计算机网络的QoS保证与管理

高级计算机网络技术

随着信息技术的快速发展，计算机网络已经成为现代社会不可或缺的基础设施之一。高级计算机网络技术是指在传统计算机网络技术的基础上，通过引入新的理论和技术，来提高网络的性能、安全性和智能化水平。本文将从以下几个方面对高级计算机网络技术进行探讨：网络架构、数据传输技术、网络安全、网络管理以及新兴技术。

1. 网络架构

高级计算机网络的架构设计是提高网络性能的关键。现代网络架构通常采用分层设计，包括物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。每一层都有其特定的功能和协议。例如，网络层负责路由和数据包的传输，而传输层则负责确保数据的可靠传输。

2. 数据传输技术

数据传输是计算机网络的核心功能之一。高级计算机网络技术中，数据传输技术包括但不限于：

- 多路径传输：通过同时使用多条路径来传输数据，以提高传输效率和可靠性。

- QoS（Quality of Service）：确保网络资源的优先分配给关键应用，以保证服务质量。

- 拥塞控制：通过动态调整数据传输速率来避免网络拥塞。

3. 网络安全

网络安全是高级计算机网络技术中的一个重要议题。随着网络攻击手段的不断升级，网络安全技术也在不断发展：

- 加密技术：使用加密算法保护数据传输过程中的机密性和完整性。

- 防火墙：监控和过滤进出网络的数据包，防止未授权访问。

- 入侵检测系统（IDS）：实时监控网络活动，检测并响应潜在的安全威胁。

4. 网络管理

有效的网络管理对于维护网络的稳定性和性能至关重要。高级计算机网络管理包括：

- 网络监控：实时监控网络状态，包括流量、性能和设备状态。

- 配置管理：自动化网络设备的配置和更新过程。

- 故障管理：快速识别和解决网络故障。

5. 新兴技术

随着技术的发展，一些新兴技术正在改变计算机网络的面貌：

- 软件定义网络（SDN）：通过将网络控制层与数据转发层分离，实现网络的集中管理和灵活配置。

６　福建电脑　２００７年第６期　

网格ＱｏＳ及其保证方法　张艺超　张立臣　ｆ广东工业大学计算机学院广东广州５１００９０）　【摘　要】：随着网格技术和应用的不断深入，对网格提出了严格的服务质量（ｑＩｌａｌｉｔ）ｒ　ｏｆ　ｓｅｒｖ１ｃｅ，简称ＱｏＳ）要求，网格中的　ＱｏＳ成为研究应用的焦点．缺乏ＱｏＳ保证逐渐成为制约网格应用的瓶颈之一。本文主要描述了网格ＱｏＳ定义，网格ＱｏＳ需求，　网格ＱｏＳ的保证方法．同时也提出了研究的一些方向。　【关键词】：网格网格ＱｏＳ保证方法需求关键技术　１．网格概念　网格是一个集成的计算与资源环境．或者说是一个计算资　源池．其能够充分吸纳各种计算资源，并将它们转化成一种随处　可得的、可靠的、标准的同时还是经济的计算能力。因此，网格技　术是以资源共享为目的．支持对可计算资源的远程和并发访问，　用高速网络连接地理上分布的可计算资源所组成的一个具有单　一系统映像的高性能计算和信息服务环境【３】。它的目标是实现　网络虚拟环境下的高性能资源共享和协同工作．消除信息孤岛　和资源孤岛　网格的作用是将分散在网络上的信息及信息存储、　处理能力以合理的方式”粘合”起来．形成有机的整体，以提供比　任何单台高性能计算机都强大得多的处理能力，实现信息的高　度融合和共享。人们普遍认为”网格最终应该是一种公共事业”，　由网格应用服务商提供服务，这种服务与电话、电力、水、煤气并　列．被称为”第五公用设施”，网格将是继Ｉｎｔｅｍｅｔ、网页之后的更　大科技进步。传统的因特网技术实现了计算机硬件之间的连通，　Ｗｅｂ技术实现了网页之间连通．而网格技术则试图实现互联网　上所有资源的全面连通．包括计算资源、存储资源、通信资源、软　件资源、信息资源、知识资源等。Ｉａｎ　Ｆｏｓｔｅｒ限定网格必须同时满　足三个条件【１】：　（１）在非集中控制的环境中协同使用资源。网格整合各种　资源。协调各种使用者。这些资源和使用者在不同控制域中，比　如．个人电脑和中心计算机；相同或不同公司的不同管理单元。　网格还解决在这种分布式环境中出现的安全、策略、使用费用、　成员权限等问题　（２）使用标准的、开放的和通用的协议与接口。