一、概述
1、概念
服务质量（QoS，Quality of Service）是一个宽泛的概念。对于电信服务，体现在电信用户对提供的电信服务或业务的感受和体验的程度，用户满意，则电信的服务质量就好。从表面看，它又是一个相对的概念。但对于电信系统或电信网络，必须要确定一个相应的考核服务质量的指标体系（包括其事件、参数、模型、性能指标等），以使其满足这些指标体系，来保证用户的满意度。然而，确定的指标体系的高低又直接影响着电信系统的技术成本和投入成本，因此服务质量必将是一个折衷的概念。
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我们知道，电信网络目前主要分为传统的通信网络和IP网络，由于其传输机理的不同，它们的考核服务质量的指标体系是不同的，即是对于提供相同的业务。关于IP网络，则是指数据包在网络传输中得到的服务质量。在GB/T 32402-2015《通信名词术语 数据通信 因特网》标准中，对于IP网络的服务质量（QoS）的定义是：下述诸方面应保证一定的质量：数据传输时不丢失信元；具有可预见的端到端时延；一旦连接被建立就能以实时方式传送数据。而在我国通信行业标准YD/T 1703-2007《电信级IP QoS体系架构》中，对于IP网络的服务质量（QoS）的定义更加具体，请见下表1-1。
表 1-1：YD/T 1703-2007对IP网络QoS的定义
2、关于IPv6的 QoS 机制概述
IP 协议是无连接协议， IP 网络基于数据报传输模式，因此最初的 IP 网络中没有服务质量（QoS）的概念，IP 网络不能保证足够的吞吐量和符合要求的传送时延，网络只是尽最大努力（Best-effort）来满足客户的需要。在 Internet 网络规模迅速扩展的同时，网络上开放的业务种类也在不断增加。在传统的非实时型的数据通信方式的基础上，网络业务正逐步向实时性要求很强的话音通信（如IP Phone）、传真通信（如IP FAX）和多媒体通信（网络电视会议、可视电话和点播电视（VOD）等）等方面发展。针对 IP 网络上传输实时数据的问题，主要关系到它们需要的带宽以及必须满足的严格的最大延迟时间要求。 Steve Deering 在1992年秋提出的新版互联网的协议IPv6草案中就考虑到了对 QoS 的支持，再1998年12月IETF正式发布了IPv6协议的标准RFC 2460。IPv6对 QoS 的支持主要反映在IPv6的包头中定义了两个重要参数：业务类别（traffic class）和数据流标志（flow label）字段。
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IETF 有多个工作组在不同的领域从不同角度研究解决 IP 网服务质量的方案。有针对具体业务的要求，对业务进行分类和/或进行资源预留来实现服务质量要求的协议机制，如综合业务模型（IntServ，Integrated Service）/资源预留协议（RSVP，Resource Reservation Protocol）、区别业务模型（DiffServ，Differential Service）。
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二、综合业务模型（IntServ）
综合业务模型（IntServ）以标准的资源预留协议（RSVP）作为实现机制，是IETF IntServ小组于1994年提出的。通过 IntServ，将可以实现 IP 网中的 QoS 传输以及对实时业务的支持，使得各种应用能够为其数据包选择服务等级。
1、IPv6对流和资源预留的支持
流是特定源和目的地间的报文序列，源要求中间路由器对这些报文进行特殊处理。一般来说，路由器收到流中报文后，根据流标识符查找路由器中保存的流上下文，对流中的报文进行同样的处理，从而加快了报文的处理速度。IPv6报头的格式里，有20比特的流标签（Flow Label）域。当主机发送报文时，如果需要把报文放到流中传输，只需在流标签里填入相应的流编号。如果在流标签里填0，就作为一般的报文处理。路由器收到流的第一个报文时，以流编号为索引建立处理上下文，流中的后续报文都按上下文处理。
IPv6的资源预留协议（RSVP）使用流标签来申请资源和相当的优先级，实现 IP 网中的 QoS 传输以及对实时业务的支持，使各种应用能够为其数据包选择服务等级。IPv6流标签可以用在IPv6服务质量保证，流标签的具体使用在在RFC 6437《IPv6 Flow Label Specification》中详细描述。
2、IntServ
该模型是对于每一个需要进行 QoS 处理的数据流使用一定的信令机制，在其经由的每一个路由器上进行资源预留实现端到端的 QoS 业务。其工作过程简述详见下表2-2-1。IntServ 模型定义了三种业务类型，即：保证型业务（Guaranteed Service）、控制负载型业务（Controlled load Service）和尽力而为型业务（Best-effort Service），并且这些业务类型对路由器的要求进行了描述，具体释义详见下表2-2-2。
表 2-2-1：IntServ模型工作过程简述
表 2-2-2：IntServ 模型定义的三种业务类型
