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摘 要：介绍了QoS在国内外的发展概况，并对图书馆在网络流量控制方面的必要性和网络QoS机制在图书馆中的应用进行了阐述，并提出了高校图书馆基于QoS机制构建网络的思路。
关键词：互联网；图书馆；服务质量；QoS
QoS的中文名为“服务质量”。QoS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。但是对在大多数学校的校园网上，尤其是高职院校图书馆会同时存在语音、视频流量，多区域组播应用流量，管理应用流量，学生上网流量就十分必要。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。
一、QoS在国内外的发展概况
目前，在全世界范围内存在很多网络设备提供商，其中比较出名的有美国的cisco、中国华为和中兴，其中美国cisco公司凭借其人才资源和强大的技术支持，确立了业内的霸主地位，占了较大的高端设备市场份额。思科是互联网解决方案的领先者，凭其对网络经济模式的深研和自身过硬的网络高端技术，已经成为网络设备应用方面的杰出实践者。它以其敏锐的洞察力、丰富的行业经验、专业的人才资源、成熟的技术获得很大的竞争优势和效益，其提供的通信解决方案已为成为世界各地公司、政府与大学建立互联网提供可靠保障的基础。1987年华为公司在中国深圳成立，是全世界第二大通讯供应商，也是全球领先的信息与通信解决方案供应商，华为公司会根据用户的需求一直不断的在改革和创新，通过与其它企业紧密合作，在多个领域构建了端与端的解决方案。华为公司更加致力于消费者、企业与运营商间创造具有核心竞争力的ICT服务和解决方案，通过不断创新，持续提高用户的信任感和认可度，由此给用户和自已都带来最大的价值。中国的中兴通讯公司于1985年成立于广东深圳，是中国研发生产通讯设备和终端的高科技企业，它也是全球领先的综合通信解决方案提供商和全球排名前五位的手机生产制造商。为了满足全球不同运营商之间的差异化需求，中兴通讯建立了完整的无线、有线、业务、终端产品和专业的通信服务。由于该公司创新能力不断加强，定制能力的灵活人性化和交付能力的日趋完善，中兴通讯已经逐惭获得全球客户的肯定和认可。
（一）图书馆网络流量控制的必要性
随着互联网的快速普及与高速发展，校园网已经成为每个学校必备的信息基础设施之一，而学校图书馆是提高教学、科研及管理水平的重要途径和手段，国家对教育信息化建设给予了大力推进和支持，极大地鼓励学校积极参与校园网的建设。然而尽管目前网络技术高速发展，校园网络带宽也成倍地增长，但是校园网络带宽的发展永远跟不上需求，在校园网中便体现为教学区、办公区和宿舍区间、甚于无线网络与移动网络之间相互抢占校园带宽。对于图书馆来说流量与拥塞情况更为明显。因为图书馆是科研与教学之地，势必会有很多读者同时用迅雷工具进行下载资源和观看在线视频等上网行为，这样就会极大地占用网络带宽，图书馆网络就会发生流量和拥塞状况。
当网络出现流量与拥塞问题时，如何保证图书馆网络的正常工作呢？QoS（Quality of Service）即服务质量是目前校园网络采用最多的一种解决方法。对于网络业务，服务质量包括传输的带宽、传送的时延、数据的丢包率等。在网络中可以通过保证传输的带宽、降低传送的时延、降低数据的丢包率以及时延抖动等措施来提高服务质量。网络资源总是有限的，只要存在抢夺网络资源的情况，就会出现服务质量的要求。服务质量是相对网络业务而言的，在保证某类业务的服务质量的同时，可能就是在损害其它业务的服务质量。例如，在网络总带宽固定的情况下，如果某类业务占用的带宽越多，那么其他业务能使用的带宽就越少，可能会影响其他业务的使用。因此，网络管理者需要根据各种业务的特点来对网络资源进行合理的规划和分配，从而使网络资源得到高效利用。
（二）图书馆网络QoS机制的应用
