基于IP網絡的QoS策略研究

摘 要：IP網絡的發展和多媒體業務的出現，使得IP靈活地根據具體業務提供給客戶滿意的服務，是IP業界亟待解決的問題。文中從IP QoS的定義和機制出發，研究了幾種常用的網絡服務模型和影響網絡服務質量的因素，以及網絡服務質量QoS的控制策略。

關鍵詞：QoS；IP網絡；配置策略

中圖分類號：TP393.08 文獻標識碼：A

Abstract：The development of IP network and the emergence of multimedia services，the IP QoS arises at the historic moment.How to solve the IP network QoS requirements，make network can flexibly according to specific business to provide satisfactory service to customers，is the problem to be solved IP industry.In this paper，starting from the definition and mechanism of IP QoS，several commonly used network service model is studied and the factors affecting the quality of network service，and network quality of service QoS control strategy.

Keywords：QoS；IP network；configuration strategy

1 引言（Introduction）

QoS是網絡的一種安全機制，是解決網絡的有限帶寬、延遲、阻塞和丟包等問題的一種技術。它通過有效的保證傳輸的帶寬、降低傳送的時延及數據的丟包率等措施來提高服務質量。

2 服務模型（Service model）

2.1 簡單服務模型

應用程序可在任何時候發出報文，網絡盡可能來發送報文，但對于時延、可靠性等不提供任何保證措施。這種模型是現在Internet默認的服務模型。盡力傳輸服務模型是傳統路由器所提供的服務，它對服務質量無法做出保證，需要采用資源預留協議來實現路徑上的QoS，目前采用的是RSVP協議。

RSVP協議是集成服務的核心，它的分組以IP數據報的形式進行發送，沒有搭載任何有效數據，它和ICMP、IGMP一樣是一個控制協議，它支持IPv6和多播業務。其本身沒有路由功能，必須依賴于現有的單播或多播路由協議。

在網絡通信技術中的兩個不同角色之間所建立的通訊路徑中，RSVP網絡標準協議將通過數據源端發出的信號和數據接收端發出的信號進行快速的動態QoS協商，并充分利用了兩個數據發送和傳輸端的中間節點來傳送的預留相關信息，來創建和維護多路傳輸路徑的分布預留狀態，根據這些相關的數據傳輸途徑來實現數字資源的預約和釋放請求。

2.2 網絡數據傳輸的綜合服務模型

網絡數據傳輸的綜合服務模型在發送數據報文前，首先需要向網絡來申請一個特殊的服務請求。這個請求是通過帶外信令完成的，網絡數據傳輸的綜合服務模型中的每個路由器都支持RSVP控制協議，為數據傳輸的業務流保持原來的狀態信息，在數據的傳輸過程中，如果任何一個中間路由器不支持RSVP協議，那么，這個數據傳輸的服務質量就不可能得到相就在的保障。目前網絡數據傳輸的綜合服務模型共有以下兩種：

（1）端到端質量保證型。這個數據傳輸請求將提供延時、帶寬與丟包率等參數的基本保障。但是它不能控制固定的數據傳輸延遲，只能保證數據在傳輸過程中的排隊延遲大小，并采用加權排隊算法。

（2）控制負荷型。它提供最少的傳輸延時，對排隊算法不做特殊要求。在網絡數據傳輸的綜合服務模型中的每個路由器都需支持RSVP協議，如果有任何一個中間路由器對RSVP協議支持不好，服務質量就不能保證。

網絡數據傳輸的綜合服務模型能夠實現兩端之間的服務質量保障，但這個網絡數據傳輸的綜合服務模型還要求在每個轉發端上要有一個優先級隊列和擁塞控制要素，并且還需要相關的信令支持，在業務兩端預先建立一條有質量保證的虛連接，各個網絡節點還須具有資源的預留和資源控制手段。

2.3 多服務模型

它采用分類聚合思想，由邊界路由器檢查業務合同，重新填寫IP包的DSCP（TOS）字段，核心路由器則根據代表業務分類的字段提供相應的服務保證，比較適合于大型核心網絡[1]。

目前被推薦的區分服務（DiffServ）的類型有兩種：

（1）獎賞服務：為用戶提供低延遲、抖動、丟包率和保證帶寬足夠的端到端傳輸服務。

（2）確保服務：確保服務是在網絡不暢通的情況下，保證用戶有一定的預約帶寬。它通常采用下列技術方法來實現。

首先，根據IP數據包的優先級別或QoS組進行分類、度量和監管，制定訪問速度；然后采用優先隊列、定制隊列、加權公平隊列、基于類的加權公平隊列等隊列技術來管理報文。將報文分為四類，按優先級的高、低進行出隊。

3 影響網絡服務質量的因素（The influencing factors on the quality of the network services）

影響網絡服務質量的因素就是影響網絡QoS的因素。網絡QoS技術是網絡通訊技術領域中的一種非常有效和便捷的網絡安全管理和數據傳輸機制，是用來解決網絡數據傳輸延遲和阻塞等諸多問題的技術最好解決手段。一般在Web應用、E-mail設置等情況下，并不需要QoS。但是在多媒體數據傳輸應用中就顯得非常必要，而且也是解決這個問題的相關重要的手段，每當網絡數據傳輸出現擁塞時，QoS就能夠確保這些流媒體數據傳輸的重要業務不受任何干擾，從而保證了網絡數據傳輸的高效穩定流暢運行[2]。QoS機制本身并不能增加帶寬，它只是根據應用的不同需求來調整上傳下載的速率，利用網絡的數據傳輸自適應功能來管理網絡帶寬，從而節約了網絡資源。

