【正文】 程和QoS路由。IP文章研究了它們的特點(diǎn)、區(qū)別以及MPLS支持DiffServ的技術(shù)。另一方面，MPLS規(guī)定了一種把三層流量映射到面向連接的二層傳輸技術(shù)（如ATM，幀中繼）上的方法，它給每個(gè)IP包增加一個(gè)特定的選路信息，允許路由器為不同類(lèi)型的流量指派不同的顯式路由，提供與QoS沒(méi)有直接聯(lián)系的路由能力，如流量工程（TE），以改善IP路由的效率。DiffServ把基于相同的PHB轉(zhuǎn)發(fā)的一組包稱為行為聚集（BA）。二、MPLSMPLS起源于IP交換和標(biāo)記交換技術(shù)。MPLS也能夠在網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)做負(fù)載均衡的流量工程，也可以做虛擬專用網(wǎng)（VPN）。它使用了幾個(gè)新的RSVP對(duì)象，如強(qiáng)制性LABLE－REQUEST對(duì)象和LABEL對(duì)象。最多可以把8個(gè)BA映射到EXP字段中。這時(shí)，DiffServ是以犧牲低優(yōu)先級(jí)的業(yè)務(wù)為代價(jià)換來(lái)高優(yōu)先業(yè)務(wù)的QoS（擁塞嚴(yán)重時(shí)也可能損傷高優(yōu)先級(jí)的業(yè)務(wù)），但并沒(méi)有消除擁塞。因此，本節(jié)在進(jìn)行IP網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量問(wèn)題分析時(shí)，主要以PSTN和ATM技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)作比較。其次我們看一看ATM網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量。下面我們探討一下IP網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量。沒(méi)有運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)的參與，用戶很難只在客戶端實(shí)施改造就產(chǎn)生一種新業(yè)務(wù)。其次我們看看ATM網(wǎng)絡(luò)的安全性。運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、協(xié)議甚至拓?fù)鋵?duì)用戶是可見(jiàn)的，用戶側(cè)產(chǎn)生的IP信息既可能在用戶側(cè)終結(jié)，也可能在網(wǎng)絡(luò)中終結(jié)，這就使得用戶側(cè)有機(jī)會(huì)與運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)交換非法路由信息，也可能攻擊運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)的路由器和接入服務(wù)器等三層或三層以上的設(shè)備。 華為VRP QoS技術(shù)白皮書(shū)(1)關(guān) 鍵 詞：技術(shù)閱讀提示：本文對(duì)Internet的三種服務(wù)模型：BestEffort、Intserv和Diffserv進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹和比較，較為詳細(xì)地介紹了深圳市華為技術(shù)有限公司Quidway系列路由器所支持的QoS特性和相關(guān)技術(shù)，內(nèi)容包括：報(bào)文分類(lèi)、擁塞管理、擁塞避免、流量監(jiān)控、流量整形及物理接口總速率限制技術(shù)。 圖1所示為發(fā)生擁塞時(shí)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的一個(gè)接口在不支持QoS的情況下，報(bào)文的發(fā)送情況： 　 圖1先進(jìn)先出隊(duì)列示意圖 所有要從該接口輸出的報(bào)文，按照到達(dá)的先后順序進(jìn)入接口的FIFO隊(duì)列尾部，而接口在發(fā)送報(bào)文時(shí)，從FIFO隊(duì)列的頭部開(kāi)始，依次發(fā)送報(bào)文，所有的報(bào)文在發(fā)送過(guò)程中，沒(méi)有任何區(qū)別，也不對(duì)報(bào)文傳送的質(zhì)量提供任何保證。 在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，需要以下的三個(gè)部分來(lái)完成端到端的QoS： （路由器、以太網(wǎng)交換機(jī)等）支持QoS，提供隊(duì)列調(diào)度、流量整形等功能。應(yīng)用程序可以在任何時(shí)候，發(fā)出任意數(shù)量的報(bào)文，而且不需要事先獲得批準(zhǔn)，也不需要通知網(wǎng)絡(luò)。一旦網(wǎng)絡(luò)確認(rèn)為應(yīng)用程序的報(bào)文分配了資源，則只要應(yīng)用程序的報(bào)文控制在流量參數(shù)描述的范圍內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)將承諾滿足應(yīng)用程序的QoS需求。