QoS是网络与用户之间以及网络上互相通信的用户之间关于信息传输与共享的质的约定，例如，传输延迟允许时间、最小传输画面失真度以及声像同步等，是用来解决网络延迟和阻塞等问题的一种技术。现在的路由器一般均支持QoS。QoS 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Internet等计算机网络上为用户提供高质量的QoS必须解决以下问题：
1、QoS的分类与定义。对QoS进行分类和定义的目的是使网络可以根据不同类型的QoS进行管理和分配资源。例如，给实时服务分配较大的带宽和较多的CPU处理时间等，另一方面，对QoS进行分类定义也方便用户根据不同的应用提出QoS需求。
2、准入控制和协商。即根据网络中资源的使用情况，允许用户进入网络进行多媒体信息传输并协商其QoS。
3、资源预约。为了给用户提供满意的QoS，必须对端系统、路由器以及传输带宽等相应的资源进行预约，以确保这些资源不被其他应用所强用。
4、資源调度与管理。对资源进行预约之后，是否能得到这些资源，还依赖于相应的资源调度与管理系统。
目前的Internet仅提供尽力而为（best-effort service）的传送服务，业务量尽快传送，没有明确的时间和可靠性保障。随着网络多媒体技术的飞速发展，Internet上的多媒体应用层出不穷，如IP电话、视频会议、视频点播（VOD）、远程教育等多媒体实时业务、电子商务在Internet上传送等。Internet已逐步从单一的数据传送网向数据、语音、图像等多媒体信息的综合传输网演化。这些不同的应用需要有不同的Qos（quality of service）要求，Qos通常用带宽、时延、时延抖动和分组丢失率来衡量。各种应用对服务质量的需求在迅速增长。 显然，现有的尽力传送服务已无法满足各种应用对网络传输质量的不同要求，需要Internet提供多种服务质量类型的业务。而尽力而为的服务仍将提供给那些只需要连通性的应用。
服务质量Qos系指用来表示服务性能之属性的任何组合。为了使其具有价值，这些属性必须是可提供的、可管理的、可验证和计费的，而且在使用时它们必须是始终如一的、可预测的、有的属性甚至是起决定性作用的。为了满足各种用户应用的需要，构建对IP最优并具备各种服务质量机制的网络是完全必要的。专线服务、语音、文件传递、存储转发、交互式视频和广播视频是现有应用的一些例子。
二、图书馆网络QoS设计
图书馆在对所承载的IP业务的服务质量保证方面，首先，馆内核心交换机提供了极高的吞吐量和IP路由能力，并且有着极低的转发延迟，从而为诸如声音和图像等传输数据流的应用提供了一条低延迟通道。其次，可以根据统一的策略对不同业务赋予不同IP COS（IP服务类别），并且采用基于IETF Differential-Service 规范（IETF规定的在IP骨干上所应采用的第三层服务质量规范，RFC）进行流量标志和分类处理，所有核心交换机会根据这个流量标志对该流量进行相应服务质量类别的处理，从而保证极佳的IP服务。
图书馆核心交换机不仅支持IETF Differential Service 规范，为IP网络业务提供多种服务质量（CoS，ClassofService）等级支持，并且采用硬件的优先级队列保证传输，因而即使在每秒钟传输上百万数据包时也可以为优先通信提供极低的延迟。另外，它还支持IP多媒体传输的数据流分离排列和优先级，从而提供了一种简单的方法，使你在网络上应用视频多媒体，而且不会发生典型的由于过多通信而造成的性能降低的情况。
三、图书馆网络接入点的 QoS设计
图书馆无线网络产品都必须支持802.1p和DSCP。在数据包进入网络时，可以根据不同情况进行优先级划分和标记。可以根据应用设定802.1p优先级标记，在输出端口保证关键数据的优先通过。同时可以根据不同的应用（如语音、视频等），进行DSCP的识别和标记，以便在数据包到达广域网（带宽较少时）进行QoS控制。还可以根据设备支持端口限速、线速访问控制、策略路由等特点，依据实际需求进行完善的接入点QoS保障。
四、图书馆骨干网络中的QoS
图书馆网络中的QoS如何，关键的是能否实现网络中的端到端
的QoS，也就是说，必须在网络中的任何一段都有QoS保障。由于各设备间QoS的相互映射能力，使得网络端到端QoS的实现变得简单。
