一、引述

從20世紀(jì)80年代開(kāi)始，各種承載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)隨著多種業(yè)務(wù)應(yīng)用的出現(xiàn)不斷涌現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通和業(yè)務(wù)應(yīng)用的集成綜合成為一種技術(shù)趨勢(shì)，網(wǎng)絡(luò)及業(yè)務(wù)的QoS問(wèn)題也就成為了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。近些年來(lái)，網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)的QoS研究取得了一系列的理論和技術(shù)研究成果，各個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織也就網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)的QoS形成了一系列的標(biāo)準(zhǔn)化建議：

1）國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO/OSI）針對(duì)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)情況下的功能分層概念，最早提出了層間服務(wù)的QoS要求，這些要求主要涉及的是層間服務(wù)相關(guān)的QoS參數(shù)和接口定義。

2）國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU-T）針對(duì)電信網(wǎng)中綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN）技術(shù)的興起，提出了面向連接的電話和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的QoS定義和基本功能描述；隨著近年來(lái)電信網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷融合，國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU-T）也在就下一代網(wǎng)絡(luò)（NGN）的QoS展開(kāi)研究工作，并產(chǎn)生了一系列新的QoS相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化建議。ITU-T在QoS技術(shù)方面的主要成果在于QoS的體系結(jié)構(gòu)和具體技術(shù)指標(biāo)的定義。

3）異步轉(zhuǎn)移模式（ATM）技術(shù)的出現(xiàn)極大地促進(jìn)了QoS相關(guān)的理論和技術(shù)研究工作的展開(kāi)，ATM論壇（ATM Forum）針對(duì)異步轉(zhuǎn)移模式技術(shù)，提出了一系列比較完整和全面的QoS定義、功能描述以及QoS控制機(jī)制和實(shí)現(xiàn)方案。ATM的QoS控制機(jī)制是連接預(yù)訂型，它的核心原理是在業(yè)務(wù)建立之前，通信各方通過(guò)信令協(xié)商實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的接納控制和資源保留，從而實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的QoS保障，而在業(yè)務(wù)交互的過(guò)程中，用戶進(jìn)程和網(wǎng)絡(luò)將嚴(yán)格按照約定的QoS指標(biāo)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)功能。

4）互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組（IETF）針對(duì)基于TCP/IP協(xié)議的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，從網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的角度，對(duì)IP網(wǎng)絡(luò)的QoS進(jìn)行了明確的定義，并提出了集成服務(wù)（Interserv）、區(qū)分服務(wù)（Diff-serv）和多協(xié)議標(biāo)記交換（MPLS）多種服務(wù)模型和機(jī)制來(lái)滿足對(duì)QoS的需求。

5）歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化組織(ETSI )、多業(yè)務(wù)論壇(MSF)和第三代合作伙伴計(jì)劃3GPP/3GPP2等國(guó)際組織也對(duì)網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)的QoS進(jìn)行了相應(yīng)的定義描述和控制機(jī)制研究。這些組織的工作主要是圍繞著該組織所關(guān)注的網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)而進(jìn)行的，其中許多研究成果也在ITU-T的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中有所體現(xiàn)。

對(duì)互聯(lián)網(wǎng)QoS相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定起主要作用的組織主要是國(guó)際電信聯(lián)盟ITU-T和互聯(lián)網(wǎng)任務(wù)工程組IETF，雖然兩個(gè)組織對(duì)QoS定義的視角有所不同（另外，前期ITU較多關(guān)注的是傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)的QoS，近些年來(lái)開(kāi)始對(duì)IP網(wǎng)絡(luò)QoS的也重視起來(lái)），但在最終決定業(yè)務(wù)QoS的具體參數(shù)定義和描述方面則基本一致。

圖1介紹了一種描述QoS的通用模型，該模型將QoS的概念進(jìn)行了層次性的劃分，底層是網(wǎng)絡(luò)固有的（Intrinsic) QoS，中間層是業(yè)務(wù)用戶感知的(Perceived) QoS，上層為業(yè)務(wù)用戶評(píng)定的(Assessed) QoS。由圖1可以看出，IETF較關(guān)注的是底層QoS。

圖1：服務(wù)質(zhì)量（QoS）通用模型

二、ITU-T

按照該QoS層次模型的描述，ITU-T把QoS概念進(jìn)行了如下劃分：網(wǎng)絡(luò)固有的QoS被ITU-T定義為網(wǎng)絡(luò)性能(NP，Network Performance)，業(yè)務(wù)用戶感知的QoS依據(jù)不同視角被ITU-T定義為消費(fèi)者需要的QoS、消費(fèi)者感知的QoS、供應(yīng)商承諾的QoS和供應(yīng)商提供的QoS 4項(xiàng)。ITU-T在建議I.350中把網(wǎng)絡(luò)性能定義為：網(wǎng)絡(luò)性能是對(duì)一系列可用于系統(tǒng)設(shè)計(jì)、配置、操作和維護(hù)的性能參數(shù)進(jìn)行測(cè)量所得到的結(jié)果，是網(wǎng)絡(luò)本身特性的體現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)性能可以用業(yè)務(wù)可靠性、延遲、抖動(dòng)、吞吐量和丟包率等參數(shù)進(jìn)行描述。ITU-T在建議E.800中把QoS定義為：服務(wù)質(zhì)量QoS是決定服務(wù)用戶滿意程度的服務(wù)性能的綜合效果。E.800考慮到了服務(wù)性能所有部分的支持能力、操作能力、業(yè)務(wù)能力和安全性，是對(duì)QoS的綜合定義。

