QoS分類和DiffServ業務類別的映射

2019-11-04 22:44:34

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　　1 緒論
　　隨著因特網的普及，網絡和人們生活的關系愈加密切，多樣化的業務（數據、語音、視頻等）應運而生。不同業務對于通信條件的要求卻各不相同。通常，數據業務具有離散性特征，對業務傳遞的可靠性要求非常高，誤碼率是最重要的指標，但可以容忍一定的時延；而語音和視頻這類業務具有流量大、延續性、實時性和相關性等特點，時延會造成語音的變聲、變調和視頻的馬賽克等現象，因此對傳輸時延和抖動要求非常嚴格。
　　
　　傳統ip網絡只能提供“盡力而為”服務，所有業務流公平的競爭網絡資源，很難保證每類業務的通信要求，這也是引發研究IP QoS的本質原因。幾乎所有國家在部署NGN實施要求時，都提出了要在下一代網絡中解決端到端QoS問題，而如何定義合理可行的QoS業務分類則是必要的一步。
　　
　　本文基于已有的QoS業務分類展開分析研究，提出通用的分類模型。
　　
　　2 IP QoS業務分類
　　一般而言，影響用戶感知網絡性能的要害參數有三個：時延（包括源請求建立業務的時間和建立后接受信息的時間）、抖動（由單個數據包到達時間的可變性引起，在傳輸層尤其明顯，通過buffer可以消除或減少抖動）、信息丟失（除了傳輸中比特錯誤率或數據包丟失外，也包括多媒體編碼降級引起的丟失）[1]。這三個參數也是劃分QoS類別的主要區分值。
　　
　　目前國際上從事IP網絡QoS標準研究的主要組織有：ITU-T（國際電信同盟）、IETF（工程任務組）、ETSI（歐洲標準化組織）等。這些組織都制定了一些解決方案，對業務分類也做了一定建議。
　　
　　2.1 各種分類的分析
　　
　　ITU-T 13組建議Y.1541，主要根據IPTD（傳輸時延）、IPDV（時延變化）、IPLR(丟包率)、IPER（錯誤率）[2]四個方面綜合劃分QoS類別。0類至5類優先級相應遞減，第5類是BE業務，對性能無保證。其中0類和2類對時延要求很嚴格，并且0類對抖動還有限制；1類和3類的時延要求比較嚴格，1類對抖動有限制；4類對時延要求比較寬松，且沒有定義抖動限制；除了第5類外都對丟包率和錯誤率有要求。
　　
　　ITU-T H.323 Annex N定義的業務類別分為兩大類：GSC和CSC[3]。前者對時延和抖動敏感，后者則無要求。其中GSC又分為GSC1、
　　
　　2、3、4。GSC1和2適用于CBR類型的流量，區別在于1對錯誤率有要求，而2沒有；GSC3和GSC4適用于VBR類型的流量，區別在于3對于錯誤率有要求，而4沒有。CSC也分為CSC1、2、3、4。CSC1和CSC2適用于nrt-VBR類型的流量，區別在于1對錯誤率有要求，而2沒有；CSC3和CSC4適用于ABR類型的流量，區別在于3對錯誤率有要求，而4沒有。
　　
　　ETSI 3GPP主要針對移動網絡，它將QoS類別分為conversational、streaming、interactive、background四大類[4]，分類的主要依據是業務對時延的敏感度。Conversational類對時延非常敏感，依次遞減，background對時延最不敏感。Conversational和streaming主要用于實時流量業務，區別只在于對時延的容許程度。Interactive和background主要用于傳統的IP應用，兩者都定義了一定的誤碼率要求，區別在于前者更多用于交互式場合，而后者主要用于后臺業務。
　　
　　TIPHON基于VoIP，將QoS業務分為3大類，wideband、narrowband、BE[5]，分類的依據是端到端時延。三類業務的時延限值依次遞增，對應于用戶感知的語音質量的滿足度則是依次遞減。其中narrowband又根據時延大小細分為三類：high、medium、acceptable，對應于narrowband中有等級區別的應用。
　　
　　3 DiffServ業務框架