對(duì)Differentiated service，網(wǎng)絡(luò)不需要為每個(gè)流維護(hù)狀態(tài)，它根據(jù)每個(gè)報(bào)文指定的QoS，來(lái)提供特定的服務(wù)。 在MPLS上應(yīng)用Differentiated service用以下兩種方法來(lái)解決： 在以太網(wǎng)等MPLS報(bào)文中，由于在二層鏈路層和三層網(wǎng)絡(luò)層之間有一個(gè)墊片（shim），我們可以擴(kuò)展shim中未用的字段：EXP（包含三個(gè)bit），由這幾個(gè)位來(lái)決定報(bào)文的調(diào)度及報(bào)文丟棄的優(yōu)先級(jí)。例如一種方式為RSVP對(duì)Diffserv域透明，RSVP在Intserv域邊界路由器終結(jié)，Diffserv域?qū)ntserv域采用靜態(tài)資源提供方式，也就是說(shuō)，該路由器同時(shí)具有Intserv和Diffserv功能，CAC(Connection Admission Control)需要考慮相應(yīng)業(yè)務(wù)的SLA(Service Level Agreements)；一種方式為Diffserv域參與RSVP協(xié)議處理，Diffserv域?qū)ntserv域采用動(dòng)態(tài)資源提供方式。從上面的敘述易于獲得Diffserv與Intserv 之間的映射關(guān)系： Service映射為Diffserv中的EF。IP優(yōu)先級(jí)和RSVP協(xié)議為端到端的QoS信令提供了靈活的解決方案。對(duì)報(bào)文流路徑上不支持RSVP的路由器，它只需要簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)發(fā)RSVP報(bào)文，所以對(duì)RSVP協(xié)議不會(huì)有太大影響，但這些節(jié)點(diǎn)不會(huì)對(duì)報(bào)文提供所要求的QoS。 Quidway系列路由器的QoS特性及相關(guān)技術(shù) 華為公司Quidway系列路由器均以VRP為軟件平臺(tái)，VRP的QoS具有以下特性： 分類(lèi) 報(bào)。RSVP協(xié)議是針對(duì)多播設(shè)計(jì)的，單播可以看作是多播的一個(gè)特例。帶內(nèi)信令使用的是IP優(yōu)先級(jí)，通過(guò)每個(gè)IP包攜帶的IP優(yōu)先級(jí)，通知網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)為這個(gè)報(bào)文提供相應(yīng)服務(wù)。 Diffserv提供的PHB包括：EF（Expedited Forwarding）、AF（Assured Forwarding）。在IP邊緣網(wǎng)采用Intserv體系結(jié)構(gòu)的情況下，需要解決Intserv與Diffserv之間的互通問(wèn)題，包括RSVP在Diffserv域的處理方式、Intserv支持的業(yè)務(wù)與Diffserv支持的PHB （Per Hop Behavior）之間的映射。 隊(duì)列技術(shù)：WRED、PQ、CQ、WFQ、CBWFQ等隊(duì)列技術(shù)對(duì)擁塞的報(bào)文進(jìn)行緩存和調(diào)度，實(shí)現(xiàn)隊(duì)列管理。 Differentiated service Differentiated service是一個(gè)多服務(wù)模型，它可以滿足不同的QoS需求。同時(shí)應(yīng)用程序發(fā)出的報(bào)文應(yīng)該控制在流量參數(shù)描述的范圍以內(nèi)。 4Admission control來(lái)確定是否允許用戶信息流使用網(wǎng)絡(luò)資源。對(duì)于一個(gè)ISP，其用戶可能傳送語(yǔ)音、視頻或其他實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，QoS使ISP能區(qū)分這些不同的報(bào)文，并為他們提供不同的服務(wù)。 QoS旨在針對(duì)各種應(yīng)用的不同需求，為其提供不同的服務(wù)質(zhì)量，例如：提供專用帶寬、減少報(bào)文丟失率、降低報(bào)文傳送時(shí)延及時(shí)延抖動(dòng)等。如TCP/IP協(xié)議族實(shí)現(xiàn)方面，尤其是微軟操作系統(tǒng)存在的安全漏洞。最后我們?cè)倏匆豢碔P的安全性。客戶的可追查難度較低。與IP網(wǎng)絡(luò)相比，PSTN網(wǎng)絡(luò)的安全性來(lái)自幾個(gè)方面：PSTN的終端是傻瓜型的，智能位于運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)中，用戶——網(wǎng)絡(luò)接口（UNI）和網(wǎng)絡(luò)——網(wǎng)絡(luò)接口（NNI）分離。