，它們應(yīng)當(dāng)能夠提供充分的必需功能。其結(jié)果是為最大傳輸負(fù)載提供了足夠的服務(wù)，并可防止低優(yōu)先級(jí)的傳輸（通過(guò)簡(jiǎn)單分級(jí)），這樣就能為需要QoS的應(yīng)用程序提供所需等級(jí)的服務(wù)。
充分的服務(wù)也確保了其它的傳輸在多數(shù)時(shí)間里都能得到足夠的服務(wù)，其中也許會(huì)有一些粗略的區(qū)別。如果發(fā)生了擁塞，業(yè)務(wù)流會(huì)使它們的傳輸適應(yīng)于可用資源并繼續(xù)運(yùn)行，盡管此時(shí)處于低級(jí)水平的服務(wù)。它的優(yōu)點(diǎn)是具有更高更全面的效率，可以使更多的流程以更大的簡(jiǎn)明性、更簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)-路徑機(jī)制和最少的信令支持通過(guò)。
混合服務(wù)的缺陷
圖3
雖然DiffServ具有許多IntServ所沒(méi)有的優(yōu)點(diǎn)，但是DiffServ只是描繪了不同等級(jí)的延遲和損耗的靈敏度，它并沒(méi)有給予具體的標(biāo)準(zhǔn)或保證。它在努力解決集合相關(guān)排序的問(wèn)題，如果基于每個(gè)集合的行為準(zhǔn)則，一個(gè)傳輸量集合將得到與其它集合相關(guān)的更好或更壞的處理。
混合服務(wù)體系結(jié)構(gòu)
DiffServ體系結(jié)構(gòu)通過(guò)傳輸量等級(jí)的集合來(lái)達(dá)到可縮放性，這需要IP層數(shù)據(jù)包通過(guò)為DiffServ做標(biāo)記來(lái)傳送。數(shù)據(jù)包被分級(jí)和標(biāo)記，以便在路徑節(jié)點(diǎn)上接收一個(gè)特定路由段的轉(zhuǎn)發(fā)行為。復(fù)雜的分級(jí)、標(biāo)記、監(jiān)測(cè)以及整形操作只需在網(wǎng)絡(luò)邊界或主機(jī)上實(shí)施。通過(guò)服務(wù)供應(yīng)策略網(wǎng)絡(luò)，資源被分配到業(yè)務(wù)流，這個(gè)策略對(duì)傳輸數(shù)據(jù)如何被標(biāo)記進(jìn)行管理，決定可否進(jìn)入DiffServ網(wǎng)絡(luò)，以及傳輸數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中如何被轉(zhuǎn)送。鏈接的各種特性，如通過(guò)量、時(shí)延、抖動(dòng)以及損耗都可以通過(guò)服務(wù)質(zhì)量等級(jí)協(xié)議、傳輸量調(diào)節(jié)、網(wǎng)絡(luò)資源分配等模塊來(lái)進(jìn)行控制和調(diào)整。
單個(gè)路由段行為(Per-Hop Behavior,PHB)是DiffServ體系結(jié)構(gòu)的核心，是節(jié)點(diǎn)向行為集合分配資源的方法，有效的混合服務(wù)將構(gòu)建在這種資源分配機(jī)制之上。當(dāng)有很多行為集合與節(jié)點(diǎn)上的緩沖區(qū)和帶寬資源產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)的時(shí)候，主要關(guān)心的是有效的行為差別。通過(guò)某些緩沖區(qū)管理和數(shù)據(jù)包調(diào)度機(jī)制，PHB可在節(jié)點(diǎn)中實(shí)施，即通過(guò)接收數(shù)據(jù)包中的DSCP描述來(lái)選擇PHB。
■綜合服務(wù)與混合服務(wù)的協(xié)作
IntServ和DiffServ的共同發(fā)展可以推動(dòng)如IP電話、視頻和各種非多媒體應(yīng)用的發(fā)展。IntServ使主機(jī)能夠請(qǐng)求端到端數(shù)據(jù)路徑上的每個(gè)流程和可計(jì)量資源，并能夠獲得關(guān)于這些請(qǐng)求可接受性的反饋。而DiffServ使大型網(wǎng)絡(luò)具有了可縮放性。
