王　彥

[摘要]介紹DiffServ模型的體系結構，并重點研究DiffServ實現(xiàn)的核心機制擁塞管理機制。在實際設計隊列調度算法時，應根據(jù)網(wǎng)絡中不同的QoS要求，平衡影響調度算法設計的各種因素，進行合理的選擇。

[關鍵詞]服務質量區(qū)分服務擁塞管理隊列調度

中圖分類號：TP3文獻標識碼：A文章編號：1671—7597(2009)0210047－01

一、概述

QoS是指網(wǎng)絡通信過程中，允許用戶業(yè)務在丟包率、延遲和帶寬等方面獲得可預期的服務水平。更簡單地說：QoS就是針對各種不同的需求，提供不同服務質量的網(wǎng)絡服務。這就要求QoS機制能夠：在網(wǎng)絡輕載運行時，通過某種測量和監(jiān)管機制，控制不同業(yè)務享受不同服務水平；在網(wǎng)絡擁塞時，通過采取某種調度策略，保證重要業(yè)務仍然能獲得持續(xù)穩(wěn)定的服務保障。

IP QoS的體系結構包括綜合服務模型(IntServ)和區(qū)分服務模型(DiffServ)兩種。其中，DiffServ具有良好的可擴展性，適合于在大型主干網(wǎng)上提供QoS服務。而擁塞管理機制是保證DiffServ實現(xiàn)的核心機制之一，是解決多個業(yè)務競爭共享資源問題的有效手段。

二、DiffServ模型體系結構

DiffServ采用聚集傳輸控制模式，服務的對象是流聚集而不是單流，單流信息只在域邊界保存和處理。

其具體的過程是：首先，在網(wǎng)絡的邊緣進行不同業(yè)務的分類，并打上不同的DSCP值。分類的依據(jù)可以是報文攜帶的四層、三層或二層的信息。如報文的源IP地址、目的IP地址、源MAC地址、目的MAC地址，TCP或UDP端口號等。然后，在網(wǎng)絡的內部，根據(jù)DSCP值在每一跳上進行相應的轉發(fā)處理，比如。對實時業(yè)務提供快速轉發(fā)處理，對普通業(yè)務提供盡力而為轉發(fā)處理。

三、擁塞管理機制

擁塞管理是指網(wǎng)絡在發(fā)生擁塞時，如何進行管理和控制，包括隊列的創(chuàng)建、報文的分類、將報文送入不同的隊列、隊列調度等。在一個接口沒有發(fā)生擁塞的時候，報文在到達接口后立即就被發(fā)送出去，但是在報文到達的速度超過接口發(fā)送報文的速度時，接口就發(fā)生了擁塞。擁塞管理就是對這些報文進行分類，送入不同的隊列，然后用隊列調度對不同優(yōu)先級的報文進行分別處理，優(yōu)先級高的報文會得到優(yōu)先處理。常用的隊列調度算法有FIFO、PQ，WFQ，DWRR等，下面分別對這幾種典型的算法進行分析。

(一)先進先出隊列(Fi rst In Fi rst Out Gueuing，F(xiàn)IFO)調度算法

FIFO不對報文進行分類，當報文進入接口的速度大于接口能發(fā)送的速度時，F(xiàn)IFO按報文到達接口的先后順序讓報文進入隊列，同時，在隊列的出口讓報文按進隊的順序出隊，即先進的報文先出隊，后進的報文后出隊。

(二)優(yōu)先級隊列(Priority Oueuing，PQ)調度算法

PQ的4個隊列分別為高優(yōu)先隊列(high)、中優(yōu)先隊列(medium)、正常優(yōu)先隊列(normal)和低優(yōu)先隊列(low)。發(fā)送報文時按照等級順序依次發(fā)送，即先發(fā)送完所有high隊列中的報文，再發(fā)送所有medium隊列中的報文，然后再發(fā)送所有normal隊列中的報文，最后才發(fā)送10w隊列中的報文。這樣較高優(yōu)先級隊列的報文將會得到優(yōu)先發(fā)送，并且較低優(yōu)先級的報文將會在發(fā)生擁塞時被較高優(yōu)先級的報文搶先，使得關鍵業(yè)務(如視頻業(yè)務)的報文能夠得到優(yōu)先處理。PQ能保證高優(yōu)先級的業(yè)務，但是會出現(xiàn)低優(yōu)先級業(yè)務得不到服務的情況。

