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发信人: dormouse (出征 V 号带飘扬), 信区: Communication
标  题: IP QoS技术解析 
发信站: 哈工大紫丁香 (2001年06月24日10:45:04 星期天), 站内信件

IP QoS技术解析 

作者：《每周电脑报》　2001-06-22 09:43:25.0　点击数：17 


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　　IP网络上多媒体业务的出现对IP环境中的服务质量 (QoS)提出了更高的要求。
目前，Internet 远远不能提供企业所需要的且已经在其专用网络中习惯的可靠性
和性能。商业客户在安全性、可预测性、可测量性等方面得到保证之前，还不大可
能把关键业务的数据、话音和多媒体应用放到公用IP网络上。IP QoS 就是在这种
环境下应运而生的。 

　　IP QoS是指IP数据流通过网络时的性能。它的目的就是向用户的业务提供端到
端的服务质量保证。它有一套度量指标，包括业务可用性、延迟、可变延迟、吞吐
量和丢包率。IP QoS在可预测、可测量性方面比传统IP有了很大提高，基本解决了
商业用户的需求，因而势必可以吸引更多的商业用户，形成一个新的利润增长点，
带来可增值的业务种类。另外，IP QoS还带来了更高效的带宽使用率等。因此可以
说，IP QoS将是今后一段时间促进IP网络增长的关键技术。 

　　有了IP QoS，服务提供商就可以通过吸引更多的商业用户、更高价位的业务级
别以及更高效的带宽使用等来获得更大的收益。它们还可以通过增强不同业务的区
分能力、Better-than-best-effort （优于尽力而为的传输） 的业务和客户化解
决方案来获得更大竞争优势。 

　　尽管IP QoS的研究工作已经进行了一段时间，但是人们普遍认为目前还未出现
一个成熟的体系架构、支持硬件以及相应的操作技术。但无论怎样，在IP网络中保
证QoS将会是一个重要的发展方向。 

IP QoS的体系结构 

　　IP QoS主要有以下两种体系结构：Int-Serv（集成业务体系结构）和
Diff-Serv（区分业务体系结构）。 

　　RSVP（资源预留协议）是Int-Serv结构中的主要信令协议。Int-Serv定义了三
种级别的业务： 有保证的业务（Guaranteed）——保证带宽，限制延迟，无丢包
； 控制负载的业务（Controlled Load）——在一个负载较轻的网络中实现类似于
尽力而为的业务；尽力而为的业务（Best Effort）——类似当前Internet在多种
负载环境（由轻到重）下提供的尽力而为的业务。 

　　Int-Serv结构也存在一些重大的缺陷。可扩展性是Int-Serv结构最致命的一个
问题，因为Int- Serv要求端到端的信令，这在一个实际运行的运营商网络中几乎
无法实现。Int-Serv还有一个目前很难解决的问题，那就是资源预留和路由协议之
间的矛盾。另外，资源预留协议还要求沿途的每个路由器为每一个数据流都维持一
个“软状态（Per-flow soft state）”。这无疑也限制了这种结构的可扩展性。
因为每个路由器的内存有限，可以保存的软状态信息都是有限的，在一个运营商规
模的网络中几乎不可能实现这一要求。此外，如何为资源预留申请授权并确定优先
权也是Int-Serv结构本身很难克服的问题。 

　　除去上述这些具体的问题，单纯从Int-Serv结构的实质来看，资源预留本身就
与IP网络的最大特点 “无连接”相冲突。在一个纯粹的IP网络中，Int-Serv是一
个无连接的网络，它无需事先建立好一条链路，尔后再在上面传送数据，而是通过
动态路由协议动态地根据网络拓扑的变化计算一条或者几条到达目的地的最短路径
，将数据包发送出去。一个应用基本上可以不沿着同一条路径传送到目的地，这也
是分组交换的特点。无连接的IP网络最大的优点就是不需要复杂的信令，只要网络
有资源可以利用，因此人们通常将这种方式叫做“尽力而为”的传送方式。 

　　尽管这样，Int-Serv仍然有它的优点，它毕竟是目前在小规模范围内较易实现
的一种解决方案。因此，目前业界普遍认为，Int-Serv极有可能会应用在企业网边
缘，企业网中的用户数据流可在桌面用户一级进行管理。推动Int-Serv在桌面附近
应用的一个重要因素是Microsoft在Windows 98、NT 5.0中提供了RSVP和QoS功能。
 

