IP技术QoS“病因” 分析

　　摘要：本文从便于服务质量(QoS)研究的角度，分析对比了PSTN、IP和ATM的技术特点，认为IP承载多业务以及使用智能终端是其所谓无法保证QoS的根本原因。另外，将IP的QoS信令建立在应用层还是IP层是目前IP QoS技术所面临的一个两难选择。

　　关键词： QoS IP ATM PSTN IntServ DiffServ

一、前言

　　在刚出现一种新商品或新服务时，因为各种原因，用户和商品或服务的提供者都不怎么关心质量问题。但随着时间的推移和竞争的加剧，任何一种服务和商品都会牵扯到服务质量（QoS）的问题，而且必然会与价格挂钩（性价比）：品质较高的服务或商品价格比较高，品质较差的服务或商品价格比较低。市场上之所以存在多种品质和价格的某种服务或商品，是由于每个消费者的经济承受能力和对品质的需求不同，而这些不同价格和品质的商品或服务能够满足不同消费者的需求。比如，同样是把乘客送到某目的地，交通工具使用飞机或火车，公共汽车或出租车，得到的服务品质是不一样的，收费标准也是不一样的。

　　IP网络的发展历程也不例外。原来和现在的IP网络所提供的是“尽力而为（Best Effort）”的服务，没有服务质量的保证。运营商一般不向消费者做有关服务质量方面的承诺，而消费者也能够理解和接受这种现实。但运营商不做服务质量保证是IP网发展初期的现象，随着技术的进步、竞争的加剧、开展业务的需要以及客户对IP网服务质量意识的提高，IP网络提供有质量差别的服务是大势所趋。

　　虽然IP网络需要提供有质量差别的服务成为大家的共识，接下来的一些问题就是应该提供什么样的服务，怎样提供，何时提供，对于这些问题业界目前没有一个较为一致的看法。本文从几种典型的通信网络网入手，提出了一些有关IP QoS的问题与个人观点，与大家共勉。

二、PSTN/IP/ATM网络的QoS

　　首先需要分析和研究这样一个问题：为什么IP的QoS问题喊得满天飞，业界普遍认为公用交换电话网（PSTN）和异步传输模式（ATM）能够保证QoS，而IP就无法保证QoS？

1．PSTN

　　在PSTN中，网络与业务不分离，都是由运营商提供和控制的。用户不能自行创建新业务，只能在运营商提供的业务类型中做出接受或拒绝的选择。并且，运营商目前提供的都是以话音业务模型为核心的基本业务和补充业务，最大特点是具有固定速率（64kb/s）。

　　对于单个用户，当PSTN网络收到用户的呼叫请求时，在接续的过程中能够判断出针对此次呼叫的端到端的网络资源是否可用。如果可用，则允许用户接入，否则拒绝。能够做到这一点的前提是：PSTN网络知道用户的每次请求所要求的网络资源必然都是64kb/s，因此可以很容易地计算出，用户所请求的端到端的网络资源是否可用。

　　而对于全网而言，可以以每个用户每次呼叫需要64kb/s资源为基础，统计流量和流向，结合100多年来的运营经验，做出合理的规划和设计，在保证每个用户每次呼叫服务质量的前提下，提高整个网络的资源利用率。

2．IP

　　IP最初的设计就是为了承载多业务。网络与业务分离，用户接入和IP包的传输服务由因特网运营商（ISP）提供，信息（如www，电子商务）由内容服务商（CP）提供。内容（业务）一般不由运营商控制（除非所有内容服务都由ISP提供）。智能性和业务控制位于网络边缘的终端设备（客户端和服务器端）上，运营商网络中尽可能少地保留状态信息（当然有些信息在网络上是必须保留的，如路由信息）。

　　对于单个用户而言，如果要在IP网络上保证用户的QoS，存在以下困难：

（1） 可能不清楚用户使用的业务类型；

（2） 可能不清楚该业务的业务特征和流量模型；

（3） 不同用法下的同一种业务的特征和流量模型很可能不同；

（4） 用户在一条接入连路上可能混合使用多种业务；

（5） 端到端的可用资源情况很难判断；

（6） 与电话网的运营时间相比，Internet的运营时间还非常短。

　　因为全网QoS的保证是以单个用户的资源需求为基础计算、规划和设计的，因此，如果单个用户的QoS难以处理，网络资源的优化使用就无从谈起，保证统计聚合后的全网QoS就更困难了。

3．ATM

　　业界普遍认为ATM能够端到端的保证QoS，而IP无法保证QoS，笔者以为，这是需要认真分析的，事实并非完全如此。

　　ATM虽然具有支持流量工程，支持实时业务的可变比特率（rt-VBR）等功能，但目前最典型的用法是提供点到点（如PVC专线）和多点到多点（ATM网络）的业务。另外，ATM目前所支持的高层业务几乎全是IP（IP over ATM）。高层的IP会很明确地告诉低层的ATM，它需要多少网络资源（比如155Mb/s, 622Mb/s等）；但非常遗憾的是，IP却不知道它的高层应用（如www，E-mail）究竟需要多少资源。可以这样说，是IP替ATM背上了无法保证QoS的黑锅。为什么ATM的流量工程和rt-VBR功能使用的非常少，原因应该是很清楚的。

　　换一个角度来看ATM和IP。现在几乎所有的高层业务都是基于IP的，IP无法保证它们的服务质量，是存在不少问题，但换ATM究竟行不行：把所有的高层业务移植到ATM上去，如www over ATM,，E-mail over ATM，FTP over ATM，VoIP over ATM等，去掉中间的IP层，会出现什么情况呢？不难想象，ATM也不行，而且很可能比IP做承载更糟糕。

三、IP层与应用层

　　IP QoS问题，本质上就是高层应用与IP层之间的资源需求与供给的关系，是在二者之间需求平衡。这种需要与供给之间的关系可以是不保证QoS的，也可以是承诺保证QoS的；可以使用一些专用或通用的QoS信令，也可以不使用或使用简化了的QoS信令。

　　业界目前还不能确定，QoS应该基于每个应用的服务，还是应该作为传输层的一个选择。可以把IntServ看作是为每个应用提供QoS服务的，而DiffServ是传输层以下提供QoS服务。IntServ提供QoS时是端到端的，粒度细，但扩展性差；而DiffServ的可扩展性较好，但粒度粗，只能在某个范围内实施。虽然IETF NSIS工作组，ITU-T等近一、两年来一直致力于此，但目前还没有一个完整的模型能够同时拥有服务的准确性和可扩展性的特点。

四、小结

　　业界一直就有这样一个梦想：将数据、话音和广播电信网络“三网融合”。综合业务数字网（ISDN）技术，后来的宽带ISDN技术（ATM），以及现在研究IP QoS技术让其“电信化”，出现了各种IP QoS技术，都是业界为之奋斗的产物。

　　“三网融合”应该是业界的长期奋斗目标，现阶段追求的目标应该是技术的融合，而不是物理网络的融合：即将所有业务IP化，所有业务与承载网络之间的接口是IP技术；但因为多种因素承载网络不一定能够完全融合，因此建议一种业务单独组建和使用一个资源独立的IP物理或逻辑专网。比如，只要可以做到资源独立和业务的相互隔离，这个IP网络可以是IP over Internet的，IP over MPLS的，也可能是IP over ATM甚至IP over SDH/WDM的。  

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