IP QoS 技术介绍
2008-04-18 10:51
274 查看
随着INTERNET和IP网络的迅猛发展，越来越多的应用业务开始通过IP网络来实现传输。但是，IP网络提供的是“尽力而为（Best Effort）”的服务，没有QoS（Quality of Service）的保证。因此，业务流量在传输过程中很容易由于网络的拥塞而产生延迟、丢包等现象。而实时性业务对延迟是相当敏感的，如：VoIP、视频会议、视频监控等，如果一旦网络发生拥塞，这些业务就无法正常地展开了。所以，要在IP网络上开展这些实时性业务，就必须解决网络拥塞这个问题。 网络拥塞一般是由于线路速度不匹配而造成的。例如：在一个多路访问的网络中，N个远端点的接入带宽为1M，中心点的接入带宽也是1M，当所有远端点同时向中心点发送数据时，就会在中心点造成拥塞。我们再举一个例子，我们通过路由器连接广域网和局域网。一般来说局域网的带宽（100M）会比广域网（2M或更底）高得多。当局域网用户试图通过广域网发送大量数据的时候在网络边缘（路由器）就会发生拥塞。由此可以看出，解决网络拥塞的最好的办法是增加网络的带宽。但从运营、维护的成本来考虑，这显然是不现实的。因此，在这种情况下最有效的解决方案就是应用一个“有保证”的策略对网络拥塞进行管理。QoS就是一种应用于IP网络中的，对延迟敏感流量进行保护的策略。 QoS目前被分为两大服务类型：集成服务类型（InterServ）和区分服务类型（DiffServ）。
1、InterServ（RFC1633 RSVP）是指在整个网络中为某一业务流量保留一定的带宽，为该业务提供一条端到端的透明通道。这种服务类型能对业务应用提供完全的QoS保证。但是这种保留策略会消耗原本就不多的广域网带宽，当业务流量不是很频繁的时候会造成带宽的浪费。一般只有在拥有相对固定的业务流量的时候，才会使用到InterServ服务类型。
2、DiffServ是一种基于每一跳的QoS策略，网络上的每一台数据中继设备（路由器或交换机）通过检查每一个数据包的包头信息对流量进行分类，再根据调度策略来决定如何转发。因此，我们可以根据实际情况，在每一台数据中继设备上设置不同的QoS策略。相对于InterServ，DiffServ的应用更加灵活，效率更高。DiffServ服务是目前广泛应用一种的QoS类型。 在DiffServ的服务中，有拥塞管理和拥塞避免两种策略。拥塞管理策略一般应用于外出接口，根据需要将不同的业务流量按一定的顺序发送出去，来保证某些业务的正常运行。典型的拥塞管理策略有：WFQ（加权公平队列）、PQ（优先级队列）、CQ（可定制队列）等。
1、WFQ（加权公平队列）是一种自动调度的队列机制。它根据数据流（IP地址+端口）将流量分类，然后根据加权公平算法对各种业务流量进行公平调度。防止出现某一突发性大数据流将带宽全部占用的现象。这种队列机制配置方便，应用简单。但是无法对关键的业务提供确定的带宽保证。
2、PQ（优先级队列）是对不同数据流标记不同的优先级别，然后再根据优先级别进行调度的队列机制。PQ总共有四个优先级别，依次为：高优先级，中等优先级，一般优先级和低优先级。高优先级的数据永远优先发送，当高优先级队列空时，则轮到中等优先级的数据。以次类推，低优先级的数据始终最后发送。这种队列机制一般应用于线路带宽较窄的场景下，可以有效地保证实时性业务的数据流优先发送。3、CQ（可定制队列）则是一种轮选的调度方式，我们可以设置各个轮选队列的发送的大小。例如：队列1发送1500字节后由队列2发送；队列2发送500字节以后由队列3发送；队列3发送1000字节后由队列4发送……。CQ最大可以支持16个轮选队列。当线路带宽比较充裕的时候，通过CQ可以实现动态的带宽分配。 以上谈到的几种队列调度机制都是对总数据队列中的数据进行分类，然后再进行调度。但是，当出现网络拥塞的时候，入口带宽往往是高于出口带宽的。在这样的情况下，总数据队列很快就会溢出。这个时候数据设备默认会对进入的数据包实施尾部丢弃，丢弃所有入站数据包直至总数据队列不再溢出为止。这样的尾部丢弃机制同样会对实时性业务产生影响。所以我们需要一种策略来防止总数据队列的溢出，这就是拥塞避免策略。其中最常见的拥塞避免策略是WRED（加权公平早期检测）。WRED可以根据用户的需要，对不同的数据流设置不同的丢弃阀值。例如：当总队列达到50%时，开始丢弃级别最低的数据包；当总队列达到70%时，开始丢弃第二级别的数据包；当总队列达到90%时，开始丢弃第三级别的数据包；以次类推。通过丢弃低级别的数据包来避免总数据队列的溢出，保证高优先级的数据包始终能够进入数据总队列接受调度。