文档介绍：IP城域网QoS的部署与实现研究
0  前言
        多业务运营、综合信息服务提供已经成为新时代运营商发展的新方向。提出这样的策略主要有以下原因。
        a) 从运营商角度看,因为传统业务的用户新增量和每用户收入的持续下降导致收入增长乏力,现有的商业模式下,数据业务收入的增长率远低于网络带宽的增加率,使得运营商开始考虑脱离类似批发性质的管道提供商角色,努力向产业的上游延伸,挖掘基于宽带的业务收益。
        b) 从用户的角度看,单纯的语音通信、被动的电视观看、雷同的网站浏览已经无法满足日益提高的用户需求,互动化、多媒体化的新业务(如彩铃、流媒体、互动电视、视频通信)已经是一种趋势。
        IP网可以提供给用户的业务种类非常多。在承载业务时,由于各种业务的业务特性的不同,对带宽、时延、抖动等网络条件的要求也就大相径庭。当前的IP城域网基本上是为网页浏览、E-mail、FTP等传统非实时业务设计的,主要提供Best Effort服务;在未来包括话音、视讯等多种电信业务都将在IP网上承载,IP网络将成为未来通信的基础。可以说IP网QoS问题的解决是差异化多业务承载的关键,因此如何能有效地调配网络资源,更好地满足用户的多样化需求,向用户提供具有质量保证的、细分等级的差异化应用和服务,将成为运营商关注的重点。
1  技术分析
        为了在IP网上提供QoS,IETF提出了许多服务模型和协议,其中比较典型的有IntServ模型和DiffServ模型。
        IntServ模型要求网络中的所有节点(包括核心节点)都记录每个经过的应用流的资源预留状态,需要通过IP包头识别出所有的用户应用流(进行MF分类),同时为每个经过的应用流设置单独的内部队列以分别进行监管、调度、整形等操作。对于现在大型运营网络中的节点,这种应用流(活动的)的数量非常庞大,会远远超出节点设备所能够处理的能力。因此IntServ模型不适用于运营商网络。 
        DiffServ模型的基本原理是将网络中的流量分成多个类,每个类接受不同的处理,尤其是网络出现拥塞时不同的类会享受不同的优先处理,从而得到不同的丢弃率、时延以及时延抖动。在DiffServ的体系结构下,IETF已经定义了EF、AF1-AF4、BE等6种标准PHB及业务。
        目前运营商IP网QoS的部署主要基于Diffserv模型,IP城域网基于Diffserv模型完善的QoS策略,主要基于以下几个方面。
  网络层次架构优化
        在IP城域网实施QoS机制之前首先要保证网络层次的清晰化、扁平化。层次清晰有利于业务控制点QoS策略的集中统一部署,扁平化有利于减少网络跳数,以减少网络时延、抖动、丢包等。
  用户/业务分类、标识
        分类是通过数据包的某些字段(常用的有VLAN、IP地址、MAC地址、端口号、协议类型等)来标识不同的用户/业务流量,并打上相应的QoS等级标记。目前IP协议中,实现服务等级标记的标准有RFC1349(TOS)、RFC1122(IP Precedence)、RFC2474(DSCP,ToS域的前6位),它们使用IP报文格式中同一字段。RFC2474与RFC1122向下兼容。
  队列调度和拥塞避免
        拥塞管理是指网络在发生拥塞时,如何进行有效管理和控制。处理的方法是使用队列技术。常用的队列有先进先出队列(FIFO)、优先队列(PQ)、定制队列(CQ)、实时传输优先队列(RTP)、基于类的加权公平队列(CBWFQ)等。
        拥塞管理的处理包括队列的创建、报文的分类、将报文送入不同的队列、队列调度等。接口没有发生拥塞时,报文到达接口后立即就被发送出去;报文到达的速度超过接口发送报文的速度时,接口就发生了拥塞。拥塞管理就会将这些报文进行分类,送入不同的队列;而队列调度对不同优先级的报文进行分别处理,优先级高的报文会得到优先处理。根据入队和出队策略的不同,拥塞管理分为以下几种。
        a) 先进先出队列(FIFO)不对报文进行分类,当报文进入接口的速度大于接口能发送的速度时,FIFO按报文到达接口的先后顺序让报文进入队列,同时,FIFO在队列的出口让报文按进队的顺序出队。
        b) 优先队列(PQ)对报文进行分类,对于IP网络,可以根据IP报文的优先级/DSCP,五元组等条件进行分类,对于MPLS网络,则根据MPLS报文EXP域值进行分类。最终将所有报文分成4个FIFO队列。在报文出队的时候,分类时属于较高优先级队列的报文将会得到优先发送,而较低优先级的报文将会在发生拥塞时被较高优先级的报文抢先。