IPV6中QoS机制探讨

摘　要：IPV6当前正在运用的初期，很多技术处于探索状态，在IPV6中如何实现QoS（服务质量）应用是IPV6运用的一个重要课题，本文通过对IPV6的技术分析和服务质量现状的分析，提出在IPV6中应用QoS的一些思路和看法。

关键词：IPV6 ；QoS； 机制
　　QoS（Quality of Service）即服务质量。对于网络业务，服务质量包括传输的带宽、传送的时延、数据的丢包率等。在网络中可以通过保证传输的带宽、降低传送的时延、降低数据的丢包率以及时延抖动等措施来提高服务质量，这对于一些关键应用数据流和多媒体数据流在网络中的传输有至关重要的作用。QoS在传统的IPV4中已经有一些成熟的应用，但使用效果很不尽如人意。
　　作为下一代网络的IPV6中QoS机制又将如何实现的呢？它能够解决IPV4中QoS应用的固有顽疾吗？
　　一、IPv6作为新一代的协议，有实现QoS的更好的技术条件。
　　IPV6的基本报头40字节，其中可作为QoS实现的字段有两个字段：Traffic Class(流量类别)，Flow Label(流标签)。
　　Traffic Class(流量类别) 占用8比特，它可用于代替IPv4中的Type of Service（服务类型）字段，有助于处理实时数据以及任何需要特别处理的数据。发送节点和转发路由器可以使用该字段来识别和分辨IPv6数据包的类别和优先级。 
　　IPv6在QoS上的一个重要补充和改进是引入了流标记(Flow Label)机制，它是在协议上通过20比特来标识一组需要在端到端路径上被所有途经路由器同样处理的业务流量。目前关于流标记的应用还在试验阶段。
　　除了流标记之外，IPv6还引入了两个扩展报头，分别是选路扩展报头和逐跳扩展报头，功能上可对QoS实施提供预留手段。
　　Flow Label(流标签)占用20位，用于区分需要相同处理的数据包，以此来促进实时性流量的处理。发送主机能够用一组选项标记数据包的顺序。路由器跟踪数据流并更有效地处理属于相同数据流的数据包。
　　二、当前应用方法
　　由于IPV4的QoS已经得到多年使用，应用基本成熟，所以有些模型方法IPv6中也在继续使用。
　　IPv6QoS现在在体系结构上与IPv4QoS基本相同，主要划分为IntServ和DiffServ两种模式。
　　1．综合业务（IntServ）模型
　　综合业务的实现目前主要是通过RSVP信令协议，RSVP信令协议可以操作在IPv4和IPv6协议。
　　在Int—Serv流中，定义了三种类型的业务，即：保证业务(Guaranteed—Service，GS)、受控负载业务(Controlled—load—Service，CLS)、尽力而为的业务(Best—Effort)。
　　综合业务模型能够提供绝对有保证的Qos，详细的设计使RSVP用户能够仔细地规定业务种类，因为RSVP运行在从源端到目的端的每个路由器上，因此可以监视每个流，以防止其消耗比它请求、预留和预先购买的要多的资源。
　　但是综合业务模型的可扩展性是最大的一个问题，因为综合业务模型要求端到端的信令，这在复杂的运营商网络中很难实现。资源预留的特点与IP网络无连接的特点相冲突。该模型也不适合于短生存期的流，因为为短生存期包预留资源的开销很可能大于处理流中所有包的开销。因特网流量绝大多数是由短生存期的流构成的，所以综合业务模型无法大范围应用。
　　2．区分业务（Diff－Serv）模型定义了不同优先级的服务。
　　与Int—Serv类似，Diff—Serv也定义了三种业务类型：最优的业务(Premium)、分等级的业务(Tiered)、 尽力而为的业务(Best—Effort)。
