QoS： 创 造 顺 畅 的 网 络 环 境
QoS 的 提 出
---- 随 着Internet 上 业 务 量 的 不 断 增 长， 越 来 越 多 的 服 务 网 络 系 统 涌 现 出 来， 同 时 各 种 先 进 的 多 媒 体 应 用 系 统 也 在 研 制 开 发 中。 这 些 发 展 使 得IPv4（Internet 协 议 版 本4） 本 身 的 缺 点 也 日 益 变 得 明 显 起 来， 其 中 最 为 突 出 的 是IPv4 对 于 时 间 要 求 颇 高 的 数 据 包（ 如 视 频、 音 频 数 据 包） 和 一 般 性 的 类 属 数 据 包（ 如 文 件 传 送、 电 子 邮 件 等 数 据 包） 的 处 理 并 不 加 以 区 分。 这 种 等 同 对 待 的 处 理 方 式 使 得 网 络 管 理 和 带 宽 分 配 问 题 成 为 网 络 管 理 员 最 为 头 疼 的 难 题， 其 所 导 致 的 后 果 不 仅 仅 在 于 阻 塞 通 道， 还 在 于 数 据 的 丢 失。 对 于 连 贯 性 和 时 间 性 要 求 很 高 的 视 频 和 音 频 数 据 来 说， 数 据 丢 失 将 是 一 个 致 命 的 问 题。 通 常 的 解 决 办 法 是 在TCP/IP 中 要 求 对 数 据 包 进 行 重 新 发 送。 重 新 发 送 数 据 的 方 法 证 实 了 数 据 的 丢 失， 但 也 导 致 了 服 务 的 中 止， 特 别 是 当 系 统 处 于 由 数 据 分 类 和 路 由 器 引 起 的 延 迟 状 态 时， 服 务 中 止 命 令 极 易 引 起 整 个 系 统 的 瘫 痪。---- QoS（Quality of Service） 能 够 解 决 这 个 难 题。 最 简 单 地 说，QOS 能 够 对 数 据 包 进 行 合 理 的 排 队， 对 含 有 内 容 标 识 的 数 据 包 进 行 优 化， 并 对 其 中 特 定 的 数 据 包 赋 以 较 高 的 优 先 级， 从 而 加 速 传 输 的 进 程， 并 实 现 实 时 交 互。 由 于 每 种 应 用 系 统 对 网 络 的 要 求 有 所 不 同， 这 使 得 带 宽 本 身 并 不 能 解 决 网 络 拥 塞 的 问 题。QoS 所 追 求 的 传 输 质 量 在 于： 数 据 包 不 仅 要 到 达 其 欲 传 输 的 目 的 地 址， 而 且 要 保 证 数 据 包 的 顺 序 性、 完 整 性 和 实 时 性。 通 过QoS， 网 络 可 以 按 照 业 务 量 的 类 型 或 级 别 加 以 区 分， 并 能 够 依 次 对 各 级 别 进 行 处 理。 优 秀 的QoS 可 以 提 供 创 建 业 务 量 级 别 的 方 法， 把 应 用 系 统 或 用 户 的 邮 件 分 配 到 某 一 级 别 中 作 系 统 管 理。QoS 可 以 集 成 到IPv6 中， 但 由 于QoS 不 可 以 在IPv4 上 运 行， 所 以 各 厂 家 都 在 研 制 各 自 的 解 决 方 法， 而 这 些 方 法 有 可 能 与 将 要 形 成 的IETF（Internet Engineering Task Force） 标 准 不 兼 容。
Cisco 的 解 决 方 法
---- 最 初，QoS 是 与ATM 的 核 心 技 术 紧 密 联 系 起 来 的。 随 后，IETF 开 始 研 究QoS 在IP 上 的 映 像 问 题， IETF 的 许 多QoS 研 究 工 作 都 源 于RSVP（Resource Reservation Protocol） 的 发 展。 但 是 由 于 越 来 越 多 的 研 究 人 员 认 为 数 据 包 中 提 供 了 过 多 的 关 于 源/ 目 的 的 信 息，RSVP 的 协 议 也 过 于 复 杂， 这 使 得RSVP 不 再 被 业 界 喜 爱。---- IETF 的 解 决 方 法， 包 括 最 近 的COPS（Common Open Policy Service） 草 案 在 内， 都 与ATM 论 坛 中 的 在ATM 标 准 下 对 服 务 级 别 和 资 源 定 位 进 行 区 分 的 多 协 议 非 常 类 似。 但 由 于QoS 在ATM 和IP 上 的 实 现 并 没 有 一 个 统 一 的 标 准， 这 就 导 致 了 各 厂 家 都 在 寻 求 各 自 的 解 决 方 法。