(三)公平隊列(Fai r Oueuing，F(xiàn)0)調度算法

FQ的基本原理是：分組在進入網(wǎng)絡時被分類，每個隊列對應一種流，發(fā)送報文時循環(huán)掃描隊列，從每個隊列取出一個分組發(fā)送。這種調度算法的問題是：大分組的隊列比小分組的隊列獲得較多的帶寬，而且不具備優(yōu)先級的調度。但是在某些情況下，某些隊列需要更高的優(yōu)先級，例如視頻流類型的隊列應該比文件傳輸類型的隊列具有更高的優(yōu)先級，以獲得更大的帶寬和更小的延遲。

(四)加權公平隊列(Weighted Fai r Queuing，WFQ)調度算法

FFQ是對FQ的一種改進的隊列調度算法。它通過為每個隊列施加不同的權重，來實現(xiàn)不同的帶寬和時間約束，提高相應流的服務質量。WFQ可以保證相同優(yōu)先級業(yè)務間公平，不同優(yōu)先級業(yè)務間加權。它在保證公平的基礎上又體現(xiàn)了權值，而權值的大小依賴于IP報文頭中攜帶的IP優(yōu)先級。WFQ按照流的優(yōu)先級來分配每個流應占出口的帶寬。優(yōu)先級的數(shù)值越小，所得的帶寬越少。優(yōu)先級的數(shù)值越大，所得的帶寬越多。

(五)加權輪詢隊列(Weighted Round Robin，WRR)調度算法

WRR在隊列之間輪流調度，保證每個隊列都能得到一定的服務時間。它可為每個隊列配置一個加權值(依次為w3、w2、w1、Wo)，加權值表示獲取資源的比重。如一個100M的端口，配置它的WRR隊列調度算法的加權值為50、30、10、10，這樣可以保證最低優(yōu)先級隊列至少獲得10Mbps的帶寬，避免了采用PQ調度時低優(yōu)先級隊列中的報文可能長時間得不到服務的缺點。WRR還有一個優(yōu)點是：雖然多個隊列的調度是輪詢進行的，但對每個隊列不是固定地分配服務時間片，也就是說，如果某個隊列為空，那么馬上換到下一個隊列調度，這樣帶寬資源可以得到充分的利用。不過當分組的大小不相同時，WRR會對分組較小的隊列帶來不公平性。

(六)差值加權輪詢隊列(Defioit Weighted Round Robin，DWRR)調度算法

為解決WRR不能支持長度不同的包而出現(xiàn)帶寬分配不公平以及計算復雜的缺點，提出了DWRR調度算法，該算法給每一個隊列分配的權值不是基于分組的個數(shù)，而是基于比特數(shù)。它結合了WFQ和WRR的優(yōu)點，能夠在輸出端口按隊列的權值為流提供相應的帶寬分配，而且能夠支持長度變化的流，特別是突發(fā)流，并且該算法實現(xiàn)較簡單。

四、結束語

IP網(wǎng)絡的QoS管理是針對不同的需求提供不同的服務質量。上面提到的幾個隊列調度算法有著各自的優(yōu)點和缺點，孰優(yōu)孰劣并不能一概而論，而應該根據(jù)網(wǎng)絡中不同的QoS要求，平衡影響調度算法設計的各種因素，進行合理的選擇。如當要求算法復雜度低，不用對數(shù)據(jù)流區(qū)別對待，以便于高速處理時，可以選擇FIFO算法，但這樣就不能對可靠性和傳輸時延提供保證；當需要為某業(yè)務提供絕對保障時，可以選擇PQ算法，但低優(yōu)先級業(yè)務可能得不到服務；當需要公平分配帶寬，并且對某些應用要求提供較小的時延時，可以選擇WFQ算法，但是它比較復雜；既要公平分配帶寬，又要算法相對簡單，可以選擇DWRR算法。隨著網(wǎng)絡技術的發(fā)展，相信會不斷涌現(xiàn)更多算法，從而更好地滿足不同網(wǎng)絡條件下對不同業(yè)務需求的支持。