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QoS 的协议与结构


  
  
  DiffServ - 优 先 级 排 列
  差 分 服 务 提 供 一 种 简 单 粗 略 的 方 法 对 各 种 服 务 加 以 分 类。 不 过 用 其 它 方 法 也 可 以, 目 前 有 两 个 每 跳 (PHBs) 的 标 准, 其 中 对 两 个 最 有 代 表 性 的 服 务 等 级 (业 务 类 别) 作 了 规 定:
  
  快 速 转 发 (EF): 有 一 个 单 独 的 码 点 (DiffServ 值)。 EF 可 以 把 延 迟 和 抖 动 减 到 最 小, 因 而 能 提 供 总 合 服 务 质 量 的 最 高 等 级。 任 何 超 过 服 务 范 围 (由 本 地 服 务 策 略 决 定) 的 业 务 被 删 除
  保 证 转 发 (AF): 有 四 个 等 级, 每 个 等 级 有 三 个 下 降 过 程 (总 共 有 12 个 码 点)。 超 过 AF 范 围 的 业 务 不 会 象 ''业 务 范 围 内'' 的 业 务 那 样 以 尽 可 能 高 的 概 率 传 送 出 去。 这 意 味 着 业 务 量 有 可 能 下 降, 但 不 是 绝 对 的。
  根 据 预 定 策 略 的 标 准, PHBs 适 用 于 网 络 入 口 的 业 务。 业 务 在 这 点 加 以 标 记, 然 后 根 据 这 个 标 记 进 行 路 由 指 向, 没 有 作 标 记 的 业 务 就 放 到 了 网 络 的 出 口。
  
  DiffServ 假 定 共 享 同 一 个 网 络 边 界 的 网 络 之 间 存 在 着 服 务 等 级 协 定 (SLA)。 SLA 确 定 了 策 略 标 准 和 业 务 范 围。 按 照 SLA 协 议, 业 务 会 在 网 络 出 口 接 受 监 督, 并 得 到 平 滑。 任 何 在 网 络 入 口 的 超 出 范 围 的 业 务 没 有 质 量 保 证。 (否 则, 按 照 SLA, 要 承 担 额 外 的 成 本。)
  
  服 务 采 用 的 协 议 机 制 在 DS 字 节 里 是 比 特 形 式 的, 对 IPv4 是 业 务 类 别 (TOS) 的 八 位 位 组, 对 IPv6 则 是 业 务 量 类 别 的 八 位 位 组。
  
  DiffServ 对 业 务 量 优 化 的 单 一 性 同 它 本 身 的 复 杂 性 及 强 大 的 功 能 形 成 对 比。 当 DiffServ 利 用 RSVP 的 参 数 或 特 殊 应 用 类 别 来 标 识 和 划 分 固 定 比 特 率 (CBR) 业 务 时, 会 形 成 具 有 严 格 定 义 的 综 合 业 务 流, 并 直 接 指 向 具 有 固 定 带 宽 的 通 道。 这 样 一 来, 资 源 库 就 能 得 到 有 效 地 共 享, 而 且 仍 然 可 以 提 供 可 靠 服 务。
  
  
  MPLS - 标 记 交 换
  多 协 议 标 记 交 换 在 某 些 方 面 类 似 与 DiffServ, 因 为 它 也 在 网 络 入 口 的 边 界 处 标 记 业 务, 而 在 出 口 没 有 标 记。 但 与 DiffServ (里 的 标 记 用 于 判 别 在 路 由 器 中 的 优 先 级) 不 同, MPLS 的 标 记 (20 比 特 长 的 标 签) 是 用 于 判 别 路 由 器 的 下 一 跳 的。 MPLS 不 是 受 控 制 的 应 用 (它 没 有 MPLS 的 API), 也 不 含 最 终 主 机 协 议 的 成 份。 MPLS 不 象 这 里 所 描 述 的 其 它 QoS 协 议, 它 只 存 在 于 路 由 器 上。 MPLS 也 独 立 于 协 议 (即 多 协 议), 所 以 它 可 以 和 其 它 网 络 协 议 一 同 使 用, 而 不 仅 仅 是 IP (象 IPX, ATM, PPP, 或 帧 中 继), 还 能 直 接 用 在 数 据 链 路 层 上。
  
