各标准组织QoS分类和DiffServ业务类别的映射

2019-11-04 12:27:54

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供稿：网友

1 绪论

随着因特网的普及，网络和人们生活的关系愈加密切，多样化的业务（数据、语音、视频等）应运而生。不同业务对于通信条件的要求却各不相同。通常，数据业务具有离散性特征，对业务传递的可靠性要求非常高，误码率是最重要的指标，但可以容忍一定的时延；而语音和视频这类业务具有流量大、延续性、实时性和相关性等特点，时延会造成语音的变声、变调和视频的马赛克等现象，因此对传输时延和抖动要求非常严格。

传统ip网络只能提供“尽力而为”服务，所有业务流公平的竞争网络资源，很难保证每类业务的通信要求，这也是引发研究IP QoS的本质原因。几乎所有国家在部署NGN实施要求时，都提出了要在下一代网络中解决端到端QoS问题，而如何定义合理可行的QoS业务分类则是必要的一步。

本文基于已有的QoS业务分类展开分析研究，提出通用的分类模型。

2 IP QoS业务分类

一般而言，影响用户感知网络性能的要害参数有三个：时延（包括源请求建立业务的时间和建立后接受信息的时间）、抖动（由单个数据包到达时间的可变性引起，在传输层尤其明显，通过buffer可以消除或减少抖动）、信息丢失（除了传输中比特错误率或数据包丢失外，也包括多媒体编码降级引起的丢失）[1]。这三个参数也是划分QoS类别的主要区分值。

目前国际上从事IP网络QoS标准研究的主要组织有：ITU-T（国际电信同盟）、IETF（工程任务组）、ETSI（欧洲标准化组织）等。这些组织都制定了一些解决方案，对业务分类也做了一定建议。

2.1 各种分类的分析

ITU-T 13组建议Y.1541，主要根据IPTD（传输时延）、IPDV（时延变化）、IPLR(丢包率)、IPER（错误率）[2]四个方面综合划分QoS类别。0类至5类优先级相应递减，第5类是BE业务，对性能无保证。其中0类和2类对时延要求很严格，并且0类对抖动还有限制；1类和3类的时延要求比较严格，1类对抖动有限制；4类对时延要求比较宽松，且没有定义抖动限制；除了第5类外都对丢包率和错误率有要求。

ITU-T H.323 Annex N定义的业务类别分为两大类：GSC和CSC[3]。前者对时延和抖动敏感，后者则无要求。其中GSC又分为GSC1、

2、3、4。GSC1和2适用于CBR类型的流量，区别在于1对错误率有要求，而2没有；GSC3和GSC4适用于VBR类型的流量，区别在于3对于错误率有要求，而4没有。CSC也分为CSC1、2、3、4。CSC1和CSC2适用于nrt-VBR类型的流量，区别在于1对错误率有要求，而2没有；CSC3和CSC4适用于ABR类型的流量，区别在于3对错误率有要求，而4没有。

ETSI 3GPP主要针对移动网络，它将QoS类别分为conversational、streaming、interactive、background四大类[4]，分类的主要依据是业务对时延的敏感度。Conversational类对时延非常敏感，依次递减，background对时延最不敏感。Conversational和streaming主要用于实时流量业务，区别只在于对时延的容许程度。Interactive和background主要用于传统的IP应用，两者都定义了一定的误码率要求，区别在于前者更多用于交互式场合，而后者主要用于后台业务。

TIPHON基于VoIP，将QoS业务分为3大类，wideband、narrowband、BE[5]，分类的依据是端到端时延。三类业务的时延限值依次递增，对应于用户感知的语音质量的满足度则是依次递减。其中narrowband又根据时延大小细分为三类：high、medium、acceptable，对应于narrowband中有等级区别的应用。

