刘红旗

解决 IP QoS ，推进下一代网络与业务发展

——中国网通 IP QoS 策略

中国网络通信集团公司研究院 2003 年 8月

议程

互联网发展期待解决 IP QoSIP QoS 技术分析网通集团 IP QoS 策略总结

议程

互联网发展期待解决 IP QoSIP QoS 技术分析网通集团 IP QoS 策略总结

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网通集团互联网业务发展

2002 年底，中国网通集团公司北方十省的窄带拨号用户规模已经达到 1600 万， IP 专线用户规模达到 7000 户。

国际出口带宽 2.5 Gbps, 并开始建设海外节点

网通集团公司宽带用户发展迅猛， ADSL 宽带接入用户发展尤为迅速。目前，网通的宽带用户数已达 150万，预计到今年底将达 300 万，预计 2006 年将达 800 万。宽带接入和宽带业务飞速发展

互联网进入第二次增长高潮

网络发展现状

宽带接入和应用的发展引起网络流量飞速增加56k-512k(1M)宽带用户数量翻番

资源内容比较集中，主要在北京（网通集团）上海、广州（电信集团）网络压力增大，升级周期缩短，网络成本大幅增加

目前网通集团多个省份出省流量超过 5G同中国电信集团约 20G 互联带宽已经满载（出入流量约 1:1 ）国际近 4G 带宽满载

业务质量现状

仍以 Besteffort 方式为主先来先服务（ First Come First Service）服务质量模型适合窄带模式下的常用业务（WWW ， Email ， QQ 等业务）各运营商均处于 QoS 部署的初级阶段

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网络与业务发展需要 IP QoS

IP 网向多业务承载网络发展NGN3G

大力发展基于互联网的各种增值业务，如 VPN 、互联网语音、视频、企业数据传送、即时消息等

市场细分，对中高端用户实现差异化服务

从以互联网接入服务为主收入的经营格局，向以增值应用、内容管理、 个性化服务的经营方向过渡

拥塞的解决之道两种技术解决途径

增加瓶颈点的链路带宽实施 IP QoS

两种解决途径的对比结论 : 实施 IP QoS 目前是适宜的增加链路带宽 实施 IP QoS

能否从根本上解决网络拥塞

不能 (再大的带宽也可能被应用耗尽，况且带宽不可能无限增加，而运营商又看重资源利用率 )

能 ( 通过对现有资源合理规划、优化调配既解决网络拥塞又保证资源利用率，是运营商明智的选择 )

建设周期 较长 (通常数月 ) 较短 (通常只需对设备做软件升级 )

成本 较高 较低

IP QoS 的可行性高级的网络应用通常关心端到端时延、时延抖动及丢包率等指标影响网络性能的因素有的属于不可调整因素 ( 如传输时延、交换时延、 CRC错误等 )。另外一些属于可调整因素 ( 如缓冲时延及包丢失等 )。网络运营商应针对可调整因素对网络进行优化，即实施IP QoS工程

IP QoS 的实际价值IP QoS 的价值在于使有效的网络资源得到最有效的利用

为商业用户提供高价值的增值服务类别使用户更有效的使用带宽给用户提供端到端的服务质量等

下一代网络支持主要应用将是：宽带接入、电子商务、远程教学、远程医疗、数字图书馆、流媒体、多媒体会议等等中国网通致力于大力推进下一代网络与业务的发展， QoS是下一代网络的重要研究课题，解决 QoS是发展下一代网络的关键

议程

互联网发展期待解决 IP QoS IP QoS 技术分析网通实施 IP QoS 的策略总结

QoS包含两方面的含义：性能保证与业务区分。前者主要解决带宽、时延、抖动、包丢失等方面的问题；后者则是为不同的应用提供不同的性能

目前广泛采用的 QoS 技术主要有：接纳控制、流量调度、队列管理、流量监管、流量整形、拥塞避免、拥塞控制、策略控制、基于约束的路由、 MPLS 流量工程等等

”

什么是 QoS 服务 ?