这些协议与　接口解决认证、授权、资源发现和资源存取等基本问题。　（３）提供非平凡的服务质量。网格允许它的资源被协调使　用．以得到多种服务　质量。满足不同使用者需求。　２．网格中的Ｏｏｓ　２．１网格ＱｏＳ的产生　随着研究的深入．网格的应用领域开始不断扩展。网格技术　不但带来了超强的计算能力．而且它使世界各地的资源有机的　结合在一起。网格计算的主要应用包括了分布式计算、高吞吐量　计算、协同工程和数据查询等诸多领域。应用网格技术。可以消　除信息孤岛和资源孤岛．使人们能够更加智能的分享各种资源。　基于网格应用的需求，必须具有非凡的服务质量。即网格应用系　统希望、也迫切需要有ＱｏＳ的协商和保证。非凡的服务质量已经　成为检验网格性能好坏的标准之一　由于网格具有的异构性、分布性、动态性和自治性，网格应　用中的服务质量ＱｏＳ的协商和保证是一项非常复杂和具有挑战　性的工作，服务质量ＯｏＳ的好坏、效率的高低直接关系到网格系　统的性能。不同的用户．甚至同一用户对服务的功能、性能、成本　等都有不同考虑．所以保证服务质量至关重要。　２．１网格中ＱｏＳ的定义　基于ＱｏＳ的定义，网格中的Ｑ０Ｓ可定义为一组服务集合的　性能．该性能决定用户对服务的满意程度，是网格区别与”基础　设施”或”中间件”的一个关键要素。同时网络ＱｏＳ可看成仅是网　格ＱｏＳ的一部分，因为在通常情况下，ＱｏＳ是一个网络部件（如　一个应用、一台主机或一个路由器）提供的一些保证稳定传输网　络数据的质量级别。网格ＱｏＳ的目标就是要为网格最终用户在　使用网格系统这种共享平台时提供一些可预测性的质量级别，　以及控制超过目前本网格系统最大服务能力的服务。　２．２网格中ＱｏＳ的需求　网格是一个开放的系统。为异构资源建立了一个共享平台，　网络上任何资源都可以共享和利用。网格的目的就是希望给最　终的使用者提供与地理位置无关、与具体的计算设施无关的通　用的计算能力。由于网格资源的动态性和异构性等特点，对网格　ＱｏＳ的需求是必然的。可以想象网格将作为信息社会的网络基　础设施．为推动社会快速的发展起到巨大的作用。它的应用领域　也将越来越广泛　对网格的需求也就意味着对其需求的质量保证。质量保证　正是ＱｏＳ的主要工作。网格ＱｏＳ的需求可从三方面陈述。　（１）网格服务（ｇｒｉｄ　ｓｅｒｖｉｃｅ）可以看作是一个提供定义好的　接口的Ｗｅｂ　ｓｅｒｖｉｃｅ．并且接口还都服从一定的协定。接口服务　包括发现，动态服务的建立，生存期的管理，通告，可操控性；协　定包括命名和升级。网格服务也包括授权和并存控制。随着计算　网格。数据网格直到服务网格的发展。基于此服务网格的概念和　ＱｏＳ性能。网格作为广泛、分布的服务。与用户和其它服务的交　互决定了ＱｏＳ是其内在需求　（２）从多样的用户需求看。不同的用户。甚至同一用户对服　务的功能、性能、成本等都有不同考虑，因而使ＱｏＳ变得重要。　（３）从网格资源的异构性看。网格资源是异构的，它必须为　用户提供单一系统映像．透明地满足用户需求。因而ＱｏＳ直接关　系到网格系统的性能。　３．网格ＱｏＳ的保证方法　”提供非凡的服务质量（ｏｏＳ。Ｑｕａｌｌｔｙ　ｏｆ　Ｓｅｒｖｉｃｅ）”是判断网格　的三个准则之一．但是实际的网格应用都需要使用异构的、类型　多样的资源，特别是要对这些资源共享使用。各个任务间更多的　是需要协作，使得资源的调度分配、任务执行变得复杂。而目前　的网络基础设施又都是建立在”尽力服务”的基础之上．因而服　务质量得不到保障。在多个服务协作使用资源时。性能和效率也　容易造成降级．而且用户的需求也具有多样性。解决这些问题，　需要引入ＱｏＳ机制。　３．１网络ＱｏＳ与网格ＱｏＳ的关系　ＱｏＳ在计算机网络中是一个流行的研究领域．它关注的是　如何提供更可靠的网络传输服务．满足应用的传输延时、延时抖　动、分组丢失等质量保证。　网格是运行在互联网之上的．单纯的网络ＯｏＳ机制不能够　保证网格应用的ＱｏＳ。网格中除了网络资源外．还有计算、存储　基金基金：本文受田謇自然，ｔ４学基金（Ｎ０．６０４７４０７２、Ｎｏ．６０１７４０５０）、广东省自然科学基（Ｎｏ．０４００９４６５、Ｎｏ．０１００５９）、广东省高校自然科学　研究项目（Ｎｏ．Ｚ０￣０２４）基金费助。

