下一代互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)IP QoS
姜明 2004/03/15
1.IP QoS產(chǎn)生的背景
互聯(lián)網(wǎng)源于美國國防部的ARPANET計劃。在上世紀60年代中期，正是冷戰的高峰，美國國防部希望有一個(gè)命令和控制網(wǎng)絡(luò )能夠在核戰爭的條件下幸免于難，而傳統的電路交換的電話(huà)網(wǎng)絡(luò )則顯得太脆弱。國防部指定其下屬的高級研究計劃局（ARPA）解決這個(gè)問(wèn)題，此后誕生的一個(gè)新型網(wǎng)絡(luò )便稱(chēng)為ARPANET。當ARPANET與美國國家科學(xué)基金會(huì )（NSF）建成的NSFNET互聯(lián)以后，其上的用戶(hù)數以指數增長(cháng)，并且開(kāi)始與加拿大、歐洲和太平洋地區的網(wǎng)絡(luò )連接。到了80年代中期，人們開(kāi)始把互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò )稱(chēng)為互聯(lián)網(wǎng)。
早在70年代中期，ARPA為了實(shí)現異種網(wǎng)之間的互聯(lián)與互通，推出了TCP/IP體系結構和協(xié)議規范。時(shí)至今日，TCP/IP協(xié)議也成為最流行的網(wǎng)際互聯(lián)協(xié)議。它不是國際標準化組織制定的，卻已成為網(wǎng)際互聯(lián)事實(shí)上的標準，并由單純的TCP/IP協(xié)議發(fā)展成為一系列以IP為基礎的TCP/IP協(xié)議簇。TCP／IP協(xié)議簇為互聯(lián)網(wǎng)提供了基本的通信機制。
隨著(zhù)互聯(lián)網(wǎng)的指數增長(cháng)，其體系結構也由ARPANET基于集中控制模型的網(wǎng)絡(luò )體系結構演變?yōu)橛蒊SP運營(yíng)的分散的基于自治系統（Autonomous
systems AS）模型的體系結構。互聯(lián)網(wǎng)目前幾乎覆蓋了全球的每一個(gè)角落，其飛速發(fā)展充分說(shuō)明了TCP/IP協(xié)議取得了巨大的成功。
但是互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的速度和規模，也遠遠出乎于二十多年前互聯(lián)網(wǎng)的先驅們制定TCP/IP協(xié)議時(shí)的意料之外，他們從未想過(guò)互聯(lián)網(wǎng)會(huì )發(fā)展到如此的規模，并且仍在飛速增長(cháng)。隨著(zhù)互聯(lián)網(wǎng)的普及，網(wǎng)絡(luò )同人們的生活和工作已經(jīng)密切相關(guān)。同時(shí)伴隨互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)數膨脹所出現的問(wèn)題也越來(lái)越嚴重。除了我們眾所周知的IP地址匱乏外，另外一個(gè)嚴重問(wèn)題就是缺乏服務(wù)質(zhì)量（Quality
of Service QoS）保障。
現有的互聯(lián)網(wǎng)所提供的是"盡力而為"（best-effort）的服務(wù)，在這種服務(wù)模型下，所有的業(yè)務(wù)流被"一視同仁"地公平地競爭網(wǎng)絡(luò )資源，路由器對所有的IP包都采用先來(lái)先處理（First
Come First Service FCFS）的工作方式，它盡最大努力將IP包送達目的地。但對IP包傳遞地可靠性、延遲等不能提供任何保證。這很適合Email、Ftp、WWW等業(yè)務(wù)。
但隨著(zhù)互聯(lián)網(wǎng)的高速增長(cháng)，IP業(yè)務(wù)也得到了快速增長(cháng)和多樣化。特別是隨著(zhù)多媒體業(yè)務(wù)的興起，計算機已經(jīng)不是單純的處理數據的工具，而是越來(lái)越貼近生活，計算機的交互越來(lái)越實(shí)時(shí)和生動(dòng)，這對計算機互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )也就相應地提出了更高的要求。對那些有帶寬、延遲、延遲抖動(dòng)等特殊要求的應用來(lái)說(shuō)，現有的"盡力而為"的服務(wù)顯然是不夠的。盡管由于網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò )帶寬以及網(wǎng)絡(luò )速度都得到了極大的提高，但需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò )傳輸的數據卻也幾乎以與網(wǎng)絡(luò )發(fā)展速度相同的速度增加，甚至超過(guò)網(wǎng)絡(luò )發(fā)展的速度，這使得網(wǎng)絡(luò )帶寬與網(wǎng)絡(luò )速度依然是一個(gè)瓶頸問(wèn)題。同時(shí)，近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一些新的應用（如多媒體應用，組播應用等）不僅增加了網(wǎng)絡(luò )流量，更因為這些應用改變了以往互聯(lián)網(wǎng)上的流量性質(zhì)，因而它們需要全新的服務(wù)要求。由于不具備服務(wù)質(zhì)量保障特性，不能預留帶寬，不能限定網(wǎng)絡(luò )時(shí)延，因此，目前的因特網(wǎng)無(wú)法支持許多新的應用如遠程教學(xué)、遠程手術(shù)、遠程會(huì )議和學(xué)術(shù)交流等。
2.IP QoS的定義及其實(shí)施方案
IP QoS的研究目標是有效地為用戶(hù)提供端到端的服務(wù)質(zhì)量控制或保證。QoS就是網(wǎng)絡(luò )單元（例如，應用程序，主機或路由器）能夠在一定級別上確保它的業(yè)務(wù)流和服務(wù)要求得到滿(mǎn)足。QoS并沒(méi)有創(chuàng )造帶寬，只是根據應用程序的需求以及網(wǎng)絡(luò )狀況來(lái)管理帶寬。IP
QoS有一套性能參數，主要包括：
業(yè)務(wù)可用性：用戶(hù)到Internet業(yè)務(wù)之間連接的可靠性。
傳輸延遲：指兩個(gè)參照點(diǎn)之間發(fā)送和接收數據包的時(shí)間間隔。
