0、概述
　　目前Internet仅提供尽力而为(best-effort service)传送服务业务量尽快传送没有明确时间和可靠性保障随着网络多媒体技术飞速发展Internet上多媒体应用层出不穷如IP电话、视频会议、视频点播(VOD)、远程教育等多媒体实时业务、电子商务在Internet上传送等Internet已逐步从单数据传送网向数据、语音、图像等多媒体信息综合传输网演化这些区别应用需要有区别Qos(quality of service)要求Qos通常用带宽、时延、时延抖动和分组丢失率来衡量各种应用对服务质量需求在迅速增长
　　
　　Internet上些主要应用业务特征及其QoS如表1所示
　　　
　　显然现有尽力传送服务已无法满足各种应用对网络传输质量区别要求需要Internet提供多种服务质量类型业务而尽力而为服务仍将提供给那些只需要连通性应用
　　
　　服务质量Qos系指用来表示服务性能的属性任何组合为了使其具有价值这些属性必须是可提供、可管理、可验证和计费而且在使用时它们必须是始终如、可预测、有属性甚至是起决定性作用为了满足各种用户应用需要构建对IP最优并具备各种服务质量机制网络是完全必要专线服务、语音、文件传递、转发、交互式视频和广播视频是现有应用些例子
　　
　　0.1　QoS关键指标
　　QoS关键指标主要包括:可用性、吞吐量、时延、时延变化(包括抖动和漂移)和丢失下面详细叙述
　　
　　可用性
　　
　　是当用户需要时网络即能工作时间百分比可用性主要是设备可靠性和网络存活性相结合结果对它起作用还有些其他原因包括软件Software稳定性以及网络演进或升级时不中断服务能力
　　
　　吞吐量
　　
　　是在定时间段内对网上流量(或带宽)度量对IP网而言可以从帧中继网借用些概念根据应用和服务类型服务水平(SLA)可以规定承诺信息速率(CIR)、突发信息速率(BIR)和最大突发信号长度承诺信息速率是应该予以严格保证对突发信息速率可以有所限定以在容纳预定长度突发信号同时容纳从话音到视像以及般数据各种服务般讲吞吐量越大越好
　　
　　时延
　　
　　指项服务从网络入口到出口平均经过时间许多服务特别是话音和视像等实时服务都是高度不能容忍时延当时延超过200-250毫秒时交互式会话是非常麻烦为了提供高质量话音和会议电视必须能保证低时延
　　
　　产生时延原因很多包括分组时延、排队时延、时延和传播时延传播时延是信息通过铜线、光纤或无线链路所需时间它是光速在任何系统中包括同步数字系列(SDH)、异步传输模式(ATM)和弹性分组环路(RPR)传播时延总是存在
　　
　　时延变化
　　
　　是指同业务流中区别分组所呈现时延区别高频率时延变化称作抖动而低频率时延变化称作漂移抖动主要是由于业务流中相继分组排队等候时间区别引起是对服务质量影响最大个问题某些业务类型特别是话音和视像等实时业务是极不容忍抖动分组到达时间差异将在话音或视像中造成断续所有传送系统都有抖动只要抖动落在规定容差的内就不会影响服务质量利用缓存Cache可以克服过量抖动但这将增加时延造成其他问题
　　
　　漂移是任何同步传输系统都有个问题在SDH系统中是通过严格全网分级定时来克服漂移在异步系统中漂移般不是问题漂移会造成基群失帧使服务质量要求不能满足
　　
　　丢包
　　
　　不管是比特丢失还是分组丢失对分组数据业务影响比对实时业务影响都大在通话期间丢失个比特或个分组信息往往用户注意不到在视像广播期间这在屏幕上可能造成瞬间波形干扰然后视像很快恢复如初即便是用传输控制(TCP)传送数据也能处理丢失传输控制允许丢失信息重发事实上种叫做随机早丢(RED)拥塞控制机制在故意丢失分组其目是在流量达到设定门限时抑制TCP传输速率减少拥塞同时还使TCP流失去同步以防止因速率窗口闭合引起吞吐量摆动但分组丢失多了会影响传输质量所以要保持统计数字当超过预定门限时就向网络管理人员告警
　　
　　0.2　研究QoS推动力
　　网络中服务质量(QoS)研究有 3个主要推动力
　　
　　是对QoS有严格要求业务出现如交互式实时多媒体业务、BP电话等；
　　
　　是通过QoS研究有助于提高网络效率降低网络成本；
　　
　　是运营商可以通过QoS机制按照区别用户对服务质量区别要求提供多种有区别服务提高用户满意度同时提高网络运营商收益
　　
　　因此服务质量研究重点是如何提高网络提供QoS保证能力而最终研究目标是保证用户对QoS要求
　　
　　1、IP Qos主要体系结构及其实现机制
