李木子

（中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司遼寧省分公司 沈陽(yáng) 110041）

1 QoS技術(shù)實(shí)現(xiàn)

（1）流分類和標(biāo)記

流分類采用一定的規(guī)則識(shí)別出符合某類特征的報(bào)文，是有區(qū)別地進(jìn)行服務(wù)的前提和基礎(chǔ)。流分類規(guī)則有根據(jù)IP報(bào)文頭的ToS字段，識(shí)別出有不同優(yōu)先級(jí)特征的流量；綜合鏈路層（layer 2）、網(wǎng)絡(luò)層（layer 3）、傳輸層（layer 4）信息諸如MAC地址、IP協(xié)議、源地址、目的地址或應(yīng)用程序的端口號(hào)等相關(guān)信息對(duì)報(bào)文進(jìn)行分類；根據(jù)網(wǎng)絡(luò)具體業(yè)務(wù)進(jìn)行分類，即業(yè)務(wù)感知，這是一種比普通流分類更加智能化的流分類技術(shù)。一般的分類依據(jù)都局限在封裝報(bào)文的頭部信息，除此之外還包括信息轉(zhuǎn)發(fā)過程的一些屬性，常見的分類依據(jù)有物理端口號(hào)、VLAN ID、MAC地址、IP地址、ToS/DSCP字節(jié)、Protocol(協(xié)議 ID)、分段標(biāo)志、ICMP報(bào)文類型、TCP/UDP端口號(hào)、TCP SYN標(biāo)志、基于狀態(tài)的Session號(hào)等。識(shí)別數(shù)據(jù)包進(jìn)行分類之后，要對(duì)其進(jìn)行標(biāo)注[1]。QoS的實(shí)現(xiàn)原則一般是在邊緣完成業(yè)務(wù)的分類和標(biāo)記，在核心根據(jù)QoS標(biāo)記作分類轉(zhuǎn)發(fā)。

（2）流量監(jiān)管

流量監(jiān)管即接入流量限速（CAR），是流分類之后的動(dòng)作之一。通過CAR，運(yùn)營(yíng)商可以限制從網(wǎng)絡(luò)邊沿進(jìn)入的各類業(yè)務(wù)的最大流量，控制網(wǎng)絡(luò)整體資源的使用，從而保證網(wǎng)絡(luò)整體的QoS。CAR在設(shè)備內(nèi)部一般采用漏桶原理實(shí)現(xiàn)。高檔設(shè)備的CAR可以支持精確的速率控制，可以任意設(shè)定速率，目前大部分IP設(shè)備制造商都支持速率限制功能。速率限制實(shí)施原則一般是在面向客戶的接入端口上實(shí)施的。

（3）流量整形

流量整形（shaping）是一種主動(dòng)調(diào)整流量輸出速率的措施，一個(gè)典型應(yīng)用是基于下游網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的CAR指標(biāo)控制流量的輸出。流量整形與流量監(jiān)管的主要區(qū)別在于，流量整形對(duì)超出規(guī)格的報(bào)文進(jìn)行緩存，當(dāng)令牌桶有足夠的令牌時(shí)，再均勻地向外發(fā)送這些被緩存的報(bào)文。兩者的另一區(qū)別在于，整形可能會(huì)增加延時(shí)，而監(jiān)管幾乎不引入額外的延時(shí)。

（4）隊(duì)列調(diào)度

當(dāng)擁塞發(fā)生時(shí)，多個(gè)報(bào)文會(huì)同時(shí)競(jìng)爭(zhēng)使用資源，此時(shí)需要制定一個(gè)資源的調(diào)度策略決定報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)的處理次序，即擁塞管理的中心內(nèi)容。擁塞管理一般采用排隊(duì)技術(shù)，常見的隊(duì)列調(diào)度機(jī)制是FIFO （first-in-first-out queueing，先入先出隊(duì)列）、PQ（priority queueing,優(yōu)先隊(duì)列）、CQ（custom queueing，定制隊(duì)列）、WFQ（weighted fair queuing，加權(quán)公平隊(duì)列）、CBWFQ（class based WFQ）。

