IP技術QoS“病因” 分析

2019-11-03 09:02:19

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供稿：網友

信息產業部電信研究院通信標準研究所何寶宏

　　摘要：本文從便于服務質量(QoS)研究的角度，分析對比了PSTN、ip和ATM的技術特點，認為IP承載多業務以及使用智能終端是其所謂無法保證QoS的根本原因。另外，將IP的QoS信令建立在應用層還是IP層是目前IP QoS技術所面臨的一個兩難選擇。

　　關鍵詞： QoS IP ATM PSTN IntServ DiffServ

一、前言

　　在剛出現一種新商品或新服務時，因為各種原因，用戶和商品或服務的提供者都不怎么關心質量問題。但隨著時間的推移和競爭的加劇，任何一種服務和商品都會牽扯到服務質量（QoS）的問題，而且必然會與價格掛鉤（性價比）：品質較高的服務或商品價格比較高，品質較差的服務或商品價格比較低。市場上之所以存在多種品質和價格的某種服務或商品，是由于每個消費者的經濟承受能力和對品質的需求不同，而這些不同價格和品質的商品或服務能夠滿足不同消費者的需求。比如，同樣是把乘客送到某目的地，交通工具使用飛機或火車，公共汽車或出租車，得到的服務品質是不一樣的，收費標準也是不一樣的。

　　IP網絡的發展歷程也不例外。原來和現在的IP網絡所提供的是“盡力而為（Best Effort）”的服務，沒有服務質量的保證。運營商一般不向消費者做有關服務質量方面的承諾，而消費者也能夠理解和接受這種現實。但運營商不做服務質量保證是IP網發展初期的現象，隨著技術的進步、競爭的加劇、開展業務的需要以及客戶對IP網服務質量意識的提高，IP網絡提供有質量差別的服務是大勢所趨。

　　雖然IP網絡需要提供有質量差別的服務成為大家的共識，接下來的一些問題就是應該提供什么樣的服務，怎樣提供，何時提供，對于這些問題業界目前沒有一個較為一致的看法。本文從幾種典型的通信網絡網入手，提出了一些有關IP QoS的問題與個人觀點，與大家共勉。

二、PSTN/IP/ATM網絡的QoS

　　首先需要分析和研究這樣一個問題：為什么IP的QoS問題喊得滿天飛，業界普遍認為公用交換電話網（PSTN）和異步傳輸模式（ATM）能夠保證QoS，而IP就無法保證QoS？

1．PSTN

　　在PSTN中，網絡與業務不分離，都是由運營商提供和控制的。用戶不能自行創建新業務，只能在運營商提供的業務類型中做出接受或拒絕的選擇。并且，運營商目前提供的都是以話音業務模型為核心的基本業務和補充業務，最大特點是具有固定速率（64kb/s）。

　　對于單個用戶，當PSTN網絡收到用戶的呼叫請求時，在接續的過程中能夠判斷出針對此次呼叫的端到端的網絡資源是否可用。如果可用，則允許用戶接入，否則拒絕。能夠做到這一點的前提是：PSTN網絡知道用戶的每次請求所要求的網絡資源必然都是64kb/s，因此可以很容易地計算出，用戶所請求的端到端的網絡資源是否可用。

　　而對于全網而言，可以以每個用戶每次呼叫需要64kb/s資源為基礎，統計流量和流向，結合100多年來的運營經驗，做出合理的規劃和設計，在保證每個用戶每次呼叫服務質量的前提下，提高整個網絡的資源利用率。

2．IP

　　IP最初的設計就是為了承載多業務。網絡與業務分離，用戶接入和IP包的傳輸服務由因特網運營商（ISP）提供，信息（如www，電子商務）由內容服務商（CP）提供。內容（業務）一般不由運營商控制（除非所有內容服務都由ISP提供）。智能性和業務控制位于網絡邊緣的終端設備（客戶端和服務器端）上，運營商網絡中盡可能少地保留狀態信息（當然有些信息在網絡上是必須保留的，如路由信息）。