可變延遲：也稱(chēng)為延遲抖動(dòng)（Jitter），指在同一條路由上發(fā)送的一組數據流中數據包之間的時(shí)間差異。
吞吐量：網(wǎng)絡(luò )中發(fā)送數據包的速率,可用平均速率或峰值速率表示。
丟包率：在網(wǎng)絡(luò )中傳輸數據包時(shí)丟棄數據包的最高比率。數據包丟失一般是由網(wǎng)絡(luò )擁塞引起的。
實(shí)現QoS的一種方法是按照服務(wù)水平的要求分配資源給每一個(gè)數據流。這種采用"資源預留"進(jìn)行帶寬分配的方法并不適合"盡力而為"型應用。由于帶寬資源是有限的，QoS的設計者引入了優(yōu)先級概念，使得在資源預留后"盡力而為"服務(wù)的數據流的傳輸也能得到一定的保障。因此，IP
QoS可以分為兩種基本類(lèi)型：
基于資源預留：網(wǎng)絡(luò )資源按照某個(gè)業(yè)務(wù)的QoS要求進(jìn)行分配，制定資源管理策略。互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組IETF（Internet Engineering
Task Force）提出的綜合服務(wù)（Integrated Services， IntServ）體系結構便是基于這種策略，資源預留協(xié)議（Resource
reSerVation Protocol, RSVP）是其核心部分。
基于優(yōu)先級：網(wǎng)絡(luò )邊界節點(diǎn)對業(yè)務(wù)流進(jìn)行分類(lèi)、整形、標記。核心節點(diǎn)按照資源管理策略分配資源，對QoS要求高的業(yè)務(wù)給以?xún)?yōu)先處理。IETF提出的區分服務(wù)（Differentiated
Services，DiffServ）便是基于這種策略。
這些QoS方法可以被用于單個(gè)數據流或聚集的數據流（aggregate flow）。根據應用的數據流的不同，IPQoS可以分類(lèi)為：
用于單數據流：?jiǎn)蝹�(gè)數據流為在兩個(gè)應用（發(fā)送者和接受者）之間的單個(gè)的、單向的數據流。可以用傳輸協(xié)議、源地址、源端口號碼、目的地址和目的端口號碼這五種參數來(lái)分類(lèi)。
用于聚集流：綜合流由兩個(gè)或更多個(gè)單個(gè)數據流組成。這些流在一個(gè)或多個(gè)參數、標記或優(yōu)先數以及一些認證信息方面有一些共同點(diǎn)。
為了解決IP QoS問(wèn)題，IETF已經(jīng)提出了幾種服務(wù)模型和機制，主要有：
綜合服務(wù)和資源預留協(xié)議IntServ/RSVP：以RSVP信令向網(wǎng)絡(luò )提出業(yè)務(wù)流傳輸規格（Flowspec），并建立和拆除傳輸路徑上的業(yè)務(wù)流狀態(tài)。主機和路由器節點(diǎn)建立和保持業(yè)務(wù)流狀態(tài)信息。盡管RSVP經(jīng)常用于單個(gè)流，但也用于聚流的資源預留。
區分服務(wù)：在區分服務(wù)網(wǎng)絡(luò )中，邊界路由器根據用戶(hù)的流規格（stream profile）將用戶(hù)流劃分為不同的級別，再聚合成流聚集，聚集信息存放在IP包頭的DS標記域，稱(chēng)為DS標記（Differentiated
Services CodePoint，DSCP）。內部節點(diǎn)則根據DSCP提供不同質(zhì)量的調度轉發(fā)服務(wù)。
多協(xié)議標記交換（MultiProtocol Lable Switch，MPLS）：根據分組頭的標記，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )路徑控制來(lái)提供流聚集的帶寬管理子網(wǎng)帶寬管理（Subnet
Bandwidth Management，SBM）：負責OSI第二層（數據鏈路層）的分類(lèi)和優(yōu)先級排列，同IEEE 802網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行共享和交換。
3.綜合服務(wù)模型和資源預留協(xié)議
IntServ/RSVP簡(jiǎn)介
Int-Serv/RSVP服務(wù)模型在IETF RFC1633中進(jìn)行了定義。RFC1633將資源預留協(xié)議RSVP作為IntServ結構中的主要信令協(xié)議。其基本思想就在于以資源預留的方式來(lái)實(shí)現QoS保障，RSVP是其核心部分。RSVP是主機用來(lái)從應用程序獲得特定的QoS的一種控制協(xié)議，完成綜合服務(wù)需要定義的呼叫接納控制功能和資源預留功能。端點(diǎn)應用程序利用RSVP消息向網(wǎng)絡(luò )提出完成數據傳送必須保留的網(wǎng)絡(luò )資源（如帶寬及緩沖區大小等），同時(shí)也確定沿傳送路徑的各個(gè)節點(diǎn)傳輸處理策略，從而對每個(gè)業(yè)務(wù)流實(shí)現逐個(gè)控制。
在服務(wù)層次上，IntServ/RSVP提供了3種級別的業(yè)務(wù)：
端到端的質(zhì)量保證型服務(wù)（Guaranteed Service）：保證帶寬、限制延遲、無(wú)丟包。
可控負載型服務(wù)（Controlled－Load Service）：類(lèi)似于在當前的一個(gè)負載較輕網(wǎng)絡(luò )中實(shí)現的盡力而為業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量。
盡力而為的服務(wù)（Best Effort Service）：類(lèi)似當前Internet在提供的盡力而為的服務(wù)。
在結構層次上，IntServ/RSVP服務(wù)模型主要由四個(gè)部分構成：信令協(xié)議RSVP，接入控制器（admission control routines），分類(lèi)器（classifier）以及包調度器（packet
scheduler）。
在實(shí)現層次上，綜合服務(wù)需要所有路由器在控制路徑上處理每個(gè)流的信令消息并維護每個(gè)流的路徑狀態(tài)和資源預留狀態(tài)，在數據路徑上執行流的分類(lèi)、調度和緩沖區管理。具體而言，資源預留協(xié)議RSVP負責逐點(diǎn)（hop-by-hop）地建立或者拆除每個(gè)流的資源預留軟狀態(tài)（soft
