网络服务质量和拥塞控制机制.ppt

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1、 中科院计算所网络课程中科院计算所网络课程 09-网络服务质量和拥塞控制机制网络服务质量和拥塞控制机制 2006.1.111第九单元第九单元 网络服务质量和拥塞控制机制网络服务质量和拥塞控制机制 应用需求应用需求 实现实现QoSQoS的途径和技术进展的途径和技术进展 过度建设过度建设 优先级优先级 队列队列 拥塞控制与避免拥塞控制与避免 传输整形传输整形 MPLS MPLS对对QoSQoS的支持的支持 QoS QoS路由（路由（QoSRQoSR）技术）技术 IPv6 IPv6对对QoSQoS的支持的支持 2第九单元第九单元 网络服务质量和拥塞控制机制网络服务质量和拥塞控制机制 支持支持QoSQ

2、oS的现有方法类型的现有方法类型 拥塞控制拥塞控制 开环控制开环控制 闭环控制闭环控制 无线无线TCPTCP及其拥塞问题及其拥塞问题 用于千兆位网络的运输协议用于千兆位网络的运输协议3第十二单元第十二单元 网络服务质量和拥塞控制机制网络服务质量和拥塞控制机制n多年来，人们一直在致力于让分组交换网络支持多年来，人们一直在致力于让分组交换网络支持多多媒体应用媒体应用的工作，希望在一旦数字化以后，话音和的工作，希望在一旦数字化以后，话音和视频信息也能够跟其它任何类型的数据一样以位流视频信息也能够跟其它任何类型的数据一样以位流的形式在网络上传输。实现这一目标的一个障碍是的形式在网络上传输。实现这一目标

3、的一个障碍是需要需要高带宽高带宽的链路。近来在链路速率已有较大增加的链路。近来在链路速率已有较大增加的同时，由于的同时，由于编码技术的改善编码技术的改善减少了对音视频应用减少了对音视频应用的带宽需求，使得这个障碍已经可以被克服。的带宽需求，使得这个障碍已经可以被克服。4第十二单元第十二单元 网络服务质量和拥塞控制机制网络服务质量和拥塞控制机制n然而，在网络上传送话音和视频图像需要有然而，在网络上传送话音和视频图像需要有比带宽更多的参比带宽更多的参数指标数指标。以电话为例，对话任一方都要求能够对另一方所讲。以电话为例，对话任一方都要求能够对另一方所讲的内容立即作出响应，并且能够立即被对方听到。因

4、此，投的内容立即作出响应，并且能够立即被对方听到。因此，投递的递的实时性实时性是非常重要的。我们把对数据传输的时延敏感的是非常重要的。我们把对数据传输的时延敏感的应用称作应用称作实时应用实时应用。话音和视频是典型的实时应用，但也有。话音和视频是典型的实时应用，但也有其它的例子，比如说工业控制，我们总是在机器人的手臂可其它的例子，比如说工业控制，我们总是在机器人的手臂可能会做出错误的动作之前就要给它发命令并让其及时到达和能会做出错误的动作之前就要给它发命令并让其及时到达和执行。即使是对于文件传送这样的应用也有可能有时间上的执行。即使是对于文件传送这样的应用也有可能有时间上的限制条件，例如要求网络

5、数据库更新必须在夜间完成，以便限制条件，例如要求网络数据库更新必须在夜间完成，以便能够在第二天继续进行常规的事务处理。能够在第二天继续进行常规的事务处理。5第十二单元第十二单元 网络服务质量和拥塞控制机制网络服务质量和拥塞控制机制n实时应用的显著特征是它们需要从网络得到某种保证，使得数据可以按时到实时应用的显著特征是它们需要从网络得到某种保证，使得数据可以按时到达目的地。虽然非实时应用可以使用端到端的重传策略，保证数据正确到达，达目的地。虽然非实时应用可以使用端到端的重传策略，保证数据正确到达，但这样的策略不能提供但这样的策略不能提供及时性；及时性；相反，如果数据晚到了，重传只能增加网络相反，

6、如果数据晚到了，重传只能增加网络的总体延迟。的总体延迟。按时到达的性能按时到达的性能必须由网络本身（路由器）提供，而不是仅由必须由网络本身（路由器）提供，而不是仅由网络边缘设备（主机）来支持。因此，传统的尽力而为网络模型不适合实时网络边缘设备（主机）来支持。因此，传统的尽力而为网络模型不适合实时应用。我们需要的是一种应用。我们需要的是一种新的服务模型新的服务模型，在这种模型中，具有较高的实时性，在这种模型中，具有较高的实时性需求的应用可以要求网络提供相应的保证。网络对此要求的应答可以是答应需求的应用可以要求网络提供相应的保证。网络对此要求的应答可以是答应提供保证的承诺，也可以是暂时不能满足请求

