---- Internet 在 经 历 了 二 十 多 年 的 发 展 后， 网 络 从 局 域 发 展 到 广 域， 从 单 纯 地 面 向 数 据 业 务 到 支 持 多 媒 体 业 务。IP 网 络 已 经 不 再 是 低 质 低 价 的 纯 数 据 网 络， 而 是 能 够 同 时 支 持 语 音、 数 据、 图 像 的 多 业 务 网 络 平 台。
----在IP 网 络 上 传 输 多 媒 体 业 务， 最 大 的 挑 战 是 如 何 保 证 服 务 质 量。
----数 据 业 务 通 常 对 业 务 传 递 的 可 靠 性 要 求 非 常 高， 不 允 许 出 现 接 收 端 和 发 送 端 数 据 的 差 异。 为 保 证 数 据 业 务 的 可 靠 传 输， 数 据 网 络 采 用 逐 包 检 验、 出 错 重 传 的 传 输 协 议， 如X.25 和TCP， 这 种 方 式 对 于 业 务 的 传 输 延 迟 无 法 保 证。
----语 音 和 视 频 业 务 的 特 性 是 信 息 具 有 一 定 的 延 续 性 和 相 关 性， 所 以 它 们 对 于 网 络 的 传 输 延 迟 和 延 迟 变 化 指 标 的 要 求 非 常 严 格， 传 输 延 迟 会 造 成 回 声 和 交 互 的 障 碍， 而 延 迟 变 化 则 会 造 成 变 声、 变 调 和 视 频 的 马 赛 克 等。 语 音 和 视 频 业 务 对 少 量 的 信 息 丢 失 或 差 错 不 敏 感， 因 为 它 可 以 通 过 适 当 的 补 偿 措 施 恢 复 部 分 丢 失 的 信 息， 但 是 过 多 的 信 息 丢 失 也 会 造 成 通 信 品 质 的 下 降， 所 以 它 们 对 于 网 络 的 包 丢 失 率 指 标 有 一 定 要 求， 但 不 很 苛 刻。
----所 谓 电 信 业 务 通 常 是 指 现 在 传 统 电 信 网 络 上 所 承 载 的 业 务， 包 括 电 话、 传 真、 电 报、 数 据 通 信 以 及 移 动 电 话 等。 常 年 的 公 众 服 务 使 电 信 网 络 的 运 营 者 们 具 备 了 很 强 的 服 务 意 识，“ 电 信 级 服 务”、“ 电 信 级 质 量” 表 达 了 公 众 对 于 电 信 网 络 的 信 赖。 那 么，“ 电 信 级 服 务”、“ 电 信 级 质 量” 究 竟 意 味 着 什 么 呢 ？ 具 体 而 言， 电 信 级 服 务 是 指 网 络 业 务 预 定 和 开 通 时 间、 业 务 故 障 频 次 和 故 障 恢 复 时 间 等 等 用 户 可 以 切 身 感 受 的 服 务； 而 电 信 级 质 量 则 是 指 人 们 业 已 习 惯 并 接 受 的 通 信 品 质， 例 如 人 们 通 常 会 以 目 前 固 定 电 话 网 络 通 信 质 量 作 为 衡 量 其 他 类 型 的 电 话（ 如IP 电 话） 品 质 的 参 照 标 准。 然 而， 电 话 网 络 通 信 品 质 并 不 能 代 表 语 音 的 最 佳 品 质， 目 前 电 话 网 络 为 话 音 提 供 的 服 务 带 宽 不 过64kbps， 传 输 质 量 只 能 保 证 语 音 不 失 真， 根 本 无 法 与 音 响 的 语 音 品 质 相 比， 而 与 之 相 反，IP 网 络 却 具 备 提 供 超 品 质 语 音 服 务 的 能 力。 因 此，“ 电 信 级 质 量” 只 是 一 种 衡 量 的 标 准， 并 非 追 求 的 目 标。
----就IP 网 络 而 言， 由 于 历 史 原 因， 其 网 络 组 织 和 网 络 特 性 与 传 统 的 电 信 网 络 特 别 是 电 话 网 相 去 甚 远， 因 而 人 们 通 常 认 为 传 统IP 网 络 没 有QoS 保 证。 随 着IP 网 络 日 益 广 域 化 和 多 媒 体 化，IP QoS 的 概 念 开 始 形 成。
