應用業務級別(CoS)

2021-05-22 06:41:09 字數 3579 閱讀 7298

一、什麼是ip cos?

對於ip cos的叫法,學術界一直爭論不休,但不管怎麼定義,ip cos功能是網路區分不同應用並進行差別對待的功能的最常用名稱。cos只不過是對具有某些特性的資料報進行優先處理。比如,融合網路應確保話音資料報按 照以下方式進行處理:在時延、抖動與丟包指標的容限內將語音資料報送至目的地。為了做到這一點,網路可能必須延遲,甚至丟掉非話音業務。這種做法是不得已 而為之,但要優於降低話音質量的方法,在後一種做法中,話音質量可能無法令人接受。

任何乙個cos模型均都包含多種功能,但簡單的話音cos模型可能具備下列功能:

能夠區分話音業務與資料業務的業務分類;

在記憶體中分別規定語音和資料緩衝區的排隊機制;

用於清空佇列、允許進行優先傳輸並執行擁塞控制與流量整形等其他功能的緩衝排程機制。

策略操作,比如過濾、警管、速率限制、標記、記錄、基於策略的路由等操作,允許使用者定義某一特定業務等級的控制機制。

下面我們更詳細地介紹cos模型的各種功能:

1. 分類

為了按照成功提供業務的要求處理每一種型別的業務,必須首先能夠區分並識別業務型別。在無連線網路中,通常必需分析每個資料報,根據包頭中的某些顯性或隱 性資料為其指定乙個業務級別。比如,顯性cos資訊可能包含在ip包頭的tos位元組(也稱為diffserv位元組)中,或在mpls包頭的exp欄位中。

對於按照這種方式從路由網路中匯出特定的cos的資料報來說,資料報到達網路邊緣時必須進行標記,但這種標記極其複雜。voip閘道器與軟交換機向話音業務 分配tos或diffserv**的方式有所區別——事實上,某些voip閘道器和軟交換機根本不能顯性地對業務進行標記。對於特定型別的業務應當使用哪種 型別的**,**商與網路實施**商也有不同的意見。這導致某些路由器**商在其產品中嵌入多業務分類功能,這樣路由器就能分析資料報的任何包頭的任何字 段,並使用隱性資訊指定所需的業務級別。比如,可以對乙個路由器進行配置,讓其尋找包含rtp(實時傳輸協議,在某些架構中用於傳輸話音業務)包頭的ip 包並為它們分配cos。

2. 排隊

一旦對資料報進行分類並採取了基於策略的操作,這些資料報必須快取少量時間,以便按照資料報相應級別所適用的模型等待傳輸。排隊只是在瞬間擁塞的情況下才 顯得重要,因此,在對網路進行正確配置的情況下,資料報就不必在佇列中等待。(還需指出:除非在其前面有其他的資料報,否則資料報排隊的過程並不影響** 效能。)每個業務級別通常需要自己的排隊緩衝空間,並且所需的空間大小是業務進入與離開佇列的速度、允許資料報等待傳輸的最大時長的函式。在voip與其 他實時業務中,緩衝區空間相對較小,因為對於接收端閘道器來說,話音業務如排隊太長,將變得毫無用處並被忽略。因此,由於排隊緩衝空間不足導致的偶然丟包的 損失並不是太大。

3. 排程

在cos模型中,也許最複雜的部分就是嚴格確定傳輸不同級別資料報的間隔,以便使每類業務具備所需的業務特性,且不對其他業務造成太大影響。最簡單的排程 規則就是fifo(先進先出),即資料報按照它們達到的順序傳輸。從實施的角度看,這是有吸引力的,但該簡單方式本身有不少問題。即便對簡單的融合話音與 資料網路來說,如果按時間均勻間隔,大小相對較小的話音資料報的傳輸也將面臨增加時延、抖動與丟包的問題,因為在乙個又乙個的路由器中,這些資料報被迫排 在大小更大、長度可變的資料報後面。將話音與資料報分別放入它們自己的緩衝區,並按照業務的需求處理每個緩衝區就會更有意義。對於多佇列排程來說,有不同 的方式,每個方式都有自己的優缺點:

優先排隊允許為每個佇列指定優先順序,並對佇列進行處理,以便話音佇列總是在資料佇列之前清空。這實施起來簡單,也容易理解,但可能導致資料報時延與丟包率 過高,因為資料報要等待話音佇列清空。pq變數(稱為速率控制型優先排隊)能夠讓網路設計人員規定話音佇列占用頻寬的限值,以防止資料業務完全中斷。