　　区别型业务模型完全不同于综合型业务模型，它的优点是：伸缩性较好，DS字段只是规定了有限数量的业务级别，状态信息的数量正比于业务级别，而不是流的数量，便于实现，只在网络的边界上才需要复杂的分类、标记、管制和整形操作，ISP核心路由器只需要实现行为聚集(BA)的分类，因此实现和部署区别型业务都比较容易。
　　但是Diff—Serv没有办法完全依靠自己来提供端到端的QoS结构，Diff—Serv需要大量网络单元的协同动作，才能向用户提供端到端的服务质量，鉴于这些组件高度分散的特点和对它们进行集中管理的需要，必须有一个全局的带宽管理对全局资源进行动态管理。
　　三、IPV6中QoS重新设计中的问题
　　IPv6提供一定的QoS控制策略．首先，IPv6分组头 定义了一个4比特的优先级区域，可以指示16种优先级别，同前面所讲的IPv4 的 ToS字段类似，各级别分别用于非实时传输业务和实时传输业务，但是协议中的应用指南并没有严格规定IPv6路由器应如何使用这一优先级区域。
　　在未来的IP网络中，优先级标签并不是IPv6指出分组的QoS的惟一方法，IPv6的分组头还包括1个20比特的信息流标签，这个标签可由初始化程序来设定，指出某组数据分组属于某种特定的IP信息流，这样，路由器不需要检查地址、程序端口或其他信息，就可将数据分组分类。在IP分组头中带有信息识别号可以使路由器的工作得到简化，因此也就减少了路由器确定数据分组的QoS的时间，但是仍需其他预留协议配合使用。
　　在IPv6中，不同的服务类别同样可以由不同的多播组实现。现有的IPv6的ICMP多播回放控制消息机制可被用来塑造发送方和中间路由器的流量特点(比如由发送方生成最高品质；由于多播成员顺流，所以哪条链路要传送这个多播组；如何进入/离开一个多播组等等)。不利的方面是，发送者将不得不多次提供基本相同的数据(但品质不同)，接收方需要知道预订哪个组，以便匹配特定的传输和终端系统功能。
　　四、在IPV6中实现QoS的几点思路
　　1．要考虑与现有技术的兼容问题
　　出于节约资源保护用户投资角度，在IPV6中实现QoS要充分考虑与现有技术兼容问题。采用新的QoS机制可能涉及的设备包括：各层级路由器、各种网关设备、以太网交换机和网络终端，它们分布于不同层次的网络中，新的QoS体系应根据网络具体情况考虑妥善的过渡策略，尽可能保护用户投资。
　　在IPv6建设中将产生新的应用方法和方式，但 IPv4体系上现有业务应用平滑过渡可能是当前最主要的工作， 所以IPv4的QoS过渡到IPv6的QoS的将是一个分步实施过程。IPv4体系已经建立了庞大的用户群和网络群，在相当长的时间内，两种体系将共同发展。
　　2.标准化是唯一选择
　　目前网络研究主要通过两个途径提高QoS，一个是节点控制；另一个是整网或局部网络控制。整网或局部网络控制通常通过对路由与信令的控制达到对业务流或业务连接在网络中 传输的直接控制，路由直接关系到网络性能，所以QoS路由成为解决QoS问题的一项关键技术。
　　IPv6可以使用选路扩展报头和逐跳扩展报头来帮助QoS路由的实现。前者类似于IPv4协议中的宽松源路由，发送者可以指定一个数据报所经过的路径，这个功能在源节点能够用于感知网络拓扑和QoS参数；后者可以使得网络中所有路由器在QoS感知的路径中快速处理路由器告警信令消息。
　　在网络运行中，一些数据已得到了验证，通过这些研究结果制订出今后一段时间的运行标准是可能的，标准的出台是解决当前QoS应用混乱问题的唯一方法。
　　3. QoS的分层结构
　　由于网络的扩展性、安全性、易管理性的要求，在IPV6中应用QoS适合用分层结构来设计，在分为互联网主干、主要运营商和接入网三层，在互联网主干和主要运营商的层次运用标准化编码来规范业务流，在接入网层次提供指导标准。
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