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趙慧玲 楊明川
隨著IP技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，世界各國(guó)的運(yùn)營(yíng)商基于IP網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)開發(fā)出多種多樣的新業(yè)務(wù)，IP網(wǎng)正在從當(dāng)初單純傳送數(shù)據(jù)向可傳送數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、活動(dòng)/靜止圖像的多媒體網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變。終端軟硬件的不斷發(fā)展使得很多終端已能夠滿足多媒體應(yīng)用的需要，因此在IP網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)類似語(yǔ)音、傳真、會(huì)議等實(shí)時(shí)多媒體應(yīng)用的問題焦點(diǎn)便集中在了如何傳輸這些時(shí)延敏感的業(yè)務(wù)上。而目前的IP網(wǎng)絡(luò)所提供的是一種“盡力而為”的服務(wù)，無(wú)法保障實(shí)時(shí)多媒體業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量（QoS），因此在IP網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)QoS的機(jī)制已成為目前國(guó)際上的研究熱點(diǎn)。
IETF關(guān)于IP QoS的研究現(xiàn)狀
IETF在IP網(wǎng)絡(luò)的QoS方面建議了一些服務(wù)模型和機(jī)制，其中最基本的是綜合業(yè)務(wù)/RSVP模型（IntServ）和區(qū)別型（DiffServ）業(yè)務(wù)模型。
綜合業(yè)務(wù)模型（IntServ）
綜合業(yè)務(wù)（IntServ）模型使用資源預(yù)留（RSVP）協(xié)議。這一模型的思想是“為了給特定的客戶包流提供特殊的QoS，要求路由器必須能夠預(yù)留資源。反過來(lái)要求路由器中有特定流的狀態(tài)信息”。
綜合業(yè)務(wù)模型的優(yōu)點(diǎn)是能夠提供絕對(duì)有保證的QoS。RSVP運(yùn)行在從源端到目的端的每個(gè)路由器上，可以監(jiān)視每個(gè)流，以防止其消耗比其請(qǐng)求、預(yù)留和預(yù)先購(gòu)買的要多的資源。該模型的缺點(diǎn)主要有：伸縮性不好、對(duì)路由器的要求高、無(wú)法在大網(wǎng)上實(shí)施。
區(qū)別型業(yè)務(wù)模型（DiffServ）
區(qū)別型業(yè)務(wù)（Diffserv）定義了TOS字節(jié)的格式（術(shù)語(yǔ)叫DS字段），以及一個(gè)包轉(zhuǎn)發(fā)處理庫(kù)的集合（術(shù)語(yǔ)叫Per－Hop行為，或PHB）。通過對(duì)一個(gè)包DS字段的不同標(biāo)記，以及基于DS字段的處理，能夠產(chǎn)生一些不同的服務(wù)級(jí)別。因此，區(qū)別業(yè)務(wù)本質(zhì)上是一種相對(duì)優(yōu)先級(jí)策略。
區(qū)別型業(yè)務(wù)模型的優(yōu)點(diǎn)是便于實(shí)現(xiàn)，只在網(wǎng)絡(luò)的邊界上才需要復(fù)雜的分類、標(biāo)記、管制和整形操作，ISP核心路由器只需要實(shí)現(xiàn)行為聚集（BA）的分類，因此實(shí)現(xiàn)和部署區(qū)別型業(yè)務(wù)都比較容易。
區(qū)別型業(yè)務(wù)本質(zhì)上只是實(shí)現(xiàn)了一種相對(duì)優(yōu)先級(jí)策略，因此并不能嚴(yán)格保證業(yè)務(wù)端到端的QoS。
流量工程（TrafficEngineering）
目前IETF的這些技術(shù)可以作為基礎(chǔ)QoS技術(shù)在相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)部件上使用，但是IETF的這些成果沒有解決全網(wǎng)的QoS問題，缺乏一個(gè)可以實(shí)施的整網(wǎng)QoS機(jī)制，而從路由器等設(shè)備來(lái)看，已初步具備基本的QoS能力。因此如何制訂整網(wǎng)QoS機(jī)制，發(fā)揮出路由器的QoS能力成為很多有影響力的標(biāo)準(zhǔn)組織的關(guān)注熱點(diǎn)。包括Internet2、MSF（多業(yè)務(wù)交換機(jī)論壇）、ETSITIPHON、ITU等組織目前都在大力研究和制訂IP網(wǎng)的整網(wǎng)QoS機(jī)制，而美國(guó)有線電視工業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)組織CableLab也在為Cable運(yùn)營(yíng)商研究制訂IP網(wǎng)QoS機(jī)制，3GPP則為下一代無(wú)線核心網(wǎng)絡(luò)研究制訂QoS機(jī)制。