Ｃｈｉｎａ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎａｌ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ＆Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　技术大观　ＱｏＳ网络功能与设计　目前，已经实现网络信息化的机构、单位和企业，　基本上都处于一种软件应用的环境中，其计算机局域　网都必须拥有足够的带宽和强大的服务质量（ＱｏＳ），　以便在任何条件下都能提供可靠和可预测的应用性　能。可想而知，在如今应用多样化的情况下，没有ＱｏＳ　的网络会影响整个网络的运行。　通常在正常情况下，ＱｏＳ作用并不明显，但是对关　键应用和多媒体应用就十分必要。尤其当网络过载或　拥塞时，ＱｏＳ可以确保重要业务量不受延迟或丢弃，同　时保证网络的高效运行。拥有ＱｏＳ的网络是一种新型　的智能网络，它可以自动区分重要的应用数据和普通　数据。此外，ＱｏＳ还提供了其他一些重要的特性。首先，　通过保证网络应用有更高的可用性，让网络更加可　靠，为用户提供更迅速的响应。其次，减轻并非带宽就　能解决的网络需求负担，充分利用现有的带宽。再次，　让网管人员拥有对网络使用的控制权，有助于避免不　良使用，而且，通过扩大网络应用范围（如电话、视频　会议等）可以有效地利用网络，节省费用，并提高效　率。　１　ＱｏＳ网络的三方面功能　为了实现上述智　能，具有ＱｏＳ的网络应　包含三方面的功能：分　类、标注和优先级设　置。　１）分类功能。分类　是指具有ＱｏＳ的网络　能够识别哪种应用产　图１　ｂｉｔｓｔｒｅａｍ６０１２交换机　生哪种数据包。没有分类，网络就不能确定对特殊数　据包要进行的处理。所有应用都会在数据包上留下可　以用来识别源应用的标识，分类就是检查这些标识，　识别数据包是由哪个应用产生的。　２）标注功能。在识别数据包之后，要对它进行标　注，这样其他网络设备才能方便地识别这种数据。由　于分类可能非常复杂，因此最好只进行一次。识别应　用之后就必须对其数据包进行标记处理，以便确保网　络上的交换机或路由器可以对该应用进行优先级处　理。通过采纳标注数据的两种行业标准，即ＩＥＥＥ　８０２．１ｐ或差异化服务编码点（ＤＳＣＰ），就可以确保多厂　商网络设备能够对该业务进行优先级处理。　在选择交换机时，一定要确保它可以识别两种标　记方案。虽然ＤＳＣＰ可以替换在局域网环境下主导的　标注方案ＩＥＥＥ　８０２．１ｐ，但是与ＩＥＥＥ　８０２．１ｐ相比，实　施ＤＳＣＰ有一定的局限性。在一定时期内，与ＩＥＥＥ　８０２．１ｐ设备的兼容性将十分重要。作为一种过渡机　制，应选择可以从一种方案向另一种方案转换的交换　机。实际应用中，我们一般合用ＩＥＥＥ　８０２．１ｐ的标记方　案。　３）优先级设置。一旦网络可以区分电话通话和网　上浏览，优先级处理就可以确保进行Ｉｎｔｅｒｎｅｔ上大型　下载的同时不中断电话通话。为了确保准确的优先级　处理，所有业务量都必须在网络骨干内进行识别。在　工作站终端进行的数据优先级处理，可能会因人为的　差错或恶意的破坏而出现问题。黑客可以有意地将普　通数据标注为高优先级，窃取重要商业应用的带宽，　导致商业应用的失效。这种情况称为拒绝服务攻击。　垂直驱动电路实现图像在垂直方向上的扩大。水平方　向的扩大是通过将ＣＣＤ输出的视频信号在图像处理　单元中写入内部存储器，然后借助微处理器控制读出　时间来实现。由于电子变焦，图像像素间会产生黑部　分，利用垂直内插和水平内插来消除它。电子变焦倍　数太大时，会引起图像颗粒明显的缺点。视频展示台　的电子变焦倍数一般可达８倍，使视频展示台的总变　焦倍数达到１２８倍（８ｘ１６）。　Ｈ　（ａ）２倍变焦　（ｂ）图像处理框图　图２电子变焦原理图　作者单位：浙江大学光学仪器厂　中田教育技术装鲁２００２．