state），也即建立或拆除數據傳輸路徑；接入控制器將決定是否接受一個(gè)資源預留請求，其根據是鏈路和網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的資源使用情況以及QoS請求的具體要求；分類(lèi)器則對傳輸的數據包進(jìn)行分類(lèi)成傳輸流，
IntServ常用的分類(lèi)器是多域（Multi-Field，MF）分類(lèi)器，當路由器接收到數據包時(shí)，它根據數據包頭部的多個(gè)域（如5元組：源IP地址，目的IP地址，源端口號，目的端口號，傳輸協(xié)議），將數據包放入相應的隊列中；調度器則根據不同的策略對各個(gè)隊列中的數據包進(jìn)行調度轉發(fā)。
資源預留協(xié)議RSVP
RSVP早在1993年就被提出，用于為IP網(wǎng)提供QoS能力。1997年初IETF批準RSVP成為RFC文件，在+IntServ工作組內進(jìn)行標準制定工作。RSVP是一種提供預留設置和控制以實(shí)現綜合服務(wù)合協(xié)議，是所有QoS協(xié)議中最復雜的。RSVP資源預留請求包括流規格說(shuō)明（TSpec）、資源預留規格說(shuō)明（RSpec）和過(guò)濾器規格說(shuō)明（Filter
Spec），它們一起稱(chēng)為"流描述符"（Flow Des-criptor）。資源預留請求中的流規格說(shuō)明通常包含服務(wù)類(lèi)型和數字參數集合。預留說(shuō)明和業(yè)務(wù)流說(shuō)明決定于綜合服務(wù)模型并且對RSVP來(lái)說(shuō)是透明的。過(guò)濾器規格說(shuō)明的格式依賴(lài)于所使用的網(wǎng)絡(luò )層協(xié)議，即IPv4或IPv6。目前所用的RSVP中定義的基本過(guò)濾器規格說(shuō)明格式具有嚴格的形式：發(fā)送端IP地址和可選的TCP/UDP端口號。在服務(wù)保證、資源分配的粒度和對保證QoS應用及用戶(hù)反饋的細節等方面RSVP都能提供最高級的QoS。歸納起來(lái)，RSVP有以下6個(gè)特點(diǎn)：
在每一個(gè)路由器中的預留是"軟"的，這意味著(zhù)需要由接收者周期地更新。
RSVP不是傳輸協(xié)議而是網(wǎng)絡(luò )（控制）協(xié)議，它不攜帶數據，但是和TCP或UDP數據流并行工作。
應用要求API決定流的初始預留請求，并且接收在經(jīng)過(guò)初始請求和全過(guò)程中預留成功或失敗的通知。
為了能夠容納大量不同的接收者，預留是以接收端驅動(dòng)的（Receiver-Driven)。
多播的預留在上行的數據流復制點(diǎn)上被結合。
RSVP數據流可以通過(guò)不支持RSVP的路由器，這會(huì )在QoS鏈上產(chǎn)生弱鏈路，在這些弱鏈路上無(wú)法提供QoS保證，因而此時(shí)的服務(wù)就是盡力而為型的。
使用RSVP信令建立數據發(fā)送路徑以及為業(yè)務(wù)流預留資源的過(guò)程如下：
發(fā)送端向接收端發(fā)送一個(gè)包含業(yè)務(wù)流規格說(shuō)明（TSpec）的PATH消息，其中包含了業(yè)務(wù)流標識(即目的地址)及其業(yè)務(wù)特征，包括所需要的帶寬的上下限，延遲以及延遲抖動(dòng)等。如圖1中①所示。
該消息由沿路徑的路由器逐跳傳送，并且每個(gè)路由器都被告知準備預留資源，從而建立一個(gè)"路徑狀態(tài)"，該狀態(tài)信息包含PATH消息中的前一跳源地址。如圖1中②、③所示。
接收方收到此消息后從業(yè)務(wù)特征和所要求的QoS計算出所需要的資源，向其上游節點(diǎn)發(fā)送一個(gè)資源預留請求RESV消息，該消息中包含了TSpec、RSpec以及Filter
Spec，其主要包含的參數就是要求預留的帶寬。如圖1中④所示。
RESV是沿PATH的發(fā)送路徑原路返回的，沿途的路由器收到RESV消息后，調用自己的接入控制程序以決定是否接受該業(yè)務(wù)流，如果接受，則按要求為業(yè)務(wù)流分配帶寬和緩存空間，并記錄該流狀態(tài)信息，然后將RESV消息繼續向上游轉發(fā)；如果拒絕，則向接收端返回一個(gè)錯誤信息給接收端以終止呼叫。如圖1中⑤所示。
當最后的路由器收到RESV消息并且接受該請求時(shí)，它向接收端發(fā)回一個(gè)確認消息。如圖1中⑥所示。
圖1 RSVP建立傳輸路徑以及預留資源的過(guò)程
在此過(guò)程中，我們注意到，和電信網(wǎng)絡(luò )中的呼叫建立過(guò)程相反，RSVP是由接收端驅動(dòng)的資源預留。其目的是考慮在組播的情況下，以接收端驅動(dòng)，可以適應組播群成員的動(dòng)態(tài)增減，以及各接收端要求不同QoS的異質(zhì)請求情況。當通信結束或者一方退出會(huì )話(huà)后預留的資源可以由超時(shí)機制釋放。RSVP還定義了顯式的釋放機制，通過(guò)PathTear由啟動(dòng)點(diǎn)沿下游方向傳送至接收端，通知沿途各路由器釋放資源。ResvTear則反向傳送，功能相似。它們可由端系統發(fā)出，也可由路由器在狀態(tài)超時(shí)時(shí)發(fā)送出。至此，業(yè)務(wù)流的傳輸路徑已經(jīng)建立起來(lái)了，數據流可以進(jìn)行發(fā)送了。
RSVP可以看作是配置業(yè)務(wù)處理的機制，綜合服務(wù)則是在RSVP信令基礎上夠用以提供端到端QoS保證的體系結構。IntServ設定網(wǎng)絡(luò )設備支持業(yè)務(wù)的處理機制，保證每一個(gè)業(yè)務(wù)流嚴格獨立于其他業(yè)務(wù)流的服務(wù)，并設定提供特定量化資源的服務(wù)。
從以上討論可以看出，IntServ/RSVP服務(wù)模型對傳統Internet體系結構的擴展主要包括在路由器中保存業(yè)務(wù)流狀態(tài)信息以及明確的狀態(tài)建立機制。這種模型在路由器中所保存的業(yè)務(wù)流狀態(tài)信息是軟狀態(tài)信息，由于軟狀態(tài)信息在路由器發(fā)生錯誤時(shí)容易通過(guò)RSVP信令刷新而隱含地拆除并在另外路由器中重建業(yè)務(wù)流狀態(tài)信息，而硬狀態(tài)信息（hard
state）需要明確地拆除狀態(tài)信息，因而保持了網(wǎng)絡(luò )體系結構的魯棒性（robustness）。同時(shí)，由于這種模型有效地集成了各種實(shí)時(shí)應用和非實(shí)時(shí)應用，因而保持了網(wǎng)絡(luò )的效率。另外，由于兼容了傳統網(wǎng)絡(luò )體系結構和協(xié)議棧，因此能對網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行有效的管理。
