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摘要：本文简要介绍了传统QOS和MPLS TE的技术特点，并根据现有ISP网络特性，提出了QOS部署的建议。
关键词：QOS；TE；MPLS；RSVP
中图分类号：TP393.07 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 12-0000-01
The QOS of ISP Network
Chen Cheng,Zhang Chunying
(China Unicom Co.,Ltd.Qinhuangdao Branch,Qinhuangdao066000,China)
Abstract:This paper introduces the traditional QOS and MPLS TE technology characteristics,and features based on existing ISP networks,made a proposal to deploy QOS.
Keywords:QOS;TE;MPLS;RSVP
Internet，这个地球上最大的人造物已经渗透到各个领域，现今几乎所有的家用电子产品都有可以直接接入网络的型号，大到电视机、冰箱，小到mp3、照相机。但与互联网接入终端的爆炸式膨胀相比，ISP的骨干网和城域网的扩容因为成本等原因则显得慢条斯理。就现在的ISP网络而言，带宽已经成为了冲突的核心，如此，如何充分、合理的利用现有带宽资源满足不断增长的接入需求，就成为ISP管理网络的重中之重。
目前，单就带宽保障策略无外乎QOS，下面我们就讨论一下如何部署才可以在网络网中起到最大的作用。
先说说传统的QOS，即服务质量，是用来解决网络延迟和阻塞等问题的一种技术。它是将所有流量分为若干个队列，并为每个队列分配一个优先级和最低保障带宽，当拥塞发生时，会按照优先级丢弃保障带宽以外的流量，以保障高优先级队列的传输。就它的工作原理来说，如果ISP需要部署QOS策略，就必须将客户流量分为若干个类别，并在流量进入网络时根据类别进行着色，ISP需要估算各类别流量在每一条中继链路上所占用的带宽，同时由于QOS要端到端部署，而ISP网络多为逐步收敛的层次化结构，每层的流量构成均不同，因此必须为每层分别部署QOS策略。
QOS的工作模式决定了它必须工作在一个极端的情况，就是流量已超出链路的承载能力，而且它必须舍弃某些流量，才能保障其他流量的正常传输，即使其他路径空闲也不能将流量分流，因此传统的QOS只适用于单链路状况。
显然要想充分的利用网络带宽资源只靠传统的QOS是不够的，这时就必须用到一种动态的QOS机制——TE。
TE——流量工程，它实际上是一套工具和方法，无论是在网络设备和传输线路正常还是失效的情况下，它都能从给定的基础设施中提取最佳的服务。它的最终目的是让实际网络业务量以一种最优的方式存在于物理网络之中。这个词在近几年才开始热起来，但其实在很久以前TE就已经应用在现网中了，比如OSPF动态选路就是最简单的流量工程。但是单靠路由协议的路由算法在不同的链路上分配流量，还不足以满足现网需求，因为路由算法所参照的cost等参数无法反映链路上的实际带宽占用量，在某条链路流量超载时，只能应用传统的QOS将一部分流量丢弃，显然这是谁都不愿意看到的结果，因此要在网络中解决这个问题就需要更专业的TE技术，这种技术有根据实际流量调整流量转发路径的能力。
传统的TE有两种，分别基于IP和ATM，其中基于IP的TE就类似于上面OSPF的例子，实现简单但十分粗糙，没有太大的现实意义；而基于ATM的TE虽然可以精细化的控制流量的转发，但配置复杂，况且就现实情况来说Internet骨干中绝大多数的都是IP组网，极少有用ATM组建的核心网，因此这种TE的方式也并不适用。而MPLS的出现解决了这个问题，有着IP和ATM优点的MPLS与其他资源分配协议相结合后，才使TE在现网中有了实际的意义。MPLS本质上是一种路由协议，但它不依赖于IP地址，而是使用加在L3封装外的一个Label转发数据，这种转发方式有点类似于ATM。在MPLS网络中每台路由器都会维护一张MPLS标签转发表，路由器根据这张转发表将进入路由器的流量转发出去，一般情况下这张表是根据IGP路由建立的，因此流量转发的路径LSP也跟IGP路由一致，但通过其他的手段干预，也可以单独构建特定的LSP用于对特定流量的转发。在MPLS TE中这个干预手段就是RSVP资源预留协议。RSVP是一个在IP上承载的信令协议，它允许路由器网络任何一端上终端系统或主机在彼此之间建立保留带宽路径，为网络上的数据传输预定和保证QOS。由此可以利用RSVP协议在MPLS网络中建立一条特定的CR-LSP（Constraint-based Routing LSP）用于承载指定的流量，并且在整个LSP上为这些流量预留一定的带宽，以保障这些流量的正常转发。MPLS TE在工作中依赖IGP协议，RSVP根据IGP路由，在多条路径中选择最优的并且符合带宽需求的路径建立CR-LSP，路由器通过这条CR-LSP隧道转发指定的流量。与传统QOS机制相同，CR-LSP也通过优先级来确定在拥塞发生时优先保障那些业务，同时还可以建立备份的CR-LSP，在主用CR-LSP不能建立时采用备份继续转发流量，另外，MPLS TE隧道可以看到显示路由，方便ISP管理。由上可知，MPLS TE适合较为复杂的网络拓扑，通过适当的配置能够优化网络中的流量分布达到网络利用率最大化的效果。
