QoS 的保障机制的研究1.概述随着网络技术的飞速发展和网络业务的不断丰富，IP 网络正在成为承载多种业务、服务于多类用户群体的公共信息传输平台目前出现的实时数据交易业务以及多种多媒体业务应用和服务，如 IP 语言、视频点播（VOC） 、视频会议和 IP 电视（IPTV）等实时业务应用，对网络的延时、抖动以及丢包率等性能指标都有不同的特殊要求，然而传统互联网固有的无连接特性和“尽力而为”（Best-effort）的服务原则，使得传统的互联网无法向用户提供有效的服务质量（QoS，Quality of Service）保障，也不能实现网络资源的有效监控和管理，因此，IP 网络的服务质量保障问题已从原来的学术理论研究活动变为目前急需解决的工程技术实践IP 网络的 QoS 问题，实质上就是要解决如何在保持 IP网络固有无连接传输特点的情况下，合理利用有限的宽带资源，保证网内传输各种业务的 QoS，同时提供较低的操作和管理开销，从而实现 IP 网络新业务的服务质量保障QoS（Quality of Service）服务质量，是网络的一种安全机制， 是用来解决网络延迟和阻塞等问题的一种技术在正常情况下，如果网络只用于特定的无时间限制的应用系统，并不需要 QoS，比如 Web 应用，或 E-mail 设置等。
但是对关键应用和多媒体应用就十分必要当网络过载或拥塞时，QoS 能确保重要业务量不受延迟或丢弃，同时保证网络的高效运行 2.相关研究为了提供服务组合可信性，已有一些研究成果和方法被提出，我们将之归纳为三类方法．第一类方法是通过扩展现有Web Service标准增强服务的可信性例如在基本UDDI规范中没有考虑服务的过滤和选择，所以不能确保发现的服务能够满足用户的可信需求．鉴于此，许多研究者提出了修改UDDI注册机制的方法．例如，CSIRO的Ran增加了一个Web服务QoS证书中心，同时修改UDDI注册中心．而国防科大的研究者提出集成服务选择算法的UDDI兼容扩展模型，并运用可扩展Kantz图和Bloom Filters理论，设计分布式UDDI的实现机制．提出一种基于QoS的轻量级Web服务描述语言QWSDL，以弥补原有语法级w曲服务描述语言的语义信息不足．第二类是采用基于QoS规划的方法，通过QoS规划和服务选择，以保障整个组合服务的可信性．例如，IBM Watson中心的Zeng 等开发了面向服务组合的QoS感知中间件A提出基于整数规划的组合服务多维QoS规划算法．北京大学的研究者提出保障服务高可用的规划配置方法ANGEL，将多服务选择问题建模为非线性整数规划问题.此外，通过优化方法针对组合服务QoS提出动态服务选择算法。
第三类是通过改善Web服务本身的可信性，以提高基于这种服务的应用可信性．这类方法通常从纯粹服务性能角度研究服务与服务实体之间关系，例如在集群服务器中通过将众多的访问请求分散给集群内不同服务器节点处理来均衡负载，从而满足企业级Web应用的高可信需求．包括JBoss、XFire在内的各种主流应用服务器均提供了对服务器应用对象集群化的支持通过自适应资源分配和负载均衡机制提高Web集群服务质盈的方法3.QoS 的背景在因特网创建初期，没有意识到 QoS 应用的需要因此，整个因特网运作如一个“竭尽全力”的系统每段信息都有 4 个“服务类别”位和 3 个“优先级”位，但是他们完全没有派上用场依发送和接收者看来，数据包从起点到终点的传输过程中会发生许多事情，并产生如下有问题的结果：·丢失数据包- 当数据包到达一个缓冲器（buffer）已满的路由器时，则代表此次的发送失败，路由器会依网络的状况决定要丢弃、不丢弃一部份或者是所有的数据包，而且这不可能在预先就知道，接收端的应用程序在这时必须请求重新传送，而这同时可能造成总体传输严重的延迟·延迟- 或许需要很长时间才能将数据包传送到终点，因为它会被漫长的队列迟滞，或需要运用间接路由以避免阻塞；也许能找到快速、直接的路由。