從這些研究成果來(lái)看，通過實(shí)施一些流量工程技術(shù)，利用核心網(wǎng)的路由器DiffServ和MPLS的支持能力，是一個(gè)發(fā)展方向。MPLS可以與區(qū)別型業(yè)務(wù)用在一起來(lái)提供QoS�；贒S字段的體系結(jié)構(gòu)和基于MPLS的體系結(jié)構(gòu)能夠很容易地互操作。
流量工程的根本作用在于安排傳輸流如何通過網(wǎng)絡(luò)，以避免不均勻地使用網(wǎng)絡(luò)而導(dǎo)致?lián)砣�。而現(xiàn)在的動(dòng)態(tài)路由協(xié)議都會(huì)導(dǎo)致不均勻的通信分布，因?yàn)樗鼈兛偸沁x擇最短路徑轉(zhuǎn)發(fā)包。結(jié)果是，在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間順著最短路徑上的路由器和鏈路可能發(fā)生了擁塞，而沿較長(zhǎng)路徑的路由器和鏈路卻是空閑的。因此，無(wú)法指望升級(jí)改造目前的路由協(xié)議來(lái)達(dá)到流量工程的目標(biāo)。
對(duì)于簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)，可以讓網(wǎng)絡(luò)管理員根據(jù)業(yè)務(wù)量的分布情況，手工配置鏈路和路由，均勻地發(fā)配流量。但是當(dāng)業(yè)務(wù)量分布發(fā)生較大變化時(shí)乃至面對(duì)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，就無(wú)法依靠網(wǎng)絡(luò)管理員手工配置鏈路和路由。因此流量工程實(shí)施需要能夠自動(dòng)化和適應(yīng)業(yè)務(wù)流量分布的變化，這樣才能保證業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量。
Internet 2的研究
Internet2開發(fā)的BandwidthBroker模型是一個(gè)嘗試。它是在IP的骨干網(wǎng)上使用DiffServ，引入了BandwidthBroker收集網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浜凸?jié)點(diǎn)及鏈路狀態(tài)信息，管理網(wǎng)絡(luò)資源并結(jié)合策略服務(wù)器規(guī)定的策略進(jìn)行接納控制。帶寬代理器負(fù)責(zé)處理來(lái)自用戶主機(jī)，或者業(yè)務(wù)服務(wù)器，或者網(wǎng)絡(luò)維護(hù)人員的帶寬申請(qǐng)請(qǐng)求，帶寬代理器根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的資源預(yù)留狀況和配置的策略以及與用戶簽訂的業(yè)務(wù)SLA，確定是否允許用戶的帶寬申請(qǐng)。DiffServ域之間通過BB進(jìn)行SLA協(xié)商，使DiffServ能夠?qū)崿F(xiàn)端到端的接納控制和QoS保障。帶寬管理器內(nèi)記錄各類SLA配置信息、物理網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湫畔�、路由器的配置信息和策略信息、用戶認(rèn)證信息、當(dāng)前的資源預(yù)留信息、網(wǎng)絡(luò)占用狀態(tài)信息等大量靜態(tài)的和動(dòng)態(tài)的信息。同時(shí)，帶寬管理器還須要記錄路由信息，以確立用戶的業(yè)務(wù)流路徑和跨域的下游帶寬管理器位置。
Internet2的帶寬管理器模型中，帶寬管理器直接管理區(qū)域內(nèi)的所有路由器的資源和配置信息，存在拓?fù)浜凸芾磉^于復(fù)雜的問題；同時(shí)，帶寬管理器須要記錄本區(qū)域的動(dòng)態(tài)路由信息，存在路由表更新頻繁的問題，造成網(wǎng)絡(luò)預(yù)留的不穩(wěn)定；帶寬管理器根據(jù)本區(qū)域的動(dòng)態(tài)路由信息確定的業(yè)務(wù)路由也很難與業(yè)務(wù)流實(shí)際的轉(zhuǎn)發(fā)路由一致。
ETSI的TIPHON及其他組織的研究
由于帶寬管理器模型存在以上很多實(shí)際問題，目前Internet2基本停止了相應(yīng)的研究，而由其他標(biāo)準(zhǔn)組織在Internet2基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)和發(fā)展。包括歐洲標(biāo)準(zhǔn)化組織ETSI專門為下一代的電信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)研究而設(shè)立的TIPHON工作組制訂的QoS模型以及美國(guó)多業(yè)務(wù)交換論壇MSF在下一代網(wǎng)絡(luò)的QoS架構(gòu)上的研究成果都是在向相同的方向努力。