传统的QOS技术和MPLS TE目的上是一致的，并没有优劣之分，它们工作在不同的网络环境。对于ISP网络，在规模上讲，设备种类繁多，数量庞大，往往分为若干个AS，AS之间一般运行BGP协议，而不同AS往往由不同的分支机构管理，并且由于管理机关不同，各AS内部的拓扑也不尽相同；在软硬件条件上讲，ISP网络中的L3设备均为中高端设备，并且全网启用MPLS协议，无论对于传统的QOS还是RSVP-TE，运行起来都是绰绰有余。
综合上面两点不难看出，如何部署QOS主要取决于拓扑、管理等因素。首先根据各AS的特点需要单独设置QOS原则，因为虽然整个ISP网络分为若干个AS，但每个AS的规模与一般网络相比仍然很大，而且往往是以地域划分至少是一个城域网的规模，对于不同地域，有不同的业务特点，所以每个AS的QOS策略都要单独规划，把流量分为多少个队列，每个队列分配多少带宽都需要根据当地的业务构成来确定。但队列规划不宜过多，三到四个队列即可，如果过多，带宽估算将变得非常困难。
对于现有的ISP网络中的AS，可大致分为两种，一种AS接入各种业务，可以称为接入网AS；另一种负责连接各个接入网AS，不直接接入客户业务，可以称为骨干AS。各AS之间采用BGP协议，显然在这里不能应用基于IGP的动态TE技术，只能应用传统QOS策略在拥塞发生时保障极少的高端业务；而在AS内部，拓扑结构较为复杂，基于IGP路由可以采用TE技术，即降低了管理的难度，又可以充分利用带宽。
当然，无论何种方式的QOS，都是无奈之举，要想彻底解决带宽问题，扩容是唯一的途径，但在扩容之前，合理的部署QOS策略不失为缓解带宽问题的一剂良方。
参考文献：
[1]奥霍恩,西姆哈,张辉,卢炜.基于MPLS的流量工程[M]
[作者简介]陈诚，男，2001年毕业于河北科技大学计算机科学与技术专业，现工作于中国联合网络通信有限公司秦皇岛市分公司，2006年12月获河北省通信工程师职称。
关键词：QOS；TE；MPLS；RSVP
中图分类号：TP393.07 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 12-0000-01
The QOS of ISP Network
Chen Cheng,Zhang Chunying
(China Unicom Co.,Ltd.Qinhuangdao Branch,Qinhuangdao066000,China)
Abstract:This paper introduces the traditional QOS and MPLS TE technology characteristics,and features based on existing ISP networks,made a proposal to deploy QOS.
Keywords:QOS;TE;MPLS;RSVP
Internet，这个地球上最大的人造物已经渗透到各个领域，现今几乎所有的家用电子产品都有可以直接接入网络的型号，大到电视机、冰箱，小到mp3、照相机。但与互联网接入终端的爆炸式膨胀相比，ISP的骨干网和城域网的扩容因为成本等原因则显得慢条斯理。就现在的ISP网络而言，带宽已经成为了冲突的核心，如此，如何充分、合理的利用现有带宽资源满足不断增长的接入需求，就成为ISP管理网络的重中之重。
目前，单就带宽保障策略无外乎QOS，下面我们就讨论一下如何部署才可以在网络网中起到最大的作用。
先说说传统的QOS，即服务质量，是用来解决网络延迟和阻塞等问题的一种技术。它是将所有流量分为若干个队列，并为每个队列分配一个优先级和最低保障带宽，当拥塞发生时，会按照优先级丢弃保障带宽以外的流量，以保障高优先级队列的传输。就它的工作原理来说，如果ISP需要部署QOS策略，就必须将客户流量分为若干个类别，并在流量进入网络时根据类别进行着色，ISP需要估算各类别流量在每一条中继链路上所占用的带宽，同时由于QOS要端到端部署，而ISP网络多为逐步收敛的层次化结构，每层的流量构成均不同，因此必须为每层分别部署QOS策略。
QOS的工作模式决定了它必须工作在一个极端的情况，就是流量已超出链路的承载能力，而且它必须舍弃某些流量，才能保障其他流量的正常传输，即使其他路径空闲也不能将流量分流，因此传统的QOS只适用于单链路状况。