总之，延迟非常难以预料·传输顺序出错- 当一群相关的数据包被路由经过因特网时，不同的数据包可能选择不同的路由器，这会导致每个数据包有不同的延迟时间最后数据包到达目的地的顺序会和数据包从发送端发送出去的顺序不一致，这个问题必须要有特殊额外的协议负责刷新失序的数据包·出错- 有些时候，数据包在被运送的途中会发生跑错路径、被合并 甚至是 毁坏的情况，这时接收端必须要能侦测出这些情况，并将它们统统判别为已遗失的数据包，再请求发送端再送一份同样的数据包4.QoS 技术QoS是指允许用户在吞吐量、延迟、抖动、丢包率等方面获得可预期的服务水平的一系列技术的集合．目前，在Intemet上仅提供尽力而为的传送服务，业务量尽快传送，没有明确的时间和可靠性保障．随着网络多媒体技术的飞速发展，Internet上的多媒体应用层出不穷，Internet已逐步从单一的数据传送网向数据、语音、图像等多媒体信息的综合传输网演化这些不同的应用需要有不同的QoS要求目前，研究QoS技术的推动力主要来自3个方面：(1)通过QoS研究，有助于提高网络效率，降低网络成本；(2)对QoS有严格要求业务的出现，如交互式实时多媒体业务等；(3)运营商可以通过QoS机制，按照不同用户对服务质量的不同要求，提供多种有区别的服务，提高用户的满意度，同时提高网络运营商的收益．对于不同的服务和用户来说，QoS 不再是可有可无的一项指标了，而是非常重要的一项技术参数．当前两种主要的QoS体系是集成服务体系(IntServ)和区分服务体系(DiffServ)．4.1基于资源预留的集成服务模型(IntServ／RSVP)IntServ是IETF组织在RFC 1633中正式提出的，目标是在IP网络上提供端到端的服务质量保证，其基本思想在于以资源预留的方式实现QoS保障。
它采用标准的资源预留协议(RSVP)作为资源预留信令，RSVP最大的优势是它能为一个流提供有效的端到端QoS保证．在IntServ中，源端向目的端周期性地发送路径信息(Path Message)，其中包括了对流的特征描述．Path同其他IP包一样通过各个路由器到达目的站点；然后由接收端逆向发回资源预留信息(Resv Message)，Resv根据Path中的描述信息，沿着原来信息包相反的方向对沿途所有路由器进行逐个资源预留IntServ模型规定了3种不同等级的服务类型：质量保证业务、负载受控业务和尽力而为业务Serv的优点：该模型实现了端到端的QoS保证；可以支持网络状态的动态改变与组播成员的动态加入与退出；可以实现组播业务中网络资源的有效分配．IntServ的不足：扩展性不好；要求从发送端到接收端的所有路由器都支持RSVP；信令系统十分复杂4.2 区分服务模型(DiffServ)针对IntServ的缺陷，IETF又提出了DiffServ模型，这种机制的基本思想是保持核心网的简单性，把复杂性推到网络的边缘．在支持DiftServ的网络中(称为DS域)，由边缘路由器对进入的包进行分类，用一个DSCP域(代表业务优先级)将不同的流聚合为有限的几个流类别，包到达核心路由器后，路由器根据其DSCP域映射到一个PHB(Per Hop Behavour，即每跳行为，表示路由器预先制定的转发策略)，DiffServ的核心路由器只根据PHB对数据包进行转发。