（5）QoS 服務(wù)體系分類

·IntServ服務(wù)體系

IntServ的目的是為基于IP的網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)流提供QoS，力圖解決網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞時(shí)如何共享可用的網(wǎng)絡(luò)容量問題，使用方法有接納控制、路由選擇算法、調(diào)度算法及丟棄策略。在IntServ中定義了3種服務(wù)類型：QoS保證服務(wù)型（guaranteed service，GS）、受控負(fù)載服務(wù)型（control load service，CLS）和盡力而為服務(wù)型（best effort service，BES）。

·DiffServ服務(wù)體系

DiffServ的設(shè)計(jì)目標(biāo)是提供一種簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)并且低成本的工具支持一系列的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，這些服務(wù)在性能的基礎(chǔ)上有所區(qū)分。其實(shí)現(xiàn)途徑包括簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的服務(wù)機(jī)制及服務(wù)對(duì)象，采用層次化結(jié)構(gòu)（分為DS域、DS區(qū)）、總體集中控制策略及面向?qū)ο蟮哪K化思想與封裝思想，增強(qiáng)靈活性與通用性。DiffServ節(jié)點(diǎn)提供服務(wù)的手段僅限于隊(duì)列調(diào)度與緩沖管理，不涉及路由選擇機(jī)制，目前最為集中的兩種服務(wù)類型為優(yōu)質(zhì)服務(wù)和確保服務(wù)[2]。

2 遼寧聯(lián)通城域網(wǎng)現(xiàn)狀

2.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

遼寧聯(lián)通城域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示，可以劃分為城域核心層、城域匯聚層2個(gè)層次。城域核心層設(shè)備即省網(wǎng)匯聚層設(shè)備，各地市均由2臺(tái)高端路由器組成，城域匯聚層由各地市本地的 BAS、SR、匯聚交換機(jī)組成，通過 GE、FE上聯(lián)至城域核心層設(shè)備，形成本地業(yè)務(wù)匯聚層面。

2.2 設(shè)備型號(hào)

設(shè)備型號(hào)介紹見表1。

2.3 現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)調(diào)研

在遼寧省IP城域網(wǎng)上，承載的業(yè)務(wù)可以分為3大類，即語(yǔ)音、視頻、數(shù)據(jù)。根據(jù)業(yè)務(wù)分類和性能指標(biāo)對(duì)業(yè)務(wù)的影響，結(jié)合各類業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)屬性，對(duì)3大類業(yè)務(wù)進(jìn)一步細(xì)化，又可大致劃分為如下幾種。

·會(huì)話類業(yè)務(wù)主要包括高質(zhì)量語(yǔ)音通信業(yè)務(wù)。該類型業(yè)務(wù)對(duì)延時(shí)、抖動(dòng)要求較高，可容忍少量的丟包。

·管理控制類應(yīng)用主要包括如BGP、OSPF、LDP等路由控制信息和Telnet、Radius、SSH、信令等業(yè)務(wù)控制信息。該類型業(yè)務(wù)對(duì)抖動(dòng)不敏感，對(duì)延時(shí)要求低于高質(zhì)量交互業(yè)務(wù)，但對(duì)丟包率有更為嚴(yán)格的要求。

·交互式視頻業(yè)務(wù)主要包括視頻會(huì)議等。該類型業(yè)務(wù)對(duì)

延時(shí)、抖動(dòng)及丟包率要求高，但略低于會(huì)話類業(yè)務(wù)。

表1 設(shè)備型號(hào)

圖1 城域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

·流媒體業(yè)務(wù)主要包括IPTV、VOD等。該類型業(yè)務(wù)對(duì)延時(shí)、抖動(dòng)及丟包率有一定的要求，但低于會(huì)話類業(yè)務(wù)。

·數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)主要涉及各種網(wǎng)管流量、大客戶專線/VPN業(yè)務(wù)及普通互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

3 遼寧聯(lián)通QoS部署設(shè)計(jì)

（1）QoS 服務(wù)模型設(shè)計(jì)

目前主流的QoS模型有IntServ和DiffServ兩種。IntServ模型對(duì)現(xiàn)有路由器的改造十分復(fù)雜，由于需要進(jìn)行端到端的資源預(yù)留，必須要求從發(fā)送到接收之間所有路由器都支持RSVP和許可控制協(xié)議，同時(shí)每個(gè)路由器還要花費(fèi)大量的資源維護(hù)和更新數(shù)據(jù)庫(kù)，不適用于大型網(wǎng)絡(luò)；而DiffServ屬于層次化QoS，只在網(wǎng)絡(luò)的邊界上才需要分類、標(biāo)記、管制和整形等操作，非常適合于遼寧聯(lián)通比較龐大的城域網(wǎng)結(jié)構(gòu)。因此決定以DiffServ模型部署QoS策略。

