目前,有一種為設計和實施局域網(wǎng)基礎架構而提出的模塊化方案——BRAVVO (Bandwidth Requirements for Applications, Voice & Video,視頻、音頻、應用的帶寬需求)。據(jù)稱,這種架構可以滿足網(wǎng)絡管理員的需要,保證其網(wǎng)絡基礎架構不僅能為現(xiàn)有應用提供服務,還能滿足包括IP語音傳輸在內的、對服務質量具有更高要求的新興技術傳輸需求。
將IP電話引入數(shù)據(jù)網(wǎng)引起了許多網(wǎng)絡管理員和技術專家的深思。必須通過在一系列領域的分析和調查,才能認定網(wǎng)絡的實施是成功還是失敗。IP電話最終的目標是,達到一個相對于傳統(tǒng)電話的語音質量而言可以接受的通話質量水平。
有許多種方法可以測定IP電話通話時的通話質量,其中一種方法叫做平均測評積分法(MOS)。 平均測評積分法來源于貝爾實驗室,以人作為測試對象。實驗者將聽到一個聲音樣本,然后以如下的方法給那個聲音質量評分:5分(最佳)、4分(好)、3分(一般)、2分(差)、1分(極差),F(xiàn)有電話系統(tǒng)通話質量的MOS大約是4.5分,移動電話通話質量的MOS是3.5分。也就是說,令人滿意的IP電話實施其MOS應在4.5分或更高。
從底層考慮QoS
當局域網(wǎng)的網(wǎng)絡管理員聽到關于數(shù)據(jù)網(wǎng)絡設施的服務質量(QoS)一詞時,會自然想到流量優(yōu)先權技術:第二層傳輸流量識別和優(yōu)先權技術802.1Q協(xié)議,第三層傳輸流量識別和優(yōu)先權技術服務類型(ToS)/流量區(qū)分控制點(DSCP)。
實際上,服務質量指對特定數(shù)據(jù)流通過網(wǎng)絡傳輸時預期得到的傳輸質量,不應該馬上就考慮到第二層和第三層的流量優(yōu)先權技術,而是應該從網(wǎng)絡基礎設施的底層開始,一步一個腳印,隨之找到敏感數(shù)據(jù)流量傳輸所需的復雜優(yōu)先權技術。
如果網(wǎng)絡中沒有任何擁塞點存在,那么根本不需要使用任何流量優(yōu)先權技術(如無阻塞的交換網(wǎng)絡結構)。不幸的是,即使在設計得非常合理的網(wǎng)絡內也存在擁塞點,因而需要對帶寬進行優(yōu)化配置并有效利用。
如何建立模塊
數(shù)據(jù)網(wǎng)絡環(huán)境中的IP語音通話質量受到延遲、抖動、包丟失等因素的影響,為使IP電話能夠提供令人滿意的服務質量,需要一種模塊式的方法來實現(xiàn)和管理網(wǎng)絡設施。可將整個服務質量的實施劃分為單一、易于管理的階段步驟,這樣網(wǎng)絡管理員花費最少的努力即可成功地建立一個基礎網(wǎng)絡平臺。下表中所列的就是保證局域網(wǎng)服務質量的幾個基本方面:
表中的網(wǎng)絡管理一項是貫穿于4個模塊建立過程中的關鍵組件,它使得網(wǎng)絡管理員能夠清楚地掌握網(wǎng)絡傳輸流量,并針對特定網(wǎng)絡相關的服務質量問題選用正確的模塊來解決問題。
值得注意的一點是,在實施上述模塊時,應區(qū)別對待。首先從帶寬分配模塊開始,然后逐步上移,一直到達傳輸流量優(yōu)先權組件。實施的模塊越多,保證的質量會越高,但同時也增加了管理的復雜性,加大了維護成本。所以應該對癥下藥,特定的組件只針對網(wǎng)絡基礎設施的特定部分而實施。
舉例來說, 通過分配更多帶寬可以很容易解決一些擁塞點,可是,其他的擁塞點也許需要所有4個模塊的協(xié)同工作。通過結合一個全面的網(wǎng)絡管理解決方案,網(wǎng)絡管理人員可以確定各個不同網(wǎng)絡部分需要實施的模塊的級別,從而減少整體維護和運營成本,并成功地實施IP語音電話。
帶寬分配
解決網(wǎng)絡擁塞問題最常用的方法就是提供更多的帶寬。這在許多情況下是有效的,但并不是解決擁塞相關的網(wǎng)絡服務質量的惟一解決方案。對于帶寬,有兩點需要指出:一是交換設備的性能(交換性能),另一個是交換機之間的鏈路帶寬(鏈路預訂率)。
1.交換性能
以太網(wǎng)交換機主要是設計用于提高以太網(wǎng)局域網(wǎng)性能,但并不是所有的交換機都完全可以做到這一點。在考慮為網(wǎng)絡選用交換機,尤其是需要建立一個支持IP電話的網(wǎng)絡架構時,交換性能是需要重點考慮的, 需要了解當交換機處于完全“飽和”傳輸狀態(tài)時,交換機是如何處理的,這時才能真正反映交換機的性能。