IntServ/RSVP的缺陷
從理論上講IntServ/RSVP模型完全可以保證為IP網(wǎng)絡(luò )提供QoS保障。但隨后在一些網(wǎng)上的實(shí)驗表明這種服務(wù)模型有很明顯的局限性，這些問(wèn)題主要表現在：這不僅表現在擴展性差上，更大的問(wèn)題是它要求核心路由器必須保持經(jīng)過(guò)它的每一個(gè)單個(gè)數據流的狀態(tài)，而核心路由器是不能這么做的。另一個(gè)大問(wèn)題是這種方法因此，盡管主要的路由器生產(chǎn)商和主機都支持RSVP,它也被廣泛接受，但是它始終沒(méi)有成為主流，原因是ISP們不愿意采用它，很少有大型網(wǎng)絡(luò )采用它。近來(lái)，人們認識到RSVP的出路在于與區分服務(wù)配合工作，相輔相成。
可擴展性差：可擴展性是IntServ/RSVP模型最致命的一個(gè)問(wèn)題，其基于流的資源預留、調度處理以及緩沖區管理，有利于提供QoS保證，但狀態(tài)信息隨業(yè)務(wù)流數量的增長(cháng)而增長(cháng)，沿途的路由器要為每個(gè)數據流都維持一個(gè)"軟狀態(tài)"，而路由器的存儲器容量有限,可以保存的軟狀態(tài)信息都是有限的，在一個(gè)運營(yíng)商規模的網(wǎng)絡(luò )中幾乎不可能實(shí)現這一要求。
對路由器的要求過(guò)高，網(wǎng)絡(luò )中所有的路由器都必須支持RSVP信令協(xié)議，接入控制程序，分類(lèi)器以及調度器。
RSVP中引入每流狀態(tài)（per-flow state）的概念，對于數據通信和實(shí)時(shí)應用通信而言，IP網(wǎng)絡(luò )同時(shí)扮演了面向無(wú)連接和面向連接網(wǎng)絡(luò )的兩個(gè)不同角色，提供兩種功能,這與其簡(jiǎn)化設計原則相抵觸。
資源預留不適用于短時(shí)流，比如Web流等，而在因特網(wǎng)中Web流量超過(guò)了50％。
IntServ/RSVP還存在著(zhù)資源預留和路由協(xié)議之間的矛盾。如圖2所示，從路由角度來(lái)看它是一條好的路徑，但從資源預留來(lái)看，由于沒(méi)有足夠的資源可以預留，不能為數據流建立起一條路徑，因此這一進(jìn)程只能停留在這里，等待上層超時(shí)拆除這個(gè)應用進(jìn)程，再重新建立路徑。
因此，要實(shí)現IntServ的QoS保證是很困難的，它需要基于流的、復雜的資源預留、接納控制、QoS路由和調度機制。在諸如互聯(lián)網(wǎng)這種復雜的、大規模的網(wǎng)絡(luò )中，鏈路狀態(tài)是不確定的，有效地預留帶寬資源非常困難。而且資源預留本身就與IP網(wǎng)絡(luò )的最大特點(diǎn)"無(wú)連接"相沖突。更重要地問(wèn)題就是IntServ面臨地可擴展性（scalability）問(wèn)題和魯棒性（rubustness）問(wèn)題，這主要是因為在分布式網(wǎng)絡(luò )環(huán)境中，很難維持動(dòng)態(tài)的、可復制的傳輸流狀態(tài)一致性。
早期的IntServ是面向單流的，在路由器配置和使用多域分類(lèi)準則，這給路由器尤其是主干網(wǎng)絡(luò )核心路由器帶來(lái)了巨大負荷。為了增加IntServ的擴展性，近期RSVP已經(jīng)開(kāi)始支持流聚集，即將沿相同業(yè)務(wù)流傳輸路徑流聚合成宏流（macro-flow），按宏流來(lái)預留資源。這雖然減輕了核心路由器的一些負擔，但IntServ本身的體系結構已經(jīng)決定了其高復雜性，而且由于路徑數是邊界節點(diǎn)數的平方，宏流數仍然很龐大。
由于IntServ/RSVP體系存在著(zhù)諸多問(wèn)題，一種新的體系結構便應運而生，這就是區分服務(wù)體系結構(Differentiated Services，DiffServ)。
4.區分服務(wù)
區分服務(wù)簡(jiǎn)介
DiffServ的最大特點(diǎn)就是簡(jiǎn)單有效、擴展性強。其實(shí)施特點(diǎn)是采用聚合的機制將具有相同特性的若干業(yè)務(wù)流聚合起來(lái)，為整個(gè)聚合流提供服務(wù)，而不再面向單個(gè)業(yè)務(wù)流。也就是說(shuō)在DiffServ網(wǎng)絡(luò )邊界路由器上保持每流狀態(tài)，核心路由器只負責數據包的轉發(fā)而不保持狀態(tài)信息。這種Core-Stateless結構有很強的擴展性。其基本實(shí)現方法是：
簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò )內部節點(diǎn)的服務(wù)機制。在網(wǎng)絡(luò )內部的核心路由器中只保存簡(jiǎn)單的DSCP（DiffServ CodePoint）與PHB的對應機制，在數據流進(jìn)入核心路由器時(shí)只根據數據包頭部DS（Differ-
entiated Services）域中的DSCP進(jìn)行轉發(fā)，而業(yè)務(wù)流狀態(tài)信息的保存與流監控機制的實(shí)現等都在網(wǎng)絡(luò )邊界節點(diǎn)進(jìn)行，內部節點(diǎn)是狀態(tài)無(wú)關(guān)的。
聚合網(wǎng)絡(luò )內部核心路由器的服務(wù)對象。采用流聚集的方式進(jìn)行傳輸控制，具有相同DSCP的業(yè)務(wù)流組成一個(gè)宏流（macro-flow），核心路由器的服務(wù)對象即是宏流而不是單流（micro-flow），單流信息只在網(wǎng)絡(luò )邊界節點(diǎn)保存和處理。
DiffServ大大降低了信令的工作，而將重點(diǎn)放在流聚集以及適用于全網(wǎng)業(yè)務(wù)等級的一套"逐跳行為"上。我們可以根據預先確定的規則對數據流進(jìn)行分類(lèi)，從而將多種應用數據流聚集為有限的幾種數據流等級。具體而言，邊界節點(diǎn)根據用戶(hù)的流規格（profile）和資源預留信息對業(yè)務(wù)流進(jìn)行分類(lèi)、整形、標記、聚合為不同的流聚集，流聚集信息包含在報文IP頭部的DSCP標記域中。核心路由器在調度轉發(fā)IP包時(shí)以流聚集為服務(wù)對象，根據IP包頭不同的DSCP提供不同的轉發(fā)服務(wù)質(zhì)量，這種對不同類(lèi)型的數據報進(jìn)行轉發(fā)的方式，稱(chēng)為"逐跳行為"（Per-Hop-Behavior，PHB），實(shí)際上是一種相對優(yōu)先級機制。
