IP网络及其QoS技术发展研究(中)

3、IP技术带宽保障机制

在IP网络中，端到端的带宽保障机制涉及中继链路、网络节点、路由协议的共同参与，目前中继链路和网络节点设备已经获得了较大的发展，中继带宽设置和设备处理能力基本可满足当前的业务发展的需求，业界尤其是设备厂商对此有着较为乐观的展望。当前热点问题更多集中在对路由协议的研究上，也就是如何避免对网络资源的不合理使用。

3.1　传统IP技术的带宽保障机制

IP技术最初的设计目的是进行高效的数据传输，其提供的"尽力而为"的服务很难保证传送时延要求。IP技术执行的动态路由协议，不论是OSPF或IS-IS，其本质都是最短路由优先，由网络自行根据状态进行收敛，并更新路由表，最终依靠路由表为IP包引导下一跳传送，其优点是简单、开放、兼容和易扩展。

但该机制同时带来的缺点有：同会话流的不同分组包可能经不同路由到达；在网络层不保障传递结果，若在设定时间内未收到接收确认，由应用层启动重发机制；会话流在传输中不了解网络整体情况，可能出现部分网络拥塞而其他部分空闲的不合理现象。

传统IP技术不能保障IP QoS已经是业界定论，目前不断提高的中继带宽和节点处理能力，只是使得业务满足QoS的概率得到了提高，但并不意味着能保障QoS。

3.2　IP QoS体系结构

当前的IP服务质量体系结构主要有IETF建议的IntServ体系和DiffServ体系。

(1)IntServ模型

集成服务的基本思想是在传送数据之前，根据业务的服务质量需求进行网络资源预留，从而为该数据流提供端到端的服务质量保证。IntServ模型使用资源预留协议(RSVP)，这一模型的思想是"为了给特定的客户包流提供特殊的QoS，要求路由器必须能够预留资源，反过来要求路由器中有特定流的状态信息"。

IntServ模型的优点是能够提供绝对有保证的QoS。RSVP运行在从源端到目的端的每个路由器上，经过改进可以监视每个流，以防止其消耗比其请求、预留和预先购买的要多的资源。集成服务虽然能提供确定的服务质量保证，但是它需要在网络中维护每个流的状态，因而扩展性差，对路由器的要求高，难以在大型IP网络中实施。

(2)DiffServ模型

区分服务的基本思想是将用户的数据流按照服务质量要求来划分等级，任何用户的数据流都可以自由进入网络，但是当网络出现拥塞时，级别高的数据流在排队和占用资源时比级别低的数据流有更高的优先权。区分服务只包含有限数量的业务级别，状态信息数量少、实现简单、扩展性较好。目前，区分服务是业界认同的IP骨干网的服务质量解决方案。它的不足之处是不能为每个单独的IP流提供端到端的质量保证，此外，由于标准还不够详尽，不同运营商的网络之间很难进行服务质量参数的协商和调整。

区分业务本质上只是实现了一种相对的优先级策略，因此并不能严格保证业务端到端的QoS。

3.3　MPLS技术

多协议标记交换(MPLS)最初并不是作为一个QoS的解决方案提出的，而是以一个新的转发机制的角色出现，其主要思想是将二层交换和三层路由有机结合，将二层的快速转发引入第三层，提高路由器的转发性能。

如果说IntServ和DiffServ是从资源分配角度来保证QoS，那么MPLS更多地则是从优化整体网络性能角度提供了对实现QoS的支持，包括面向连接的QoS支持和流量工程(TE)两个方面：

(1)连接的QoS支持

MPLS网络中分组在转发之前就已经有了一条源端到目的端的路径LSP(标记交换路径)。该LSP类似于ATM中的虚电路，实际它就是发送主机到接收主机的中间节点序列。因此，MPLS实质上是一种面向连接的技术。

(2)流量工程

MPLS所提供的面向连接环境，非常有利于流量工程的实现。MPLS的流量工程侧重于测量和控制，它通过对资源的合理配置，对路由过程的有效控制使得网络资源可以得到最优的利用，在网络的运行中使得LSP能够自动地绕开网络故障、网络拥塞与网络瓶颈，从而缓解了由于某些资源过度使用而有些资源未被充分使用造成的时延，利于实现实时业务对时延和抖动的QoS要求。

MPLS约束路由(QoS路由)不一定是最短的，但是最优的。目前实现MPLS流量工程的控制协议有基于约束路由的标记分发协议CR-LDP和RSVP扩展。

3.4　当前IP QoS技术的局限性

MPLS技术通过在IP网中定义LSP，部分引入"虚电路"的概念，通过预先对LSP的配置，实现对网络资源的合理调度，解决了"最短路径优先"所引起的不合理忙闲状态。通过MPLS与IntServ或者DiffServ模型的结合，使IP网络对QoS的支持程度获得了极大的提高，是目前最被看好的IP QoS技术。

但同时必须注意到，目前MPLS技术仍然存在相当程度的局限性，主要表现在：

* MPLS网络必须依赖IP路由协议来准确地传播可达性信息，同时执行与标记分发相关的职能，因此MPLS网络对路由协议的依赖性要高于传统IP网络。但到目前为止，路由协议的发展并没有发生本质的改变，对QoS的支持尚未达到令人满意的程度。

* MPLS流量工程想要达到的目标很有价值，但理想目标和现实的网络运营、管理之间还存在较大差距，在大型网络中流量工程的实施非常复杂，缺乏大规模运营经验，目前设备互通情况尚不理想。

* MPLS与IP网络的高层应用之间存在冲突。表现在，目前IP网上的绝大多数流量是基于TCP流的应用，而TCP会根据网络的拥塞情况，动态调整发送数据包的速率，以适应网络的拥塞情况，如果判断网络发生拥塞，则快速降低发送速率；否则缓慢增加发送速率。

现在面临的问题是，如果高层应用基于TCP机制，而又运行在启用了MPLS TE的网络上的话，这时高层的TCP和低层的MPLS都会对拥塞做出反应。事实上，这时无论是TCP还是MPLS流量工程都已经很难对路径是否"过载"做出比较准确的判断。另一个问题是，如果流量工程选择了另一条LSP，则可能会因为路径的改变而导致TCP重排序的可能性增加，降低TCP的效率。

4、需要注意的几个关键问题

总的说来，IP QoS目前仍处于研究试验阶段，离实用还有一定的距离，另外还有一些关键问题需要引起足够的重视，主要表现在：

(1)服务质量管理的研究落后于服务质量控制

当前的IP QoS研究主要集中在数据平面，对服务质量管理、服务质量测量和服务质量计费还缺乏系统的解决方案，这严重影响到将服务质量机制投入到网络运营中。

(2)缺乏统一的服务质量体系架构和详尽的标准

众多的设备制造商选择了不同的服务质量技术，不同厂商设备的互操作性需要加强，这已经成为整个网络实现服务质量的一大障碍。

(3)服务质量管理和服务质量控制机制脱节

当前的网络管理可以对网络性能进行监测，但不能实时地调整服务质量控制参数。网络资源的配置和服务质量控制参数设置基本上是静态的，管理和控制之间缺乏一个闭环的机制。因此在网络拥塞时，无法真正保证实时业务的服务质量。

(4)服务质量研究同具体应用相脱节

没有针对网络中典型业务的需求提出一整套服务质量控制和管理方法，包括SLA模型、参数映射、资源分配、计费原则等，而这些问题是多业务IP网运营的重要基础。

来源：中国联通网站