7、的拒绝。值得注意的是，这种提供保证的承诺，也可以是暂时不能满足请求的拒绝。值得注意的是，这种服务模型可以覆盖当前的模型。对尽力而为服务满意的应用也可以使用新的服务模型可以覆盖当前的模型。对尽力而为服务满意的应用也可以使用新的服务模型，只是它们的要求条件较低。这就意味着服务模型，只是它们的要求条件较低。这就意味着网络对不同应用的分组有网络对不同应用的分组有不同的处理方式不同的处理方式。人们把可以提供这些不同级别的服务的网络称作是。人们把可以提供这些不同级别的服务的网络称作是支持支持QoSQoS（服务质量）的网络（服务质量）的网络。6第十二单元第十二单元 网络服务质量和拥塞控制机制网络服务质量和拥

8、塞控制机制n显然，在网络资源有限的条件下，对不同的应用显然，在网络资源有限的条件下，对不同的应用区别对待区别对待和进行和进行划分优先划分优先级级的实时处理是非常重要的。的实时处理是非常重要的。IETF综合服务工作组提出了一个增强型的综合服务工作组提出了一个增强型的Internet服务模型，该模型包含服务模型，该模型包含尽力而为服务和实时服务尽力而为服务和实时服务（通过实时传输（通过实时传输协议协议RTP和实时控制协议和实时控制协议RTCP）；这个模型与资源预留协议（）；这个模型与资源预留协议（RSVP）相结合，实现了在相结合，实现了在Internet上实时应用的一个综合解决方案。上实时应用的一

9、个综合解决方案。n随着随着IP电话的迅速发展，电话的迅速发展，TCP/IP网络上的各种多媒体应用越来越多，为网络上的各种多媒体应用越来越多，为了实现不同制造厂商所生产的设备之间的互通，完成多媒体通信的标准化，了实现不同制造厂商所生产的设备之间的互通，完成多媒体通信的标准化，国际电信联盟（国际电信联盟（ITU）也于）也于1996年年5月发布了协议。提供了基于分组网络月发布了协议。提供了基于分组网络的语音、视频的控制等协议，作为一个框架，提供了对系统及组成部件的的语音、视频的控制等协议，作为一个框架，提供了对系统及组成部件的描述、对呼叫方式的描述以及呼叫信令过程的规范。描述、对呼叫方式的描述以及呼

10、叫信令过程的规范。nIP网络上开展多媒体应用涉及网络上开展多媒体应用涉及QoS、资源预留协议、实时协议以及其它实、资源预留协议、实时协议以及其它实现现QoS的标准和机制中的一系列原理和关键技术问题。的标准和机制中的一系列原理和关键技术问题。7 应用需求应用需求n在具体考察可以用来为应用提供服务质量保证的各种协议和机制之前，我在具体考察可以用来为应用提供服务质量保证的各种协议和机制之前，我们不妨先看一看这些们不妨先看一看这些应用的需求应用的需求是什么。首先，我们可以把应用划分为两是什么。首先，我们可以把应用划分为两种类型：种类型：实时和非实时实时和非实时。后者有时也称作。后者有时也称作“传统数据

11、传统数据”应用，因为到目前应用，因为到目前为止，它们一直是数据网络上的主要应用。它们包括诸如为止，它们一直是数据网络上的主要应用。它们包括诸如TelnetTelnet、FTPFTP、电、电子邮件和子邮件和WebWeb浏览等最流行的应用。所有这些应用都可以在数据没有及时投浏览等最流行的应用。所有这些应用都可以在数据没有及时投递保证的条件下工作。用于这些非实时类应用的另一个术语是递保证的条件下工作。用于这些非实时类应用的另一个术语是弹性弹性，因为，因为它们遇到延迟增大的情况能够从容应对，在处理时间上可以伸缩。值得注它们遇到延迟增大的情况能够从容应对，在处理时间上可以伸缩。值得注意的是，这些应用可以

12、从短的延迟条件得到益处，但当延迟增大时也不会意的是，这些应用可以从短的延迟条件得到益处，但当延迟增大时也不会变得不能使用。而且，它们对延迟条件的需求差别很大，从交互式应用变得不能使用。而且，它们对延迟条件的需求差别很大，从交互式应用（例如（例如TelnetTelnet）到异步接收（例如电子邮件），像）到异步接收（例如电子邮件），像FTPFTP那样的交互式大块传那样的交互式大块传送则属于中间类型的应用。送则属于中间类型的应用。8 应用需求应用需求n作为实时应用的一个具体示例，我们考虑一个作为实时应用的一个具体示例，我们考虑一个音频应用的过程音频应用的过程。在话音输。在话音输入端，使用模数转换器（