宽带通信网QoS机制

一、概述：

当前，随着市场和技术的变化使得固网运营商正在寻求新的业务战略转型，传统的通信业务正向信息娱乐、数字化生活领域扩展，IPTV、VoIP以及P2P应用等业务种类不断丰富。这使得宽带网络所承载的业务将从以传统互联网业务为主逐步向多业务承载方向发展。这就要求宽带网络实施网络转型，以适应业务需求的变化和业务发展的要求。

能否成功实施网络转型涉及多个方面的因素，包括网络的物理架构、网络的业务提供及QoS能力、网络的运营支撑体系等。其中，网络的业务提供及QoS能力是最基本的因素。本文将主要从宽带接入的角度探讨固网运营商实施QoS技术的相关问题。

二、什么是QoS：

在数据包交换网络和计算机网络领域中，流量工程术语服务质量（英语：Quality of Service，QoS）指的是网络满足给定业务合同的概率，或在许多情况下，非正式地用来指分组在网络中两点间通过的概率。QoS是一种控制机制，它提供了针对不同用户或者不同数据流采用相应不同的优先级，或者是根据应用程序的要求，保证数据流的性能达到一定的水准。QoS的保证对于容量有限的网络来说是十分重要的，特别是对于流多媒体应用，例如VoIP和IPTV等，因为这些应用常常需要固定的传输率，对延时也比较敏感。

QoS（Quality of Service）服务质量，是网络的一种安全机制，是用来解决网络延迟和阻塞等问题的一种技术。在正常情况下，如果网络只用于特定的无时间限制的应用系统，并不需要QoS，比如Web应用，或E-mail设置等。但是对关键应用和多媒体应用就十分必要。当网络过载或拥塞时，QoS能确保重要业务量不受延迟或丢弃，同时保证网络的高效运行。

在因特网创建初期，没有意识到QoS应用的需要。因此，整个因特网运作如一个“竭尽全力”的系统。每段信息都有4个“服务类别”位和3个“优先级”位，但是他们完全没有派上用场。依发送和接收者看来，数据包从起点到终点的传输过程中会发生许多事情，并产生如下有问题的结果：