實(shí)際上，按照DS域的標記，以相應方式提供不同質(zhì)量的數據包轉發(fā)服務(wù)，也正是區分服務(wù)名字的由來(lái)。美國正在開(kāi)展的下一代互聯(lián)網(wǎng)計劃Internet2便是選擇DiffServ作為其QoS策略。
區分服務(wù)的體系結構
雖然DiffServ仍在不斷的發(fā)展，一些標準仍在制定、完善之中，但經(jīng)過(guò)幾年的發(fā)展，DiffServ的相關(guān)概念及模型已經(jīng)比較成熟了，DiffServ體系結構也已經(jīng)比較明確了。在此基礎上，與服務(wù)提供有關(guān)的問(wèn)題，如DSCP的定義、PHB服務(wù)的定義等等已逐步完善。區分服務(wù)體系結構如圖3所示。
其中的DiffServ區域是由一些相連的DiffServ節點(diǎn)構成的集合，它們有統一的服務(wù)提供策略，且實(shí)現一致的PHB組，比如某個(gè)ISP的網(wǎng)絡(luò )或者內部網(wǎng)。每個(gè)DS區域通過(guò)邊界節點(diǎn)（boundary
node）與非DS區域相連，根據不同的數據流傳輸方向，邊界節點(diǎn)可以分為入口節點(diǎn)和出口節點(diǎn)。
為了保證用戶(hù)能從ISP那里獲得所需要的服務(wù)質(zhì)量，用戶(hù)必須和ISP之間簽訂有服務(wù)等級協(xié)定（Service Level Agreement, SLA），而ISP之間也必須建立業(yè)務(wù)流調節協(xié)定（Traffic
Condition Agreement, TCA），SLA規范了ISP對客戶(hù)端網(wǎng)絡(luò )所支持的業(yè)務(wù)類(lèi)別以及每種類(lèi)別的業(yè)務(wù)流數量，TCA則規范了ISP之間的數據流應該滿(mǎn)足的一些約定。
這樣，當有數據流進(jìn)入DS區域時(shí)，入口節點(diǎn)對其進(jìn)行分類(lèi)（classifier）、調節（condition），保存流（單流或聚流）的狀態(tài)信息，根據事先和用戶(hù)約定的流規格對流進(jìn)行計量（metering）、標記（marking）、整形（sharping）、丟棄（dropping）等，以使輸入流符合SLA，同時(shí)在包頭標記DSCP值，并將其加入相應的行為聚集BA（Behavior
Aggregate）。出口節點(diǎn)也可能需要對輸出流進(jìn)行調節，以保證其與下游DS區域的TCA相符。
DiffServ區（region）則是由連續的DS區域構成。一個(gè)DS區內的DS區域可以支持不同的PHB組，并且各自區域的DSCP到PHB的映射函數也可能不相同。在不同的DS區域之間，必須對SLA和TCA進(jìn)行調節，以協(xié)調彼此之間的服務(wù)語(yǔ)義。這樣，通過(guò)在上游DS區域和下游DS區域之間建立SLA或TCA，區分服務(wù)可以擴展到多個(gè)DS區域。
圖3 區分服務(wù)體系結構示意圖
在圖3中，我們假設客戶(hù)端網(wǎng)絡(luò )已經(jīng)和ISP建立了相應的SLA，ISP之間也建立了TCA。如果客戶(hù)端網(wǎng)絡(luò )中的主機A向另一客戶(hù)端網(wǎng)絡(luò )的主機B發(fā)送數據流，則數據包在客戶(hù)端網(wǎng)絡(luò )中路由到達與它直接相連的ISP的網(wǎng)絡(luò )N1，邊界路由器E1根據用戶(hù)與ISP之間的SLA通過(guò)查看數據包的頭部信息對它進(jìn)行分類(lèi)、監控、標記以及整形，以使它符合SLA。被標記了DSCP的數據包在N1中傳輸，直到到達N1的出口節點(diǎn)。在N1的出口節點(diǎn)，邊界路由器根據N1與N2之間的TCA對業(yè)務(wù)流進(jìn)行整形，使它符合N1與N2網(wǎng)絡(luò )之間的TCA。業(yè)務(wù)流依次通過(guò)中間的每個(gè)ISP，最后到達接收端所在的客戶(hù)端網(wǎng)絡(luò )。
區分服務(wù)標記域與區分服務(wù)標記DSCP
IP包頭部的區分服務(wù)標記域（DS Field）是DS區域邊界節點(diǎn)和內部節點(diǎn)傳輸流聚集信息的媒介，是內部核心路由器轉發(fā)報文的依據，是連接報文與轉發(fā)服務(wù)（PHB）的橋梁，也是邊界節點(diǎn)與其它DS區域根據TCA進(jìn)行調節的依據。
DS標記域定義為IPv4頭部的TOS（Type of Service）字節或IPv6頭部的流類(lèi)型（Traffic Class）字節。如圖4所示。其中DSCP（6bit）即為區分服務(wù)標記，CU（2bit）在本體系中沒(méi)有使用，IETF已將它定義為ECN（Explicit
Congestion Notification，顯式擁塞指示）使用。對于不支持CU域的路由器，當決定所收到的報文的PHB時(shí)，將忽略CU的值；對于不支持該域的主機，在發(fā)送數據包的時(shí)候，將該域的值置零。下行節點(diǎn)則通過(guò)識別這個(gè)字段，獲取信息來(lái)處理到達輸入端口的數據包，并將它們正確地轉發(fā)給下一跳的路由器。
分服務(wù)中的分類(lèi)和調節機制
為了使用戶(hù)數據流符合SLA和TCA，邊界節點(diǎn)要對其進(jìn)行分類(lèi)和調節，因而從功能上可以分為兩個(gè)模塊：分類(lèi)器（classifier）和調節器（conditioner），如圖5所示。
分類(lèi)器根據數據包頭部的某些域（如DSCP或MF五元組）對數據包進(jìn)行分類(lèi)。目前定義了兩種類(lèi)型的分類(lèi)器：
行為聚集（Behavior Aggregate，BA）分類(lèi)器：根據包頭的DSCP來(lái)對包進(jìn)行分類(lèi)。
多域（Multi-Field，MF）分類(lèi)器：根據包頭部中多個(gè)域內容的組合來(lái)進(jìn)行分類(lèi)，如源地址、目標地址、DS域、協(xié)議標識、源端口號以及目標端口號等。
從功能上，調節器可分為計量器（meter）、標記器（marker）、整形器（sharper）和丟包器（dropper）。