13、入端，使用模数转换器（A-DA-D）从）从拾音器拾音器收集采样，数字化后产生源数据。收集采样，数字化后产生源数据。该数字采样被放进分组，然后通过网络传送，在另一端被接收。在接收端该数字采样被放进分组，然后通过网络传送，在另一端被接收。在接收端主机上，数据必须以某个适当的速率主机上，数据必须以某个适当的速率重放重放。例如话音采样是以每。例如话音采样是以每125125微秒微秒1 1个采样的速率收集的，它们就应该以同样的速率重放。因此，我们可以认个采样的速率收集的，它们就应该以同样的速率重放。因此，我们可以认为每一个采样都有一个特别的回放时间，即需要在此之前到达接收主机的为每一个采样都有一个特别的回

14、放时间，即需要在此之前到达接收主机的一个一个时间点时间点。在这个话音示例中，每一个采样都有一个比相继的前一个采。在这个话音示例中，每一个采样都有一个比相继的前一个采样晚样晚125125微秒的微秒的重放时间重放时间。如果数据在网络中被过度延迟了，或者由于被丢。如果数据在网络中被过度延迟了，或者由于被丢弃随后又重发，那么迟到的数据基本上是无用的。这种弃随后又重发，那么迟到的数据基本上是无用的。这种迟到数据全无价值迟到数据全无价值的属性是实时应用的主要特征的属性是实时应用的主要特征。在弹性应用中，数据及时到达是好现象，。在弹性应用中，数据及时到达是好现象，但即使不能按时到达我们也仍然可以使用它们。但

15、即使不能按时到达我们也仍然可以使用它们。9 应用需求应用需求n使得话音应用能够正常运行的一个方法是使得话音应用能够正常运行的一个方法是保证所有的采样都以准确的相同时保证所有的采样都以准确的相同时间跨越网络间跨越网络。然后，由于采样是以每。然后，由于采样是以每125125微秒微秒1 1个的速率进入网络的，它们将个的速率进入网络的，它们将以同样的速率在接收端出现，因而可以立即重放。然而一般说来，保证所有以同样的速率在接收端出现，因而可以立即重放。然而一般说来，保证所有的数据都以严格的相同延迟通过一个分组交换的网络是很困难的。分组必须的数据都以严格的相同延迟通过一个分组交换的网络是很困难的。分组必须

16、进出交换机或路由器的队列，这些进出交换机或路由器的队列，这些队列的长度随时间变化队列的长度随时间变化，导致延迟也随时，导致延迟也随时间变化，结果使得音频流中每个分组的延迟都可能不同。在接收端解决这一间变化，结果使得音频流中每个分组的延迟都可能不同。在接收端解决这一问题的一条途径是问题的一条途径是缓存一定量的数据缓存一定量的数据，因此总是提供一个分组储库，等待在，因此总是提供一个分组储库，等待在合适的时间重放。如果一个分组延迟的时间短，它就进入缓冲区，等待重放合适的时间重放。如果一个分组延迟的时间短，它就进入缓冲区，等待重放时间的到来。如果分组被延迟的时间较长，那么在被重放之前它将不必在接时间的

17、到来。如果分组被延迟的时间较长，那么在被重放之前它将不必在接收端的缓冲区中呆很长的时间。这样作为一种保险形式，我们就收端的缓冲区中呆很长的时间。这样作为一种保险形式，我们就对所有分组对所有分组的重放时间有效地加上了一个恒定的偏置值的重放时间有效地加上了一个恒定的偏置值。我们把这个偏置值称为重放点。我们把这个偏置值称为重放点。现在仅当分组在网络中延迟太长的时间，以至于在它们的回放时间之后才到现在仅当分组在网络中延迟太长的时间，以至于在它们的回放时间之后才到达的情况下才会有麻烦的问题，此时，重放缓冲区可能会出现达的情况下才会有麻烦的问题，此时，重放缓冲区可能会出现枯竭现象枯竭现象。10 应用需求应

18、用需求n就就音频应用音频应用而言，对于可以把再放数据延迟多长时间有一个限制。如果在而言，对于可以把再放数据延迟多长时间有一个限制。如果在你讲话和被对方听到之间的时间长于你讲话和被对方听到之间的时间长于300毫秒毫秒，那么对话就很难进行。因此，那么对话就很难进行。因此在这种情况下我们对网络的要求是所有的数据都必须在在这种情况下我们对网络的要求是所有的数据都必须在300毫秒时间内到达毫秒时间内到达目的地。如果数据早到了，我们把它缓存到正确的再放时间为止。如果数目的地。如果数据早到了，我们把它缓存到正确的再放时间为止。如果数据晚到了，我们将因为它们已无用而必须把它们丢弃。在据晚到了，我们将因为它们已

19、无用而必须把它们丢弃。在Internet上针对上针对一个典型的通路在一个典型的通路在1天时间内的测量统计表明，有天时间内的测量统计表明，有97%的分组具有小于或的分组具有小于或等于等于100毫秒的延迟。这就意味着在我们的音频应用示例中，如果把再放点毫秒的延迟。这就意味着在我们的音频应用示例中，如果把再放点设置成设置成100毫秒，那么平均地讲，每毫秒，那么平均地讲，每100个分组中将有个分组中将有3个分组会因迟到而个分组会因迟到而变得无用。另外，延迟分布曲线的尾部较长，为了保证所有的分组都及时变得无用。另外，延迟分布曲线的尾部较长，为了保证所有的分组都及时到达，我们不得不到达，我们不得不把再放点