通常,供貨商在描述交換機的性能時,總是告訴我們交換機的“匯聚交換能力”可以達到每秒多少多少千兆位(Gbps),以告訴用戶該交換機能同時處理多少數(shù)據(jù)流量信息。供貨商也許還會告訴我們交換機每秒可以轉發(fā)多少百萬個數(shù)據(jù)包(Mpps),這指的是交換機能同時轉發(fā)的數(shù)據(jù)包的數(shù)量,這更能反應交換機的實際性能。這種計量方式基于以太網(wǎng),使用的是最小的有效數(shù)據(jù)楨,只有64字節(jié),使用100%的鏈路速度(線速)。
了解了這幾個性能參數(shù),你就能更好地判斷交換機是否能夠真正提供你所需的性能。設計交換機的方法有很多,但根據(jù)交換容量可將其劃分為兩個性能類別:
在設計網(wǎng)絡基礎設施時,從網(wǎng)絡邊緣層到網(wǎng)絡核心層分配足夠的帶寬是非常重要的,這樣可以保證用戶不受擁塞問題的困擾。通常,許多網(wǎng)絡設計者將會在一定程度上超額預定,其程度取決于一條鏈路上聚集的用戶數(shù)量和估計將要消耗的帶寬量而決定。
超額預定的一個例子是:一個配置有240個10/100Mbps端口的系統(tǒng)只用一條千兆以太網(wǎng)鏈路與網(wǎng)絡核心層連接。為確定這種網(wǎng)絡環(huán)境下的超額預定水平,簡單地把用戶數(shù)量與其連接速度相乘,將這一數(shù)字與所分配的上行容量進行比較。比如,240個用戶,每人擁有一個100兆以太網(wǎng)鏈路,可提供每秒24Gbps的能力(240×100Mbps)。一條千兆以太網(wǎng)鏈路用于潛在可能的24Gbps的流量負荷,超額預定比例為24∶1。換句話說,如果每個用戶同時百分之百地使用其100兆鏈路,那么只有4%的流量可以成功地通過交換機,而剩余96%的流量將會被丟失。
理想的預定比例應該是,下游用戶的容量與上行帶寬的容量關系為1∶1,這樣能夠提供一個有保證的服務質量,而沒有必要運行更多的模塊。不幸的是,由于用戶預算的限制,達到這種預定水平往往不可行。因此,許多網(wǎng)絡設計方案都具有某種形式的超額預定。從而,在帶寬分配基礎上,還需采用其他建立服務質量的模塊。
帶寬管理
一旦帶寬分配模塊經(jīng)過評估和應用后,如果需要進一步的服務質量保證,可以開發(fā)下一個模塊。當超額預定水平無法降低時,通常就會采取這種方式。在這種情況下,帶寬分配和有效的帶寬管理能夠有所幫助。
帶寬管理指在網(wǎng)絡基礎設施中管理和使用現(xiàn)有帶寬的方法。許多網(wǎng)絡設計交換機間采用冗余鏈路。舉例說明,在網(wǎng)絡核心層配置兩臺骨干交換機以提供冗余。每個連接用戶的配線間交換機雙連接到網(wǎng)絡核心層來,與每個核心交換機單獨連接。當一條鏈路出現(xiàn)故障時,能夠通過另一條冗余鏈路繼續(xù)網(wǎng)絡的連接。
雖然冗余設計提高了網(wǎng)絡的可靠性,但通常,其中一條冗余(備份)鏈路不承擔流量,而是“休眠”等待,僅當另外一條(主)鏈路在出現(xiàn)故障時才激活。第二層和第三層技術都提供相應技術來實現(xiàn):
例如,在帶寬分配案例中,240名用戶通過一條千兆以太網(wǎng)鏈路與網(wǎng)絡核心層連接,另采用一條千兆鏈路僅僅用于提供冗余,超額預定比例仍然是24:1。通過激活冗余鏈路并對流量進行負載均衡,超額預定比例降為12:1,通過簡單地、更有效地管理已有帶寬,使QoS有效地提高了一倍。
傳輸流量優(yōu)先權
當前兩個模塊——帶寬分配和帶寬管理已經(jīng)作為網(wǎng)絡設計的一部分應用后,如果需要更高的流量保證,可以進一步地開發(fā)其他模塊。有些情況下,執(zhí)行前兩個模塊就可達到要求的服務質量標準。但是,如果存在擁塞點或服務質量級別還不能滿足IP電話的要求,那么,就需要研究和執(zhí)行下一個模塊——傳輸流量優(yōu)先權模塊。
盡管傳輸流量優(yōu)先權的方法將增加網(wǎng)絡管理的復雜程度,但它進一步保證了敏感信息(比如VoIP)的傳輸。對傳輸流量優(yōu)先權模塊有這樣一種誤解:為了提供所需的質量水平,該模塊應該在網(wǎng)絡的所有部分進行應用。但事實上,根據(jù)QoS的模塊式建立方法,網(wǎng)絡管理員只有在真正必要時才執(zhí)行這個模塊。許多影響網(wǎng)絡傳輸質量的網(wǎng)絡擁塞問題完全可以通過前兩個模塊解決。