換一個(gè)角度來(lái)看ATM和IP。能夠做到這一點(diǎn)的前提是：PSTN網(wǎng)絡(luò)知道用戶的每次請(qǐng)求所要求的網(wǎng)絡(luò)資源都是64kb/s，因此可以很容易地確定用戶所請(qǐng)求的端到端的網(wǎng)絡(luò)資源是否可用。因此，本節(jié)在進(jìn)行IP網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量問(wèn)題分析時(shí)，主要以PSTN和ATM技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)作比較。在網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有擁塞時(shí)，即使是盡力而為型的IP包也能夠得到很好的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，因此有沒(méi)有DiffServ都一樣。LSP與BA的映射有兩種方式： ELSP和LLSP。但是，CR－LDP并不真正支持LSP流量的QoS保證機(jī)制。根據(jù)標(biāo)簽確定的轉(zhuǎn)發(fā)路徑稱為標(biāo)簽交換路徑（LSP）。２．保證轉(zhuǎn)發(fā)（AF）AF為IP包提供不同級(jí)別的轉(zhuǎn)發(fā)特征，為四個(gè)級(jí)別AF中的每個(gè)都分配特定數(shù)量的轉(zhuǎn)發(fā)資源（比如緩沖區(qū)和帶寬），并且為每個(gè)包指派三種不同丟棄優(yōu)先級(jí)中的一種。DiffServ在其域的邊緣對(duì)進(jìn)入流進(jìn)行分類(lèi)，并為每一類(lèi)型指定一個(gè)類(lèi)型標(biāo)志DiffServ代碼點(diǎn)（DSCP）。IETF目前看好兩個(gè)IP QoS標(biāo)準(zhǔn)：區(qū)分服務(wù)（DiffServ）和MPLS。s閱讀提示：盡管增加帶寬能夠改善因特網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量，但簡(jiǎn)單地增加帶寬無(wú)法滿足新應(yīng)用的特點(diǎn)與需求，因此需要為目前“盡力而為”的IP網(wǎng)引入服務(wù)質(zhì)量（QoS）技術(shù)。QoS它規(guī)定了一個(gè)分層的參考模型，并給出了協(xié)議需求及實(shí)施方法。 在下一代網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)體系中，QoS(服務(wù)質(zhì)量保證)是極為關(guān)鍵的內(nèi)容。 QoS的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) 在整合型服務(wù)路徑上的所有路由器都必須針對(duì)每一個(gè)數(shù)據(jù)包流信道記錄其相關(guān)參數(shù)，且路由器必須要記錄及管理目前的網(wǎng)絡(luò)資源，以作為RSVP建立信道時(shí)的進(jìn)入許可控制依據(jù)。目前對(duì)兩個(gè)最有代表性的服務(wù)等級(jí)(業(yè)務(wù)類(lèi)別)做了規(guī)定： 快速轉(zhuǎn)發(fā)(EF)：有一個(gè)單獨(dú)的碼點(diǎn)(DiffServ值)。當(dāng)契約達(dá)成后，網(wǎng)絡(luò)提供者必須要對(duì)網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行QoS參數(shù)的設(shè)定，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)必須要提供監(jiān)控(Policing)及排程(Scheduling)的機(jī)制，監(jiān)控程序?qū)⒈O(jiān)視使用者送入網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包流，若超出契約內(nèi)容的數(shù)據(jù)包則予以丟棄或?qū)oS等級(jí)降級(jí)。而要支持組播就會(huì)面臨一個(gè)困難，那就是，構(gòu)成組播組的接收端要可以在它們的下行帶寬容量范圍內(nèi)較隨意地變化。上相對(duì)簡(jiǎn)單一些，但是仍然要專門(mén)為DiffServ考慮。DiffServ和RSVP結(jié)合能夠支持端到端的QoS。而其它更多的LAN技術(shù)(如以太網(wǎng)技術(shù))最初并非為支持QoS設(shè)計(jì)的。即使象標(biāo)簽分布這樣的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)被強(qiáng)調(diào)再三，但對(duì)于大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)管理者來(lái)說(shuō)，這些將是透明的。