網絡服務質量體系

摘 要：本文主要描述當前Internet中發展在結構、體系和協議上的服務質量（QoS），在短期的被提議的QoS的標準方法已經開始實施。我們關注網絡QoS目前的發展水平，主要是建立在區分服務的原理上。在現實中當我們設法去執行這些結構時會遇到以下幾個問題：QoS的問題、提供QoS的網絡監控和終端用戶接受控制QoS。

關鍵詞：服務質量 區分服務 資源預留協議

緒論

基于Web和多媒體的應用，產生了大量突發的通訊量，通過設置一個靜態的通信參數已經難以描述由此產生的通訊量。對于多媒體網絡，動態和有效地使用資源是一個基本問題：通信量的規格說明首先必須反映現實中的交易量的要求，與此同時充分運用資源分配數據流。

最直接和最簡單解決應用者的流量要求就是增大網絡上的容量。眾所周知的就是提供過量的流量供應和改變的IP服務質量體系和機制。但是，就目前的研究成果來說過量的流量提供方法比QoS體系存在著更多的缺點且更復雜。首先，當前的運用趨勢在IP網絡上的連接技術變得更加龐雜，邊緣網接入的范圍包括從光纖主干網到多種多樣的有線、無線接入技術，而后者有著不同傳輸的特性和容量。所有的這些趨勢使得Internet成為同時普遍存在的多服務網絡，而不同的網絡實施者將競爭和提供動態創建與管理。現有的不同的實施者要找到一個對于網絡上工程的容量通用的方法變得更加困難。最后，一個快速增大的容量設備解決方案并不是對現有的技術和經濟的推動。正是由于這個原因，針對終端用戶的批評，大容量的網絡提供商并沒有提出真正有效的解決方案。由于網絡操作者和設備供應商提供不同IP網絡的QoS，這是一個重要的商業原因。

當前，一些網絡實施者開始積極地設計一種新的服務模式，包括復雜服務的創建。網絡設備制造商頻繁地介紹新的解決方案和產品新的特性，被提到的標準涉及QoS問題的很多方面，但與此同時自適應特性和專有的解決方案對供應商提供了宏觀的QoS功能。對于創新的網絡服務提供商，網絡操作者也愿意去開放他們的網絡資源，前提是這些提供商必須提供包括端到端的QoS保證和靈活、動態的創建新的服務。

在過去的20年里，在網絡通訊中QoS是一個主要的研究課題。首先在學術界，然后在工業領域，涉及到在設備通訊服務執行過程中能提供的質量保證的這個問題已經在多個討論會中有著劇烈的爭論。首先，我們簡要地評論對于目前已提出的QoS的標準方法：區分服務（differentiated server）、綜合服務（integrated server）和標志轉換技術（label switching technologies）。然后重點介紹目前發展水平主要是建立在區分服務的概念上。當我們在現實的網絡上實施這個結構時存在幾個問題：明確的動態的創建和配置這些服務、通訊工程工具去獲得端到端的QoS保證、動態服務的請求、域間的QoS問題，提供QoS的網絡監控和終端用戶接收控制QoS。

一、在Internet網絡上的QoS的結構、機制和協議

質量服務表示對于處理的延遲、信號的不穩定性和信息擁擠問題在通過網絡時利用信息管理和資源控制的一系列技術的總稱。QoS技術通常依靠網絡管理員進行處理和交易處理、提供和配置機制組成。在這些年研究和標準實現過程中，QoS的發展已經取得了重大的進展。然而，進展主要涉及的是主干網絡，對于認識現有的QoS，這個服務只能被運用在端到端上，而不是在邊緣網絡或者是被選定范圍內的網絡設備。

