解除统一IP网之忧

陈绍强

　　为保证业务质量，路由器或交换机不只是承担数据的转移，还应当看到数据包的深层，时刻根据网络状况的变化调整排队算法，完成数据流的整形，使其满足用户预期的目标，既保证付费业务获得足够带宽、改善延时和抖动等参数性能，同时也能够对低优先级业务提供高质量服务。这正是未来统一网络所应当具有的性能，而这一保证的基础来自于网络设备内排队算法的工作效率。

　　如今，在网络中使用路由器的标准做法是在入口进行入口策略检验，决定该包是否该处理，以及如何处理；在出口提供拥塞控制算法，避免明显不合理的阻塞情形，如头端阻塞。在这种情形下，设备对数据包的控制就不是连续的，从而也就不能提供类似于时分复用或电路交换级别那样的业务质量保证。

　　排队问题不仅限于出口

　　实际上，真正有效的排队技术能够把一个简单的传输设备转变成能提供和创建业务的平台，从而更好地为用户服务，更多地为运营商创造利润。为达到这一目标，排队算法需要和这几样功能挂钩：

　　队列调度算法：控制着数据流实际占有的带宽资源；

　　队列管理算法：控制着数据流潜在地占有的带宽资源、当前占有的内存资源或队列的深度；

　　统计：如计算发送和丢弃的包数目，为了计费、SLA（业务水平协定）验证和未来趋势分析等管理功能。

　　队列调度发生在端口出口处，通常包括这样几种：先进先出（FIFO）、加权公平排队（WFQ）、优先级排队（PQ）和客户化排队（CQ）等。这在Cisco的路由器中都有提供，用户随时可以改变端口的排队算法配置。

　　队列管理算法管理着队列容量，主要功能是给突发性数据业务一个缓冲，减少丢包率。流行的算法有随机早期侦测（RED）、加权随机早期侦测（WRED）和显式拥塞通知（ECN），或者干脆就没有管理（尾包丢弃：TD）。评判的标准，一是队列越空越好，这意味着队列有更强的适应未来突发数据的潜力；二是长度波动越稳定越好，这意味着数据流遭遇的时延和抖动更可预测。

　　尽管上述种种算法不可谓不丰富，也不能说完全无效，至少对目前的IP负载提供了一定程度的管理，但对于QoS的整体效果却仍然是实验性的，没有运营商会贸然转向全IP网。因为以上技术是单纯从队列管理来说的，效果仅是局部的，而不是全局的。事情的全部并非仅仅是出口处的队列管理，还包括数据包在到达出口之前那一段时间内经历的处理和排队，如在转发引擎中，在交换引擎中等，而这正是排队对数据包控制缺乏连续性的原因所在。

　　如果说交换引擎可以实现数据包的无阻塞交换，使得数据包经历的延迟可以预测的话，那么包转发引擎就是另一番景像。突发性的数据包正是在网络处理器这样的转发引擎中获得关键性的处理，如路由选择、包头信息修改和排队等等。保证QoS的前提之一是数据包不应该在网络处理器中经历延迟。目前的排队机制更多地解决了算法方面的问题，而对于排队原则何以与数据包QoS规格和实际的数据包处理相联系，则欠缺深层的解决办法。

　　向统一IP网过渡

　　在对于公网尚无彻底的解决方案之时，多数网络设备提供厂家瞄准的是企业级产品，以做好向统一IP网过渡的准备，因为这是从用户的桌面入手，这是改良性的，而非革命性的途径。例如,Cisco最近宣布的语音解决软硬件方案的升级，就是这个意思。另一方面，公网传输级的产品，如OADM（光路分插复用器），也是Corning和JDS Uniphase等一些厂家所另辟的蹊径，它解决的是光波长这一层次的交换，这也是未来公网交换机所必须的，只是离包交换还差两个级别，这两个级别是链路交换和分组交换，分组交换才是最大难题所在。

　　在真正有效的排队技术还未成为公开技术的情况下，业内对这个难题的解决分为两个方向：一个是开发实验性的ASIC芯片，实现自有的排队技术；另一个是极尽所能开发通用网络处理器的性能。可想而知，目前这两个方向的努力都仅仅是牛刀初试，尚无斩获。有个别的公司，如Xebeo，宣称正在开发业务交换机，它的计划基于以太网技术，使用了Xilinix的Virtex-II FPGA平台，为的是缩短推向市场的时间。这验证了一句套话：大公司维持，中等公司跟进，而小公司走新路。

　　有待网络处理器的发展

　　目前，在芯片方面的进展不是特别如人所愿，网络处理器作为主要的负载/队列管理构件，去年的市场销售额才9000万美元，大大低于普遍预测的10亿美元。原本2004年60亿美元的期望值，现在也降低到10亿美元的水平。这大大挫伤了许多新兴公司的积极性。倒是Intel、Motorola和IBM等重量级公司勇于承接挑战，努力开发着一般性网络处理器。IBM采取了双管齐下的策略，为低端产品市场提供通用处理器，为高端产品市场提供专用处理芯片。但通用网络处理器应该是方向，这是出于知识产权保护的需要和持续发展的需要。

　　整个网络市场的低迷影响了网络处理器芯片技术的成长，也影响到了统一网络的进程，或许对于统一性网络的迫切应用模式还没有形成，但业界对像排队这样的重大技术本身，仍然持乐观和积极态度。

文章来源：中国计算机报