---- Cisco 公 司 在1997 年 年 底 公 布 的Internet QoS 提 供 了 与ATM QoS 不 同 的 解 决 方 法。Internet QoS 定 义 了 一 系 列 基 于 队 列 和 允 许 控 制 算 法 的 特 征， 专 门 用 于Cisco 所 专 有 的 高 端 路 由 器 的IOS（Internetworking Operating Software）。Cisco 声 称IOS 体 系 允 许 通 过 路 由 网 络 对 不 同 服 务 级 别 进 行 不 同 的 处 理。IOS 体 系 对 每 个IP 包 进 行 标 识， 把 它 们 分 配 到 不 同 级 别， 根 据 网 络 容 量 和 吞 吐 量 对 各 级 别 进 行 处 理（ 不 使 用 交 换 机 或 专 用 电 路）。Cisco 的IP QoS 和ATM QoS 的 区 别 在 于：ATM 通 过 使 用 专 用 电 路 来 确 保 网 络 容 量。 采 用 标 准 的QoS 机 制，ATM 能 够 确 保 数 据 包 的 速 度、 延 迟 特 性 和 电 路 的 有 效 性。 一 个IP 路 由 器 能 够 确 保 对 优 先 服 务 级 别 的 某 些 执 行 处 理， 但 不 能 保 证 对 所 有 业 务 都 提 供 特 殊 处 理， 特 别 是 在 网 络 高 度 拥 塞 的 情 况 下， 将 不 可 避 免 地 造 成 数 据 包 的 丢 失。 使 用Cisco 的IOS， 网 络 管 理 者 能 够 创 建 处 理6 种 服 务 级 别 的 规 则。 当 数 据 包 被 分 配 为 某 一 服 务 级 别 时， 可 通 过 路 由 器 进 行 网 络 连 接， 在 网 络 核 心 技 术 中， 队 列 技 术 用 来 加 强 这 些 服 务 级 别 的 执 行。Cisco 的 核 心 技 术 在 于IPv4 数 据 包 中 报 头 部 分 的TOS（Type-Of-Service） 字 段。IP 的 设 计 者 把TOS 字 段 中 的 前3 位 用 来 定 义 数 据 包 的 服 务 级 别 并 将 所 需 的 服 务 级 别 的 信 息 通 知 网 络。Cisco 也 集 成 了 两 种 检 测 拥 塞 的 方 法：RED（Random Early Detection） 和WRED（Weighted Random Early Detection）。RED 和WRED 可 以 监 测 缓 存 区 的 深 度 和 被 丢 弃 的 数 据 包， 这 就 减 少 了 可 能 由 于 缓 存 区 溢 满 而 丢 失 的 数 据 包 的 数 量。 这 与 只 是 等 待 缓 存 区 溢 满 再 随 机 地 丢 弃 数 据 包 的 方 法 相 比 要 好 一 些， 也 可 以 帮 助 网 络 设 备 对 短 期 的 业 务 饱 和 情 况 和 网 络 负 载 情 况 加 以 区 分。
---- 排 队 技 术 用 来 处 理 被 指 定 的 优 先 级 别。 目 前 在 路 由 器 的 网 络 处 理 中 有4 种 排 队 方 法， 它 们 是： 优 先 级 排 队、 公 平 排 队、 权 重 排 队 和 分 类 排 队。Cisco 已 经 在 它 的7500 系 列 路 由 器 中 使 用 了 权 重 排 队 的 方 法。 一 旦 数 据 包 被 分 配 了 某 一 级 别， 系 统 则 根 据 数 据 包 的 优 先 级 来 进 行 处 理。 权 重 排 队 通 常 由IP 的 优 先 权（ 使 用TOS 字 段）、 应 用 端 口 或 输 入 界 面 来 定 义。 由 于 权 重 排 队 设 置 了 一 定 的 响 应 时 间 并 避 免 了 非 同 步， 这 对 于 像 视 频 信 号 这 样 的 实 时 性 信 息 非 常 有 益。 权 重 排 队 算 法 也 监 测 着 带 宽 的 消 耗。Cisco 的Internet QoS 对 于Cisco 的 客 户 来 说 是 有 益 的。MCI 和Sprint 在 客 户 现 场 进 行 过QoS 测 试，MCI 打 算 在1.8 万 个 网 络 端 口 中 装 入Cisco 的QoS 软 件， 其 用 意 是 给 用 户 以 不 同 级 别 的 服 务。 同 样，Sprint 也 宣 布 将 提 供 高、 中、 低 三 种 级 别 的 服 务， 这 些 服 务 都 是 基 于Cisco 的Internet QoS 技 术。
