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作者: tuzi [tuzi]

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internet在经历了二十多年的发展后，网络从局域发展到广域，从单纯地面向数据业务到支持多媒体业务。IP网络已经不再是低质低价的纯数据网络，而是能够同时支持语音、数据、图像的多业务网络平台。

----在IP网络上传输多媒体业务，最大的挑战是如何保证服务质量。

服务质量
----服务质量(QoS)通常是指通信网络在承载业务时为业务提供的品质保证。不同的通信网络对于服务质量的定义也各不相同。数据网络的服务质量通常用业务传送的延迟、延迟变化、吞吐量和包丢失率等参数来衡量。不同的业务对于每个参数的敏感程度是不同的。
----数据业务通常对业务传递的可靠性要求非常高，不允许出现接收端和发送端数据的差异。为保证数据业务的可靠传输，数据网络采用逐包检验、出错重传的传输协议，如X.25和TCP，这种方式对于业务的传输延迟无法保证。

----语音和视频业务的特性是信息具有一定的延续性和相关性，所以它们对于网络的传输延迟和延迟变化指标的要求非常严格，传输延迟会造成回声和交互的障碍，而延迟变化则会造成变声、变调和视频的马赛克等。语音和视频业务对少量的信息丢失或差错不敏感，因为它可以通过适当的补偿措施恢复部分丢失的信息，但是过多的信息丢失也会造成通信品质的下降，所以它们对于网络的包丢失率指标有一定要求，但不很苛刻。

IPQoS
----传统IP网络主要用于满足计算机互联的需要，因此IP网络所支撑的业务仅仅被简单归纳为两类：可靠传输（TCP）和非可靠传输（UDP）。但是随着多媒体业务的兴起，计算机已经不是单纯的处理数据的工具，而是越来越贴近生活，计算机的交互越来越实时和生动，这对计算机互联网络也就相应地提出了更高的要求。另外，IP网络依靠其低廉的价格和广泛的用户市场，逐步取代传统的电信数据通信网络，甚至战胜了被电信专家们研究并推崇了近十年的B��ISDN技术,IP网络也因此而高喊“EverythingoverIP”的口号。那么，当今的IP网络是否真的有能力承载起所有的电信业务，电信业务对于IP网络又有哪些方面的需求呢？
----所谓电信业务通常是指现在传统电信网络上所承载的业务，包括电话、传真、电报、数据通信以及移动电话等。常年的公众服务使电信网络的运营者们具备了很强的服务意识，“电信级服务”、“电信级质量”表达了公众对于电信网络的信赖。那么，“电信级服务”、“电信级质量”究竟意味着什么呢？具体而言，电信级服务是指网络业务预定和开通时间、业务故障频次和故障恢复时间等等用户可以切身感受的服务；而电信级质量则是指人们业已习惯并接受的通信品质，例如人们通常会以目前固定电话网络通信质量作为衡量其他类型的电话（如IP电话）品质的参照标准。然而，电话网络通信品质并不能代表语音的最佳品质，目前电话网络为话音提供的服务带宽不过64kbps，传输质量只能保证语音不失真，根本无法与音响的语音品质相比，而与之相反，IP网络却具备提供超品质语音服务的能力。因此，“电信级质量”只是一种衡量的标准，并非追求的目标。

----就IP网络而言，由于历史原因，其网络组织和网络特性与传统的电信网络特别是电话网相去甚远，因而人们通常认为传统IP网络没有QoS保证。随着IP网络日益广域化和多媒体化，IPQoS的概念开始形成。

----IPQoS综合了电信级服务和电信级质量两个概念，形成了既符合IP网络特性，又兼顾电信网络用户需求的一套独有的概念，可以用以下参数具体描述：

网络延迟――信息流从源端到目的端的延迟；
延迟变化――也称为“抖动”，指信息流在从源到目的地的传递过程中延迟的相对变化；
通过量――信息流在网络中的传递速率，也可用平均速率和峰值速率表示；
包丢失率――信息流（在IP网络中以IP包为单位传递）在网络中丢失的包与总信息量的比率。
----虽然现代IP网络需要考虑电信业务的需求，但其更多、更主要的承载业务仍然是传统IP业务，这些业务不要求服务质量，只要求低价。为了不失去低廉的服务特性，同时又能满足其他业务的需求，IPQoS提出了服务等级的概念。

服务等级与网络实现
----根据业务特性，一般可以将网络业务分为三个服务等级，具体如下表如示。
----按照服务等级保证，服务质量有两个重要环节，一是将业务流按业务种类分类，另一个是按服务等级提供相应的服务质量保证。

----将业务流分类是一件非常繁复的工作。因为传统IP网络业务是面向无连接的，业务开始时不存在建立连接的信令过程，所以网络没有机会和每个终端用户协商它的服务等级（RSVP的出现正在改变这种状况），并标识它的业务流。虽然IP帧开销中具有ToS字段可以供用户标识网络业务类型，但由于长期以来IP网络与用户间缺乏业务合同，对于该字段的使用没有任何的约束，所以用户填写的该字段无法作为资费的依据和分类的凭据。现在网络通行的做法是由边缘路由器检查业务合同，并根据业务合同重新填写该字段，核心路由器则根据该字段提供相应的服务质量保证，这就是所谓的“DiffServ"（分类业务）QoS保证机制。