20、设置在把再放点设置在200毫秒以上毫秒以上。11 应用需求应用需求n我们可以用以把应用分类的第我们可以用以把应用分类的第1 1个特征是它们个特征是它们对丢失数据的容忍对丢失数据的容忍度度。这里的。这里的“丢失丢失”可能是因为分组到得太晚以致不能再放所引可能是因为分组到得太晚以致不能再放所引起，也可能是由于网络的异常状况而发生。一方面一个丢失的音起，也可能是由于网络的异常状况而发生。一方面一个丢失的音频采样可以频采样可以用与其相邻的采样替代插入用与其相邻的采样替代插入，结果对感受到的话音不，结果对感受到的话音不会有多大影响。仅当越来越多的采样丢失的时候，话音质量才会会有多大影响。仅当越来越多的采

21、样丢失的时候，话音质量才会降低到不可理解的程度。另一方面，机器人控制程序也许就是一降低到不可理解的程度。另一方面，机器人控制程序也许就是一个个不允许分组丢失的实时应用不允许分组丢失的实时应用的例子，在这里，丢失包含指挥机的例子，在这里，丢失包含指挥机械臂停止的命令的分组是不可接受的。因此，根据它们是否容忍械臂停止的命令的分组是不可接受的。因此，根据它们是否容忍偶发的分组丢失，我们可以偶发的分组丢失，我们可以把实时应用划分为容忍的或不容忍的把实时应用划分为容忍的或不容忍的不同类别不同类别。12 应用需求应用需求n特征化实时应用的第二个方法是依据它们的特征化实时应用的第二个方法是依据它们的适应性适

22、应性。例如，音频。例如，音频应用也许能够适应分组通过网络所经历的不同延迟量。如果我们应用也许能够适应分组通过网络所经历的不同延迟量。如果我们观察到分组几乎总是在发出后观察到分组几乎总是在发出后300毫秒时间内到达，那么我们就毫秒时间内到达，那么我们就可以相应地设置再放点以缓冲任何在不到可以相应地设置再放点以缓冲任何在不到300毫秒时间内到达的毫秒时间内到达的分组。假如我们随后又观察到所有的分组都在发出分组。假如我们随后又观察到所有的分组都在发出100毫秒的时毫秒的时间内到达。如果此时我们把再放点移到间内到达。如果此时我们把再放点移到100毫秒，那么该应用的毫秒，那么该应用的用户就有可能感受到服

23、务质量的改善。这种用户就有可能感受到服务质量的改善。这种移动再放点移动再放点的过程实的过程实际上会需要我们在某一段时间内以增加到比较高的速度再放采样。际上会需要我们在某一段时间内以增加到比较高的速度再放采样。13 应用需求应用需求n在话音应用的情况下，这种在话音应用的情况下，这种适应性处理可以用几乎让人感受不适应性处理可以用几乎让人感受不出的方式进行出的方式进行，只要简单地缩短在词语之间的无音间隔就行了。，只要简单地缩短在词语之间的无音间隔就行了。事实上，在诸如音频远程会议程序（称为事实上，在诸如音频远程会议程序（称为vatvat）等话音应用中）等话音应用中已经有效地实现了这种机制。值得注意的

24、是，再放点调节在两已经有效地实现了这种机制。值得注意的是，再放点调节在两个方向上都可以进行，但个方向上都可以进行，但在调节期间实际上会引起再放信号的在调节期间实际上会引起再放信号的失真失真。这种失真的影响在很大程度上将依赖于用户使用该数据。这种失真的影响在很大程度上将依赖于用户使用该数据的方式。一般说来，的方式。一般说来，非容忍类应用在不能容忍丢失的同时也不非容忍类应用在不能容忍丢失的同时也不能容忍这种失真能容忍这种失真。14 应用需求应用需求n如果我们先假定所有的分组都会在如果我们先假定所有的分组都会在100100毫秒时间内到达，后来毫秒时间内到达，后来发现某些分组稍晚一点才能到达，我们不得

25、不把它们抛弃。可发现某些分组稍晚一点才能到达，我们不得不把它们抛弃。可是如果我们当初让再放点一直保持在是如果我们当初让再放点一直保持在300300毫秒，我们就不会把毫秒，我们就不会把这部分分组丢弃。因此仅当可以提供能够感受得到的性能改善，这部分分组丢弃。因此仅当可以提供能够感受得到的性能改善，或者我们有证据表明，迟到的分组将会相当少时，我们才应该或者我们有证据表明，迟到的分组将会相当少时，我们才应该把再放点往小值的方向移动。一般来说，我们是从最近观察到把再放点往小值的方向移动。一般来说，我们是从最近观察到的历史记录或者是从网络得到的某种保证作出调整再放点的决的历史记录或者是从网络得到的某种保证

