基于IP网络的QoS策略研究

摘 要：IP网络的发展和多媒体业务的出现，使得IP灵活地根据具体业务提供给客户满意的服务，是IP业界亟待解决的问题。文中从IP QoS的定义和机制出发，研究了几种常用的网络服务模型和影响网络服务质量的因素，以及网络服务质量QoS的控制策略。

关键词：QoS；IP网络；配置策略

中图分类号：TP393.08 文献标识码：A

Abstract：The development of IP network and the emergence of multimedia services，the IP QoS arises at the historic moment.How to solve the IP network QoS requirements，make network can flexibly according to specific business to provide satisfactory service to customers，is the problem to be solved IP industry.In this paper，starting from the definition and mechanism of IP QoS，several commonly used network service model is studied and the factors affecting the quality of network service，and network quality of service QoS control strategy.

Keywords：QoS；IP network；configuration strategy

1 引言（Introduction）

QoS是网络的一种安全机制，是解决网络的有限带宽、延迟、阻塞和丢包等问题的一种技术。它通过有效的保证传输的带宽、降低传送的时延及数据的丢包率等措施来提高服务质量。

2 服务模型（Service model）

2.1 简单服务模型

应用程序可在任何时候发出报文，网络尽可能来发送报文，但对于时延、可靠性等不提供任何保证措施。这种模型是现在Internet默认的服务模型。尽力传输服务模型是传统路由器所提供的服务，它对服务质量无法做出保证，需要采用资源预留协议来实现路径上的QoS，目前采用的是RSVP协议。

RSVP协议是集成服务的核心，它的分组以IP数据报的形式进行发送，没有搭载任何有效数据，它和ICMP、IGMP一样是一个控制协议，它支持IPv6和多播业务。其本身没有路由功能，必须依赖于现有的单播或多播路由协议。

在网络通信技术中的两个不同角色之间所建立的通讯路径中，RSVP网络标准协议将通过数据源端发出的信号和数据接收端发出的信号进行快速的动态QoS协商，并充分利用了两个数据发送和传输端的中间节点来传送的预留相关信息，来创建和维护多路传输路径的分布预留状态，根据这些相关的数据传输途径来实现数字资源的预约和释放请求。

2.2 网络数据传输的综合服务模型

网络数据传输的综合服务模型在发送数据报文前，首先需要向网络来申请一个特殊的服务请求。这个请求是通过带外信令完成的，网络数据传输的综合服务模型中的每个路由器都支持RSVP控制协议，为数据传输的业务流保持原来的状态信息，在数据的传输过程中，如果任何一个中间路由器不支持RSVP协议，那么，这个数据传输的服务质量就不可能得到相就在的保障。目前网络数据传输的综合服务模型共有以下两种：

（1）端到端质量保证型。这个数据传输请求将提供延时、带宽与丢包率等参数的基本保障。但是它不能控制固定的数据传输延迟，只能保证数据在传输过程中的排队延迟大小，并采用加权排队算法。

（2）控制负荷型。它提供最少的传输延时，对排队算法不做特殊要求。在网络数据传输的综合服务模型中的每个路由器都需支持RSVP协议，如果有任何一个中间路由器对RSVP协议支持不好，服务质量就不能保证。

网络数据传输的综合服务模型能够实现两端之间的服务质量保障，但这个网络数据传输的综合服务模型还要求在每个转发端上要有一个优先级队列和拥塞控制要素，并且还需要相关的信令支持，在业务两端预先建立一条有质量保证的虚连接，各个网络节点还须具有资源的预留和资源控制手段。

2.3 多服务模型

它采用分类聚合思想，由边界路由器检查业务合同，重新填写IP包的DSCP（TOS）字段，核心路由器则根据代表业务分类的字段提供相应的服务保证，比较适合于大型核心网络[1]。

目前被推荐的区分服务（DiffServ）的类型有两种：

（1）奖赏服务：为用户提供低延迟、抖动、丢包率和保证带宽足够的端到端传输服务。

（2）确保服务：确保服务是在网络不畅通的情况下，保证用户有一定的预约带宽。它通常采用下列技术方法来实现。

首先，根据IP数据包的优先级别或QoS组进行分类、度量和监管，制定访问速度；然后采用优先队列、定制队列、加权公平队列、基于类的加权公平队列等队列技术来管理报文。将报文分为四类，按优先级的高、低进行出队。

3 影响网络服务质量的因素（The influencing factors on the quality of the network services）

影响网络服务质量的因素就是影响网络QoS的因素。网络QoS技术是网络通讯技术领域中的一种非常有效和便捷的网络安全管理和数据传输机制，是用来解决网络数据传输延迟和阻塞等诸多问题的技术最好解决手段。一般在Web应用、E-mail设置等情况下，并不需要QoS。但是在多媒体数据传输应用中就显得非常必要，而且也是解决这个问题的相关重要的手段，每当网络数据传输出现拥塞时，QoS就能够确保这些流媒体数据传输的重要业务不受任何干扰，从而保证了网络数据传输的高效稳定流畅运行[2]。QoS机制本身并不能增加带宽，它只是根据应用的不同需求来调整上传下载的速率，利用网络的数据传输自适应功能来管理网络带宽，从而节约了网络资源。

