一、概述

1、概念

服務(wù)質(zhì)量（QoS，Quality of Service）是一個寬泛的概念。對于電信服務(wù)，體現(xiàn)在電信用戶對提供的電信服務(wù)或業(yè)務(wù)的感受和體驗的程度，用戶滿意，則電信的服務(wù)質(zhì)量就好。從表面看，它又是一個相對的概念。但對于電信系統(tǒng)或電信網(wǎng)絡(luò)，必須要確定一個相應(yīng)的考核服務(wù)質(zhì)量的指標(biāo)體系（包括其事件、參數(shù)、模型、性能指標(biāo)等），以使其滿足這些指標(biāo)體系，來保證用戶的滿意度。然而，確定的指標(biāo)體系的高低又直接影響著電信系統(tǒng)的技術(shù)成本和投入成本，因此服務(wù)質(zhì)量必將是一個折衷的概念。

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我們知道，電信網(wǎng)絡(luò)目前主要分為傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)和IP網(wǎng)絡(luò)，由于其傳輸機理的不同，它們的考核服務(wù)質(zhì)量的指標(biāo)體系是不同的，即是對于提供相同的業(yè)務(wù)。關(guān)于IP網(wǎng)絡(luò)，則是指數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)傳輸中得到的服務(wù)質(zhì)量。在GB/T 32402-2015《通信名詞術(shù)語 數(shù)據(jù)通信 因特網(wǎng)》標(biāo)準(zhǔn)中，對于IP網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量（QoS）的定義是：下述諸方面應(yīng)保證一定的質(zhì)量：數(shù)據(jù)傳輸時不丟失信元；具有可預(yù)見的端到端時延；一旦連接被建立就能以實時方式傳送數(shù)據(jù)。而在我國通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YD/T 1703-2007《電信級IP QoS體系架構(gòu)》中，對于IP網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量（QoS）的定義更加具體，請見下表1-1。

表 1-1：YD/T 1703-2007對IP網(wǎng)絡(luò)QoS的定義

2、關(guān)于IPv6的 QoS 機制概述

IP 協(xié)議是無連接協(xié)議， IP 網(wǎng)絡(luò)基于數(shù)據(jù)報傳輸模式，因此最初的 IP 網(wǎng)絡(luò)中沒有服務(wù)質(zhì)量（QoS）的概念，IP 網(wǎng)絡(luò)不能保證足夠的吞吐量和符合要求的傳送時延，網(wǎng)絡(luò)只是盡最大努力（Best-effort）來滿足客戶的需要。在 Internet 網(wǎng)絡(luò)規(guī)模迅速擴展的同時，網(wǎng)絡(luò)上開放的業(yè)務(wù)種類也在不斷增加。在傳統(tǒng)的非實時型的數(shù)據(jù)通信方式的基礎(chǔ)上，網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)正逐步向?qū)崟r性要求很強的話音通信（如IP Phone）、傳真通信（如IP FAX）和多媒體通信（網(wǎng)絡(luò)電視會議、可視電話和點播電視（VOD）等）等方面發(fā)展。針對 IP 網(wǎng)絡(luò)上傳輸實時數(shù)據(jù)的問題，主要關(guān)系到它們需要的帶寬以及必須滿足的嚴(yán)格的最大延遲時間要求。 Steve Deering 在1992年秋提出的新版互聯(lián)網(wǎng)的協(xié)議IPv6草案中就考慮到了對 QoS 的支持，再1998年12月IETF正式發(fā)布了IPv6協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)RFC 2460。IPv6對 QoS 的支持主要反映在IPv6的包頭中定義了兩個重要參數(shù)：業(yè)務(wù)類別（traffic class）和數(shù)據(jù)流標(biāo)志（flow label）字段。

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IETF 有多個工作組在不同的領(lǐng)域從不同角度研究解決 IP 網(wǎng)服務(wù)質(zhì)量的方案。有針對具體業(yè)務(wù)的要求，對業(yè)務(wù)進(jìn)行分類和/或進(jìn)行資源預(yù)留來實現(xiàn)服務(wù)質(zhì)量要求的協(xié)議機制，如綜合業(yè)務(wù)模型（IntServ，Integrated Service）/資源預(yù)留協(xié)議（RSVP，Resource Reservation Protocol）、區(qū)別業(yè)務(wù)模型（DiffServ，Differential Service）。

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二、綜合業(yè)務(wù)模型（IntServ）

綜合業(yè)務(wù)模型（IntServ）以標(biāo)準(zhǔn)的資源預(yù)留協(xié)議（RSVP）作為實現(xiàn)機制，是IETF IntServ小組于1994年提出的。通過 IntServ，將可以實現(xiàn) IP 網(wǎng)中的 QoS 傳輸以及對實時業(yè)務(wù)的支持，使得各種應(yīng)用能夠為其數(shù)據(jù)包選擇服務(wù)等級。