（2）業(yè)務(wù)等級(jí)設(shè)計(jì)

業(yè)務(wù)等級(jí)設(shè)計(jì)見表2。

4 設(shè)備QoS支持能力測(cè)試

4.1 測(cè)試拓?fù)?/h3>

測(cè)試拓?fù)淙鐖D2所示。測(cè)試儀表采用GE端口發(fā)送和接收模擬業(yè)務(wù)流，采用另外兩個(gè)GE端口發(fā)送和接收背景流，測(cè)試儀表GE端口與BRAS、SR以及匯聚交換機(jī)的連接情況隨測(cè)試內(nèi)容的不同而改變。兩臺(tái)安裝VLC Media Player軟件的PC分別模擬視頻服務(wù)器和客戶端。兩臺(tái)安裝IxChariot軟件的 PC分別模擬VoIP測(cè)試終端，SR和BRAS分別將兩臺(tái)終端放入語(yǔ)音 VPN。STB＋TV＋PC＋Modem，用于觀看實(shí)際的IPTV和上網(wǎng)效果。

圖2 測(cè)試拓?fù)?/p>

4.2 測(cè)試工具

·IXIA測(cè)試儀表（端口要求至少4GE）作為流量發(fā)生器，發(fā)送制造擁塞和取得QoS參數(shù)的測(cè)試流數(shù)據(jù)；能產(chǎn)生IP、TCP/UDP等數(shù)據(jù)流；能同時(shí)在全部端口以各種IP包大小全速發(fā)送數(shù)據(jù)流；能夠發(fā)送不同優(yōu)先級(jí)別的數(shù)據(jù)流。

·PC機(jī)若干臺(tái)，用于語(yǔ)音和視頻主觀效果測(cè)試。

·現(xiàn)網(wǎng)IPTV流媒體服務(wù)器＋VLC Media Player，用于IPTV主觀效果測(cè)試，需要將組播流推到BRAS上。

·1 000 Mbit/s接入的交換機(jī)1臺(tái)（至少2個(gè)GE接口）。

4.3 測(cè)試內(nèi)容

4.3.1 單臺(tái)設(shè)備測(cè)試

（1）標(biāo)記（缺省行為）

·使用儀表測(cè)試工具檢查設(shè)備出流量、DSCP標(biāo)記是否正確標(biāo)記、數(shù)據(jù)有無(wú)丟包。

·使用儀表工具檢查回流量、在不同的壓力條件下DSCP標(biāo)記是否正確標(biāo)記、數(shù)據(jù)有無(wú)丟包，并記錄相應(yīng)的指標(biāo)數(shù)據(jù)。

·在測(cè)試儀表上檢查不同流量壓力下的CPU使用情況。

表2 業(yè)務(wù)等級(jí)設(shè)計(jì)

（2）基于端口標(biāo)記

·使用儀表測(cè)試工具檢查設(shè)備出流量、DSCP標(biāo)記是否正確標(biāo)記、數(shù)據(jù)有無(wú)丟包。

·使用儀表工具檢查回流量、在不同的壓力條件下DSCP標(biāo)記是否正確標(biāo)記、數(shù)據(jù)有無(wú)丟包，并記錄相應(yīng)的指標(biāo)數(shù)據(jù)。

·在測(cè)試儀表上檢查不同流量壓力下的CPU使用情況。

（3）基于策略的QoS標(biāo)記

·使用儀表測(cè)試工具檢查設(shè)備出流量、DSCP標(biāo)記是否正確標(biāo)記、數(shù)據(jù)有無(wú)丟包。

·使用儀表工具檢查回流量、在不同的壓力條件下DSCP標(biāo)記是否正確標(biāo)記、數(shù)據(jù)有無(wú)丟包，并記錄相應(yīng)的指標(biāo)數(shù)據(jù)。

·在測(cè)試儀表上檢查不同流量壓力下的CPU使用情況。

（4）信任標(biāo)記

·使用儀表測(cè)試工具檢查設(shè)備出流量、DSCP標(biāo)記是否正確標(biāo)記、數(shù)據(jù)有無(wú)丟包。

·使用儀表工具檢查回流量、在不同的壓力條件下DSCP標(biāo)記是否正確標(biāo)記、數(shù)據(jù)有無(wú)丟包，并記錄相應(yīng)的指標(biāo)數(shù)據(jù)。