計量器根據TCA中所規范的業(yè)務(wù)流要求測量被分類(lèi)器所選定的業(yè)務(wù)流的某些實(shí)時(shí)屬性，并將所測量到的數據包的統計信息送往其它的調節功能模塊。
標記器設置報文的DS域為一特定的DSCP，并將標記了的包添加到一特定的DS行為聚集中。標記器可以將所有送入到它那兒的包標記為同一個(gè)DSCP值，也可以配置成根據計量器的統計信息將其標記為同一PHB組內的PHB所對應的DSCP值。
整形器和丟包器則通過(guò)延遲或丟棄業(yè)務(wù)流中的包使得業(yè)務(wù)流符合TCA流規范。
隨著(zhù)對網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)流特性研究的深入發(fā)展，調節器的實(shí)現技術(shù)也日漸成熟，通常的做法是用令牌桶（token bucket）和漏斗桶（leaky bucket）等算法進(jìn)行適當的組合。近來(lái)又提出了一種新的算法：基于時(shí)間滑動(dòng)窗口（Time
Slide Windows，TSW）的算法，它是通過(guò)計算數據包的平均到來(lái)速度來(lái)對包進(jìn)行分類(lèi)和標記。
在客戶(hù)端網(wǎng)絡(luò )與ISP建立的SLA有兩種形式：靜態(tài)SLA和動(dòng)態(tài)SLA。靜態(tài)SLA根據具體的策略由網(wǎng)絡(luò )操作員事先確定客戶(hù)網(wǎng)絡(luò )所需要的網(wǎng)絡(luò )資源，并一直為客戶(hù)端網(wǎng)絡(luò )保留相應的資源，這樣，客戶(hù)端網(wǎng)絡(luò )在發(fā)送數據流的時(shí)候，并不需要向ISP申請網(wǎng)絡(luò )資源。顯然，這種SLA實(shí)現簡(jiǎn)單，但缺乏靈活性，網(wǎng)絡(luò )資源利用率不高。動(dòng)態(tài)SLA則相反，它提供了較強的靈活性。當客戶(hù)網(wǎng)絡(luò )需要發(fā)送數據時(shí)，它首先向ISP申請網(wǎng)絡(luò )資源，ISP根據客戶(hù)請求分配資源，并在邊界節點(diǎn)建立起相應的SLA。動(dòng)態(tài)SLA可以使用帶寬代理（Bandwidth
Broker, BB）（如圖6）或者RSVP來(lái)實(shí)現
區分服務(wù)中的逐跳行為
逐跳行為PHB是一個(gè)DS節點(diǎn)調度轉發(fā)特定流聚集行為的外特性描述，本質(zhì)上，PHB描述的是單個(gè)節點(diǎn)為特定流聚集分配資源的方式。IETF目前已經(jīng)定義的PHB有：
加速型轉發(fā)（Expedited Forwarding，EF）：可使時(shí)延和時(shí)延抖動(dòng)最小并且可以提供最高級的綜合QoS確保型轉發(fā)（Assured
Forwarding，AF）：超過(guò)流量規劃值的數據流，不會(huì )按照未超過(guò)規劃值時(shí)那么高的概率傳送。這意味著(zhù)它可以被降級，但是不會(huì )被丟棄。
允許丟包的加速型轉發(fā)EFD：除了EFD允許丟包而EF幾乎沒(méi)有丟包外，EFD與EF的外特性幾乎相同。EFD的應用主要是在無(wú)線(xiàn)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )中。
缺省型轉發(fā) BE：相當于傳統的極力而為調度轉發(fā)行為的PHB。
準缺省型轉發(fā) LBE：比BE優(yōu)先級還要低的PHB行為，其作用是在擁塞時(shí)有比BE更高的丟包優(yōu)先級，提高BE的性能。
區分服務(wù)的基本服務(wù)類(lèi)型
與IntServ類(lèi)似，Diff-Serv也定義了三種服務(wù)類(lèi)型：
盡力而為的服務(wù)：類(lèi)似于目前Internet上盡力而為的服務(wù)。
獎賞服務(wù)（Premium Services，PS）：為用戶(hù)提供低延遲、低抖動(dòng)、低丟包率和保證帶寬的端到端或者網(wǎng)絡(luò )邊界到邊界的傳輸服務(wù)。PS是目前區分服務(wù)模型中定義的級別最高的服務(wù)種類(lèi)。這種"三低一保證"的服務(wù)類(lèi)似于傳統運營(yíng)商網(wǎng)絡(luò )的專(zhuān)線(xiàn)業(yè)務(wù)，因此也稱(chēng)為"虛擬專(zhuān)線(xiàn)"服務(wù)。
確保服務(wù)（Assured Services，AS）：確保服務(wù)是從統計上保證用戶(hù)的帶寬，其初衷是在網(wǎng)絡(luò )擁塞的情況下，也能保證用戶(hù)有一定量的預約帶寬。AS的著(zhù)眼點(diǎn)是帶寬和丟包率，而不太注重延遲和抖動(dòng)。AS最具吸引力的是其實(shí)現機制較為簡(jiǎn)單，只要采用簡(jiǎn)單的標記和丟棄機制就能實(shí)現IP
QoS。在發(fā)生擁塞時(shí)，確保服務(wù)通過(guò)控制丟包優(yōu)先級，提供了比"盡力而為"服務(wù)更好的服務(wù)。確保服務(wù)的基本思路是：
邊界路由器對進(jìn)入DS域的數據包進(jìn)行標記，預約帶寬內的包標為IN（in profile），否則標為OUT（out profile）。
發(fā)生擁塞時(shí)，核心路由器根據包頭的標記決定丟包概率，Out包的丟棄概率大于In包。從而在統計意義上上保證用戶(hù)的預約帶寬。
目前，獎賞服務(wù)已經(jīng)比較成熟、穩定，而確保服務(wù)仍然處于發(fā)展之中，其焦點(diǎn)主要集中在如何保證聚流之間的個(gè)公平性以及聚流內各單流之間的公平性，這主要是由于Internet上數據流的特性引起的。研究表明，現有的確保服務(wù)方案并不能真正確保用戶(hù)得到的服務(wù)，因此，如何使得確保服務(wù)能夠真正起到確保的作用，還有待進(jìn)一步研究。
5.多協(xié)議標簽交換MPLS
1997年，以Cisco公司為主的幾家公司（包括Ipsilon、IBM、Cascade、Toshiba）提出了多協(xié)議標簽交換（Multiprotocol
Lable Switch，MPLS）技術(shù)。MPLS技術(shù)產(chǎn)生的初衷就是為了綜合利用網(wǎng)絡(luò )核心的交換技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )邊緣的IP路由技術(shù)各自的優(yōu)點(diǎn)而產(chǎn)生的其最初設計目標是將第二層的交換速度引入到第三層。基于標簽的交換方式允許路由器在作轉發(fā)決定的時(shí)候僅僅以簡(jiǎn)單的標簽為基礎，而不是基于目標IP地址作復雜的路由查找。現在，MPLS更成為流量工程（Traffic