　　對于單個用戶而言，如果要在IP網絡上保證用戶的QoS，存在以下困難：

（1）可能不清楚用戶使用的業務類型；

（2）可能不清楚該業務的業務特征和流量模型；

（3）不同用法下的同一種業務的特征和流量模型很可能不同；

（4）用戶在一條接入連路上可能混合使用多種業務；

（5）端到端的可用資源情況很難判斷；

（6）與電話網的運營時間相比，Internet的運營時間還非常短。

　　因為全網QoS的保證是以單個用戶的資源需求為基礎計算、規劃和設計的，因此，如果單個用戶的QoS難以處理，網絡資源的優化使用就無從談起，保證統計聚合后的全網QoS就更困難了。

3．ATM

　　業界普遍認為ATM能夠端到端的保證QoS，而IP無法保證QoS，筆者以為，這是需要認真分析的，事實并非完全如此。

　　ATM雖然具有支持流量工程，支持實時業務的可變比特率（rt-VBR）等功能，但目前最典型的用法是提供點到點（如PVC專線）和多點到多點（ATM網絡）的業務。另外，ATM目前所支持的高層業務幾乎全是IP（IP over ATM）。高層的IP會很明確地告訴低層的ATM，它需要多少網絡資源（比如155Mb/s, 622Mb/s等）；但非常遺憾的是，IP卻不知道它的高層應用（如www，E-mail）究竟需要多少資源?？梢赃@樣說，是IP替ATM背上了無法保證QoS的黑鍋。為什么ATM的流量工程和rt-VBR功能使用的非常少，原因應該是很清楚的。

　　換一個角度來看ATM和IP?，F在幾乎所有的高層業務都是基于IP的，IP無法保證它們的服務質量，是存在不少問題，但換ATM究竟行不行：把所有的高層業務移植到ATM上去，如www over ATM,，E-mail over ATM，FTP over ATM，VoIP over ATM等，去掉中間的IP層，會出現什么情況呢？不難想象，ATM也不行，而且很可能比IP做承載更糟糕。

三、IP層與應用層

　　IP QoS問題，本質上就是高層應用與IP層之間的資源需求與供給的關系，是在二者之間需求平衡。這種需要與供給之間的關系可以是不保證QoS的，也可以是承諾保證QoS的；可以使用一些專用或通用的QoS信令，也可以不使用或使用簡化了的QoS信令。

　　業界目前還不能確定，QoS應該基于每個應用的服務，還是應該作為傳輸層的一個選擇?？梢园袸ntServ看作是為每個應用提供QoS服務的，而DiffServ是傳輸層以下提供QoS服務。IntServ提供QoS時是端到端的，粒度細，但擴展性差；而DiffServ的可擴展性較好，但粒度粗，只能在某個范圍內實施。雖然IETF NSIS工作組，ITU-T等近一、兩年來一直致力于此，但目前還沒有一個完整的模型能夠同時擁有服務的準確性和可擴展性的特點。

四、小結

　　業界一直就有這樣一個夢想：將數據、話音和廣播電信網絡“三網融合”。綜合業務數字網（ISDN）技術，后來的寬帶ISDN技術（ATM），以及現在研究IP QoS技術讓其“電信化”，出現了各種IP QoS技術，都是業界為之奮斗的產物。

　　“三網融合”應該是業界的長期奮斗目標，現階段追求的目標應該是技術的融合，而不是物理網絡的融合：即將所有業務IP化，所有業務與承載網絡之間的接口是IP技術；但因為多種因素承載網絡不一定能夠完全融合，因此建議一種業務單獨組建和使用一個資源獨立的IP物理或邏輯專網。比如，只要可以做到資源獨立和業務的相互隔離，這個IP網絡可以是IP over Internet的，IP over MPLS的，也可能是IP over ATM甚至IP over SDH/WDM的。

----《中國多媒體視訊》