26、作出调整再放点的决定。定。我们把可以调节再放点的应用称作延迟自适应的应用我们把可以调节再放点的应用称作延迟自适应的应用。15 应用需求应用需求n另一类自适应应用是另一类自适应应用是速率自适应速率自适应。例如，许多视。例如，许多视频编码算法可以在位速率和质量之间折中。因此，频编码算法可以在位速率和质量之间折中。因此，如果我们发现网络可以支持某个数量的带宽，可如果我们发现网络可以支持某个数量的带宽，可以以此设置相应的以以此设置相应的编码参数编码参数。如果后来有更多的。如果后来有更多的带宽带宽可提供，我们还可以改变参数以提高质量。可提供，我们还可以改变参数以提高质量。虽然非容忍的应用不能容忍延迟自适

27、应的失真，虽然非容忍的应用不能容忍延迟自适应的失真，但它们有可能利用速率自适应的优点。但它们有可能利用速率自适应的优点。16 应用需求应用需求n总之，我们有总之，我们有弹性的和实时弹性的和实时的类别。在弹性应用范围内也有相当不同的目的类别。在弹性应用范围内也有相当不同的目标延迟值。在实时应用中，我们又有标延迟值。在实时应用中，我们又有非容忍的应用和可容忍的应用非容忍的应用和可容忍的应用的区别，的区别，前者不能接受数据的丢失或晚到，后者则比较容忍。同时，实时应用有还前者不能接受数据的丢失或晚到，后者则比较容忍。同时，实时应用有还自适应和非自适应自适应和非自适应两种情况，前者又可以是速率自适应或延

28、迟自适应。今两种情况，前者又可以是速率自适应或延迟自适应。今天的天的Internet和大多数其它网络所提供的是仅能满足弹性应用需求的服务和大多数其它网络所提供的是仅能满足弹性应用需求的服务模型。我们所需要的是一个更为丰富的服务模型，它能满足上述所有类别模型。我们所需要的是一个更为丰富的服务模型，它能满足上述所有类别中任何应用的需求。这就把我们引向中任何应用的需求。这就把我们引向一个新的服务模型一个新的服务模型，该模型不只具有该模型不只具有尽力而为一个类别，而是具有若干个类别，每一个类别都可以满足一组应尽力而为一个类别，而是具有若干个类别，每一个类别都可以满足一组应用的需求。用的需求。17 实现

29、实现QoS的途径和技术进展的途径和技术进展n一个高质量的实时应用解决方案应该从一个高质量的实时应用解决方案应该从3 3个方面进行努力，个方面进行努力，即即 （1 1）保证带宽保证带宽 （2 2）使）使时延最小时延最小 （3 3）使使时延变化最小时延变化最小。n现在，一个网络提供现在，一个网络提供QoSQoS保证的途径主要有：保证的途径主要有：过度建设、优先级、队列、拥塞控制与避免、传输整形等。过度建设、优先级、队列、拥塞控制与避免、传输整形等。18 过度建设过度建设n过度建设是过度建设是在局域网上在局域网上比较流行的一种比较流行的一种QoSQoS方案，也是最简单的方案，也是最简单的QoSQoS

30、途径，它是靠提供途径，它是靠提供大量带宽大量带宽来满足用户的服务质量需求。来满足用户的服务质量需求。n现在，现在，LANLAN设备制造商把产品的越来越多的功能集成到专用集成设备制造商把产品的越来越多的功能集成到专用集成电路（电路（ASICASIC）中，芯片制造新工艺以及新的生产效率都使得）中，芯片制造新工艺以及新的生产效率都使得LANLAN交换机产品的价格下降而速度更快。因此，在局域网中，以相对交换机产品的价格下降而速度更快。因此，在局域网中，以相对较低的成本提供高的带宽是可能的。较低的成本提供高的带宽是可能的。n但是，但是，在广域网环境在广域网环境中，过度建设是不切合实际的。当前的广域中，过

31、度建设是不切合实际的。当前的广域网带宽价格对于多数用户来说，仍然是一种昂贵的开支。关于广网带宽价格对于多数用户来说，仍然是一种昂贵的开支。关于广域网，比较合理的选择是域网，比较合理的选择是把过度建设与实现把过度建设与实现QoSQoS的其它途径相结的其它途径相结合合作为一种解决方案。作为一种解决方案。19 优先级优先级n优先级是指优先级是指对对IPIP分组划分级别分组划分级别，不同级别的分组在网络上接受不同的待遇不同级别的分组在网络上接受不同的待遇和处理和处理，这样可以确保像语音、图像等对实时性要求高的数据分组享受高，这样可以确保像语音、图像等对实时性要求高的数据分组享受高的级别，从而提高其传输