----核心路由器的服务质量保证机制包含两个重要环节的处理，一是输出时的发送处理，一是拥塞时的丢包处理，两个环节都以排队为前提。当业务始终能够以线速通过交换机时，任何QoS保证机制都是多余的，因为这时所有的业务都可以得到最佳的保证。在没有任何数据积累时，任何排队措施也是多余的。但是，真实网络中不可能没有数据冲突（如两个数据流同时争抢一个输出端口），也不可能没有数据积累。积累的数据是采用先进先出（FIFO）的公平发送原则，还是采用按优先级加权的发送原则，如WRR(WeightedRoundRobin)和MDRR(ModifiedDeficitRoundRobin），这些都是输出时发送处理的重要内容。很显然，分类业务要求按优先级加权发送。这里，为每个优先级所赋予的权值决定了该队列发送的几率，也就决定了该队列数据转发延迟的大小。举例而言，假定有三个优先级队列：Q1、Q2、Q3。三个队列分别积累数据包10个，为方便计算假定包长均为100字节。输出端口速率为2Mbps。如果使用RoundRobin，Q1最后一个包的输出转发延迟为：

----延迟时间=积累的数据包个数×包长×8/端口速率
----=9×3×100×8/（2×106）
----=1.08×10－2s
----=10.8ms

----但如果设定Q1的权值为8，Q2的权值为4，Q3的权值为1，使用WRR机制，由于每个厂家在实现时对权值的定义有所不同，我们这里按最简单的一种方式计算，即一个发送周期内队列中发送的包数与其权值成正比，这时Q1的最后一个包的输出转发延迟则会在第二个发送周期中发出，所以排在最后一个包前的数据包共8＋4＋1＋1=14个，其转发延迟为：

----14×100×8/（2×106）=5.6ms

----如果使用这种加权机制，各队列中积累的数据包分布将不会是均匀分布的，Q1的队列长度会保持很短，这样会进一步减少高优先级业务的转发延迟。

----另一个重要环节是拥塞处理。网络指标中包丢失率就是指由于网络拥塞、链路故障等原因造成包丢失的比率。现代高速通信网络传输线路的误码率已经非常低，一般可以达到10－10以上，所以由于线路误码而造成的包丢失微乎其微。而IP网络因为其管理的无序性，局部拥塞和短暂拥塞的现象会经常出现，所以拥塞处理对于IP网络则非常重要。

----不同优先级的业务对于包丢失率的要求也不相同，所以在拥塞处理上也需要考虑业务对于包丢失率的要求。WRED(WeightedRandomlyEarlyDiscard)是一种根据优先级处理拥塞的机制。网络拥塞和交通拥堵一样是一个渐进的过程，提早发现、准确预期和适当的疏通措施是避免拥塞造成严重后果的三步曲。WRED就是一种疏通措施。由于IP是面向无连接的网络，缺乏端到端的流量控制能力，所以丢弃是IP网络唯一可以采用的缓解拥塞措施。而IP网络应用的关键差别仅在于丢弃的策略是否智能，是否能够使丢弃量最小。权值用来决定丢弃量，丢失敏感的业务可以设置为最高优先级，网络会在拥塞时根据权值选择丢弃低优先级的业务，最后丢弃高优先级业务。

----与分类业务方式完全不同的另一类QoS保障机制称为综合业务（IntServ）方式。它是以类似于连接的方式控制服务质量，边缘节点用RSVP（资源预留协议）为业务流端到端地预留网络资源，核心节点通过控制资源的使用来保证网络不会出现拥塞。

----分类业务机制和综合业务机制各有优缺点。分类业务适合于大型的核心网络，它分类较粗，通常只划分3～10个优先等级，相同优先等级的业务会分享该等级的服务，所以这些相同优先级的业务之间也会出现一定程度的资源竞争。对于每个业务流而言，并没有绝对的质量保证。因此运营商通常在核心网络控制其资源的平均利用率不会超过50％或70％，高优先级业务的资源利用率不会超过20％。这样就可以保证业务不会出现资源竞争的现象，即使IP业务的突发性造成短暂的资源竞争，高优先级业务也绝对不会出现资源紧缺的现象。

----控制资源利用率的关键在于网络规划。早期的网络规划完全依靠调整线路资源来控制资源利用率，例如规划人员通过流量统计数据发现北京――上海的线路平均利用率已经超出总带宽的50％，就开始调配资源准备扩容，为北京――上海增加一条链路。这种规划方式似乎不够科学和智能，但因为IP网络的发展速度总是超出人们的想象，目前国际上所有知名的IP网络都还在使用这种最原始的规划手段。

----流量工程（trafficengineering）是近期提出的一个全新概念，它使扩容不再是控制资源利用率的唯一手段。流量工程利用隧道的技术，改变了逐跳（hop��by��hop）决定路由的IP业务特性，使IP业务流可以按照网络规划人员的意向选择路径。网络规划人员可以利用流量工程规划业务流的流量、流向，使全网的资源更合理、更充分地得到利用，更好地解决局部拥塞问题。流量工程是一种软资源，网络管理人员可以随时根据需要启动并利用它，具有调整周期短、见效快的特性。但是值得注意的是，流量工程并不是万能的，在全网资源都接近饱和时，扩容仍然是必须的，只是可以全网统筹安排，有规划、有计划地进行扩容工程。

地主发表时间: 11/18 01:06

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