·在測(cè)試儀表上檢查不同流量壓力下的CPU使用情況。

·流量限速（基于端口、出、入方向）。

·出、入端口限速，使用測(cè)試儀表工具檢查設(shè)備出流量速率大小。

（5）流量限速（基于策略、出、入方向）

·針對(duì)DSCP=40的限速，使用測(cè)試儀表工具檢查設(shè)備出流量速率大小。

·測(cè)試8021.P到DSCP的相互轉(zhuǎn)換。

·測(cè)試儀表發(fā)送 CoS=6、CoS=5、CoS=3、CoS=2；根據(jù) 3層的DSCP標(biāo)記值轉(zhuǎn)化成3層的DSCP標(biāo)記；使用儀表測(cè)試工具檢查設(shè)備出流量、CoS標(biāo)記是否被轉(zhuǎn)換成功、數(shù)據(jù)有無(wú)丟包。

（6）流量整形（基于端口、出方向）

·設(shè)備的出端口隊(duì)列所有流量整形為20 Mbit/s，使用測(cè)試儀表工具檢查設(shè)備出流量速率大小。

·設(shè)備的調(diào)度與控制機(jī)制的功能測(cè)試。

·設(shè)備不作QoS控制，使用儀表測(cè)試工具的GE端口檢查各個(gè)流的回流量。

·設(shè)備作PQ調(diào)度，使用儀表測(cè)試工具的GE端口檢查各個(gè)流的回流量。

·設(shè)備作CBWFQ調(diào)度，使用儀表測(cè)試工具的GE端口檢查各個(gè)流的回流量。

·設(shè)備作PQ+CBWFQ調(diào)度，使用儀表測(cè)試工具的GE端口檢查各個(gè)流的回流量。

4.3.2 設(shè)備聯(lián)網(wǎng)測(cè)試

（1）無(wú) QoS 機(jī)制、網(wǎng)絡(luò)輕載

·業(yè)務(wù)流方向，參與測(cè)試設(shè)備的端口QoS不進(jìn)行部署。

·測(cè)試正常情況下的語(yǔ)音和視頻效果。

·使用測(cè)試儀表發(fā)送測(cè)試數(shù)據(jù)流，檢查延時(shí)、抖動(dòng)、丟包等情況。

（2）有 QoS 機(jī)制、網(wǎng)絡(luò)輕載

·業(yè)務(wù)流方向，參與測(cè)試設(shè)備的端口QoS進(jìn)行部署。

·測(cè)試正常情況下（不打背景流）的語(yǔ)音和視頻效果。

·使用測(cè)試儀表發(fā)送測(cè)試數(shù)據(jù)流，檢查不同優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)的延時(shí)、抖動(dòng)、丟包等情況。

（3）無(wú)QoS機(jī)制、設(shè)備端口擁塞

·測(cè)試儀表發(fā)送干擾流，在端口造成擁塞。

·觀察視頻的主觀效果和VoIP模擬測(cè)試效果。

·使用測(cè)試儀表和測(cè)試終端發(fā)送業(yè)務(wù)測(cè)試流，檢查延時(shí)、抖動(dòng)、丟包等情況。

（4）有QoS機(jī)制、設(shè)備端口擁塞

·測(cè)試儀表發(fā)送干擾流，在端口造成擁塞。

·觀察視頻的主觀效果和VoIP模擬測(cè)試效果。

·使用測(cè)試儀表和測(cè)試終端發(fā)送業(yè)務(wù)測(cè)試流，檢查延時(shí)、抖動(dòng)、丟包等情況。

5 實(shí)際部署

5.1 城域網(wǎng)實(shí)際部署

在本期項(xiàng)目中，QoS只部署在業(yè)務(wù)控制層以上，在寬帶接入層（即SR和BRAS）以下，所以業(yè)務(wù)的識(shí)別和分類功能，在業(yè)務(wù)控制層以上實(shí)現(xiàn)，IP城域網(wǎng)業(yè)務(wù)接入控制點(diǎn)根據(jù)物理端口、邏輯子端口或CoS位完成對(duì)接入用戶的分類和3層QoS標(biāo)記（DSCP或EXP），并實(shí)現(xiàn)用戶上行流量的限速和用戶下行流量的限速、整形。BRAS、SR和核心路由器提供兩個(gè)嚴(yán)格優(yōu)先隊(duì)列和5個(gè)輪循隊(duì)列，配合WRED丟棄機(jī)制，實(shí)現(xiàn)基于QoS等級(jí)的IP包轉(zhuǎn)發(fā)。

