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IP网络QOS作用及其部署效果研究
作者：赖云强
来源：《中国新技术新产品》2010年第13期
摘要:本文也对Qos技术进行了介绍和对未来发展做了一定的探讨,认为在以后的固网网络中,Qos不仅仅是在核心设备进行分类处理,还需要在接入层设备就可以进行分类和按优先级转发,从网络边缘就开始对业务进行区分、控制,为核心网络减轻压力。 关键词:TCP/IP;IP网络;QOS;流量控制;拥塞管理 1前言
Qos的全称是Quality of Service服务质量,在传统的IP网络状况下,端到端报文传递时,报文所占的带宽、传递的延迟、任意两个报文间的延迟抖动、丢包率是不能预期的:IP网络对于所有的报文都无区别的对待,仅提供尽力而为(best-effort service )的传送服务,对所有报文进行同样的传递。而随着业务的发展,我们对IP网络对于业务的服务期望是:对于重要业务的带宽、延迟、抖动、丢包率能得到一定的保证;对于非重要业务或者对时延不敏感的业务,在带宽空闲时,可以占用大量带宽:但在重要业务流量增大时,非重要业务的流量要变小,将带宽留给高优先级的业务使用。
QOS对于IP网络拥塞控制的主要目标是:控制进入网络的数据流量,保证通信链路带宽不会被用户发送的数据流量占满,使其合理地使用网络资源。IP网络拥塞控制的基本模式是:接入部分负责流量整形和流量监管,而汇聚、核心部分负责对超过设定的流量进行丢弃;或对于高优先级业务进行保障。这样就可以控制、调节进入网络的数据流量。
传统的QOS控制,是用TCP协议中滑动窗口等机制进行拥塞控制,但此类控制是基于传输层的控制,反映速度相对滞后,而目前比较流行的研究是在IP的TOS上区分业务的重要性,使用流量控制的漏桶原理,根据队列调度算法,进行报文丢弃。现有的IntServ模型和DiffServ。模型是研究的热点,还有分层QOS也是目前新兴的研究课题。 2QOS基本理论 2.1QOS模型概述
目前比较流行的2种QOS模型是:IntServ模型IntServ和Diffserv模型。IntServ模型 (业务通过信令向网络申请特定的QoS服务,网络在流量参数描述的范围内,预留资源以承诺满足该请求)和Diffserv模型(当网络出现拥塞时,根据业务的不同服务等级约定,有差别地进行流量控制和转发来解决拥塞问题。)由于IntServ较难部署,固网电信运营商大部分采用过的是Diffserv。其
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核心接入层、核心层设备的QOS能力,在传输带宽没有拥塞的情况下,是可以满足VIP、一般用户服务的。但是在特定的情况下,当VIP用户流量发生拥塞,如何能够最大程度上满足VIP, VVIP用户的要求,这是现在存在的很大的问题。VIP用户在流量拥塞的情况下,也会出现业务丢包的现象,严重时,其业务将不能使用。而对于VVIP用户,如医院、军队等会要求:在VIP用户拥塞的情况下,VVIP用户还可以正常使用。这就对IP网络的QOS实现的方式提出了新的要求。 对拥塞控制,一般有2种拥塞控制的方法,是流量监管与流量整形。简单的对拥塞控制,一般有2种拥塞控制的方法,是流量监管与流量整形。简单的说,流量监管作用是利用漏桶的原理,来进行报文的丢弃;流量整形是利用缓存将超过峰值的流量储存起来,等到链路不拥塞时再进行发送。
6种调度算法是FIFO(First In First Out),PQ(Priority Queuing),WFQ(Weighted Fair Queuing),CQ(Custom Queueing)、CBQ(ClassBasedQueue)、RTPQ(Real-time Transport Protocol Queue),其详细的调度算法原理,是作为公认的调度算法存在而被广泛认可的,在任何一木有关QOS基本论述的文章、书籍中都有关于这6种调度算法的详细描述,在此就不做赘述了。 2.2QOS在电信运营商的部署