1. PSVP，Diffserv 和 MPLS

資源預留協議（PSVP）是被IETF定義的一種與現有網絡兼容的端到端的協議，這個協議能支持路由器沿著指定的路徑去設置QoS的總流量的綜合服務。根據現在的分類，PSVP能被認為是底層數據流量網絡設備中配置交易量的處理機制。在綜合服務體系中對處理每一個交易預測流量分類和隊列服務算法。每一個路由器沿著路徑執行每個數據量的準入控制，其后保證每次服務的數據流嚴格區分與其他的數據流不同。這個模式在Internet主干網的使用中被認為是不安全的、過于復雜并且不能方便改變數據流量的大小。

IETF設計的DiffServ體系的目的是解決每次改變的數據流路由上QoS管理問題。根據現有的分類定義，DiffServ也是一個交易量處理機制，但是在這種方式下其工作原理是基于總體的通訊量的。通過避免在路由器流量客觀的狀態提供可升級的QoS支持。這個基本思想是信息包的報頭包括差分業務編碼的字段（the DiffServ codepoint DSCP）。DSCP允許包被分類和DSCP鑒定特殊的隊列行為PHB（per-hop behavior）。邊界路由被配置了大量的數據流管理方法，核心路由被提前配置。許多有著相同的QoS要求的信息流量加上了相同的DSCP，因此眾多的數據流被聚集在一個通用的隊列中或系統行為中。這個結構依靠標志包和管理操作確保在邊界網絡預期的服務被提供。

為了避免正交終端級網絡擁擠結構，獲得更多的網絡負載一部分的端到端之間能夠通過一個最短的路由選擇路徑進行通訊。多協議標志交換（MPLS）提供了對于網絡工程的通訊模式不是主觀的限制不同路由之間的協議。MPLS也是由IETF所設計的，IP網絡上充分利用包處理的系統開銷主動的增加有效率的數據流的吞吐量。基于這個目的，對于網絡數據包描述如何通過網絡去運送數據包，MPLS分配每層兩個短的標志（應用IP框架上）。通過網絡這種分類協調建立、配置或發送信號路徑。當一個包MPLS云，IP 報頭分析只執行一次。因此，通過IP 路由MPLS使得通信量轉換成為可能，對先前的通信來說在進入下一個路由時是必須發送信號進行詢問。與此同時這種分類被運用在流中，提前定義的通訊工程參數能夠程序化，在早期的硬件中去保證寬帶中的數據量水平、延遲變化和阻塞控制。作為選擇，MPLS頭DiffServ機制中應用被壓縮MPLS IP通訊量DSCP能夠被編譯。

2. DiffServ-Based機制當前的狀況

盡管還不是很明確，當操作者使用一種標準應允的DiffServ機制，基本的DiffServ概念正在被利用，主要驅動是支持在IP網絡上的聲音通訊。不論是主干網操作者還是公司網絡的終端連接者，相對于其他通訊方面來說，聲音通訊在實施中有一些區別。

因為DiffServ僅僅是一種通訊解決方案，為了能夠提供有效服務，它需要去配置。根據IETF的DiffServ工作組在正式的文檔中所明確定義的那樣稱之為服務水平協議(service level agreement SLA) ，DiffServ網絡被配置可以提供一定服務標準。SLA規定用戶必須把通訊量提交DiffServ網絡的入口路由并聲明用戶和網絡之間相互承擔的義務：前者需要遵守它已提交給網絡的通訊量描述；后者將按照協議指定要求提供令人滿意的通訊服務。

DiffServ是基于通訊處理方案所提供和配置的。根據這種自頂向下的機制可提供有限的交易優先權，并需要知道分級的標準及預期交易模式和容量。此外，它要求集中的和協調的信息。

因此，當DiffServ機制解決提供的QoS的可伸縮性問題時，它未能解決端到端的QoS服務。作為被討論的RSVP信號聚合交易處理機制的組合能夠描述對于自頂向下的DiffServ獨有的缺陷沒有解決典型的RSVP/IntServ應用產生的伸縮問題。總之，這種組合在現實的網絡運用中仍是不現實的。