IntServ在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的邊緣實(shí)施，在這里用戶流程可以在桌面上進(jìn)行管理。這更適合于在企業(yè)內(nèi)部定義QoS，因?yàn)樵谶@里對(duì)可縮放性的考慮可以通過(guò)定義合作區(qū)域來(lái)解決。DiffServ比IntServ更易測(cè)量，根據(jù)其性能可由應(yīng)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(wù)供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中扮演了一個(gè)重要的角色。使用DiffServ就不需再考慮IntServ/RSVP網(wǎng)絡(luò)的可縮放性問(wèn)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(luò)提供了許可控制，并在很大程度上簡(jiǎn)化了DiffServ的分級(jí)、策略和其它傳輸量調(diào)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(wù)。桌面上的IntServ推廣主要依賴于Microsoft的RSVP實(shí)施和Windows
2000中的QoS性能。
一種混合構(gòu)架已獲得了廣泛認(rèn)可。它假定了一個(gè)模型，其周?chē)淖泳W(wǎng)絡(luò)是RSVP和IntServ，這些子網(wǎng)絡(luò)由DiffServ網(wǎng)絡(luò)互連。在這個(gè)模型中，DiffServ網(wǎng)絡(luò)的可縮放性擴(kuò)展到了IntServ/RSVP網(wǎng)絡(luò)。附屬于周?chē)鶬ntServ/RSVP網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)為每個(gè)通過(guò)DiffServ網(wǎng)絡(luò)的流程資源請(qǐng)求互相發(fā)送信號(hào)。標(biāo)準(zhǔn)的IntServ/RSVP處理應(yīng)用于IntServ/RSVP的周?chē)W(wǎng)絡(luò)內(nèi)。RSVP信令可準(zhǔn)確地通過(guò)DiffServ網(wǎng)絡(luò)，在IntServ/RSVP網(wǎng)絡(luò)和DiffServ網(wǎng)絡(luò)間邊界上的設(shè)備對(duì)RSVP信令進(jìn)行處理，并在DiffServ網(wǎng)絡(luò)內(nèi)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(shí)際通用平臺(tái)。
■產(chǎn)品里的兩服務(wù)
傳統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)只有盡力承載（besteffort）能力，沒(méi)有任何有效的業(yè)務(wù)質(zhì)量保證機(jī)制。但隨著IntServ概念的提出，IP網(wǎng)上實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的出現(xiàn)，產(chǎn)生了IPQoS的概念。IETF也成立了許多工作組完成相關(guān)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(jí)路由器，如朗訊的6400系列、Cisco的12000系列、朗訊IP服務(wù)交換機(jī)IPSS 5000、愛(ài)立信的PBN系列、3Com
NBX100 LAN電話通信系統(tǒng)產(chǎn)品，都支持IntServ和Diffserv標(biāo)準(zhǔn)。
以Cisco的IP-ATM COS產(chǎn)品為例。
在圖3所示的網(wǎng)絡(luò)里，RSVP用在將ATM PVCs連至提供保證的帶寬再到存儲(chǔ)單元網(wǎng)孔。RSVP由Cisco IOS配置，支持從路由器網(wǎng)絡(luò)中發(fā)出的信道，通過(guò)ATM中心的仿真交通流，然后通過(guò)被確定的信道去會(huì)合地區(qū)分配的實(shí)時(shí)仿真交通流。
這個(gè)網(wǎng)絡(luò)圖顯示了在ATM網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中IntServ/RSVP的應(yīng)用。
圖4
這個(gè)例子中，OC-3 ATM連接配置上3 Mbps PVCsL連到不同的遠(yuǎn)程位置。RSVP確保QOS從這個(gè)PVC通過(guò)當(dāng)?shù)氐木W(wǎng)絡(luò)路由連到正確的使用地。
IP/ATM網(wǎng)絡(luò)的DiffServ（混合服務(wù)）工作原理見(jiàn)圖4。
網(wǎng)絡(luò)中心區(qū)域的作用是加速流通和混合運(yùn)輸?shù)奶幹�，在那里，攜帶指定的混合服務(wù)類（DiffServ）的通信數(shù)據(jù)被劃分并服務(wù)于相關(guān)的優(yōu)先權(quán)。就像是一個(gè)銀行為顧客劃分不同的出納窗口，各個(gè)窗口不同的排隊(duì)保證各種服務(wù)得到最快最好的滿足。
《賽迪市場(chǎng)專家》
2001/01/11
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