杨明川 谭国权 中国电信集团北京研究院
近年来，随着用IP技术构建多业务综合网络成为网络发展的一个重要趋势，建设电信级的IP网络得到了业界，特别是运营商的广泛重视。
电信级IP网络包含以下几层含义：一是该网络必须以IP为核心技术构建，以满足IP的基本特征；二是该网络能够支撑传统的电信业务，特别是话音业务和视讯业务；三是该网络能够满足电信运营的要求，即具有可管理性和可运营性。
电信级IP网络的核心问题是服务质量(QoS)问题，即电信级IP QoS问题。本文试从以下几个方面对电信级IP QoS进行分析：①IP QoS的必要性，即为什么耍采用IP QoS支撑电信业务；②IP QoS的现状，即目前对IP QoS的研究和应用发展到了何种程度，能否满足业务需求；③设计电信级IP QoS的思路，即电信级IP QoS应该满足哪些要求，达到什么目标；④电信级IP QoS的发展趋势。
2 电信级IP QoS的必要性
众所周知，IP网络在提供QoS方面有明显的困难。那么，为什么仍然要采用IP技术来承载电信业务呢?事实上，以Internet为代表的IP网络经过了数十年的发展，在数据传输方面已经占据了统治地位。目前，Internet作为世界上大的数据传输网络，其规模已经超过了传统的电话网。Internet能够有如此巨大的发展，IP作为其核心技术起到了决定性的作用。与其他网络技术相比，IP具有许多特点，其中最重要的一个特点就是IP网络在设计时最大限度地降低了应用对网络的依赖性。这一点主要通过无连接、每包路由和尽力服务这几个方面来体现。也就是说，IP网络的架构是建立在对网络不信任的基础上的，IP的应用主要依靠终端的智能来实现（其他网络，包括TMD和ATM网都建立在一个复杂的、精细控制的网络层上)。这种设计有许多优点：①IP具有网络兼容性，它对网络没有太多的要求，因此各种网络传输技术都能够被包容到IP上；（2）IP网络具有灵活性，IP网络在总体上呈现分布式管理和松散控制的特点，因此局部网络的变化通常不会给整个网络带来太大的影响，这使得网络在设计、规划和扩充方面都很灵活，而且除了地址限制外，IP技术并没有对网络的规模造成瓶颈；③具有丰富和强大的应用扩展能力，这一点在Internet上体现得非常明显，除了早期的FTP、Telnet等应用外，Web、电子商务、多媒体、P2P等新应用不断涌现，层出不穷。从技术上来看，IP为各种应用的设计和开发提供了最好的条件，因为IP对网络的依赖性很小，在实现上，网络只要提供可达性即可（这一点仅需要正确的配置IP地址即可）。所有的复杂性和功能都可以在终端系统上实现。
但是，IP的这种设计原则在提供服务质量保证时遇到了极大的困难，QoS问题成为目前IP面临的最重要、最复杂的问题之一。QoS问题集中反映在不能很好地传输实时流媒体，特别是：IP无连接每包路由方式和实时流媒体不适应，实时流媒体需要能够确保资源的固定路径；IP网络“尽力而为”的服务方式与实时流媒体不适应。实时业务对资源的持续要求必须通过和其他流量的有效区分来保证；IP网络松散的管理方式不适应实时业务，因为实时业务需要端到端的服务保证，而普通的IP网络通常以域为单位进行管理，不同的域有
不同的管理策略甚至网络结构，端到端的管理很难实现。
尽管在支持有服务质量保证的实时流媒体传输方面有巨大的困难，但是IP仍然被认为是未来承载该类应用甚至业务（这里业务可以简单地被理解为可管理和可运营的应用）的主流技术和发展趋势。主要的原因有以下几点：
·最根本的原因还是IP在应用开发和应用提供能力方面的优点，其丰富的应用功能将是在一个以业务为主要驱动力的时代的主要要求。