依照上述定義可見(jiàn)，ITU-T關(guān)注的QoS涵蓋了網(wǎng)絡(luò)和用戶的范圍，ITU-T定義的QoS是用來(lái)反映業(yè)務(wù)用戶滿意程度的一個(gè)抽象概念，它本身并不是一個(gè)具體的參數(shù)，所以不能對(duì)它進(jìn)行定量的技術(shù)評(píng)估或賦值；同時(shí)，ITU-T的QoS定義又要體現(xiàn)服務(wù)性能的綜合效果，說(shuō)明它同時(shí)又是一個(gè)廣泛的概念，需要用與各具體業(yè)務(wù)相關(guān)的其他因素結(jié)合來(lái)描述，因此，ITU-T用網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)來(lái)具體定義網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)性能，說(shuō)明網(wǎng)絡(luò)的QoS，同時(shí)也為用戶業(yè)務(wù)提供了QoS的評(píng)價(jià)依據(jù)。除了ITU-T E.800建議對(duì)QoS進(jìn)行了綜合定義和I.350建議對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行描述以外，ITU-T還就QoS問(wèn)題先后發(fā)布了一批標(biāo)準(zhǔn)建議，ITU-T G.1000對(duì)E.800做了擴(kuò)展，把服務(wù)質(zhì)量QoS分成不同的功能部分，并將它們與相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)性能聯(lián)系起來(lái)；G. 1010又對(duì)G. 1000做了補(bǔ)充，提出了一種可滿足端用戶寬泛應(yīng)用需求（如交互性、容錯(cuò)能力）的框架結(jié)構(gòu)；ITU-T關(guān)于IP業(yè)務(wù)性能指標(biāo)的建議Y.1541《IP通信業(yè)務(wù)--IP網(wǎng)絡(luò)性能和可用性指標(biāo)及分配》根據(jù)不同業(yè)務(wù)的技術(shù)特點(diǎn)，將IP業(yè)務(wù)的QoS分為6類，該建議同時(shí)還規(guī)定了IP性能指標(biāo)的分配、路由長(zhǎng)度計(jì)算方法、IP分組時(shí)延變化（IPDV）參數(shù)規(guī)定的一般考慮、核實(shí)IP性能指標(biāo)的參考路徑、IP網(wǎng)絡(luò)上端到端的用戶之間的連接示意圖、網(wǎng)絡(luò)段示意圖、路由器結(jié)點(diǎn)遲延分配值以及用于IP性能測(cè)量方法的相關(guān)信息等。

ITU-T關(guān)于《一種支持分組網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量QoS的體系結(jié)構(gòu)框架》的Y.1291建議在對(duì)電路交換和分組交換網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)QoS方式的特征和異同性進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出了一種可達(dá)到綜合服務(wù)質(zhì)量效果并能夠滿足業(yè)務(wù)用戶要求的分組網(wǎng)絡(luò)QoS參考體系結(jié)構(gòu)，如圖2所示。該體系結(jié)構(gòu)框架將QoS控制和管理功能劃分為3個(gè)平面，一個(gè)是包括業(yè)務(wù)量分類、業(yè)務(wù)量整型和管制、分組標(biāo)記、隊(duì)列調(diào)度、緩沖區(qū)管理和擁塞避免等具體QoS機(jī)制的數(shù)據(jù)平面，一個(gè)是包括業(yè)務(wù)接納控制、資源預(yù)留管理和QoS路由等功能模塊的控制平面，還有一個(gè)就是包括統(tǒng)計(jì)測(cè)量、業(yè)務(wù)恢復(fù)、策略管理和服務(wù)等級(jí)合約SLA管理等功能模塊的管理平面。該結(jié)構(gòu)與具體網(wǎng)絡(luò)能力以及綜合服務(wù)、區(qū)分服務(wù)、多協(xié)議標(biāo)記交換等QoS具體機(jī)制和方式無(wú)關(guān)，該結(jié)構(gòu)包括分布在數(shù)據(jù)平面、控制平面和管理平面中的若干基本QoS構(gòu)建模塊（如緩存管理、擁塞避免、分組標(biāo)記、隊(duì)列和調(diào)度、業(yè)務(wù)量分類、整型和管制，接納控制、資源預(yù)留、QoS路由，計(jì)量和測(cè)量、策略、服務(wù)等級(jí)管理、業(yè)務(wù)量恢復(fù)等），通過(guò)不同的方式把這些模塊組織起來(lái)，就可以控制網(wǎng)絡(luò)為用戶業(yè)務(wù)提供其所要求的性能服務(wù)。可以看出ITU-T就是希望通過(guò)不同層次QoS控制機(jī)制以及不同平面的業(yè)務(wù)控制和管理功能的協(xié)作組合，在目前不具有QoS能力的分組網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)一種切實(shí)可行的IP QoS體系架構(gòu)，為用戶提供差異性服務(wù)。