ETSITIPHON的QoS架構(gòu)中，在承載層引入了TRM來(lái)動(dòng)態(tài)管理承載網(wǎng)的資源調(diào)度，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的流量工程能力。而TRM接受業(yè)務(wù)控制層的業(yè)務(wù)資源申請(qǐng)，為業(yè)務(wù)分配和管理承載網(wǎng)的資源和轉(zhuǎn)發(fā)路徑，并控制邊緣或網(wǎng)關(guān)路由器，識(shí)別用戶的業(yè)務(wù)流，讓用戶的業(yè)務(wù)流按照TRM分配的路由和資源轉(zhuǎn)發(fā)。
MSF的QoS架構(gòu)與ETSI類似，在承載層引入了BandwidthManager來(lái)動(dòng)態(tài)管理承載網(wǎng)的資源調(diào)度，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的流量工程能力。而BandwidthManager接受業(yè)務(wù)控制層的業(yè)務(wù)資源申請(qǐng)，為業(yè)務(wù)分配和管理承載網(wǎng)的資源和轉(zhuǎn)發(fā)路徑，并控制邊緣或網(wǎng)關(guān)路由器，識(shí)別用戶的業(yè)務(wù)流，讓用戶的業(yè)務(wù)流按照BandwidthManager分配的路由和資源轉(zhuǎn)發(fā)。
包括ITU在內(nèi)的許多在QoS和流量工程方面進(jìn)行大力研究的標(biāo)準(zhǔn)化組織目前在QoS方面基本都是像ETSI/MSF的思路：在承載網(wǎng)上引入資源管理器來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的流量工程，資源管理器接受業(yè)務(wù)資源申請(qǐng)，為業(yè)務(wù)分配和管理承載網(wǎng)的資源和轉(zhuǎn)發(fā)路徑，并控制邊緣/或網(wǎng)關(guān)路由器，識(shí)別用戶的業(yè)務(wù)流，讓用戶的業(yè)務(wù)流按照分配的路由和資源轉(zhuǎn)發(fā)。PacketCable和3GPP在核心網(wǎng)上也借鑒了以上的解決思路。
ETSI/MSF等組織定義的模型目前遇到的問題是如何在目前的網(wǎng)絡(luò)條件下實(shí)現(xiàn)承載業(yè)務(wù)按照所分配的路徑去轉(zhuǎn)發(fā)，還有各類接口的標(biāo)準(zhǔn)化過程以及運(yùn)營(yíng)中的網(wǎng)絡(luò)管理體系建立等。由于這是一個(gè)全新的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)環(huán)境，還有很多細(xì)致的工作要做。
ITU－T IP QoS的研究
ITU－T建議E.800中把QoS定義為“決定用戶滿意程度的服務(wù)性能的綜合效果”。E.800考慮到服務(wù)性能所有部分的支持能力、操作能力、業(yè)務(wù)能力和安全性，是對(duì)QoS的綜合定義。ITU－T建議G.1000對(duì)E.800作了擴(kuò)展，把服務(wù)性能（或服務(wù)質(zhì)量）分成不同的功能部分，并將它們與相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)性能聯(lián)系起來(lái)。G.1010對(duì)G.1000作了補(bǔ)充，提出了一種可滿足以端用戶為中心的應(yīng)用要求（如交互性、容錯(cuò)能力）的結(jié)構(gòu)框架�？紤]到特定應(yīng)用和功能參數(shù)，ITU－T建議M.1079定義了端到端的話音和數(shù)據(jù)質(zhì)量以及對(duì)IMT－2000接入網(wǎng)的性能要求，而G.114則定義了跨接數(shù)據(jù)網(wǎng)的范圍。
ITU－T關(guān)于IP業(yè)務(wù)性能指標(biāo)的建議Y.1541“IP通信業(yè)務(wù)－IP性能和可用性指標(biāo)和分配”（原I.381）將IP性能建議以類似ATM層性能建議I.356的方式來(lái)規(guī)范，但只將IP業(yè)務(wù)QoS分為六類：IP分組丟失率IPLR對(duì)第零類、一類、二類、三類和四類QoS均規(guī)定為10－3；關(guān)于IP分組傳送時(shí)延IPTD，對(duì)第零類（class0）要求為100ms，對(duì)第一類（class1）考慮實(shí)時(shí)話音要求為400ms，對(duì)第二類（class2）為100ms，第三類為400ms，第四類則放松到1秒。IP分組時(shí)延變化IPDV對(duì)class0和class1都規(guī)定為50ms，其余類別均為不規(guī)范。
Y1541同時(shí)還規(guī)定了IP性能指標(biāo)的分配、路由長(zhǎng)度計(jì)算方法、IP分組時(shí)延變化IPDV參數(shù)規(guī)定的一般考慮、核實(shí)IP性能指標(biāo)的參考路徑、IP網(wǎng)絡(luò)上端到端的用戶之間的連接示意圖、網(wǎng)絡(luò)段示意圖、路由器節(jié)點(diǎn)遲延分配值以及用于IP性能測(cè)量方法的相關(guān)信息等。