3 DiffServ业务框架

DiffServ由IETF提出，较之Interserv模型，大大简化了信令的工作，把重点放在聚合数据流和PHB（per hop behavior,单跳行为）上。DiffServ使用IPV4报头中的TOS字段，重命名为DS字段。该字段按预定规则加以定义，使下行节点通过识别DS字段，获取足够的信息来处理到达的数据包，并将他们正确转发给下一节点，把复杂的QoS保证通过DS字段转化为PHB[6]。当数据包进入边界节点时，首先根据五元组或其他标识手段进行分组到流的区分，并把分类结果传给计量器分析，计量器对流的特性进行测量（如速率, 突发长度等），将流统计信息传给标记器和整形丢包器，调整这两个模块的数据；分类后的数据包进入标记器，打上相应的DSCP值（也可能是IP优先级或路由器内部的QoS组），同时送入整形丢包模块中，整形可以平缓突发通信，对超过平均速率的分组进行排队或置入缓存，当业务流超出一定程度时则丢弃；当流量进入内部节点后，判定对分组采取何种PHB，同一行为聚合体的分组按相同的方法处理，通过队列调度（如FIFO，WFQ等），完成对不同PHB的区分。

DiffServ网络定义了四类PHB：EF（EXPedited Forwarding）PHB这种方式不用考虑其他流量是否分享其链路，适用于低时延、低丢失、低抖动、确保带宽的优先业务（如虚租用线路）；AF（Assured Forwarding）PHB分为四类，每个AF类又分为三个丢弃优先级，可以对相应业务进行等级细分，QoS性能参数低于EF类型；CS（class selector）PHB是从IP TOS字段演变而来，共8类；BE PHB是CS中非凡一类，没有任何保证，AF类超限后可以降级为BE类，现有IP网络流量也都默认为此类。

4 分类映射

各组织定义的业务分类或QoS分类不尽相同，不统一的分类难以实现QoS控制的互通，本文对上面提及的典型分类进行了映射。

3GPP中优先级设为1的interactive类别可以视作信令治理控制业务，对应于PHB CS7（111000）或CS6（110000），其他组织对此无定义；Y.1541的0类和1类对抖动要求严格，而3GPP的conversational和TIPHON的wideband对时延的要求非常高，H.323的GSC1和GSC2类似于ATM中CBR类型，这些分类对应于具有EF特征的优先类业务（如VoIP、合法侦听、IP上的电路仿真、视频会议等[7]）；Y.1541的2类对抖动要求不高，但对时延要求严格，与3GPP的interactive和TIPHON的high类别相近，同时H.323的GSC3和4类似于ATM的rt-VBR类型，这些类别映射为PHB为AF4的多媒体业务（如交互式游戏[7]等）比较合适；Y.1541的4类对时延和时延抖动要求都不高，但对丢包率有一定控制，符合3GPP的streaming和TIPHON的acceptable指标要求，并且H.323的CSC1或2类业务类似于ATM的nrt-VBR类型，他们可以映射为PHB为AF3的流媒体业务（如音频流、视频流、计费视频、Webcast[7]等）；表中第五行的响应/处理类业务主要是指具有人机交互式响应或事务处理性质的流量（如基于网络的定制服务、信用卡事务处理、金融信息传输、存储转发应用、计费记录转帐[7]等），这类业务往往有突发，速率有变化，可以容许时延和抖动的存在，但对丢包有限制，Y.1541的2和3类，3GPP的interactive和TIPHON的medium可以与之对应，而H.323的CSC3和4类似ATM的ABR类型，也符合条件；最后一个分类是没有QoS保证的业务，可以具有所有流的特征，相应的定义如下表1所示。

5 总结

DiffServ模型并不能实现真正意义上的QoS保证，但却是目前比较切实可行的一种方法，尤其适用于大型网络的核心网，其突出的一点就是对业务区分的概念。本文对几个标准组织的业务分类分析研究，并与DiffServ PHB值相互比较映射，虽然不能完全的一一对应，但对业务和网络提供商都有一定借鉴意义，是实现端到端QoS控制必要的一步。

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