支持MPLS的路由器叫做標(biāo)記交換路由器(LSR)，它們?nèi)缦鹿ぷ鳎涸贛PLS網(wǎng)絡(luò)中第一跳的路由器上，該路由器根據(jù)目的地址(或根據(jù)本地策略所規(guī)定的報(bào)頭中的其它信息)做出轉(zhuǎn)發(fā)的決定，接著判別合適的標(biāo)簽值(標(biāo)識(shí)著平衡等級(jí)轉(zhuǎn)發(fā)類(lèi)別－FEC)并把它貼在分組上，再轉(zhuǎn)發(fā)給下一跳在下一跳，路由器把這個(gè)標(biāo)簽值作為一個(gè)索引放入一張表里，這張表指明了下一跳以及一張新表。MPLS不是受控制的應(yīng)用(它沒(méi)有MPLS的API)，也不含最終主機(jī)協(xié)議的成份。任何在網(wǎng)絡(luò)入口的超出范圍的業(yè)務(wù)沒(méi)有質(zhì)量保證。業(yè)務(wù)范圍內(nèi)39。應(yīng)用可以請(qǐng)求高量化程度的QoS，以及具有最佳傳輸質(zhì)量保證的QoS。鏈39。作為這樣的協(xié)議，它不傳送數(shù)據(jù)，但是和TCP或者UDP的數(shù)據(jù)39。有保證業(yè)務(wù)39。如果這個(gè)請(qǐng)求得不到滿足(可能由于資源短缺或未通過(guò)認(rèn)證)，路由器向接收端返回一個(gè)錯(cuò)誤消息。除了TSpec，RESV消息里有39。RSVP是所有QoS技術(shù)中最復(fù)雜的一種，與盡力而為的IP服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)差別最大，它能提供最高的QoS等級(jí)，使得服務(wù)得到保障、資源分配量化，服務(wù)質(zhì)量的細(xì)微變化能反饋給支持QoS的應(yīng)用和用戶。會(huì)有相同的標(biāo)記或者優(yōu)先級(jí)號(hào)碼，也許還有一些相同的認(rèn)證信息。型QoS：把一個(gè)39。所以，保持網(wǎng)絡(luò)邊緣復(fù)雜、核心簡(jiǎn)單這一基本原則是QoS結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的中心問(wèn)題。這就是服務(wù)質(zhì)量(QoS)協(xié)議要做的事情。這種IP網(wǎng)絡(luò)允許客戶端主機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜一些，而網(wǎng)絡(luò)端的結(jié)構(gòu)可以保持相對(duì)的簡(jiǎn)單，因?yàn)镮nternet要支持自身的快速發(fā)展，所以這樣的結(jié)構(gòu)劃分是有好處的。在大多數(shù)情況下，相對(duì)低優(yōu)先級(jí)，WRR將首先處理高優(yōu)先級(jí)，但是當(dāng)高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)很多時(shí)，較低優(yōu)先級(jí)的業(yè)務(wù)并沒(méi)有被完全阻塞。雖然每個(gè)端口有更多隊(duì)列可以提供更為精細(xì)的優(yōu)先級(jí)選擇，但是在局域網(wǎng)環(huán)境中，每個(gè)端口需要4個(gè)以上隊(duì)列的可能性不大。為了確保準(zhǔn)確的優(yōu)先級(jí)處理，所有業(yè)務(wù)量都必須在網(wǎng)絡(luò)骨干內(nèi)進(jìn)行識(shí)別。 在選擇交換機(jī)或路由器等產(chǎn)品時(shí)，一定要確保它可以識(shí)別兩種標(biāo)記方案。通過(guò)檢查IP數(shù)據(jù)包的端口號(hào)碼，智能網(wǎng)絡(luò)可以確定數(shù)據(jù)包是由哪類(lèi)應(yīng)用產(chǎn)生的，這種方法也稱為第四層交換，因?yàn)門(mén)CP和UDP都位于OSI模型的第四層。所有應(yīng)用都會(huì)在數(shù)據(jù)包上留下可以用來(lái)識(shí)別源應(yīng)用的標(biāo)識(shí)。從表2中的參數(shù)可以看出，基于算術(shù)平均的線性組合預(yù)測(cè)法Y′在預(yù)測(cè)方差和有效度指標(biāo)上都不及基于調(diào)和平均的組合預(yù)測(cè)法Y，說(shuō)明組合預(yù)測(cè)法Y較優(yōu)。(3)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)信息的存儲(chǔ)量大QoS路由中，節(jié)點(diǎn)需記錄的狀態(tài)參量將增多，如狀態(tài)信息的存儲(chǔ)量隨網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)的增加而指數(shù)性增加，將限制網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展。CBR包括QoS路由(QoSbased routing)和策略性路由(poIicy routing)。LER根據(jù)T0s來(lái)決定輸出隊(duì)列和丟包優(yōu)先級(jí)，如對(duì)于到達(dá)同一目的地的IP包，可根據(jù)設(shè)置在標(biāo)簽中ExP域的Tos值來(lái)建立不同的轉(zhuǎn)發(fā)路徑，不同的轉(zhuǎn)發(fā)路徑對(duì)應(yīng)不同的擁塞控制機(jī)制和丟包優(yōu)先級(jí)，達(dá)到其對(duì)傳輸質(zhì)量的要求。