----IP QoS 综 合 了 电 信 级 服 务 和 电 信 级 质 量 两 个 概 念， 形 成 了 既 符 合IP 网 络 特 性， 又 兼 顾 电 信 网 络 用 户 需 求 的 一 套 独 有 的 概 念， 可 以 用 以 下 参 数 具 体 描 述：
----虽 然 现 代IP 网 络 需 要 考 虑 电 信 业 务 的 需 求， 但 其 更 多、 更 主 要 的 承 载 业 务 仍 然 是 传 统IP 业 务， 这 些 业 务 不 要 求 服 务 质 量， 只 要 求 低 价。 为 了 不 失 去 低 廉 的 服 务 特 性， 同 时 又 能 满 足 其 他 业 务 的 需 求，IP QoS 提 出 了 服 务 等 级 的 概 念。
----按 照 服 务 等 级 保 证， 服 务 质 量 有 两 个 重 要 环 节， 一 是 将 业 务 流 按 业 务 种 类 分 类， 另 一 个 是 按 服 务 等 级 提 供 相 应 的 服 务 质 量 保 证。
----将 业 务 流 分 类 是 一 件 非 常 繁 复 的 工 作。 因 为 传 统IP 网 络 业 务 是 面 向 无 连 接 的， 业 务 开 始 时 不 存 在 建 立 连 接 的 信 令 过 程， 所 以 网 络 没 有 机 会 和 每 个 终 端 用 户 协 商 它 的 服 务 等 级（RSVP 的 出 现 正 在 改 变 这 种 状 况）， 并 标 识 它 的 业 务 流。 虽 然IP 帧 开 销 中 具 有ToS 字 段 可 以 供 用 户 标 识 网 络 业 务 类 型， 但 由 于 长 期 以 来IP 网 络 与 用 户 间 缺 乏 业 务 合 同， 对 于 该 字 段 的 使 用 没 有 任 何 的 约 束， 所 以 用 户 填 写 的 该 字 段 无 法 作 为 资 费 的 依 据 和 分 类 的 凭 据。 现 在 网 络 通 行 的 做 法 是 由 边 缘 路 由 器 检 查 业 务 合 同， 并 根 据 业 务 合 同 重 新 填 写 该 字 段， 核 心 路 由 器 则 根 据 该 字 段 提 供 相 应 的 服 务 质 量 保 证， 这 就 是 所 谓 的“DiffServ"（ 分 类 业 务）QoS 保 证 机 制。
----核 心 路 由 器 的 服 务 质 量 保 证 机 制 包 含 两 个 重 要 环 节 的 处 理， 一 是 输 出 时 的 发 送 处 理， 一 是 拥 塞 时 的 丢 包 处 理， 两 个 环 节 都 以 排 队 为 前 提。 当 业 务 始 终 能 够 以 线 速 通 过 交 换 机 时， 任 何QoS 保 证 机 制 都 是 多 余 的， 因 为 这 时 所 有 的 业 务 都 可 以 得 到 最 佳 的 保 证。 在 没 有 任 何 数 据 积 累 时， 任 何 排 队 措 施 也 是 多 余 的。 但 是， 真 实 网 络 中 不 可 能 没 有 数 据 冲 突（ 如 两 个 数 据 流 同 时 争 抢 一 个 输 出 端 口）， 也 不 可 能 没 有 数 据 积 累。 积 累 的 数 据 是 采 用 先 进 先 出（FIFO） 的 公 平 发 送 原 则， 还 是 采 用 按 优 先 级 加 权 的 发 送 原 则， 如WRR(Weighted Round Robin) 和 MDRR(Modified Deficit Round Robin）， 这 些 都 是 输 出 时 发 送 处 理 的 重 要 内 容。 很 显 然， 分 类 业 务 要 求 按 优 先 级 加 权 发 送。 这 里， 为 每 个 优 先 级 所 赋 予 的 权 值 决 定 了 该 队 列 发 送 的 几 率， 也 就 决 定 了 该 队 列 数 据 转 发 延 迟 的 大 小。 举 例 而 言， 假 定 有 三 个 优 先 级 队 列：Q1、Q2、Q3。 三 个 队 列 分 别 积 累 数 据 包10 个， 为 方 便 计 算 假 定 包 长 均 为100 字 节。 输 出 端 口 速 率 为2Mbps。 如 果 使 用Round Robin， Q1 最 后 一 个 包 的 输 出 转 发 延 迟 为：
