一種新型的ＩＰ網絡ＱｏＳ實現方式

摘要：目前的Internet只能提供“盡力而為”的服務，然而網絡用戶的不斷增加，網絡應用范圍的不斷擴大，各種實時性新型業務在傳輸的時候對網絡提出了更高的要求。只有使IP網絡中具備QoS保障機制才能夠有效地解決IP新業務以及實時業務推廣應用中碰到的問題。論文在對傳統IP網絡QoS實現方式進行研究分析的基礎上，提出一種新的IP網絡QoS實現方式，為IP網絡提供較高水平的服務質量保障。

關鍵詞：服務質量；綜合服務模型；區分服務模型

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044(2008)29-300-02

A New Solution of IP Network Qos

HOU Song-li1， LI Yuan2

(1.Computer Center Of Henan University， Kaifeng 475001， China;2.Network Information Center Of Henan University， Kaifeng475001， China)

Abstract: Internet offers only a best-effort service now.However， the subscribers of networks increase quickly.At the same time，the domain in which the networks apply expands very fast.Stricter requirement is demanded by some modern real-time services. This problem will not be solved completely until the networks have some means that can guarantee QoS. On the basis of analysis and study of the implementation means of taditional IP network，this thesis put forward a new way to ensure the IP network Qos by integrating the IntServ model with the Diffserv model.

Key words: QoS; IntServ; DiffServ

隨著網絡技術的發展，計算機網絡已經從單一的數據網絡發展成一個承載多種業務的、綜合性的網絡應用平臺。在這樣一個多業務的網絡環境中，不同類型的業務對網絡性能要求差別極大，這需要網絡系統提供多種類型的、不同等級的QoS（服務質量）。因此要采用高效和切實可行的QoS支持和保障方案來確保關鍵業務的順利開展。在解決QoS問題中，通常的做法是首先對業務進行分類，分析各種業務對網絡性能的需求特點，而后根據業務種類，確定一種服務模型以實現QoS保障。常見的服務模型有綜合服務（Integrated service）和區分服務（Differentiated service）兩種。但從實際的應用效果看單純的采用任何一種服務模型，都很難有效的解決目前信息網絡中面臨的服務質量問題。通過研究和實踐，本文給出一種新型的IP網絡QoS實現方式。

1 兩種現有服務模型的優缺點

1.1 綜合服務模型（IntServ）

IntServ是基于資源預留的，每個數據流在通信之前先在沿途的每個節點上預留一定的資源，這樣在通信過程中數據流就能獲得滿意的服務質量。IntServ處理的對象是單個的數據包流（flow），一個流是具有相同目的IP地址、相同TCP/UDP端口號、相同協議類型的一組數據包。

IntServ的主要優點是它較好地適應了不同應用的QoS要求，還保留了傳統的盡力傳送的服務方式，不需改變現有IP網絡的轉發機制。但IntServ也存在一些問題：1) 網絡的擴展性不好。路由器中預留的狀態信息與業務流的個數成正比。大型網絡中，路由器要維護上百萬個流的狀態信息，從實現的角度講是非常困難的。2) 對路由器的要求很高。網絡中的每個路由器都要支持RSVP控制協議，為業務流保持狀態信息，如果有一個路由器不支持RSVP控制協議，雖然RSVP仍可以透明通過，但服務質量不能得到保證。3) 網絡升級改造困難。為保證網絡服務，只有網絡中的所有路由器都一次性升級，采用相同的配置才能達到很好的QoS保證，因此無法以一種漸進過渡的方式實現網絡的升級改造，這顯然需要很大投入。

1.2 區分服務模型（DiffServ）

在區分服務模型中，不同服務質量要求的IP分組在進入主干網絡之前被預先分配不同的標記以獲得區分服務。這一模型與IntServ的本質不同在于不是針對每一個數據流進行網絡資源的分配，而是將具有相似要求的一組業務歸于一類，隨后對這一類業務采取一致的處理方式。這樣就把IntServ中對數據流控制的精度從未知數量的逐個控制簡化為有限個固定區分級別的分類控制。

DiffServ的主要優點有：1) 擴展性較好。Diffserv的服務粒度不再是每個流，而是比流更“粗”的粒度。如按用戶而不是用戶應用進行粒度區分，從而大大的緩解了可擴展性問題。2) 便于實現。Diffserv可以將其大部分實現復雜度轉移到網絡的邊緣上，而在網絡核心只需實現最簡單的服務保證機制。并且區分服務模型對路由器的要求較小，這些都有利于在廣域網上實現區分服務。3) 不影響路由。與一些以虛電路方式實現QoS的方案不同，區分服務提供服務的方法僅限于隊列調度和緩沖處理，不涉及路由選擇機制。但區分服務模型也有它自身的缺點，主要就是它只提供一種相對的服務質量，并不提供全網端到端的QoS保證；其次，有關的許多細節，如業務類別的具體劃分、每類業務性能的量化描述、IP的業務類別與ATM QoS的映射關系等，IETF都還未給出具體明確的規定。因此利用DiffServ模型實現對IP網絡QoS的保證目前尚不成熟。

2 一種保障IP網絡QoS的集成模型

IntServ和DiffServ作為兩種QoS模型各有優勢，分別適用于不同的場合。但兩者都不能完全滿足需要，通過對兩種模型的分析，發現在追求端到端的QoS方面，兩者有很強的互補性，通過研究和實踐我們提出一種方式，將兩種服務模型結合在一起來提供端到端的QoS保證。