  MPLS 更 多 的 是 一 个 业 务 量 工 程 协 议, 而 不 只 是 一 个 QoS 协 议。 MPLS 路 由 是 为 建 立 固 定 带 宽 通 道, 类 似 于 ATM 或 帧 中 继 的 虚 电 路。 作 用 是 服 务 得 到 了 改 善, 增 加 了 更 为 灵 活 的 服 务 种 类, 还 有 基 于 策 略 的 网 络 管 理 控 制。 以 上 这 些 功 能 其 它 QoS 协 议 也 可 提 供。
  
  MPLS 简 化 了 路 由 过 程 (减 小 开 销, 提 高 性 能), 同 时 增 加 了 协 议 层 迂 回 的 灵 活 性。 支 持 MPLS 的 路 由 器 叫 做 标 记 交 换 路 由 器 (LSR), 它 们 如 下 工 作:
  
  在 MPLS 网 络 中 第 一 跳 的 路 由 器 上, 该 路 由 器 根 据 目 的 地 址 (或 根 据 本 地 策 略 所 规 定 的 报 头 中 的 其 它 信 息) 做 出 转 发 的 决 定, 接 着 判 别 合 适 的 标 签 值 (标 识 着 平 衡 等 级 转 发 类 别-FEC) 并 把 它 贴 在 分 组 上, 再 转 发 给 下 一 跳
  在 下 一 跳, 路 由 器 把 这 个 标 签 值 作 为 一 个 索 引 放 入 一 张 表 里, 这 张 表 指 明 了 下 一 跳 以 及 一 张 新 表。 LSR 再 贴 上 新 标 签, 把 分 组 转 发 到 下 一 跳。
  标 有 MPLS 分 组 的 路 径 叫 做 标 记 交 换 路 径 (LSP)。 在 有 了 MPLS 之 后 的 一 个 想 法 是 通 过 采 用 一 个 标 签 来 判 定 下 一 跳, 路 由 器 的 工 作 量 会 少 一 些 并 且 能 处 理 更 多 的 简 单 交 换。 这 个 标 签 表 示 一 条 路 由, 再 利 用 策 略 来 分 配 标 签, 网 络 管 理 者 能 更 精 确 地 控 制 业 务 量 工 程。
  
  标 签 的 处 理 过 程 实 际 上 要 比 上 面 所 描 述 的 复 杂 得 多, 因 为 标 签 能 够 被 堆 在 一 起 (为 的 是 MPLS 可 以 在 路 由 之 中 包 含 路 由。 另 外, MPLS 更 为 复 杂 的 地 方 在 于, 为 了 确 保 各 种 标 签 含 义 的 一 致 性, 还 要 负 责 MPLS 路 由 器 之 间 标 签 的 分 布 和 管 理。 标 签 分 布 协 议 (LDP) 是 专 为 这 一 目 的 设 计 的, 但 不 只 有 这 一 种 可 能 性。
  
  即 使 象 标 签 分 布 这 样 的 网 络 结 构 细 节 被 强 调 再 三, 但 对 于 大 多 数 网 络 管 理 者 来 说, 这 些 将 是 透 明 的。 大 多 数 网 络 管 理 者 们 更 为 关 心 的 是 策 略 管 理, 即 判 别 何 种 标 签 用 于 何 地, 以 及 如 何 分 布 标 签。
  