　　Internet如何提供QoS支持(即IP QoS问题)已成为业界关注焦点IP QoS是指IP数据流通过网络时表现出来特性这种特性可以用下列指标来表示:传输服务可靠性、延时、延时抖动、吞吐量、丢包率到目前为止IP QoS主要有3种体系结构
　　
　　(1)—serv集成业务
　　
　　—serv主要引入了个重要网络控制协议RSVP(资源预留协议)RSVP引入使得IP网络为应用提供所要求端到端QoS保证成为可能Int—serv尽管提供QoS保证但其扩展性差其工作方式是基于每个流这就需要保存大量和分组队列数成正比状态信息此外RSVP有效实施必须依赖于分组所经过路径上每个器在骨干网上业务流数目可能很大因此要求器转发速率很高这使得—serv难于在骨干网上得到实施
　　
　　(2)Df—serv区分业务
　　
　　IETF在RFC2475中提出df—serv体系结构旨在定义种能实施QoS且更易扩展方式以解决—serv扩展性差缺点df—serv简化了信令对业务流分类颗粒度更粗Df—serv通过汇聚(aggregate)和PHB(per hop behavior)方式提供QoS汇聚是指路由器把QoS需求相近业务流看成个大类以减少调度算法所处理队列数PHB是指逐跳转发方式每个PHB对应种转发方式或QoS要求由于df—serv采用对数据流分类聚集后提供差别服务思路方法实现对数据流可预测性传输所以对QoS支持粒度取决于传输服务分级层次各网络节点中状态信息数量仅正比于服务级别数量而不是数据流数量由此df-serv获得了良好扩展性
　　
　　(3)MPLS多协议标签
　　
　　多协议标签交换(MPLS)将灵活3层IP选路和高速2层交换技术完美地结合起来从而弥补了传统IP网络许多缺陷它引入了“显式路由”机制对QoS提供了更为可靠保证
　　
　　多协议标签转换MPLS在路由寻址方面同传统路由器有明显区别MPLS支持特殊路由到达同目地数据包可沿区别路径进行转发MPLS网络主要由标签交换边缘路由器LER和标签交换路由器LSR组成；MPLS技术Qos 保证机理如下:
　　
　　——标签交换LabeISwap)机制
　　
　　当数据流进入M PLS网络时入口标
　　
　　签交换边缘路由器LER首先将数据流映射到某个转发等价类FEC(转发等价类是指网络中沿相同路径进行转发类分组集合)再根据FEC为每个分组加上固定长度短标签每个FEC对应标签是由基于限制路由标签分发协议CR—LDP根据路由协议(如OSPF、RIP、BGP协议)以及考虑到带宽可用性和业务特性分发给各个LSR和LER进入MPLS网络以后标签交换路由器LSR不再根据原来分组中信息转发数据而只是仅仅根据分组所携带标签进行交换式转发由于分组在通过网络时只需次路由转发时无需做传统意义上路由判断(如查找路由表)从而提高了转发速度另外CR—LDP避免了以前LDP协议分发标签时只是根据传统路由协议来分发标签:而传统路由协议是基于最短路径算法容易导致多条标签交换路径LSP选用同系列LSR进而可能使部分网络出现拥塞而网络其它部分仍有可用资源极大地浪费了网络资源CR —LDP在分发标签时充分考虑了带宽可用性和业务特性避免了拥塞发生充分利用了网络带宽资源
　　
　　——M PLS技术对QoS保证
　　
　　M PLS有两种途径对Qos支持:是让标记本身就具有服务质量ToS(Type of Service)意义:LER事先把标记空间分成多个区间区别区间标记具有区别服务质量在为新数据流分配标记时根据其Qos区别为其分配相应区间标记；另途径是让标记条目中ExP域来标示传送分组TosM PLS数据包服务质量类型就由Tos等参数来决定LER根据T0s来决定输出队列和丢包优先级如对于到达同目地IP包可根据设置在标签中ExP域Tos值来建立区别转发路径区别转发路径对应区别拥塞控制机制和丢包优先级达到其对传输质量要求同时通过对特殊路由管理还能有效解决网络中负载分担和拥塞问题如当网络中出现拥塞时MPLS可实时建立新转发路由来分担其流量或通过强制丢包、通知信源降低数据发送率等手段来缓解网络拥塞虽在MPLS的前综合服务和区分服务能解决部分服务质量问题但只有MPLS才是种最全面服务质量保证体系
　　
　　以上3种体系结构仅仅是提供了种在—子网络域内实施QoS框架结构而具体些策略和相应实现机制则由区别厂商来决定目前有关IP QoS4种实现机制大致可归纳为:队列管理机制队列调度机制基于约束路由(CBR)和流量工程其中CBR是对QoS限制参数进行定扩充C