1、IPv6對流和資源預(yù)留的支持

流是特定源和目的地間的報文序列，源要求中間路由器對這些報文進(jìn)行特殊處理。一般來說，路由器收到流中報文后，根據(jù)流標(biāo)識符查找路由器中保存的流上下文，對流中的報文進(jìn)行同樣的處理，從而加快了報文的處理速度。IPv6報頭的格式里，有20比特的流標(biāo)簽（Flow Label）域。當(dāng)主機發(fā)送報文時，如果需要把報文放到流中傳輸，只需在流標(biāo)簽里填入相應(yīng)的流編號。如果在流標(biāo)簽里填0，就作為一般的報文處理。路由器收到流的第一個報文時，以流編號為索引建立處理上下文，流中的后續(xù)報文都按上下文處理。

IPv6的資源預(yù)留協(xié)議（RSVP）使用流標(biāo)簽來申請資源和相當(dāng)?shù)膬?yōu)先級，實現(xiàn) IP 網(wǎng)中的 QoS 傳輸以及對實時業(yè)務(wù)的支持，使各種應(yīng)用能夠為其數(shù)據(jù)包選擇服務(wù)等級。IPv6流標(biāo)簽可以用在IPv6服務(wù)質(zhì)量保證，流標(biāo)簽的具體使用在在RFC 6437《IPv6 Flow Label Specification》中詳細(xì)描述。

2、IntServ

該模型是對于每一個需要進(jìn)行 QoS 處理的數(shù)據(jù)流使用一定的信令機制，在其經(jīng)由的每一個路由器上進(jìn)行資源預(yù)留實現(xiàn)端到端的 QoS 業(yè)務(wù)。其工作過程簡述詳見下表2-2-1。IntServ 模型定義了三種業(yè)務(wù)類型，即：保證型業(yè)務(wù)（Guaranteed Service）、控制負(fù)載型業(yè)務(wù)（Controlled load Service）和盡力而為型業(yè)務(wù)（Best-effort Service），并且這些業(yè)務(wù)類型對路由器的要求進(jìn)行了描述，具體釋義詳見下表2-2-2。

表 2-2-1：IntServ模型工作過程簡述

表 2-2-2：IntServ 模型定義的三種業(yè)務(wù)類型

為了實現(xiàn)上面的業(yè)務(wù)，IntServ定義了4個功能部件，網(wǎng)絡(luò)中的每個路由器都要實現(xiàn)這4個功能部件：數(shù)據(jù)包分類器（Packet Classifier）、接入控制器（Admission Control）、分組調(diào)度器（Packet Scheduler）和RSVP 協(xié)議處理器（RSVP Process），其作用詳見下表2-2-2。IntServ 的技術(shù)基礎(chǔ)包括：先進(jìn)的沖撞管理；限制延遲、抖動以及網(wǎng)絡(luò)內(nèi)帶寬消耗的排隊算法；資源預(yù)留協(xié)議（RSVP）。

表 2-2-3：IntServ 模型定義的功能部件的用途

三、區(qū)別業(yè)務(wù)模型（DiffServ）

區(qū)別業(yè)務(wù)模型（DiffServ）與 IntServ 的本質(zhì)不同在于它將不是針對每一個業(yè)務(wù)流進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)資源的分配與 QoS 參數(shù)的配置，而是將具有相似要求的一組業(yè)務(wù)歸為一類，隨后對這一類業(yè)務(wù)采取一致的處理方式。Diffserv 的基本機制過程簡述詳見下表3-0-1。另外，在單跳行為之外，一個完整的 DiffServ 結(jié)構(gòu)還包含邊緣行為和帶寬管理兩個基本部件。其含義詳見下表3-0-2。

表 3-0-1：Diffserv 的基本機制的特點

表 3-0-2：邊緣行為和帶寬管理

1、DiffServ 工作機制

DiffServ 模型利用了IPv6的業(yè)務(wù)類型（Traffic Class）字段作為 DS 字段。當(dāng)數(shù)據(jù)流進(jìn) DiffServ 網(wǎng)絡(luò)時，邊緣路由器通過標(biāo)識 DS 字段，將 IP 包分為不同的服務(wù)類別，而網(wǎng)絡(luò)中的其它傳送路由器在收到該 IP 包時，則根據(jù)該字段所標(biāo)識的服務(wù)類別將其放入不同的隊列，并由作用于輸出隊列的流量管理機制控制每個隊列，即給予不同的每一跳行為（PHB，PerHop Behavior）。其中最主要的就是對每個隊列的出帶寬分配、以及發(fā)生擁塞時如何丟包這些資源的分配規(guī)則都是預(yù)先設(shè)定好的。