　　为了解决Int-Serv的一些缺点，IETF在RFC2475中提出Diff-Serv（
Differentiated Services Architecture）体系结构，旨在定义一种实施IP QoS且
更容易扩展的方式，以解决Int-Serv扩展性差的缺点。Diff-Serv大大降低了信令
的工作，而将重点放在集合的数据流以及适用于全网业务等级的一套“单跳行为（
Per Hop Behavior）”上。我们可以根据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。 

　　与Int-Serv相类似， Diff-Serv也定义了三种业务类型： 尽力而为的业务（
Best Effort）－－类似目前Internet中尽力而为的业务； 最优的业务（Premium
）－－ 类似于传统运营商网络的专线业务；分等级的业务（Tiered）－－ 这一类
别的业务严格讲不仅仅是一种业务，而是一个大的类别，可以根据发展的需要定制
不同的业务等级。 

　　虽然Diff-Serv为IP QoS奠定了宝贵的基础，但还没有办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运作，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管理的需要，必
须有一个全局的带宽管理对全局资源进行动态管理。解决这一问题的方法有两个：
一是用功能强大的全局策略管理器来完成这一任务；另外一种就是利用MPLS（多协
议标记交换）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。尽管这可能不是一个真正意义上的IP QoS，但却是目
前可以实现的方法中最切实可行的一个。 

　　Diff-Serv架构比Int-Serv更具扩展性，因为它集中处理数据流，减少了信令
工作，从而在每个节点上避免了基于每个流的软状态(Per-flow Soft State) 的复
杂性。Diff-Serv将在企业骨干网和服务供应商网络中得到广泛的使用。 

IP QoS的实现 

　　在IP业务上增加QoS的解决方案多种多样。大部分运营商都会遇到这样两个问
题，一个是在运营的网络中如何处理原有的传统路由器；另一个就是如何与ATM基
础设施配合以及协作的问题。 

　　随着多媒体业务的发展，人们都希望路由器能以线速处理更多的数据包。因为
新的业务大多对时延比较敏感，数据包一般都较短，最短时可能只有40个字节，因
此对路由器的要求更高。然而在实际的运营网络中出于经济或其他原因的考虑，不
得不继续使用传统路由器，限制了网络业务的发展，并使之更为复杂。由于
Diff-Serv采用单跳的行为模式，因此在一个网络内可以被保证的业务级别取决于
性能最低的路由器。 除了处理能力的问题外，传统路由器还有一个致命的缺陷，
那就是无法解决在单跳上将包重新标记的问题。处理上述问题最简单的办法就是限
制传统路由器的使用范围，使其只用于尽力而为的业务，同时通过成熟的QoS技术
将高优先权的重要业务与尽力而为的低优先权业务隔离。例如，在一个运营网络中
，既有传统的IP路由器网络，同时又有ATM网络时，我们可将高优先级业务映射到
具有相应QoS属性的ATM虚拟电路上，再利用传统路由器来提供普通的尽力而为的业
务。 解决传统路由器问题的另一种方法是将其逐渐推向外围，作为Internet的业
务收集器，为新一代的超大规模路由器馈送业务。 

　　在讨论网络的IP QoS实施问题的时候，不可避免地要考虑在运营商网络中ATM
设备与IP路由器的作用，以及它们在网络中所处的位置。目前，在几乎所有的运营
网络中都采用ATM作为基础网络平台，但随着IP业务的飞速发展，几乎所有的运营
网络不得不把IP业务作为这个网络平台最主要业务之一。因此，要在运营网络中提
供IP QoS，首先就要解决IP和ATM之间的关系问题，即IP路由器和ATM基础设施的配
合和衔接的问题。长时间以来，一直没有一个合适的技术来解决这一问题，直到出
现了MPLS(多协议标记交换)。MPLS不但可以解决IP数据包在通过ATM网络时的效率
问题，而且更可贵的是它可以提供真正的端到端的QoS保证，这也是区别于以往几
种在ATM上面承载IP业务技术的最重要的一个特点。也正是由于这一点，MPLS成为
了一项对于运营商至关重要的技术。因为有了MPLS，运营商，尤其是新兴的运营商
，能够在今天就向最终用户提供端到端的IP QoS。 
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