QoS几个关键参数

时延 :固定时延—交换、传输和序列化时延可变时延—在拥塞过程中由于缓冲和排队数据包所造成的时延

抖动 :拥塞使数据包先要被缓存 , 并导致数据包最终传

送到链路上时具有不定的时延丢包率 :

路由器和交换机中的缓存被耗尽，导致丢包

IP QoS 框架结构目前主要有两种 IP QoS框架结构综合业务模式 (IntServ) （ RFC1633 ）差别业务模式 (DiffServ) （ RFC2474、 RFC2475 ）

综合业务模式的基本思想是在传送数据之前，根据业务的 QoS 需求进行网络资源预留，从而为该数据流提供端到端的 QoS保证 差别业务模式的基本思想是将用户的数据流按照服务质量要求来划分等级，任何用户的数据流都可以自由进入网络，但是当网络出现拥塞时，级别高的数据流在排队和占用资源时比级别低的数据流有更高的优先权

Handset

PBX

Multimedia Server

Handset

Reserve 16KBW on this Line

I Need 16KBW and

100 msec Delay

This App Needs16K BW and

100 msec Delay MultimediaStation

综合业务模型

通知 QoS每流 QoS每节点维护软状态资源允许控制端到端的 QoS保证

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综合业务模型

资源预留协议 (RSVP) 用于识别某一应用（流）及通知该应用是否有足够的可用资源接纳控制用于确定是否该应用可得到它所请求的资源

request request request request

reservereservereservereserve

Local Admission

Control

Remote Admission Control

Local Admission

Control

Policy Decision Point (PDP)

req

ue

st

rep

ly

Policy Enforcement Point (PEP)

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综合业务模型 /RSVP 的优势和缺点

+综合业务模型 /RSVP 的优势 :•端到端的 QoS保证　　　　　　　　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　•针对每请求的策略允许控制

–综合业务模型 /RSVP 的缺点 :•路由器需针对每个流存储、处理状态信息•可扩展性很差，难以在网络核心实施

差别业务模型

差别服务机制下，用户和网络管理部门之间预先商定服务等级合约（ SLA ），根据 SLA, 用户的数据流被赋予一个特定的优先等级，当数据流通过网络时，路由器会采用相应的方式（称为每跳行为 PHB ）来处理流内的分组。 差别业务特点提供 QoS保证针对流会聚提供 QoS网络只需维护少量的状态信息 实现简单，扩展性较好

Traffic Classification and Conditioning

Classification/Marking/PolicingPer-Hop Behavior (PHB)

Queuing/Dropping

Ingress Node

Interior Node

Egress Node

TCPHB

PHB TCPHB

差别业务模型结构

综合业务与差别业务比较

集成业务 差分业务

颗粒度 细 (基于流 )　 粗 ( 基于流会聚 )

可扩展性 差 (路由器需针对每个流存储、处理状态信息 )

好 (只包含有限数量的业务级别，状态信息的数量少 )

基于流的端到端 QoS保证

能提供 很难提供

在目前的情况下，差分业务模式更加适合运营商网络

多协议标记交换 (MPLS)

传统 IP包交换是根据数据包的目的地址来选择路由。数据包从源路由器到目的路由器之间的每个路由器上都要被检查目的地址并做路由选择。由于 IP地址涉及子网结构，路由策略也很复杂，因此，数据包在每一跳的传送中都会引起较大时延MPLS是基于标记的 IP路由选择方法。根据目的地址、某些规则或路由策略在数据包进入网络的第一个路由器上，为数据包增加一个标记，下一跳路由器根据标记而不是 IP地址进行路由。十分方便路由的快速查找，而且不涉及复杂的路由分析，大大加快了数据包的传送速度。 多协议标记交换 (MPLS)既可支持集成业务模型又可支持差分业务模型MPLS支持差分业务模型正在被标准化 (draft-ietf-mpls-diff-ext)

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MPLS 流量工程

基于约束路由计算显式路径通过资源预留协议 (RSVP)构建 MPLS隧道可以实现 IP二层专线业务针对现有资源做负载均衡更有效解决 IP QoS

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MPLSPE

PE

PE

PE

P

P

P

P

DiffServ

CE

CEDiffServ

具有 QoS的 MPLS 流量工程

流量按照显式和基于约束路由进行选路利用 DiffServ 在 MPLS TE 上可实现带宽超额订购数据包根据 EXP标记在每一跳进行调度 , 与 LSP建立无关

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MPLSPE

P

PE

PEPEP

PP

CE

CE

CE

CE

带有 QoS 的 MPLS VPNs

在网络边缘，对每个 VPN 分别执行 QoS 策略在网络核心，对所有 VPN 的数据包采用同样的 MPLS QoSQoS指标可以指从用户网络到局端网络 QoS指标也可以指从局端网络到远端局端网络

议程

互联网发展期待解决 IP QoSIP QoS 技术探讨网通实施 IP QoS 的策略总结

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网通实施 IP QoS 的目标价值

能够优化运营成本 , 总体减少 Opex细分市场 , 培育中高端客户市场 , 实施 SLA客户管理促进市场良性竞争 , 树立品牌的差别 ,避免简单价格战 ,最终客户 \ 产业链 \运营商的共赢 ,利于产业发展促进新的 IP增值应用为下一代网络业务发展打下基础