从而保证高优先级业务的顺利展开。拥塞避免策略一般用于入站接口，防止因为线路拥塞而使数据中继设备的队列溢出。一般来说，根据实际情况，将拥塞避免策略和拥塞管理策略结合使用可以得到比较好的效果。 以上两种QoS服务类型，都位于在OSI/RM模型中的第三层----网络层。要实施QoS策略，需要设备的支持和复杂的配置。尤其是DiffServ的服务，对数据包的分类和调度都是通过软件的方式来实现的。这就需要数据中继设备拥有更强劲的CPU和更大的内存容量。而且，当数据中继设备的处理负担较重的时候，同样会影响到QoS的质量。至于InterServ服务，不仅需要在整个网络中所有的数据中继设备上进行统一的InterServ配置。而且对终端设备也有一定的要求。由此可见，第三层的QoS技术虽然对流量有了一定的改善，但是实现的花费比较高，效果不稳定。 虽然IP QoS在目前的应用并不完善，但对于用户来说，多种业务在同一线路的传输还是最为廉价的解决方案。针对当前IP QoS的现状，科达DSL-4000系列综合复用设备融和IP和TDM技术，不仅支持全部标准的第三层QoS技术，还融和了基于物理层的QoS技术，其实现效果大大优于纯IP的QoS技术。 在综合业务通信专网中应用最多的线路是从运营商租用的E1线路，若采用纯IP的解决方案，一般方法是由路由器把E1线路设置为一条通道，各类业务同时在此通道中传输，这样QoS保证就只能由第三层的设备来提供。而综合复用设备则把E1线路在物理层分割为32个时隙，每个时隙的带宽为64Kbps。其中TS0和TS16分别用于传送帧编、同步和控制信令。可由用户分配的总共为30个时隙，TS1-TS15和TS17-TS31。这30个时隙可以根据用户需求设置成不同的捆绑方式，分别提供给不同的业务流量。如语音业务占4个时隙（256K）、数据业务占6个时隙（384K）、视频业务占20个时隙（1280K）。由于不同业务的传输通道之间是通过底层技术实现物理层隔离的，不同的业务流量之间不会相互干扰，拥有确定的QoS保证。这样的方式，初一看类似IP QoS的InterServ类型，但它比InterServ类型更加优秀的地方，就是能灵活地对业务通道进行释放和重组。当不使用视频会议或视频码流变小的时候，综合复用设备就能将原来视频业务的带宽释放或压缩，提供给数据或其他业务使用。另外，由于采用半固定连接方式，这种QoS的实现是基于硬件的，不会出现IP QoS中遇到的处理能力限制的问题。 另外，针对基于光纤直联线路的专用网，综合复用设备也提供了QoS支持，主要是把语音、视频和数据业务隔离，让语音和视频等实时业务占用独立的通道，不与数据业务共享带宽。 综合复用技术在专用网领域良好的解决了QoS问题，并提供通用的IP QoS技术与公用网络及其它相关网络兼容，为当前的专网建设提供了一种高性价比的多业务解决方案。[align=center]本文出自 51CTO.COM技术博客
[/align]
1、InterServ（RFC1633 RSVP）是指在整个网络中为某一业务流量保留一定的带宽，为该业务提供一条端到端的透明通道。这种服务类型能对业务应用提供完全的QoS保证。但是这种保留策略会消耗原本就不多的广域网带宽，当业务流量不是很频繁的时候会造成带宽的浪费。一般只有在拥有相对固定的业务流量的时候，才会使用到InterServ服务类型。
2、DiffServ是一种基于每一跳的QoS策略，网络上的每一台数据中继设备（路由器或交换机）通过检查每一个数据包的包头信息对流量进行分类，再根据调度策略来决定如何转发。因此，我们可以根据实际情况，在每一台数据中继设备上设置不同的QoS策略。相对于InterServ，DiffServ的应用更加灵活，效率更高。DiffServ服务是目前广泛应用一种的QoS类型。 在DiffServ的服务中，有拥塞管理和拥塞避免两种策略。拥塞管理策略一般应用于外出接口，根据需要将不同的业务流量按一定的顺序发送出去，来保证某些业务的正常运行。典型的拥塞管理策略有：WFQ（加权公平队列）、PQ（优先级队列）、CQ（可定制队列）等。
1、WFQ（加权公平队列）是一种自动调度的队列机制。它根据数据流（IP地址+端口）将流量分类，然后根据加权公平算法对各种业务流量进行公平调度。防止出现某一突发性大数据流将带宽全部占用的现象。这种队列机制配置方便，应用简单。但是无法对关键的业务提供确定的带宽保证。