3. 信號處理的下一步行為

盡管IntServ和DiffServ工作，端到端的QoS調度在Internet上是不被重視的。IETF工作組開始考慮這個問題，信號的下一步方式（Next Step In Signaling NSIS）為了能夠實現在網絡中運用這個目標，應該盡可能去提高在Internet QoS的信號處理。例如如何去處理在幾個相互可管理的域中的作用，這些域中有不同的QoS解決方案存在。NSIS工作組也考慮來自移動用戶的要求。現有的操作（例如RSVP資源保留協議）被估計作為可呢能的出發點。當前NSIS正在分析這個體系單元，這些單元可能涉及到QoS信號和這些信號的處理可能在什么地方發生。包含對于QoS信號協議要求的文檔在近期被制定，而早期階段預備的NSIS信號框架文檔正在被討論中。

4. 網絡的基本策略

網絡的基本策略管理產生一個標準和一致的網絡配置，不依賴底層結構和QoS提供商假設模式。事件驅動范例，在通用目的程序設計的世界中被很好地建立，通過基礎策略方法運行的角色也就是在網絡領域的管理。這個方案提出了一些規則或策略，這些規則或策略被運用去描述一個客觀的行為或一個決定性的策略，以為了最終完成一個特殊的目的。網絡基本管理是管理網絡編制策略的一種應用。利用這種策略，網絡管理的角色從被動的網絡監控變為由主動的QoS和網絡SLA提供。網絡視圖方法是一個高級的觀點的拓撲結構、連通性、主動執行端到端和網絡的動態位置。網絡視圖由不同的節點視圖組成，這些節點視圖符合客觀的策略并且符合網絡上不同節點的要求。不同的節點視圖是由策略規則組成的，這些規則可能被認為由基本的指令組成，這些指令控制各種不同的網絡節點，每一個網絡節點代表特定的廠家。因此，信息包發送路經和節點的視圖不得不最終轉化為特定的設備指令。

然而，是否這個技術將變得功能更強和更有吸引力，這也是未經試驗的和沒有被證明的。更糟糕的是在這個領域仍然缺乏標準和缺乏分析/設計的影響，尤其是在使用存在的策略。這里有兩個關鍵的問題，這些問題仍然沒有完全被表述：首先，這些廠商將如何進入和控制他們的硬件；其次，這些系統如何收集關于一個組織的用戶和資源的信息。

二、在現實狀況下的DiffServ-Based機制的問題

DiffServ-Based結構在操作員和工業中得到了很大的關注。盡管人們有很多的興趣，但是他們仍然不能在現實網絡中運用。

1. 服務定義和服務水平協議

網絡信息包的一個關鍵問題是如何通過網絡定義這個被提供的服務。這涉及到技術和標準化兩個方面。事實上，服務定義應該簡單清晰，同時對在網絡上資源的分配是有效的。這是一個常識性的問題。當遇到突發性信息流時使用確定性的服務不能夠提供高效的解決方案，而統計的服務提供的推測、量度和校驗也是很困難的。這也是一個標準化問題，顯然在眾多服務提供商和用戶通用協議之間服務定義更正式化是必需的。服務水平協議需要以這個正式的服務定義為基礎。對于IP QoS，在這個方向上的成果是正在繼續研究服務標準規范(service levelspecification SLA)的命題。

2. 動態服務創建和服務配置工具

這些工具能夠允許操作者利用一個抽象的方法定義這個服務，然后自動映射到網絡設備的配置中。當QoS從試驗室移動到大范圍的IP網絡上時，這些自動管理和配置工具變得必不可少。顯然，手工配置大量的相容的設備是很不方便的。應記錄下SLA/SLS之間的相關問題，因為形式化的QoS特性的服務能夠有效正確地配置網絡。動態創建服務設想在通訊系統領域內并不是一個新的方法。然而，在優質的IP網絡中這個設想是不同的、更通用和更有挑戰意義，因為它利用網絡的容量去重新配置它自己是為了提供新的應用和服務，涉及通訊模式使用的全新的特性和要求。