·网络的灵活性。IP在网络方面的灵活性是应用得以迅速开展的必要条件，最明显的例子是基于H.323的视频会议和基于H.320的视会议系统。前者是基于IP的，后者是基于电路交换系统的。H.323系统在组网方面的灵活性是它全面取代H.320系统成为主导系统的重要因素。
·Internet作为全球最大的数据网络在用户数量、网络覆盖程度、标准化程度、应用开发能力和用户接受程度方面占据了决定性的优势。作为事实上的标准，任何不与之兼容的技术都会在业务开发和业务拓展等方面遇到巨大的困难。
·相关网络技术的发展从一定程度上弥补丁IP的不足。随着传输和接入技术的发展，以前制约IP的一些问题，例如带宽问题、路由器瓶颈问题都得到了极大的缓解，这为IP支持传统上根本无法支持的实时事媒体应用带来了转机。目前骨干网络的带宽已经非常充足，而接入网的带宽瓶颈也因为xDSL、宽带接入等技术得到部分解决。路由器的性能越来越强大（接口速率已经远远超过ATM机的接口速率），而且地址问题也因为IPv6的出现有了解决的方法。
总之，根据以上的分析，在IP上承载实时流媒体类型的应用和业务是发展的趋势，而且其需求越来越迫切。
目前，IP QoS有集成服务（Intserv）和区分服务（Diffserv）两个主流的体系结构。这两种体系结构都是针对IP Qos的完整解决方案。
集成服务的主要思想是模拟面向连接的电路交换提供端到端的服务质量。为此，集成服务通常采用面向流的资源预留协议（RSVP），在流传输路径上的每个节点为流预留并维护资源。从这个意义上说，RSVP在Intserv架构里面是一种QoS信令和资源架构里面是一种QoS信令和资源管理的协议。集成服务的最大优点是能够提供端到端的服务质量保证。但IP网络本身是无连接的，在一个无连接网络上维护一个面向连接而且要求资源保证的通道不可避免地带来很大的复杂性。这些复杂性主要体现在两个方面：①每流状态的维护。网络的节点必须为每个流维护状态，包括每个流的识别、状态的更新以及状态的建立等，当网络中流的数量大量增加时，会带来扩展性问题，并导致节点设备的复杂性；②要求路径上的每个节点支持。作为一个端到端的模型，要求在传输路径上的每个节点都支持Internet相关协议，这种要求与IP网络松散的组织架构和非集中式的运行模式是不相容的，这给Intserv的部署带来很大的困难。因此，随着IP QoS研究的发展，集成服务越来越被认为不能满足IP QoS的要求。
区分服务采用了和集成服务完全不同的思想。区分服务把提高QoS可扩展性、降低实现的复杂性作为出发点。为此，区分服务并不要求获得绝对的质量保证，而是充分考虑了IP网络的特点，采用基于流分类的会聚流处理方式。其基本思想是在一个资源有限的网络中，
通过适当的流分类和优先级处理，提供足够的质量保证。区分服务的基本方法包括以下几种：
·流量区分。根据流量的QoS需求和策略控制区分流量，并赋予一定的优先级。
·总量控制。在资源有限的网络中，必须对进入网络的总流量，特别是高优先级流量进行限制，通过带宽的冗余来保证质量。
·核心简化。在网络的核心，节点仅需要根据PHB(每跳行为)来处理流量，无需做复杂的控制。
·边界智能。因为边界节点的流量较少，在边界的复杂控制，包括分类、流量限制等不会导致扩展性问题。
主要缺点是不能绝对保证质量，且服务质量提供也不是端到端的，而是限于一个区分服务域。但是，区分服务能够很好地与IP网络相适应，其可扩展性、实现的简单性、可操作性和可部署能力使得区分服务逐渐成为目前主流的IP QoS体系结构。
在两种IP QoS的体系架构下，还有许多具体的QoS实现技术，包括QoS路由、流量工程、拥塞控制和队列调度等。这里不再一一介绍。
3.2 IP QoS的应用现状
（1）骨干网络的QoS