5.2 部署效果

（1）語(yǔ)音業(yè)務(wù)

無(wú)QoS，語(yǔ)音業(yè)務(wù)在網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)出現(xiàn)信號(hào)中斷，經(jīng)儀表測(cè)試，數(shù)據(jù)有一定程度的丟包，延時(shí)明顯增加，語(yǔ)音業(yè)務(wù)與其他業(yè)務(wù)相同，均受到網(wǎng)絡(luò)擁塞的影響。有QoS，語(yǔ)音不受影響，聲音清晰，無(wú)滯后感覺，經(jīng)儀表測(cè)試，普通數(shù)據(jù)有一定程度的丟包，延時(shí)明顯增加；語(yǔ)音業(yè)務(wù)受PQ算法保護(hù)，沒有丟包，延時(shí)很小。

（2）IPTV 業(yè)務(wù)

無(wú)QoS，IPTV視頻業(yè)務(wù)在網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)出現(xiàn)馬賽克、畫面斷續(xù)等現(xiàn)象，擁塞嚴(yán)重時(shí)畫面完全靜止，經(jīng)儀表測(cè)試，數(shù)據(jù)有一定程度的丟包，延時(shí)明顯增加，IPTV業(yè)務(wù)與其他業(yè)務(wù)相同，均受到網(wǎng)絡(luò)擁塞的影響。有QoS，視頻基本不受影響，畫面流暢，用戶上網(wǎng)速度慢，經(jīng)儀表測(cè)試，普通數(shù)據(jù)有一定程度的丟包，延時(shí)明顯增加；其他優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)基本無(wú)丟包，延時(shí)較低。

（3）VPN 業(yè)務(wù)

無(wú)QoS，模擬的VPN業(yè)務(wù)在網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)，受到較大影響。經(jīng)儀表測(cè)試，數(shù)據(jù)有一定程度的丟包，延時(shí)明顯增加，VPN業(yè)務(wù)與其他非關(guān)鍵業(yè)務(wù)相同，均受到網(wǎng)絡(luò)擁塞的影響。有QoS，VPN業(yè)務(wù)不受影響，經(jīng)儀表測(cè)試，普通數(shù)據(jù)有一定程度的丟包，延時(shí)明顯增加；VPN業(yè)務(wù)受WFQ等算法保護(hù)，沒有丟包，雖然有一定延時(shí)，但在可承受范圍。

6 結(jié)束語(yǔ)

完整的設(shè)備測(cè)試：由于不同廠商的設(shè)備對(duì)QoS的支持程度不同，遼寧聯(lián)通在部署QoS之前，對(duì)現(xiàn)網(wǎng)存在的所有設(shè)備類型進(jìn)行了單機(jī)測(cè)試、聯(lián)網(wǎng)測(cè)試，總結(jié)出了詳細(xì)的設(shè)備測(cè)試報(bào)告，并以此為依據(jù)進(jìn)行大規(guī)模QoS部署。

籌建QoS網(wǎng)管系統(tǒng)：由于接入層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備數(shù)量非常巨大，單憑維護(hù)人員手工配置費(fèi)時(shí)費(fèi)力。建立QoS網(wǎng)管系統(tǒng)，統(tǒng)一QoS部署標(biāo)準(zhǔn)及配置規(guī)范，通過網(wǎng)管系統(tǒng)統(tǒng)一下發(fā)，對(duì)接入層設(shè)備進(jìn)行批量配置。

完善設(shè)備QoS規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)：規(guī)范QoS標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格要求設(shè)備廠商遵照?qǐng)?zhí)行，并作為設(shè)備采購(gòu)的重要依據(jù)，以保障日后QoS部署效果。

1 林闖,單志廣,任豐原.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量（QoS）.北京:清華大學(xué)出版社,2004

2 Jorge Cardoso.Quality of service for workflows and Web service processes.Journal of Web Semantics,2004,1(3):281～308