IPv6 对因特网服务质量的支持

文/李燕　胡雯

摘 要

本文主要讨论了IPv6 如何通过流标签字段和交通类别字段结合RSVP、扩展头等实现对因特网服务质量的支持。

1 引言

传统的因特网上提供的是尽力而为的服务，它在处理类似Web 服务、FTP 和电子邮件等这些主要业务时能很好的将网络资源公平的分配给不同的业务流。路由器在处理数据包时采取的是“先来先服务”的原则，并没有为不同业务的数据设置优先级从而有针对性的进行处理。这种模式在过去运作得很好，但是在处理不断高速增长和多样化的新业务时越来越力不从心。网络的全面普及，计算机已不仅仅是处理数据的工具，而是为满足用户需求的多种业务的实现和接入的终端。因特网中大量出现的实时多媒体新业务对网络提出的新的要求包括有：高带宽、低延时和尽可能小的延迟抖动，此时再依靠过去那种服务模式是远远不够的。增加带宽固然可以解决问题，但是现实情况下带宽资源是有限的，在这种情况下要对这些多媒体的新业务进行更好的支持，可以选用的办法包括有针对数据流设置优先级、预留带宽、选择更优化的路由等。

在IPv4 分组首部的定义中虽然有设置优先级和服务类型的字段，但是路由器在具体处理收到的数据分组时往往无视了这些字段，对不同业务的分组采取了一视同仁的处理方式，并没有真正的实现Qos（服务质量）。在IPv6以前，基于IP 的Qos 主要有两种模型，一种被称为是Intserv（集成服务），这种服务主要是采用面向流的RSVP（资源预留协议）来实现Qos，它的做法是网络上在流所经过的路径上的各个节点处申请并预留所需的网络资源，确保流在经过每个节点时得到及时的处理从而实现实时性；第二种被称为Diffserv（区分服务），这种服务的做法是在数据进入网络的入口时为数据分组划分类别，用来确保不同业务的分组会在所经过路径的中间节点那里得到不同的处理。

IPv6 作为下一代因特网上的核心协议，它在Qos 的处理上表现的更为成熟，不但承袭了IPv4 的优点，还增加了新的可用特性和更为灵活的机制，在下文中详细介绍。

2 IPv6的新特性

IPv6 和IPv4 具有相似性， 因此IPv4 的很多功能也被IPv6 所继承，包括路由选择、Intserv、Diffserv 和拥塞控制等。此外，IPv6

还有自己的特点，归纳如下：

（1）128 位的IPv6 提供了更为广阔的地址空间，足以为因特网的全部主机分配唯一的IP；

（2）IPv6 采用了新的逐层聚合的分层地址结构，变CIDR 为ISP 聚合，进一步的精简了路由表中的项目数，减少路由表的存储体积的同时提高了路由器处理分组的效率；同时IPv6 采用的地址自动配置的机制能够快速的为不同主机生成有效的IP 地址，减少了配置的工作量；

（3）IPv6 修改了分组格式，它将首部字段进行了精简，这意味着路由器在处理分组时会花费更少的时间，同时IPv6 提供了可选的扩展头结构，确保了分组可以根据实际需求灵活的调整自己的格式，为不同的网络服务提供了支持；

（4）IPv6 内置了IP Sec 机制，同时使用认证扩展头和封装安全载荷扩展头，提供了良好的安全保障；

（5）IPv6 增加了两个字段，即：流标签和交通类别字段，用来处理和实现Qos。其中，流标签字段确定了适合于拥有不同流标签分组的最佳路由，省去了为每个分组选择路由的时间，提高了转发分组的效率；交通类别字段则用于对各种业务分组划定不同的优先级，以确保它们都能被分配到合理的网络资源从而确保服务的质量。此外，由于IPv6 采用了菊花链的扩展头结构，使用了以上两个字段的分组并不会因此而被破坏掉加密性。