再根據(jù)FEC為每個(gè)分組加上固定長(zhǎng)度的短標(biāo)簽。匯聚是指路由器把QoS需求相近的業(yè)務(wù)流看成一個(gè)大類(lèi)，以減少調(diào)度算法所處理的隊(duì)列數(shù)。RSVP的引入使得IP網(wǎng)絡(luò)為應(yīng)用提供所要求的端到端的QoS保證成為可能。所以，要保持統(tǒng)計(jì)數(shù)字，當(dāng)超過(guò)預(yù)定門(mén)限時(shí)就向網(wǎng)絡(luò)管理人員告警。在異步系統(tǒng)中，漂移一般不是問(wèn)題。高頻率的時(shí)延變化稱作抖動(dòng)，而低頻率的時(shí)延變化稱作漂移。時(shí)延 指一項(xiàng)服務(wù)從網(wǎng)絡(luò)入口到出口的平均經(jīng)過(guò)時(shí)間?？捎眯? 是當(dāng)用戶需要時(shí)網(wǎng)絡(luò)即能工作的時(shí)間百分比?！★@然，現(xiàn)有的盡力傳送服務(wù)已無(wú)法滿足各種應(yīng)用對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量的不同要求，需要Internet提供多種服務(wù)質(zhì)量類(lèi)型的業(yè)務(wù)。這些不同的應(yīng)用需要有不同的Qos(quality of service)要求，Qos通常用帶寬、時(shí)延、時(shí)延抖動(dòng)和分組丟失率來(lái)衡量。Internet已逐步從單一的數(shù)據(jù)傳送網(wǎng)向數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、圖像等多媒體信息的綜合傳輸網(wǎng)演化。Internet上一些主要應(yīng)用的業(yè)務(wù)特征及其QoS如表1所示。下面詳細(xì)敘述。一般講，吞吐量越大越好。時(shí)延變化 是指同一業(yè)務(wù)流中不同分組所呈現(xiàn)的時(shí)延不同。在SDH系統(tǒng)中是通過(guò)嚴(yán)格的全網(wǎng)分級(jí)定時(shí)來(lái)克服漂移的。但分組丟失多了，會(huì)影響傳輸質(zhì)量。(1)int—serv集成業(yè)務(wù)int—serv主要引入了一個(gè)重要的網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議RSVP(資源預(yù)留協(xié)議)。Diff—serv通過(guò)匯聚(aggregate)和PHB(per hop behavior)的方式提供QoS。MPLS網(wǎng)絡(luò)主要由標(biāo)簽交換邊緣路由器LER和標(biāo)簽交換路由器LSR組成；MPLS技術(shù)的Qos 保證機(jī)理如下：——標(biāo)簽交換，LabeISwap)機(jī)制當(dāng)數(shù)據(jù)流進(jìn)入M PLS網(wǎng)絡(luò)時(shí)，入口標(biāo)簽交換邊緣路由器LER首先將數(shù)據(jù)流映射到某個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)等價(jià)類(lèi)FEC(轉(zhuǎn)發(fā)等價(jià)類(lèi)是指網(wǎng)絡(luò)中沿相同路徑進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)的一類(lèi)分組的集合)。M PLS數(shù)據(jù)包的服務(wù)質(zhì)量類(lèi)型就由Tos等參數(shù)來(lái)決定。CBR的難點(diǎn)在于如何在狀態(tài)信息的精確發(fā)布和發(fā)布頻率之間取得一個(gè)折衷。(2)多業(yè)務(wù)并存同時(shí)承載多種QoS要求不同的業(yè)務(wù)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化困難，擴(kuò)展困難，尤其是QoS和盡力而為besteffort業(yè)務(wù)獨(dú)立共存時(shí)，很難確定最優(yōu)的操作點(diǎn)。以上問(wèn)題的解決對(duì)設(shè)計(jì)出高性能的路由算法，更好地滿足業(yè)務(wù)對(duì)服務(wù)質(zhì)量的要求，提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率，實(shí)現(xiàn)用戶級(jí)QoS至關(guān)重要。沒(méi)有分類(lèi)，網(wǎng)絡(luò)就不能確定對(duì)特殊數(shù)據(jù)包要進(jìn)行的處理。 (2)TCP和UDP端口號(hào)碼 許多應(yīng)用都采用一些TCP或UDP端口進(jìn)行通信，如 HTTP采用TCP端口80。 通過(guò)采納標(biāo)注數(shù)據(jù)的兩種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，即IE