傳輸流量優(yōu)先權使網(wǎng)絡管理員決定在網(wǎng)絡擁塞發(fā)生時,哪些流量先轉發(fā),哪些流量先擱置。如果沒有擁塞問題,傳輸流量優(yōu)先權模塊也就不會用到。傳輸流量優(yōu)先加權是一種大多數(shù)交換機廠商都支持的技術,它允許網(wǎng)絡管理員區(qū)分不同的流量類型和確定多種優(yōu)先級別。當擁塞發(fā)生時,會執(zhí)行一個交換優(yōu)先方案,以確保高優(yōu)先級流量得到“進一步保證”并先于低優(yōu)先級流量轉發(fā)。舉例說,VoIP歸類為“高優(yōu)先權”,傳統(tǒng)數(shù)據(jù)歸類為“低優(yōu)先權”。
在一個交換優(yōu)先方案中可以給予高優(yōu)先權流量和低優(yōu)先權流量各50%的可用帶寬。在這種情況下,當流量小于可用帶寬時,優(yōu)先權對于流量傳輸不起任何作用(前提是交換性能為無擁塞)。如果流量發(fā)生改變,高優(yōu)先權流量占用50%的可用帶寬,低優(yōu)先權流量占用60%的可用帶寬,那么擁塞已經(jīng)發(fā)生,優(yōu)先方案將“丟掉”10%的低優(yōu)先權流量。相反,如果VoIP流量占用了60%的帶寬,數(shù)據(jù)流量占用了50%的帶寬,根據(jù)排隊原則,10%的VoIP流量會被舍棄。需要指出的是,優(yōu)先權只是一種基于隊列分配和輸入排隊原則的相對保證,而不是絕對的保證。
流量預留
目前,基本的服務質量建立模塊都已評估和運行并達到預期水平,提高了整體網(wǎng)絡的服務質量。流量預留模塊允許網(wǎng)絡管理員采取終極措施為流量質量提供絕對保證。流量預留是一種基于應用的流量速率限制技術,為特定的應用服務提供有保證的帶寬分配,最終保證該流量的服務質量。
執(zhí)行這個模塊,需要弄清楚在最差的環(huán)境下(比如所有IP電話同時接通),交換機之間的VoIP流量所需要的網(wǎng)絡流量。首先,你必須確定這種情況下交換機之間所需要的帶寬(從邊緣層到核心層)。舉例說明,有10部采用G.711 CODEC的電話,每部電話需要的帶寬大約是64Kbps,那么10部電話需要640Kbps的帶寬。你可以使用速率限制技術來限制上行鏈路非VoIP流量占用的鏈路帶寬。比如,如果上行鏈路是1Gbps,減去640Kbps,將非VoIP流量的速率限制設置為999.36Mbps。這將確保即使數(shù)據(jù)(非語音IP)流量試圖占用100%的帶寬,交換機會也會將其限制在999.36Mbps。當打IP電話時,根據(jù)我們的計算,有640Kbps的專用帶寬,這使得所有IP電話可以同時通話而不會有任何性能問題。
網(wǎng)絡管理
隨著對每個QoS建立模塊的評估和認定(以提高網(wǎng)絡端到端的服務質量),網(wǎng)絡管理也變得更加昂貴和復雜。因此,應用這些技術的折中考慮是,與每個實施級別相關的成本和復雜性。當然,最終的目標是以最少的成本和最小的復雜性,為敏感流量(如VoIP流量)提供最好的質量保證。
通過采用QoS建立模塊,網(wǎng)絡管理員能夠有選擇地采用不同的方案以達到他們最期望的服務質量。一些網(wǎng)段也許只需要帶寬分配模塊來克服潛伏的擁塞問題,而另外的網(wǎng)段也許需要帶寬分配模塊和帶寬管理模塊共同來克服擁塞問題。還有一些情況,需要四個模塊共同來保證最高的服務質量。
所以,網(wǎng)絡管理員所面臨的難題是,應該在哪些網(wǎng)段采用哪種級別的服務質量模塊。解決此問題的關鍵是,充分了解網(wǎng)絡基礎設施,明晰網(wǎng)絡傳輸流量和潛在的擁塞點。應評估每一個擁塞點以確定采用哪種服務質量模塊。使用這種模塊化方案,你可以從帶寬分配模塊開始,直到流量預留模塊,每個階段過后再對結果重新評估,以保證只應用必要的模塊組件。
這是一項非常艱巨的任務,而且由于交換基礎設施限制了觀察網(wǎng)絡流量的能力,使其幾乎不可能完成。但是,網(wǎng)捷網(wǎng)絡獨創(chuàng)的JetFlow技術能夠提供網(wǎng)絡基礎設施中每個交換端口的流量信息。