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“模块化”实现QoS

2004/12/30

　　实现QoS，应该从网络基础设施的底层开始，一步一个脚印，找到敏感数据流量传输所需的复杂优先权技术。

　　当网络管理员听到关于数据网络设施的服务质量（QoS）一词时，他们会自然想到流量优先权技术，如第二层传输流量识别和优先权技术协议，以及第三层传输流量识别和优先权技术服务类型(ToS)/流量区分控制协议(DSCP)。

　　实际上，服务质量指对特定数据流通过网络传输时预期得到的的传输质量。我们不应该马上就考虑到第二层和第三层的流量优先权技术，而是应该从网络基础设施的底层开始，找到敏感数据流量传输所需的复杂优先权技术。

　　如果网络中没有任何拥塞点存在，那么根本不需要使用任何流量优先权技术(比如无阻塞的交换网络结构)。但即使在设计得非常合理的网络内也存在拥塞点，因而需要对带宽进行优化配置并有效利用。

服务质量建立模块

　　为使网络提供令人满意的服务质量，需要一种模块化的方法来实现和管理网络设施。可将整个服务质量的实施划分为单一、易于管理的阶段步骤，这样网络管理员花费最少的努力即可成功地建立一个基础网络平台。以下就是保证局域网络服务质量的几个基本方面：

带宽分配

带宽管理

流量优先权

流量带宽预留

　　网络管理是贯穿于四个模块建立过程中的关键组件，它使得网络管理员能够清楚地掌握网络传输流量，并针对特定网络相关的服务质量问题选用正确的模块来解决问题。值得注意的一点是在实施上述模块时，应区别对待。首先从带宽分配模块开始，然后逐步上移，直到传输流量优先权组件。实施的模块越多，保证的质量会越高，但同时也增加了管理的复杂性，加大了维护成本。所以应该对症下药，特定的组件只针对网络基础设施的特定部分而实施。举例来说，通过分配更多带宽可以很容易解决一些拥塞点，可是，其他的拥塞点也许需要所有四个模块的协同工作。通过结合一个全面的网络管理解决方案，网络管理人员可以确定各个不同网络部分需要实施的模块的级别，从而减少整体维护和运营成本，并成功地实施IP语音应用。

带宽分配

　　解决网络拥塞问题最常用的方法就是提供更多的带宽。这在许多情况下是有效的，但并不是解决拥塞相关的网络服务质量的惟一解决方案。对于带宽，有两点需要指出：一是交换设备的性能(交换性能)，另一个是交换机之间的链路带宽(链路预订率)。

　　在需要建立一个支持IP电话的网络架构时，交换性能是需要重点考虑的。需要了解当交换机处于完全“饱和”传输状态时，交换机是如何处理，这时才能真正反映交换机的性能。

　　另一方面，在设计网络时，从网络边缘层到网络核心层分配足够的带宽是非常重要的，这样可以保证用户不受拥塞问题的困挠。通常，许多网络设计者将会在一定程度上超额预定，其程度取决于一条链路上聚集的用户数量和估计将要消耗的带宽量而决定。理想的预定比例应该是：下游用户的容量与上行带宽的容量关系为1：1，这样能够提供一个有保证的服务质量，而没有必要运行更多的模块。不幸的是，由于用户预算的限制，达到这种预定水平往往不可行。因此，许多网络设计方案都具有某种形式的超额预定。在带宽分配基础上，还需采用其他建立服务质量的模块。

带宽管理

　　带宽分配模块经过评估和应用后，如果需要进一步的服务质量保证，可以开发下一个模块。当超额预定水平无法降低时，通常就会采取这种方式。在这种情况下，带宽分配和有效的带宽管理能够有所帮助。

　　带宽管理指在网络基础设施中管理和使用现有带宽的方法。许多网络中交换机间采用冗余链路。虽然冗余设计提高了网络的可靠性，但通常，其中一条冗余（备份）链路不承担流量，而是“休眠”等待，仅当另外一条（主）链路在出现故障时才激活。第二层和第三层技术都提供了相应机制来实现冗余，如生成树协议等等。