在網絡數據的傳輸過程中，需要根據用戶傳輸數據的流量、請求的QoS和當前網絡的實際運行狀況，來確定這個用戶是否能夠進行網絡數據傳輸，并協商其QoS。為給用戶提供滿意的數據傳輸服務，需要對網絡數據傳輸帶寬分割，留出一部分帶寬，以確保相應的數據傳輸帶寬不被其他用戶使用。數據在傳輸的過程中，需要進行分組處理和轉發數據，在這個過程中，就要給每個不同的分組提供不同的數據傳輸優先級別，還要限制每個應用不同的丟包率，確保所有的用戶都能得到其QoS的足夠資源。

另外，各個網絡節點也要有一套相關的調節機制，以保證都能得到其足夠的QoS資源，同時還要提供一種合理的方法來分配空閑帶寬。擁塞產生的主要原因是網絡資源不足或帶寬分配不合理造成的，一個好的排隊策略對于網絡來說是非常重要的。QoS路由、約束路由和策略路由都是在某種條件下影響網絡服務質量的重要因素。

4 網絡服務質量QoS控制策略（Network quality of service QoS control strategy）

通過對影響網絡QoS的因素分析，我認為在網絡中采用統一的策略，由策略服務器集中統一定義策略，策略服務器通過COPS協議向網絡中相關設備分發策略配置信息；同時采用基于LDAP的策略存儲虛擬化目錄服務器存儲策略信息的統一制定策略、統一分發策略、統一存儲策略的全網統一管理方式，在一定程度上能夠有效地利用網絡資源以實現網絡的QoS保證。

4.1 定義策略

網絡管理員在策略服務器的策略控制平臺上定義策略，使得滿足條件的數據流進入QoS網絡，執行相應動作與整形機制，然后通過各種策略對網絡中的QoS服務進行控制和管理。定義的策略是由時間計劃、動作、標記優先級、整形和分流五個部分組成的[3]。

4.2 策略原則

在策略性網絡中，網絡的運作應該遵從以下四項策略規則，分別為服務質量、安全、監控和配置。

數據傳輸的服務質量原則，是在實現數據傳輸的過程中，根據每個數據傳輸的業務類型來分別設定各個不同業務的優先級，然后再根據所預先設置好的優先級進行數據流的處理，在這種情況下，優先級別較高的數據傳輸業務就要比級別低的傳輸業務更先一步得到數據傳輸的服務。

數據傳輸的安全原則是為了防止用戶在數據傳輸過程中受到安全威脅，在一般情況下，網絡的管理者都是通過設置高強度的密碼、統一身份認證、安全防火墻和數據加密等多種方式來實現，根據不同的安全需要，有時使用其中一種方式，有時采取多種方式組合使用。

數據傳輸的監控原則就是在數據傳輸過程中，采取動態檢測網絡設備和鏈路的工作狀態是否正常，發現問題及時調整，保證網絡暢通。

數據傳輸的配置原則就是設置網絡工作方式，保證網絡從上至下、端到端的QoS實現。

4.3 策略分發

首先要將網絡設備按著對COPS協議是否支持進行分類：支持COPS協議的設備，設定策略服務器的IP地址，并且啟用策略控制；不支持COPS協議的設備，在策略服務器上創建對應的設備，通過CLI、COPS等開放的接口，將QoS控制和流量管理信息下發到每個網元，實現服務器保證QoS[4]。

5 結論（Conclusion）

根據以上的分析可以看出，無論是從數據傳輸業務的開展還是從計算機網絡技術實施的角度出發，QoS服務質量保障都是網絡數據傳輸技術中必須采用的一種手段，也是確保數據安全穩定高效傳輸的最重要因素之一，基于數據傳輸的網絡必將進一步發展QoS。由于IP網絡本身所特有的特征，使得在IP網絡中實現端到端的QoS變得非常困難，同時實現QoS也是最關鍵、最重要的課題。

要實現上述的QoS策略設計，還需要有一個統一的網絡控制平臺，通過網絡控制平臺完成網絡狀態的檢測、QoS策略的制定、存儲等功能，因此搭建策略控制平臺也是QoS策略設計的關鍵。

參考文獻（References）

[1] 王西鋒，張曉孿.IP網絡實現QOS的技術研究[J].電腦學習.2006，1：10-13.

[2] 朱大為.基于網絡處理器的網絡服務質量應用的研究與設計[D].武漢理工大學，2005，7：77-83.

[3] 邢立康.IXP2400在分組交換網中的QoS研究[D].北京郵電大學，2006，4：102-108.

[4] 何劍峰，李善平.NGN中支持QoS的媒體網關關鍵技術及其實現[J].計算機應用研究，2004，11：67-71.

作者簡介：

劉士賢（1966-），男，本科，副教授.研究領域：計算機網絡技術.