IP網絡QOS作用及其部署效果研究

賴云強

（杭州師范大學國際服務工程學院，浙江 杭州310012）

1 前言

Qos的全稱是Quality of Service服務質量，在傳統的IP網絡狀況下，端到端報文傳遞時，報文所占的帶寬、傳遞的延遲、任意兩個報文間的延遲抖動、丟包率是不能預期的：IP網絡對于所有的報文都無區別的對待，僅提供盡力而為(best-effort service)的傳送服務，對所有報文進行同樣的傳遞。而隨著業務的發展，我們對IP網絡對于業務的服務期望是：對于重要業務的帶寬、延遲、抖動、丟包率能得到一定的保證；對于非重要業務或者對時延不敏感的業務，在帶寬空閑時，可以占用大量帶寬：但在重要業務流量增大時，非重要業務的流量要變小，將帶寬留給高優先級的業務使用。

QOS對于IP網絡擁塞控制的主要目標是：控制進入網絡的數據流量，保證通信鏈路帶寬不會被用戶發送的數據流量占滿，使其合理地使用網絡資源。IP網絡擁塞控制的基本模式是：接入部分負責流量整形和流量監管，而匯聚、核心部分負責對超過設定的流量進行丟棄；或對于高優先級業務進行保障。這樣就可以控制、調節進入網絡的數據流量。

傳統的QOS控制，是用TCP協議中滑動窗口等機制進行擁塞控制，但此類控制是基于傳輸層的控制，反映速度相對滯后，而目前比較流行的研究是在IP的TOS上區分業務的重要性，使用流量控制的漏桶原理，根據隊列調度算法，進行報文丟棄。現有的IntServ模型和DiffServ。模型是研究的熱點，還有分層QOS也是目前新興的研究課題。

2 QOS基本理論

2.1 QOS模型概述

目前比較流行的2種QOS模型是：IntServ模型IntServ和Diffserv模型。IntServ模型 (業務通過信令向網絡申請特定的QoS服務，網絡在流量參數描述的范圍內，預留資源以承諾滿足該請求)和Diffserv模型(當網絡出現擁塞時，根據業務的不同服務等級約定，有差別地進行流量控制和轉發來解決擁塞問題。)由于IntServ較難部署，固網電信運營商大部分采用過的是Diffserv。其核心接入層、核心層設備的QOS能力，在傳輸帶寬沒有擁塞的情況下，是可以滿足VIP、一般用戶服務的。但是在特定的情況下，當VIP用戶流量發生擁塞，如何能夠最大程度上滿足VIP,VVIP用戶的要求，這是現在存在的很大的問題。VIP用戶在流量擁塞的情況下，也會出現業務丟包的現象，嚴重時，其業務將不能使用。而對于VVIP用戶，如醫院、軍隊等會要求：在VIP用戶擁塞的情況下，VVIP用戶還可以正常使用。這就對IP網絡的QOS實現的方式提出了新的要求。

對擁塞控制，一般有2種擁塞控制的方法，是流量監管與流量整形。簡單的對擁塞控制，一般有2種擁塞控制的方法，是流量監管與流量整形。簡單的說，流量監管作用是利用漏桶的原理，來進行報文的丟棄；流量整形是利用緩存將超過峰值的流量儲存起來，等到鏈路不擁塞時再進行發送。

6種調度算法是FIFO (First In First Out),PQ(Priority Queuing),WFQ(Weighted Fair Queuing),CQ(Custom Queueing)、CBQ(Class－BasedQueue)、RTPQ(Real-time Transport Protocol Queue)，其詳細的調度算法原理，是作為公認的調度算法存在而被廣泛認可的，在任何一木有關QOS基本論述的文章、書籍中都有關于這6種調度算法的詳細描述，在此就不做贅述了。

2.2 QOS在電信運營商的部署

Qos是一種調度機制，可以加快高優先級業務的轉發速度，但在鏈路沒有擁塞的情況下，Qos并不能顯示出其強大的業務區分和服務能力。只有在鏈路發生擁塞的時候，才能體現Qos的相關功能。