Engeering）和虛擬專(zhuān)用網(wǎng)（Virtual Private Network，VPN）方案的重要解決手段，并且日益成為擴大IP網(wǎng)絡(luò )規模的重要標準。
MPLS中的常用的術(shù)語(yǔ)
標簽（Label）：標簽是一個(gè)包含在每個(gè)包中的短的具有固定長(cháng)度的數值，用于通過(guò)網(wǎng)絡(luò )轉發(fā)包。
標簽邊緣路由器（Lable Edge Router，LER）：LER是MPLS網(wǎng)絡(luò )同其他網(wǎng)絡(luò )相連的邊緣設備，它提供流量分類(lèi)和標簽的映射（作為Ingress）、標簽的移除功能。
標簽交換路由器（Lable Switching Router，LSR）：LSR是MPLS網(wǎng)絡(luò )的核心設備，提供標簽交換、標簽分發(fā)功能，具有第三層轉發(fā)分組和第二層交換分組的能力。
等價(jià)轉發(fā)類(lèi)（Forwarding Equivalence Class，FEC）：FEC是在轉發(fā)過(guò)程中以等效的方式處理的一組數據包，例如目的地址前綴相同的數據包。FEC歸類(lèi)的方法可以各不相同，粒度也可有差別。
標簽交換路徑（Lable Switching Path，LSP）：MPLS實(shí)際上是一個(gè)面向連接的系統，標簽的分配實(shí)際上就是一個(gè)建立連接的過(guò)程，也即建立了一條LSP。LSP可以是動(dòng)態(tài)的，也可以是靜態(tài)的，動(dòng)態(tài)LSP是通過(guò)路由信息自動(dòng)生成，靜態(tài)LSP是被明確提供的。
標簽分配協(xié)議（Label Distribution Protocol，LDP）：LDP提供一套標準的信令機制用于有效地實(shí)現標簽的分配與轉發(fā)功能。LDP基于原有的網(wǎng)絡(luò )層路由協(xié)議OSPF、IS-IS、RIP、EIGRP或BGP等構建標簽信息庫，并根據網(wǎng)絡(luò )拓撲結構，在MPLS域邊緣節點(diǎn)（即入節點(diǎn)與出節點(diǎn)）之間建立LSP。LDP主要執行以下4個(gè)操作：
發(fā)現(Discovery)：發(fā)布并維護網(wǎng)絡(luò )中的LSR。
會(huì )晤(Session)：建立和保持兩個(gè)對等LDP之間的會(huì )晤。
廣告( Advertisement)：執行標簽的分配和傳播( allocation and distribution)。通知(Notification)：通告差錯信息。
MPLS的基本原理
MPLS協(xié)議的關(guān)鍵是引入了標簽（Label）的概念。一對LSR必須在標簽的數值和意義上一致。例如，下行LSR會(huì )給上行LSR發(fā)送一個(gè)特定標簽X．代表一個(gè)特定的稱(chēng)作A的FEC。于是，一個(gè)標簽只在一對正在通信的LSR之間起作用，并用來(lái)表示屬于一個(gè)從上行LSR流向下行LSR的特定FEC的分組。MPLS可以支持添加到現有的幀或分組結構（如以太網(wǎng)、PPP）的標簽，也可以利用包含在數據鏈路層（如幀中繼和ATM）中的標簽結構。
標簽的格式取決于分組封裝所在的介質(zhì)。例如，ATM封裝的分組（信元）采用VPI和／或VCI數值作為標簽，而幀中繼PDU采用DLCI作為標簽。對于那些沒(méi)有內在標簽結構的介質(zhì)封裝，則采用一個(gè)特殊的數值填充。圖7給出4字節填充標簽的格式，它包含一個(gè)20bits的標簽值、一個(gè)3bits的CoS值、一個(gè)1bit的堆棧標識符和一個(gè)8bits的TTL值。此外．如果填充值被插入到一個(gè)PPP或以太網(wǎng)幀中，包含在各幀頭中的一個(gè)協(xié)議ID（或以太網(wǎng)類(lèi)型）表示一個(gè)幀或者一個(gè)
MPLS單播或組播幀。
傳統的路由器是通過(guò)逐步查找路由/轉發(fā)表來(lái)轉發(fā)數據的（hop by hop路由方式），由于路由查找基本上是通過(guò)CPU來(lái)完成的，所以轉發(fā)速率受到很大的限制，這種轉發(fā)效率遠遠不能滿(mǎn)足目前互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展需要，尤其是一些高帶寬和對時(shí)延敏感的多媒體業(yè)務(wù)大量進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)后。而MPLS的一個(gè)根本目的就是解決轉發(fā)速率問(wèn)題。其方法就是依據標簽這個(gè)短小、定長(cháng)、非結構化并只具有局部意義的標識來(lái)轉發(fā)分組。由于標簽的這些特點(diǎn)，所以標簽的查找可以采用數組來(lái)實(shí)現，無(wú)論是用硬件還是用軟件來(lái)實(shí)現都不難。
當一個(gè)數據包進(jìn)入MPLS網(wǎng)絡(luò )時(shí)，它首先在LER處被分配一個(gè)標簽。報文沿著(zhù)LSP進(jìn)行轉發(fā)，路徑中的每個(gè)LSR僅僅根據標簽內容來(lái)做出轉發(fā)決定。在每一跳中，LSR剝離現有的標簽，將一個(gè)新的標簽應用于該報文，并告訴下一跳如何轉發(fā)該報文。
具體而言，每個(gè)進(jìn)入MPLS網(wǎng)絡(luò )的數據包被歸類(lèi)為一個(gè)轉發(fā)等價(jià)類(lèi)（Forwarding Equivalence Class, FEC），該等價(jià)類(lèi)以一個(gè)標簽來(lái)標識，因此，報文中的標簽內容也就表示了該報文所分配的FEC。傳統的路由器在進(jìn)行包轉發(fā)時(shí)，各個(gè)路由器是獨立地作出轉發(fā)決定的，也就是說(shuō)，每個(gè)路由器都將查看包頭的目的地址，而在MPLS中，只是在報文進(jìn)入MPLS網(wǎng)絡(luò )的LER時(shí)查看包的目的地址，在其它路由器并不查看包的目的地址，而僅僅根據其標簽內容來(lái)作出轉發(fā)決定。在數據包進(jìn)入到LSR時(shí)，入域標簽映射（Incoming