  
  SBM: 子 网 带 宽 管 理
  QoS 只 能 保 证 和 最 弱 的 链 路 一 样 的 通 信 质 量。 QoS 懥磼 是 发 送 端 和 接 收 端 间 的 端 到 端, 这 就 表 明 沿 着 路 由 的 每 一 个 路 由 器 一 定 要 支 持 现 在 使 用 的 QoS技 术。 然 而, QoS 懥磼 由 顶 至 底 也 是 要 从 下 面 两 个 方 面 认 真 考 虑 的:
  
  发 送 端 和 接 收 端 主 机 必 须 支 持 QoS, 使 得 应 用 和 系 统 能 获 得 明 显 或 不 明 显 的 好 处。 OSI 的 每 一 层 向 下 的 应 用 必 须 也 要 支 持 QoS, 以 保 证 在 网 络 里 具 有 高 优 先 级 别 的 发 送 和 接 收 请 求 能 获 得 高 优 先 级 别 的 处 理
  局 域 网 (LAN) 必 须 支 持 QoS, 以 便 具 有 高 优 先 级 别 的 帧 在 网 络 媒 介 中 传 送 (如: 从 主 机 到 主 机, 主 机 到 路 由 器, 以 及 路 由 器 到 路 由 器 之 间) 时 可 以 获 得 高 优 先 级 别 的 处 理。 LAN 位 于 OSI 的 第 二 层, 即 数 据 链 路 层, 而 前 面 所 描 述 的 QoS 技 术 已 经 到 了 第 三 层 (DiffServ) 及 以 上 层。
  某 些 第 二 层 的 技 术 已 经 可 以 支 持 QoS 了, 例 如 异 步 转 移 模 式 ATM)。 而 其 它 更 多 的 LAN 技 术 (如 以 太 网 技 术) 最 初 并 非 为 支 持 QoS 设 计 的。 以 太 网 作 为 共 享 的 广 播 媒 介, 或 者, 在 它 的 交 换 方 式 中, 提 供 了 一 种 类 似 与 标 准 的 尽 力 而 为 的 IP 服 务, 这 种 服 务 中 的 各 种 迟 延 影 响 着 有 实 时 要 求 的 应 用。 用 于 802 LAN (如 以 太 网) 资 源 共 享 和 交 换 的 子 网 带 宽 管 理 (SBM) 协 议 是 一 种 信 令 协 议, 它 允 许 网 络 节 点 之 间 的 通 信、 协 作, 以 及 交 换 并 使 之 能 够 映 射 到 更 高 层 的 QoS 协 议。
  
  
  QoS 结 构
  这 些 QoS 协 议 是 不 可 能 单 独 使 用 的, 实 际 上, 设 计 它 们 是 为 了 在 发 送 端 和 接 收 端 之 间 同 其 它 QoS 技 术 一 起, 来 提 供 顶 到 底、 端 到 端 的 QoS。 至 今, 大 多 数 把 这 些 QoS 协 议 粘 在 一 起 的 规 范 还 没 有 标 准 化, 但 是 搭 建 各 种 尽 可 能 提 供 统 一 的 端 到 端 QoS 结 构 框 架 的 工 作 已 经 开 始 进 行 了。
  
  RSVP 和 DiffServ 的 端 到 端 模 式: RSVP 为 网 络 业 务 预 留 资 源, 而 DiffServ 简 单 地 标 记 业 务 并 给 业 务 分 配 优 先 等 级。 从 路 由 器 的 要 求 来 讲, RSVP 比 DiffServ 更 复 杂, 要 求 更 高, 由 此 可 能 会 对 骨 干 路 由 器 的 性 能 产 生 不 良 影 响。 这 就 是 为 什 么 最 普 通 的 方 法 恰 恰 会 限 制 RSVP 在 骨 干 网 上 的 应 用。
  
