qos

基于下一代网络IMS的研究6-QoS作用和功能

QoS的作用

QoS的特点包括下列两个方面：首先是QoS允许区别对待用户和用户话务，因此能够根

据不同的定价标准或针对不同的应用提供不同的服务性能；其次是QoS能够用于优化网络

的利用率以避免冗余配置网络的需求，从而能够延缓容量升级的投资。

用户差异化能够简化用户的服务提供过程，这对用户将产生吸引力并且有利于运营商的

收入增长。应用差异化是在PS网络上提供更好服务的基础，即提供实时服务而不是尽力服

务。这将变得越来越重要，因为IMS控制的应用以及缺少CS域的LTE不得不依赖PS域来

提供语音和其它实时服务。

当话务负荷大量增长时，必须对网络资源的利用进行优化以控制网络成本。每个移动网

络均可能存在多个资源受限或潜在的拥塞点。移动网络的主要功能是利用无线频谱为用户提

供网络接入，而频谱是稀缺资源，在大多数情形下频谱是成本昂贵的资源。

回传是用于连接基站和BSC/RNC的传输资源，通常配置为相对较低的容量，因此需要不

断地升级以便满足话务增长的需求。由于实施这些容量升级需要耗费成本和时间，在很多情

形下，传输网络容易成为受限资源。由于所有节点（在接入网络以及核心网络中）具有受限

的话务处理容量，而易于成为网络中的拥塞点。移动网络的QoS机制是利用拥塞处理程序以

经济高效的方式实现服务性能和成本控制。

QoS的功能

QoS的功能主要有分类、标注和优先级设置等。

1．分类

分类是指具有QoS功能的网络能够识别应用产生所数据包的种类。没有分类，网络就不能确

定对特殊数据包进行特殊的处理。所有应用都会在数据包上留下可以用来识别源为何种应用

的标识。分类就是检查这些标识，识别数据包是由哪类应用产生的。常见的分类方法有：

1)协议：有些协议非常“健谈”，即长时间占用网络带宽，只要它们存在就会导致业务

的延迟，因此根据协议对数据包进行识别并进行优先级处理可以降低延迟。应用可以通过它

们的EtherType进行识别。例如，IPX使用0x8137，AppleTalk协议采用0x809B。根据协议

进行优先级分类处理是控制或阻止少数较老设备所使用“健谈”协议的一种强有力方法。

2)TCP和UDP端口号码：许多应用都采用一些TCP或UDP某个端口进行通信，例如HTTP

采用的是TCP端口80。通过检查IP数据包的端口号码，可以确定数据包是由哪类应用产生

的，这种方法也称为第四层交换，因为TCP和UDP都位于OSI模型的第四层。

3)源IP地址：很多应用都是通过源IP地址进行识别的。因为服务器有时是专门针对

单一应用而配置的，例如电子邮件服务器，所以分析数据包的源地址可以识别该数据包是由

何种应用产生的。当识别交换机与应用服务器不直接相连，而许多不同服务器的数据流都通

过该交换机时，这种方法就非常有用。

4)物理端口号码：与源IP地址原理类似，物理端口号码可以指示是由哪个服务器正在

发送数据。这种方法取决于交换机物理端口与应用服务器的映射关系，虽然这是最简单的一

种分类形式，但是它依赖于直接与该交换机连接的服务器。

2．标注

在识别数据包之后要对它进行标注，这样其他的网络设备才能方便地识别这种数据。由

于分类可能会非常复杂，因此最好只进行一次。识别应用之后就必须对数据包进行标记处理，

以便确保网络上的路由器或交换机可以对该应用进行判断运用何种优先级处理。通过采纳标

注数据的两种行业标准，即差异化服务编码点(DSCP)或IEEE802.1p，就可以确保多厂商的

网络设备能够对该业务进行判断运用何种优先级处理。

在选择路由器或交换机等产品时，一定要确保它可以识别这两种标记方案。虽然DSCP

可以替换局域网环境下主导的标注方案IEEE802.1p，但与IEEE802.1p相比，实施DSCP

有一定的局限性。目前，与IEEE802.1p设备的兼容性将十分重要。作为一种过渡机制，应

选择可以从一种方案向另一种方案转换的路由器或者交换机。

3．优先级设置

一旦网络可以区分网上浏览和音视频通话，优先级处理就可以确保Internet上进行大

型下载的同时不中断音视频通话。为了确保准确的优先级处理，所有业务都必须在网络骨干

内进行识别，在工作站终端上进行的数据优先级处理可能会因人为差错或恶意破坏而出现问

题。黑客可以有意地将普通数据标注为高优先级以窃取重要商业应用的带宽，导致商业应用

的失效。这种情况称为拒绝服务攻击。通过分析进入网络的所有业务，可以检查安全攻击，

并在它们导致任何危害之前进行阻止。

在局域网交换机中，有多种业务队列允许数据包的优先级存在。较高优先级的业务可在不受

较低优先级业务的影响下通过交换机，以减少对诸如话音或视频等对时间延迟敏感业务的延

迟事故。

为了提供优先级，交换机每个端口必须都要有至少2个队列。虽然更多的队列可以提供更为

精细的优先级选择，但在局域网环境中，各端口需要4个以上队列的可能性不大。因为当数

据包到达交换机时，都要根据其优先级别分配到适当的队列，然后交换机再从每个队列转发

数据包。交换机通过其排队机制确定下一步要服务的队列。有以下2种排队方式。

1)严格优先队列(SPQ)是一种最简单的排队方式。它首先为最高优先级的队列服务，直

到该队列为空，然后再为下一个次高优先级队列服务，依此类推。严格优先队列的优势是高

优先级业务总是在低优先级业务之前进行处理。但是，低优先级业务很有可能被高优先级业

务完全阻塞，造成“饿死”现象。

2)加权循环(WRR)这种方法为所有业务进行队列服务，并且将优先权分配给较高优先级

队列。大多数情况下，相对于低优先级，WRR将首先处理高优先级，当高优先级业务很多时，

较低优先级的业务并没有被完全阻塞。