32、质量。的级别，从而提高其传输质量。n数据的优先级按照特征可分为数据的优先级按照特征可分为隐式隐式和和显式显式两种。当具有隐式两种。当具有隐式QoSQoS时，路由器时，路由器或交换机根据管理员制定的规则或交换机根据管理员制定的规则自动分配服务等级自动分配服务等级，规则要察看的条件包，规则要察看的条件包括括应用类型、协议、源地址应用类型、协议、源地址等，路由器或交换机对每个接收到的等，路由器或交换机对每个接收到的IPIP分组进分组进行检查或过滤，判断它是否满足特定优先级的要求。显式行检查或过滤，判断它是否满足特定优先级的要求。显式QoSQoS是让用户或应是让用户或应用程序用程序通过请求得到特定优先

33、级通过请求得到特定优先级的服务，而路由器和交换机努力满足所请的服务，而路由器和交换机努力满足所请求级别的服务。求级别的服务。IPIP优先级，即优先级，即IPIP分组头中的服务类型分组头中的服务类型（TOSTOS）段，可能成为）段，可能成为最广泛使用的显式最广泛使用的显式QoSQoS技术。技术。20 优先级优先级nIPv4协议在协议在IP分组格式的头中预留了一个分组格式的头中预留了一个TOS段段，用户可以，用户可以在该域里在该域里指定时延、吞吐量以及可靠性等优先级属性指定时延、吞吐量以及可靠性等优先级属性，可以让，可以让传统传统IP协议的路由器支持这种优先级处理。协议的路由器支持这种优先级处理。

34、n资源预留协议资源预留协议（RSVP）比）比IP TOS复杂，它规定了特有的信令复杂，它规定了特有的信令机制，该机制允许机制，该机制允许应用向路由器传输应用向路由器传输QoS请求请求。由于。由于RSVP将将大量的处理负担分配给路由器，可能造成系统性能下降，所以大量的处理负担分配给路由器，可能造成系统性能下降，所以RSVP协议广泛使用的时机尚不成熟。协议广泛使用的时机尚不成熟。21 队列队列n队列和队列算法队列和队列算法是是在设置优先级的前提下在设置优先级的前提下采采用的一种用的一种QoSQoS方案方案。队列实际上是路由器或交。队列实际上是路由器或交换机内部的一块换机内部的一块缓存区缓存区，用来

35、存放带有优先，用来存放带有优先级别的级别的IPIP分组。队列算法是一种特定的计算分组。队列算法是一种特定的计算方法，用来确定存储在队列中的数据分组的方法，用来确定存储在队列中的数据分组的发送次序发送次序，该算法的思路是，该算法的思路是，对优先级高的对优先级高的分组提供优先的更及时更好的服务分组提供优先的更及时更好的服务。22 拥塞控制与避免拥塞控制与避免 n拥塞控制与避免机制是拥塞控制与避免机制是QoSQoS技术的另一个重要方面。技术的另一个重要方面。拥塞控制拥塞控制使端点站在网络发生拥挤丢弃信息分组时降低发送信息的速使端点站在网络发生拥挤丢弃信息分组时降低发送信息的速度度。许多年前，。许多年

36、前，TCP/IPTCP/IP和和SNASNA（IBMIBM的系统网络体系结构）网的系统网络体系结构）网络就开始支持拥塞控制，但是，拥塞控制本身并不能保证络就开始支持拥塞控制，但是，拥塞控制本身并不能保证QoSQoS。然而，然而，当拥塞控制与拥塞避免功能同时存在时，就会对保证当拥塞控制与拥塞避免功能同时存在时，就会对保证和提高和提高QoSQoS起很大的作用起很大的作用。TCP/IPTCP/IP的拥塞避免是一项相对新的的拥塞避免是一项相对新的技术，它目前已成为技术，它目前已成为IPIP路由器的一个标准特性。路由器的一个标准特性。23 拥塞控制与避免拥塞控制与避免 n随机早期检测随机早期检测（RED

37、）技术是）技术是拥塞避免采用的标准方法拥塞避免采用的标准方法，它不是明确地，它不是明确地向源发送拥挤通告报文，而是通过丢弃它的一个分组隐含地通告拥挤的向源发送拥挤通告报文，而是通过丢弃它的一个分组隐含地通告拥挤的状态。状态。RED认为路由器缓冲区队列长度超过认为路由器缓冲区队列长度超过 一定的阈值，是拥塞即将出一定的阈值，是拥塞即将出现的征兆。源从路由器丢弃其分组后发生的超时或重复现的征兆。源从路由器丢弃其分组后发生的超时或重复ACK事件中有效事件中有效地感知拥挤的存在。具体地讲，地感知拥挤的存在。具体地讲，使用使用RED，路由器可比较早地丢弃分组，路由器可比较早地丢弃分组，以此通知源发方应该