---- 大 多 数 分 析 家 认 为Cisco 的 解 决 方 案 对 于 与IP QoS 的 推 广 是 重 要 的、 有 正 面 意 义 的 举 措。Ascend、Bay、3Com 以 及 其 他 生 产 路 由 器、 交 换 机 的 厂 商 也 都 在 各 自 的 产 品 中 开 发 相 似 的 功 能。
---- 实 际 上，Cisco 的IP QoS 的 主 要 问 题 在 于 它 的 实 施 结 构 上。IETF 有 一 个 针 对QoS 信 令 的COPS 协 议。 有 了COPS 协 议， 就 可 以 设 置 用 于 使QoS 与 服 务 器 通 信 的 设 备 条 款。 实 质 上， 它 是 用 于 通 过TCP/IP 在 服 务 器 和 客 户 机 之 间 交 换 信 息 的 查 询 — — 响 应 协 议。 由 于 这 个 协 议 包 含 有 可 自 我 识 别 的 物 件， 所 以 这 个 协 议 是 可 延 展 的。
HP 的 解 决 方 案
---- 除 了Cisco 之 外， 还 有 很 多 厂 家 也 在 研 制 对 带 宽 进 行 管 理 的 产 品。 这 些 产 品 能 够 帮 助 用 户 防 止 数 据 包 丢 失、 减 少 等 待 时 间、 确 保 网 络 的 吞 吐 量 和 带 宽， 并 提 供 不 同 的 服 务 级 别。 当 用 户 需 要 特 殊 服 务 时， 可 以 通 过 支 付 高 服 务 费 的 方 法 来 得 到 更 好 的 服 务。---- HP 推 出 了 网 络 商 务 服 务 质 量 战 略， 以“How to succeed in E-Business Forum” 为 主 题， 重 点 在 于 减 少 客 户 在 商 务 处 理 中 的 等 待 时 间。 同 时HP 的Web QoS 也 包 含 有 防 止 系 统 超 载 和 运 行 下 降 等 系 统 管 理 能 力， 使 客 户 能 够 在 不 同 的 服 务 级 别 中 服 务。HP 还 将 与Cisco 联 手 来 发 展QoS 技 术。
QoS 的 挑 战
---- QoS 所 面 临 的 挑 战 在 于：ISP 需 要 将 网 络 中 不 同 的QoS 在 一 个 公 共 的QoS 体 系 下 加 以 规 制， 不 同 的ISP 需 要 在 这 公 共 的QoS 体 系 下 运 作。 因 此， 我 们 还 需 要 制 定 一 个 标 准 的QoS 标 准。 这 所 引 发 的 第 一 个 问 题 是QoS 所 要 保 证 的 服 务 是 什 么， 由 这 个 问 题 引 出QoS 绝 对 论 和QoS 相 对 论 的 问 题。 根 据 目 前 的 定 义，QoS 绝 对 论 保 证 了 数 据 的 路 径 和 运 行， 而 相 对 论 只 是 保 证 了 一 定 优 先 级 别 的 数 据 业 务 的 运 行， 并 不 针 对 所 有 的 数 据。Cisco 的 解 决 方 案 趋 向 于QoS 相 对 论。 对 于 现 在 经 常 使 用 的Web 浏 览、 视 频 和 音 频 等 应 用 系 统，QoS 相 对 论 是 一 个 较 为 满 意 的 解 决 方 案。---- Garter 公 司 估 计 大 半 数 的ISP 将 提 供QoS 服 务 或 提 供 不 同 级 别 的 服 务。 甚 至 一 些ISP 将 只 提 供 高 层 和 低 层 两 种 级 别 的 服 务。 尽 管 运 行QoS 的 费 用 很 昂 贵， 但 确 实 能 够 使 网 络 服 务 更 有 保 证。
IPv6 与QoS
---- IPv6 能 够 帮 助 我 们 确 保 系 统 在IP 上 运 行 的 质 量。QoS 不 仅 在IPv6 中 担 任 了 重 要 的 角 色， 而 且 在 我 们 所 期 待 的 先 进 的 网 络 应 用 中 也 必 不 可 少。IPv6 不 仅 能 够 象IPv4 一 样 处 理 多 个 广 播 消 息， 还 可 以 处 理 发 向 多 个 地 址 的 信 息 和 发 向 不 同 地 址 的 一 组 消 息。 这 些 地 址 选 项 增 加 了 网 络 的 灵 活 性 并 减 少 网 络 拥 塞。 同 时，IPv6 也 为 应 用 系 统 提 供 了 减 少 延 迟、 提 高 服 务 质 量、 增 大 安 全 性 和 可 靠 性 的 方 法。 对 于IPv6 体 系 来 说， 需 要 在 每 个 网 络 设 备， 如 路 由 器、 交 换 机 和 所 有 微 机 中 装 入QOS 可 兼 容 的 软 件。( 黄 昕 编 译)
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