　　DiffServ由IETF提出，較之Interserv模型，大大簡化了信令的工作，把重點放在聚合數據流和PHB（per hop behavior,單跳行為）上。DiffServ使用IPV4報頭中的TOS字段，重命名為DS字段。該字段按預定規則加以定義，使下行節點通過識別DS字段，獲取足夠的信息來處理到達的數據包，并將他們正確轉發給下一節點，把復雜的QoS保證通過DS字段轉化為PHB[6]。當數據包進入邊界節點時，首先根據五元組或其他標識手段進行分組到流的區分，并把分類結果傳給計量器分析，計量器對流的特性進行測量（如速率, 突發長度等），將流統計信息傳給標記器和整形丟包器，調整這兩個模塊的數據；分類后的數據包進入標記器，打上相應的DSCP值（也可能是IP優先級或路由器內部的QoS組），同時送入整形丟包模塊中，整形可以平緩突發通信，對超過平均速率的分組進行排隊或置入緩存，當業務流超出一定程度時則丟棄；當流量進入內部節點后，判定對分組采取何種PHB，同一行為聚合體的分組按相同的方法處理，通過隊列調度（如FIFO，WFQ等），完成對不同PHB的區分。
　　
　　DiffServ網絡定義了四類PHB：EF（EXPedited Forwarding）PHB這種方式不用考慮其他流量是否分享其鏈路，適用于低時延、低丟失、低抖動、確保帶寬的優先業務（如虛租用線路）；AF（Assured Forwarding）PHB分為四類，每個AF類又分為三個丟棄優先級，可以對相應業務進行等級細分，QoS性能參數低于EF類型；CS（class selector）PHB是從IP TOS字段演變而來，共8類；BE PHB是CS中非凡一類，沒有任何保證，AF類超限后可以降級為BE類，現有IP網絡流量也都默認為此類。
　　
　　4 分類映射
　　各組織定義的業務分類或QoS分類不盡相同，不統一的分類難以實現QoS控制的互通，本文對上面提及的典型分類進行了映射。
　　
　　3GPP中優先級設為1的interactive類別可以視作信令治理控制業務，對應于PHB CS7（111000）或CS6（110000），其他組織對此無定義；Y.1541的0類和1類對抖動要求嚴格，而3GPP的conversational和TIPHON的wideband對時延的要求非常高，H.323的GSC1和GSC2類似于ATM中CBR類型，這些分類對應于具有EF特征的優先類業務（如VoIP、合法偵聽、IP上的電路仿真、視頻會議等[7]）；Y.1541的2類對抖動要求不高，但對時延要求嚴格，與3GPP的interactive和TIPHON的high類別相近，同時H.323的GSC3和4類似于ATM的rt-VBR類型，這些類別映射為PHB為AF4的多媒體業務（如交互式游戲[7]等）比較合適；Y.1541的4類對時延和時延抖動要求都不高，但對丟包率有一定控制，符合3GPP的streaming和TIPHON的acceptable指標要求，并且H.323的CSC1或2類業務類似于ATM的nrt-VBR類型，他們可以映射為PHB為AF3的流媒體業務（如音頻流、視頻流、計費視頻、Webcast[7]等）；表中第五行的響應/處理類業務主要是指具有人機交互式響應或事務處理性質的流量（如基于網絡的定制服務、信用卡事務處理、金融信息傳輸、存儲轉發應用、計費記錄轉帳[7]等），這類業務往往有突發，速率有變化，可以容許時延和抖動的存在，但對丟包有限制，Y.1541的2和3類，3GPP的interactive和TIPHON的medium可以與之對應，而H.323的CSC3和4類似ATM的ABR類型，也符合條件；最后一個分類是沒有QoS保證的業務，可以具有所有流的特征，相應的定義如下表1所示。
　　
　　5 總結
　　DiffServ模型并不能實現真正意義上的QoS保證，但卻是目前比較切實可行的一種方法，尤其適用于大型網絡的核心網，其突出的一點就是對業務區分的概念。本文對幾個標準組織的業務分類分析研究，并與DiffServ PHB值相互比較映射，雖然不能完全的一一對應，但對業務和網絡提供商都有一定借鑒意義，是實現端到端QoS控制必要的一步。

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