目前，传输网络技术的发展，特别是DWDM等技术的发展，使得骨干网络的带宽得到大幅度的增长。带宽的增长为服务质量减轻了压力，一般认为，在骨干网络上，服务质量不是主要的问题。但是，随着网络流量的增加，特别是IP网络路径的不确定性和流量的突发行为，使得网络的流量具有较大的突发性和不均衡性。因此，仅仅依靠带宽还不足以提供服务质量。在骨干网络中有两种方法可以提供服务质量：一种是采用流量工程技术，一种是部署区分服务模型。流量工程的部署比较简单，而且可以在多个层面上进行，如传输
层，MPLS层和IP层。目前，流量工程的实施一般都是静态手工实施或者半静态实施，缺乏动态实时地进行流量工程部署的工具，因此流量功能很难对短期突发行为进行调节。从长远来看，区分服务具有更完整的QoS提供能力，通过与流量工程、MPLS等机制结合，可以发挥更大的作用。
（2）汇聚/接入网络的QoS
汇聚/接入网络的QoS是一个比较复杂的问题。因为在汇聚层和接入层，不仅网络的带宽窄，而且网络的情况也比较复杂，同时还涉及到多种技术，如以太网、ATM和FR等。一般，在这个层次采用区分服务的思想实现QoS，即通过流量分类和优先级来处理。实际上，包括以太网、ATM和MPLS在内的多种网络技术都支持包标记功能，这为包的区分和标记提供了基础。而网络设备，特别是接入设备一般都提供流量分类、标记和限制的能力，但是，受到设备、技术和管理等因素的制约，目前在该层部署完整意义上的区分服务的并不多（尽管从技术上讲，在汇聚/接入网络部署区分服务模型是一个可行的方案）。
（3）客户网络的QoS
客户网络是指企业内部网络，包括小区网络。作为网络的终端部分，客户网络的QoS需求更多的是资源的服务质量管理，包括带宽管理和SLA监测等。客户网络可以通过一些手段，在承载网络没有或者缺乏服务质量提供能力的情况下，部分地实现QoS。目前，主要方法是通过带宽管理设备。这些设备具有对应用级流量的识别、分析和策略处理能力，即可以实现内部的带宽管理（如流量限制、优先级队列），也可以和承载网的服务质量机制配合实现服务质量保证（如流量标记能力）。
4 电信级IP QoS的思路
4.1 电信级，IP QOS的需求分析
为了支持电信级业务，电信级IP QoS不仅需要针对各种业务的服务质量保证能力，还需要针对业务流量的管理和控制能力。
质量保证能力包括两个方面：
·针对不同业务提供多种类型的质量保证。实时业务根据其业务流量的特性不同，对服务质量的要求也不同。例如：视频点播类业务对带宽和吞吐率有较高的要求，而对延迟要求不高；视频会议和视频通信对带宽和延迟都有较高的要求，但是对于丢失率的要求相对较低；IP电话对延迟和丢失率都有较高的要求，但是对带宽的要求不高。这些不同业务的不同要求需要网络提供多种类型的服务质量。
·不同等级的服务质量。对于同一种类型的业务，根据用户的要求不同，可以提供不同等级的服务质量。服务质量等级一般和服务质量提供的费用相关。
对流量的管理和控制能力包括：
·能正确地识别（付费的）业务流量和非业务流量；
·对业务流量能够进行管理和计费，以保证这些流量要求的服务质量和服务等级，并且能够对服务情况进行监测、统计和计费；
·能够保证不同的流量不会互相干扰，特别是非业务流量不会干扰业务流量；
·支持动态的资源调度能力，能够把业务的服务质量要求快速地传递到网络的QoS捷供机制上，实现动态的服务质量提供；
·支持基于服务质量的策略管理。
4.2 资源管理
资源管理包括资源控制、资源隔离、资源调度、资源状态监测和反馈、跨域资源管理等。在一个无连接、缺乏针对每个流进行控制的IP网络上，资源的管理具有核心作用。一方面，通过对总体资源的管理（而非针对每个流或者会话的精细控制），能够最大限度地保留IP的特点，发挥IP的优势；另一方面，网络传输技术方面的进展，包括MPLS、DWDM等技术的成熟和大量应用，也为这种方法提供了有力的支持。