2.1 IntServ與DiffServ集成的原理

這種方案的基本思想是在網絡邊緣使用IntServ，而在網絡核心使用DiffServ。終端主機可以采用高量化程度（如帶寬、抖動門限等）的RSVP請求，然后由骨干網入口路由器將此RSVP預留的資源映射到相應的服務級別上去。集成服務模型因為擴展性等問題而無法在WAN上使用，但是它可以在企業網中很好地運行；而區分服務模型在WAN上很可能占有主導地位。也就是說，我們可以采用在WAN上使用DiffServ，而在LAN上使用IntServ的混合模型來提供端到端的QoS保證。

2.2 IntServ與DiffServ的集成方法

一種方法是將集成業務覆蓋在區分業務網上，同時RSVP信令可以完全透明地通過區分業務網進行傳遞。而由位于兩種網絡邊緣的設備來處理RSVP信令，并且根據區分業務網絡中的資源可用性來提供許可控制。

另一種方法是進行簡單地并行處理。區分業務網中的每個節點可以具有RSVP功能，同時采取一些策略來決定哪些數據包由RSVP處理，哪些數據包由Diffserv處理。但是這種模型通常只適用于小型網絡。

表面上看IntServ、DiffServ是相互無關甚至是相互排斥的協議，但事實上兩者在設計思想上互相補充。一個合適的協作體系可以使兩者結合起來提供可擴展的端到端QoS服務，示例如下圖所示。

2.3 基于類的加權公平排隊(CBWFQ)算法在集成模型中的應用

隊列實際上是路由器或交換機內部的一塊緩沖區，用來存儲帶有優先級別的IP分組。隊列算法則用來確定存儲在隊列中的分組的發送順序，為優先級高的分組提供更好的服務?；陬惖募訖喙脚抨?CBWFQ)是標準WFQ功能的擴展版本，它增加了對用戶定義通信類的支持。使用CBWFQ，網絡管理員可以分離通信并根據協議，訪問控制列表(ACL)或者輸入接口將各種通信放入隊列中。一旦通信已被指定為一種類型，就能為該類指定帶寬，并在擁塞期保證帶寬。CBWFQ為特定通信類型保證帶寬的能力使得它成為銀行信息網這種多業務IP網絡一種較佳的隊列調度方式，與上文提出的集成模型一起提供全網的QoS保證。

3 新型QoS實現方式在IP網絡中的應用

目前IP網絡上的業務主要包括經營類業務、信息類業務和語音類業務，各類業務對網絡的需求體現在實時性、帶寬需求、多種接入方式、安全性、數據分布特征轉化等方面。經營類業務指會計業務、數據傳輸服務等。這類業務是網絡的關鍵性業務，且對實時性要求較高，其優先級應高于其他各類業務。信息類業務指Web網頁瀏覽、FTP文件傳輸等非關鍵性的公用信息服務，其優先級最低。語音類業務就是指銀行內部的IP電視/電話系統，該類業務的特點是對時延敏感，對實時性和帶寬要求較高。語音類業務雖然不如經營類業務關鍵，但它所能承受的時延遠小于經營類業務，所以在設置IP 數據包的優先級時，應將語音數據優先級設置為比經營類稍高。

在IP網絡中應用集成QoS模型，就是將DiffServ域看成是Intserv端到端路徑上的一個子網，集成的關鍵問題是如何為端系統產生的數據包打上合適的優先級標記，即如何將IntServ服務的傳輸需求映射到DiffServ上。以語音類業務為例，語音數據的高優先級和最小帶寬保證是通過在網絡邊緣使用CBQ和RTPQ對數據包進行分類和傳輸進行實現的，此種QoS保證策略屬于區分服務DiffServ模型，即根據不同信息類別提供相應的服務質量保證。對于語音信息（優先級最高），定義優先保證帶寬，使其在網絡擁塞時也能得到保證通話質量所需的帶寬，以此實現Intserv和DiffServ兩種服務模型的良好結合，為IP網絡提供較高水平的服務質量保障。

具體配置實現為：

1) 定義CBQ要保證的語音數據

acl 100 match-order auto

rule normal permit tcp source any destination any destination-port equal 1720

rule normal permit tcp source any destination any destination-port range 1800 1820

rule normal permit tcp source any source-port range 1800 1820 destination any

rule normal permit tcp source any source-port equal 1720 destination any

rule normal deny ip source any destination any

2) 定義calss的匹配規則

qos class logic-and 1

if-match acl 100

3) 定義CBQ策略

qos policy voip

qos-class default-class

quit

qos-class 1

ef bandwidth 16 cbs 16000

quit

quit

定義優先保證帶寬為16KB；cbs是令牌桶大小，單位是bytes，這16K就是在擁塞時給語音信令流保留的，完全足夠，可以適當減小。

參考文獻：

[1] 焦利，王文東.IP網服務質量標準研究[J].重慶郵電學院學報:自然科學版，2005(2).

[2] 袁捷，張同須.IP網絡及其QoS技術發展研究[J].電信科學，2005(5).

[3] 穆道生，李睿.IP服務質量及其實現方案[J].重慶郵電學院學報:自然科學版，2006(1).

[4] 熊光安，張德運.基于H.323的VoIP系統的QoS實現研究[J].微電子學與計算機，2004(4).