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网通 QoS 实施策略

总体采用 MPLS+DiffServ 模型从靠近用户点开始实施 , 在网络边缘的接入链路上进行标记和整形 , 随后将 QoS 策略部署到网络核心与其它运营商之间的流量限制应尽量采用整形方式在网络边缘部分采用高性能的 IP QoS 处理元件优先级分类数量尽量不超过 4级合理设置保证流量和普通流量的超额订购比例 制订全网统一的 IP QoS 策略及 IP QoS 计费 /资费策略 最终实现全面的 QoS 管理：通过业务分类、速率限制、公平调度、拥塞控制、流量工程等技术实现完善的质量保障 , 并建立相应的运维体系 IP QOS OSS

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出口路由器国际 SP

城域接入路由器

Other SP

In China 业务控制实施节点 1,基于 IP TOS 或 IP地址段的用户的流量调整业务控制实施节点 2,基于 BGP或 MPLS的流量调整

JV, DIA城域接入用户 CPN

城域网

网通 IP 骨干网

其他城域网用户

业务控制实施节点 3,基于 IP TOS 或 IP地址段的用户划分

用户接入业务网关

网通 IP QoS 实施

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网通 SLA 服务定义

针对国内和国际业务，定义三类不同的 QoS 服务：实时类别—保证带宽、时延小、无乱序包、数据不丢失。最适合

于 IP上的长途高质量话音及时间敏感性应用 商用类别—大带宽、数据丢失少。专门用于商业应用普通类别—尽力保证服务。最适合于电子邮件、 Web 数据流量等

SLA类别

丢包率 可用性 端到端时延

金 <0.25% 99.99% <80ms

银 <1% 99.9% <150ms

铜 未测 99.5% 未测

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网通 IP VPN SLA 服务 IP QoS-VPN

向使用 CNCG IP 网的企业用户提供支持话音、视频的 IP VPN 业务 , 为客户特定应用进行优先级分类，并采用相应的排队机制对其进行拥塞管理

产品及业务定义定义客户需要购买的产品 , 业务内容及响应的 SLA

订购管理简化销售对业务的描述、订购记录和业务实现

流量识别正确识别流量类型，并区分不同 QoS 的流量

IP QoS VPN 服务流程再造

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当前 IP 数据市场企业业务要求

用户数

重要业务需求如银行交易

商业应用需求如 ERM

通常用途如 . Web 接入

无 SLA 业务收益

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通过 SLA 细分的数据市场企业业务要求

用户数

重要业务需求如银行交易

商业应用需求如 ERP

通常用途如 . Web 接入

铜牌 SLA 收益

银牌 SLA 收益

金牌 SLA 收益

在细分市场上 , 采取有利于提高收益的差异化策略，避免价格战

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下一代网络：技术与应用

下一代网络 (NGN)是一个广义的概念， 它包含了正在发生的网络构建方式的多种变革。一般而言，下一代网络是可以提供包括话音、数据和多媒体等各种业务在内的综合开放的网络构架ITU-T和 ETSI认为，有关 NGN 应研究以下关键的技术领域 体系结构和协议 网络控制与端到端 QoS 业务平台 网络管理网络安全

下一代网络的主要应用是：宽带接入、电子商务、远程教学、远程医疗、数字图书馆、流媒体、多媒体会议等等

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QoS 与下一代网络

下一代网络要解决的问题下一代 IP协议多协议标记交换组播QoS保证安全性

下一代 IP网络需要能够支持 QoS目前 IP网络的尽力而为业务难以满足新业务 (流媒体、多媒体会议等 )的质量要求，迫切需要下一代网络提供 QoS保证，并提供满足不同应用需求的 QoS 等级，解决 QoS必将有力推动下一代网络业务发展

运营商对 IP QoS 的实施需求

必须全面提升 IP QoS 运营管理体系 ( 以 SLA/客户为中心 )对产品营销体系的流程改造进一步开放技术标准 , 强调互操作性设备制造商要满足 IP QoS 性能 /可扩展性 /可管理性的电信级要求 建立产业联盟 , 解决跨运营商的 IP QoS问题产业界的共同努力 (运营商 /设备供应商 / 行业标准组织等 )

议程

IP QoS是网通业务发展的实际需求 IP QoS 技术探讨 网通实施 IP QoS 的策略 总结

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总结

使用 QoS 不能创造带宽 , 但能够在拥挤的网络上，在不增加成本的前提下，提供相对的质量属性新业务的开展需要网络具有 QoS能力实施 QoS 能够帮助运营商提供差异化服务实施 QoS 将有力推动下一代网络业务发展解决 QoS 需要产业界的共同努力

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