3 IPv6支持服务质量的具体实施

（1）使用流标签实现Qos

流标签是IPv6 分组固定首部中的一个新增字段，它用来标识实时流，如果要在因特网上提供高质量的多媒体通信，网络必须能有效的对流进行处理。IPv6 对流的定义是：“从一个特定的源发往一个特定的目的地的一个分组序列，这个通信的过程可以是单播，也可以是组播，中间节点的路由器必须针对这些分组进行特别处理”。这个定义中就已经指出流标记的定义，流是来自同一个源和同一个目的一系列分组，它们拥有相同的流标签。

在IPv6 中，流标签字段有20 位，如果是普通的分组，这个标识被置为全0，路由器对这样的字段不做处理；如果传输的是具有严格的实时限制条件的分组，需要使用非全0 的流标签。所有属于同一流的分组会拥有相同的源地址、目的地址和非零的流标签，这些参数在信源节点处会分配给不同的流。可以使用流标签配合RSVP 实现Qos。

RSVP 协议认为实时性强的数据分组比一般的数据分组更需要网络资源。由于RSVP 是一个由接收方驱动的协议，需要接收方确定接收的数据来源、期望预留的带宽和付费标准，然后接收方向网络发出RSVP 报文做出选择。信源节点通过沿着常规分组通路定期发出PATH 报文要求各中间节点预留所需资源。路由器在处理分组时，在每个出口线路上都设置了一个队列，给予实时分组队列更高的优先级，通过流标签区别实时分组和数据分组，确保实时分组总是能被及时的处理；同时也通过流标签确定预留的资源类型，确保分组所属的流将以接收方的速率被服务。实时数据流将不会遭遇因为排队或者拥塞所产生的时延，提供更好的Qos。

也可以将流标签结合IPv6 路由选择头实现Qos。路由选择头在信源节点处会产生从源到目的的完整路由。在指定路径的情况下，拥有相同流标签的分组会依次经过相同的中间若干节点，这些中间节点将对这些分组进行统一的特别处理，从而实现对实时流的Qos。

（2）使用交通类别实现Qos

交通类别是IPv6 用来代替IPv4 的服务类型的新字段，用来区别一般的数据分组和实时数据分组。一般的数据分组会受到拥塞控制的影响，而实时数据分组则不会受到拥塞控制的影响。在划分出这两大类以后，交通类别又进一步的在每一类中划分出了若干个优先级。信源节点和中间节点的路由器会根据这个字段的值来判断和区别处理不同的分组。

交通类别字段有1 个字节的长度，取值在0-15 之间。其中0-7 被分配给受拥塞控制的业务分组，比如FTP、SMTP 等应用；而8-15被分配给不受拥塞控制的业务分组，比如要保持额定速率传输数据的实时应用。其中清晰度高的视频/ 音频会获得更低的优先级。信源节点在发出分组之前会根据其类别标注不同的交通类别，中间节点的路由器在处理这些分组时需要依据交通类别的值区别对待。如果发生拥塞，路由器会先丢弃优先级更低的分组，所以会先丢弃受拥塞控制的业务分组。如果拥塞还在持续，路由器接着丢弃的是不受拥塞控制的业务分组中优先级更低的那些，以确保接收方能在当前的网络环境下获得相对最优的Qos。

4 结语

因特网的迅猛发展，人们的生活随之发生着日新月异的变化。业务需求的不断改变，新业务的不断出现，因特网的发展面临着空前的机遇与挑战。IPv6 作为下一代网络的核心协议，势必造成现有的因特网服务全面向基于IPv6的网络迁移。在这个背景下，如何利用IPv6更好的优化网络服务，合理的分配网络资源是非常核心的问题，对未来网络的发展也深具意义。

参__________考文献

[1] 李茹, 王春峰.IPv6 流标签提供的服务质量支持[J]. 计算机科学,2004.

[2] 吴功宜. 计算机网络高级教程[M]. 北京：清华大学出版社,2007(10).

[3] 敖志刚. 现代网络新技术概论[M]. 北京：人民邮电出版社,2009(9).

作者单位

武昌理工学院信息工程学院　湖北省武汉市　430220__