显然要想充分的利用网络带宽资源只靠传统的QOS是不够的，这时就必须用到一种动态的QOS机制——TE。
TE——流量工程，它实际上是一套工具和方法，无论是在网络设备和传输线路正常还是失效的情况下，它都能从给定的基础设施中提取最佳的服务。它的最终目的是让实际网络业务量以一种最优的方式存在于物理网络之中。这个词在近几年才开始热起来，但其实在很久以前TE就已经应用在现网中了，比如OSPF动态选路就是最简单的流量工程。但是单靠路由协议的路由算法在不同的链路上分配流量，还不足以满足现网需求，因为路由算法所参照的cost等参数无法反映链路上的实际带宽占用量，在某条链路流量超载时，只能应用传统的QOS将一部分流量丢弃，显然这是谁都不愿意看到的结果，因此要在网络中解决这个问题就需要更专业的TE技术，这种技术有根据实际流量调整流量转发路径的能力。
传统的TE有两种，分别基于IP和ATM，其中基于IP的TE就类似于上面OSPF的例子，实现简单但十分粗糙，没有太大的现实意义；而基于ATM的TE虽然可以精细化的控制流量的转发，但配置复杂，况且就现实情况来说Internet骨干中绝大多数的都是IP组网，极少有用ATM组建的核心网，因此这种TE的方式也并不适用。而MPLS的出现解决了这个问题，有着IP和ATM优点的MPLS与其他资源分配协议相结合后，才使TE在现网中有了实际的意义。MPLS本质上是一种路由协议，但它不依赖于IP地址，而是使用加在L3封装外的一个Label转发数据，这种转发方式有点类似于ATM。在MPLS网络中每台路由器都会维护一张MPLS标签转发表，路由器根据这张转发表将进入路由器的流量转发出去，一般情况下这张表是根据IGP路由建立的，因此流量转发的路径LSP也跟IGP路由一致，但通过其他的手段干预，也可以单独构建特定的LSP用于对特定流量的转发。在MPLS TE中这个干预手段就是RSVP资源预留协议。RSVP是一个在IP上承载的信令协议，它允许路由器网络任何一端上终端系统或主机在彼此之间建立保留带宽路径，为网络上的数据传输预定和保证QOS。由此可以利用RSVP协议在MPLS网络中建立一条特定的CR-LSP（Constraint-based Routing LSP）用于承载指定的流量，并且在整个LSP上为这些流量预留一定的带宽，以保障这些流量的正常转发。MPLS TE在工作中依赖IGP协议，RSVP根据IGP路由，在多条路径中选择最优的并且符合带宽需求的路径建立CR-LSP，路由器通过这条CR-LSP隧道转发指定的流量。与传统QOS机制相同，CR-LSP也通过优先级来确定在拥塞发生时优先保障那些业务，同时还可以建立备份的CR-LSP，在主用CR-LSP不能建立时采用备份继续转发流量，另外，MPLS TE隧道可以看到显示路由，方便ISP管理。由上可知，MPLS TE适合较为复杂的网络拓扑，通过适当的配置能够优化网络中的流量分布达到网络利用率最大化的效果。
传统的QOS技术和MPLS TE目的上是一致的，并没有优劣之分，它们工作在不同的网络环境。对于ISP网络，在规模上讲，设备种类繁多，数量庞大，往往分为若干个AS，AS之间一般运行BGP协议，而不同AS往往由不同的分支机构管理，并且由于管理机关不同，各AS内部的拓扑也不尽相同；在软硬件条件上讲，ISP网络中的L3设备均为中高端设备，并且全网启用MPLS协议，无论对于传统的QOS还是RSVP-TE，运行起来都是绰绰有余。
综合上面两点不难看出，如何部署QOS主要取决于拓扑、管理等因素。首先根据各AS的特点需要单独设置QOS原则，因为虽然整个ISP网络分为若干个AS，但每个AS的规模与一般网络相比仍然很大，而且往往是以地域划分至少是一个城域网的规模，对于不同地域，有不同的业务特点，所以每个AS的QOS策略都要单独规划，把流量分为多少个队列，每个队列分配多少带宽都需要根据当地的业务构成来确定。但队列规划不宜过多，三到四个队列即可，如果过多，带宽估算将变得非常困难。
对于现有的ISP网络中的AS，可大致分为两种，一种AS接入各种业务，可以称为接入网AS；另一种负责连接各个接入网AS，不直接接入客户业务，可以称为骨干AS。各AS之间采用BGP协议，显然在这里不能应用基于IGP的动态TE技术，只能应用传统QOS策略在拥塞发生时保障极少的高端业务；而在AS内部，拓扑结构较为复杂，基于IGP路由可以采用TE技术，即降低了管理的难度，又可以充分利用带宽。
当然，无论何种方式的QOS，都是无奈之举，要想彻底解决带宽问题，扩容是唯一的途径，但在扩容之前，合理的部署QOS策略不失为缓解带宽问题的一剂良方。
参考文献：
[1]奥霍恩,西姆哈,张辉,卢炜.基于MPLS的流量工程[M]
[作者简介]陈诚，男，2001年毕业于河北科技大学计算机科学与技术专业，现工作于中国联合网络通信有限公司秦皇岛市分公司，2006年12月获河北省通信工程师职称。