公平排隊機制試圖通過為每個話音或資料流指定自己的佇列並按照迴圈順序處理每個佇列,克服優先排隊的侷限,使每個佇列達到更加一致且可以**的服務水平,但這對路由器記憶體與處理能力提出了嚴格的要求。

加權公平排隊為每個佇列分配乙個與所需頻寬百分比相對應的權重,,並決定是否處理某一特定佇列時考慮到資料報的長度。這有助於為某一特定業務級別可能遇到的延遲設定乙個界限,但實施起來很複雜。

加權迴圈排隊試圖通過確保適當處理要求迥異的業務流來克服上述侷限性。該機制允許每次在進行處理時,乙個佇列傳送乙個以上的資料報。做到這一點的同時仍然確保公平對待所有佇列是乙個難以處理的問題。目前業界已對這種機制進行了一系列改進,並且開發出多種變體。

這些只是簡單的描述,每種排隊方法的具體處理方式要複雜得多。在此只是用於簡要說明討論話音與資料融合網路的cos需求的複雜性。各廠商並非要使用單一模型,通常情況下會實施混合排程模型。這通常允許使用者配置上面所述的許多引數,以定製特定型別的業務的處理方式。

4. 策略操作

最後,經常必需能夠針對具體資料流、業務級別或資料報採取其他基於策略操作。例子之一就是tos或cos重寫,路由器顯性地對資料報進行標記,指示資料報 通過網路傳輸時應當賦予的業務級別。換句話來說,如果必須在網路邊緣進行多欄位分類,可以在傳輸過程中設定資料報的tos或diffserv值,以標記屬 於某一特定級別的資料報。這樣,後續的路由器就不需要進行多欄位分類,只需了解顯性的cos並對資料報進行相應的處理。更重要地是,這意味著只有位於網路 邊緣的路由器需要配置多欄位分類資訊,因而減少了運營工作。

5. 功能合一

從上面描述的眾多方案可以看出,制訂乙個綜合性cos方案有多種方式,與網路型別的數量不相上下。對於乙個給定的業務組合來說,選擇並實現cos的途徑的 困難不僅在於確定業務本身的需求、確定它們在網路上如何互動,而且還在於確定如何從路由器與其他構成基礎設施的裝置引出所需的行為。

考慮到排隊處理等方法的複雜性,將cos看成乙個極端複雜的問題是理所當然的,對其進行規劃並分析只意味著繁重的數**算。在某些試圖將多種型別的實時、 近實時與非實時業務的傳輸整合在一起的多維、多業務網路上,這毫無疑問是正確的,但對於相當比較簡單的語音和「盡力而為」資料業務的融合來說,這顯然是不 正確的。乙個人可以畢生研究排隊理論、處理演算法與cos功能的其他方面,但某些簡單的普通網路規劃往往能夠令人吃驚地很好解決**商當前所面臨的大部分融 合話音與資料cos問題,因為他們致力於實現相對簡單的目標。

盡量避免話音與資料業務相互干擾;

保持話音質量,甚至犧牲「盡力而為」資料業務,以保持話音質量。

將這些需求轉換為合理的路由配置自然不是那麼簡單,但也不像通常描繪的那樣困難。圍繞以下幾條基本原則,我們可以大大簡化話音與「盡力而為」資料融合網路的部署: 

在網路邊緣進行一次性分類。如果語音閘道器或軟交換機能夠顯性地標記話音資料報,核心路由器就不需要進行多欄位分類,這就更好了。

**效能可大大彌補不足。抖動指標總不理想,但在低時延情況下更加容易忍受。

在選擇緩衝排程方案時,確保路由器能處理負荷。某些排程方案需要很高的處理能力,有些路由器則使用非優化架構實現緩衝排程。這將帶來新的問題,比其解決 的問題還要多,因為cos機制實際上增加了某些業務等級的延遲與抖動。帶有基於硬體的排程程式的路由平台能夠在速度非常高的介面上實施有效的cos。

簡單總是很好,尤其在cos的設計上。從簡單的設計入手,可以邊推出業務邊觀察結果。利用通過實際開展業務獲得的反饋資訊調整業務級別與相對簡單的cos引數。只有當沒有其他的方式能夠實現目標時,才加大複雜性。

ip協議的設計人員從來都無法**到這些協議會用於話音等實時業務,尤其是與其他型別的「盡力而為」業務混合使用。但是,這些協議本身的適應能力,再加上 路由器cos功能的增強,能夠讓網路環境適應挑戰。與許多其他事情一樣,解決cos問題的關鍵是不讓技術牽著鼻子走,也不能迷失要實現的目標。

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