2、DS 字段描述

DS 字段共8比特，其中6比特可供目前使用，稱為 DSCP（DiffServ Code Point）字段，剩余2比特供將來使用。DS 字段的具體格式詳見下圖3-2。DSCP 稱為 DiffServ 編碼點，如前所說，它將是分組所享受的服務(wù)質(zhì)量的惟一標(biāo)志。DiffServ 充分考慮了 IP 網(wǎng)絡(luò)本身靈活、可擴展性很強的特點，將復(fù)雜的服務(wù)質(zhì)量保證通過 DS 字段轉(zhuǎn)換為先進(jìn)的單跳行為，從而大大減少信令的工作。因此，DiffServ 不但適合在運營商網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中使用，而且大大加快了 IP QoS 在實際網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用的進(jìn)程。

圖3-2：DS 字段格式

3、PHB 定義

在 DiffServ 域的路由器中，將對屬于某一服務(wù)類別的業(yè)務(wù)流進(jìn)行一致的處理。這種處理包括隊列選擇、排隊、丟棄等。對屬于同一服務(wù)類別的業(yè)務(wù)流進(jìn)行的標(biāo)準(zhǔn)化處理的組合就構(gòu)成了每一跳行為（PHB）組。下述將介紹現(xiàn)有的 PHB 組以及它們與 DSCP 編碼點的關(guān)系。PHB 中還包括了該 PHB 組與其它 PHB 組之間的互操作問題。PHB 是對路由器服務(wù)質(zhì)量處理的總體描述，它并不對實現(xiàn) PHB 的具體技術(shù)加以規(guī)定。這樣，不同的廠商將可以采用自己的實現(xiàn)方式，只要結(jié)果能夠滿足標(biāo)準(zhǔn) PHB 的要求就可以了。另外，通過對標(biāo)準(zhǔn) PHB 的組合，各個廠商將可以實現(xiàn)自己所專有的業(yè)務(wù)。目前RFC 2475定義了4種 PHB，它們是盡力而為 PHB （默認(rèn) PHB，DS PHB )、加速轉(zhuǎn)發(fā) PHB （EF PHB）、可靠轉(zhuǎn)發(fā) PHB（AF PHB）和類別選擇 PHB（Class Selector PHB）。它們的具體釋義詳見下表3-3-1；PHB推薦的DSCP值詳見下表3-3-2。

表 3-3-1：4類 PHB的Qo S分類介紹

表 3-3-2：4類PHB的建議DSCP值

在原先IP協(xié)議（IPv4）中，ToS字段的定義分為兩個子字段，其中，IP優(yōu)先級占3bit（P2~P0），ToS占4bit（T3 ~T0），最低比特未定義，如圖3-3所示；而IP優(yōu)先級子字段的定義（8個級別）詳見下表3-3-3。為了和上述IP優(yōu)先級的定義后向兼容，IETF區(qū)分服務(wù)又定義了一類“類選擇器”（CS，Class Selector），其DSCP編碼是xxx000，后3bit全為零，前3bit對應(yīng)于IP優(yōu)先級，如表3-3-4所示。對于CS類的PHB并沒有詳細(xì)定義，只是規(guī)定DSCP值大的CS的實時服務(wù)等級應(yīng)高于DSCP值小的CS，路由器對于不同CS等級的業(yè)務(wù)流應(yīng)獨立轉(zhuǎn)發(fā)。具體各個CS等級的PHB在滿足上述最低要求的前提下可以另行定義，插入EF和AF之中。

圖 3-3：IPv4中ToS字段定義

表 3-3-3：IP優(yōu)先級子字段的定義

表 3-3-4：CS的DSCP編碼

四、小結(jié)

下表4-1給出了IntServ模型和Diff-Serv模型各自定義的3種業(yè)務(wù)，以供比較。下表4-2列出了IntServ和DiffServ各自存在的局限性。鑒于此，為了最大限度地利用兩種機制的互補特性，IETF 提出了IntServ over DiffServ機制，試圖解決DiffServ的端到端QoS支持。該模型在網(wǎng)絡(luò)的邊緣處采用IntServ/RSVP機制，而在網(wǎng)絡(luò)的核心處采用DiffServ機制。對于這種集成模型，關(guān)鍵在于域交界處的處理。這又將包括兩個方面：第一是控制面的資源預(yù)留，第二是數(shù)據(jù)面的服務(wù)類型映射即如何把一個IntServ服務(wù)類型的數(shù)據(jù)包分類映射為一個DiffServ的PHB。這兩個方面的釋義詳見下表4-3。

表4-1：IntServ和DiffServ各自定義的3種業(yè)務(wù)的含義

表4-2：IntServ和DiffServ各自的局限性

表 4-3：IntServ over DiffServ集成模型的相關(guān)釋義

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