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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(luò)中所習(xí)慣的可靠性和性能保證。在IP多址通信和實時應(yīng)用如多媒體會議廣泛推廣之前，網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)進行改進，以便支持不同等級的服務(wù)。企業(yè)不會把重要的數(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、可測量和有保證的可靠服務(wù)。
QoS是指網(wǎng)絡(luò)單元擁有某個等級的、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)層和每個端到端網(wǎng)絡(luò)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(luò)產(chǎn)業(yè)的幀中繼和ATM技術(shù)的長期發(fā)展已產(chǎn)生了許多需要在IP網(wǎng)絡(luò)中發(fā)展QoS的機制，不僅IP能通過幀中繼和ATM網(wǎng)絡(luò)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(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）在其先進的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中也支持這兩個標(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、有邊界時延和確保無損耗的保證服務(wù)（RFC 2212）；第二種是可控負載服務(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)，它與目前各種負載條件下Internet提供的服務(wù)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(yù)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(jié)構(gòu)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(yù)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(luò)體系結(jié)構(gòu)重要的穩(wěn)定性和高效性，從而推進了網(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(quán)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(luò)時延將會有一個絕對的上界。這個簡單而有說服力的結(jié)果不僅適用于交換機，而且還適用于一般的路由器網(wǎng)絡(luò)。
鏈接共享是IntServ的另一個優(yōu)點。同一個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(yīng)用的基礎(chǔ)上，它被用于對傳輸量信息進行分級。
綜合服務(wù)的缺陷
IntServ最關(guān)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(dān)。因而如果發(fā)生了拓撲結(jié)構(gòu)的改變，將需要重新考慮預(yù)留。
另一個需要關(guān)心的是穩(wěn)定性問題。概念上設(shè)計的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IntServ來說，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，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(luò)協(xié)議的不穩(wěn)定。
預(yù)留管道為新應(yīng)用提供了動力
圖1
面臨日益增長的、各種新應(yīng)用的IP多址通信和實時服務(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)議提出了一個建議案RFC
1633，以便提供綜合服務(wù)，即用來支持實時和非實時的IP服務(wù)。
實時服務(wù)需要有服務(wù)保證，但如果沒有預(yù)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(yù)留協(xié)議RSVP假定為每個需要QoS的流程預(yù)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(luò)單元提供了傳達應(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說明了預(yù)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(yù)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(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，因此主機可為第一個路由段設(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(zhuǎn)送一個Resv信息。
■混合服務(wù)在每個路由段做控制
為克服IntServ/RSVP的局限性，混合服務(wù)（DiffServ）進行了改進，使IP在網(wǎng)絡(luò)中可對服務(wù)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(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所帶來的設(shè)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(shè)置成本，就大大提高了響應(yīng)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(yīng)用確實需要可靠和明確的QoS保證。少量優(yōu)先級的網(wǎng)絡(luò)工程和多數(shù)的傳輸量等級與許多應(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)果是為最大傳輸負載提供了足夠的服務(wù)，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(yīng)用程序提供所需等級的服務(wù)。
充分的服務(wù)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(wù)，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(wù)流會使它們的傳輸適應(yīng)于可用資源并繼續(xù)運行，盡管此時處于低級水平的服務(wù)。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(wù)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(biāo)準(zhǔn)或保證。它在努力解決集合相關(guān)排序的問題，如果基于每個集合的行為準(zhǔn)則，一個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(biāo)記來傳送。數(shù)據(jù)包被分級和標(biāo)記，以便在路徑節(jié)點上接收一個特定路由段的轉(zhuǎn)發(fā)行為。復(fù)雜的分級、標(biāo)記、監(jiān)測以及整形操作只需在網(wǎng)絡(luò)邊界或主機上實施。通過服務(wù)供應(yīng)策略網(wǎng)絡(luò)，資源被分配到業(yè)務(wù)流，這個策略對傳輸數(shù)據(jù)如何被標(biāo)記進行管理，決定可否進入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，如通過量、時延、抖動以及損耗都可以通過服務(wù)質(zhì)量等級協(xié)議、傳輸量調(diào)節(jié)、網(wǎng)絡(luò)資源分配等模塊來進行控制和調(diào)整。
單個路由段行為(Per-Hop Behavior,PHB)是DiffServ體系結(jié)構(gòu)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(wù)將構(gòu)建在這種資源分配機制之上。當(dāng)有很多行為集合與節(jié)點上的緩沖區(qū)和帶寬資源產(chǎn)生競爭的時候，主要關(guān)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(diào)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(wù)與混合服務(wù)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(yīng)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(guān)于這些請求可接受性的反饋。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(nèi)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(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，并在很大程度上簡化了DiffServ的分級、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。它假定了一個模型，其周圍的子網(wǎng)絡(luò)是RSVP和IntServ，這些子網(wǎng)絡(luò)由DiffServ網(wǎng)絡(luò)互連。在這個模型中，DiffServ網(wǎng)絡(luò)的可縮放性擴展到了IntServ/RSVP網(wǎng)絡(luò)。附屬于周圍IntServ/RSVP網(wǎng)絡(luò)的主機為每個通過DiffServ網(wǎng)絡(luò)的流程資源請求互相發(fā)送信號。標(biāo)準(zhǔn)的IntServ/RSVP處理應(yīng)用于IntServ/RSVP的周圍網(wǎng)絡(luò)內(nèi)。RSVP信令可準(zhǔn)確地通過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RSVP信令進行處理，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)的實際通用平臺。
■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，沒有任何有效的業(yè)務(wù)質(zhì)量保證機制。但隨著IntServ概念的提出，IP網(wǎng)上實時業(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。
目前許多骨干級路由器，如朗訊的6400系列、Cisco的12000系列、朗訊IP服務(wù)交換機IPSS 5000、愛立信的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(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(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)）工作原理見圖4。
網(wǎng)絡(luò)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(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(wù)得到最快最好的滿足。
《賽迪市場專家》
2001/01/11
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