为了实现上面的业务，IntServ定义了4个功能部件，网络中的每个路由器都要实现这4个功能部件：数据包分类器（Packet Classifier）、接入控制器（Admission Control）、分组调度器（Packet Scheduler）和RSVP 协议处理器（RSVP Process），其作用详见下表2-2-2。IntServ 的技术基础包括：先进的冲撞管理；限制延迟、抖动以及网络内带宽消耗的排队算法；资源预留协议（RSVP）。
表 2-2-3：IntServ 模型定义的功能部件的用途
三、区别业务模型（DiffServ）
区别业务模型（DiffServ）与 IntServ 的本质不同在于它将不是针对每一个业务流进行网络资源的分配与 QoS 参数的配置，而是将具有相似要求的一组业务归为一类，随后对这一类业务采取一致的处理方式。Diffserv 的基本机制过程简述详见下表3-0-1。另外，在单跳行为之外，一个完整的 DiffServ 结构还包含边缘行为和带宽管理两个基本部件。其含义详见下表3-0-2。
表 3-0-1：Diffserv 的基本机制的特点
表 3-0-2：边缘行为和带宽管理
1、DiffServ 工作机制
DiffServ 模型利用了IPv6的业务类型（Traffic Class）字段作为 DS 字段。当数据流进 DiffServ 网络时，边缘路由器通过标识 DS 字段，将 IP 包分为不同的服务类别，而网络中的其它传送路由器在收到该 IP 包时，则根据该字段所标识的服务类别将其放入不同的队列，并由作用于输出队列的流量管理机制控制每个队列，即给予不同的每一跳行为（PHB，PerHop Behavior）。其中最主要的就是对每个队列的出带宽分配、以及发生拥塞时如何丢包这些资源的分配规则都是预先设定好的。
2、DS 字段描述
DS 字段共8比特，其中6比特可供目前使用，称为 DSCP（DiffServ Code Point）字段，剩余2比特供将来使用。DS 字段的具体格式详见下图3-2。DSCP 称为 DiffServ 编码点，如前所说，它将是分组所享受的服务质量的惟一标志。DiffServ 充分考虑了 IP 网络本身灵活、可扩展性很强的特点，将复杂的服务质量保证通过 DS 字段转换为先进的单跳行为，从而大大减少信令的工作。因此，DiffServ 不但适合在运营商网络环境中使用，而且大大加快了 IP QoS 在实际网络中应用的进程。
图3-2：DS 字段格式
3、PHB 定义
在 DiffServ 域的路由器中，将对属于某一服务类别的业务流进行一致的处理。这种处理包括队列选择、排队、丢弃等。对属于同一服务类别的业务流进行的标准化处理的组合就构成了每一跳行为（PHB）组。下述将介绍现有的 PHB 组以及它们与 DSCP 编码点的关系。PHB 中还包括了该 PHB 组与其它 PHB 组之间的互操作问题。PHB 是对路由器服务质量处理的总体描述，它并不对实现 PHB 的具体技术加以规定。这样，不同的厂商将可以采用自己的实现方式，只要结果能够满足标准 PHB 的要求就可以了。另外，通过对标准 PHB 的组合，各个厂商将可以实现自己所专有的业务。目前RFC 2475定义了4种 PHB，它们是尽力而为 PHB （默认 PHB，DS PHB )、加速转发 PHB （EF PHB）、可靠转发 PHB（AF PHB）和类别选择 PHB（Class Selector PHB）。它们的具体释义详见下表3-3-1；PHB推荐的DSCP值详见下表3-3-2。
表 3-3-1：4类 PHB的Qo S分类介绍
表 3-3-2：4类PHB的建议DSCP值
在原先IP协议（IPv4）中，ToS字段的定义分为两个子字段，其中，IP优先级占3bit（P2~P0），ToS占4bit（T3 ~T0），最低比特未定义，如图3-3所示；而IP优先级子字段的定义（8个级别）详见下表3-3-3。为了和上述IP优先级的定义后向兼容，IETF区分服务又定义了一类“类选择器”（CS，Class Selector），其DSCP编码是xxx000，后3bit全为零，前3bit对应于IP优先级，如表3-3-4所示。对于CS类的PHB并没有详细定义，只是规定DSCP值大的CS的实时服务等级应高于DSCP值小的CS，路由器对于不同CS等级的业务流应独立转发。具体各个CS等级的PHB在满足上述最低要求的前提下可以另行定义，插入EF和AF之中。
图 3-3：IPv4中ToS字段定义
表 3-3-3：IP优先级子字段的定义
表 3-3-4：CS的DSCP编码
四、小结
下表4-1给出了IntServ模型和Diff-Serv模型各自定义的3种业务，以供比较。下表4-2列出了IntServ和DiffServ各自存在的局限性。鉴于此，为了最大限度地利用两种机制的互补特性，IETF 提出了IntServ over DiffServ机制，试图解决DiffServ的端到端QoS支持。该模型在网络的边缘处采用IntServ/RSVP机制，而在网络的核心处采用DiffServ机制。对于这种集成模型，关键在于域交界处的处理。这又将包括两个方面：第一是控制面的资源预留，第二是数据面的服务类型映射即如何把一个IntServ服务类型的数据包分类映射为一个DiffServ的PHB。这两个方面的释义详见下表4-3。
表4-1：IntServ和DiffServ各自定义的3种业务的含义
表4-2：IntServ和DiffServ各自的局限性
表 4-3：IntServ over DiffServ集成模型的相关释义
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