　　除了让备用链路“休眠”等待，也可激活该链路，使其不再休眠，并向网络核心层传输流量，同时采用负载均衡技术充分利用已有带宽。这样，网络管理人员可将超额预定的比例减小一半。

传输流量优先权

　　有些情况下，执行前两个模块就可达到要求的服务质量标准。但是，如果存在拥塞点或服务质量级别还不能满足用户的要求，那么，就需要研究和执行下一个模块—传输流量优先权模块。

　　尽管传输流量优先权的方法将增加网络管理的复杂程度，但它进一步保证了敏感信息的传输。对传输流量优先权模块有这样一种误解，为了提供所需的质量水平，该模块应该在网络的所有部分进行应用。事实上，根据服务质量的模块化建立方法，网络管理员只有在真正必要时才执行这个模块。许多影响网络传输质量的网络拥塞问题完全可以通过前两个模块解决。

　　传输流量优先权使网络管理员决定在网络拥塞发生时，哪些流量先转发，哪些流量先搁置。如果没有拥塞问题，传输流量优先权模块也就不会用到。传输流量优先加权是一种大多数交换机厂商都支持的技术，它允许网络管理员区分不同的流量类型和确定多种优先级别。当拥塞发生时，会执行一个交换优先方案，以确保高优先级流量得到“进一步保证”并先于低优先级流量转发。

　　在一个交换优先方案中可以给予高优先权流量和低优先权流量各50%的可用带宽。在这种情况下，当流量小于可用带宽时，优先权对于流量传输不起任何作用(前提是交换性能为无拥塞)。如果流量发生改变，高优先权流量占用50%的可用带宽，低优先权流量占用60%的可用带宽，那么拥塞已经发生，优先方案将“丢掉”10%的低优先权流量。相反，如果VoIP流量占用了60%的带宽，数据流量占用了50%的带宽，根据排队原则，10%的VoIP流量会被舍弃。需要指出的是，优先权只是一种基于队列分配和输入排队原则的相对保证，而不是绝对保证。

流量带宽预留

　　到现在为止，基本的服务质量建立模块都已评估和运行并达到预期水平，提高了整体网络的服务质量。流量带宽预留模块允许网络管理员采取终极措施为流量质量提供绝对保证。流量预留是一种基于应用的流量速率限制技术，为特定的应用服务提供有保证的带宽分配，最终保证该流量的服务质量。

　　执行这个模块，需要弄清楚在最差的环境下（比如所有IP电话同时接通），交换机之间的VoIP流量所需要的网络流量。首先必须确定这种情况下交换机之间所需要的带宽(从边缘层到核心层)。举例说，有10部采用G.711 CODEC的电话，每部电话需要的带宽大约是每秒64Kbps，那么10部电话需要640Kbps的带宽。可以使用速率限制技术来限制上行链路非VoIP流量占用的链路带宽。比如，如果上行链路是1Gbps，减去640Kbps，将非VoIP流量的速率限制设置为999.36Mbps。这将确保即使数据（非语音IP）流量试图占用100%的带宽，交换机也会将其限制在999.36Mbps。IP电话应用有640Kbps的专用带宽，这使得所有IP电话同时通话而没有任何性能问题。

编看编想

　　实现服务质量的四个模块，一个比一个更“高级”，但实现起来也会更复杂。所以必须强调一点：只有在真正需要时才执行后面的模块，许多服务质量问题完全可以通过前两个模块解决。因为随着对每个服务质量建立模块的评估和认定，以提高网络端
到端的服务质量，网络管理也会变得更加昂贵和复杂。由此，应用这些技术的折衷考虑是，与每个实施级别相关的成本和复杂性。当然，最终的目标是以最少的成本和最小的复杂性，为敏感流量提供最好的质量保证。

　　网络管理员所面临的难题是，应该在哪些网段采用哪种级别的服务质量模块。解决此问题的关键是，充分了解网络基础设施，明晰网络传输流量和潜在的拥塞点。应评估每一个拥塞点以确定采用哪种服务质量模块。

网络世界(cnw.ccw.com.cn)

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