周强，刘建，崔红威
辽宁大学信息科学与技术学院 辽宁沈阳 110036
摘 要：随着Internet的日益普及，他几乎延伸到了世界的每一个角落，已经成为各种各样有趣、有用的应用的承载工具。在Internet上进行多媒体传输的业务量越来越大。多媒体数据传输具有实时特性要求，即数据之间必须满足一定的时间要求，对网络传输时延、延时抖动等特性较为敏感。因此，网络必须对多媒体应用的分组进行特殊的处理，以保证以最小的时延和时延抖动提供可预见的服务。本文针对当前Internet网络环境，从QoS角度分析了综合业务和区分业务的特点和面临的一系列问题，提出了一种IP网络多媒体传输解决方案。
关键词：综合业务；区分业务；RSVP；QoS
衡量多媒体传输的主要技术指标是：延迟、抖动、丢包率。延迟是分组的第一位离开发送端与分组的最后一位到达接收端的时间间隔。抖动是分组延迟的变化程度。丢包率是一定时间间隔内，丢失的分组／传输的分组总数。在Internet上进行多媒体传输巨大流量和连续媒体的实时性要求是重要的环节。多媒体应用在一定程度上能容忍不可靠传输，分组也不必按顺序到达，甚至丢失分组可不予考虑或可用某些数据近似代替，但他不能容忍长时间的延迟停顿。所以必须保证多媒体传输的实时性、低延迟、低丢包率、低抖动。由于传统的IP只有一种服务类型，即尽力而为的（best-offort服务模型，他对所有的分组同等对待，路由器采取FIFO（先进先出）的调度转发算法，所以不能保证多媒体数据包的实时性、低延迟、低抖动、低丢包率。为了保证多媒体数据的传输必须提高Internet的QoS（服务质量）。QoS就是能够对数据包进行合理的排队，对含有内容标识的数据包进行优化，并对其中特定的数据包赋以较高的优先级，从而加速传输的进程，并实现实时交互。
1 综合业务（Integrated Services）［1］
为适应多媒体数据等实时数据传输保证应用的QoS，IETF在1994年提出了综合服务模型。综合业务的特点是资源预留，实时应用在传输数据前必须首先建立通道和预留资源。综合服务的模型，如图1所示。
综合业务传输多媒体的缺点：首先，综合业务资源预留与当前IP网络基本模型尽最大努力去发送数据包相矛盾，会降低网络带宽的利用率，浪费网络资源。其次，综合业务的扩展性小，他要求网络中的所有节点都必须实现RSVP、许可控制、分类和包调度，这些在Internet上几乎是不可能实现的。
2 区分业务（Differentiated Services）［2］
为了解决综合业务面临的问题，IETF于1998年提出区分业务模型。区分业务的主要思想是在网络的边缘设备上对每个分组进行分类、标记DS域，用DS域来携带IP分组对服务的需求信息。在网络的核心节点上，路由器根据分组头上的DS码点（Code Point）选择码点所对应的转发处理。区分业务模型如图2所示。
区分业务传输多媒体数据的缺点：他没有办法完全依靠自己来提供端到端QoS保证。网络资源管理复杂，协议的简单带来网络规划的复杂。
综上所述，利用综合业务技术来传输多媒体数据面临的问题是扩展性差，浪费网络资源。利用区分业务技术来传输多媒体数据面临的问题是不能依靠自己实现端到端的QoS保证，必须依靠多个网络的合作。不论是综合业务还是区分业务都不能从QoS上解决多媒体在Internet上的传输。为了有效地在Internet上进行多媒体传输，可以综合两种服务方式的优点。
3 IP网络多媒体传输解决方案
新的解决方案主要思想是采用综合业务与区分业务交互连接的方式，在综合业务中采用利用一种NEW-RSVP协议进行资源预留，当发送者需要发送数据时，他利用NEW-RSVP协议进行资源预留，由于NEW-RSVP协议是非路由协议，在Internet上所有节点配置他几乎是不可能的，当接收者同发送者位于不同的网络并且中间跨越的网络比较多时，就不能提供综合业务保证多媒体传输的QoS。在Internet主干上采用区分服务，当综合业务中资源预留的信令到达区分业务的边缘路由器时，边缘路由器根据流提出的服务级别进行分类，在核心路由器中根据分组的优先级别进行相应的调度转发策略，提供粗粒度的QoS。方案的参考模型如图3所示。