38、尽早减少它的拥挤窗口以此通知源发方应该尽早减少它的拥挤窗口。换句话说，路由器在它完。换句话说，路由器在它完全用尽缓冲区之前就丢弃几个分组，引起源减慢速度，使队列不致溢出，全用尽缓冲区之前就丢弃几个分组，引起源减慢速度，使队列不致溢出，从而使得不至于在后来必须丢弃大量的分组。加权从而使得不至于在后来必须丢弃大量的分组。加权RED（WRED）又在）又在RED的基础上进行了改进，它根据的基础上进行了改进，它根据IP TOS丢弃分组。丢弃分组。Cisco 7000 和和12000系列骨干路由器和系列骨干路由器和Bay 公司的公司的Backbone Node路由器都支持路由器都支持RED和和WRED。2

39、4 传输整形传输整形n传输整形传输整形是一种通过是一种通过处理和改造信息流处理和改造信息流的形式以保证的形式以保证QoSQoS的技的技术。它的一种做法是术。它的一种做法是将信息分组分段将信息分组分段。我们知道，。我们知道，ATMATM网络提网络提高高QoSQoS的原因之一是短的信元产生低的时延。的原因之一是短的信元产生低的时延。借鉴借鉴ATMATM技术的技术的思想思想，路由器和交换机厂商在他们的产品中增加了分段功能。，路由器和交换机厂商在他们的产品中增加了分段功能。例如，例如，CiscoCisco公司的公司的1200012000系列路由器把在骨干网上传输的分系列路由器把在骨干网上传输的分组分割

40、成组分割成6464字节长的较小分组，这样有助于路由器提供持续字节长的较小分组，这样有助于路由器提供持续的的QoSQoS。一些帧中继设备厂商在广域网链路上也对传输的分组。一些帧中继设备厂商在广域网链路上也对传输的分组进行分割，以此保证信息分组能够在可预先确定的时间范围进行分割，以此保证信息分组能够在可预先确定的时间范围内递交和达到承诺的服务质量。内递交和达到承诺的服务质量。25 传输整形传输整形n传输流测控传输流测控是传输整形的另一种做法。它把用户提交是传输整形的另一种做法。它把用户提交的发送信息分组序列存储在缓冲区内，在传送每个分的发送信息分组序列存储在缓冲区内，在传送每个分组前留出一定的空闲

41、时间，通过这样的组前留出一定的空闲时间，通过这样的缓存控制减少缓存控制减少网络过载的可能性和提高传输流中网络过载的可能性和提高传输流中分组间隔的均匀性分组间隔的均匀性。传输流测控另一个典型的功用是。传输流测控另一个典型的功用是在网络边缘减少负在网络边缘减少负荷的突发性荷的突发性，令牌漏桶就是这方面一个典型的实现和，令牌漏桶就是这方面一个典型的实现和控制机制。控制机制。26 实现实现QoS的途径和技术进展的途径和技术进展n未来的未来的QoSQoS机制应该是将上述各种途径集成在一起，形机制应该是将上述各种途径集成在一起，形成一个成一个基于策略的管理系统基于策略的管理系统，称为策略服务器。策略，称为

42、策略服务器。策略服务器和现有的网管软件相结合，通过对网络进行实服务器和现有的网管软件相结合，通过对网络进行实时监控，动态配置路由器和交换机，最终达到保证端时监控，动态配置路由器和交换机，最终达到保证端到端到端QoSQoS的目的。的目的。n随着随着InternetInternet和和IPIP技术的发展，技术的发展，QoSQoS越来越成为人们关越来越成为人们关注的焦点。目前，与注的焦点。目前，与QoSQoS相关的技术在继续发展着，下相关的技术在继续发展着，下面介绍其中具有代表性的几个方面的进展。面介绍其中具有代表性的几个方面的进展。27 MPLS对对QoS的支持的支持nMPLSMPLS（多协议标记

43、交换）是（多协议标记交换）是IETFIETF为提高为提高IternetIternet网络的扩展性、增强网络的扩展性、增强InternetInternet的路由器交换处理能力而提出的基于第二层的路由器交换处理能力而提出的基于第二层/第三层相结合的数据分组交换协第三层相结合的数据分组交换协议。议。MPLSMPLS在网络层的数据分组头和数据链路层的帧头之间插入固定长度的标在网络层的数据分组头和数据链路层的帧头之间插入固定长度的标签，网络根据这种固定长度的标签来选择路由和进行转发。这样就签，网络根据这种固定长度的标签来选择路由和进行转发。这样就免除了搜免除了搜索可变长度的路由表做路由决定所耗费的时间，

44、并且把网络层的交换功能下索可变长度的路由表做路由决定所耗费的时间，并且把网络层的交换功能下放到链路层实现，提高了协议的运行效率放到链路层实现，提高了协议的运行效率。也就是说，。也就是说，MPLSMPLS实现了从第三层实现了从第三层到第二层的映射，因而可以到第二层的映射，因而可以利用利用MPLSMPLS来提高服务质量来提高服务质量。在应用。在应用MPLSMPLS的网络中，的网络中，可以可以把具有高优先级别的把具有高优先级别的IPIP分组映射到特殊的链路层标签分组映射到特殊的链路层标签。对于这些特殊标。对于这些特殊标记的信息分组，链路层提供特殊的传输通道以满足它们对时延及带宽的需求。记的信息分组，