DiffServ的优点：良好的可扩展性；业务分类、策略管理等复杂工作都在边缘路由器加以实现，大大减轻了核心路由器的工作；模型简单，网络额外负担小．DiffServ的不足：只提供一种相对的服务质量，并不提供全网端到端的QoS保证；许多技术细节IETF尚未给出明确的规定，如业务类别的具体划分、各类业务性能的量化描述等4.3 两种技术的比较IntServ／RSVP模型的基本思想是“所有的业务流相关状态信息是在端系统上” ，它所使用的资源疆留协议是一种信令协议，因此它是基于流的、状态相关的体系结构．其提供的服务具有更高的灵活性和更好的服务级别保障但是这种方式需要检查分组头部的一些域的内容，代价较高而且预留状态信息与业务流个数成正比，这在网络规模增大时可能导致控制分组的数目很大，对路由器的负担也较大而DiflServ是一个相对简单、粗划分的控制系统该模型建议不按每个流作区分，而是根据延迟和丢失敏感度预先定义少数的类，为不同的类提供不同的服务这意昧着内部路由器不认识单个流．而是处理聚合的类，因此实现和部署区分、分级都比较容易，方案扩展性也更好．尤其是在网络规模较大的时候，相对于Intserv／RsvP体系的优势比较明显。
但是DiffSerr不提供严格的QoS保证，所以无法优先处理一个特定的流请求，不能实现所渭的“微公平性” 根据以上两种模型的优缺点分析，可以看出Intserv／RSVP模型较为适合在网络的边缘实施，而DiffServ较为适合在骨干网络中实施4.4 MPLS技术对QoS保障机制多协议标签交换（Multiprotocol Label Switching,MPLS）是一种可以在多种第二层介质上进行标签交换的网络技术此技术将第二层的基础设施和第三层的路由有机地结合起来，第三层的路由在网络的边缘实施，而在MPLS的网络核心则采用第二层交换MPLS网络的典型结构如图l所示．MPLS网络的基本组成单元是标签交换路由器(Label Switchins Router，LSR)．由LSR构成的网络区域称为MPLS域，位于MPLS域边缘与其他网络或用户相连的LSR称为标签边缘路由器(Label Edge Router，LER)，位于MPLS域内部的LSR称为核心LSR图1MPLS通过两种途径对QoS予以支持和保障：一是让标签本身就具有不同的服务类型Tos(Type of Service)，边缘路由器先把标签空间分成多个不同的区间，不同区间的标签具有不同的服务质量，在为新数据流分配标签时，根据其QoS的不同为其分配相应区间的标签．二是用标签中的EXP域来标示传送分组的ToS．MPLS数据包的服务质量类型就由ToS等参数来决定．LER根据ToS来决定丢包分组和输出队列，对于到达同一目的地的IP包，可根据设置在标签中EXP域的ToS值来建立不同的转发路径，不同的转发路径对应不同的拥塞控制机制和丢包优先级，达到其对不同传输质量的要求．同时，通过对特殊路由的管理，还能有效地解决网络中的负载均衡和拥塞控制的问题，如当网络中出现拥塞时，MPLS可实时建立新的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，从而有效地保障不同QoS的业务需求。
4.5 扩展的RSVP与MPl5集成的QoS保障机制在MPLS流量工程中可以使用约束路由标签分发协议(CR—LDP)、扩展的RSVP协议RSVP一TE或管理人员逐跳建立等标签分发过程建立LSPRSVP作为一种信令协议，提供了基本的消息交互机制，具备标记分发的条件，其预留建立过程正好可以用来执行这样的标记分发功能，在ISR之间建立标记交换路径LSP要实现这样的功能，需要对RSVP协议做一个些扩展，RSVP-TE就是从已有的RSVP协议扩展而来的标签分发协议其基本思想是：引人几个新的RSVP对象，通过它们来建立和维护ISP的附加功能如果主机与路由器同时支持RSVP与MPLS，就可以把标记与RSVP流联系起来，此时对流的定义将会有更多的选择余地一旦建立了一条LSP，通过这条路径的流量就由LSP的进入节点所使用的标记进行定义从标记到流量的映射可以通过一些不同标准完成，由某一节点分配问一标记值的分组属于同一转发等价类(FEC)，这样可以有效定义一个RSVP流当流最以这种方式映射到标记交换路径上时，这条ISP也可被称作“LSP隧道” 标记与流联系起来以后，路由器就有可能基于分组的标记值识别其相应的预留状态。
当用RSVP作为标记分发协议时，是利用其Path消息携带“标记。