解除統(tǒng)一IP網(wǎng)之憂

陳紹強(qiáng)

　　為保證業(yè)務(wù)質(zhì)量，路由器或交換機(jī)不只是承擔(dān)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移，還應(yīng)當(dāng)看到數(shù)據(jù)包的深層，時(shí)刻根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況的變化調(diào)整排隊(duì)算法，完成數(shù)據(jù)流的整形，使其滿足用戶預(yù)期的目標(biāo)，既保證付費(fèi)業(yè)務(wù)獲得足夠帶寬、改善延時(shí)和抖動(dòng)等參數(shù)性能，同時(shí)也能夠?qū)Φ蛢?yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)提供高質(zhì)量服務(wù)。這正是未來統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)所應(yīng)當(dāng)具有的性能，而這一保證的基礎(chǔ)來自于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備內(nèi)排隊(duì)算法的工作效率。

　　如今，在網(wǎng)絡(luò)中使用路由器的標(biāo)準(zhǔn)做法是在入口進(jìn)行入口策略檢驗(yàn)，決定該包是否該處理，以及如何處理；在出口提供擁塞控制算法，避免明顯不合理的阻塞情形，如頭端阻塞。在這種情形下，設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)包的控制就不是連續(xù)的，從而也就不能提供類似于時(shí)分復(fù)用或電路交換級(jí)別那樣的業(yè)務(wù)質(zhì)量保證。

　　排隊(duì)問題不僅限于出口

　　實(shí)際上，真正有效的排隊(duì)技術(shù)能夠把一個(gè)簡單的傳輸設(shè)備轉(zhuǎn)變成能提供和創(chuàng)建業(yè)務(wù)的平臺(tái)，從而更好地為用戶服務(wù)，更多地為運(yùn)營商創(chuàng)造利潤。為達(dá)到這一目標(biāo)，排隊(duì)算法需要和這幾樣功能掛鉤：

　　隊(duì)列調(diào)度算法：控制著數(shù)據(jù)流實(shí)際占有的帶寬資源；

　　隊(duì)列管理算法：控制著數(shù)據(jù)流潛在地占有的帶寬資源、當(dāng)前占有的內(nèi)存資源或隊(duì)列的深度；

　　統(tǒng)計(jì)：如計(jì)算發(fā)送和丟棄的包數(shù)目，為了計(jì)費(fèi)、SLA（業(yè)務(wù)水平協(xié)定）驗(yàn)證和未來趨勢(shì)分析等管理功能。

　　隊(duì)列調(diào)度發(fā)生在端口出口處，通常包括這樣幾種：先進(jìn)先出（FIFO）、加權(quán)公平排隊(duì)（WFQ）、優(yōu)先級(jí)排隊(duì)（PQ）和客戶化排隊(duì)（CQ）等。這在Cisco的路由器中都有提供，用戶隨時(shí)可以改變端口的排隊(duì)算法配置。

　　隊(duì)列管理算法管理著隊(duì)列容量，主要功能是給突發(fā)性數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)一個(gè)緩沖，減少丟包率。流行的算法有隨機(jī)早期偵測(cè)（RED）、加權(quán)隨機(jī)早期偵測(cè)（WRED）和顯式擁塞通知（ECN），或者干脆就沒有管理（尾包丟棄：TD）。評(píng)判的標(biāo)準(zhǔn)，一是隊(duì)列越空越好，這意味著隊(duì)列有更強(qiáng)的適應(yīng)未來突發(fā)數(shù)據(jù)的潛力；二是長度波動(dòng)越穩(wěn)定越好，這意味著數(shù)據(jù)流遭遇的時(shí)延和抖動(dòng)更可預(yù)測(cè)。

　　盡管上述種種算法不可謂不豐富，也不能說完全無效，至少對(duì)目前的IP負(fù)載提供了一定程度的管理，但對(duì)于QoS的整體效果卻仍然是實(shí)驗(yàn)性的，沒有運(yùn)營商會(huì)貿(mào)然轉(zhuǎn)向全I(xiàn)P網(wǎng)。因?yàn)橐陨霞夹g(shù)是單純從隊(duì)列管理來說的，效果僅是局部的，而不是全局的。事情的全部并非僅僅是出口處的隊(duì)列管理，還包括數(shù)據(jù)包在到達(dá)出口之前那一段時(shí)間內(nèi)經(jīng)歷的處理和排隊(duì)，如在轉(zhuǎn)發(fā)引擎中，在交換引擎中等，而這正是排隊(duì)對(duì)數(shù)據(jù)包控制缺乏連續(xù)性的原因所在。