具体地说，资源管理体现在以下几个方面：
·资源控制就是对使用的网络资源的限制，主要通过对流量的许可控制（CAC）实现，例如对不同类型的流量的限制、对流量的优先级的控制等。资源的限制使得不同类型的流量在网络（域）中具有合理的比例和分布。资源限制是提供QoS的基础，它基于一个基本的假设，即在网络轻载的情况下，IP可以达到满意的QoS性能。
·资源隔离主要保证不同的流量不会相互干扰，这种隔离可以通过设置流量优先级来实现。优先级主要确保低优先级的流量不会干扰高优先圾的流量，但是反之不成立。另一种资源隔离手段是利用MPLS LSP进行隔离，不同业务和不同类型的流量承载在不同的LSP上。另外，就是直接利用链路隔离，包括建立逻辑上独立的多个业务网络，不同的业务流量直接承载在不同的网络上。各种资源隔离的手段综合应用也是一种方法。
·资源调度主要是对资源进行分配和调度，如资源的预留。另外，通过流量工程以及QoS路由等手段调节网络中流量的分布，从而达到资源调度的目的。
·资源的状态监测和反馈，主要作为资源管理的支撑手段，它使得资源管理能够对整个网络的资源状态了解得更清楚。
·跨域的资源管理。目前的资源管理手段都是以域为单位的，而端到端的业务通常需要跨越多个网络城，这就需要不同的网络域的资源管理进行交互和协调（协商），共同实现端到端的跨网络的资源管理能力。
4.3 业务提供
业务提供主要考虑3个方面的问题：一是业务层和网络QoS管理层的接口问题；二是业务流量的管理问题；三是SLA提供和实现问题。这几个方面保证了业务的性能、可管理性和可运营性。
·在一个支持动态的提供QoS的IP网络上，如何建立一个有效的信令机制使得业务层的QoS需求能够转换为网络层的QoS资源提供，是支持可管理的电信业务的核心问题。考虑到IP网络的特点，这种信令机制在实现上必须简单、可扩展，在控制粒度上也要有别于其他的面向连接的网络，达到呈现粗粒度（可调）、半静态的特点。信令机制是当前QoS研究的难点，还需要进一步地深入分析和讨论。
·IP QoS对业务可管理性、可运营性的支持机制包括业务流量管理、业务流量计费等机制。在缺乏控制的IP网络上，实现业务一级的可管理、可运营是非常困难的，包括对业务流量和非业务流量的区分并提供资源保证，对业务流量的状态监测和故障排除，对业务流量的统计和计费等。此外，为了增加网络的业务支持能力，还需要实现对非业务流量的网络资源限制，以防止非业务流量的干扰。传统上，对Client-Server模式的IP应用的管理主要通过终端系统（服务器端）来实现，但是对于提供网络传精服务（例如点到点的视频
通信）的揭供商来说，业务流量的管理和计费必须通过网络层机制来实现。目前，可管理性主要通过增强网络的边界节点的智能性来实现。
·IP QoS对SLA的支持包括：对不同等级的SLA提供能力、SLA性能监离机制以及SLA相关的网络管理机制。针对目前竞争日益剧烈的市场环境，提供SLA成为各级运营商提高竞争力的关键。IP QoS机制一方面提供了多等级的SLA能力，另一方面也为SLA实现提供了网络保证。为了进一步支持SLA，IP QoS还需要提供足够的SLA监测机制、SLA相关的网络管理以及运营机制。
5 小结
电信级IP QoS是一个非常复杂的问题，当前的解决方案在不同的方面都存在许多不足。因此，根据业务的需求，结合网络的实际情况，不断吸纳新技术，实现一个可管理、可运营的电信级IP Qos架构具有重要的意义。
----《电信技术》
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