在网络数据的传输过程中，需要根据用户传输数据的流量、请求的QoS和当前网络的实际运行状况，来确定这个用户是否能够进行网络数据传输，并协商其QoS。为给用户提供满意的数据传输服务，需要对网络数据传输带宽分割，留出一部分带宽，以确保相应的数据传输带宽不被其他用户使用。数据在传输的过程中，需要进行分组处理和转发数据，在这个过程中，就要给每个不同的分组提供不同的数据传输优先级别，还要限制每个应用不同的丢包率，确保所有的用户都能得到其QoS的足够资源。

另外，各个网络节点也要有一套相关的调节机制，以保证都能得到其足够的QoS资源，同时还要提供一种合理的方法来分配空闲带宽。拥塞产生的主要原因是网络资源不足或带宽分配不合理造成的，一个好的排队策略对于网络来说是非常重要的。QoS路由、约束路由和策略路由都是在某种条件下影响网络服务质量的重要因素。

4 网络服务质量QoS控制策略（Network quality of service QoS control strategy）

通过对影响网络QoS的因素分析，我认为在网络中采用统一的策略，由策略服务器集中统一定义策略，策略服务器通过COPS协议向网络中相关设备分发策略配置信息；同时采用基于LDAP的策略存储虚拟化目录服务器存储策略信息的统一制定策略、统一分发策略、统一存储策略的全网统一管理方式，在一定程度上能够有效地利用网络资源以实现网络的QoS保证。

4.1 定义策略

网络管理员在策略服务器的策略控制平台上定义策略，使得满足条件的数据流进入QoS网络，执行相应动作与整形机制，然后通过各种策略对网络中的QoS服务进行控制和管理。定义的策略是由时间计划、动作、标记优先级、整形和分流五个部分组成的[3]。

4.2 策略原则

在策略性网络中，网络的运作应该遵从以下四项策略规则，分别为服务质量、安全、监控和配置。

数据传输的服务质量原则，是在实现数据传输的过程中，根据每个数据传输的业务类型来分别设定各个不同业务的优先级，然后再根据所预先设置好的优先级进行数据流的处理，在这种情况下，优先级别较高的数据传输业务就要比级别低的传输业务更先一步得到数据传输的服务。

数据传输的安全原则是为了防止用户在数据传输过程中受到安全威胁，在一般情况下，网络的管理者都是通过设置高强度的密码、统一身份认证、安全防火墙和数据加密等多种方式来实现，根据不同的安全需要，有时使用其中一种方式，有时采取多种方式组合使用。

数据传输的监控原则就是在数据传输过程中，采取动态检测网络设备和链路的工作状态是否正常，发现问题及时调整，保证网络畅通。

数据传输的配置原则就是设置网络工作方式，保证网络从上至下、端到端的QoS实现。

4.3 策略分发

首先要将网络设备按着对COPS协议是否支持进行分类：支持COPS协议的设备，设定策略服务器的IP地址，并且启用策略控制；不支持COPS协议的设备，在策略服务器上创建对应的设备，通过CLI、COPS等开放的接口，将QoS控制和流量管理信息下发到每个网元，实现服务器保证QoS[4]。

5 结论（Conclusion）

根据以上的分析可以看出，无论是从数据传输业务的开展还是从计算机网络技术实施的角度出发，QoS服务质量保障都是网络数据传输技术中必须采用的一种手段，也是确保数据安全稳定高效传输的最重要因素之一，基于数据传输的网络必将进一步发展QoS。由于IP网络本身所特有的特征，使得在IP网络中实现端到端的QoS变得非常困难，同时实现QoS也是最关键、最重要的课题。

要实现上述的QoS策略设计，还需要有一个统一的网络控制平台，通过网络控制平台完成网络状态的检测、QoS策略的制定、存储等功能，因此搭建策略控制平台也是QoS策略设计的关键。

参考文献（References）

[1] 王西锋，张晓孪.IP网络实现QOS的技术研究[J].电脑学习.2006，1：10-13.

[2] 朱大为.基于网络处理器的网络服务质量应用的研究与设计[D].武汉理工大学，2005，7：77-83.

[3] 邢立康.IXP2400在分组交换网中的QoS研究[D].北京邮电大学，2006，4：102-108.

[4] 何剑峰，李善平.NGN中支持QoS的媒体网关关键技术及其实现[J].计算机应用研究，2004，11：67-71.

作者简介：

刘士贤（1966-），男，本科，副教授.研究领域：计算机网络技术.