如下图1所示，当数据包进入网络时，由边缘接入交换机根据不同应用在以太网帧头（802.1q包头）标记不同级别的802.1p标记位，同时根据不同应用在IP包头标记不同DSCP标记位。
数据帧在接入交换机输出端口输出时，根据802.1p标记进行优先级设定，不同优先级数据进入不同的队列，保证网络关键应用的 QoS。
当数据帧到达核心交换机后，核心交换机在入口端读取以太网数据帧头的802.1p标记信息，然后根据802.1p信息，对IP数据包进行DSCP的相应优先级标记，然后经交换矩阵送到相应的输出端口；输出端口的ASIC芯片，根据DSCP标记进行分类，保证高优先级数据先输出。
五、图书馆网络基于芯片的QoS保障机制
QoS的实现基础是分类，任何一个数据包在在进行优先级处理时，首先要做的就是对数据包头进行分析，读取标记（分类信息），然后按类分配队列，进行交换/传输处理。传统的分类方法都是基于软件操作系统和CPU进行的。每一个数据包到达后，由CPU读取包头信息、根据配置信息对包头进行重新打标记，然后进行交换。这种实现方式的弊病在于，当交换数据量过大时，CPU负载将急剧上升，从而导致网络性能下降。为保障QoS，可以通过专有ASIC芯片解决了这个问题，都是通过在交换机I/O板卡上加载专有ASIC芯片，由ASIC芯片负责对数据包包头的分析、标记和重组，大大减少了CPU的负载，保证网络的QoS。
六、图书馆完善的带宽控制
图书馆核心交换机还具有完善的带宽控制能力，可以根据端口、IP地址、业务类型等各种方式，进行精确的速率限制。可以根据不同的用户或网络应用进行完善的网络资源调配和管理，提高網络效率，并保障重点应用的高质量。
参考文献
[1]沈晶.以流量工程和服务质量控制为目标的高性能路由技术[D].浙江大学，2003.
[2]姜明.互联网服务质量及拥塞控制的研究[D].浙江大学，2004.
[3]江昊.Internet QoS路由研究[D].武汉大学，2004.
[4]刘岩.网络流量控制若干关键技术研究[D].复旦大学，2005.
[5]郑彦兴.因特网QoS路由算法研究[D].国防科学技术大学，2005.
（作者单位：绵阳职业技术学院）
关键词：互联网；图书馆；服务质量；QoS
QoS的中文名为“服务质量”。QoS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。但是对在大多数学校的校园网上，尤其是高职院校图书馆会同时存在语音、视频流量，多区域组播应用流量，管理应用流量，学生上网流量就十分必要。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。
一、QoS在国内外的发展概况
目前，在全世界范围内存在很多网络设备提供商，其中比较出名的有美国的cisco、中国华为和中兴，其中美国cisco公司凭借其人才资源和强大的技术支持，确立了业内的霸主地位，占了较大的高端设备市场份额。思科是互联网解决方案的领先者，凭其对网络经济模式的深研和自身过硬的网络高端技术，已经成为网络设备应用方面的杰出实践者。它以其敏锐的洞察力、丰富的行业经验、专业的人才资源、成熟的技术获得很大的竞争优势和效益，其提供的通信解决方案已为成为世界各地公司、政府与大学建立互联网提供可靠保障的基础。1987年华为公司在中国深圳成立，是全世界第二大通讯供应商，也是全球领先的信息与通信解决方案供应商，华为公司会根据用户的需求一直不断的在改革和创新，通过与其它企业紧密合作，在多个领域构建了端与端的解决方案。华为公司更加致力于消费者、企业与运营商间创造具有核心竞争力的ICT服务和解决方案，通过不断创新，持续提高用户的信任感和认可度，由此给用户和自已都带来最大的价值。中国的中兴通讯公司于1985年成立于广东深圳，是中国研发生产通讯设备和终端的高科技企业，它也是全球领先的综合通信解决方案提供商和全球排名前五位的手机生产制造商。为了满足全球不同运营商之间的差异化需求，中兴通讯建立了完整的无线、有线、业务、终端产品和专业的通信服务。由于该公司创新能力不断加强，定制能力的灵活人性化和交付能力的日趋完善，中兴通讯已经逐惭获得全球客户的肯定和认可。
