计算机服务质量

1、基于IP网络的服务质量（QoS）研究The Research Of The QoS Based On IP Netwo摘要：ip网络最初设计用来进行数据通信，但现在却越来越多地被用于实时应用，这就要 求 IP 网络能为用户提供更好的服务质量，而不只是“尽最大努力交付”的服务。本文对 QoS 参数和网络测量进行分析研究，并 针对ip网络上多媒体应用的特点，提出了应用层、系统层 和网络层三组 QoS 参数, 并给出了部分参数的计算方法。关键词：IP服务质量QoS参数测量best efAbstract： As IP network originally developed for data communications is now used more and more for real-time applications, there is a nee d for better quality of service than the his paper mainly solves the problem of the QoS parameter and QoS parameter mapp

2、ing to network According to the IP network on the characteristics of multimedia applications, it puts forward the application layer, system layer and network layer three groups QoS parameters, and gives part of the parameter calculation method.Key words: IP QoS QoS parameters metric0 引言当今世界时代网络技术大发展的时代，特别是以互联网（Internet）为代表的IP网络 更是突飞猛进和多媒体通信技术的进步， IP 网络的服务质量已经变得极为重要，服务质量（Quality of Server,Qos）是网络提供给用户的性能保证，其主要性能保证参数有延迟， 延迟抖动，丢失率等，保证多媒体应用的服务质量正成为网络必须具备的特征。从理论上讲，分组交换技术能够综合实时业务与非实时业务、宽带和窄带业务，是实 现电信业

3、务综合的最佳技术。IP技术作为分组传输的一种，采用了不面向连接的工作方式， 简化了信令，又克服了为端到端连接提供资源保证而带来节点设备复杂化的问题，自产生以 来获得了极为广泛的应用， IP 技术也被业界认为是下一代核心网络的主要承载技术。但必 须承认，传统的IP技术在QoS方面还存在较多缺陷，由于业界的愿望与自身不足之间的矛 盾，使得IP QoS问题倍受关注，并提出了电信级IP网络等一些新的概念。目前许多专家倾 向认为下一代网络是以基于IP分组的数字通信技术为核心技术的综合通信网络，但前提是 必须对目前的IP技术进行改进，其中要改进的一个重要方面就是可以满足未来核心网络的 QoS 要求。因此我们必须对服务质量的参数和测量方法进行研究。由于不同类型的业务具有不同的业务特性和服务质量（QoS）要求，需要网络能够提供 相应的机制，使其能够在咼效地提咼资源利用率的同时保证不同类型业务的QoS, QoS参数 测量目的是用测量手段取得网络的性能和服务质量指标。网络的QoS管理、维护、控制和计 费都需要 QoS 参数测量的支持。服务质量（QoS）的概念和机制是解决这个问题的有效方法.所谓QoS机制是

4、包括QoS 参数定义、 QoS 参数映射、 QoS 管理和维护、 QoS 协商、 QoS 监控等一系列机制的综合其中 QoS参数定义是基础，它用定性或定量的方式描述应用对服务质量的要求 其余的QoS机制都是建立在明确定义的QoS参数之上。1、网络应用分类从方便资源调度的角度考虑，可将 IP 网络上的各种应用按照它们的周期性及实时性特 征进行分类(不考虑工业控制类应用) 。分为以下三类：( 1) 实时周期性应用：这一类应用要求任务在规定的时间内完成, 且每个周期必须执 行任务一次这一类应用通常就是视听(audio-video)类应用。(2) 实时非周期应用：任务的执行没有周期性，但必须在尽可能短的时间内完成。 如 视频会议白板区的文件传输即属于这一类。( 3) 非实时应用:这一类应用不需要延时保证。传统的网络应用基本上属于这一类. 在 非实时应用中，根据应用的性能对延时特征的依赖程度，又可以分为交互式应用和非交互式 应用. 交互式应用虽然不要求保证延时，但较小的延时会获得较好的性能，易为用户接受 , 如 WWW 浏览. 非交互式应用对延时一般没有要求,如电子邮件、文件传输。在本文的剩余部

5、分，将针对实时周期性应用、实时非周期应用和非实时应用进行QoS参 数的研究. 这些应用对服务质量的要求大致如下:实时周期性应用:往往要求定量的服务质量保证，如端-端延迟、可靠性、同步等. 实时非周期应用:保证延迟尽可能小.非实时应用:对延迟没有特别的要求，但交互式应 用希望延迟尽可能小.2、IP QoS 体系结构与影响因素分析QoS 从概念上来说，可以看作是为一项或一类网络业务而定义的一组网络性能参数。 IP QoS 则是指数据包在网络传输中得到的服务质量，其研究目标是有效地为用户提供端到端的 服务质量控制或保证。 QoS 并没有创造带宽，只是根据应用程序的需求以及网络状况来管理 带宽。IP QoS 有一套性能参数，主要包括：* 可用性：用户与网络连接的可靠性。* 传输延迟：两个参照点之间发送和接收数据包的时间间隔。* 可变延迟：也称为延迟抖动，指接收的一组数据流中数据包之间的时间差异。* 吞吐量：网络中发送数据包的速率，可用平均速率或峰值速率表示。* 丢包率：在网络中传输数据包时丢弃数据包的最高比率。数据包丢失一般是由网络拥塞 引起的。一般在 QoS 保证的实现中，可以根据具体应用的