Label Map, ILM）機制將入域包的標簽內容與一組下一跳標簽轉發(fā)入口（The Next Hop Label Forwarding Entry，NHLFE）相映射。LSR查看該NHLFE，決定向哪個(gè)接口轉發(fā)該包，并對包的標簽棧執行一個(gè)操作，然后將新的標簽壓入標簽棧，轉發(fā)所得到的結果。
MPLS在流量工程中的應用
流量工程（Traffic Engineering，TE）的主要目的就是在促進(jìn)有效、可靠的網(wǎng)絡(luò )操作的同時(shí)，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò )資源的利用率和流量的性能。一般來(lái)說(shuō)，它包含了技術(shù)的應用、測量的科學(xué)準則、模型化、特征化（Characterization）和因特網(wǎng)流量的控制，以及如何將這些知識和技術(shù)應用到實(shí)踐中來(lái)獲取一些特定的性能指標。由于網(wǎng)絡(luò )資源的昂貴和因特網(wǎng)激烈的商業(yè)競爭的天性，流量工程已經(jīng)成為大型自治系統（Autonomous
System，AS）中一個(gè)不可缺少的功能。
MPLS的最初設計目標是將第二層的交換速度引入到第三層，隨著(zhù)第三層交換速度的大大提高，這一最初目標已經(jīng)不復存在了，而現在MPLS的最主要功能就是流量工程，即在多條可能的轉發(fā)路徑中進(jìn)行負載平衡。
流量工程是指為業(yè)務(wù)流選擇路徑的處理過(guò)程，以在網(wǎng)絡(luò )中不同的鏈路、路由器和交換機之間平衡業(yè)務(wù)流負載。當網(wǎng)絡(luò )中存在多條并行或可選的路徑時(shí)，流量工程就顯得非常重要了。流量工程的主要目的是提供有效可靠的網(wǎng)絡(luò )操作，同時(shí)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò )資源的利用和業(yè)務(wù)流性能。流量工程的目標是在一給定節點(diǎn)與另一節點(diǎn)之間計算一條路徑（源路由），該路徑不違反它的約束（例如帶寬/管理要求），并且從一些數量指標看來(lái)是最優(yōu)的。一旦路徑被計算后，流量工程將負責在該路徑上建立和維護轉發(fā)狀態(tài)。
圖8 MPLS體系結構
6.子網(wǎng)帶寬管理SBM
由于數據包的發(fā)送過(guò)程必須經(jīng)過(guò)發(fā)送端主機以及接收端主機的所有OSI協(xié)議層，甚至可能要經(jīng)過(guò)中間某個(gè)網(wǎng)絡(luò )的子網(wǎng)。這就涉及到一個(gè)問(wèn)題：如何在子網(wǎng)內，即在數據鏈路層上保證高優(yōu)先級的數據幀獲得高級別的服務(wù)。某些鏈路層的技術(shù)已經(jīng)可以支持QoS了，例如異步傳輸模式ATM。而其它更多的LAN技術(shù)（如以太網(wǎng)技術(shù)）最初并非為支持QoS設計的。以太網(wǎng)作為共享的廣播媒介，在它的交換方式中，提供了一種類(lèi)似與傳統的盡力而為的IP服務(wù)。為此，IETF的ISSLL小組定義了上層QoS協(xié)議和服務(wù)與以太網(wǎng)之類(lèi)的數據鏈路層技術(shù)之間的映射關(guān)系，并且提出了子網(wǎng)帶寬管理（Subnet
Bandwidth Management，SBM）的方案，它適用于802.1 LAN，如以太網(wǎng)、令牌環(huán)和FDDI等。SBM是數據鏈路層上的QoS，它通過(guò)將高層QoS映射到特定的數據鏈路層上實(shí)現在第二層上的快速交換。
SBM也是一個(gè)信令協(xié)議，它允許網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)和交換機之間在SBM框架內進(jìn)行通信和協(xié)調，并實(shí)現向高層QoS的映射。在SBM體系結構中，要求所有的數據幀必須通過(guò)至少一個(gè)SBM交換機。SBM的主要構件有三個(gè)部分：
請求模塊（Request Module, RM）：請求模塊駐留在每個(gè)端系統中而不駐留在任何交換機中。請求模塊根據管理員所定義的策略，將高層的QoS協(xié)議參數映射到第二層的優(yōu)先級別。
帶寬分配器（Bandwidth Allocator, BA）：帶寬分配器保存子網(wǎng)內資源的分配狀態(tài)，并且根據可用資源的情況以及管理員所定義的策略來(lái)執行接入控制。
通信協(xié)議（Communication Protocols, CP）：通信協(xié)議用于在SBM系統中，各個(gè)不同的組件之間進(jìn)行通信。SBM體系結構提供了RM-to-BA以及BA-to-BA的信令機制來(lái)請求資源、改變或刪除分配資源。
SBM有兩種形式的體系結構：集中式結構和分布式結構，它取決于BA所處的位置，如圖9和圖10所示。不管在哪種形式的結構中，RM都必須在需要請求資源的端系統中。APP表示需要使用RM的應用，它可以是用戶(hù)應用程序，也可以是高層協(xié)議（如RSVP）。
在集中式結構中，只有單個(gè)的BA來(lái)實(shí)現整個(gè)子網(wǎng)的帶寬管理與分配，每個(gè)端系統中包含一個(gè)RM，而網(wǎng)橋和交換機中則不需要RM。當端系統需要請求資源時(shí)，則由它的RM首先向BA發(fā)出請求通信。在這種結構中，BA需要知道整個(gè)子網(wǎng)的拓撲結構。
在分布式結構中，子網(wǎng)內所有的網(wǎng)絡(luò )設備中都需要實(shí)現BM功能，所有的端系統中仍然需要實(shí)現RM。在這種結構中，每個(gè)BA需要知道與它連接的本地網(wǎng)段（一個(gè)子網(wǎng)可能包括多個(gè)網(wǎng)段）的拓撲結構。
關(guān)于作者
姜明，計算機專(zhuān)業(yè)博士研究生。主要研究方向為網(wǎng)絡(luò )體系結構、網(wǎng)絡(luò )QoS。非常高興能夠與廣大同行就IP QoS及IPv6協(xié)議方面的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行切磋，歡迎大家對本文多提寶貴意見(jiàn)，我的Email是：jiangmingcc@163.com。
下一代互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)IP QoS（2）
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