田向陽　劉漩

摘要：本文介紹了網(wǎng)絡QoS的概念、作用和分類，討論了船舶局域網(wǎng)的組成及業(yè)務類型，最后給出區(qū)分服務模型QoS在船舶局域網(wǎng)的實現(xiàn)方法。

關鍵詞：船舶局域網(wǎng)；服務質(zhì)量；區(qū)分服務模型

中圖分類號：TP393.02 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）01-0037-02

船舶在海上航行過程中，需要進行內(nèi)部通信并時刻同外界保持聯(lián)系，以進行協(xié)同工作和獲取需要的信息，IP網(wǎng)絡通信由于其靈活、方便、多樣化成為了船舶內(nèi)部通信的重要的手段，隨著衛(wèi)星通信設備在船舶上的配置，船舶IP網(wǎng)絡得以同外界聯(lián)接，IP網(wǎng)絡通信也成為了一個重要的與外界通信的手段[1]。在目前階段，大多數(shù)船舶IP網(wǎng)絡中所有的報文都被無區(qū)別地等同對待。即每個網(wǎng)絡設備對所有的報文均采用先入先出的策略進行處理，依照報文到達時間的先后次序分配所需的資源，盡最大的努力將報文送到目的地。對報文傳送的可靠性、傳送延遲、丟包率等性能都不提供任何保證，所以僅適用于對這些性能不敏感的普通服務，如網(wǎng)頁瀏覽、文件下載、電子政務等等[2]。

但對隨著諸如IP電話、數(shù)據(jù)、語音、圖像等實時業(yè)務類型的增加，需要一種可以為不同類型業(yè)務流提供差分服務等級的技術來對流量進行調(diào)控，避免并管理網(wǎng)絡擁塞，減少報文的丟棄率，即QoS（Quality of Service，服務質(zhì)量）[3]。

1 QoS簡述

QoS是網(wǎng)絡的一種安全機制，用來解決網(wǎng)絡延遲和阻塞等問題的一種技術。無論網(wǎng)絡帶寬有多少，在某些時刻帶寬資源總會不夠，當網(wǎng)絡發(fā)生擁塞的時候，所有的數(shù)據(jù)包都有可能被丟棄，而有些數(shù)據(jù)包極為重要不能被丟棄，這就需要網(wǎng)絡能根據(jù)用戶的要求分配和調(diào)度資源，對不同數(shù)據(jù)包提供不同的服務質(zhì)量：對實用性強且重要的數(shù)據(jù)報文優(yōu)先處理；對于實時性不強的普通數(shù)據(jù)報文，提供較低的處理優(yōu)先級。配置了QoS的網(wǎng)絡環(huán)境，增加了網(wǎng)絡性能的可預知性，并能夠有效的分配網(wǎng)絡帶寬，更加合理的利用網(wǎng)絡資源[4-7]。

QoS具有三種服務模型：盡力而為服務模型（Best-Effort）、綜合服務模型（Int-Serv）和區(qū)分服務模型（Diff-Serv）[8]。

盡力而為服務模型是最簡單的服務模型，網(wǎng)絡盡最大可能性來發(fā)送報文，不考慮延時和可靠性的問題，它是網(wǎng)絡默認的服務模型。

綜合服務模型使用資源預留協(xié)議（RSVP），可以滿足多種需求。RSVP協(xié)議運行在網(wǎng)絡中的每一個設備上，可以監(jiān)測每一個數(shù)據(jù)流，保證每一項服務的質(zhì)量。但該模型對設備要求很高且可擴展性很差。

區(qū)分服務模型是一個多服務模型，它通過為不同的業(yè)務流標記不同的優(yōu)先級來保證網(wǎng)絡服務質(zhì)量。

2 船舶局域網(wǎng)

船舶局域網(wǎng)是指由船舶內(nèi)計算機、安保監(jiān)控設備、視頻會議系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸、服務器等設備相互連接的網(wǎng)絡系統(tǒng)。船舶上各部門、單位可以通過該網(wǎng)絡相互聯(lián)系，并且可通過衛(wèi)星通信系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)接，從而達到與外界溝通的功能[9]。其組成示意圖如圖1所示。

3 船舶局域網(wǎng)區(qū)QoS部署原則

根據(jù)各部門的數(shù)據(jù)傳輸需求，摸清接入局域網(wǎng)的信息終端類型和數(shù)量，在接入點進行配置，保證高優(yōu)先級業(yè)務的帶寬，限制低優(yōu)先級業(yè)務（尤其是公共信息業(yè)務）的帶寬，并在衛(wèi)星信道出口限制業(yè)務信息總帶寬。

船舶局域網(wǎng)服務質(zhì)量保障策略采用區(qū)分服務模型，采用復雜流策略配置與管理，主要包括業(yè)務分類、優(yōu)先級標識、流量管理和隊列調(diào)度機制。