圖2：ITU-T分組網(wǎng)通用QoS體系結(jié)構(gòu)

按照該QoS層次模型的描述，IETF的QoS概念定義則對(duì)應(yīng)為層次模型中網(wǎng)絡(luò)固有的QoS，IETF在RFC 2386中給出了 QoS的一種定義：QoS是網(wǎng)絡(luò)在傳輸數(shù)據(jù)流時(shí)要求滿足的一系列服務(wù)請(qǐng)求，具體可以量化為帶寬、延遲、抖動(dòng)、分組丟失率和吞吐量等性能指標(biāo)，定義中的服務(wù)是指數(shù)據(jù)流經(jīng)過(guò)若干網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)所接受的傳輸服務(wù)。該QoS定義強(qiáng)調(diào)的是網(wǎng)絡(luò)端到端或邊緣到邊緣的整體性能，反應(yīng)了網(wǎng)絡(luò)元素在保證信息傳輸和滿足服務(wù)要求方面的能力。

三、IETF

IETF的定義中給出了常用的網(wǎng)絡(luò)QoS性能度量指標(biāo)，其各指標(biāo)的含義詳見(jiàn)下表3。

表3：IETF定義的QoS性能度量指標(biāo)的含義

所謂IP網(wǎng)絡(luò)的QoS保障就是要滿足網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)營(yíng)業(yè)務(wù)的各種服務(wù)特性要求，這些服務(wù)特性要求的具體體現(xiàn)就是上述參數(shù)的性能指標(biāo)，不同類型的業(yè)務(wù)具有不同的業(yè)務(wù)服務(wù)特性指標(biāo)，例如話音業(yè)務(wù)要求低時(shí)延、抖動(dòng)小，但可以容忍一定的分組丟失率，而交易型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)則對(duì)分組丟失率和時(shí)延比較敏感，對(duì)于抖動(dòng)則可以忽略。IP網(wǎng)絡(luò)QoS的保障通常有兩種途徑：通過(guò)為業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)提供超量的網(wǎng)絡(luò)帶寬從而保證業(yè)務(wù)的QoS，或者在有限網(wǎng)絡(luò)帶寬的基礎(chǔ)上采用先進(jìn)的QoS控制和管理機(jī)制，為業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)提供QoS保證。雖然過(guò)量帶寬可以保證大多數(shù)業(yè)務(wù)的QoS，但是這種方式還是受到網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本和業(yè)務(wù)種類不斷豐富的制約；而業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)的精細(xì)化管理需求，也使得在網(wǎng)絡(luò)上建立一定的QoS控制和管理機(jī)制的方法成為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)的共識(shí)。

IETF通過(guò)一系列的RFC提出了多種解決網(wǎng)絡(luò)QoS的技術(shù)方案，如綜合服務(wù)（IntServ，Integrated Service）模型（RFC 1633）、區(qū)分服務(wù)（DiffServ，Differentiated Service)模型（RFC 2475）、多協(xié)議標(biāo)簽交換（MPLS，Multi-Protocol Label Switch）技術(shù)（RFC 3031）和QoS路由（QoS-Based Routing）（RFC 2386）等。綜合服務(wù)的基本思想是在傳送數(shù)據(jù)之前，根據(jù)業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量需求進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)資源預(yù)留，從而為該數(shù)據(jù)流提供端到端的服務(wù)質(zhì)量保證，這種預(yù)留主要是通過(guò)引入資源預(yù)留協(xié)議RSVP實(shí)現(xiàn)的；區(qū)分服務(wù)的基本思想則是將用戶的數(shù)據(jù)流按照服務(wù)質(zhì)量要求進(jìn)行等級(jí)劃分，任何用戶的數(shù)據(jù)流都可以自由進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)并被分配到某一個(gè)業(yè)務(wù)等級(jí)上，但是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞時(shí)，級(jí)別高的數(shù)據(jù)流在排隊(duì)和占用資源時(shí)比級(jí)別低的數(shù)據(jù)流有更高的優(yōu)先權(quán)；MPLS的關(guān)鍵思想是用標(biāo)簽(Label)來(lái)識(shí)別和標(biāo)記IP分組，并把標(biāo)簽封裝后的分組轉(zhuǎn)發(fā)到已升級(jí)改善過(guò)的路由器或交換機(jī)，由它們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)內(nèi)部繼續(xù)交換標(biāo)簽，轉(zhuǎn)發(fā)分組，是一種統(tǒng)一的第3層交換技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；QoS路由則是依據(jù)網(wǎng)絡(luò)上可用的實(shí)際資源和用戶業(yè)務(wù)的QoS參數(shù)需求實(shí)現(xiàn)路由交換。

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