(1)NEW-RSVP
是一种带有优先级的改进型资源预留协议。他在资源预约方式及预约重试两方面对RSVP进行了改进。NEW-RSVP对各种业务进行级别划分。NEWRSVP的业务区分级别使用IPV4报头中的服务类型（Type OfService）字段，并将8位TOS字段重新命名。1 bit为业务类型，剩余7 bit为各业务的优先级。结构如图4所示。
NEW-RSVP彩霞双向预约的方式，与RSVP不同的是当预约在某一节点未能通过批准，该节点纪录当前状态进行缓存以便下一个周期到来时重新进行预约，并将流规范消息进行适当的修改传到下一跳路由进行资源预留。当某个节点不能进行资源预留时，NEW-RSVP可以通过抢占方式进行资源预留重试。高级别的流抢占低级别流分配的资源，从而达到高级别流的QoS。当优先级别低的资源预留不能抢占级别高的资源预留时，NEW-RSVP采用原来的RSVP软状态刷新的预约重试方法，路由器周期性的向邻居节点广播流状态消息，所以路由器可以在每个刷新周期到来时重试预约。抢占算法描述如下：在阻塞节点上优8先级高的预留抢占优先级低的预留资源，同时设置一个时间阀值T，该阀值用于使级别低的预留得到资源，当网络处于阻塞状态时，级别低的预留可能永远得不到预留资源，当该级别预留请求时间大于T时，他就会抢占比他级别高已预留的资源。
（2）边缘路由器
是对区分业务中边缘路由器功能的扩展，使综合业务的信令可以透明地通过区分业务的网络。从而能保证在边缘路由器上对预留流进行汇聚分类，边缘路由器不需要复杂的全局管理器进行策略管理，他可以依据综合业务预留流的级别进行分类、应用级别约定和流量调节约定。
（3）核心路由器
根据边缘路由器对分组级别的划分提供相应的服务。
该方案的优点：
（1）综合业务业务范围窄，虽然能提供端到端的QoS保证，但在Internet上所有节点支持RSVP几乎是不可能的。RSVP支持隧道技术，但当分组透明通过普通节点时并不能提供QoS，所以在Internet上采用综合业务保证QoS意义不大。采用综合业务和区分业务交互合作的方式，使综合业务的预留信令透明的通过区分业务网络，解决了综合业务业务范围窄，不能在Internet配置的特点，同时也能提供端到端的QoS保证。
（2）NEW-RSVP是RSVP协议的改进型预留议。NEW-RSVP通过业务优先级的划分采用抢占式预留重试算法，加快了重新预留的进度，能保证类似多媒体这样对QoS要求较高的业务实时传输。
（3）区分业务规则简单但管理复杂、组件高度分散的特点必须对他们进行集中管理，必须有一个全局的带宽管理对全局资源进行动态管理。采用综合业务和区分业务交互合作的方式，不需要对业务进行额外的划分，他可以依据综合业务预留流的级别进行分类、应用级别约定和流量调节约定，减轻了全局动态管理的复杂性。
4 结 语
随着Internet日益发展，各种新业务纷纷涌现，服务质量问题越来越成为各种业务是否顺利实施的关键。综合业务和区分业务交互合作能有效地解决多媒体数据在IP网络上的传输问题，他还有一些问题有待改进，例如不能依靠单个网络提供端到端QoS问题、不能提供服务质量保证等。
参考文献
［1］ RFC1663 Integrated services in the Internetarchitecture：an Overview．
［2］ RFC2475，Dec．1998 Blake S，Black D，etal．An architecture of differentiated services．
［3］ RFC2205 resource reServation protocol（RS-VP）——version 1 functional specification.
摘自《现代电子技术》
