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家庭網路之網路服務品質架構

本文於第6.2 節介紹了 Internet QoS 的相關技術,包含 IntServ 及 DiffServ 兩 種資源配置的架構,以及提升網路效能的 MPLS 技術,本節將接著探討適用在 HAN 的 QoS 架構。一般來說,QoS 的運作乃是仰賴一系列相關機制的相互配合,

如圖 6-1 所示。而本文提出的 HAN QoS 架構,正是對以上機制進行研究分析,

在允入控制部分,一般來說,允入控制可分為parameter-based AC(PBAC)

及measurement-based AC(MBAC)[69]兩種方式,簡單地說,PBAC 是依當時網 路進入點的實際資源分配狀況,及提出進入的資料流對網路資源的需求,將相關 參數予以運算後,決定該資料流可否進入網路,嚴格來說,這一類的演算法只能 提供絕對或非動態的資源評估,對於後端整個網路頻寬的使用無法予以最佳化。

而 MBAC 一類的演算法,除了參考一般 PBAC 可能用到的參數外,更進一步追 蹤已進入之資料流,並記錄必要之量測值,以作為允入控制參考之參數;換言之,

MBAC 的運作必須仰賴後續機制,如:buffer management,packet scheduling 的支 援,實作複雜度相對較高,然而,較能確實反映網路實際之運作狀況,藉以提升 資源使用率(utilization),對達到 maximum throughput 能有相當助益。

通過 AC 允許的資料流,會開始傳送封包,然而當大量封包湧入,使得閘道 器處理不及時,這些封包就必須在緩衝區(buffer)內作必要的處理,等待足夠的 頻寬再傳送,而緩衝區可視為一個或多個佇列(queue)之集合,而有效的佇列機 制必須仰賴適當的佇列結構與排程機制之配合。一般來說,queuing 技術包含以下 四種:

1. First-in first-out(FIFO):該技術完全無 QoS 機制可言,通常是採用單一 佇列結構。

2. Priority Queuing(PQ):採多佇列的結構,每一佇列依優先等級處理相 對應之封包,因優先權等級高的封包會先被處理,所以,容易造成封包 排程出現不公平結果,使得等級較低的佇列會形成飢渴(starvation)現 象,再加上當即時互動類的資料流進入緩衝區,PQ 必須將它排入最高 優先權的佇列才足以滿足該類服務之 QoS 需求,於是,情況將愈形惡 化!

3. Weighted Fair Queuing:多用在 per-flow 的 QoS 機制,需配合資源保留 協定。

4. Class-based Queuing(CBQ)[70]:和 PQ 一樣採優先等級機制,但為避 免PQ 的缺失,會輔以配套的排程機制。

CBQ 採用的排程機制可分為兩類,一是 general scheduler(GS),另一是 link-sharing scheduler(LSS)。GS 最常用 round-robin 的方式依序送出封包,或是 以weighted round robin(WRR)的方式,依據每個優先等級個別設定權重,再依 序送出與權重百分比相對的各等級封包。LSS 則是事先定義好個別佇列所需的頻 寬,但實際頻寬之使用卻是分享的,換言之,當某一類新的資料流欲進入緩衝區 時,若該類佇列已到達或超出預設之頻寬設定(over-limited)[71],LSS 會試圖 尋找其他佇列是否尚存多餘頻寬,並作合理之調度,若否,則進行必要之封包丟 棄(packet discard)。LSS 的優點在於能夠提供彈性的頻寬調整,達到資源有效的 分配。