（一）图书馆网络流量控制的必要性
随着互联网的快速普及与高速发展，校园网已经成为每个学校必备的信息基础设施之一，而学校图书馆是提高教学、科研及管理水平的重要途径和手段，国家对教育信息化建设给予了大力推进和支持，极大地鼓励学校积极参与校园网的建设。然而尽管目前网络技术高速发展，校园网络带宽也成倍地增长，但是校园网络带宽的发展永远跟不上需求，在校园网中便体现为教学区、办公区和宿舍区间、甚于无线网络与移动网络之间相互抢占校园带宽。对于图书馆来说流量与拥塞情况更为明显。因为图书馆是科研与教学之地，势必会有很多读者同时用迅雷工具进行下载资源和观看在线视频等上网行为，这样就会极大地占用网络带宽，图书馆网络就会发生流量和拥塞状况。
当网络出现流量与拥塞问题时，如何保证图书馆网络的正常工作呢？QoS（Quality of Service）即服务质量是目前校园网络采用最多的一种解决方法。对于网络业务，服务质量包括传输的带宽、传送的时延、数据的丢包率等。在网络中可以通过保证传输的带宽、降低传送的时延、降低数据的丢包率以及时延抖动等措施来提高服务质量。网络资源总是有限的，只要存在抢夺网络资源的情况，就会出现服务质量的要求。服务质量是相对网络业务而言的，在保证某类业务的服务质量的同时，可能就是在损害其它业务的服务质量。例如，在网络总带宽固定的情况下，如果某类业务占用的带宽越多，那么其他业务能使用的带宽就越少，可能会影响其他业务的使用。因此，网络管理者需要根据各种业务的特点来对网络资源进行合理的规划和分配，从而使网络资源得到高效利用。
（二）图书馆网络QoS机制的应用
QoS是网络与用户之间以及网络上互相通信的用户之间关于信息传输与共享的质的约定，例如，传输延迟允许时间、最小传输画面失真度以及声像同步等，是用来解决网络延迟和阻塞等问题的一种技术。现在的路由器一般均支持QoS。QoS 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Internet等计算机网络上为用户提供高质量的QoS必须解决以下问题：
1、QoS的分类与定义。对QoS进行分类和定义的目的是使网络可以根据不同类型的QoS进行管理和分配资源。例如，给实时服务分配较大的带宽和较多的CPU处理时间等，另一方面，对QoS进行分类定义也方便用户根据不同的应用提出QoS需求。
2、准入控制和协商。即根据网络中资源的使用情况，允许用户进入网络进行多媒体信息传输并协商其QoS。
3、资源预约。为了给用户提供满意的QoS，必须对端系统、路由器以及传输带宽等相应的资源进行预约，以确保这些资源不被其他应用所强用。
4、資源调度与管理。对资源进行预约之后，是否能得到这些资源，还依赖于相应的资源调度与管理系统。
目前的Internet仅提供尽力而为（best-effort service）的传送服务，业务量尽快传送，没有明确的时间和可靠性保障。随着网络多媒体技术的飞速发展，Internet上的多媒体应用层出不穷，如IP电话、视频会议、视频点播（VOD）、远程教育等多媒体实时业务、电子商务在Internet上传送等。Internet已逐步从单一的数据传送网向数据、语音、图像等多媒体信息的综合传输网演化。这些不同的应用需要有不同的Qos（quality of service）要求，Qos通常用带宽、时延、时延抖动和分组丢失率来衡量。各种应用对服务质量的需求在迅速增长。 显然，现有的尽力传送服务已无法满足各种应用对网络传输质量的不同要求，需要Internet提供多种服务质量类型的业务。而尽力而为的服务仍将提供给那些只需要连通性的应用。
服务质量Qos系指用来表示服务性能之属性的任何组合。为了使其具有价值，这些属性必须是可提供的、可管理的、可验证和计费的，而且在使用时它们必须是始终如一的、可预测的、有的属性甚至是起决定性作用的。为了满足各种用户应用的需要，构建对IP最优并具备各种服务质量机制的网络是完全必要的。专线服务、语音、文件传递、存储转发、交互式视频和广播视频是现有应用的一些例子。
