[发明专利]终端设备及其QoS实施方法以及流分类器

说明书

技术领域

本发明涉及计算机网络，更具体而言涉及一种实施QoS(Quality of Service，服务质量)的终端设备以及在终端设备处实施QoS的方法，以及一种流分类器。

背景技术

当今的因特网只提供尽力服务(Best Effort Service)。分组被尽可能快地处理。这对于满足传统因特网服务(例如邮件服务)的要求来说已经足够了。这类服务对于服务质量没有特殊要求。例如，只要在几分钟内或者甚至几小时内接收到邮件，用户就满意了。

随着因特网发展成信息基础设施，越来越多的商业服务被构建于其上。一些新的服务有着严格的服务质量要求，其中主要包括端到端延迟、分组丢失率、端到端带宽、以及抖动。例如，VoIP(基于因特网协议的语音通讯)服务对于端到端延迟和分组丢失率有严格的要求。来自一方的语音分组必须在几百毫秒(通常是200ms)内被递送到另一方。分组丢失率必须被限制到小于1％。不幸的是，因特网的尽力服务无法保证这些参数。因特网的端到端延迟从几毫秒到几秒不等。因特网分组丢失率也表现出很大的变化，并且长距离分组递送经常会违反所述的1％要求。有研究表明，美国和欧洲之间的分组丢失率在繁忙时为3.6％至16.9％不等。

网络应用以不同的速率生成流量并且要求网络能够以它们生成流量的速率来传送流量。如果有无限的网络资源(转发能力)可用，则所有的应用流量都可以按应用所需的速率来传送，而没有延迟和分组丢失。

但是，因特网无法提供无限的容量来传送流量。因特网是一种典型的分组交换网络，其中包括遍布全世界的网络设备(例如，路由器)。路由器利用接口以网状方式与彼此互连，并且它们被连接到因特网的所有终端设备所共享。某个终端设备所发送的数据被一系列路由器转发，然后数据到达目的地的终端设备。

在分组交换网络中，所有的通信数据，无论其内容、类型或结构如何，都被分成适当大小的块，即所谓的分组(packet)。当分组到达路由器时，每个路由器独立于所有其他路由器，以先进先出(FIFO)的方式来对分组进行路由。当流量到达路由器的速率超过了该路由器能够转发流量的速率时，就会发生拥塞。

路由器平等地对待每个分组，无论该分组来自何处，也无论它携带着什么内容。每个路由器具有一个队列来缓冲传出的分组，以防分组突发到达并超过传出链路的容量。在队列为空的情况下，所有传入分组都在到达之后立即被转发。在队列中有一些分组排队的半满情况下，发生拥塞，并且队列中的一个分组只有在排在它前面的另一个分组被转发之后才会被服务。因此，分组被延迟了。当队列全满时，队列中的分组仍以先进先出的方式被服务。此时到达的分组将被丢弃。于是发生了分组丢失。

如果通信路径内的所有路由器都是空的，则通信就会享受到良好的服务质量，延迟达到最低限度，带宽很高，并且没有分组丢失(此处忽略传输中的分组损坏)。不幸的是，网络使用量总是会超过路由器的能力。路由器总是进入繁忙状态，而队列则会作为半满的队列或全满的队列工作。

QoS是这样一组技术，它使得网络管理员能够通过最优地使用网络资源来管理拥塞对应用流量的影响。由于传统的因特网服务模型无法满足新服务所要求的QoS，所以已经提出了许多方案，其中一些已经被部署来提供商业服务，例如资源预留协议(RSVP)、综合服务(intserv)和区分服务(diffserv)，等等。

所有这些方案都拥有一个共同的基本想法，即将网络资源优先分配给某些流量。为此，路由器在每个接口上采用优先级队列，并且：

1、必须执行分组分类来将分组分到不同的流(flow)中；

2、然后将来自每个流的流量导向转发接口上的相应队列；

3、根据某种算法来为每个接口上的队列服务。

虽然存在许多终端设备，但它们的网络流可以被分类成一些类别(class)，例如视频、音频和文件共享，等等。每个类别具有不同的QoS要求。由于网络流可以被分类，因此，诸如路由器和网关之类的网络设备可以根据流的类别来对待它们。

在传统的实现在网络设备处的流量调节器中，流分类器通过查看流中的分组来对流量流分类，并给出分类结果。策略数据库存储各种流量类别的相应策略设置。策略实施单元根据流的类别和该类别的策略设置来处理流。它为这些类别维护一些队列。各个输入分组将被放到用于它的流类别的队列中。高优先级队列中的分组将被先转发。低优先级中队列中的分组将被后转发，甚至被丢弃。注意，在本发明中，“流量调节器”和“QoS单元”可互换使用，都可用来指实施QoS的整个功能模块。