2、PQ（优先级队列）是对不同数据流标记不同的优先级别，然后再根据优先级别进行调度的队列机制。PQ总共有四个优先级别，依次为：高优先级，中等优先级，一般优先级和低优先级。高优先级的数据永远优先发送，当高优先级队列空时，则轮到中等优先级的数据。以次类推，低优先级的数据始终最后发送。这种队列机制一般应用于线路带宽较窄的场景下，可以有效地保证实时性业务的数据流优先发送。3、CQ（可定制队列）则是一种轮选的调度方式，我们可以设置各个轮选队列的发送的大小。例如：队列1发送1500字节后由队列2发送；队列2发送500字节以后由队列3发送；队列3发送1000字节后由队列4发送……。CQ最大可以支持16个轮选队列。当线路带宽比较充裕的时候，通过CQ可以实现动态的带宽分配。 以上谈到的几种队列调度机制都是对总数据队列中的数据进行分类，然后再进行调度。但是，当出现网络拥塞的时候，入口带宽往往是高于出口带宽的。在这样的情况下，总数据队列很快就会溢出。这个时候数据设备默认会对进入的数据包实施尾部丢弃，丢弃所有入站数据包直至总数据队列不再溢出为止。这样的尾部丢弃机制同样会对实时性业务产生影响。所以我们需要一种策略来防止总数据队列的溢出，这就是拥塞避免策略。其中最常见的拥塞避免策略是WRED（加权公平早期检测）。WRED可以根据用户的需要，对不同的数据流设置不同的丢弃阀值。例如：当总队列达到50%时，开始丢弃级别最低的数据包；当总队列达到70%时，开始丢弃第二级别的数据包；当总队列达到90%时，开始丢弃第三级别的数据包；以次类推。通过丢弃低级别的数据包来避免总数据队列的溢出，保证高优先级的数据包始终能够进入数据总队列接受调度。从而保证高优先级业务的顺利展开。拥塞避免策略一般用于入站接口，防止因为线路拥塞而使数据中继设备的队列溢出。一般来说，根据实际情况，将拥塞避免策略和拥塞管理策略结合使用可以得到比较好的效果。 以上两种QoS服务类型，都位于在OSI/RM模型中的第三层----网络层。要实施QoS策略，需要设备的支持和复杂的配置。尤其是DiffServ的服务，对数据包的分类和调度都是通过软件的方式来实现的。这就需要数据中继设备拥有更强劲的CPU和更大的内存容量。而且，当数据中继设备的处理负担较重的时候，同样会影响到QoS的质量。至于InterServ服务，不仅需要在整个网络中所有的数据中继设备上进行统一的InterServ配置。而且对终端设备也有一定的要求。由此可见，第三层的QoS技术虽然对流量有了一定的改善，但是实现的花费比较高，效果不稳定。 虽然IP QoS在目前的应用并不完善，但对于用户来说，多种业务在同一线路的传输还是最为廉价的解决方案。针对当前IP QoS的现状，科达DSL-4000系列综合复用设备融和IP和TDM技术，不仅支持全部标准的第三层QoS技术，还融和了基于物理层的QoS技术，其实现效果大大优于纯IP的QoS技术。 在综合业务通信专网中应用最多的线路是从运营商租用的E1线路，若采用纯IP的解决方案，一般方法是由路由器把E1线路设置为一条通道，各类业务同时在此通道中传输，这样QoS保证就只能由第三层的设备来提供。而综合复用设备则把E1线路在物理层分割为32个时隙，每个时隙的带宽为64Kbps。其中TS0和TS16分别用于传送帧编、同步和控制信令。可由用户分配的总共为30个时隙，TS1-TS15和TS17-TS31。这30个时隙可以根据用户需求设置成不同的捆绑方式，分别提供给不同的业务流量。如语音业务占4个时隙（256K）、数据业务占6个时隙（384K）、视频业务占20个时隙（1280K）。由于不同业务的传输通道之间是通过底层技术实现物理层隔离的，不同的业务流量之间不会相互干扰，拥有确定的QoS保证。这样的方式，初一看类似IP QoS的InterServ类型，但它比InterServ类型更加优秀的地方，就是能灵活地对业务通道进行释放和重组。当不使用视频会议或视频码流变小的时候，综合复用设备就能将原来视频业务的带宽释放或压缩，提供给数据或其他业务使用。另外，由于采用半固定连接方式，这种QoS的实现是基于硬件的，不会出现IP QoS中遇到的处理能力限制的问题。 另外，针对基于光纤直联线路的专用网，综合复用设备也提供了QoS支持，主要是把语音、视频和数据业务隔离，让语音和视频等实时业务占用独立的通道，不与数据业务共享带宽。 综合复用技术在专用网领域良好的解决了QoS问题，并提供通用的IP QoS技术与公用网络及其它相关网络兼容，为当前的专网建设提供了一种高性价比的多业务解决方案。[align=center]本文出自 51CTO.COM技术博客
[/align]
内容来自用户分享和网络整理，不保证内容的准确性，如有侵权内容，可联系管理员处理 