  DiffServ 和 RSVP 结 合 能 够 支 持 端 到 端 的 QoS。 终 端 主 机 可 以 采 用 高 量 化 程 度 (如: 带 宽, 抖 动 门 限 等) 的 RSVP 请 求。 于 是, 骨 干 网 入 口 的 边 界 路 由 器 就 能 把 那 些 RSVP 预 留 的 资 源 映 射 到 相 应 的 服 务 级 别 上 去。 这 个 在 网 络 边 界 处 使 用 RSVP、核 心 处 使 用 DiffServ 的 概 念 已 经 在 IETF 的 DiffServ 小 组 的 工 作 进 展 中 很 快 得 到 了 支 持, 虽 然 最 初 的 测 试 没 有 显 示 出 明 显 的 结 果:
  
  支 持 RSVP 的 MPLS: 建 议 在 RSVP 里 使 用 EXPLICIT_ROUTE 对 象, 来 判 别 由 标 记 交 换 的 RSVP 流 所 携 带 的 路 径 信 息。 这 些 RSVP 流 是 利 用 虚 拟 通 道, 经 过 支 持 MPLS 的 路 由 器 形 成 的。 即 使 在 RSVP 内 没 有 为 EXPLICIT_ROUTE 对 象 预 留 资 源, 根 据 这 个 RSVP 流 的 说 明, 为 MPLS 分 配 标 签 也 是 可 能 的。 无 论 哪 种 情 况, 作 用 都 是 在 MPLS 路 由 器 上 简 单 地 支 持 RSVP
  支 持 DiffServ 的 MPLS: 由 于 DiffServ 和 MPLS 在 支 持 QoS 方 面 有 相 似 之 处, 把 DiffServ 的 业 务 映 射 到 MPLS ''通 道'' 上 相 对 简 单 一 些, 但 是 仍 然 要 专 门 为 DiffServ 考 虑。 为 了 支 持 DiffServ 的 ''每 跳'' 模 式, MPLS 网 络 运 营 商 需 要 在 每 个 MPLS 路 由 器 里, 为 每 个 DiffServ 转 发 级 分 配 一 批 综 合 转 发 资 源 并 负 责 标 签 的 分 配。
  
  QoS 对 多 媒 体 的 支 持
  如 果 Internet 继 续 迅 猛 发 展 下 去, 那 么 IP 组 播 就 成 为 一 个 要 求, 而 不 是 一 种 选 择。 它 对 于 QoS 在 Internet 上 支 持 点 对 多 点 的 音 频 和 视 频 组 播 是 一 种 自 然 地 补 充, 所 以 支 持 组 播 已 经 是 设 计 QoS 协 议 的 基 本 要 求 了。
  
  尽 管 在 QoS 协 议 设 计 的 最 初 已 经 有 所 考 虑, 但 是, 所 有 支 持 组 播 的 QoS 仍 没 有 统 一 标 准, 或 还 没 有 完 全 被 理 解。 最 初 对 RSVP 和 综 合 服 务 的 设 计 已 经 把 对 IP 组 播 的 支 持 考 虑 进 去 了 (如, 基 于 接 收 端 的 资 源 预 留)。 而 要 支 持 组 播 就 会 面 临 一 个 困 难, 那 就 是, 构 成 组 播 组 的 接 收 端 要 可 以 在 它 们 的 下 行 带 宽 容 量 范 围 内 较 随 意 地 变 化。
  
  差 分 业 务 的 相 对 简 单 使 得 它 能 更 好 地 适 应 组 播 支 持, 但 仍 存 在 问 题。 特 别 是 由 于 组 播 组 是 动 态 变 化 的, 另 外 尽 管 一 个 组 播 分 布 树 可 以 有 一 个 单 独 网 络 入 口,但 经 常 有 多 个 网 络 出 口 (并 随 着 组 播 组 的 变 化 而 变 化), 所 以 给 业 务 量 的 估 算 带 来 困 难。
  
  MPLS 支 持 组 播 是 一 个 大 家 努 力 快 速 发 展 的 主 题, 但 至 今 还 没 有 标 准。 SBM 显 然 支 持 组 播, 并 且 采 用 IP 组 播 作 为 协 议 的 组 成 部 分。
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