ITU－TSG13組目前正在研究制訂新建議草案Y.qosar“分組網(wǎng)絡(luò)QoS參考體系結(jié)構(gòu)”。該建議草案在對(duì)電路交換和分組交換網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)QoS方式的特征和異同分析的基礎(chǔ)上，從應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)角度，概括分析了不同應(yīng)用對(duì)QoS有不同要求和網(wǎng)絡(luò)對(duì)不同類型的業(yè)務(wù)提供相應(yīng)的響應(yīng)方式，提出了達(dá)到綜合效果使用該業(yè)務(wù)的用戶感到滿意的QoS參考體系結(jié)構(gòu)的目標(biāo)要求。
建議草案Y.qosar明確定義了與網(wǎng)絡(luò)能力、DiffServ、MPLS、IntServ等實(shí)現(xiàn)QoS的具體方式無(wú)關(guān)的基本QoS構(gòu)建模塊（接入控制、擁塞反饋、計(jì)量和測(cè)量、策略及策略配置、隊(duì)列和調(diào)度、資源預(yù)留、服務(wù)等級(jí)管理、費(fèi)率表征和流量標(biāo)示等），通過不同的方式把這些模塊組織起來(lái)，就可以控制網(wǎng)絡(luò)提供業(yè)務(wù)所要求的響應(yīng)。同時(shí)也考慮了實(shí)現(xiàn)QoS對(duì)安全的影響及相應(yīng)機(jī)制。該建議草案為了支持某些可用性和可靠性要求，增加了基于優(yōu)先級(jí)的接納控制（admissioncontrol）、QoS選路、QoS信令，引入了業(yè)務(wù)量恢復(fù)功能，標(biāo)示了用于提出接納控制的優(yōu)先級(jí)，補(bǔ)充了各功能模塊之間的相互作用圖用來(lái)識(shí)別支持一個(gè)完整QoS解決方案的信令機(jī)制等。為了使該建議草案更具有可操作性，該建議草案在2003年7月會(huì)議上專門增加了解決方案的示例。中國(guó)電信和華為公司聯(lián)合對(duì)該建議草案提出了對(duì)IP網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)IPQoS的總體架構(gòu)模型，體現(xiàn)了我國(guó)在該領(lǐng)域的研究水平。
ITU－T將繼續(xù)完成IP接入網(wǎng)絡(luò)的QoS體系架構(gòu)。
我國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的研究狀況
我國(guó)電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)網(wǎng)絡(luò)與交換標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)委員會(huì)已經(jīng)研究制訂了“IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)要求、網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)與指標(biāo)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)”，該標(biāo)準(zhǔn)主要參考了我國(guó)其他網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)（如ATM）的技術(shù)規(guī)范、ITU和IETF相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)編制的。
該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了IP網(wǎng)絡(luò)性能和可用性參數(shù)的臨時(shí)指標(biāo)，其中有些指標(biāo)與用戶所選擇的服務(wù)質(zhì)量（QoS）類型相關(guān)。該標(biāo)準(zhǔn)可作為IP網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、工程設(shè)計(jì)以及相應(yīng)設(shè)備的引進(jìn)和開發(fā)的技術(shù)依據(jù)。
由于IP協(xié)議本質(zhì)上是一種把其他真正的物理網(wǎng)絡(luò)（如ATM）連接起來(lái)的“互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議”，不是一種真正的物理網(wǎng)絡(luò)；IP網(wǎng)絡(luò)是不可管理的和控制的；IP網(wǎng)絡(luò)提供的是一種沒有性能保證的服務(wù)。因此，IP網(wǎng)絡(luò)的性能參數(shù)、性能指標(biāo)和測(cè)試方法在國(guó)內(nèi)外都還處在研究和發(fā)展中。
今后的研究方向