----延 迟 时 间 = 积 累 的 数 据 包 个
数 × 包 长 ×8/ 端 口 速 率
----= 9 ×3 ×100 ×8/（2 ×106）
----=1.08 ×10 －2s
----=10.8ms
----但 如 果 设 定Q1 的 权 值 为8，Q2 的 权 值 为4，Q3 的 权 值 为1， 使 用WRR 机 制， 由 于 每 个 厂 家 在 实 现 时 对 权 值 的 定 义 有 所 不 同， 我 们 这 里 按 最 简 单 的 一 种 方 式 计 算， 即 一 个 发 送 周 期 内 队 列 中 发 送 的 包 数 与 其 权 值 成 正 比， 这 时Q1 的 最 后 一 个 包 的 输 出 转 发 延 迟 则 会 在 第 二 个 发 送 周 期 中 发 出， 所 以 排 在 最 后 一 个 包 前 的 数 据 包 共8 ＋4 ＋1 ＋1=14 个， 其 转 发 延 迟 为：
----14 ×100 ×8/（2 ×106）=5.6ms
----如 果 使 用 这 种 加 权 机 制， 各 队 列 中 积 累 的 数 据 包 分 布 将 不 会 是 均 匀 分 布 的，Q1 的 队 列 长 度 会 保 持 很 短， 这 样 会 进 一 步 减 少 高 优 先 级 业 务 的 转 发 延 迟。
----另 一 个 重 要 环 节 是 拥 塞 处 理。 网 络 指 标 中 包 丢 失 率 就 是 指 由 于 网 络 拥 塞、 链 路 故 障 等 原 因 造 成 包 丢 失 的 比 率。 现 代 高 速 通 信 网 络 传 输 线 路 的 误 码 率 已 经 非 常 低， 一 般 可 以 达 到10 －10 以 上， 所 以 由 于 线 路 误 码 而 造 成 的 包 丢 失 微 乎 其 微。 而IP 网 络 因 为 其 管 理 的 无 序 性， 局 部 拥 塞 和 短 暂 拥 塞 的 现 象 会 经 常 出 现， 所 以 拥 塞 处 理 对 于IP 网 络 则 非 常 重 要。
----不 同 优 先 级 的 业 务 对 于 包 丢 失 率 的 要 求 也 不 相 同， 所 以 在 拥 塞 处 理 上 也 需 要 考 虑 业 务 对 于 包 丢 失 率 的 要 求。WRED(Weighted Randomly Early Discard) 是 一 种 根 据 优 先 级 处 理 拥 塞 的 机 制。 网 络 拥 塞 和 交 通 拥 堵 一 样 是 一 个 渐 进 的 过 程， 提 早 发 现、 准 确 预 期 和 适 当 的 疏 通 措 施 是 避 免 拥 塞 造 成 严 重 后 果 的 三 步 曲。WRED 就 是 一 种 疏 通 措 施。 由 于IP 是 面 向 无 连 接 的 网 络， 缺 乏 端 到 端 的 流 量 控 制 能 力， 所 以 丢 弃 是IP 网 络 唯 一 可 以 采 用 的 缓 解 拥 塞 措 施。 而IP 网 络 应 用 的 关 键 差 别 仅 在 于 丢 弃 的 策 略 是 否 智 能， 是 否 能 够 使 丢 弃 量 最 小。 权 值 用 来 决 定 丢 弃 量， 丢 失 敏 感 的 业 务 可 以 设 置 为 最 高 优 先 级， 网 络 会 在 拥 塞 时 根 据 权 值 选 择 丢 弃 低 优 先 级 的 业 务， 最 后 丢 弃 高 优 先 级 业 务。