6、不同要求将这些参数组合起来构成不同 的服务等级。针对以上QoS具体指标，结合业务需求分析现网中的主要QoS表征，当前影响IP技术 作为下一代网络核心的主要因素如下。2.1 丢包率当网络健康状况下降时，分组包频繁丢失造成控制层不断发起重传，一方面所承载业务 的用户感受显著下降；另一方面会使得网络整体负荷有较大增加，对所承载的其他业务造成 冲击。其形成原因有两点：一是物理传输过程中的误码，这种情况发生的概率极低；另一个 是传统IP技术不能保障业务带宽造成的，而且越是当网络流量拥塞时，影响更为强烈，其 发生概率也就越大。2.2 可变时延 即抖动，它会对语音、视频流等实时业务造成较大影响，严重时甚至会造成业务质量无 法被用户接受。其形成原因可能是IP网络路由状态频繁变化，使得各数据包分别经由不同 物理路由到达；网络节点流量超忙，数据包在各节点缓存时间过长，使得到达速率变化较大。 在核心网络中，后一种情况更为常见。2.3 业务时延 测试结果表明，如果网络中数据包的整体到达速率较为稳定，即使对于语音等较为敏感 的实时业务，在传输时延较大时仍能维持相对较好的用户感受。影响时延的因素主要有：物 理传输

7、时延、包处理时延和缓存排队时延，前二者相对稳定，而后者是造成抖动的原因之一。2.4 业务带宽 对于未来核心网络中的承载业务而言，其对带宽的需求分为两类：一类以背景类业务为 代表，对总体时延和抖动等实时指标并不敏感，只关心在单位时间内能否将数据送达接收方， 其体现在带宽需求上就是平均带宽；另一类以交互式业务为代表，对抖动等实时指标敏感， 强调尽可能保障其最大带宽需求。3、QoS 分层模型为了全面考察多媒体通信系统中端到端的 QoS, K.Nahrstedt 等人提出了一个分层的 QoS 模型。 该模型分为三个层次:应用层, 系统层(包括操作系统服务和通信服务)和设备层 (包括网络和多媒体设备)，其中在设备层上主要关注网络及其QoS,因为这是多媒体通信系 统所关心的。每一层上都需要引入QoS参数来描述该层提供的服务。应用QoS参数描述对应用服务的 要求，系统QoS参数描述由应用QoS导出的对通信服务和操作系统服务的要求，网络QoS 参数则描述对于网络服务的要求，多媒体设备QoS参数典型地指定媒体数据单元的时序和吞 吐量要求，它往往可在应用QoS参数中找到相应的表示以下我们仅考虑三类QoS参

8、数：应 用QoS参数，系统QoS参数和网络QoS参数。3.1应用QoS参数应用 QoS 参数是与特定应用相关的。非实时应用不需要延时保证，但交互式应用与非交 互式应用对延时的敏感程度不同。非实时应用的可靠性由TCP协议保证，不属于我们考虑的 范围因而可定义非实时应用的应用QoS参数为“延时敏感性。3.2系统QoS参数系统 QoS 参数包括数据流特征参数、数据流性能参数、数据流控制参数和代价描述参数， 可以定量或定性的方式描述。3.3网络QoS参数网络 QoS 参数通常以网络负载和网络性能的形式来描述.网络负载描述网络业务的特 征，网络性能描述网络服务必须满足的要求。网络QoS参数依赖于网络类型及所采用的业 务模型.针对IP网络，IETF提出了一种综合业务模型，一个流规范建议，和两个服务规范 保证的服务(Guaran-teedService,GS)和控制负载的服务(Controlled-Loadser-vice, CLS) 。将 IP 网络上的各种应用按照周期性及实时性特征进行分类，分析各类应用对服务质量 的要求。然后按照QoS的分层模型，提出了应用层、系统层和网络层三组QoS参数，并给

9、出 了选择这些参数的依据、参数定义及参数计算方法。4、QoS 测量方法分类相应于网络测量的多种方法，QoS测量的分类标准有多种。QoS的测量方法可以按以 下的方式进行分类。第一种方法分为直接测量和间接测量，间接测量的方法依赖于网络模型和假定，如测 量只在网络的入口点，而且关于模型的进一步的评估贯穿整个结构，这种评估有其固有的不 确定性。直接测量不依赖于任何的模型或者预期行为，只取决于直接的流量观察。第二种方法分为基于聚合的测量和基于采样的测量。基于聚合的测量在提供结果之前 就收集分析数据(如 NetFlow) 。这种测量方法在测量丢包率的情况下有些不足。基于采样 的测量方法提供了更为详细的结果或者是观测结果的子集。第三种方法分为主动测量和被动测量。被动测量不会影响网络流量，如 TCPDumP ， Net Flow,但是比较被动，是不可预测的上的数据情况，被动测量主要用于单点监测，难以 进行端至端的行为分析。主动测量会影响网络流量，但是比较灵活。两种方法有不同的缺点。 被动测量方式涉及沿网络通路对多点实际用户业务流监视，然后在这些测量基础上计算先前 决定的标准度量。在主动测量中，由测量设备将试验业务流注入网络。然后，沿通路各主要 点为测量监视此测试业务流。通过主被动测试应用的结合，可充分描述网络支持许多依赖 QoS 的应用的能力。虽然被动监视能容易识别可用带宽，但在保证网络支持对时间敏感业务 流的能力几乎无用。鉴于被动监视取决于用户业务的出现，它最适于运行网络对业务级协议 (sLA) 监视和网络告警功能那样的应用。相反，主动测试可用在开通前在定时和带宽要求两 个方面使网络预先达到要求质量。为此，主动测试常在新业务安装和配置期间使用，此时还 没有用户业务流。主动测试在寻找故障中也非常有用，因为它能很快决定问题所在位置，因 为测试业务流可沿怀疑通路注入，然后加以监视。与被动方式相比它通常降低了修复的平均 时间，在被动方式中通常技术人员必须设置陷阱，等待问题发生之后才能捕获用户业务流作 离线分析。采取哪一种测量方法取决于特定的条件和测量的原因，由于被动测量涉及到

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