從這些標(biāo)準(zhǔn)組織的研究方向和思路來(lái)看，基本上都是在IP網(wǎng)QoS機(jī)制上，借鑒包括PSTN/FR/ATM等電信網(wǎng)的機(jī)制、運(yùn)維和規(guī)劃經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合IP網(wǎng)本身的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)IP網(wǎng)與其他電信網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)維規(guī)劃?rùn)C(jī)制的統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)比較完善的流量工程，實(shí)時(shí)適應(yīng)業(yè)務(wù)量的變化，從而確保IP新業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量。但是目前包括ETSI、ITU等標(biāo)準(zhǔn)組織在IP網(wǎng)的QoS方面還處于初步框架制訂階段，已有的研究成果主要是一些比較籠統(tǒng)的框架性文件，在具體的實(shí)施技術(shù)規(guī)范上還沒有顯著的成果，這將是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織未來(lái)幾年內(nèi)的研究和制訂的重點(diǎn)。
國(guó)內(nèi)的運(yùn)營(yíng)商/研究機(jī)構(gòu)和設(shè)備廠商需要積極研究制訂IP網(wǎng)絡(luò)的QoS機(jī)制和技術(shù)，抓住機(jī)會(huì)提出解決方案，積極關(guān)注相關(guān)知識(shí)產(chǎn)權(quán)并影響國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制訂，確保我國(guó)在這個(gè)新的領(lǐng)域內(nèi)有領(lǐng)先的優(yōu)勢(shì)。
電信級(jí)IP QoS的發(fā)展趨勢(shì)和展望
電信級(jí)IPQoS從本質(zhì)上說可以看作一種在性能和復(fù)雜性之間的折中。這種折中從設(shè)計(jì)思想的角度體現(xiàn)了兩種網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方式的融合，一種方式是依賴一個(gè)可靠的、可控制網(wǎng)絡(luò)來(lái)提供業(yè)務(wù)（傳統(tǒng)電信網(wǎng)的方式），另一種方式是在一個(gè)不可靠的網(wǎng)絡(luò)上依賴終端的智能性來(lái)提供業(yè)務(wù)（傳統(tǒng)的IP的方式）。這兩種網(wǎng)絡(luò)在各自的領(lǐng)域都取得了巨大的成功，但是隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，新的業(yè)務(wù)的要求，這兩種技術(shù)都呈現(xiàn)了不足，網(wǎng)絡(luò)融合是一個(gè)不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，也是人們不斷追求的夢(mèng)想。問題在于如何融合，或者說，如何折中。
從電信級(jí)IPQoS的角度，這種融合和折中的趨勢(shì)可能體現(xiàn)在幾個(gè)方面：
（1）基于IP，盡量保留IP的優(yōu)良特性，特別是保持網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)單性、組網(wǎng)方式的靈活性、終端的透明性、業(yè)務(wù)開發(fā)的靈活性等；
（2）以業(yè)務(wù)需求為導(dǎo)向，引入針對(duì)業(yè)務(wù)提供的QoS信令機(jī)制或者控制機(jī)制，實(shí)現(xiàn)一定程度上的控制和數(shù)據(jù)分離；
（3）通過對(duì)資源的管理，而非針對(duì)每個(gè)會(huì)話的控制實(shí)現(xiàn)質(zhì)量保證；
（4）融合當(dāng)前的各種IPQoS技術(shù)和方案，根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)情況，在可擴(kuò)展性、實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性、QoS性能等方面進(jìn)行合理的協(xié)調(diào)和折中。
電信級(jí)IPQoS是一個(gè)非常復(fù)雜和困難的問題，當(dāng)前的解決方案都在不同的方面存在許多不足。因此，根據(jù)業(yè)務(wù)的需求，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際情況，不斷融合新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)可管理、可運(yùn)營(yíng)的電信級(jí)IPQoS架構(gòu)具有重要的意義。
摘自 人民郵電報(bào)
