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QoS技术展望

文/余卉

概述

  伴随网络技术、多媒体技术的飞速发展,IP网在承载现有WWW、 FTP、E-mail等服务的基础上,开始越来越多地承载VoIP以及交互式多媒体通信业务,而每种业务要求的传输时延和抖动等服务参数不尽相同。因此,为用户提供服务质量(QoS)成为Internet发展的重要挑战。网络QoS技术作为公认的新一代网络的核心技术之一,是当前网络研究和开发的热点。 IP QoS的研究涉及许多内容,IETF已经提出了许多服务模型与机制来满足QoS需求,典型的有:集成服务(IntServ)/RSVP模型、区分服务(DiffServ)模型、多协议标签交换(MPLS)与流量工程(Traffic Engineering)等,而ITU-T则更偏重于QoS整体框架的制定和IP性能指标体系的构建。此外,MSF(城域网交换论坛)、Internet II和IPCablecom也提供了多种的多种端到端IP QoS解决方案。

上述这些技术和解决方案的基本情况已经在《QoS发展史》一文中有了初步的介绍,本文将重点介绍QoS框架发展的几大关键趋势,作为对QoS标准发展概况的进一步深入介绍。

技术展望

 通过QoS支持多业务IP网络

  实现统一的支持QoS能力的电信级多业务IP网络是发展的趋势。

电信运营商一直致力于采用基于Internet理念的IP网技术来作为下一代网络技术的统一平台,但是随着时间的推移,人们设想中的基于IP和MPLS的多业务网并未真正得以实施。QoS、流量管理、组播和安全性问题基本上没有解决,这些问题日益影响运营商在此单一而庞大的IP网络上能够提供越来越多的新型增值服务。对电信营运商而言,现在面临的挑战是如何以一种非常有效而现实的方式来为不同的业务提供满意的端到端QoS保证,同时还要充分考虑到整个网络的性能,并且要充分考虑承载级QoS架构所需的可扩展性、可靠性、可操作性和可管理性。如何在统一的IP QoS架构中提供一组通用的网络运行机制来控制网络对某一业务需求进行正确的响应成为研究的关键问题。目前研究较多的IP QoS电信网络架构,一般将QoS关键构件归属于三个平面,即控制平面、数据平面和管理平面。IP QoS电信网络通用架构如图1(下页)所示。

  其中,控制平面包含了与业务流路径相关的QoS关键构件,主要包括了允许控制、QoS路由及资源预留;数据平面包含了与用户数据流处理相关的QoS关键构件,这些机制包括了缓存器管理、拥塞避免、包标记队列和调度、业务流分类、业务流策略和流量整形;管理平面包含了与运营、管理相关的QoS构件,主要包括了服务等级合同(SLA)、业务流恢复,计量和记录。

  如何有效地组织这些QoS基本构件模块,并充分利用IETF和ITU-T地现有研究成果成为关键问题。在ITU-T建议草案Y.QoSar明确定义了基本QoS构建模块(接入控制、拥塞反馈、计量和测量、策略及策略配置、队列和调度、资源预留、服务等级管理, 费率表征和流量标识等),通过不同的方式把这些块组织起来,就可以控制网络提供业务所要求的性能。同时也考虑了实现QoS对安全的影响及相应机制。

 IPv6 QoS

  IPv6在报头中保留了类似IPv4的TOS域,称为传输级别域,以继续为IP提供区分QoS服务。同时IPv6报头中增加20比特流标签(Flow Label)域。流标签更好支持综合QoS服务,可以直接标识流,并配合RSVP实现资源预留。IPv4的流分类器是根据源地址、目的地址、源端口号、目的端口号和传输协议类型的五元组确定。由于分组的拆分或加密,有些域往往难以获得,对高层报头的访问,也可能会阻碍新协议的引入。IPv6中一个流可以由源IPv6地址和非空的流标签唯一地标识。源可以通过逐跳扩展头或控制协议RSVP等向转发路径的中间节点建立流状态。IPv6节点接收到一个有标记的IPv6分组时,可以用流标记、源地址将分组分类到某个流。根据在一系列IPv6节点上建立的流状态,可以对分组提供一些流特殊处理。IPv6 QoS具体实施还在草案讨论制定中,还有一些具体应用问题需要考虑。

 基于QoS的路由

整网或局部网络的QoS控制通常通过对路由与信令的控制达到对业务流传输的直接控制,因此路由直接关系到网络性能,所以QoS路由成为解决QoS问题的一项关键技术。QoS路由研究中需要遇到的问题包括以下几个方面:

 实时应用往往会对延时,延时抖动,带宽,丢失率,业务代价等多个参数同时提出性能要求,例如,实时多媒体业务会对延时和延时抖动同时提出要求,这些参数相互独立时,选择满足多个参数限制的路由直接关系到路由算法的可实现性。

 同时承载多种QoS要求不同的业务时,网络性能优化困难,扩展困难,尤其是QoS和尽力而为(Best Effort)的业务独立共存时,很难确定最优的操作点。

 每个路由节点状态信息的存储量大。QoS 路由中,每个路由节点需记录的状态参量将增多,如状态信息的存储量随网络节点个数的增加而指数性增加,将限制网络的扩展。

 传输负载的抖动等动态信息都可能导致网络状态变化,这些变化因素直接影响全网状态信息的准确性,同时也直接影响算法的性能。

除了上述主要研究之外,其他QoS标准化的研究已经在《QoS发展史》中介绍过。此外,QoS的研究领域还广泛涉及到以下问题:

 如何为应用层协议定制QoS服务。在QoS体系结构中一个最基本的问题:QoS是否应该基于每个应用层服务为传输提供服务保证;否应 该将QoS作为应用层协议的一个传输选项;每一个应用层服务是否应该能通过不同的方式扩展QoS体系结构,以便于应用层服务能够根据网络的QoS响应调整应用层的服务行为。

 如何综合协调TCP拥塞控制与QoS服务级别。由于TCP 协议自身的拥塞控制机制可以使用反向确认的ACK报文即时调整数据传输的速率,因此最终得到的业务服务质量就成为正向传输数据和反向传输ACK报文的综合结果。如果反向的ACK流在网络中处于一个不同的服务级别,那么极有可能导致后续数据流量的高速突发。

 在IntServ和DiffServ体系结构中使用基于流的QoS识别,还是使用基于报文的QoS识别。

 如何测量QoS 服务参数,在一条特定的转发路径上如何测量其带宽等可用资源,以便更好的进行网络接入控制。

 如何对区分QoS 服务实施不同的计费,至今仍然没有一个详细定义的计费模型可以用于获取资源使用状况相关的数据。

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