----与 分 类 业 务 方 式 完 全 不 同 的 另 一 类 QoS 保 障 机 制 称 为 综 合 业 务（IntServ） 方 式。 它 是 以 类 似 于 连 接 的 方 式 控 制 服 务 质 量， 边 缘 节 点 用RSVP（ 资 源 预 留 协 议） 为 业 务 流 端 到 端 地 预 留 网 络 资 源， 核 心 节 点 通 过 控 制 资 源 的 使 用 来 保 证 网 络 不 会 出 现 拥 塞。
----分 类 业 务 机 制 和 综 合 业 务 机 制 各 有 优 缺 点。 分 类 业 务 适 合 于 大 型 的 核 心 网 络， 它 分 类 较 粗， 通 常 只 划 分3 ～10 个 优 先 等 级， 相 同 优 先 等 级 的 业 务 会 分 享 该 等 级 的 服 务， 所 以 这 些 相 同 优 先 级 的 业 务 之 间 也 会 出 现 一 定 程 度 的 资 源 竞 争。 对 于 每 个 业 务 流 而 言， 并 没 有 绝 对 的 质 量 保 证。 因 此 运 营 商 通 常 在 核 心 网 络 控 制 其 资 源 的 平 均 利 用 率 不 会 超 过50 ％ 或70 ％， 高 优 先 级 业 务 的 资 源 利 用 率 不 会 超 过20 ％。 这 样 就 可 以 保 证 业 务 不 会 出 现 资 源 竞 争 的 现 象， 即 使IP 业 务 的 突 发 性 造 成 短 暂 的 资 源 竞 争， 高 优 先 级 业 务 也 绝 对 不 会 出 现 资 源 紧 缺 的 现 象。
----控 制 资 源 利 用 率 的 关 键 在 于 网 络 规 划。 早 期 的 网 络 规 划 完 全 依 靠 调 整 线 路 资 源 来 控 制 资 源 利 用 率， 例 如 规 划 人 员 通 过 流 量 统 计 数 据 发 现 北 京 — — 上 海 的 线 路 平 均 利 用 率 已 经 超 出 总 带 宽 的50 ％， 就 开 始 调 配 资 源 准 备 扩 容， 为 北 京 — — 上 海 增 加 一 条 链 路。 这 种 规 划 方 式 似 乎 不 够 科 学 和 智 能， 但 因 为IP 网 络 的 发 展 速 度 总 是 超 出 人 们 的 想 象， 目 前 国 际 上 所 有 知 名 的IP 网 络 都 还 在 使 用 这 种 最 原 始 的 规 划 手 段。
----流 量 工 程（traffic engineering） 是 近 期 提 出 的 一 个 全 新 概 念， 它 使 扩 容 不 再 是 控 制 资 源 利 用 率 的 唯 一 手 段。 流 量 工 程 利 用 隧 道 的 技 术， 改 变 了 逐 跳（hop by hop） 决 定 路 由 的IP 业 务 特 性， 使IP 业 务 流 可 以 按 照 网 络 规 划 人 员 的 意 向 选 择 路 径。 网 络 规 划 人 员 可 以 利 用 流 量 工 程 规 划 业 务 流 的 流 量、 流 向， 使 全 网 的 资 源 更 合 理、 更 充 分 地 得 到 利 用， 更 好 地 解 决 局 部 拥 塞 问 题。 流 量 工 程 是 一 种 软 资 源， 网 络 管 理 人 员 可 以 随 时 根 据 需 要 启 动 并 利 用 它， 具 有 调 整 周 期 短、 见 效 快 的 特 性。 但 是 值 得 注 意 的 是， 流 量 工 程 并 不 是 万 能 的， 在 全 网 资 源 都 接 近 饱 和 时， 扩 容 仍 然 是 必 须 的， 只 是 可 以 全 网 统 筹 安 排， 有 规 划、 有 计 划 地 进 行 扩 容 工 程。
----SLA 还 有 一 个 很 重 要 的 内 容 就 是“ 服 务 可 用 性”。 服 务 可 用 性 是 指 用 户 是 否 可 以 随 时 使 用 网 络 资 源， 换 言 之， 就 是 网 络 的 平 均 无 故 障 率。