3.1 業(yè)務分類

典型的業(yè)務分類有兩種方式：

（1）基于IP五元組信息進行報文分類：對于非分片報文（IP包長不大于1500Byte）采用基于IP五元組的流分類方法。

（2）基于源IP地址和目的IP地址兩元組進行報文分類：對于分片報文（IP包長大于1500Byte）采用基于兩元組的流分類方式。

UDP分片后只有首片包攜帶UDP頭，尾片包只有IP頭，因此對于分片報文只能采用兩元組的分類方法，如果采用五元組分類，則會導致只有首片符合條件[10]。在視頻圖像傳輸、IP電話及數(shù)據(jù)傳輸?shù)葢脮r，需要注意。

3.2 優(yōu)先級標識

優(yōu)先級標識可以通過兩種方式獲得，一種是通過信任報文自帶的優(yōu)先級標識，一種是對報文的優(yōu)先級字段進行重標記。在實際應用中，兩種方式應該結(jié)合使用。

在網(wǎng)絡的邊界節(jié)點設備需要對進入的報文進行優(yōu)先級重標記，目的是為了防止應用程序發(fā)出的報文自帶高優(yōu)先級標識從而得到非法的QoS保證。重標記是對報文的優(yōu)先級字段進行設置。在不同的網(wǎng)絡中報文使用不同的優(yōu)先級字段，船舶局域網(wǎng)中統(tǒng)一采用DSCP（Differentiated Services Code Point，差分服務代碼點）優(yōu)先級標識。

網(wǎng)絡內(nèi)部的節(jié)點設備對邊界節(jié)點所標記的優(yōu)先級標識采用優(yōu)先級信任機制，提供相應等級的QoS服務。

3.3 流量管理

流量管理是指對報文進行控制，通過監(jiān)督進入網(wǎng)絡的報文速率，對超出限制的報文進行丟棄，使進入的報文被限制在一個合理的范圍之內(nèi)，從而保護網(wǎng)絡資源。

在網(wǎng)絡的邊界節(jié)點設備（即與衛(wèi)通系統(tǒng)相連的路由器）需要對進入的報文進行流量管理，流量管理的原則是對接入網(wǎng)絡的高優(yōu)先級業(yè)務流量進行控制，使每條高優(yōu)先級的業(yè)務都有合適的帶寬保證，互相之間不會競爭，對低優(yōu)先級業(yè)務采用盡力而為的傳輸方式。

3.4 隊列調(diào)度

在實際網(wǎng)絡中，隊列調(diào)度機制的采用取決于流量監(jiān)管方式，在船舶局域網(wǎng)網(wǎng)絡當中，由于只對高優(yōu)先級的業(yè)務限速，保證高優(yōu)先業(yè)務足夠的帶寬使用空間，因此隊列調(diào)度采用優(yōu)先級隊列（Priority Queue，簡寫PQ）方式。

4 船舶局域網(wǎng)QoS部署方法

船舶局域網(wǎng)QoS部署方法原理如圖2所示。

（1）在業(yè)務接入的交換機入口，根據(jù)源IP地址進行流分類，標記業(yè)務優(yōu)先級，生成對應流行為及流策略，并應用到對應端口；對業(yè)務流量進行監(jiān)管，按照此接入交換機接入的用戶業(yè)務類型和數(shù)量進行帶寬預留和限制。

（2）在上流交換機（匯聚和核心交換機）的入口設置信任上行業(yè)務的優(yōu)先級。

（3）在核心交換機的出口設置PQ隊列，實行嚴格的優(yōu)先級隊列管理。

（4）在路由器出口進行分層服務質(zhì)量（Hierarchical Quality of Service，即HQoS）配置，限制出口總帶寬。

（5）在交換機間互聯(lián)鏈路接口上，根據(jù)業(yè)務類型、業(yè)務方向，在流入端口/接入VLAN上啟動服務務分級和帶寬限制；在流出端口啟動pq隊列，必要時限制帶寬。

5 船舶局域網(wǎng)QoS部署操作步驟

對船舶局域網(wǎng)進行QoS配置是一個復雜的過程，下面是該配置過程的需要的步驟。

配置流分類

（1）配置流分類：標記數(shù)據(jù)流后，創(chuàng)建流分類并根據(jù)實際情況選擇配置流分類中的匹配規(guī)則。

（2）配置流行為：進行報文過濾、重標記、重定向、流量監(jiān)管、流鏡像和流量統(tǒng)計。

（3）配置流策略：通過配置流策略，將流分類和流行為綁定起來，形成完整的策略。

（4）配應用流策略：綁定了流分類和流行為的完成流策略可以應用到核心交換機全局、接口、vlan上，實現(xiàn)針對不同業(yè)務的差分服務。

6 結(jié)語

本文討論了船舶局域網(wǎng)的組成和業(yè)務類比，并根據(jù)船舶實際情況確定了該網(wǎng)絡采用基于區(qū)分服務模型的QoS進行配置，該方法可以保證船舶局域網(wǎng)重要業(yè)務數(shù)據(jù)的可靠傳輸，具有很強的實際應用意義。

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