　　如果說交換引擎可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包的無阻塞交換，使得數(shù)據(jù)包經(jīng)歷的延遲可以預(yù)測(cè)的話，那么包轉(zhuǎn)發(fā)引擎就是另一番景像。突發(fā)性的數(shù)據(jù)包正是在網(wǎng)絡(luò)處理器這樣的轉(zhuǎn)發(fā)引擎中獲得關(guān)鍵性的處理，如路由選擇、包頭信息修改和排隊(duì)等等。保證QoS的前提之一是數(shù)據(jù)包不應(yīng)該在網(wǎng)絡(luò)處理器中經(jīng)歷延遲。目前的排隊(duì)機(jī)制更多地解決了算法方面的問題，而對(duì)于排隊(duì)原則何以與數(shù)據(jù)包QoS規(guī)格和實(shí)際的數(shù)據(jù)包處理相聯(lián)系，則欠缺深層的解決辦法。

　　向統(tǒng)一IP網(wǎng)過渡

　　在對(duì)于公網(wǎng)尚無徹底的解決方案之時(shí)，多數(shù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供廠家瞄準(zhǔn)的是企業(yè)級(jí)產(chǎn)品，以做好向統(tǒng)一IP網(wǎng)過渡的準(zhǔn)備，因?yàn)檫@是從用戶的桌面入手，這是改良性的，而非革命性的途徑。例如,Cisco最近宣布的語音解決軟硬件方案的升級(jí)，就是這個(gè)意思。另一方面，公網(wǎng)傳輸級(jí)的產(chǎn)品，如OADM（光路分插復(fù)用器），也是Corning和JDS Uniphase等一些廠家所另辟的蹊徑，它解決的是光波長這一層次的交換，這也是未來公網(wǎng)交換機(jī)所必須的，只是離包交換還差兩個(gè)級(jí)別，這兩個(gè)級(jí)別是鏈路交換和分組交換，分組交換才是最大難題所在。

　　在真正有效的排隊(duì)技術(shù)還未成為公開技術(shù)的情況下，業(yè)內(nèi)對(duì)這個(gè)難題的解決分為兩個(gè)方向：一個(gè)是開發(fā)實(shí)驗(yàn)性的ASIC芯片，實(shí)現(xiàn)自有的排隊(duì)技術(shù)；另一個(gè)是極盡所能開發(fā)通用網(wǎng)絡(luò)處理器的性能�？上攵�知，目前這兩個(gè)方向的努力都僅僅是牛刀初試，尚無斬獲。有個(gè)別的公司，如Xebeo，宣稱正在開發(fā)業(yè)務(wù)交換機(jī)，它的計(jì)劃基于以太網(wǎng)技術(shù)，使用了Xilinix的Virtex-II FPGA平臺(tái)，為的是縮短推向市場(chǎng)的時(shí)間。這驗(yàn)證了一句套話：大公司維持，中等公司跟進(jìn)，而小公司走新路。

　　有待網(wǎng)絡(luò)處理器的發(fā)展

　　目前，在芯片方面的進(jìn)展不是特別如人所愿，網(wǎng)絡(luò)處理器作為主要的負(fù)載/隊(duì)列管理構(gòu)件，去年的市場(chǎng)銷售額才9000萬美元，大大低于普遍預(yù)測(cè)的10億美元。原本2004年60億美元的期望值，現(xiàn)在也降低到10億美元的水平。這大大挫傷了許多新興公司的積極性。倒是Intel、Motorola和IBM等重量級(jí)公司勇于承接挑戰(zhàn)，努力開發(fā)著一般性網(wǎng)絡(luò)處理器。IBM采取了雙管齊下的策略，為低端產(chǎn)品市場(chǎng)提供通用處理器，為高端產(chǎn)品市場(chǎng)提供專用處理芯片。但通用網(wǎng)絡(luò)處理器應(yīng)該是方向，這是出于知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)的需要和持續(xù)發(fā)展的需要。

　　整個(gè)網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)的低迷影響了網(wǎng)絡(luò)處理器芯片技術(shù)的成長，也影響到了統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)程，或許對(duì)于統(tǒng)一性網(wǎng)絡(luò)的迫切應(yīng)用模式還沒有形成，但業(yè)界對(duì)像排隊(duì)這樣的重大技術(shù)本身，仍然持樂觀和積極態(tài)度。

文章來源：中國計(jì)算機(jī)報(bào)