----网 络 故 障 除 了 与 网 络 设 备 的 可 靠 性 有 关 外， 还 与 很 多 非 网 络 因 素 有 关， 比 如 因 施 工 将 光 缆 挖 断 等。 所 以， 为 了 保 证 网 络 的 无 故 障 率， 除 了 选 择 高 性 能、 高 可 靠 性 的 设 备 外， 还 要 在 网 络 结 构 上 充 分 考 虑 冗 余 和 备 份， 这 包 括：
----根 据SLA 对 于 服 务 可 用 性 的 等 级 要 求， 运 营 商 可 以 分 别 使 用 以 上 四 种 措 施， 或 者 同 时 使 用。 我 们 以 光 缆 被 割 断 事 件 为 例， 分 别 计 算 四 种 措 施 的 可 用 性 指 标。
----因 为 光 缆 被 割 断 是 偶 然 事 件， 我 们 假 定 在 一 年 内 发 生 一 次。
----除 了 光 缆 中 断 以 外， 另 一 个 导 致 网 络 故 障 的 重 要 因 素 就 是 设 备 故 障。 假 定 设 备 故 障（ 包 括 端 口 损 坏） 率 为1 年3 次， 如 果 不 采 用 双 机 备 份 保 证24 小 时 维 护， 那 么 假 定 发 现 并 排 除 故 障 的 时 间 为2 小 时， 这 会 使 网 络 可 用 率 下 降 到 1 －2/（365 ×24/3）=99.93 ％。
----SLA 与 网 络 结 构 有 关 的 另 一 个 重 要 参 数 是 网 络 延 迟。 虽 然 现 代 的 超 高 速 路 由 器 通 常 可 以 保 证 转 发 延 迟 仅 为10 μs， 端 到 端 所 经 历 的 路 由 器 跳 数 似 乎 已 不 再 影 响 业 务 的 延 迟， 但 是 路 由 器 毕 竟 采 用 的 是 存 储 转 发 机 制， 在 出 现 瞬 时 拥 塞 时， 该 机 制 不 但 会 影 响 业 务 的 延 迟 指 标， 更 严 重 的 是 会 影 响 业 务 的 延 迟 抖 动 参 数。 所 以， 网 络 结 构 优 劣 的 另 一 个 指 标 就 是 业 务 端 到 端 所 经 历 的 路 由 器 跳 数。
----CNCnet( 网 通 公 司 网 络) 的 网 络 设 计 不 仅 采 用 了 上 述 所 有 的4 种 措 施 保 证 服 务 的 可 用 性， 而 且 保 证 全 网 任 意 两 个 城 市 间 的 跳 数 不 超 过3 跳， 即 使 在 业 务 中 断 采 用 备 份 路 由 时， 跳 数 也 不 会 超 过5 跳。 重 点 城 市 之 间 更 是 具 备 直 接 通 路 可 以 一 跳 即 达， 充 分 保 证 网 络 延 迟 和 延 迟 抖 动 的 指 标。
----IP 网 络 发 展 到 今 天， 已 经 走 过 了 近 40 年 的 历 程。 从 共 享 介 质 的 局 域 网 发 展 到 使 用 各 种 介 质 的 广 域 网， 从“ 尽 力 而 为” 的 单 一 业 务 平 台 到 承 载 各 种 电 信 业 务 的 多 媒 体 平 台，IP 网 络 在 不 断 拓 展 其 应 用 领 域 的 同 时， 也 在 不 断 地 进 行 自 我 更 新 和 完 善。MPLS 的 出 台， 更 使IP 网 络 迈 进 到 一 个 新 的 时 代， 一 个 面 向 连 接 的 时 代。 当 然，MPLS 在QoS 保 证 方 面 还 有 一 段 路 要 走， 它 需 要 依 赖 基 于 约 束 的 路 由 机 制（ 这 一 机 制 目 前 已 经 基 本 完 善， 但 实 现 这 一 机 制 所 带 来 的 网 络 资 源 开 销 还 处 于 研 究 阶 段， 所 以 其 应 用 前 景 不 很 明 朗）， 但 其 面 向 连 接 的 特 性 却 可 以 使 用 户 充 分 享 受 与 帧 中 继 相 同 的 安 全 特 性。 总 的 看 来，IP QoS 虽 然 没 有 达 到 十 全 十 美 的 程 度， 但 已 经 能 够 满 足 承 载 各 种 电 信 业 务 的 需 求。