3. 通訊工程工具

DiffServ結構基本地規定了PHB機制，這個PHB機制應用在本地的路由/鏈路設備上。如何去管理在主干網上的路由設備已經超出了DiffServ工作組的范圍，但對于提供商來說這是一個重點。在主干網上資源的管理過程作為運輸工程來考慮并且這也是IEFT終端交換工作組現在關心的。MPLS結構預測是對于終端交換需要的可能解決方案。對于MPLS工作組和終端交換工作組都是工作在MPLS主干網上DiffServ的映射。

4. 動態服務改革

IP QoS第一步考慮的是QoS資源對一類的用戶或應用的靜態關聯，下一步就是使得這種關聯是動態的。理論基礎使得隨后更有效地利用資源成為可能。對于可用的QoS網絡動態的服務請求能夠增加相當可觀的資源。例如，對于為像視頻通訊和視頻會議這樣的要求配置的帶寬人們產生了很大的興趣，網絡上這種服務需要在有限的時間內提供大量的網上資源，這需要有動態IP QoS成分提供動態資源管理結構和信號訪問機制。前者限制在提供商的網絡中和在兩個網絡單元之間動態的信號處理，而后者允許用戶發信號給它QoS需要的提供商。當討論上述兩種情況時，在IP網絡中QoS信號處理方面NSIS進行的是尋址操作。

5. 監控

在QoS的框架中被提供QoS的監控標準是個關鍵的部分。IP 執行規則(IP Performance Metrics IPPM)是IETF工作組現在在發展的一系列的標準規則，質量、性能和可靠性的Internet數據傳送服務能被應用到這一系列的標準規則中。

根據測量技術，QoS提供商需要依賴大范圍的測量工具，主動通過測量把網絡上兩點的信息包注入網絡沖突質量的分析和被動被觀測信息包流和路由行為在網絡上一個或多個點的不同的分析。然而，測量管理結構被要求統一自動化配置、報告和分析不同的測量工具。

QoS監控由兩個不同的方面組成。一方面對于服務提供商是“內部”，服務提供商需要監控他們自己的網絡。在網絡上傳統的信息包監控對于操作者所考慮的是脫機的操作。網絡升級計劃使用的數據被收集和利用去建立統計報告。而網絡QoS監控能夠“交錯”在網絡操作中，因此必須在很短的時間內激勵動態調整網絡上的配置。由于通訊行為比我們預想的要復雜得多，監控變成了網絡操作的一部分。這個概念下的例子就是基礎測量的準入控制，當前的QoS標準測量被運用動態控制訪問的數據流。

網絡監控的另一方面是終端用戶接受QoS的控制。終端用戶希望清楚地知道是否在網絡上提供了QoS服務。即使通過一種可行的技術，這也不是總是可能或者足夠的探測傳送的服務。網絡監控中一些問題靈活的應用，在網上吞吐量除網絡QoS之外還依靠其他幾個因素。

6. 域間QoS特性

在單個域中的IP QoS的提供要求用正確的解決方案去處理上述的大多數問題。這些解決問題的標準化易于兩個設備互相配合，但是一些非標準化解決方案(或者補丁)也可以被接收。如果我們想真正完成Internet上的QoS而不是IP QoS，可以通過不同的域接受QoS服務。在這種情況下，標準化的變化是強制性的，首要原因是因為域間IP QoS變得更具挑戰性的任務。

通常來說，我們能夠知道在處理域間QoS之前IP 的QoS的問題在單個域中能夠被解決。然而對于新的尺寸多個域QoS 的必須被重視：兩個不同供應者如何發生接口界面必須被闡明；單域的QoS 標準的進入整個終端的QoS的配合也是要去面對的。例如：確定服務的標準化和對于單域的用戶網絡接口界面的SLS能夠有對于終端到終端的QoS和供應商到供應商的QoS的SLS基本定義。

另外，域間的QoS有靜態和動態標準。在這種情況下由于域間的信號處理是沒有要求的，該方法多半會從用戶和應用的靜態關聯開始到QoS服務。隨后，利用的信號能夠增大效率。

參考文獻：

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