對于Qos，理論上有非常多的方式來實現，如：輕載網絡、核心部分采用Diffserv、邊緣部分則采用業務感知、策略執行、流量控制等這些多種方式綜合等。但以_L協議都是在非常理想的情況進行部署的，隨著數通設備和芯片技術的發展，預計可能在2-3年后能夠在固網電信運營商的城域網上部署。

目前比較現實的QOS方式是在接入層設備進行標記，在核心層設備進行轉發，當流量擁塞時，進行QOS的保證。但這種方法的產生問題是：當在此設備上，優先級最高的流量發生擁塞而丟包時，對于終端用戶的感知非常差一一可能會出現所有最高優先級的用戶都不同程度的丟包，時多時少，最終引起所有最高優先級的用戶的網絡性能變差，所有用戶都不滿意。而比較好的方式應該是：在這種情況下，滿足相同優先級中一部分用戶的需求，使其不丟包或丟很少的包，而對于其他相同優的用戶，使其徹底中斷，直到前面有用戶釋放資源。一部分用戶不滿意，總比所有用戶都不滿意好。

這就類似于使用電路交換的方式來滿足分組交換的業務需求。WIP用戶的帶寬總是給這些用戶保留著，無論這些WIP用戶是否在使用。而給WIP預留的帶寬只占總帶寬的千分之幾，帶寬利用率不會明顯降低。

圖1 城域網典型組網

3 QOS現階段狀況

現階段IP網絡的QOS功能，在數據網絡的核心部分，基本可以滿足現在業務的需要。可以對業務進行分類、進行帶寬、流量方向的控制。但隨著業務的發展隨著VOIP,3G的大規模部署，如何對這些高質量業務做高質量的保護，是現階段在網絡建設、網絡規劃中存在的巨大的問題。

以上圖為例：用戶A相對用戶B更優先，在上行鏈路擁塞時，可以得到較好的服務：而用戶C相對用戶A更優先，于是在A和C同時訪問D時，C等到的服務就要比A好；這就要全網做非常細致、合理的QOS規劃。這些需求就要求網絡建設人員應該從網絡建設的初期就開始就行業務流量的規劃，明確：哪些業務有上網需要、這些業務到哪里終結、哪些業務流量走哪些鏈路、當某些鏈路發生中斷口業務流量該如何疏導等等。只有明確了這些內容，QOS在部署上，才能取得最好的效果。

在城域網核心，完全可以實現對于業務的不同區分，從而提供差異化的服務，但是所以量區分、報文丟棄等操作都有核心設備執行，對于核心設備來說，壓力非常大。最好的模型是：所有打標簽、丟棄報文的動作，由接入、匯聚層設備來執行。如圖中的地市SR和地市BAS等。而給報文打標簽、設置優先級的動作，就需要由接入層路由器、交換機、DSLAM設備完成。打標簽、設置優先級后，有匯聚層設備決定丟棄或轉發，核心層只負責轉發匯聚層送到本身的報文。

網絡技術只能按照我們前期的規劃發揮它的作用，而不能代替我們的網絡規劃，在何種情況下，使用何種技術：人類的智慧，在技術越來越發達的今天，顯得尤其更加重要。

從現在的網絡情況上看，QOS只是解決網絡擁塞時的一種方法，它不是萬能的，不能把所有希望都放在QOS上。

4 QOS的展望

按需帶寬分配(Bandwidth on demand)業務等新的QOS研究正在進行，和傳統的QOS相比，簡單的說：就類似靜態路由協議和動態路由協議的區別。按需帶寬分配就是可以設備實時的流量和業務優先級來實時控制流量的大小、業務的優先級。

但其實現涉及到網絡設備對報文的DPI技術、以及和網管配置的聯動，實現非常復雜。但其實現后，就可以由設備、網管動態的掌握帶寬分配，在設置好的情況下，幾乎不用人為干涉。最終技術的發展，會不斷的將人們從繁重的、重復性勞動中解放出來，去創造新的未來。

[1]RFC 791.Internet Protocol[S].US：Information Sciences Institute University of SouthernCalifornia,1981

[2]RFC 793-Transmission Control Protocol[S].US：Information Sciences Institute University of Southern California,1981