Qos是一种调度机制,可以加快高优先级业务的转发速度,但在链路没有拥塞的情况下,Qos并不能显示出其强大的业务区分和服务能力。只有在链路发生拥塞的时候,才能体现Qos的相关功能。
对于Qos,理论上有非常多的方式来实现,如:轻载网络、核心部分采用Diffserv、边缘部分则采用业务感知、策略执行、流量控制等这些多种方式综合等。但以_L协议都是在非常理想的情况进行部署的,随着数通设备和芯片技术的发展,预计可能在2-3年后能够在固网电信运营商的城域网上部署。
目前比较现实的QOS方式是在接入层设备进行标记,在核心层设备进行转发,当流量拥塞时,进行QOS的保证。但这种方法的产生问题是:当在此设备上,优先级最高的流量发生拥塞而丢包时,对于终端用户的感知非常差一一可能会出现所有最高优先级的用户都不同程度的丢包,时多时少,最终引起所有最高优先级的用户的网络性能变差,所有用户都不满意。而比较好的方式应该是:在这种情况下,满足相同优先级中一部分用户的需求,使其不丢包或丢很少的包,而对于其他相同优的用户,使其彻底中断,直到前面有用户释放资源。一部分用户不满意,总比所有用户都不满意好。
这就类似于使用电路交换的方式来满足分组交换的业务需求。WIP用户的带宽总是给这些用户保留着,无论这些WIP用户是否在使用。而给WIP预留的带宽只占总带宽的千分之几,带宽利用率不会明显降低。 3QOS 现阶段状况
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现阶段IP网络的QOS功能,在数据网络的核心部分,基本可以满足现在业务的需要。可以对业务进行分类、进行带宽、流量方向的控制。但随着业务的发展随着VOIP, 3G的大规模部署,如何对这些高质量业务做高质量的保护,是现阶段在网络建设、网络规划中存在的巨大的问题。
以上图为例:用户A相对用户B更优先,在上行链路拥塞时,可以得到较好的服务:而用户C相对用户A更优先,于是在A和C同时访问D时,C等到的服务就要比A好;这就要全网做非常细致、合理的QOS规划。这些需求就要求网络建设人员应该从网络建设的初期就开始就行业务流量的规划,明确:哪些业务有上网需要、这些业务到哪里终结、哪些业务流量走哪些链路、当某些链路发生中断口业务流量该如何疏导等等。只有明确了这些内容,QOS在部署上,才能取得最好的效果。
在城域网核心,完全可以实现对于业务的不同区分,从而提供差异化的服务,但是所以量区分、报文丢弃等操作都有核心设备执行,对于核心设备来说,压力非常大。最好的模型是:所有打标签、丢弃报文的动作,由接入、汇聚层设备来执行。如图中的地市SR和地市BAS等。而给报文打标签、设置优先级的动作,就需要由接入层路由器、交换机、DSLAM设备完成。打标签、设置优先级后,有汇聚层设备决定丢弃或转发,核心层只负责转发汇聚层送到本身的报文。 网络技术只能按照我们前期的规划发挥它的作用,而不能代替我们的网络规划,在何种情况下,使用何种技术:人类的智慧,在技术越来越发达的今天,显得尤其更加重要。
从现在的网络情况上看,QOS只是解决网络拥塞时的一种方法,它不是万能的,不能把所有希望都放在QOS上。 4 QOS的展望
按需带宽分配(Bandwidth on demand)业务等新的QOS研究正在进行,和传统的QOS相比,简单的说:就类似静态路由协议和动态路由协议的区别。按需带宽分配就是可以设备实时的流量和业务优先级来实时控制流量的大小、业务的优先级。
但其实现涉及到网络设备对报文的DPI技术、以及和网管配置的联动,实现非常复杂。但其实现后,就可以由设备、网管动态的掌握带宽分配,在设置好的情况下,几乎不用人为干涉。最终技术的发展,会不断的将人们从繁重的、重复性劳动中解放出来,去创造新的未来。 参考文献
[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
IP网络QOS作用及其部署效果研究
