第6章 QoS
最初的Internet被设计为一个简单的通信平台，主要用来支持文件传输和电子邮件。在过去的25年多时间里，Internet逐渐演变为一个非常复杂的通信基础设施，拥有大量应用和服务。IPv4基于简单的包交换模型，按照尽力而为的方式传送数据包且不保证传送的可靠性。虽然TCP增加了可靠传送机制，但是并没有提供时延、抖动等控制参数，也无法实现带宽分配功能。
近来大量涌现的多媒体服务（如VoIP和视频会议等）对带宽有很大的需求，而且通常对时延都很敏感。虽然IPv4报头中的ToS（Type of Service，服务类型）字节可以为特殊流量提供优先处理机制，但是并没有得到广泛部署，其中的一个主要原因就是会增加路由器的数据包转发时延。由于当时几乎还没有实时性业务，因而业界也就没有压力去开发更好的解决方案。
开发IPv6的时候，由于实时性业务的需要越来越大，因而就为QoS功能特性的开发提供了很好的契机。虽然目前已经有了多种QoS解决方案，但是QoS问题一直是研究热点，还有很多思路都处于研究开发当中。
本章将主要讨论IPv6的QoS特性。
6.1 QoS基础
目前的IP模型对所有流量的处理方式都一样，都是基于“先到先服务”的思想按照尽力而为的方式进行转发。数据包在网络中究竟使用哪条路径完全取决于可用的路由器、路由表以及网络的总体负荷情况。
QoS协议的任务就是要为不同的数据流提供不同的优先级并保证相应的服务质量（如带宽和时延等）。目前主要有两类QoS架构：IntServ（Integrated Service，集成服务）和DiffServ（Differentiated Service，差分服务）。这两类QoS架构都使用流量策略，可以联合使用，为LAN和WAN提供相应的QoS支持能力。
流量策略可以基于特定的规则（例如，根据数据的QoS需求，确定是否有足够的资源转发这些数据）来传送数据，而且流量策略还可以监控数据流并根据需要加以调节或限制。除了确保时延敏感型流量的QoS需求之外，流量策略还可以满足特定的商业需求，如根据不同的服务级别来控制成本。
6.1.1 IntServ
IntServ可以端到端地为每个流预留相应的带宽及其他相关资源。该模型预先假设路由器存储了所有流的信息，通过分析每个数据包的情况来确定是否属于特定流，进而按照特定流的规则转发该数据包。
RSVP（Resource Reservation Protocol，资源预留协议，RFC 2205）是IntServ体系架构的一部分。RFC 2210“The Use of RSVP with IETF Integrated Services”描述了如何在IntServ模型中使用RSVP。RSVP是一种在IP网络中预留带宽及其他QoS资源的信令协议。由于扩展能力有限，使得基于RSVP的IntServ模型实现起来非常复杂，无法为全球Internet提供一种通用的QoS解决方案。
6.1.2 DiffServ
IntServ体系架构为IP网提供了为不同流分配不同带宽的能力，而DiffServ体系架构则设计用来提供颗粒度更粗的差异化服务，以满足大型网络甚至Internet的扩展性和可用性需求。
DiffServ模型定义在RFC 2474和2475中。RFC 2474“Definition of the Differentiated Services Field (DS Field) in the IPv4 and IPv6 Headers”定义了DS（Differentiated Service，差分服务）字段，由IPv4报头中的ToS字段和IPv6报头中的流量类别字段来实现。DiffServ路由器利用DS字段来确定数据包的QoS转发需求。通信节点通过所谓的PHB（Per-Hop Behavior，每跳行为）将自己的通信流量进行分类，然后DiffServ路由器就可以根据PHB对每个数据包执行相应的特殊处理。
DS域（domain）是一组执行相同服务策略的DS路由器集合。DS域是由DS边界路由器定义的。边界路由器负责将入站数据流进行分类，以确保穿越该DS域的数据包都能够打上正确的标签并使用该域可用的PHB。DS域内的路由器根据数据包中的DiffServ值（该值会被映射为相应的PHB）选择相应的转发规则。DSCP（Differentiated Services Codepoint，差分服务代码点）值（如表6-1所示）既可以使用默认映射（DSCP=0），也可以使用为每个域单独配置的映射值。DS域通常包括一个或多个网络，构成一个管理单元。
DS区（region）是由一组连续的DS域组成的。DS区可以为跨域路径提供DS服务。每个域都可以在自己的域内使用各自的PHB定义和PHB代码点映射。对于区内的不同域来说，由流量调节器（Traffic Conditioner）负责为不同的PHB和代码点映射规则提供正确的转换能力。如果区内所有域的策略、PHB组以及代码点映射都相同，那么就不需要流量调节器了。
数据包分类器（Packet Classifier）基于数据包报头中的信息并按照预定义的规则从数据流中选择数据。目前有两类分类器：一类是BA（Behavior Aggregate，行为聚合）分类器，根据DS字段进行数据包分类；另一类是MF（Multi Field，多字段）分类器，根据不同的报头字段或多个报头字段（如源地址或目的地址、DS字段、协议号、源端口或目的端口，或者是入站接口等信息）进行数据包分类。