DiffServ服务模型与DS码点详解

1. DiffServ概述

DiffServ(Differentiated Services，差异化服务)是IETF定义的一种QoS(Quality of Service)体系结构，旨在为IP网络提供可扩展的服务区分能力。与传统的IntServ(集成服务)模型不同，DiffServ采用简单、粗粒度的流量分类机制，通过在网络边缘进行复杂处理、在网络核心进行简单处理的方式，实现了良好的可扩展性。

1.1 DiffServ核心思想

• 边缘复杂、核心简单：将复杂的分类、标记、整形等操作放在网络边缘设备，核心设备只需根据分组标记进行简单转发
• 逐跳行为(PHB)：定义标准化的分组转发处理方式，而非端到端服务保证
• 服务等级聚合：将具有相同QoS需求的流量聚合为少量服务类别，而非为每个流维护状态

2. DiffServ体系结构

2.1 基本组件

1. DS域(Differentiated Services Domain)：

   • 一组连续的网络节点，遵循相同的服务提供策略和PHB定义
   • 边界节点负责流量分类、标记和整形
   • 内部节点根据DS字段执行相应的PHB

2. DS边界节点：

   • 分类器(Classifier)：根据分组头字段将流量分类
   • 计量器(Meter)：测量流量是否符合预定义的profile
   • 标记器(Marker)：设置DS字段值
   • 整形器(Shaper)/丢包器(Dropper)：实施流量整形或选择性丢包

3. DS内部节点：

   • 根据DS字段值选择适当的PHB
   • 可能包含有限的排队和调度机制

2.2 服务提供模型

1. 服务等级协议(SLA)：

   • 客户与提供商之间的合约，规定服务等级和流量profile

2. 流量调节协议(TCA)：

   • 具体实现SLA的操作参数，包括计量、标记、整形等规则

3. DS字段与码点(DS Codepoint)

3.1 IPv4/IPv6中的DS字段

DiffServ重新定义了IPv4 TOS(服务类型)字段和IPv6 Traffic Class字段的高6位作为DS字段：

 0   1   2   3   4   5   6   7
+---+---+---+---+---+---+---+---+
|         DS字段        | 未用 |
+---+---+---+---+---+---+---+---+

• 前6位(bit 0-5)：DS码点(DSCP，Differentiated Services Codepoint)
• 后2位(bit 6-7)：传统用于ECN(显式拥塞通知)，DiffServ中未使用

3.2 DS码点(DSCP)详解

DSCP是DiffServ体系中的核心概念，用于指示分组应接受的PHB(逐跳行为)。DSCP值范围是0-63(6位)，分为以下几个主要类别：

3.2.1 标准DSCP分类

1. 默认PHB(Default PHB)：

   • DSCP值：000000 (0)
   • 传统的尽力而为服务
   • 所有未明确标记的流量默认使用

2. 加速转发EF(Expedited Forwarding)：

   • DSCP值：101110 (46)
   • 提供低延迟、低抖动、低丢包率的服务
   • 适用于语音、视频会议等实时应用

3. 确保转发AF(Assured Forwarding)：

   • 4个独立类别(AF1x-AF4x)，每类3个丢弃优先级
   • 编码格式：aaadd0 (aaa=类别，dd=丢弃优先级)
   • 例如：AF11=001010(10)，AF43=100110(38)

   类别	低丢弃优先级	中丢弃优先级	高丢弃优先级
   AF1	AF11(10)	AF12(12)	AF13(14)
   AF2	AF21(18)	AF22(20)	AF23(22)
   AF3	AF31(26)	AF32(28)	AF33(30)
   AF4	AF41(34)	AF42(36)	AF43(38)

4. 类选择器CS(Class Selector)：

   • 兼容传统IP优先级(Precedence)的DSCP值
   • 格式：xxx000 (xxx=IP优先级值)
   • CS0(0)到CS7(56)

3.2.2 DSCP值分配策略

1. 运营商分配：

   • 网络运营商定义DSCP与PHB的映射关系
   • 同一DSCP在不同网络可能对应不同服务等级

2. 标准化DSCP：

   • IETF建议的标准值(如EF、AF等)
   • 促进跨域服务的一致性

3. 本地使用DSCP：

   • 范围：xxxxx1(最低位为1)
   • 供实验或本地使用

3.3 DSCP与PHB的映射

DSCP值的主要作用是指定PHB，常见的PHB包括：

1. 默认PHB(Default PHB)：

   • 基本尽力而为转发
   • 必须支持的最低功能

2. 加速转发PHB(EF PHB)：

   • 提供近似专线的服务
   • 通常配置为高优先级队列+严格流量整形

3. 确保转发PHB(AF PHB)：

   • 在拥塞时提供不同级别的丢包优先级
   • 通常实现为加权随机早期检测(WRED)

4. 类选择器PHB(CS PHB)：

   • 向后兼容IP优先级机制
   • 提供简单的优先级排队

4. DiffServ实现示例

4.1 典型网络配置

1. 边界路由器：

   • 根据源/目的IP、端口、协议等分类流量
   • 计量流量是否符合SLA
   • 标记适当的DSCP值
   • 实施流量整形或丢包

2. 核心路由器：

   • 根据DSCP值将分组放入不同队列
   • 实施队列调度算法(如PQ、WFQ等)
   • 在拥塞时根据丢弃优先级选择性丢包

4.2 典型DSCP标记策略

5. DiffServ的优势与挑战

5.1 主要优势

1. 良好的可扩展性：

   • 核心路由器无需维护每个流的状态
   • 适合大规模网络部署

2. 灵活性：

   • 支持多种服务等级定义
   • 运营商可自定义PHB实现

3. 兼容性：

   • 与现有IP基础设施兼容
   • 逐步部署能力

5.2 面临挑战

1. 端到端QoS保证：

   • 依赖所有中间网络的支持
   • 跨域协调困难

2. 复杂的管理配置：

   • 需要精细的流量调节策略
   • SLA监控和强制执行

3. 安全考虑：

   • 防止DSCP标记滥用
   • 需要边界信任模型

DiffServ通过DS码点这一简洁而强大的机制，实现了IP网络QoS的实用化部署，成为现代网络服务质量保障的重要技术基础。理解DSCP的含义和使用方法，对于网络架构设计和QoS策略实施至关重要。