二、图书馆网络QoS设计
图书馆在对所承载的IP业务的服务质量保证方面，首先，馆内核心交换机提供了极高的吞吐量和IP路由能力，并且有着极低的转发延迟，从而为诸如声音和图像等传输数据流的应用提供了一条低延迟通道。其次，可以根据统一的策略对不同业务赋予不同IP COS（IP服务类别），并且采用基于IETF Differential-Service 规范（IETF规定的在IP骨干上所应采用的第三层服务质量规范，RFC）进行流量标志和分类处理，所有核心交换机会根据这个流量标志对该流量进行相应服务质量类别的处理，从而保证极佳的IP服务。
图书馆核心交换机不仅支持IETF Differential Service 规范，为IP网络业务提供多种服务质量（CoS，ClassofService）等级支持，并且采用硬件的优先级队列保证传输，因而即使在每秒钟传输上百万数据包时也可以为优先通信提供极低的延迟。另外，它还支持IP多媒体传输的数据流分离排列和优先级，从而提供了一种简单的方法，使你在网络上应用视频多媒体，而且不会发生典型的由于过多通信而造成的性能降低的情况。
三、图书馆网络接入点的 QoS设计
图书馆无线网络产品都必须支持802.1p和DSCP。在数据包进入网络时，可以根据不同情况进行优先级划分和标记。可以根据应用设定802.1p优先级标记，在输出端口保证关键数据的优先通过。同时可以根据不同的应用（如语音、视频等），进行DSCP的识别和标记，以便在数据包到达广域网（带宽较少时）进行QoS控制。还可以根据设备支持端口限速、线速访问控制、策略路由等特点，依据实际需求进行完善的接入点QoS保障。
四、图书馆骨干网络中的QoS
图书馆网络中的QoS如何，关键的是能否实现网络中的端到端
的QoS，也就是说，必须在网络中的任何一段都有QoS保障。由于各设备间QoS的相互映射能力，使得网络端到端QoS的实现变得简单。
如下图1所示，当数据包进入网络时，由边缘接入交换机根据不同应用在以太网帧头（802.1q包头）标记不同级别的802.1p标记位，同时根据不同应用在IP包头标记不同DSCP标记位。
数据帧在接入交换机输出端口输出时，根据802.1p标记进行优先级设定，不同优先级数据进入不同的队列，保证网络关键应用的 QoS。
当数据帧到达核心交换机后，核心交换机在入口端读取以太网数据帧头的802.1p标记信息，然后根据802.1p信息，对IP数据包进行DSCP的相应优先级标记，然后经交换矩阵送到相应的输出端口；输出端口的ASIC芯片，根据DSCP标记进行分类，保证高优先级数据先输出。
五、图书馆网络基于芯片的QoS保障机制
QoS的实现基础是分类，任何一个数据包在在进行优先级处理时，首先要做的就是对数据包头进行分析，读取标记（分类信息），然后按类分配队列，进行交换/传输处理。传统的分类方法都是基于软件操作系统和CPU进行的。每一个数据包到达后，由CPU读取包头信息、根据配置信息对包头进行重新打标记，然后进行交换。这种实现方式的弊病在于，当交换数据量过大时，CPU负载将急剧上升，从而导致网络性能下降。为保障QoS，可以通过专有ASIC芯片解决了这个问题，都是通过在交换机I/O板卡上加载专有ASIC芯片，由ASIC芯片负责对数据包包头的分析、标记和重组，大大减少了CPU的负载，保证网络的QoS。
六、图书馆完善的带宽控制
图书馆核心交换机还具有完善的带宽控制能力，可以根据端口、IP地址、业务类型等各种方式，进行精确的速率限制。可以根据不同的用户或网络应用进行完善的网络资源调配和管理，提高網络效率，并保障重点应用的高质量。
参考文献
[1]沈晶.以流量工程和服务质量控制为目标的高性能路由技术[D].浙江大学，2003.
[2]姜明.互联网服务质量及拥塞控制的研究[D].浙江大学，2004.
[3]江昊.Internet QoS路由研究[D].武汉大学，2004.
[4]刘岩.网络流量控制若干关键技术研究[D].复旦大学，2005.
[5]郑彦兴.因特网QoS路由算法研究[D].国防科学技术大学，2005.
（作者单位：绵阳职业技术学院）