1 QoS服务模型
IETF起草了很多有关保证QoS的建议并标准化了很多服务模型和机制。其中比较常见的有综合服务（IntServ，Integrated Services）／资源预留模型，即IntServ／RSVP模型、区分服务（DiffServ，Differen— tiated Services）模型、MPLS流量工程和约束路由等。其中IntServ／RSVP 和DiffServ由于技术体系完整，结合后能够相互取长补短，实现网络的分级服务等特点，受到了研究人员的重视。下面重点介绍IntServ／RSVP和DiffServ两种模型。
1-1 IntServ/RSVP 模型及其工作原理
IntServ是一个综合服务模型，基本思想是“所有的业务流相关状态信息是在端系统上”。用户通过IntServ／RSVP协议向网络请求满足特殊服务质量要求的缓存和带宽，中间节点利用RSVP信令在数据传输通路上建立起资源预留并维护该通路，以实现相应的服务质量。工作时，发送端给接收端发送一个PATH信息，以指定通信的特性。沿途的每个中间路由器把PATH信息转发给由路由协议决定的下一个节点。当收到一个PATH信息时，接收端做出的反应是用一个RESV信息为该业务流请求资源，包括带宽、时延等。沿途的每个中间路由器可以拒绝或接受RESV信息请求。如果请求不符合要求，路由器将发送一个差错信息给接收端，并且中断信令的处理过程，如果请求被接受，就按照事先的约定，为该流分配链路带宽和缓冲区空间，并且把相关的业务流状态信息装入路由器中。网络在传送过程中为每一个流（由两端的IP地址、端口号、协议号决定）维护状态。同时，基于这个状态执行报文的分类、流量监管、排队调度等。
1-2 DiffServ模型及其工作原理
DiffServ即区别服务模型，是一个起源于IntServ但相对简单、粗划分的控制系统。它取代了IP服务类型（TOS）字段改名为DS，区分业务主要通过两个机制来完成不同QoS业务要求的分类：DS标记和一个包转发处理库的集合——每跳行为（PHB， Per HoP Behavior）。通过对一个包DS字段的不同标记，以及基于DS字段的处理，就能够产生一些不同的服务级别。网络根据每个报文指定的QoS，来提供特定的服务，不需要为每个流维护状态。通常用IP包的优先级、报文的源地址和目的地址等不同的方法来指定报文的QoS。网络通过这些信息来进行报文的分类、流量整形、流量监管和排队。通常在配置DiffServ时，在网络边界的路由器通过报文的源地址和目的地址等对报文进行分类，对不同的报文设置不同的IP优先级，而其它路由器只需要用IP优先级来进行报文的分类。
IntServ和DiffServ模型提出了业务分类的概念，能提供多服务的QoS保障。通过对业务进行分类，并对不同类别的业务给予不同的处理，网络能够在宏观上对于资源进行调配管理，在一定程度上满足了业务对服务质量的需求。
2 驻地网中的QoS
用户驻地网（CPN ，Customer Premises Network）是位于用户驻地业务集中点与用户终端间的传输设备和线路等设施的统称，由驻地布线系统、交换机路由器以及管理系统组成，其目的是使用户终端可以灵活方便地进入接入网，完成所谓“最后一公里”接入。接入网的服务对象主要可以分为两类：一类供企、事业单位办公生产使用，需要接入的地点包括单位的办公楼、厂房或出租的公用办公楼；另外一类是接入居民住宅区，包括一户一幢的别墅式住宅楼和公寓型居民住宅楼。用户驻地网的意义就在于将小区内分散的用户集中起来形成规模较大的用户。这样的做法一方面使得公众电信运营商简化了服务提供的过程，另一方面也使得驻地网用户可以有效利用电信运营商之间的竞争为自己选择物美价廉的服务。
近年来，随着以太网技术的广泛应用，基于以太网技术的驻地网得到了长足的发展成为主要的接入方式之一，越来越多的用户通过100Mbit／s 甚至更高的驻地网访问互联网络。为了更好地满足不同用户对网络的QoS需求，驻地网中通常可采用IntServ和DiffServ模型的混合形式，利用二者的优势互补，来实现网络的分级服务，提供优质的QoS保障。其中IntServ模型中的RSVP 在端到端之间传递QoS请求，按照报文流的路径为报文申请资源预留，为数据流提供良好带宽保证。而DiffServ则不需要信令，在发送报文前，不需要通知路由器，网络也不必为每个流维护状态，它只根据报文中规定的QoS来提供特定的服务。并且，它不像IntServ那样对每个流都进行QoS控制，而是对流聚合后的每一类进行QoS控制，它只是对数据流简单加标记进行优先级分类。
