QoS的Diff-Serv实现技术

摘要：本文介绍了IP网络传输的重要技术服务质量QoS（Quality of Service）的概念和工作原理，重点说明了QoS中的Diff-Serv实现技术。

关键词：QoS Diff-Serv 流分类

1、QoS技术背景说明

传统的IP网络无区别地对待所有的报文，依照报文到达时间的先后顺序分配转发所需要的资源。这种服务策略称作BE（Best-Effort），它尽最大的努力将报文送到目的地，但对分组投递的延迟、延迟抖动、丢包率和可靠性等需求不提供任何承诺和保证。

传统的BE服务策略只适用于对带宽、延迟性能不敏感的WWW（World Wide Web）、文件传输、E-Mail等业务。除了传统应用外，随着计算机网络的高速发展，越来越多的网络接入Internet。用户还尝试在Internet上拓展新业务，比如远程教学、远程医疗、可视电话、电视会议、视频点播等。这些新业务有一个共同特点，即对带宽、延迟、延迟抖动等传输性能有着特殊的需求。比如电视会议、视频点播需要高带宽、低延迟和低延迟抖动的保证。

新业务的不断涌现对IP网络的服务能力提出了更高的要求，而这些要求不能仅仅通过增加网络带宽来解决，还需要QoS技术来提高网络利用率，提供高服务质量。

因此，服务质量QoS（Quality of Service）是各种存在服务供需关系的场合中普遍存在的概念，它评估服务方对客户的服务需求提供支持的能力。人们通过服务质量的评估，找出服务中存在的问题和不足，以便有针对性地做出改进。

2、QoS两种常见模型

IP QoS模型规定了分组投递服务的模式。常见的QoS模型包括Integrated Service模型和Differentiated Service模型两种。

Integrated Service（简称Int-Serv）模型的特点是在发送报文前要先向网络提出申请。这个请求是通过信令来完成的，一个实例是资源预留协议RSVP（Resource Reservation Protocol）。应用程序通过RSVP信令通知网络它的QoS需求（如时延、带宽、丢包率等指标）。Int-Serv不适宜于在流量汇集的骨干网上大量应用。

与Int-Serv相反，采用Differentiated Service（简称Diff-Serv）模型的应用程序在发送报文前无须预先向网络提出申请，它通过携带在IP报文头部的QoS参数信息，来告知网络结点它的QoS需求。这类标识QoS需求的信息犹如一种“带内”信令，报文传播路径上的各个路由器都可以通过对它的分析来获知报文的服务需求类别。

本文重点讨论Diff-Serv实现技术。

3、Diff-Serv实现技术

QoS的技术主要通过流分类、流量监管和整形进行流量调整最终实现QoS。

3.1流分类

Diff-Serv在提供服务时，为属于同一需求类别的分组提供同样的服务策略。Diff-Serv模型以流的“聚类”（具有相同QoS需求类别的分组集合）为服务对象，对报文进行“粗粒度”的流分类。因此，如果报文已被正确标记了服务类别，下游的路由器只需对这些类别进行识别即可，一般无须进行复杂的流分类。

DS字段的前6位称为DSCP（Differentiated Services Code Point），具有相同DSCP值的分组的集合称为BA（Behavior Aggregate）。路由器保留有DSCP到每跳转发行为PHB（Per-Hop Behaviors）的映射。PHB是指满足某类转发需求的行为，如流量监管、流量整形、队列管理等QoS行为。分组进入路由器时，根据其DSCP标记划归到一个BA并选取特定的PHB进行转发。

Diff-Serv以BA为对象提供带宽保证的服务。DSCP可由用户标记，也可由Diff-Serv边界路由器以增值服务的形式提供代为标记的服务。

3.2流量监管与整形

在Diff-Serv体系里，流量监管与整形功能由流量控制器（Traffic Conditioner）来完成。流量控制器由Meter、Marker、Shaper和Dropper四个部件构成。

Meter用来测量流量，判断信息流是否遵循TCS中的流量规格的定义。根据流量测量的结果，实施Marker、Shaper和Dropper等动作。

Marker重新标记（Re-marking）分组的DSCP，并将重新标记过的报文放入特定的BA中。Marker可以根据SLS将不符合流量规格（Out-of-Profile）的信息流降级为另一个不同的PHB，或者确保DSCP在域中的有效性。

Shaper即流量整形器，它具有一定的缓冲区，缓冲接收的流量，控制信息流的速率不超出承诺的规格。

Dropper即丢弃器，是流量监管中的动作，通过丢弃一些分组来控制流量使其符合流量规格。当设置Shaper的缓冲区为0时，也形成一个Dropper。

3.3流分类和流量控制

Diff-Serv将大量的流控操作移至Diff-Serv网络的边界路由器。核心路由器仅需针对流的聚类（BA）进行流量控制，所以PHB转发操作可以得到高效的实现。这符合Internet核心网络对高速转发的要求。

由于边界路由器只需处理有限的低速用户接入，所以在边界路由器上流量控制可以得到有效的实现。流量控制可以保护ISP的网络资源，以及提供增值业务（例如代为标记和流量整形）。

在提供QoS服务时，网络边界路由器与内部路由器功能有所侧重，并像一个整体一样相互协作。

Diff-Serv将复杂的流分类和流量控制都推至边界路由器来完成。边界路由器主要完成复杂流分类、为分组打DSCP标记、流量的接入速率监管、访问控制等动作。

区域内部路由器只需进行简单流分类，对BA实施流量控制。避免了Int-Serv模型中的基于每个流（Per-Flow）的复杂流分类及流控，从而使得DS网络内部的转发操作可以得到高效的实现。

参考文献：

[1]RFC 2474 Definition of the Differentiated Services Field (DS Field) in the IPv4 and IPv6 Headers,1998(10)

[2]RFC 2475 An Architecture for Differentiated Service,1998(10)

[3]华为3Com QoS技术白皮书[M].2006