45、链路层提供特殊的传输通道以满足它们对时延及带宽的需求。这样，这样，通过链路层定义的特殊标签来满足对网络的不同通过链路层定义的特殊标签来满足对网络的不同QoSQoS需求需求。289.2.7 QoS路由（路由（QoSR）技术）技术 nQoSRQoSR是是根据网络现有资源状况来决定信息流路径根据网络现有资源状况来决定信息流路径的协议，的协议，它被认为是在数据网上提供真正它被认为是在数据网上提供真正QoSQoS的一种较好的技术。的一种较好的技术。IETFIETF成立了成立了QoSRQoSR工作组来研究如何在工作组来研究如何在InternetInternet网上建立网上建立QoSRQoSR的路由机制。的

46、路由机制。nQoSRQoSR根据一些测量值计算和选择最佳路由根据一些测量值计算和选择最佳路由。决定测量值。决定测量值的信息包括在所有节点的带宽资源情况、端到端的延迟、的信息包括在所有节点的带宽资源情况、端到端的延迟、资源的可用性及每一节点的转发机制等。资源的可用性及每一节点的转发机制等。299.2.7 QoS路由（路由（QoSR）技术）技术 nQoSRQoSR能能根据用户特定的需求来定义路由选择机制根据用户特定的需求来定义路由选择机制，网络，网络管理员能很方便地根据业务类别来作网络参数的调整与管理员能很方便地根据业务类别来作网络参数的调整与配置、资源的分配和网络带宽的控制。比如对一些低时配置、

47、资源的分配和网络带宽的控制。比如对一些低时延的应用，延的应用，QoSRQoSR能尽量选择光纤线路，避开卫星传输链能尽量选择光纤线路，避开卫星传输链路，以保证选择最低时延的路由。路，以保证选择最低时延的路由。QoSRQoSR在计算路由时考在计算路由时考虑的因素较多，因而其路由协议同传统的因特网的路由虑的因素较多，因而其路由协议同传统的因特网的路由协议相比要复杂得多。协议相比要复杂得多。QoSRQoSR在路由选择上能区别不同的在路由选择上能区别不同的服务类型服务类型，因而它对，因而它对QoSQoS具有很好的支持。具有很好的支持。30 IPv6对对QoS的支持的支持nIPv6IPv6不仅能够解决不仅

48、能够解决InternetInternet网络地址的危机，而且也在提高网络地址的危机，而且也在提高InternetInternet性能性能方面会有很大的突破。在方面会有很大的突破。在IPv6IPv6中提供了对中提供了对QoSQoS的支持。在的支持。在IPv6IPv6中定义了两个中定义了两个重要参数：重要参数：优先级和流标志优先级和流标志。优先级段把。优先级段把IPIP分组的优先级分为分组的优先级分为1616级。优先级。优先级分为两类：级分为两类：0-70-7用于在网络发生拥塞时通过减少信息分组的发送速度来实用于在网络发生拥塞时通过减少信息分组的发送速度来实现拥塞控制的业务现拥塞控制的业务；8-1

49、58-15用于一些实时性很强的业务，它在网络拥塞时不用于一些实时性很强的业务，它在网络拥塞时不减少提交给网络的信息流速率减少提交给网络的信息流速率。对于那些需要高。对于那些需要高QoSQoS的业务，可在的业务，可在IPIP分组中分组中设置相应的优先级，路由器根据设置相应的优先级，路由器根据IPIP分组的优先级区别对待这些分组。分组的优先级区别对待这些分组。流标流标志允许用户标记请求在网络内的路由器对其作特别处理的那些志允许用户标记请求在网络内的路由器对其作特别处理的那些IPIP分组，以分组，以便网络中所有的节点能识别该分组，并给予特别的待遇（走同一路径等）便网络中所有的节点能识别该分组，并给予

50、特别的待遇（走同一路径等）。到目前为止，除了到目前为止，除了RSVPRSVP协议会使用这个流标志协议会使用这个流标志外，外，IPv6IPv6尚未对流标志的使尚未对流标志的使用作详细的说明。但有了流标志段，就可以让路由器有区别地处理一些具用作详细的说明。但有了流标志段，就可以让路由器有区别地处理一些具有特殊有特殊QoSQoS要求的数据分组。要求的数据分组。31 支持支持QoS的现有方法类型的现有方法类型n现有的提供现有的提供QoSQoS的方法可以分成两个广泛的的方法可以分成两个广泛的 类型类型 *精细方法精细方法。可为具体的应用或信息流提供。可为具体的应用或信息流提供 QoS QoS *粗旷方法