尽管IntServ和DiffServ结合的方案能够在宏观上对于网络资源进行调配管理、保障传输质量，但是当这些技术部署到大规模的网络中时，受限于设备的复杂度，其管理粒度不能过细（无法做到逐连接管理），网络规模与流控粒度之间存在着矛盾，因而无法提供驻地网环境所期望的端到端的业务质量保障。
3 驻地网中的QoS保障方案
考虑到驻地网的特点，本文提出如图l的驻地网服务质量保障方案。在此方案中，驻地网络和远端服务器被隧道连接起来，将具有相同属性（诸如业务优先级，相同的信宿地址，相同的服务类型）的传输层数据流聚合成束在带宽控制粒度较粗的隧道中传输，隧道的传输服务质量由IntServ和DiffServ技术提供保障；而在隧道内部则由管理实体进行统一的带宽控制，用户流的QoS保障由用户终端、接入网关、传输网络和服务器共同协作完成。
（1）传输网络保障隧道中业务的传输质量；
（2）接入网关的功能是根据用户流的协议类型和目的地址进行分类，将属于同一类别的数据流置于同一隧道中进行传输；同时接入网关还需要对各个类别的流量进行隔离和带宽限制，在这一点意义上接入网关实现了质量保障路径在驻地网内的延伸；
（3）用户终端和远端服务器完成隧道中各个流的带宽分配和流量控制功能，在驻地网服务质量保障体系中，它们共同协作充当了隧道内带宽管理实体的角色。
在具体的实施中，传输网采用IntServ和DiffServ技术实现隧道的传输质量保障。用户端主机使用RSVP 的粗粒度请求（带宽、抖动门限等），在骨干网入口的带宽代理路由器可以将RSVP“预约"映射为用DS位指示的服务分类；在骨干网上采用DLffServ对包头中规定的QoS进行资源分配；在骨干网的输出端，再次使用基于RSVP 的QoS分级过滤机制，直至终点。从而最终实现了在输入端以客户为基础进行流量调节，以确保服务水平。
驻地网接入网关则使用改进的漏桶机制实现流量隔离，完成隧道在驻地网中的“延伸”。所谓流量隔离是指通过采用链路层交换技术将不同用户数据的传输隔离开来，使未授权用户无法获得数据访问权限的技术。在实施流量隔离的驻地网中，二层交换设备根据报文的地址信息对报文进行转发，避免了不必要的信息扩散。运用漏桶算法进行流控时，首先根据被控流的速率和突发程度设定漏桶令牌的发送速率和漏桶的容量；之后接入网关作为流控实体，将以设定的速率产生令牌，当令牌个数超过漏桶的容量后，漏桶内的令牌个数不再增加（漏桶满）。当被控流报文到达时，接入网关将按照既定的带宽设定对于用户带宽进行管理，根据漏桶中的令牌个数和报文长度进行决策：如果漏桶中令牌充足则消耗令牌并允许报文通过；反之则丢弃报文。接入网关作为流量隔离实体与传输网协作共同保障传输质量的隧道。
用户终端和服务器则可以通过部署改进的TCP控制协议完成隧道内用户流的统一带宽管理。TCP协议是采用滑动窗口（单位为字节）对于流量进行控制。绝大多数版本的TCP算法都采用了加增长乘减小（Additive Increase Multiplicative Decrease）的思想对窗 El 进行调整。一般来说，TCP算法在通信建立之初采用倍增发送窗口的方式迅速占用空闲带宽，这一过程被称为“慢启动”阶段，用于快速探测网络可用带宽；在慢启动完成后，TCP算法通过线性增加发送窗口的方式（加增长）在充分利用带宽的同时避免拥塞发生，此阶段被称为“拥塞避免”，是数据传输的主要时段；当网络拥塞引起报文丢失时，TCP终端将把发送窗口减半（乘减小），并重传被网络丢弃的报文，这被称为“恢复”阶段，以TCP协议为代表的端到端流控策略可以精细地控制每一个连接甚至每一次会话。
简言之，在这一方案中，网络QoS保障机制负责建立粗粒度的隧道并保障其传输指标，而统一的带宽管理实体则实施端到端的流控策略，负责在隧道内根据需求分配带宽，并保证各个流的传输质量。
4 总结
近年来，基于以太网技术的驻地网接入发展迅速，已经成为宽带城域网的主要组成部分。如何在规模庞大的驻地网中保障服务质量，并尽可能地满足用户对于带宽的要求是急需解决的问题。本文认为网络QoS保障机制与传输层控制算法的结合是现阶段实施服务质量保障的可行途径。基于此观点，我们提出了驻地网环境服务质量保障的基本构想。在此方案中，驻地网流量隔离实体与传输网协作提供保障传输质量的隧道；而用户终端和服务器则可以通过端到端控制协议完成隧道内数据流的统一管理。在驻地网服务质量保障方面，我们还需要关注以下问题：带宽管理实体的部署位置和带宽分配、管理策略；带宽管理实体与网络设备之间的协作方式和通信规程等。
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